TW565878B - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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TW565878B
TW565878B TW091119406A TW91119406A TW565878B TW 565878 B TW565878 B TW 565878B TW 091119406 A TW091119406 A TW 091119406A TW 91119406 A TW91119406 A TW 91119406A TW 565878 B TW565878 B TW 565878B
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Takashi Nakao
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Description

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五、發明説明Q 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種用以形成再現性優良的半導體裝置之 半導體裝置的製造方法。 【習知技術】 在習知的半導體裝置製造步驟中，半導體裝置的製造步 驟之再現性不一定穩定。其原因在於半導體製造裝置本身 的加熱裝置、電漿產生裝置的不穩定性、劣化；或是累積 在反應室内部的沉積物等長時間變化等，而導致半導體製 造裝置的不穩定，或被處理基板之不穩定。 因為半導體裝置之製造步驟的再現性不穩定，成膜量或 蝕刻量等處理量相對於設定值而變動，所形成的半導體裝 置有無法發揮設計時的性能之問題。 【發明所欲解決之課題】 如述所述，成膜量或蝕刻量等處理量相對於設定值而變 動，所形成的半導體裝置有無法發揮設計時的性能之問 題。 ° 本發明目的在於提供一種半導體裝置的製造方法，係即 使半導體裝置之製造步驟的再現性不穩定，亦可對被處理 基板進行穩定的設定處理者。 【用以解決課題之方案】 本發明係為了達成上述目的而有如下之構成。 種半導體裝置的製造方法，係包含以下步驟：決定在 半導體裝置製造裝置的反應室内的被處理基板提供特定處 理的第丨處理條件之步驟；依據所決定的第丨處理條件，對 I紙張尺度適用中@ S家標準(CNS) A4規格(21〇: 297公釐） 565878 A7
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空排氣器16的導管途中，藉由氣體的流體傳導之調節，設 置有可调節排氣速度的壓力控制閥丨5。從真空排氣器丨6排 出的矽甲烷、磷等材料氣體或由上述材料氣體所生成的生 成氣體，係藉由排器處理器17除去有害成分。 壓力控制閥1 5係具有以下功能：從藉由連接於反應室J J 的壓力计1 8所測定的壓力測定值與來自反應室控制部丨〇所 下達指令之設定壓力值的差異，調整其傳導，且維持使之 到達設定壓力的功能；將表示其調整狀態的開度即時輸出 至半導體製造裝置的主控制部1 3的功能。 又，反應室11係設置有氣體質量分析器（Q_mass)14與紅 外線吸收分析器（FT-IR)19。氣體質量分析器14與紅外線吸 收分析器19係在包含成膜中的任意時間中，具有測定反應 室内環境的氣體成分以及其濃度的功能。紅外線吸收分析 器以及氣體質量分析器14係具有將所測定的結 果即時輸出至主控制部1 3的功能。 LPCVD裝置5係以控制製造步驟的CIM伺服器1進行控 制。C IΜ伺服器1係包含步驟資訊管理資料庫2、分析資訊 與製程參數管理資料庫3及製品資訊管理資料庫4。 步驟資訊管理資料庫2係管理被處理基板亦即半導體基板 之步驟條件或成膜條件（處理條件）等步驟資訊。分析資訊 與製程參數管理資料庫3係管理對LPCVD裝置5的反應室内 部之材料氣體即矽甲烷氣體或其分解生成物亦即二氫化石夕 (Silylene)氣體的反應室内部的分壓、反應室1 1内部的溫 度、反應室11内的壓力、壓力控制閥15的開度等膜厚或均 -6 - 本紙張尺度適用中㈣家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) "~"—----- 565878
[生有〜響的氣程參數，以及成膜後的檢查步驟所測定的 膜厚或均一性等成膜能力（處理能力）資訊。製品資訊管理 資料庫4係管理用以記錄被處理基板亦即製品設計上的表面 積表面構成以及實際i半導體基板所經過的步驟履废或 檢查步驟的測定值之製品資訊。 在製品資訊管理資料庫4中，從微影步驟或RIE步驟等的 加工步驟之尺寸測定的實測值（處理量），算出包含實際的 半導體基板之加工形狀的表面積，或者是具有補正設計上 的表面積之製程。各尺寸測定的測定值係以尺寸測定裝置 加以片測，並5己錄於構成CI μ祠服器1的製品資訊管理資料 庫4。同樣地，藉由比較記錄於製品資訊管理資料庫4的設 計尺寸與實際的尺寸，可計算以微影或rIE加工的偏壓， 即使從上述的偏壓值，無法實際計測尺寸的區域佔多數， 但可類推其表面積。又，相同地，記錄在製品資訊管理資 料庫4，在此所處理的半導體基板或是與此同時期進行處理 的半導體基板上，從進行RIE加工前的膜厚資料、在rie加 工後在半導體基板所進行的段差測定，不僅可獲得平面尺 寸，藉著獲得深度方向的尺寸，可算出表面積。 又，從LPCVD步驟、pECVD步驟等成膜步驟之膜厚測定 結果、CMP或RIE步驟後的殘餘膜厚測定值，具有補正半 導體基板的表面積之製程。 而且，記錄在製品資訊管理資料庫4的膜厚或殘膜資料， 係與使位於步驟資訊管理資料庫2之該製品的膜成膜或蝕刻 之步驟資訊相關連，依每一裝置、每一處理條件進行分 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂 線
565878 A7 __—__B7 五、發明説明（5 ) 類。 錢資訊與製程參數管理資料庫3係記錄有成膜、韻刻等 處理後的膜厚均-性、成膜速度、钱刻速度等資料，作為 在包含LPCVD裝置5的工場内外與網路連線的成膜或餘刻製 造裝置的處理能力資訊。再者，亦記錄有分別在每一裝 置、每一條件等任意、資料群、组，進行平均值、標準偏差、
Cp值Cpk值、CL(Control Limit)等統計性處理所獲得的特 徵量。 依據製造順序，說明以上所述的LpcvD裝置#cim^ 服器1之包含磷的非晶質矽膜的LPCVD成膜步驟如下。 首先，從記錄在步驟資訊管理資料庫2的步驟條件或成膜 條件（處理條件）等步驟資訊，決定在LPCVD裝置5因應成膜 | 步驟所處理的製品膜種及膜厚之成膜條件。包含所決定的 成膜條件之既定溫度、壓力、材料氣體流量的成膜條件資 訊，係透過網路自動傳送至LPCVD裝置5中的主控制部 13。藉由自動移動裝載機將被處理半導體基板導入反應室 11後，即時控制器13a以調節為其成膜條件資訊的每一階 段之設定值的方式，對氣體供給控制部7下達將氣體流量、 氣體流量的增減速度或導入閥的開關之指令，逐次對反應 室控制部10下達溫度的設定或壓力的設定之指令。反應室 控制部10藉由加熱部12控制反應室11内部的溫度，藉由壓 力計18以及壓力控制閥15控制反應室11内的壓力。 | 現在，舉斜詳述在進行矽烷氣體的熱分解之LPCVD，成 膜20nm非晶質矽膜作為第1層之後，在該非晶質矽膜上形 I . -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 565878 A7 B7 五、發明説明（6 ) 成磷的吸附層，其後，成膜20nm的非晶質矽，最後進行包 含40nm的磷之非晶質矽膜的成膜條件。圖2及圖3係用於說 明有關本發明第1實施形態的半導體裝置製造系統的控制方 法之流程。 (步驟S101) 首先，參照步驟資訊管理資料庫2製作成膜條件。最初， 以反應室溫度550 °C以及反應室壓力133Pa為基準，在 LPCVD進行矽烷氣體的熱分解，以u分鐘成膜非晶貧矽膜 作為第1層後，在該非晶質矽膜上以壓力266Pa為基準形成 磷的吸附層，繼而，決定所謂同樣1 1分鐘成膜非晶質矽的 成膜條件。 圖4係表示用以說明包含摻雜該磷之步驟的非晶質矽膜的 LPCVD成膜過程之詳細順序，從上依序為··進行成膜之非 晶質矽膜厚的長時間變化、加熱部1 2的輸出值亦即溫度長 時間變化、氣體供給控制7的輸出值亦即矽甲烷氣體的流量 與磷化氫氣體的流量以及吹淨（purge)用氮氣流量的長時間 變化、壓力計1 8的輸出值與壓力控制閥1 5的輸出值亦即壓 力控制閥的開度之長時間變化。 (步驟 S102, S103) 反應室溫度如設定般調整為550 °C，反應室内壓力亦穩 定在133Pa。藉著以i〇〇sccm的流量導入矽甲烷氣體，開始 非晶質石夕的成膜，此期間，反應室溫度與其所需的消耗電 力以加熱部1 2測定，反應室壓力以壓力計丨8測定，例如以 每lmsec—次的頻率進行測定。各個測定值輸出至主控制部 __- 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 訂 線 565878
1 3。記錄主控制部丨3中的測定值之測定值記錄與運算部 1 3 b，係記錄個別的測定值，並即時算出溫度、消耗電 力、壓力、個別的時間平均值、標準偏差值。 在圖4中，反應室的實際溫度平均值為55〇。〇，反應室的 實際壓力平均值為133Pa，在該即時所輸出的資料與平均值 專、、先什值，係從主控制部1 3傳送至構成c IΜ飼服器1的分 析資訊與製程參數管理資料庫3。 LPCVD裝置5的矽曱烷氣體之非晶質性的過去成膜的成膜 速度，記錄在記錄有處理能力及分析測定值的分析資訊與 製程參數管理資料庫3，其時的條件係輸入至步驟資訊管理 資料庫2，不同條件下的成膜速度依每一條件進行分類並予 以記錄。 (步驟S104，S105，S106，S107) 現在，在LPC VD裝置5中，反應室溫度為55〇t，壓力為 133Pa時，記錄在資料庫3的最新成膜速度設定為每分鐘 2nm時，從其成膜速度算出第！層的膜厚為2〇〇11111所需的成 膜時間為10分鐘。該新算出的成膜時間返回Lpcvd裝置5 的主控制部1 3，藉由比較製程參數的處理條件調整部 1 3 c，在成膜開始之前從步驟資訊管理資料庫2計算出與所 指定的成膜時間1 1分的差異，作為成膜條件，較其快1分 鐘，以10分鐘停止矽甲烷氣體的導入之方式，對氣體供給 控制部7下達指令，以進行前授控制。藉由該前授控制，考 慮LPCVD裝置5的成膜速度之變動，可獲得所期望的2〇nm 之膜厚。 -10 - 本紙張尺度適用中國國家搮準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 裝
訂
線 565878 A7 B7 五、發明説明（8 ) (步驟S 1 0 8) 如上所述，在導入矽甲烷氣體時間11 = 4 0分鐘之後，停 止矽曱烷氣體的導入，在成膜條件中，於反應室丨1内以氮 氣吹淨之後，然後導入磷化氫氣體作為摻雜氣體。 在此，藉著來自反應室1 1的矽曱烷之吹淨，係為避免磷 化氫氣體與矽甲烷氣體的混合，必須抑制由磷化氫氣體與 矽甲烷氣體的相互作用引起的化學反應。由磷化氫氣體與 石夕甲烷氣體的化學反應引起非晶質矽膜的成膜與僅有石夕曱 统氣體的情況相比，由於反應速度高，因成膜反應決定供 給的速度，導致成膜的膜厚或碌濃度的均一性容易劣化。 (步驟S 109) 以氮氣開始吹淨不久之後，藉由氣體質量分析器14或紅 外線吸收分析器1 9之紅外線吸收分光，例如以1 〇秒為一次 的速度測定反應室内氣體中的矽甲烷氣體分壓，並輸出至 主控制部1 3。 (步驟S110) 在測定值記錄與運算部1 3 b中，算出起因於矽甲烷氣體 的質量數之檢測強度或紅外線吸收的吸收光譜強度平均值 以及標準偏差。在記錄處理能力及分析測定值的分析資訊 與製程參數管理資料庫3中，記錄有LPCVD裝置5的反應室 内部在石夕甲烧分壓為標準狀態下之濃度，例如在該次的成 膜順序’從導入矽甲烷氣體之前的3分鐘之濃度測定資料， 導出其平均值與標準偏差作為UCL(Upper Control Limit ·== 平均值+ 3 X標準偏差），從分析資訊與製程參數管理資料庫 -11 - 565878 A7
3返回主控制部13，在處理條件調签部Ue判斷出測定值記 錄與運算部13b所記錄的最新連續6次之測定值，亦即當1 :鐘的測定值全部低於UCL時，結束矽曱烷氣體的吹淨' 藉著結束氮的氣體置換吹淨，進行如開始磷的導入，謀求 吹淨時間的最適化，可削除多餘的時間，謀求生產 提昇。 干叼 又，在質量分析中，藉著僅抽出目的之SiH4與其碎片的 質量進行測定，使測定時間縮短，例如1〇秒進行一次的分 析可一次縮短一秒，故依據吹淨結束的判斷，可高速進 行。同樣地，即使在紅外線吸收中，藉著僅測定分析矽甲 烧的分析所需的Si-H結合的伸縮振動之吸收域，可提升紅 外線吸收測定的速度。 (步驟Sill，S112) 如上所述，可自動判斷氮的吹淨結束，結果在結束3分鐘 的吹淨之後，亦即自成膜初期1 3分鐘後，將壓力設為 266Pa，以200sccm的流量導入磷化氫氣體作為摻雜氣體。 先前經成膜的20nm膜厚之非晶質矽膜表面在磷化氫氣體的 環境下曝露3分鐘，在表面形成磷的吸附層。 (步驟 S 1 13，S 1 14) 繼而，與矽甲烷的情況相同，利用氣體分析之前授控制 在相當短的時間内將磷化氫氣體環境置換為氮氣並進行吹 淨後，再從成膜初期20分鐘後將矽甲烷氣體設為室内壓力 133Pa進行lOOsccm導入，再開始非晶質石夕的成膜。 (步驟S1 15) -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 565878 A7 B7 五、發明説明（10 由於在最初的非晶質矽膜上吸附磷，故即使矽甲烷氣體 到達半導體基板表面，在t2的時間中暫時產生未開始成膜 的現象，一般稱為沉積潛伏時間。此期間，藉由壓力控制 閥1 5進行控制，俾使壓力成為133Pa。該沉積潛伏時間之期 間，石夕甲烧氣體無法藉由成膜消耗，由於分解反應無法進 行’故矽甲烷氣體將大量排出至排氣裝置。 因此，為了將反應室1 1内的壓力維持在丨3 3 Pa，與時刻 11的時間相同的壓力、相同的矽曱烷氣體流量、相同的溫 度無關，與時刻11時相比，壓力控制閥丨5的節流機構應提 供傳導而開啟，使開度變大。結束沉積潛伏時間而開始成 膜’石夕甲烧氣體藉著在反應室内的半導體基板表面上引起 分解反應，藉由消耗矽甲烷，使排出量減少，使壓力控制 閥返回與最初的時刻11時相同的開度。 該壓力控制閥1 5的開度之長時間變化，係以imsec 一次的 呤間間隔輸出至主控制部丨3。藉由測定值記錄與運算部 13b即時進行其時間微分或其時間平均值、分散等統計性 處理算出測定值，並即時統計性顯示該壓力控制閥的開度 變化。 (步驟S116) 記錄在分析資訊與製程參數管理資料庫3之值，例如比較 經成膜之先前第1層的2〇nm膜厚時的壓力控制閥丨5的節流 機構的開度相同的統計所獲得的平均值或標準偏差、 UCL(=平均值+3χ標準偏差）以及lcl( =平均值-3χ標 準偏差），以測定值記錄與運算部13b算出持續的平均值之 -13 - 差異從一次分散分析或t-檢定等分散分析來看，確認是否 為有意的變化，以UCL與LCL為基準加以判定，可檢測出 沉積潛伏現象的結束。 、 (步驟 S117，S118，S119) 例如，正確檢測出沉積潛伏時間t2== 8分鐘，再者依據此 時之溫度與壓力，與第1層相同，從成膜速度算出獲得所期 望膜厚所需的成膜時間t3 = 1〇分鐘，藉著前授控制即時從 成膜條件所記述的最初成膜時間1 1分變更為1 8分，使可成 為高精確度的成膜控制者。 此外，在步驟S 1 04，S 1 05中，反應室内的溫度相對於 °又疋值5 5 0 C變動為5 5 1 °C時，雖從分析資訊與製程參數管 理為料庫3雖可獲得5 5 1 °C的成膜速度，惟在分析資訊與製 程參數管理資料庫3沒有記錄5 5 1 °C時的成膜速度，有記錄 540°C、55 0 °C、560 °C時，55 1°C時的成膜速度從絕對溫 度的倒數與成膜速度的對數導出的1次函數，内插成膜時間 進行前授控制。 又，在變動為上述5 5 1 °C時，在分析資訊與製程參數管 理資料庫3僅記錄有LPCVD裝置5的成膜速度為550 t，無 法藉由内插或得5 5 1 °C的成膜速度，為了保證記錄的母集 團不過於少量，或時間超過沒有精確度等缺點，亦可使用 为析> 訊與製程參數管理資料庫3所管理的其他同種裝置或 是指定為相同的裝置之成膜速度的資料。此時，藉著導入 補償裝置間差或裝置機種間差所埋入的偏差參數，可更提 昇精確度。 ____ - 14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 565878
在圖5的方塊圖中， 條件的半導體裝置製造系統。 可變更成膜
裝置26連接，並與成膜裝置群控制裝置26所管理的半導體 製造裝置亦即成膜裝置27(27a，27b，27c)連接。 又，相同的，區域網路25 a係控制第i膜厚控制裝置3 h 與第2膜厚控制裝置31b，亦連接於用以管理其測定資料的 使用其他裝置的資料顯示 測定裝置群控制裝置30。 個別的成膜裝置2 7係具備有分別作為裝置控制部的裝置 控制器28 (2 8 a，2 8 b，2 8 c)，亦各自具備有氣體分析測定器 29(29a，29b，29c)。 現在’對於以成膜裝置27a進行的成膜製程，溫度、壓力 專’菱動或氣體分析的結果介由裝置控制器2 8傳達記錄於成 膜裝置群控制裝置26，並且記錄在分析資訊與製程參數管 理資料庫3。又’此時的成膜，例如膜厚的結果係在製程結 束後，以膜厚測定裝置3 1 a進行測定，透過成膜測定裝置群 控制裝置3 0記錄在分析資訊與製程參數管理資料庫3。 又，也透過工場内的區域網路25a記錄在成膜裝置群控制裝 置2 6。成膜裝置群控制裝置2 6係記錄有以相同裝置亦即成 膜裝置2 7b或成膜裝置27b進行的過去之同種的成膜製程的 記錄；以及其時以第1膜厚控制裝置3 1 a或3 1 b測定的膜厚 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 565878 A7 B7 五、發明説明（13 ) 值，藉著比較上述記錄，不僅可獲得成膜裝置27a的溫度、 壓力的變動或氣體分析的結果與其結果的膜厚值之相關， 藉著比較成膜裝置27b或成膜裝置27c的結果，可以較少的 資料補填，並藉著統計性了解各成膜裝置間或測定裝置間 的差異，算出不同裝置之控制部的差異或測定裝置的誤差 之差異，以導入偏差參數，更可提昇使用不同裝置間的資 料時，即時的製程控制精確度。 又，不限於成膜裝置群控制裝置2 6内的資料，藉由直接 參照用以控制連接於工場内的區域網路25b與網際網路的 其他工場所架設的區域網路25a之相同種類成膜裝置之相同 群組控制器的資料’或是藉由比較連接於區域網路2 5 a的工 場之CIM伺服器1所集中管理的分析資訊與製程參數管理資 料庫3及連接於區域網路25b之相同伺服器的相同資料庫， 亦可使用位於其他工場之成膜裝置所儲存的資料。 (第2實施形態） 第2實施形態與第1實施形態相同，在圖1所舉的半導體 製造工場之 LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition， 低壓化學氣相蒸鍍）裝置與用以控制管理該裝置的C i m伺服 構成的系統，以在複數片半導體基板上進行L p c V D成膜 時之例進行說明。 構成LPCVD裝置5的内部之反應室11内可搭載兩片以 上、最多25片的被處理半導體基板，在其所搭載的全部被 處理半導體基板表面上同時成膜時，首先，從步驟資訊管 理資料庫2決定在LPCVD裝置5之成膜步驟所處理的製 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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品，從該步驟的種類決定膜種、膜厚及成膜條件，包含成 膜條件所設定的溫度、壓力、材料氣體流量的成膜條件資 代透過、周路自動傳送到L P C V D裝置5中的主控制部U。 此2，亦可決定要將幾片半導體基板搭載於反應室n。 、藉由自動移動裝载機僅將步驟資訊管理資料庫2所指示的 被處理半導體基板之片數導人反應室u之後，依據步驟資 Λ &理ΐ料庫2所傳送的成膜條件資訊，在成膜條件的每一 Ρ白&，即時控制器1 3 a對氣體供給控制部7下達將氣體流量 或氣體流量的增減速度或導入閥的開關之指令，並逐次對 反應至控制部1 0下達溫度的設定或壓力的設定值之指令。 反應室控制部1 0係藉由加熱部丨2控制其溫度，藉由壓力計 1 8及壓力控制閥1 5控制壓力。 現在，舉例詳述在LPCVD裝置5中，搭載5片被處理半導 體基板，進行以550°C、133Pa為基準，以100sccm的流量 將碎烧氣體導入反應室’在LPCVD進行熱分解，對非晶質 矽膜進行1 1分鐘20nm成膜之條件的情況。 當成膜步驟開始時，即時控制器13 a係對氣體供給控制部 7下達打開導入閥的指令，將lOOsccm的石夕甲烧氣體導入反 應室1 1内。反應室1 1的溫度或壓力的設定值亦同樣由即時 控制器13a對反應室控制部10下達指令。反應室控制部1〇 係藉由控制加熱部1 2，將反應室1 1内的溫度設為5 5 〇。〇。 反應室控制部1 〇以壓力計1 8的測定值成為i33Pa的方式控 制壓力控制閥1 5。又，壓力控制閥1 5的開度與氣體質量分 析器1 4之反應室内氣體的質量分析以及紅外線吸收分析器 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 565878 A7 B7 五、發明説明（l5 1 9之反應至1 1内氣體的紅外線吸收分析以每秒一次的時間 間隔進行測定，測定結果則輸出至主控制部丨3。 所導入的石夕曱烷氣體係熱分解反應室丨丨的内壁表面以及 搭載於該反應室内部的5片半導體基板表面，在各個表面沉 積有非晶質石夕膜。矽曱烷氣體藉由以下所示的反應加以消 耗，取而產生氫氣。
SiH4 — SiH2 + H2 一 Si + 2H2 矽甲烷氣體的化學反應主要是由於僅在半導體基板表面 產生，故矽甲烷氣體的消耗量依據搭載於反應室的半導體 基板的片數而異。壓力控制閥15的開度或從反應室排出的 石夕甲烧分壓以及氫的濃度係依據矽甲烷氣體的消耗量而 異。 分析資訊與製程參數管理資料庫3係記錄有在L p c VD裝 置5中，半導體基板搭載25片時的相同條件之成膜速度、 其時的壓力控制閥的開度、所排出氣體的矽甲烧分壓及氫 分壓。又，分析資訊與製程參數管理資料庫3係將調整閥的 開度、所排出氣體的矽曱烷分壓及由氫分壓算出的關係 式，儲存在每一個LPCVD裝置、每一溫度條件以及每一壓 力條件。 根據CIΜ伺服器1的指示，將反應室溫度5 5 〇。〔、反應室 壓力133Pa時的矽甲烷消耗量與關係式，從分析資訊與製 程參數管理資料庫3輸出至主控制部13。測定值記錄與運 算部1 3 b係使用經測定的調整閥之開度、排氣中的石夕甲烧 氣體的分壓、氫分壓及上述關係式，算出每一片半導體基 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 訂
線 565878 A7 B7 五、發明説明（l6 ) 板的石夕甲烧氣體消耗速度。當所算出的消耗速度比記錄在 分析資訊與製程參數管理資料庫3的矽甲烷消耗速度多時， 藉由處理條件調整部13c將矽甲烷氣體的供給量1〇〇^咖， 例如以減少至6〇SCCm的方式，即時進行前授控制，並設定 為與搭載有25片半導體基板時之每_片消耗速度同樣的消 耗速度。如此，與搭載基板的片數無關，藉著將每一片基 板的消耗速度設為固定，即使搭載基板的片數變動，亦可 將各基板上的成膜速度設為固定。 又’照原樣设定矽曱烷氣體流量，從記錄在分析資訊與 製程參數管理資料庫3的石夕甲I氣體消耗速度與成膜速度的 關係式算出成膜速度的增加份，例如，藉著即時進行前授 控制，俾使將最初的成膜時間1 1分調整為8分，可進行接 近所期望膜厚之精密成膜控制。 成膜之後，在下一個檢查步驟中，測定半導體基板上的 膜厚，其檢查結果經由製品資訊管理資料庫4記憶在處理能 力與分析測定資訊的分析資訊與製程參數管理資料庫3，作 為成膜速度、此時的壓力控制閥15的開度、質量分析或紅 外線吸收分析的輸出值之相關資料，為了之後的成膜控制 可不斷地更新資料庫。 又’對於登錄在資料庫表面為平坦被處理半導體基板的 表面積，將在表面形成有溝且其每一片表面積不同的複數 片被處理半導體基板搭載於反應室丨i内，說明關於以 LPCVD進行成膜之情況。在此，舉例詳述將表面積成為3倍 之半導體基板25片搭載於反應室11内，溫度55〇。〇、壓力
565878
五、發明説明（π )
20nm膜厚之條件的情況。
載有分析資訊與製程參數管理資料庫3所記憶的平坦半導體 基板2 5片時的狀態；以及每一 一單位面積的矽甲烷氣體的消
進行前授控制。 例如，猎著從lOOsccm增加至250sccm，避免碎曱烧氣體 的缺乏，在25片半導體基板的全面供給足夠的矽甲烷，可 維持成膜速度。 又’質量分析或紅外線吸收及壓力控制閥的開度與石夕甲 烷氣體的消耗量之相關資料，在分析資訊與製程參數管理 資料庫3沒有足夠的測定數時，例如使氣體流量段差函數性 或二角函數性從lOOsccm變化至1 lOsccm，或是反應室的溫 度從550°C變化至555。(：，測定矽烷氣體的分壓變化量或氫 氣濃度的變化量，藉由其變化量的大小，判斷出石夕甲烧的 消耗，亦即矽膜的成膜之反應速度或供給速度亦可。
565878 A7 ____ B7 五、發明説明（18 ) (第3實施形態） 第三實施形態係與第1實施形態相同，在圖1所示的半導 體製造工場的LPCVD裝置與用以控制管理該裝置的CIM伺 服器構成的系統，舉出以三氟化氣氣體（C1F3)氣體進行之 管清洗（Tube cleaning)狀況進行說明。 管清洗係為了清洗在成膜時所沉積的矽膜或氮化矽膜而 進行者。在構成LPCVD裝置5内部的反應室11内壁或配管 内導入二氟化氣氣體，並在反應室内進行加熱，利用熱反 應分解反應對反應室1 1内部的矽膜或氮化矽膜以進行清 洗。 在進行管清洗之際，步驟資訊管理資料庫2從LPCVD裝置 5的上一次管清洗後的步驟履歷判斷出沉積在反應室1 1内 部的CVD膜的膜種、膜厚、成膜條件。根據判斷結果，將 決定清洗條件，包含其條件所訂定的溫度、壓力、材料氣 體流1的二氟化乳清洗之條件資訊，透過網路自動傳送至 LPCVD裝置5中的主控制部1 3。 依據所傳送出去的清洗條件資訊，在其清洗條件的每一 階段，藉由即時控制器13a調節為各個設定值，對氣體供給 控制部7下達將氣體流量、氣體流量的增減速度以及導入閥 的開關之指令，並逐次對反應室控制部丨〇下達溫度的設定 或壓力的設定值之指令。反應室控制部10係藉由加熱部12 控制溫度，藉由壓力計18及壓力控制閥15控制壓力。 現在，舉例詳述在LPCVD裝置5中，進行以4〇〇 t、 133Pa為基準，以looo sccm的流量將三氟化氯導入反應室 ___- 21 - i紙張尺度適財目B家標準(CNS) Α4Λ格(21GX297公釐) " 565878
11，藉由進行熱分解，以5分鐘的蝕刻使沉積在反應室i i 内部之膜厚200nm的氮化矽膜全部剝離之條件的情況。 當成膜步驟開始時，藉由即時控制器丨3 a係對氣體供給控 制4 7下達打開導入閥的指令，將1 〇〇〇sccm的三氟化氯氣體 ‘入反應至11内。反應室11的溫度或遷力的設定值亦同樣 藉由即時控制器1 3 a對反應室控制部1 〇下達指令。反應室 控制部10藉由控制加熱部12將溫度控制在40(rc，並從壓 力計1 8讀取壓力值，利用壓力控制閥丨5將壓力控制在 13 3Pa。又，壓力控制閥15的開度與氣體質量分析器丨斗之 反應室内氣體的質量分析結果及紅外線吸收分析器丨9之反 應室11内氣體的紅外線吸收分析結果，以每秒一次的時間 間隔輸出至主控制部1 3。 所導入的三氟化氣氣體在反應室n的内壁表面進行熱分 解，藉由以下的化學式所示之反應消耗，產生氟化矽物或 氟化氮物。 【化1】
Si3N4 + ClF3 —3SiF4 + NF3 + Cl2 當反應室所沉積的氮化矽膜沒有全部被蝕刻時，雖然反 應室1 1的内壁亦即石英將被蝕刻，惟熱反應與氮化矽膜相 比較慢，使三氟化氣氣體的消耗速度變慢。藉此，使壓力 控制閥1 5的開度或自反應室排出氟化石夕物與氮化合物的分 壓產生變化。 分析資訊與製程參數管理資料庫3係記錄有：在l p c v D 裝置5中蝕刻氮化矽膜時，以氮化矽膜的蝕刻結束而蝕刻石 -22 -
英内壁時的相同條件之壓力控制閥的開度、所排出氣體中 ^ 氟化氣之分壓、所生成的氟化石夕物和氟化氮物的分 壓。處理條件調整部13 c係比較從壓力控制閥的開度與分壓 的記錄值、壓力控制閥丨5以及氣體質量分析器丨4輸入至測 定值記錄與運算部丨3 b的測定值，判斷反應室丨丨的蝕刻結 束之時間。從判斷結果結束蝕刻，藉以最適化並縮短蝕刻 的時間’將三氟化氯的氣體消耗量抑制在最小範圍，使構 成反應室1 1内壁之石英壁的損傷可降至最小。 又’在質量分析中，藉著僅抽出目的之SiF4或C1F3與其 碎片的質量進行測定，使測定時間縮短，例如1秒進行一次 的分析可十次縮短一秒，故依據钱刻結束的判斷，可高速 進行。同樣地，即使在紅外線吸收中，藉著僅測定分析 SiF4的分析所需的Si-F結合的伸縮振動之吸收區域，可提 升紅外線吸收測定的速度。 此外，本發明係不限定於上述各實施形態者，在實施階 段中不脫離其旨趣的範圍内，可進行種種變更。再者，上 述實施形態係包含種種的階段發明，藉由適當組合所揭式 的複數個構成要件可獲得種種發明。例如，即使從實施形 態所示的全構成要件削除幾個構成要件，亦可解決發明所 欲解決之課題攔所述的課題，且可獲得發明之功效襴所述 的功效時，消除該構成要件之構成可作為發明。 【發明之功效】 如上所述，根據本發明，目的在於在處理過程中測定對 處理造成影響的製程參數，從顯示測定值、預先求出的處 -23 - 本纸張尺度適用中國國家楳準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7
=能力與製程參數之關係的規則標準來看，藉著在處理過 程中求出設定值所獲得的處理條件，即使半導體裝置的製 造步驟之再職㈣定，亦可敎進行所設定的處理。 【圖式之簡要說明】 圖1係顯示有關第1實施形態的半導體裝置製造系統之概 略構成方塊圖。 圖2係用於說明有關第丨實施形態的半導體裝置製造系統 的控制方法之流程。 圖3係用於說明有關第1實施形態的半導體裝置製造系統 的控制方法之流程。 圖4係製程參數的經時變化特性圖。 圖5係顯示半導體裝置製造系統的變形例之方塊圖。 【元件符號說明】 1 CIM伺服器 2 步驟資訊管理資料庫 3 分析資訊與製程參數管理資料庫 4 製品資訊管理資料庫 5 LPCVD裝置 6 氣體供給系統 7 氣體供給控制部 8 第1質流控制器 9 第2質流控制器 10 反應室控制部 11 反應室 __ - 24 · 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 565878 A7 B7 五、發明説明（22 ) 12 加熱部 13 主控制部 13a 即時控制器 13b 測定值記錄·運算部 13c 處理條件調整部 14 氣體質量分析器 15 壓力控制閥 16 真空排氣器 17 排器處理器 19 紅外線吸收分析器 -25 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 565878 A8 B8 C8 ---------------- - D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置的製造方法，係包含以下步驟： 決定對半導體裝置製造裝置的反應室内的被處理基板 供給特定處理的第1處理條件之步驟； 依據所决疋的第1處理條件，對於被處理基板進行處理 的步驟； 在上述處理中，對上述被處理基板測定一個以上能變 動上述處理的處理能力的製程參數之步驟； 在上述處理中，從處理能力與上述製程參數的關係所 示的基準狀恶與處理中所測定的製程參數的測定值，求 出處理i成為設定值之第2處理條件的步驟；及 在上述處理中，將處理條件從第i處理條件變更為第2 處理條件，依據第2處理條件進行上述處理之步驟。 2·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置的製造方法，其中上 述處理能力係為上述被處理基板的處理速度以及上述被 處理基板面内的處理量分布的至少一方者。 3·如申請專利範圍第i項之半導體裝置的製造方法，其中上 述處理係為上述被處理基板的成膜步驟，上述處理量係 為經成膜的膜之膜厚。 4如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中上 述處理為上述被處理基板的蝕刻步驟，上述處理量為上 述被處理基板的蝕刻量。 5.如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中上 述處理係對上述反應室内所儲存的複數片被處理基板同 時進行者，以各被處理基板所供給的處理量成為設計值 -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 565878 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 的方式’求出第2處理條件。 6·如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中上 述製程參數係至少包含以下一項：從上述反應室排出的 氣體成分及濃度、上述反應室的溫度、上述反應室的壓 力、調整上述反應室壓力之壓力調整器的調整程度以及 加熱上述反應室的加熱器之消耗電力者。 7.如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中在 上述處理結束後，測定上述被處理半導體基板所供給的 處理量，製作出顯示從所測定的處理量所求出的處理能 力與上述製程參數的關係之新的基準狀態。 8·如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中上 述基準狀態係每一半導體裝置製造裝置所準備，亦參照 在進行相同的處理之複數個半導體裝置製造裝置間，其 他半導體裝置製造裝置所準備的基準狀態，求出第2處理 條件。 9·如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中上 述基準狀態係每一半導體裝置製造裝置所準備，在對半 導體基板進行上述處理之半導體裝置製造裝置未準備與 上述處理能力對應的基準狀態時，從上述製程參數及進 行與上述處理相同的處理之其他半導體裝置製造裝置所 準備的基準狀態，求出第2處理條件。 10·如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，其中從 上述基準狀態、處理中所測定的製程參數及在進行上述 處理前施加於上述被處理基板的處理之履歷資訊，求出 -27 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 565878 A8 B8 C8
    第2處理條件。 11.如申呀專利範圍第1G項之半導體裝置的製造方法，盆中 上述履歷資訊係包含：在處理條件、處理中所測定的上 述製程參數以及處理能力的測定值。 12·如申請專利範圍第1項之半導體裝置的製造方法，並中在 沒有與上述處理條件對應的基準狀態時，由補齊未與上 述處理條件對應之基準狀態所獲得的資料，求出第2處理 條件。 13·如申請專利範圍第i項之半導體裝置的製造方法，其中上 述標準狀態係因應處理條件進行分類。 14·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置的製造方法，其中上 述被處理基板係為製造步驟途中的半導體裝置者，且上 述基準狀態係至少因應上述處理條件、上述半導體裝置 的設計資訊及檢查資訊中之一項進行分類。 15·如申請專利範圍第14項之半導體裝置的製造方法，其中 在與^應上述處理條件、上述設計條件或檢查資訊的基 準狀U存在時’由補齊未對應的基準狀態所獲得的資 料，求出第2處理條件。 16.如申請專利範圍第丨奴轉體裝置的製造枝，其中上 述基準狀態中的製程參數係變換為统計性的數值。 -28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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