專利名稱：膜評價方法、溫度測定方法及半導體裝置的制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種可利用在制造裝載于電子機器上的各種晶體管或半導體存儲器等的半導體裝置的膜的評價方法、溫度測定方法及半導體裝置的制造方法。
背景技術：
近年來，隨著半導體裝置的高集成化和高性能化的進展，在多層配線層的層間絕緣膜上采用介電系數(shù)低、添加了氟的氧化硅膜(氟氧化硅膜FSG膜)。該氟氧化硅膜的形成，一般是利用適于細微配線層間的埋設的高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD＝High Density Plasma-ChemicalVa por Deposition)裝置所成的膜。
然而，高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置，由于是形成利用靜電吸盤(chuck)來保持晶片的構造，所以會有無法監(jiān)視成膜溫度的不良情況。而且，高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度雖可由成膜時的RF功率等而決定，但是由于很難測定具熱電極的硅基板等的實際溫度，所以無法正確知道高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。
因此，本案申請人，采用記載于國際公開WO99/57146號公報中有關硅基板上的非晶體硅層的回復速率的溫度測定技術，以測定高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。
另外，做為與橢圓測量(ellipsometry)分光法有關的文獻，除了上述國際公開公報外，還有以下文獻等①Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchB19/20(1987)p.577-581②日本國專利特開平06-077301號公報③Siemens Forsch.-u.Entwickl.-Ber.Bd.10(1981)Nr.1，p.48-52④日本國專利特開平05-249031號公報(發(fā)明所要解決的課題)然而，在以前的由非晶體硅層的回復速率的成膜溫度的測定方法中，需要事先在硅基板上形成非晶體硅層的工序等的事前準備。還有，在測定高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度時，有必要使高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的處理過程停止，并以溫度測定專用條件進行膜的形成。也就是，有必要使CVD裝置離開制造線。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，是在于無須使成膜裝置離開制造線，也就是不使成膜裝置的生產性劣化，即可輕易地測定由成膜裝置所形成的膜的特性或成膜溫度。
本發(fā)明的膜的評價方法，其包含有對形成有膜的基板入射電磁波以測定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出對應上述膜的膜質的特定值的步驟(b)。
通過這個方法，由于可利用電磁波吸收光譜來檢知膜的特性，所以可獲得利用于判定成膜裝置的控制或半導體裝置等的膜的好壞的資料。
在上述步驟(a)中，可入射紅外線作為上述電磁波；在上述步驟(b)中，可從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述特定值。
在這種情況下，事先準備好復數(shù)個對應膜的膜質基準的參照用紅外線吸收光譜，在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜和上述膜的上述紅外線吸收光譜，由以算出上述特定值，就可簡便地獲得特定值。
在上述步驟(b)中，基于上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，算出上述特定值，就可利用部分最小平方回歸法(Partial Least Squares Regression，即PLS法)等的手法，高精度算出特定值。
在上述步驟(a)中，最好的是，由上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測定的上述基板的紅外線吸收光譜，只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
本發(fā)明的溫度測定方法，其包含有對形成有膜的基板入射電磁波以測定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出上述膜的成膜溫度的步驟(b)。
由該方法，由于可利用電磁波的吸收光譜來檢知膜的成膜溫度，所以可獲得能利用于判定成膜裝置的控制或半導體裝置等的膜的好壞的資料。
在上述步驟(a)中，可入射作為上述電磁波的紅外線；在上述步驟(b)中，可從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述成膜溫度。
事先準備復數(shù)個對應于膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜，在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜和上述膜的上述紅外線吸收光譜，由算出的上述成膜溫度，即可簡便地算出成膜溫度。
在上述步驟(b)中，由基于上述參照用紅外線吸收光譜和上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，算出的上述成膜溫度，就可利用部分最小平方回歸(PLS)法等的手法，高精度算出成膜溫度。
在上述步驟(a)中，最好的是，由上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測定的上述基板的紅外線吸收光譜，而只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
在上述步驟(a)中，由事先將上述基板配置于成膜裝置內，并在上述基板上形成上述膜；而在上述步驟(b)中，算出上述膜的成膜溫度作為上述成膜裝置內的溫度，則無須采用在晶片上粘貼感測器等的方法，即可利用生產線上流動的晶片、或管理用晶片迅速地測定成膜裝置(成膜室)內的溫度。
本發(fā)明的第一半導體裝置的制造方法，是具有以膜作為構成要素的半導體裝置的制造方法，其特征為包含有在配置于成膜裝置內的底層晶片上形成上述膜的步驟(a)；對形成有上述膜的晶片入射紅外線，測定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對應上述膜的膜質的特定值的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述特定值以控制上述成膜裝置的設定條件的步驟(d)。
由該方法，由于可利用電磁波的吸收光譜在生產線上非破壞性地檢知膜的特性，并可將其結果利用于成膜裝置的控制中，所以即不會使生產性降低，而可對全部的成膜處理進行特定值的測定，控制成膜裝置的條件就成為了可能。
由事先準備復數(shù)個對應膜的膜質的級別的參照用紅外線吸收光譜；且在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及在上述步驟(b)中所測定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述特定值，即可簡便進行處理控制。
在上述步驟(c)中，由根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，以算出上述特定值，即可正確進行處理控制。
本發(fā)明的第二半導體裝置的制造方法，是具有以膜作為構成要素的半導體裝置的制造方法，其特征為包含有在配置于成膜裝置內的底層晶片上形成上述膜的步驟(a)；對形成有上述膜的晶片入射紅外線以測定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對應上述膜的成膜溫度的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述成膜溫度以控制上述成膜裝置的設定條件的步驟(d)。
由該方法，由于可利用電磁波的吸收光譜在生產線上非破壞性地檢知膜的特性，并可將其結果利用于成膜裝置的控制中，所以不會使生產性降低，而可對全部的成膜處理進行特定值的測定，以控制成膜裝置的溫度控制。
事先準備復數(shù)個對應膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜，然后在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜和上述步驟(b)中所測定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，用以算出上述成膜溫度，即可簡便進行處理控制。
在上述步驟(c)中，由根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，以算出上述成膜溫度，即可正確進行處理控制。


圖1(a)、圖1(b)是分別按順序放大表示傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法進行的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖及其波峰部分附近的示意圖。
圖2是將圖1(a)、圖1(b)所示的紅外線吸收光譜中的波峰部分的最大吸收的波長、以及最大吸收值作成表格來表示的示意圖。
圖3(a)～圖3(c)是分別依照順序表示參照用紅外線吸收光譜圖、被測定膜的紅外線吸收光譜圖、及部分最小平方回歸法(PLS)的成膜溫度決定方法的示意圖。
圖4(a)～圖4(d)是分別依照380℃、430℃、480℃的順序所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖、及測定對象的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖。
圖5是表示氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案所構成的數(shù)據(jù)庫的構筑方法的示意圖。
圖6是表示用多變量分析推定被測定膜(氟氧化硅膜)的成膜溫度的順序的流程圖。
圖7是表示以第二實施方式的方法所推定的高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度、與以應用以前的方法所測定的成膜溫度間的相關關系的示意圖。
圖8是表示第三實施方式中所形成的半導體裝置的構造的剖面圖。
圖9是表示第三實施方式的制造步驟中于形成氟氧化硅膜前后的處理順序的流程圖。
圖10是表示氟氧化硅膜的蝕刻速率的成膜溫度依存性的示意圖。
圖11是表示就采用高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置而形成的氟氧化硅膜所得的晶片面內的溫度分布的數(shù)據(jù)。
圖12(a)、圖12(b)是分別依序以表表示所構建的數(shù)據(jù)庫的設定內容的例的示意圖，及表示計算結果的示意圖。
圖13是將所構建的數(shù)據(jù)庫內的溫度與分析溫度的驗證結果作成表格而表示的示意圖。
(符號說明)11 硅基板；12 溝道隔離區(qū)域；13 MISFET；14 硅化物層；20 第一層間絕緣膜；24 栓塞；30 第二層間絕緣膜；31 下部膜；32 上部膜；33 鋁配線；34 栓塞；40 第三層間絕緣膜；41 下部膜；42 上部膜；43 鋁配線層；44 栓塞；50 第四層間絕緣膜；51 下部膜；52 上部膜；53 鋁配線層；54 栓塞；60 保護膜；63 鋁配線。
最好的實施方式在以下的實施方式中，是采用一種利用傅立葉轉換紅外線分光法(FT-IR法＝Fourier-transform Infrared Spectroscopy)測定形成有膜的基板的紅外線吸收光譜，并利用部分最小平方回歸(PLS)法對上述紅外線吸收光譜進行以圖案辨識為基礎的多變量分析的手法。
(第一實施方式)圖1(a)、圖1(b)是分別依照順序以高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度作為參數(shù)，而放大表示傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法所進行的氟氧化硅膜(含氟的氧化硅膜)的紅外線吸收光譜圖及其波峰部分附近的示意圖。
圖1(a)、圖1(b)中所示的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜是在硅基板上成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜，它是遵從以下的順序進行測定的。
一般來講，由于硅基板有使紅外線透過的性質，所以當對硅基板的一個面入射紅外線時，紅外線就會在只按一定比例被硅基板吸收后，使透過硅基板的紅外線從硅基板的其他面射出。因此，利用傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法，將如直徑5mm左右的紅外線干涉光以垂直方向入射至晶片的背面或表面，并檢知透過晶片的紅外線的強度與所入射的紅外線的強度的干涉光，以將對該強度的光路差的函數(shù)進行傅立葉轉換，由此計算相對于波數(shù)的函數(shù)，并將此當作第一紅外線吸收光譜。
其次，在高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置內設置硅基板，在硅基板上形成指定厚度的氟氧化硅膜。其后，利用傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法，以與上述大致相同的條件對晶片的相同部分位入射紅外線，在每一波長中測定入射至氟氧化硅膜及硅基板的紅外線的強度、和透過兩者的紅外線的強度的比，并將它當作第二紅外線吸收光譜。然后，以第二紅外線吸收光譜減去第一紅外線吸收光譜，只算出氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜。這樣做，由從氟氧化硅膜與硅基板所合成的紅外線吸收光譜中計算硅基板的紅外線吸收光譜的差值，即可求出所希望的只有氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜。
在以下的說明中也如此，只要事先沒有特別的說明，氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜就是以同樣的順序測定。但是，成為本發(fā)明中的紅外線吸收光譜的測定對象的薄膜，并非只限定于氟氧化硅膜，就連半導體裝置的制造方法亦非被限定于高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置。還有，成為薄膜底層的基板，亦并非被限定于硅基板。再有，紅外線吸收光譜的測定方法，并非被限定于傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法。
而且，若將硅基板的厚度、磷濃度、酸濃度設為相同的話，則即使只以第二紅外線吸收光譜的測定，亦可獲得與第二紅外線吸收光譜減去第一紅外線吸收光譜時相同的結果。
還有，本發(fā)明的紅外線吸收光譜的測定，是采用紐里儀器股份有限公司制的半導體用紅外線分光分析裝置(IR-EPOCH 2000)來進行的。
在此，從圖1(a)、圖1(b)中可以知道，當氟氧化硅膜的成膜溫度不同時，紅外線吸收光譜的形狀就會不同，尤其是，波峰部分的最大吸收以及表示最大吸收的波長會不同。本發(fā)明人，在通過上述以前的非晶體硅膜的回復速率的溫度測定技術以外，反覆進行了是否有監(jiān)視高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度的其他方法的各種檢討的結果，發(fā)現(xiàn)由紅外線吸收光譜(在本實施方式中，是部分最小平方回歸法所進行的紅外線吸收光譜)，是依薄膜的成膜溫度{在本實施方式中，是高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度}而不同。
以下，就部分最小平方回歸法的紅外線吸收光譜因高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度而異的理由加以說明。
由高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置所形成的氟氧化硅膜，可推定當提高成膜溫度時，會變成更完整的氧化硅膜。換句話說，查明當利用部分最小平方回歸法(PLS)分析同一膜厚而不同成膜溫度的氟氧化硅膜時，存在表示完整氧化硅膜的Si-O粘結劑等吸收總量的波峰高度的變化(αa){參照圖1(a)}、及隨著成膜溫度差異而產生膜質差異的的Si-O粘結劑等波峰位置的移位(αb){參照圖1(b)}的情形。
圖2是將圖1(a)、圖1(b)所示的紅外線吸收光譜中的波峰部分的最大吸收的波長、及最大吸收值作成表格而表示的示意圖。同圖所示的范圍中，成膜溫度越高則最大吸收就變得越大，且成膜溫度越高表示最大吸收的波數(shù)就變得越大。
亦即，本發(fā)明人，著眼于當以不同的成膜溫度形成氟氧化硅膜時，Si-O粘結劑等的波峰高度及波峰位置，即吸收波峰的形狀就會不同這一點，并導出能以采用以前所沒有的部分最小平方回歸(PLS)法的新手法來檢測高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。可推定吸收光譜的形狀會因不同的成膜溫度而不同的理由，是因為氧化硅中的Si-O、Si＝O、Si≡O等結合的存在比例會因成膜溫度而異所致。
其次，就以不同紅外線吸收光譜來分析薄膜的成膜溫度的順序加以說明。在此，為了從不同紅外線吸收光譜中分析成膜溫度，而采用以部分最小平方回歸(PLS)法的圖案識別為基礎的分析技術。
圖3(a)～圖3(c)是分別依照順序表示以圖案辨識為基礎的多變量分析技術的解法模型的參照用紅外線吸收光譜圖、被測定膜的紅外線吸收光譜圖(以下，稱為被測定膜的紅外線吸收光譜圖)、及部分最小平方回歸(PLS)法的成膜溫度決定方法的示意圖。圖3(a)、圖3(b)中，波峰O是表示吸收SiO2等的波峰，波峰F是表示吸收SiF的波峰。如同圖所示，波峰O、F彼此的間的間隔，是依成膜溫度而變化。
首先，如圖3(a)所示，事先利用傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法，測定由互異的成膜溫度(T1＜T2＜T3)所形成的復數(shù)個(本實施方式為三個)氟氧化硅膜的參照用紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3，并將的當作數(shù)據(jù)庫儲存于記憶裝置中。
其次，如圖3(b)所示，測定被測定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA。
圖4(a)～圖4(d)是分別依序為在380℃、430℃、480℃下所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖、及測定對象的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖。亦即，圖4(a)～圖4(c)是圖3(a)所示的成膜溫度互異的三個氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3的具體例；而圖4(d)為圖3(b)所示的被測定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA的具體例。
其次，利用圖案分析，從下面公式(1)中求出三個參照用紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3、及被測定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA的偏差的平方和Xi2，Xi2＝∑(SPTi-SPTA)2(1)公式(1)的右邊的∑(SPTi-SPTA)2，是將參照用紅外線吸收光譜圖案及被測定膜的紅外線吸收光譜圖案間的各波長中的吸收的差的平方，再就各波長進行乘法運算者，換句話說，是偏差的平方和。然后，在公式(1)的Xi2中，是包含有起因于表示參照用紅外線吸收光譜圖案及被測定膜的紅外線吸收光譜圖案間的波峰部分的最大吸收值的差、或最大吸收值的波長的差、和圖3(a)所示的波峰O、F的間隔的差等的圖案的偏移。
其結果，如圖3(c)所示，由于可求出表示偏差的平方和的三個點X12、X22、X32，所以可決定通過該三點X12、X22、X32的曲線LA(此例中，為了簡單起見作成二次曲線)。因此，從該曲線LA求出偏差的平方和X2變成最小的溫度TA，并推定該溫度作為氟氧化硅膜的成膜溫度。以下，就該順序，一邊例示而一邊具體加以說明。
圖12(a)、圖12(b)是分別依序以表表示所構建的數(shù)據(jù)庫的設定內容的例的示意圖，及表示計算結果的示意圖。部分最小平方回歸(PLS)法中的解法，是利用電腦的數(shù)值計算法而得到解答，以調整各參數(shù)至進行部分最小平方回歸(PLS)法的多重回歸分析的特別的數(shù)據(jù)庫內溫度與數(shù)據(jù)庫的PLS模型的正確度接近1.0的方法。在此，若依據(jù)發(fā)明人所進行的數(shù)值計算的結果，則當采用最大波數(shù)1600cm-1至最小波數(shù)700cm-1的紅外線吸收光譜，并將紅外線吸收光譜的分割點數(shù)設定在467點時，正確度(CorrectCoefficient)就會變成最高，而可獲得正確度0.98。
圖13是將所構建的數(shù)據(jù)庫內的溫度與分析溫度的驗證結果作成表而表示的示意圖。同圖中，分別表示數(shù)據(jù)庫內溫度(相當于對應圖3(a)所示的光譜圖案SPTi的成膜溫度Ti)、分析溫度{相當于圖3(c)所示的成膜溫度TA}、差異(數(shù)據(jù)庫內溫度與分析溫度的差分)、錯誤率(差分除以數(shù)據(jù)庫內溫度所得的商數(shù)再乘以100所得者)、光譜殘差{相當于圖3(c)內的X2}及分析值的可靠度。
同圖中，光譜殘差及分析值的可靠度的值越小則越好，而且分析溫度的可靠度則越高。然后，同圖所示，表示光譜殘差及分析溫度的可靠度的數(shù)值，由于相對于數(shù)據(jù)庫內的設定溫度非常小，所以可判斷在實用上沒有問題。而且，在采用此次制作成的數(shù)據(jù)庫而驗證的結果中，可獲得氟氧化硅膜的成膜溫度的錯誤率為±1.0％以下的結果。亦即，從此次的計算結果中獲得在384.2℃至504.5℃的溫度范圍中，能以±1.0％以下的精度進行溫度推定的部分最小平方回歸(PLS)模型。
(第二實施方式)在上述的例中，為了容易理解起見，就只推定成膜溫度作為參數(shù)的方法加以說明，但是，在現(xiàn)實的處理中，所形成的薄膜的膜厚、雜質濃度(例如氟濃度)等并非固定，且在晶片間及晶片內存在有該種參數(shù)的不均等。然后，因膜厚或雜質濃度等的不均等，而有使成膜溫度的推定精度惡化的擔心。因而，在現(xiàn)實的處理中，即使目的在于成膜溫度的推定，仍有必要進行包含膜厚、雜質濃度等參數(shù)的多變量分析。
其次，就進行不僅包含薄膜的成膜溫度，亦包含膜質或膜厚的多次元參數(shù)的推定的方法加以說明。在此，是舉以高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案為例而加以說明。
圖5是表示氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜圖案所構成的數(shù)據(jù)庫的構建方法的示意圖。首先，用作決定氟氧化硅膜的膜質的成膜條件，是就高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度、含于氟氧化硅膜中的氟濃度及氟氧化硅膜的膜厚，制作各別設定復數(shù)個條件(例如，三種)的成膜條件的基質(matrix)。在該基質的全條件下形成氟氧化硅膜，并利用傅立葉轉換紅外線分光法(FT-IR法)測定紅外線吸收光譜，以構建紅外線吸收光譜圖案的數(shù)據(jù)庫。
圖5所示的例中，有關三種類的膜厚300nm、600nm、900nm，三種類型的成膜溫度370℃、430℃、490℃，及三種類型的氟濃度0.4％、1.4％、2.4％，可將合計27個的紅外線吸收光譜圖案予以數(shù)據(jù)庫化。還有，同圖中，例示有關膜厚為600nm，成膜溫度約為370℃，而氟濃度分別約為1.4％、2.4％的條件k2、k3的紅外線吸收光譜圖案。
其次，采用圖5所示的復數(shù)個數(shù)據(jù)庫，從被測定膜所示的紅外線吸收圖案中算出被測定膜的膜厚、成膜溫度、及氟濃度。此時，由以與圖3(a)、(b)所示的順序相同的順序進行多變量分析，最終即可獲得在多次元空間中表示圖3(c)所示偏差的平方和的復數(shù)個點Xi2。在該情況下，由于有必要進行多次元空間的分析，所以無法進行圖3(c)所示的圖表表示。然后，求出通過該等復數(shù)個點Xi2的最正確的多次元圖形，以將表示該多次元圖形中的最小值的點中的膜厚、成膜溫度、及氟濃度，算出為被測定膜的膜厚、成膜溫度、及氟濃度。
另外，亦可取代上述的推定方法，而制作橫軸為成膜溫度、膜厚、氟濃度的三個圖表，且在各圖表中，將表示通過復數(shù)個點Xi2的二次曲線的最小值的橫軸X位置，設為與被測定膜的成膜溫度、膜厚、氟濃度相近似。
如以上所述，采用以圖案辨識為基礎的多變量分析技術的解法模型，即可推定被測定膜的紅外線吸收光譜圖案，是接近所構建的數(shù)據(jù)庫的哪一個紅外線吸收光譜圖案，并利用多變量分析技術求出成膜溫度、氟濃度及膜厚。
圖6是表示推定多變量分析的被測定膜(氟氧化硅膜)的成膜溫度的順序的流程圖。
首先，在步驟ST11中，制作參照用紅外線吸收光譜圖案(例如有關圖6所示的27個條件的圖案)，并將的當作數(shù)據(jù)庫而事先儲存在記憶裝置中。
其次，在步驟ST12中，利用傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法，測定被測定膜的紅外線吸收圖案。但是，在本發(fā)明的紅外線吸收圖案的測定中，可采用傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法以外的方法。
其次，在步驟ST13中，進行多變量分析。圖2(a)～圖2(c)所示的例中，雖求出相當于三個參照用紅外線吸收光譜圖案SPT1、SPT2、SPT3、及被測定膜的紅外線吸收光譜圖案SPTA的偏差的平方和的Xi2，但是在本實施方式中，是進行就各波長將27個參照用紅外線吸收光譜圖案、及被測定膜的紅外線吸收光譜圖案的各波長中的吸收值的偏差的平方作乘法運算的分析(多變量分析)。
其次，在步驟ST14中，根據(jù)圖案分析的結果，算出成膜溫度等。第一實施方式中，雖是從通過圖3(c)所示的三個點X12、X22、X32的曲線LA中求出偏差的平方和X2變成最小的溫度TA，并算出該溫度作為氟氧化硅膜的成膜溫度，但是在本實施方式中，由于可獲得多次元空間中表示圖3(c)所示的偏差的平方和的27個點Xi2，所以可求出通過各點Xi2為最正確的多次元圖形，并將表示該多次元圖形的最小值的點的成膜溫度算出為被測定膜的成膜溫度。
圖7是表示以本實施方式的方法所推定的高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度、與以上述國際公開WO99/57146號公報中所記載的方法的方法所測定的成膜溫度間的相互關是的示意圖。在此，當采用上述WO99/57146號公報中所記載的方法時，由于在500℃以下很難把握非晶體層的回復速率，所以要采用應用該方法的其他方法。如圖7所示，明白本發(fā)明的成膜溫度與應用眾所周知方法所得的成膜溫度，可獲得大致1∶1的相互關系，且傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法所進行的高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度的測定結果非常好。
若依據(jù)本實施方式，則由進行以傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法測定的薄膜的膜厚、雜質濃度、成膜溫度等作為參數(shù)的多變量分析，即可精度佳地測定薄膜的成膜溫度。尤其是，如上所述，在上述國際公開WO99/57146號公報中所記載的方法中，雖然很難測定500℃以下的范圍的成膜溫度，但是在本發(fā)明的方法中，則有可測定500℃以下的范圍的成膜溫度，而且可既容易還有迅速地(具體地講，為2～3分鐘左右)進行測定的優(yōu)點。
但是，依本發(fā)明的溫度測定而可測定的成膜溫度的范圍，并非被限定在500℃以下。其可包含與上述國際公開WO99/57146號公報中所記載的方法大致相同的溫度范圍，而且，即使在更低溫的范圍中亦可測定成膜溫度。本發(fā)明，在近來隨著半導體處理的低溫化的進展中，特別能發(fā)揮其可在半導體裝置的布線制程中所實施的處理溫度350℃～500℃的范圍內進行溫度測定的顯著效果。
還有，該方法，由于是可邊在與處理相同的條件下使用成膜裝置，而邊從監(jiān)視器中輕易地在紅外線吸收光譜的生產線上的條件下測定成膜溫度，所以不會降低生產性，而可對全部分的成膜處理測定成膜溫度。
(第三實施方式)其次，有關本發(fā)明薄膜的評價方法的應用，是就生產線上的半導體裝置的制造方法加以說明。
圖8是表示第三實施方式中所形成的半導體裝置的構造的剖面圖。在硅基板11上，設有分割區(qū)劃活性區(qū)域的溝道隔離區(qū)域12，而在由溝道隔離區(qū)域12所包圍住的活性區(qū)域上，設有復數(shù)個MISFET 13。在各MISFET13的源極/漏極區(qū)域(圖中未示)及柵極的各部分，分別設有利用自對準硅化物制做過程所形成的金屬硅化物層14a、14b。
在本實施方式的制造方法中，首先，在設有復數(shù)個MISFET 13的硅基板11的上方，沉積BPSG膜所構成的第一層間絕緣膜20。該第一層間絕緣膜20的厚度約為800nm。
其次，形成貫穿第一層間絕緣膜20，而到達各源極/漏極區(qū)域或各柵極的金屬硅化物層14a、14b的接觸孔，并埋設鎢(W)至接觸孔內以形成栓塞24。圖8雖未表示柵極上的栓塞，但是在與圖8所示的剖面不同的剖面中，設有連接柵極的栓塞。各栓塞24的直徑約為0.25μm。
其次，在第一層間絕緣膜20上沉積鋁(Al)膜后，通過將鋁膜圖案化，以形成連接各栓塞的鋁配線層33(第一層配線層)。鋁配線層33的厚度約為400nm。其后，在第一層間絕緣膜20及鋁配線層33的上方，沉積第二層間絕緣膜30。第二層間絕緣膜30的構成，是包含有氟氧化硅膜所構成的下部膜31、及P-TEOS膜(電解液TEOS膜)所構成的上部膜32。下部膜31的厚度約為500nm，而上部膜32的厚度約為300nm。
在此，本發(fā)明，是在沉積第二層間絕緣膜30的下部膜31之前，事先對晶片所欲測定的區(qū)域(測定區(qū)域)入射紅外線光束，以測定成為下部膜31的底層的基板整體的紅外線吸收光譜。然后，利用高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)法沉積下部膜31。此時，氟氧化硅膜所構成的下部膜31的成膜條件，是成膜裝置的成膜室內壓力為6mTorr(約0.8Pa)，電解液CVD裝置的RF功率為900W/2300W，偏壓功率為2350W，晶片背面的氦(He)壓力于輸入(IN)側為2mTorr(約0.27Pa)，氬氣壓力的上面(TOP)流量為9(ml/min)，氬氣的側面(SIDE)流量為46(ml/min)，氧的上面流量為53(ml/min)，氧的側面流量為73(ml/min)，硅烷的上面流量為4(ml/min)，硅烷的側面流量為40(ml/min)，四氟化硅烷的流量為28(ml/min)。
然后，在沉積下部膜31之后，對晶片的測定區(qū)域入射紅外線，以測定紅外線吸收光譜。然后，從兩紅外線吸收光譜的差中測定下部膜31單獨的紅外線吸收光譜。進而，采用第二實施方式中所說明的參照用紅外線吸收光譜圖案(參照圖5)，并將成膜溫度、膜厚、氟濃度當作參數(shù)，以進行下部膜31的紅外線吸收光譜圖案的多變量分析。因此，測定下部膜31的成膜溫度、膜厚、氟濃度，即可判定下部膜31的沉積條件是否適當。
其次，在沉積第二層間絕緣膜30的上部膜32其后，在第二層間絕緣膜30上形成到達第一層間絕緣膜20上的鋁配線層33的貫穿孔，并埋設鎢(W)至貫穿孔內，以形成栓塞34。第二層間絕緣膜30的上部膜32的厚度約為300nm，而栓塞34的直徑約為0.3μm。
其后，在第二層間絕緣膜30的上方，利用與上述相同的順序，形成鋁配線層43(第二層配線層)、及第三層間絕緣膜40。第三層間絕緣膜40，是具有氟氧化硅膜所構成的下部膜41、及P-TEOS膜所構成的上部膜42，而在形成下部膜41時，進行利用紅外線吸收光譜的多變量分析，以進行成膜溫度、膜厚、氟濃度等的管理。
其后，在第三層間絕緣膜40的上方，利用與上述相同的順序，形成鋁配線層53(第三層配線層)、及第四層間絕緣膜50。第四層間絕緣膜50，是具有氟氧化硅膜所構成的下部膜51、及P-TEOS膜所構成的上部膜52，而在形成下部膜51時，進行利用紅外線吸收光譜的多變量分析，以進行成膜溫度、膜厚、氟濃度等的管理。
其后，在第四層間絕緣膜50的上方，形成鋁配線層63(第四層配線層)、及第P-SiN膜所構成的保護(passivation)膜60。
在本實施方式中，在測定BPSG膜所構成的第一層間絕緣膜20、或P-TEOS膜所構成的第二至第四層間絕緣膜的各上部膜32、42、52、或P-SiN膜所構成的保護膜60的成膜溫度時，并未進行利用紅外線吸收光譜的多變量分析。其理由在于，因BPSG膜、P-TEOS膜、P-SiN膜，是采用一般的電解液或利用熱反應的CVD裝置，而非采用高密度電解液的高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置，且沒有如高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置盤以靜電夾住晶片，并利用晶片背面的氦氣清潔的機構，所以可由在例如一般的電解液CVD裝置的下部分電極中埋設熱電極，并測定下部分電極的溫度，以間接地測定晶片溫度之故。但是，即使在形成BPSG膜、P-TEOS膜、P-SiN膜等時候，因由利用紅外線吸收光譜的多變量分析，亦可測定雜質濃度(BPSG膜中的硼、磷等)、或膜厚，故可嚴密地進行制程管理。
還有，溝道隔離區(qū)域12，由于有時亦由采用高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置所沉積的非摻雜硅酸鹽玻璃USG(Undoped SilicateGlass)所構成，所以可進行紅外線吸收光譜的多變量分析。
圖9是表示本實施方式的制造步驟中于形成氟氧化硅膜前后的處理順序的流程圖。
首先，在步驟ST21中，測定底層晶片的紅外線吸收光譜。該底層晶片，是指在形成第二層間絕緣膜30的下部膜31時，已形成有第一層間絕緣膜20或栓塞24的晶片；在形成第三層間絕緣膜40的下部膜41時，已形成有第二層間絕緣膜30或栓塞34的晶片；在形成第四層間絕緣膜50的下部膜51時，已形成有第三層間絕緣膜40或栓塞44的晶片。
其次，在步驟ST22中，是以上述的條件采用高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置，沉積氟氧化硅膜(此例中，是各下部膜31、41、51)。
其次，在步驟ST23中，測定沉積氟氧化硅膜后的晶片的紅外線吸收光譜。換句話說，測定通過氟氧化硅膜及底層晶片的紅外線吸收光譜。
其次，在步驟ST24中，在每一波長上算出步驟ST23中所測定的紅外線吸收光譜、及步驟ST21中所測定的紅外線吸收光譜的差，以制作氟氧化硅膜單獨的紅外線吸收光譜圖案。
其次，在步驟ST25中，采用事先儲存于數(shù)據(jù)庫中的參照用紅外線吸收光譜圖案(例如將圖5所示的成膜溫度、膜厚、氟濃度當作參數(shù)的復數(shù)個光譜圖案)，并利用第二實施方式中所說明的方法，進行多變量分析。結果，可獲得將圖3(c)所示的曲線置換成多次元圖形或多次元函數(shù)的圖表或函數(shù)。
其次，在步驟ST26中，從步驟ST25中所得的多次元函數(shù)或多次元圖形，推定提供其最小值的氟氧化硅膜的成膜溫度、膜厚、氟濃度等。
其次，在步驟ST27中，判別步驟ST26中所推定的成膜溫度、膜厚、氟濃度是否在適當范圍內。當成膜溫度太低時，就有形成于該氟氧化硅膜下方的層間絕緣膜上的栓塞、及與該栓塞接觸的下方的導體層間的接觸狀態(tài)(具體而言為接觸電阻)惡化的擔心。而當成膜溫度太低時，亦有如下的不良情況。
圖10是表示氟氧化硅膜的蝕刻速率的成膜溫度依存性的示意圖。同圖中，縱軸是呈現(xiàn)蝕刻速率作為與熱氧化膜間的蝕刻速率比。如同圖所示，當成膜溫度太低時，由于蝕刻速率會變高，所以在制程上很難管理蝕刻時間等。換句話說，當薄膜的蝕刻速率變大，就會發(fā)生過蝕刻等不良情況的故。
換而言之，亦可將蝕刻速率編入多變量分析的參數(shù)中，以作為氟氧化硅膜等的膜質。
另一方面，當成膜溫度太高時，恐有使氟氧化硅膜的下方已形成的鋁膜的特性劣化的擔心。因而，在氟氧化硅膜的成膜溫度上有適當范圍，在此例中，最好的是包含在380℃以上，480℃以下的范圍內。還有，因當膜厚太大時就很難形成貫穿孔或埋設栓塞，而當膜厚太薄時，就有使夾住層間絕緣膜的配線層間的電容增大或層間絕緣膜的絕緣性劣化的擔心，故在膜厚方面亦有適當范圍。再者，當氟濃度太低時就無法將層間絕緣膜的介電是數(shù)形成非常小，而當氟濃度太高時還有有因氟的擴散而發(fā)生鋁膜剝離的擔心，故在氟濃度方面亦有適當范圍。
其結果，成膜溫度、膜厚、氟濃度等若在適當范圍內的話，則以目前狀態(tài)直接前進至下一制程，另一方面，成膜溫度、膜厚、氟濃度等若未在適當范圍內的話，則移行至步驟ST27，且在變更高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)的條件后，利用蝕刻術去除氟氧化硅膜，并再次進行氟氧化硅膜的沉積。
另外，在變更步驟ST27的條件后，亦可以目前狀態(tài)直接前進至下一制程。在該情況下，亦可在形成第二層間絕緣膜30的下部分層31后，而形成第三層間絕緣膜40的下部膜41時，以適當?shù)臈l件進行氟氧化硅膜的沉積。
如此，在本導體裝置的處理中，由于容易將氟氧化硅膜的成膜溫度、膜厚、氟濃度等的參數(shù)維持在適當范圍內，所以可既嚴密還有輕易地進行半導體裝置的制程管理。而且，由重新形成薄膜，亦可提高優(yōu)良比率。
另外，圖1所示的傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法的紅外線吸收光譜，雖是表示只有在高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置所成膜的氟氧化硅膜的紅外線吸收光譜的資料，但是即使在氟氧化硅膜與硅基板所合成的紅外線吸收光譜的情況，亦可確認其與圖7同樣，可測定高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置的成膜溫度。
而且，若依據(jù)本方法，則因由算出差值，即可只檢測出薄膜的紅外線吸收光譜成分，所以不僅可進行生產線上監(jiān)視，亦可精確地測定基板背面構造復雜的實際裝置的成膜溫度。
還有，在上述各實施方式中，雖是采用以高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置所成膜的氟氧化硅膜來加以說明的，但是亦可適用于形成其他的氧化硅膜，例如添加磷的氧化硅膜(PSG膜)或添加硼及磷的氧化硅膜(BPSG膜)、氮化硅膜等的情況中。而且，在形成氟氧化硅膜等的氧化硅膜時雖是采用高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置來加以說明，但是亦可適用于采用其他的成膜裝置，例如采用一般的等離子體CVD裝置(P-CVD)或低壓CVD裝置(LP-CVD)等而成膜的情況中。
(第四實施方式)在本實施方式中，是就利用成膜溫度的測定而測定成膜室內的溫度的方法加以說明。
如上所述，由于可利用氟氧化硅膜等的紅外線吸收光譜，來測定成膜溫度，所以可測定成膜室的溫度。然后，當知道成膜室的溫度時，不僅可于CVD中利用，亦可為了半導體裝置的制程中的各種處理而加以利用。
從前的成膜室內的溫度測定，是利用安裝于具熱電偶晶片的背面上的溫度感測器而進行。但是，即使采用具有熱電極的晶片，雖可知道晶片背面的溫度，但是卻無法測定晶片表面的溫度，即無法測定非晶體區(qū)域接受熱處理的實際溫度。還有，在溫度的測定范圍中仍有界限，當達到某程度高溫時就很難進行測定。
還有，在上述眾所周知國際公開WO99/57146號公報中所記載的技術的情況，當達到500℃以下時，來自非晶體狀態(tài)的回復速率就會變得不明。這是因為在低溫時，來自非晶體狀態(tài)的回復會在極初期的階段結束，即使花費更多的時間仍無法順利回復的原故。
相對于此，在利用本發(fā)明的紅外線吸收光譜的方法的情況時，若在CVD可進行的溫度范圍內的話，則有無論在哪一個溫度均可進行測定的優(yōu)點。尤其是在國際公開WO 99/57146號公報中所記載的技術中很難進行測定的500℃以下的范圍內其效果很大。
圖11是表示就采用高密度電解液化學氣相沉積(HDP-CVD)裝置而形成的氟氧化硅膜所得的晶片面內的溫度分布的數(shù)據(jù)。由于紅外線光束的直徑是5mm左右，所以可在晶片內的復數(shù)個部分位測定紅外線吸收光譜。該情況，雖有必要使關于形成膜的前的晶片于測定紅外線吸收光譜的部分位、與關于形成膜其后的上方于測定紅外線吸收光譜的部分位大致一致，但是由于目前的紅外線測定裝置的定位精度非常提高，所以在實用上已沒有不良的情況。
如同圖所示，因由進行利用本發(fā)明的紅外線吸收光譜的多變量分析，即可測定晶片面內的溫度分布，故利用此，可測定CVD裝置的成膜室內的溫度分布。用于該溫度測定的晶片，亦可為流入制造線上的制品用晶片，或用于制程管理的管理用晶片。
(其他實施方式)在上述各實施方式中，雖是對被測定膜入射紅外線，并利用傅立葉轉換紅外線分光(FT-IR)法，測定紅外線吸收光譜，以進行被測定膜的評價，但是即使在采用其他的分光法，例如分散型紅外線分光法、雷射拉曼(LaserRaman)分光法，X射線光電子分光法等，以測定觀測構成薄膜的原子間結合狀態(tài)的吸收光譜的情況，亦可適用本發(fā)明。
(發(fā)明效果)若依據(jù)本發(fā)明，則由于可從成膜裝置的生產線上監(jiān)視器中測定成膜溫度或膜的特性，所以在即不會降低生產性的情況下，又可對全部的成膜處理測定成膜溫度。
權利要求
1.一種膜的評價方法，其包含有對形成有膜的基板入射電磁波以測定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出對應上述膜的膜質的特定值的步驟(b)。
2.根據(jù)權利要求第1項所述的膜的評價方法，其特征為在上述步驟(a)中，入射作為上述電磁波的紅外線；在上述步驟(b)中，從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述特定值。
3.根據(jù)權利要求第2項所述的膜的評價方法，其特征為事先準備復數(shù)個對應膜的膜質的基準的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述特定值。
4.根據(jù)權利要求第3項所述的膜的評價方法，其特征為在上述步驟(b)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，以算出上述特定值。
5.根據(jù)權利要求第1項～第4項中所述的任何一項膜的評價方法，其特征為在上述步驟(a)中，由上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測定的上述基板的紅外線吸收光譜，只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
6.一種溫度測定方法，其包含有對形成有膜的基板入射電磁波以測定上述電磁波的吸收光譜的步驟(a)；以及從上述吸收光譜的形狀算出上述膜的成膜溫度的步驟(b)。
7.根據(jù)權利要求第6項所述的溫度測定方法，其特征為在上述步驟(a)中，入射紅外線作為上述電磁波；在上述步驟(b)中，從上述紅外線的吸收光譜的形狀算出上述成膜溫度。
8.根據(jù)權利要求第7項所述的溫度測定方法，其特征為事先準備復數(shù)個對應膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(b)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述成膜溫度。
9.根據(jù)權利要求第8項所述的溫度測定方法，其特征為在上述步驟(b)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，以算出上述成膜溫度。
10.根據(jù)權利要求第6項～第9項中所述的任何一項溫度測定方法，其特征為在上述步驟(a)中，由自上述膜及基板的紅外線吸收光譜減去事先測定的上述基板的紅外線吸收光譜，只求出上述膜的紅外線吸收光譜。
11.根據(jù)權利要求第6項～第10項中所述的任何一項的溫度測定方法，其特征為在上述步驟(a)中，事先將上述基板配置于成膜裝置內，并在上述基板上形成上述膜；在上述步驟(b)中，算出上述膜的成膜溫度作為上述成膜裝置內的溫度。
12.一種具有構成膜的要素的半導體裝置的制造方法，其包含有在配置于成膜裝置內的底層晶圓上形成上述膜的步驟(a)；對形成有上述膜的晶圓入射紅外線以測定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對應上述膜的膜質的特定值的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述特定值以控制上述成膜裝置的設定條件的步驟(d)。
13.根據(jù)權利要求第12項所述的半導體裝置的制造方法，其特征為事先準備復數(shù)個對應膜的膜質的基準的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及在上述步驟(b)中所測定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述特定值。
14.根據(jù)權利要求第13項所述的半導體裝置的制造方法，其特征為在上述步驟(c)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，以算出上述特定值。
15.一種具有構成膜的要素的半導體裝置的制造方法，其特征為在配置于成膜裝置內的底層晶圓上形成上述膜的步驟(a)；對形成有上述膜的晶圓入射紅外線以測定紅外線吸收光譜的步驟(b)；從上述紅外線吸收光譜的形狀算出對應上述膜的成膜溫度的步驟(c)；以及按照在上述步驟(c)中所算出的上述成膜溫度以控制上述成膜裝置的設定條件的步驟(d)。
16.根據(jù)權利要求第15項所述的半導體裝置的制造方法，其特征為事先準備復數(shù)個對應膜的成膜溫度的參照用紅外線吸收光譜；在上述步驟(c)中，比較上述參照用紅外線吸收光譜、及在上述步驟(b)中所測定的上述膜的上述紅外線吸收光譜，以算出上述成膜溫度。
17.根據(jù)權利要求第16項所述的半導體裝置的制造方法，其特征為在上述步驟(c)中，根據(jù)上述參照用紅外線吸收光譜、及上述紅外線吸收光譜的形狀進行多變量分析，以算出上述成膜溫度。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種即不使成膜裝置的生產性劣化，又可輕易測定成膜裝置的成膜溫度或膜的特性的方法。其解決手段是，事先制作參照用紅外線吸收光譜圖案作為資料庫。然后，利用傅立葉轉換紅外線分光(FT－IR)法，測定被測定膜的紅外線吸收圖案。再次，根據(jù)參照用紅外線吸收光譜圖案，及被測定膜的紅外線光譜圖案，進行部分最小平方回歸(PLS)法的多變量分析的后，再根據(jù)分析的結果，算出成膜溫度等。
文檔編號H01L21/66GK1476630SQ02803087
公開日2004年2月18日 申請日期2002年9月10日 優(yōu)先權日2001年9月10日
發(fā)明者立成利貴 申請人:松下電器產業(yè)株式會社