專利名稱：結(jié)構(gòu)評價方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法及記錄媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的要素的制造工藝的管理使用的結(jié)構(gòu)評價方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法及記錄媒體。
這里，現(xiàn)有的薄膜工藝，通過1次的工藝而形成的薄膜是在深度方向基本上組成和其他物性變化不大的均勻的膜。另一方面，如Si-MOS晶體管的柵極部分那樣，在成為柵極絕緣膜的硅氧化膜上，疊層成為柵極的多晶硅膜的例子也不少，但是，這時，在各層內(nèi)組成基本上是均勻的，各層間的界面幾乎都是明確的。
另外，作為基片上的單層膜和多層膜的各層的膜厚和組成的評價技術(shù)，有光學(xué)的評價方法，作為光學(xué)的評價方法的例子，廣泛地使用分光偏振光分析測定法和分光反射率測定法。
所謂分光反射率測定法，就是向試樣照射光而在分光的各波長區(qū)域求照射到試樣上的光的強(qiáng)度與從試樣上反射的光的強(qiáng)度之比(反射率)的評價方法。
分光偏振光分析測定法，就是向試樣照射線偏振光，根據(jù)反射光的偏振狀態(tài)的變化而得到關(guān)于試樣的信息的評價技術(shù)。在線偏振光中，設(shè)電場矢量與入射面平行的部分為p偏振光成分、與入射面垂直的部分為s偏振光成分、它們的復(fù)數(shù)反射率分別為Rp、Rs時，則ρ≡Rp/Rs仍然是復(fù)數(shù)。因此，ρ可以使用2個實(shí)數(shù)ψ，表現(xiàn)為ρ≡tanψeiΔ。對各波長的光測定該ψ、Δ的2個物理量而得到頻譜的方法，就是分光偏振光分析測定法。
作為這些光學(xué)評價方法的共同的特征，根據(jù)光通過的物質(zhì)的光學(xué)常數(shù)(折射率n、消光系數(shù)k)的組合，光的相位和反射率發(fā)生變化，所以，在測定結(jié)果中包含物質(zhì)的光學(xué)常數(shù)的信息。另外，在從被測定對象中取出的光信息中，顯著地表現(xiàn)了光的干涉效果，所以，測定結(jié)果大多隨薄膜的膜厚等變化很大，不論上述哪一種評價方法，都可以得到薄膜的膜厚等信息。
但是，在反射率測定法或分光偏振光分析測定法中，在測定的物理量(反射率測定法時為反射率、分光偏振光分析測定法時為ψ、Δ)中，包含了光通過的路徑上的所有的物質(zhì)的影響，不能將這些影響作為個別地分離的信息而直接取出來。
因此，使用分光反射率測定法或分光偏振光分析測定法測定試樣而進(jìn)行薄膜的膜厚和特性的評價時，就必須進(jìn)行以下的實(shí)測值與測定值的預(yù)想值的比較這樣的步驟。


圖10是表示現(xiàn)有的試樣評價和薄膜的制造工藝的管理的步驟的流程圖。
首先，在步驟ST201，利用評價方法M測定通過某一工藝P而做成的試樣A，得到物理量的實(shí)測值(例如，Δ、ψ)。
另一方面，在步驟ST202，設(shè)定試樣結(jié)構(gòu)的幾何模型，在步驟ST203，設(shè)定規(guī)定試樣結(jié)構(gòu)的初始推定值，然后，在步驟ST204，計(jì)算物理量測定值的理論預(yù)想值。即，使用光學(xué)的評價法時，假定測定試樣的結(jié)構(gòu)(n、k剖面)，計(jì)算用評價方法M評價該n、k剖面時得到的物理量測定值的理論預(yù)想值。
并且，在步驟ST205，將物理量的實(shí)測值與理論預(yù)想值相互進(jìn)行比較。這時，定義用于評價實(shí)側(cè)值與理論預(yù)想值之差的程度的評價值。
然后，在步驟ST206，判斷評價值是否為極小值，如果評價值不是極小，在步驟ST207就進(jìn)行新的推定值的設(shè)定，然后返回到步驟ST204的處理，反復(fù)進(jìn)行步驟ST204～ST206的處理。
并且，在步驟ST206的判斷中，如果判定評價值是極小，就進(jìn)入步驟ST208，決定試樣結(jié)構(gòu)的推定值，然后在步驟ST209判斷試樣結(jié)構(gòu)是否在合適的范圍內(nèi)。如果判斷的結(jié)果是試樣結(jié)構(gòu)在合適的范圍內(nèi)，就進(jìn)入步驟ST210，按照設(shè)定的工藝條件直接進(jìn)行后面的處理。
另一方面，在步驟ST209的判斷結(jié)果是試樣結(jié)構(gòu)不在合適的范圍內(nèi)時，就轉(zhuǎn)移到步驟ST211，判斷試樣結(jié)構(gòu)的幾何模型是否合適。并且，如果試樣結(jié)構(gòu)的幾何模型是合適的，就進(jìn)入步驟ST212，推斷結(jié)構(gòu)異常的原因，從而采取例如變更溫度、時間、氣體流量等措施。
另外，在步驟ST211的判斷結(jié)果判定試樣結(jié)構(gòu)的幾何模型不合適時，就轉(zhuǎn)移到步驟ST213，設(shè)定新的幾何模型，然后返回到步驟ST203，再次進(jìn)行步驟ST203以后的處理。
這里，作為在步驟ST205使用的評價值，通常是正的實(shí)數(shù)，可以使用實(shí)測值與理論預(yù)想值的差越小評價值也越小，并在兩者完全一致時成為0的函數(shù)。通常，作為評價值，大多使用由下述式(1)表示的將各波長的實(shí)測值與理論預(yù)想值之差的平方對全波長相加的分散值σ，即σ＝∑{aj(Sj-Smodj)2}(1)其中，Sj是物理量的實(shí)測值，Smodj是物理量的理論預(yù)想值。另外，aj是權(quán)重系數(shù)，在權(quán)重系數(shù)aj全部為1時，各波長的信息卻同等地用于進(jìn)行評價，但是，為了有助于使容易顯現(xiàn)試樣的結(jié)構(gòu)特征的波長變大，有時也不將權(quán)重系數(shù)aj的值取為1。
并且，在最小二乘法中，將該評價值成為最小的假定的試樣結(jié)構(gòu)作為測定值。即，找出提供與實(shí)測相同的ψ、Δ的試樣的結(jié)構(gòu)(n、k的深度方向剖面)，將提供最接近的ψ、Δ的試樣的結(jié)構(gòu)作為測定值使用。但是，在分光偏振光分析測定法中，即使是試樣的微妙的變化例如表面的原子層水平的光學(xué)常數(shù)變化，ψ、Δ的測定結(jié)果也發(fā)生變化，所以，計(jì)算所有的試樣結(jié)構(gòu)的理論預(yù)想值，也不能與實(shí)測值進(jìn)行比較。
因此，在實(shí)際的評價中，用少數(shù)的參量表現(xiàn)試樣的結(jié)構(gòu)，在設(shè)想的值的范圍內(nèi)進(jìn)行求評價值成為最小的參量值的組合的作業(yè)。另外，評價值是這些參量的函數(shù)，但是，該函數(shù)是復(fù)雜的，所以，求最小值實(shí)際上是非常困難的。因此，利用極小值取代最小值。如果是極小值，就可以用最快下降法等算法語言來求。在該算法語言中，對參量給出了適當(dāng)?shù)某跏贾?，在評價值減小的方向，對參量值給出了微小變化，不論是多么微小的變化，都可以求評價值增大的點(diǎn)，即極小點(diǎn)。但是，使用該極小點(diǎn)的方法，不限于所求的極小點(diǎn)就是給出最小值的點(diǎn)。
如果是用現(xiàn)有的薄膜工藝形成的界面明確的單一組成的膜的疊層結(jié)構(gòu)，也可以使用實(shí)數(shù)方法進(jìn)行再現(xiàn)性比較好的薄膜的評價。這是因?yàn)?，在工藝上可以形成的結(jié)構(gòu)是單純的，所以，可以用比較少的參量數(shù)表現(xiàn)薄膜的結(jié)構(gòu)，除了給出與實(shí)際的薄膜的結(jié)構(gòu)最接近的薄膜的模型結(jié)構(gòu)的參量值的組合以外，難于發(fā)生評價值的極小點(diǎn)。
下面，考察將所述現(xiàn)有的光學(xué)的評價方法利用于包含多個元素的結(jié)晶膜的膜厚和特性的評價的情況。
近年來，具有與結(jié)晶層的外延成長技術(shù)這樣的現(xiàn)有的薄膜工藝不同的性質(zhì)的技術(shù)已開始應(yīng)用于HBT(異質(zhì)雙極性晶體管)等的制造中。所謂外延成長技術(shù)，就是使具有與構(gòu)成基底的結(jié)晶的原子的結(jié)構(gòu)相仿的結(jié)構(gòu)的新的結(jié)晶在作為基片等的基底的結(jié)晶上成長的技術(shù)。使用該技術(shù)時，可以用非常高的精度(通常，約為1nm、在特殊的條件下，達(dá)到1原子層)控制膜厚。另外，成長的結(jié)晶在寬廣的組成率的范圍內(nèi)由形成混晶的SiGe等材料構(gòu)成時，可以控制組成率。因此，如果利用這些特性，在任意的剖面，在深度方向可以形成組成近似的連續(xù)的變化的狀態(tài)。利用該特性的器件的一例是傾斜組成SiGe-HBT。在傾斜組成SiGe-HBT的情況時，在發(fā)射極區(qū)域取Ge組成為0、在基極區(qū)域使Ge組成逐漸地增大。這時，Ge組成率提高時，禁帶變窄，所以，在將內(nèi)部的載流子加速的方向發(fā)生電場。其結(jié)果，載流子的基極渡越時間將縮短，從而晶體管可以進(jìn)行高速動作。
這樣的SiGe傾斜組成HBT時，有時在基極區(qū)域內(nèi)改變組成而使之具有三角形的剖面，但是，通常多數(shù)是采用附加了Ge組成率均勻的緩沖層的梯形剖面。
圖11(a)是表示在均勻組成的SiGe緩沖層上堆積SiGe傾斜組成層和Si間隙層而構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)的深度方向的Ge組成率的剖面的圖。
就這樣利用外延成長技術(shù)制造組成近似的連續(xù)的變化的結(jié)構(gòu)，所以，在評價近似的連續(xù)的變化的剖面的同時，如果該剖面偏離了指定的范圍時，就必須采用進(jìn)行修正的方法。
因此，這種在深度方向組成近似的連續(xù)的變化的試樣也嘗試?yán)梅止馄窆夥治鰷y定法進(jìn)行評價。在分光偏振光分析測定法的評價過程中，即使是具有任意的組成剖面的試樣，也可以測定ψ、Δ。另外，如果將組成近似的連續(xù)的變化的剖面作為十分薄的薄膜的疊層來近似，也可以計(jì)算ψ、Δ的理論預(yù)想值。要解決的技術(shù)問題但是，在包含SiGe膜等的多個元素的混晶的外延成長中，存在以下問題。
在與具有均勻組成的薄膜不同的可以使Ge組成率向深度方向按原子層水平變化的SiGe外延成長膜中，如果可以得到的試樣結(jié)構(gòu)非常多、可以正確地實(shí)現(xiàn)設(shè)定的工藝條件，則形成的薄膜的結(jié)構(gòu)就與所希望的薄膜的結(jié)構(gòu)基本上是一致的。
但是，例如希望制造具有圖11(a)所示的梯形的傾斜組成剖面的薄膜而進(jìn)行結(jié)晶成長時，如果結(jié)晶是在與設(shè)定的溫度不同的溫度下成長的，可知形成的薄膜的組成的剖面就不是正確的梯形的剖面。
其理由在于，結(jié)晶成長速度與基片溫度有關(guān)，并且其關(guān)系隨Ge組成率而變化。在SiGe膜的成長階段，成長中的SiGe結(jié)晶的Ge組成率增大時，結(jié)晶成長的活化能量減小，所以，與Si相比，成長速度隨基片溫度的變化而變化的幅度小。結(jié)果，在基準(zhǔn)溫度下，在Ge組成率成為梯形剖面的條件下進(jìn)行結(jié)晶成長時，在比基準(zhǔn)溫度高的溫度下成長的傾斜組成SiGe結(jié)晶的Ge組成率具有向下凸的剖面，在比基準(zhǔn)溫度低的溫度下成長的傾斜組成SiGe結(jié)晶的Ge組成率具有上凸的剖面。
圖11(b)是表示具有比在基準(zhǔn)溫度高的溫度下成長的傾斜組成SiGe膜的疊層結(jié)構(gòu)在深度方向的Ge組成率的剖面的圖。
圖11(c)是表示對具有圖11(b)所示的Ge組成率的剖面的疊層膜進(jìn)行梯形近似時的Ge組成率的剖面的圖。即，使用分光偏振光分析測定法將具有圖11(b)所示的Ge組成率的剖面的疊層膜的結(jié)構(gòu)作為參量，按采用了各層的膜厚和Ge組成率的梯形模型進(jìn)行擬合時，不能表現(xiàn)實(shí)際的剖面的曲線部分，所以，雖然總膜厚與實(shí)際的剖面基本上相同，但是，具有傾斜部分的形狀與實(shí)際不同的剖面的結(jié)構(gòu)可以作為推定值而得到。其結(jié)果，就判定Si間隙和SiGe緩沖層的厚度比實(shí)際的薄，而SiGe傾斜組成層的厚度則比實(shí)際的非常厚，從而將成長時間評價為比實(shí)際的長。
這里，由于沒有簡單地描述圖11(b)所示的Ge組成率的剖面的幾何模型，所以，在現(xiàn)有的工藝條件的修正方法中，就使用了單純修正疊層膜的各層的成長時間的方法。
圖11(d)是表示根據(jù)梯形近似的結(jié)果通過縮短成長時間來修正疊層膜的各層的厚度而形成的疊層膜的深度方向的Ge組成率的剖面的圖。如圖所示，將通過圖11(c)所示的梯形近似而得到的疊層膜的剖面作為推定值修正工藝條件時，就將SiGe傾斜組成層評價為比實(shí)際的厚，從而對其進(jìn)行修正，所以，就形成了具有比設(shè)計(jì)值薄的SiGe傾斜組成層的疊層膜。
即，在以往使用的修正方法中，由于不能利用幾何模型適當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)Ge剖面，所以，不能正確地進(jìn)行評價，從而將進(jìn)行錯誤的修正。
如上所述，可以如圖11(a)所示的那樣使用由Si間隙層、傾斜組成層、SiGe緩沖層的各層的厚度和各層中的Ge組成率這4個因素決定的梯形表現(xiàn)Ge組成率的剖面的結(jié)構(gòu)的，僅僅是在基準(zhǔn)溫度下成長的膜。因此，即使根據(jù)成長的SiGe膜等的厚度的實(shí)測值進(jìn)行成長條件的修正，只要將Ge組成率的剖面總是梯形來作為前提，就難于進(jìn)行正確的修正。
因此，如果增加規(guī)定膜的Ge組成率的剖面的參量數(shù)，使用頂點(diǎn)比梯形多的多邊形來表現(xiàn)Ge組成率的剖面，就可以表現(xiàn)任意的溫度下的Ge組成率的剖面。但是，如果增加規(guī)定Ge組成率的剖面的參量數(shù)，則給出實(shí)數(shù)分散值x的極小值的參量的組合就非常多，所以，難于用現(xiàn)實(shí)的計(jì)算量得到正確的推定值。在理論上，只要增加規(guī)定Ge組成率的剖面的幾何模型的結(jié)構(gòu)的參量數(shù)，就可以表現(xiàn)與實(shí)際更接近的試樣結(jié)構(gòu)。但是，如果增加參量數(shù)，給出評價值的極小值的參量值的組合就不限于1個。結(jié)果，盡管試樣結(jié)構(gòu)幾乎相同，但是，由于利用分光偏振光分析測定法進(jìn)行測定時噪音等引起的ψ、Δ測定的微妙的偏差以及在結(jié)構(gòu)模型中不包含的結(jié)構(gòu)例如界面的組成起伏等微妙的試樣結(jié)構(gòu)的不同，測定結(jié)果將發(fā)生很大的變化。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)評價方法包括利用光學(xué)的評價方法得到半導(dǎo)體器件的要素的物理量的多個實(shí)測值的步驟(a)、假定用于形成所述要素的工藝條件并通過計(jì)算求出經(jīng)過使用該假定工藝條件的工藝而形成的所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(b)、計(jì)算利用光學(xué)的評價方法得到在所述步驟(b)求出的所述要素的結(jié)構(gòu)的物理量的多個測定值的預(yù)想值的步驟(c)和根據(jù)所述要素的物理量的實(shí)數(shù)多個實(shí)測值和使多個測定值的預(yù)想值推定所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(d)。
利用該方法，在步驟(d)根據(jù)與在步驟(b)得到的現(xiàn)實(shí)可以采用的要素的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的要素的物理量的測定值的預(yù)想值和物理量的實(shí)測值推定要素的更正確的結(jié)構(gòu)。即，與現(xiàn)有的那樣將一律的結(jié)構(gòu)作為前提的結(jié)構(gòu)評價不同，可以進(jìn)行反映根據(jù)工藝條件的變化而變化的物理量的結(jié)構(gòu)的正確的結(jié)構(gòu)評價。
在上述步驟(d)中，計(jì)算評價上述多個物理量的實(shí)測值與上述多個測定值的預(yù)想值之差的數(shù)值，在該值小于閾值之前，經(jīng)過上述步驟(b)、(c)推定上述要素的結(jié)構(gòu)，利用例如應(yīng)用最小二乘法的急速下降法等的算法語言，結(jié)構(gòu)評價就很容易。
在上述步驟(b)中，通過利用工藝模擬進(jìn)行上述計(jì)算，可以簡便而迅速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)評價。
預(yù)先通過使用多個工藝條件的工藝形成要素，利用上述光學(xué)的評價方法預(yù)先求出該要素的結(jié)構(gòu)，將上述多個工藝條件與根據(jù)該工藝條件而形成的要素的結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫化，在上述步驟(b)中，通過根據(jù)上述相關(guān)關(guān)系計(jì)算而求出上述要素的結(jié)構(gòu)，便可更簡便而迅速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)評價。
在上述工藝是結(jié)晶膜的外延成長工藝時，特別是上述結(jié)晶膜是包含多個元素的結(jié)晶膜時，通過應(yīng)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)評價方法，可以發(fā)揮顯著的效果。
上述結(jié)晶膜是包含Si和Ge從而包含禁帶傾斜地變化的結(jié)構(gòu)的結(jié)晶膜時，可以進(jìn)行可供Ge組成率的剖面的控制的結(jié)構(gòu)評價。即，由于結(jié)晶成長速度隨Ge組成率而變化，在Ge組成率的剖面不是如設(shè)計(jì)的那樣的傾斜結(jié)構(gòu)時，實(shí)際能夠發(fā)生的Ge組成率的剖面也作為物理量的測定值的預(yù)想值進(jìn)行運(yùn)算，所以，利用該物理量的測定值的預(yù)想值，可以得到實(shí)測值得到的結(jié)晶膜的正確的Ge組成率的剖面。
上述光學(xué)的評價方法最好是分光偏振光分析測定法和分光反射率測定法中的某一種方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括對包含半導(dǎo)體器件的要素的多個晶片中的1個評價用晶片利用光學(xué)的評價方法得到上述要素的物理量的多個實(shí)測值的步驟(a)、假定用于形成上述評價用晶片的上述要素的工藝條件并通過計(jì)算求出經(jīng)過使用該假定的工藝條件的工藝而形成的上述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(b)、計(jì)算利用上述光學(xué)的評價方法評價在上述步驟(b)求出的上述要素的結(jié)構(gòu)時得到的物理量的多個測定值的預(yù)想值的步驟(c)、根據(jù)上述評價用晶片的上述要素的物理量的上述多個實(shí)測值和上述多個測定值的預(yù)想值推定上述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(d)和根據(jù)上述評價用晶片的上述要素的推定結(jié)構(gòu)與上述多個晶片的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同對上述多個晶片中至少上述評價用晶片以外的晶片決定是否修正上述工藝的工藝條件的步驟(e)。
根據(jù)該方法，使用上述結(jié)構(gòu)評價法正確地把握評價用晶片的要素的結(jié)構(gòu)，可以對其他晶片的工藝條件進(jìn)行變更和設(shè)定，所以，可以提高半導(dǎo)體器件的特性和降低特性的彌散。
在上述工藝是結(jié)晶膜的外延成長工藝時，特別是包含多個元素的結(jié)晶膜時，通過應(yīng)用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，可以發(fā)揮顯著的效果。
上述結(jié)晶膜是包含Si和Ge從而是包含禁帶傾斜地變化的結(jié)構(gòu)的結(jié)晶膜時，可以正確地進(jìn)行Ge組成率的剖面的控制。即，由于結(jié)晶成長速度隨Ge組成率而變化，在Ge組成率的剖面不是如設(shè)計(jì)的那樣的傾斜結(jié)構(gòu)時，實(shí)際能夠發(fā)生的Ge組成率的剖面也作為物理量的測定值的預(yù)想值進(jìn)行運(yùn)算，所以，利用該物理量的測定值的預(yù)想值，可以得到實(shí)測值得到的結(jié)晶膜的正確的Ge組成率的剖面。
本發(fā)明的記錄媒體是可以組裝到利用光學(xué)的評價方法進(jìn)行半導(dǎo)體器件的要素的特性評價所使用的計(jì)算機(jī)中的記錄媒體，記錄使計(jì)算機(jī)執(zhí)行取入上述半導(dǎo)體器件的要素的物理量的多個實(shí)測值的步驟(a)、假定用于形成上述要素的工藝條件并通過計(jì)算而求出經(jīng)過使用該假定的工藝條件的工藝而形成的上述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(b)、計(jì)算利用上述光學(xué)的評價方法評價在上述步驟(b)求出的上述要素的結(jié)構(gòu)時得到的物理量的多個測定值的預(yù)想值的步驟(c)和根據(jù)上述要素的物理量的上述多個實(shí)測值和上述多個測定值的預(yù)想值來推定上述要素的結(jié)構(gòu)的步驟的程序。
這樣，使用計(jì)算機(jī)便可自動地進(jìn)行上述結(jié)構(gòu)評價。
在上述步驟(d)中，計(jì)算評價上述多個物理量的實(shí)測值與上述多個測定值的預(yù)想值之差的數(shù)值，在該值小于閾值之前，經(jīng)過上述步驟(b)、(c)推定上述要素的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示利用分光偏振光分析測定法的測定而得到的Δ、ψ頻譜的例子的圖。
圖3(a)～(d)分別是順序表示傾斜組成SiGe-HBT的疊層膜中設(shè)計(jì)的Ge組成率的剖面、條件偏離時的剖面、使用工藝模擬器的條件的推定用剖面和修改后的試樣結(jié)構(gòu)的剖面的圖。
圖4是表示用于得到圖3(a)所示的梯形剖面結(jié)構(gòu)的工藝條件的圖。
圖5是表示利用工藝模擬器進(jìn)行的試樣結(jié)構(gòu)的推定步驟的流程圖。
圖6是表示利用工藝模擬器推定的Ge組成率的外延層厚度方向的剖面的圖。
圖7是表示SiGe層的Ge組成率與鍺烷流量比的依賴關(guān)系的圖。
圖8是表示SiGe層的成長速度與鍺烷流量比的依賴關(guān)系的圖。
圖9是根據(jù)具有圖6所示的Ge組成率的剖面的疊層膜進(jìn)行模擬的Δ、ψ的頻譜。
圖10是表示現(xiàn)有的試樣評價和薄膜的制造工藝的管理步驟的流程圖。
圖11(a)～(d)分別是順序表示傾斜組成SiGe-HBT的疊層膜中設(shè)計(jì)的Ge組成率的剖面、條件偏離時的剖面、假定了一律結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有推定剖面和修該后的試樣結(jié)構(gòu)的剖面的圖。
最佳實(shí)施方式本發(fā)明的結(jié)構(gòu)評價方法的基本考慮在本實(shí)施例中，利用根據(jù)工藝條件計(jì)算實(shí)際制作的Ge組成率的剖面的工藝模擬器，所以，必須預(yù)先知道工藝條件與成長速度和SiGe層中的Ge組成率的關(guān)系。下面，以利用UHV-CVD法(超高真空氣相化學(xué)堆積法)的結(jié)晶的外延成長工藝的情況為例進(jìn)行說明。
所謂外延成長技術(shù)，就是在已有的結(jié)晶體的面上成長新的結(jié)晶的技術(shù)。特別是在本實(shí)施例中使用的UHV-CVD法是外延成長工藝的一種，是在使結(jié)晶成長裝置內(nèi)的真空度提高到10-6Pa～10-7Pa之后，將原料氣體導(dǎo)入結(jié)晶成長裝置內(nèi)，通過加熱的基片表面與原料氣體的化學(xué)反應(yīng)使結(jié)晶成長的技術(shù)。
在結(jié)晶成長時，將包含硅的硅烷(SiH4)和乙硅烷(Si2H6)等氣體作為原料氣體使用時，就可以使硅成長。另外，將包含鍺的鍺烷(GeH4)等氣體與包含硅的氣體一起導(dǎo)入結(jié)晶成長裝置內(nèi)時，就可以使作為硅和鍺的混晶的SiGe結(jié)晶成長。此外，除了包含硅的氣體和包含鍺的氣體外，將SiH3CH3等包含碳的氣體導(dǎo)入結(jié)晶成長裝置內(nèi)時，就可以成長SiGeC結(jié)晶。
對于SiGe結(jié)晶，在原理上包含在混晶中的各元素的比例(組成率)可以取任意的值。該SiGe結(jié)晶的各元素的組成率由使結(jié)晶成長時的工藝條件決定。利用UHV-CVD法時，組成率與基片溫度和結(jié)晶成長裝置內(nèi)的壓力(總壓)幾乎無關(guān)，僅由結(jié)晶成長裝置內(nèi)的硅的源氣體的分壓和鍺的源氣體的分壓決定。
通常，一度成長的結(jié)晶部分，在進(jìn)行其后的高溫?zé)崽幚淼冉Y(jié)晶成長以外的工藝之前并發(fā)生變化。例如，開始時將乙硅烷和鍺烷同時導(dǎo)入結(jié)晶成長裝置內(nèi)成長了SiGe層之后，如果僅導(dǎo)入乙硅烷成長Si層，就可以在基片表面上形成具有SiGe層和Si層的雙重結(jié)構(gòu)的膜。如果隨時間而近似的連續(xù)改變硅烷與鍺烷的流量比，就可以在深度方向形成Ge組成率近似的連續(xù)變化的SiGe層。即，通過外延成長工藝而成長的膜的Ge組成率的剖面宛如年輪一樣，由成長各層時的工藝條件的經(jīng)歷決定。因此，為了得到所希望的組成率的剖面，就必需使從結(jié)晶成長的開始到結(jié)束的成長條件近似的連續(xù)變化。
外延成長的膜在某一深度位置的組成率由成長該膜的該深度位置的部分時的源氣體分壓比決定，但是，哪個時刻的氣體流量比與該膜的該深度位置的部分對應(yīng)，在成長該深度位置的部分之前，不能把握成長了多大厚度的膜。
即，在SiGe膜中，以原來的基片表面為原點(diǎn)，設(shè)成長該部分的結(jié)晶時的時刻為t(d)，則位于到膜的原點(diǎn)的距離d的部分的Ge組成比x(d)可以表為下述式(2)。
x(d)＝Cm{PSi(t(d))，PGe(t(d))，T(d))}(2)
其中，Cm是表示硅烷分壓PSi、鍺烷分壓PGe與基片溫度T、組成比的關(guān)系的函數(shù)。
另外，設(shè)結(jié)晶成長的開始時刻為0，則式(2)中的變量t(d)可以通過下述式(3)而求出。
d(t)＝∫(τ＝0～t)gr{PSi(τ)，PGe(τ)，T(τ)}dτ(3)其中，gr是表示氣體分壓與基片溫度和成長速度的關(guān)系的函數(shù)。
因此，如果已知函數(shù)Cm和gr，并且知道了從結(jié)晶成長的開始到結(jié)束的任意時刻的硅烷和鍺烷的分壓和基片溫度，就可以求出規(guī)定Ge組成比(組成率)的深度方向的剖面的值x(d)。即，根據(jù)高音條件可以推定試樣結(jié)構(gòu)。具體而言，這些關(guān)系式(2)、(3)可以通過改變成長條件作成試樣而求出。
另外，關(guān)系式(2)、(3)根據(jù)成長機(jī)構(gòu)等的信息的積蓄而置換為更高精度的公式。另外，關(guān)于結(jié)構(gòu)，不是對成為對象的元素的所有的結(jié)構(gòu)，只要能得到例如Ge作成率的剖面等特定的結(jié)構(gòu)的聘所需要的精度就可以了，所以，也可以使用比式(2)、(3)簡單化的近似式。
另外，也可以使用上述式(2)、(3)解聯(lián)立方程，解析地從PSi(τ)、PGe(τ)、T(τ)求出x(d)，但是，由于式(2)、(3)本身很復(fù)雜，所以，也有求不出解的情況。
因此，也可以根據(jù)關(guān)系式(2)、(3)進(jìn)行預(yù)先求出各變量的值的數(shù)值計(jì)算的處理，而進(jìn)行該數(shù)值計(jì)算的處理方法是簡便的。即，如果進(jìn)行解析的處理，雖然可以計(jì)算任意深度的膜的組成比(組成率)，但是，在適用上，在根據(jù)組成的深度方向的剖面計(jì)算使用分光偏振光分析測定法而得到的Δ、ψ的頻譜的理論預(yù)想值的過程中，可以用得到可信賴的預(yù)想值所需要的精度求出組成的深度方向的剖面。
因此，為了使計(jì)算簡化，如果把從結(jié)晶成長工藝的開始到結(jié)束視為在步驟內(nèi)成長條件不變化的基本步驟的連續(xù)，并給出各步驟的氣體壓力、基片溫度和各步驟的時間長度，根據(jù)函數(shù)Cm和gr的關(guān)系式求出在各步驟中成長的膜的組成和厚度(這時，為進(jìn)行步驟的時間與成長傘的單純的乘積)，就可以求出組成的剖面。
實(shí)際上，如具有SiGe傾斜組成層所HBT結(jié)構(gòu)那樣，在外延成長具有組成近似地連續(xù)變化的剖面的膜時，由于現(xiàn)實(shí)中難于近似地連續(xù)改變源氣體的分壓，所以，幾乎都是采用在每個短的步驟中改變氣體分壓的方法。這時，在各步驟內(nèi)，工藝條件通?？梢砸暈橐欢?，所以，計(jì)算各步驟的組成和成長速度及膜厚的方法是實(shí)用的。
如上所述，只要知道了從結(jié)晶層的成長開始到結(jié)束的工藝條件(氣體分壓、基片溫度)，就可以推定試樣結(jié)構(gòu)。這樣根據(jù)工藝條件推定試樣結(jié)構(gòu)的程序，通常稱為工藝模擬器。因此，在本說明書中，也是在程序的意義上使用工藝模擬器的。
制造工藝的基本步驟圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例的試樣評價和薄膜的制造工藝的管理步驟的流程圖。
首先，在步驟ST101，在設(shè)想進(jìn)行1批50塊晶片的制造工藝(工藝P)時，利用評價方法M(例如分光偏振光分析測定法)測定開始的1塊晶片(評價用晶片)，得到物理量的實(shí)測值(例如Δ、ψ頻譜)。
另一方面，在步驟ST102，設(shè)定工藝條件的嘗試推定值，在步驟ST103，利用工藝模擬器進(jìn)行試樣結(jié)構(gòu)的推定之后，在步驟ST104，計(jì)算物理量測定值的理論預(yù)想值。
并且，在步驟ST105，將物理量的實(shí)測值與理論計(jì)算值相互進(jìn)行比較。這時，計(jì)算用于評價實(shí)測值與理論預(yù)想值之差的評價值。
然后，在步驟ST106，判斷評價值是否為極小值，如果評價值不是極小值，在步驟ST107進(jìn)行新的推定值的設(shè)定之后，返回到步驟ST103的處理，反復(fù)進(jìn)行步驟ST104～ST106的處理。
并且，在步驟ST106的判斷中，判定評價值為極小值時，就進(jìn)入步驟ST108，決定試樣結(jié)構(gòu)的推定值，然后，在步驟ST109判斷試樣結(jié)構(gòu)是否在合適的范圍內(nèi)。判斷的結(jié)果，如果試樣結(jié)構(gòu)處于合適的范圍內(nèi)，就進(jìn)入步驟ST110，按照設(shè)定的工藝條件直接進(jìn)行以后的處理。
另一方面，步驟ST109的判斷結(jié)果，試樣結(jié)構(gòu)不處于合適的范圍內(nèi)時，就轉(zhuǎn)移到步驟ST111，修正在步驟ST108推定的工藝條件中偏離合適的范圍的工藝條件，進(jìn)行評價用晶片以外的其他晶片的工藝。但是，也可以對評價用晶片再次進(jìn)行工藝處理。
流程圖的各步驟的說明下面，以進(jìn)行傾斜組成SiGe-HBT結(jié)構(gòu)的評價的情況為例說明以上的處理的具體內(nèi)容。
步驟ST101的物理量的實(shí)測值采用應(yīng)用光學(xué)的評價方法的實(shí)測值，在本實(shí)施例中，使用分光偏振光分析測定法。本發(fā)明也可以使用例如分光反射率測定法等其他光學(xué)的評價方法實(shí)施。特別是作為物理量，在將光的波長作為變量時，可以采用多個實(shí)數(shù)。在不能得到多個實(shí)測值時，就不能以高的精度進(jìn)行使用最小二乘法等的實(shí)測值和推定值的適當(dāng)?shù)奶幚怼?br> 在本實(shí)施例中，利用分光偏振光分析測定法測定具有外延成長的SiGe膜的試樣，預(yù)先得到多個波長的ψ、Δ的頻譜。SiGe膜的光學(xué)常數(shù)與Ge組成率的依賴性在短波長區(qū)域顯著，但是，波長短的光容易被Si吸收，所以，為了進(jìn)行Ge組成率的剖面評價，最好在從紫外到可見光區(qū)域進(jìn)行測定。
圖2是表示利用分光偏振光分析測定法所測定的結(jié)果，而得到的Δ、ψ頻譜的例子的圖。如上所述，在向頻譜的試樣照射線偏振光而得到的反射光中，設(shè)電場矢量與入射面平行的成分為p偏振光成分、與入射面垂直的成分為s偏振光成分、它們的復(fù)數(shù)反射率分別為Rp、Rs時，則ρ≡Rp/Rs，仍然是復(fù)數(shù)。因此，ρ可以使用2個實(shí)數(shù)ψ、Δ表現(xiàn)為ρ≡tanψeiΔ。圖2是對各波長的光測定ψ、Δ這2各物理量而得到的頻譜。
其次，在步驟ST102，推定工藝條件的初始值。這里，在進(jìn)行工藝條件的設(shè)定時，如果指定了基片溫度、硅烷和鍺烷的流量等3個值，就是求成長速度和Ge組成率，所以，為了得到具有包含傾斜組成的SiGe膜的疊層膜那樣的所希望的Ge組成率的梯形剖面而決定基片溫度和氣體的流動方式。因此，首先，必須預(yù)先設(shè)定所希望的Ge組成率的剖面結(jié)構(gòu)，并決定得到該剖面結(jié)構(gòu)的工藝條件。
圖3(a)～(d)分別是順序表示在傾斜組成SiGe-HBT的疊層膜上設(shè)計(jì)的Ge組成率的剖面、條件偏離時的剖面、使用工藝模擬器的條件的推定用剖面和修改后的試樣結(jié)構(gòu)的剖面的圖。
如圖3(a)所示，對于傾斜組成SiGe-HBT，如已說明的那樣，為了在基底層中發(fā)生用于加速載流子的內(nèi)部電場，設(shè)計(jì)了梯形的Ge組成率的剖面。在本實(shí)施例中，將SiGe緩沖層的厚度定為40nm、將SiGe傾斜組成層的厚度定為40nm、將Si解析層的厚度定為50nm，決定在Si基片上外延成長總計(jì)130nm的疊層膜。并且，將SiGe緩沖層的Ge組成率規(guī)定為均勻的15％。在與SiGe緩沖層相鄰的部分，將SiGe傾斜組成層的Ge組成率定為15％、在與Si解析層相鄰的部分，定為0％，在SiGe傾斜組成層中，使Ge組成率近似地線性(正確地說，是階躍地)變化。
圖4是表示用于得到圖3(a)所示的梯形剖面結(jié)構(gòu)的工藝條件的圖。通常，為了容易控制，在成長中通過使基片溫度T一定和硅烷(Si2H6)的流量一定而僅調(diào)制鍺烷(GeH4)的流量，來控制流量比。即，通過階躍式減少鍺烷的流量，來階躍式改變SiGe膜的Ge組成率。這時，只要將鍺烷流量減小，就可以降低Ge組成率，但是，同時成長速度也降低，所以，進(jìn)行鍺烷的流量調(diào)制，使之成為所求出的剖面。
圖5是表示步驟ST103利用工藝模擬器進(jìn)行的試樣結(jié)構(gòu)的推定步驟的流程圖。
首先，在步驟ST150，將從外延成長工藝的開始到結(jié)束表示為在各步驟內(nèi)工藝條件視為一定的基本步驟的流程，在步驟ST151，給出各步驟的氣體壓力(或流量)、基片溫度和步驟的時間長度。具體而言，沿著圖4所示的工藝條件的流程，將構(gòu)成工藝條件的參量(在本例中只是鍺烷的流量)發(fā)生變化的時刻t0、t1、t2、t3、…作為分界，決定多個基本步驟。
其次，在步驟ST152，根據(jù)原料氣體的壓力比(或流量比)計(jì)算在該步驟成長的結(jié)晶層的組成(Ge組成率)。在組成具有基片溫度依賴性的情況下，也考慮并計(jì)算該依賴關(guān)系。即，與根據(jù)上述式(2)求各步驟的Ge組成率d(t)的情況相對應(yīng)。
并且，在步驟ST152，根據(jù)原料氣體的壓力和基片溫度計(jì)算在該步驟成長的結(jié)晶層的厚度(成長速度與時間之積)，在步驟ST154，根據(jù)所有步驟的層的組成、厚度的計(jì)算結(jié)果計(jì)算最終形成的結(jié)構(gòu)。
圖6是表示利用工藝模擬器推定的Ge組成率的外延層厚度方向的剖面的圖。由圖可知，圖中所示的剖面從輪廓上看具有略向上凸的形狀。
圖7是表示SiGe層的Ge組成率與鍺烷流量比的依賴性的圖。所謂Ge流量比，就是鍺烷相對于硅烷(Si2H6)和鍺烷(GeH4)的總流量的流量比。但是，SiGe層的成長速度與基片溫度和氣體流量有關(guān)。使用UHV-CVD法時，由于基片溫度比較低，即使流過某一定量以上的原料氣體，也不會在基片表面發(fā)生反應(yīng)，從而容易深入到成長速度與氣體流量無關(guān)的轉(zhuǎn)換速率快的區(qū)域。通常的工藝僅在該轉(zhuǎn)換速率快的區(qū)域進(jìn)行。
在轉(zhuǎn)換速率快的區(qū)域，成長速度與溫度的依賴性成為所謂的熱激勵過程型，設(shè)成長速度為g、基片溫度為T、活化能為Ea時，在成長速度g和溫度T之間存在下述關(guān)系。即g∝exp(-Ea/T*k)其中，k是玻耳茲曼常數(shù)。
這里，在SiGe層的外延成長中，具有活化能Ea與Ge組成率的依賴性的特征，Ge組成率越高，活化能Ea的值越小。結(jié)果，在同一溫度下，Ge組成率越高，SiGe層的成長速度越增大，而成長速度與基片溫度的依賴性越小。
圖8是表示SiGe層的成長速度(nm/min)與鍺烷流量比的依賴性的圖。在圖8中，表示出了基片溫度587℃時的成長速度與鍺烷的流量比的關(guān)系。如圖所示，鍺烷(GeH4)的流量比越高，成長速度越大。在600℃附近，基片溫度變化1℃(1degree)時，可知對于Si層(Ge流量比為0的點(diǎn))的情況，成長速度發(fā)生約3％的變化，與此相反，在Ge組成率15％的SiGe層中，成長速度的變化則限制到約2％。
如上所述，作為工藝條件，設(shè)定基片溫度、硅烷流量和鍺烷流量這3個量，如果指定了這3個量的成膜工藝中的任意的時間的值，就可以計(jì)算形成的結(jié)構(gòu)。但是，在實(shí)際的工藝中，在工藝條件偏離設(shè)計(jì)條件時，氣體流量與偏離設(shè)定值的情況吻合，在幾乎所有的情況下，基片溫度都偏離設(shè)定值。另外，基片溫度幾乎都不隨時間而變化，所以，作為結(jié)構(gòu)推定的參量，多數(shù)情況僅設(shè)定使基片溫度為一定值的1個變量就足夠了。當(dāng)然，隨狀況而不同，有時氣體流量也發(fā)生偏離、基片溫度也隨時間而變化，這時，也可以將這些值作為適當(dāng)?shù)膮⒘?。這樣，如果使用根據(jù)工藝條件推定結(jié)構(gòu)的方法，實(shí)際作成的結(jié)構(gòu)就都可以用參量表現(xiàn)。
作為根據(jù)工藝條件推定結(jié)構(gòu)的方法，可以采用預(yù)先知道與上述一定的成長溫度、一定的氣體流量比、成長速度和Ge組成率的關(guān)系而計(jì)算任意的成長條件下的結(jié)構(gòu)的方法，但是，也可以采用與該方法不同的預(yù)先將工藝條件分為幾組而作成試樣并求出這時形成的結(jié)構(gòu)與工藝條件值的關(guān)系從而利用內(nèi)插法求作成試樣以外的條件下的試樣結(jié)構(gòu)的方法。在工藝參量的數(shù)很少時，該方法是很簡便的。
其次，在步驟ST104，根據(jù)圖8所示的Ge組成率的剖面結(jié)構(gòu)，計(jì)算利用分光偏振光分析測定法進(jìn)行具有這樣的結(jié)構(gòu)的疊層膜的光學(xué)評價時得到的Δ、ψ的頻譜(物理量的理論預(yù)想值)。即，可以根據(jù)Ge組成率的剖面計(jì)算光學(xué)常數(shù)在深度方向的剖面，根據(jù)該光學(xué)常數(shù)的剖面可以計(jì)算該疊層膜利用分光偏振光分析測定法或分光反射率測定法的測定值的理論預(yù)想值。
關(guān)于該理論預(yù)想值的具體的計(jì)算方法，在Azzam et.al.的“Ellipsometryand Polarized Light(Elsevier Science Ltd Published 1987)”中有詳細(xì)的說明。計(jì)算原理是，將試樣作為由在層內(nèi)光學(xué)常數(shù)一定的多個層構(gòu)成的疊層膜，根據(jù)各層的光學(xué)常數(shù)求在各層中的光的傳播和在各界面上的反射率和透過率。即，如果各層的組成與光學(xué)常數(shù)(折射率n、消光系數(shù)k)已知，就可以預(yù)想將用工藝模擬器推定的疊層膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行光學(xué)的評價時的物理量的測定值。
SiGe或SiGeC的組成與光學(xué)常數(shù)的關(guān)系，例如已在論文“R.T.Carline et.al.Appl.Phys.Lett.64 No.9 p.1114-1116，1994”中作了介紹，關(guān)于根據(jù)任意的組成計(jì)算光學(xué)常數(shù)的算法語言，已在例如論文“Snyder et.al.Appl.Phys.68 No.11 p.5925-5926，1990”中進(jìn)行了說明。
因此，如果向工藝模擬器輸入工藝條件值，就可以計(jì)算試樣結(jié)構(gòu)，從而可以計(jì)算根據(jù)該試樣結(jié)構(gòu)而得到的利用分光偏振光分析測定法的測定值的理論預(yù)想值。
圖9是本發(fā)明者等人根據(jù)具有圖6所示的Ge組成率的剖面的疊層膜進(jìn)行模擬的Δ、ψ的頻譜(理論預(yù)想值)。在圖9所示的頻譜的模擬中，考慮了使用的偏振光分析測定分光裝置固有的裝置常數(shù)。因此，對于相同結(jié)構(gòu)的疊層膜，將使用其他偏振光分析測定分光裝置進(jìn)行測定的情況作為前提時，就不一定能得到與圖9所示的相同的頻譜。
其次，在步驟ST105，將圖2所示的實(shí)際的測定值與圖9所示的理論預(yù)想值進(jìn)行比較。并且，將例如式(1)所示的分散值σ作為評價值來求，在步驟ST106，判斷評價值是否為極小，在評價值成為極小之前，反復(fù)進(jìn)行從步驟ST107返回到步驟ST103的處理。這時，在步驟ST107的處理中，作為新的推定值，設(shè)定僅使基片溫度T從圖4所示的600℃變化例如1℃的工藝條件，根據(jù)該工藝條件進(jìn)行步驟ST103的試樣結(jié)構(gòu)的推定。
作為工藝條件，設(shè)定基片溫度、硅烷流量和鍺烷流量等3個量，所以，在步驟ST107，也可以重新設(shè)定這3個量在成膜工藝中任意時刻的值。但是，如上所述，在實(shí)際的工藝中，工藝條件中偏離設(shè)定的值的量在幾乎所有的情況下都是基片溫度T，所以，在本例中，作為結(jié)構(gòu)推定的參量，僅使用基片溫度T這1個變量。
并且，在使用急速下降法時，在步驟ST107的處理中，根據(jù)改變基片溫度T時的評價值的微分系數(shù)在認(rèn)為評價值達(dá)到極小的概率最大的方向修改基片溫度T的值，使評價值收斂到極小。
其次，在步驟ST108，根據(jù)在步驟ST101求出的物理量(圖2所示的Δ、ψ的頻譜)求出更正確的工藝條件的推定值。并且，通過步驟ST109的判斷，工藝條件偏離適當(dāng)?shù)姆秶?例如600℃±0.5℃)時，在步驟ST111就修改該條件。即，通過從步驟ST109進(jìn)入步驟ST110或ST111的處理，決定是否修改工藝條件。
例如，在推定圖2所示的物理量的實(shí)測值是根據(jù)在基片溫度T比600℃低2℃的條件下外延成長的疊層膜得到的時，將規(guī)定基片溫度T的參量變更為使基片溫度T提高2℃的值后，對以后的晶片進(jìn)行工藝處理。這樣，由于可以對異常原因進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚?，此后便可形成具有所要求的剖面的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施方式的效果對于用于作成實(shí)際的晶體管的結(jié)晶成長工藝，在結(jié)晶成長之前已在基片內(nèi)形成了絕緣膜或多晶硅層等。對于已這樣形成了圖形的基片，由于熱輻射率等的不同，即使進(jìn)行與未形成圖形的Si基片相同的加熱方式，也不會達(dá)到相同的溫度。另外，即使是具有相同種類的圖形的基片，由于絕緣膜層的厚度的工序偏差，成長溫度也發(fā)生變化。因此，必須實(shí)際進(jìn)行評價的試樣多數(shù)將成為在溫度偏離的狀態(tài)下成膜的Ge組成率的剖面中具有曲線部分的情況。另外，使基片溫度在面內(nèi)達(dá)到均勻是非常困難的事情，從而在基片面內(nèi)將形成在溫度分別不同的狀態(tài)下成膜的部分。這時，在現(xiàn)有的方法中，將圖11(c)所示的認(rèn)為實(shí)際上沒有疊層膜的結(jié)構(gòu)作為前提，利用分光偏振光分析測定法等來推定物理量的測定值的理論預(yù)想值。因此，如圖11(d)所示，只能達(dá)到偏離設(shè)計(jì)的物理的結(jié)構(gòu)(例如Ge組成率的剖面結(jié)構(gòu))。
與此相反，按照本實(shí)施方式，如以下所述，可以預(yù)想實(shí)際能夠發(fā)生的結(jié)構(gòu)，把握溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)條件的情況，并根據(jù)該情況進(jìn)行條件修改。
例如，將圖3(a)所示的梯形剖面結(jié)構(gòu)作為設(shè)計(jì)值設(shè)定了工藝條件時，在得到了圖3(b)所示的剖面結(jié)構(gòu)時，在從步驟ST107返回到步驟ST103反復(fù)進(jìn)行步驟ST103～ST106的處理的階段，可以得到現(xiàn)實(shí)中疊層膜所具有的更正確的剖面結(jié)構(gòu)。
即，如圖3(c)所示，包含在基片溫度T比設(shè)定值高時發(fā)生的向上凸的形狀或在基片溫度T比設(shè)定值低時發(fā)生的向下凸的形狀這樣的信息在內(nèi)，可以得到關(guān)于疊層膜中的各層(SiGe緩沖層、SiGe傾斜組成層和Si間隙層)的組成和膜厚的信息。并且，根據(jù)該信息修改工藝條件，所以，在以后的工藝中，可以形成具有圖3(d)所示的基本上如設(shè)計(jì)的那樣的梯形剖面的疊層膜。
換言之，在本實(shí)施例中，將推定為實(shí)際上疊層膜所具有的剖面結(jié)構(gòu)作為前提，來推定利用分光偏振光分析測定法等的物理量的測定值的理論預(yù)想值。結(jié)果，可以得到如設(shè)計(jì)的那樣的結(jié)構(gòu)(這里，是Ge組成率的梯形剖面結(jié)構(gòu))。
即，可以提高半導(dǎo)體器件的特性和降低特性的彌散。其他的實(shí)施方式作為評價值的計(jì)算的算法語言，基本上可以使用現(xiàn)有的方法的算法語言，也可以使用式(1)所示的分散值以外的評價值。另外，作為極小值的判斷算法語言，可以使用區(qū)域已有的用于極小值判斷的算法語言來取代急速下降法。
另外，步驟ST109的判斷處理，也可以取代器件結(jié)構(gòu)(Ge組成率的剖面結(jié)構(gòu))的推定值是否在允許范圍內(nèi)的判斷。
此外，也可以使評價裝置與進(jìn)行成膜處理的制造裝置間具有通信功能并根據(jù)評價結(jié)果自動地修改以后的工藝。這在采用將評價裝置收納到與制造裝置共同的機(jī)箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)時是特別有效的。
通過這樣的工藝模擬進(jìn)行的結(jié)構(gòu)推定和進(jìn)行物理量的理論預(yù)想值與實(shí)測值的比較的適當(dāng)?shù)牟襟E，也可以用與測定物理量的實(shí)測值的裝置不同的裝置進(jìn)行，但是，如果在測定器內(nèi)預(yù)先配備了內(nèi)藏存儲了進(jìn)行該適當(dāng)?shù)牟襟E的算法語言的硬盤的計(jì)算機(jī)，便可從物理量的測定到最終試樣結(jié)構(gòu)的推定一以貫之地進(jìn)行到底。
另外，圖1所示的流程圖的處理，通過將該捕捉預(yù)先記錄到記錄媒體上，就可以自動地進(jìn)行。例如，通過將步驟ST102～ST107的步驟作為程序預(yù)先記錄到計(jì)算機(jī)可以讀取的記錄媒體上，便可自動地推定形成控制對象的結(jié)構(gòu)的工藝條件。作為記錄媒體，除了例如CD-ROM、利用磁性體的磁帶和FD等外，也可以使用EEPROM等非易失性存儲器和DVD等。
在實(shí)施本發(fā)明時，無必將試樣結(jié)構(gòu)的所有的部分都通過工藝模擬器進(jìn)行。例如，對于傾斜組成HBT結(jié)構(gòu)，如SiGe緩沖層部分、Si間隙層那樣成為均勻組成的膜的部分，有時如以往那樣將膜厚及組成率直接作為參量使用而僅SiGe傾斜組成層使用工藝模擬器則更為簡便。這時，與現(xiàn)有的方法相比，可以適當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)SiGe傾斜組成層的剖面，所以，評價精度將比現(xiàn)有的方法大大提高。
在上述實(shí)施方式中，表示了利用UHV-CVD法作成SiGe傾斜組成HBT結(jié)構(gòu)而用分光偏振光分析測定法進(jìn)行評價的情況，但是，本發(fā)明不限于這樣的組合。例如，由于分光反射率測定法與分光偏振光分析測定法的共同點(diǎn)多，所以，在圖1的流程圖所示的步驟中，僅將計(jì)算實(shí)測值的理論預(yù)想值的物理量從ψ、Δ置換為反射率便可幾乎相同地進(jìn)行實(shí)施。在除此以外的評價方法中，只要推定了試樣結(jié)構(gòu)并且可以計(jì)算物理量的理論預(yù)想值，就可以實(shí)施本發(fā)明。
另外，即使不是UHV-CVD法，只要工藝條件與使用該工藝條件而形成的結(jié)構(gòu)的關(guān)系清楚，并且是工藝模擬器可以開發(fā)的工藝，就可以實(shí)施本發(fā)明。例如，通過利用LP-CVD法、MBE法的外延成長等可以很容易地實(shí)施。另外，在雜質(zhì)擴(kuò)散、活性化和用于硅化物形成的RTA處理中，工藝條件是對溫度和時間這樣非常少的參量進(jìn)行控制，形成的結(jié)構(gòu)具有非常復(fù)雜的剖面，所以，適合本發(fā)明的實(shí)施。
另外，即使是具有氧化膜或氮化膜這樣的簡單的結(jié)構(gòu)的膜，利用本發(fā)明的方法也可以很容易地求出應(yīng)修改的工藝條件值，所以，通過應(yīng)用本發(fā)明，可以得到工藝的改善效果。
但是，本發(fā)明應(yīng)用于由多個元素構(gòu)成的而且具有其組成發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)的情況時特別有意義。對于這樣的結(jié)構(gòu)，組成發(fā)生變化時，多數(shù)情況其成長狀態(tài)(例如成長速度)也相應(yīng)地發(fā)生變化，所以，在現(xiàn)有的方法中，難于把握正確的結(jié)構(gòu)和進(jìn)行正確的條件修改。與此相反，本發(fā)明在把握了改變工藝條件時實(shí)際可以發(fā)生的物理量(結(jié)構(gòu))之后，通過根據(jù)該物理量預(yù)測物理量的測定值，便可將發(fā)生復(fù)雜變化的膜等的結(jié)構(gòu)控制為基本上如設(shè)計(jì)的那樣。作為這樣的由多個元素構(gòu)成的膜的例子，除了SiGe結(jié)晶膜外，還有SiGeC結(jié)晶膜、AlGaAs結(jié)晶膜、SiYC1-Y膜、InP膜等化合物半導(dǎo)體膜，不論對于哪種半導(dǎo)體膜，都可以應(yīng)用本發(fā)明。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的結(jié)構(gòu)評價方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法和記錄媒體，都可以應(yīng)用于裝配到電子儀器上的雙極性晶體管和MESFET特別是異質(zhì)結(jié)型雙極性晶體管中。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于包括以下步驟利用光學(xué)的評價方法得到半導(dǎo)體器件的要素的物理量的多個實(shí)測值的步驟(a)、假定用于形成所述要素的工藝條件并通過計(jì)算求出經(jīng)過使用該假定工藝的工藝而形成的所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(b)、計(jì)算利用所述光學(xué)的評價方法得到在所述步驟(b)求出的所述要素的結(jié)構(gòu)的物理量的多個測定值的預(yù)想值的步驟(c)、根據(jù)所述要素的物理量的所述多個實(shí)測值和使多個測定值的預(yù)想值推定所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(d)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于在所述步驟(d)中，計(jì)算評價所述多個物理量的實(shí)測值與所述多個測定值的預(yù)想值之差的數(shù)值，在該值小于閾值之前，經(jīng)過所述步驟(b)、(c)推定所述要素的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于在所述步驟(b)中，使用工藝模擬器進(jìn)行所述計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于預(yù)先通過使用多個工藝條件的工藝形成要素，利用所述光學(xué)的評價方法預(yù)先求出該要素的結(jié)構(gòu)，將所述多個工藝條件與根據(jù)該工藝條件而形成的要素的結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫化；在所述步驟(b)中，通過根據(jù)所述相關(guān)關(guān)系計(jì)算而求出所述要素的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于所述工藝是結(jié)晶膜的外延成長工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于所述結(jié)晶膜是包含多個元素的結(jié)晶膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于所述結(jié)晶膜是包含Si和Ge從而包含禁帶傾斜地變化的結(jié)構(gòu)的結(jié)晶膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一權(quán)利要求所述的結(jié)構(gòu)評價方法，其特征在于所述光學(xué)的評價方法是分光偏振光分析測定法和分光反射率測定法中的某一種方法。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下步驟對包含半導(dǎo)體器件的要素的多個晶片中的1個評價用晶片利用光學(xué)的評價方法得到所述要素的物理量的多個實(shí)測值的步驟(a)、假定用于形成所述評價用晶片的所述要素的工藝條件并通過計(jì)算求出經(jīng)過使用該假定的工藝條件的工藝而形成的所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(b)、計(jì)算利用所述光學(xué)的評價方法評價在所述步驟(b)求出的所述要素的結(jié)構(gòu)時得到的物理量的多個測定值的預(yù)想值的步驟(c)、根據(jù)所述評價用晶片的所述要素的物理量的所述多個實(shí)測值和所述多個測定值的預(yù)想值推定所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(d)、根據(jù)所述評價用晶片的所述要素的推定結(jié)構(gòu)與所述多個晶片的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同對所述多個晶片中至少所述評價用晶片以外的晶片修改所述工藝的工藝條件的步驟(e)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述工藝是結(jié)晶膜的外延成長工藝。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述結(jié)晶膜是包含多個元素的結(jié)晶膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述結(jié)晶膜是包含Si和Ge從而包含禁帶傾斜地變化的結(jié)構(gòu)的結(jié)晶膜。
13.一種記錄媒體，可以組裝到利用光學(xué)的評價方法進(jìn)行半導(dǎo)體器件的要素的特性評價所使用的計(jì)算機(jī)中，其特征在于記錄使計(jì)算機(jī)執(zhí)行取入所述半導(dǎo)體器件的要素的物理量的多個實(shí)測值的步驟(a)、假定用于形成所述要素的工藝條件并通過計(jì)算而求出經(jīng)過使用該假定的工藝條件的工藝而形成的所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(b)、計(jì)算利用所述光學(xué)的評價方法評價在所述步驟(b)求出的所述要素的結(jié)構(gòu)時得到的物理量的多個測定值的預(yù)想值的步驟(c)、根據(jù)所述要素的物理量的所述多個實(shí)測值和所述多個測定值的預(yù)想值推定所述要素的結(jié)構(gòu)的步驟(d)、以上的程序，該記錄媒體計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行讀取。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的記錄媒體，其特征在于在所述步驟(d)中，計(jì)算評價所述多個物理量的實(shí)測值與所述多個測定值的預(yù)想值之差的數(shù)值，在該值小于閾值之前，經(jīng)過所述步驟(b)、(c)推定所述要素的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)評價方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法和記錄媒體,是在設(shè)定工藝條件的初始推定值并利用工藝模擬器進(jìn)行半導(dǎo)體器件的要素的結(jié)構(gòu)的推定之后,計(jì)算物理量測定值的預(yù)想值。并且,將通過光學(xué)的評價方法得到的半導(dǎo)體器件的要素的物理量的實(shí)測值與理論計(jì)算值相互進(jìn)行比較,利用例如急速下降法等,求出測定的半導(dǎo)體器件的要素的更正確的結(jié)構(gòu)。利用該結(jié)果可以修改其他半導(dǎo)體器件的要素的工藝的工藝條件。
文檔編號H01L21/66GK1383579SQ01801731
公開日2002年12月4日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者能澤克彌, 齋藤徹, 久保實(shí), 神澤好彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社