JPS62120032A - 燐珪酸ガラス膜の化学気相成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 燐珪酸ガラスの化学気相成長に際し、螢光Ｘ線分析法を
用いて燐濃度と膜厚のインプロセス・モニターを行い、
該モニター情報に基づいて燐及びシリコンのソースガス
の量及び成長時間のコントロールを行うことにより、完
成時の燐珪酸ガラス膜の燐濃度と膜厚を所要の値に制？
ｆｆ１ｌする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は燐珪酸ガラスの化学気相成長方法に係り、特に
成長膜の燐濃度及び膜厚を制御する方法に関する。

燐珪酸ガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）膜は半導体装置を製造する
際に、層間絶縁膜、表面被覆用絶縁膜、燐拡散源等に広
く用いられるが、層間絶縁及び表面被覆用に用いられる
ＰＳＧ膜においては、ＨＱ度や厚さのばらつきが絶縁性
を変動せしめ、且つコンタクト窓形成の際のエツチング
レートやエツチング時間をばらつかせてオーバエツチン
グやエツチング時間を生ぜしめ、半導体装置の製造歩留
りや信頼性を低下させるという問題がある。

また拡散源に用いる場合には、形成される拡散領域の燐
濃度が変動して、その性能にばらつきを生せしめるとい
う問題がある。

これらの点から、燐濃度及び厚さの制御が正確に行える
ＰＳＧ膜の化学気相成長方法の開発が望まれている。

〔従来の技術〕

従来のＰＳＧ膜の化学気相成長（ＣＶＤ）工程において
は、予め実験的に確かめられた燐濃度に対応する反応ガ
スの組成、反応ガスの流量及び成長温度に対応する成長
レート等に基づいて、ガス組成、ガス流量、成長時間等
を一定の条件に保って成長を行い、所定Ｍ２　’１Ｍ度
のＩ）　Ｓ　Ｇ膜が所定の厚さに成長されているかどう
かを、実際に使用する実ウェーハの配列内に所定の比率
で分配されたモニタウェーハによって成長完了後に検査
し、ＰＳＧ膜の燐濃度及び厚さが所定の分布内に入って
いるモニタウェーハ近傍の実ウェーハを良品とする方法
が用いられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記従来の方法においては、成長が完了した時点
でしかＷｔａ度及び厚さの検出がなされないので、成長
条件の経時的な変動によって成長膜のＲＱＭｔ度及び厚
さが所定の分布から外れ、成長歩留りが低下するという
問題や、ｍ’ｌＩｄ度及び厚さが直接実ウェーハによっ
て測定されずにモニタウェーハによって測定されるため
に、ウェーハ間の成長条件のばらつきによって所定の燐
濃度或いは厚さを有しないＰＳＧ膜が被着された実ウェ
ーハが良品として次工程に送られて、半導体装置等の製
造歩留りや信頼性を低下させるというような問題点があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、成長が行われてつつある被処理基体上の
燐珪酸ガラス膜にＸ線を照射し、該Ｘ線照射された燐珪
酸ガラス膜から発生して来る螢光Ｘ線を用いて該成長途
中における該燐珪酸ガラス膜の燐濃度及び厚さを測定し
、該測定値に基づいて反応ガス中の燐ソース及びシリコ
ンソースの両方若しくは何れか一方の量、及び成長時間
を制御して、所定の燐濃度及び厚さを有する燐珪酸ガラ
ス膜の成長を行う本発明による燐珪酸ガラス膜の化学気
相成長方法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明は、燐珪酸ガラス膜の気相化学気相成長が行
われつつある実ウェーハ面にＸ線を照射し、Ｘ線の照射
を受けた燐珪酸ガラス膜から放出される燐とシリコンに
特有の波長を有するそれぞれの螢光Ｘ線の強度を螢光Ｘ
線分析装置によって測定してその時点における燐珪酸ガ
ラス膜の燐濃度及び厚さを検出し、その値に基づいて反
応ガス中の燐及びシリコンソースの両方若しくは何れか
一方の量、及び成長時間を修正して成長を行う燐珪酸ガ
ラスの化学気相成長方法であり、燐濃度及び膜厚の制御
が成長中に随時なされるので成長歩留りが向上し、燐濃
度及び）膜厚の測定が実ウェーハによってなされるので
測定値の精度は向上し、更にモニタウェーハも不要にな
るという効果を生ずる。

〔実施例〕

以下本発明を図示実施例により、具体的に説明する。

第１図は本発明のｐｓｃ化学気相成長方法の一実施例を
示す模式図、第２図は螢光Ｘ線分析装置の原理図、第３
図は同実施例における１次Ｘ線入射孔と螢光Ｘ線出射孔
の構造の一例を模式的に示す側面図（ａ）及びＡ−Ａ矢
視断面図（ｂｌである。

半導体装置の製造工程において、層間絶縁膜或いは表面
被覆絶縁膜に用いるＰＳＧ膜は、ステップカバレージが
良いこと及び下層の配線層に影響を与えない低温で成長
出来ること等の利点から減圧化学気相成長（ＣＶ　Ｄ）
法が用いられる。

第１図は、この減圧ＣＶＤ法に本発明の方法を適用した
例を模式的に図示しである。

同図において、１は透明石英よりなる反応容器、２ａ　
、　２ｂは第２のガス供給管、３は真空１１−気管、４
はヒータコイル、５は透明石英よりなる基板支持台、６
は被処理半導体基板（実ウェーハ）、７はＸ線源、８は
螢光Ｘ線分析装置、９はコンピュータ、１０はガス・コ
ントローラ、ｌｌａ、　ｌｌｂ、　ｌｌｃ、は第１のガ
ス供給管、１２はＰＳＧ膜を示す。

部ち本発明の方法においては通常の減圧ＣＶＤ法と同様
に、実験その他によって予め設定された組成を有する所
定流量の反応ガスをガス供給管２ａ。

２ｂから反応容器１内へ流入し、真空排気管３から所定
の排気を行って該反応容器ｌ内を１〜２Ｔ。

ｒｒ程度の減圧状態に保ち、この状態で基板支持台５上
に１０〜２０酊程度の間隔で反応ガスの流通方向に対し
て直角に立て並べられた被処理半導体基板６をヒータコ
イル４によって３５０〜４５０″Ｃ程度の温度に加熱し
、上記各々の被処理半導体基板６の表面にＰＳＧ膜１２
の成長を行う。

なお反応ガスには、モノシラン（Ｓｉｌ１４）とフォス
フイン（ｐＨ，）と酸素（０□）と窒素（Ｎ２）の混合
ガスが用いられ、その組成は、 例えば ５ｉｌｌｔ　　（１００％）　　　　　　　　　４０ｃ
ｃ／分ＰＨ３（Ｐｔｈ／）ｂ　＝　４％”）　　　　　
　２０ＣＣ／分０２５０〜１２０ｃｃ／分 である。

そして上記気相成長を行っている最中に、反応容器１の
外部に配置したＸ線源７から被処理半導体基板６上に成
長しているＰＳＧ膜１膜面２面次Ｘ￥ａＲ１を照射し、
これによって該ＰＳＧ膜１２から発生して来る螢光Ｘ線
Ｒ２を螢光Ｘ線分析装置８に入射し、該螢光Ｘ線分析装
置８により燐（Ｐ）の螢光Ｘ線強度及びシリコン（Ｓｉ
）の螢光Ｘ線強度が検出される。

なおこの際螢光Ｘ線Ｒ２の強度の検出は検出感度を高め
るために、最もスペクトル強度の強い、シリコン（Ｓｔ
）のにα、線（波長λ＝７．１２５３６人）とａ　（Ｐ
）のＫｃＸ、線（波長λ−６，１５４４１人）について
行われる。

第２図は螢光ＸｖＡ分析装置の原理図で、図中、６は被
処理半導体基板、７はＸ線源、１２はＰＳＧ膜、１３は
回動自在な分光結晶、１４は入射用スリ・ノド、１５は
分光結晶の周りを回動するプロポーショナルカウンタ、
１６は増幅器、１７は波高分析器、１８は記録計を示す
。

Ｘ線源７から照射される１次Ｘ線Ｒ１によって被処理半
導体基板６上のＰＳＧ膜１２から放出される螢光Ｘ線Ｒ
２は一方向に向かうもののみが、入射用スリット１４を
介し元素に特有な角度θ、即ち上記波長のＰの螢光Ｘ線
の場合、分光結晶１３面に対して約７０度の入射角度で
分光され、該分光結晶１３面から入射方向に対して２θ
の角度即ち約１４０度で出射して来る。

Ｓｉの上記波長の螢光Ｘ線の場合、入射角度θは約５２
度で出射角度２θは約１０４度である。

この分光結晶１３面から入射された螢光Ｘ線を、上記位
置に回動せしめたプロポーショナルカウンタ１５によっ
て検出し、デジタル信号に変換する。

そしてこの螢光Ｘ線強度に対応するデジタル信号が増幅
器１６で増幅され、波高分析器１７によって所定の波高
幅の信号のみが抽出され、該Ｓｉ及びＰの螢光Ｘ線強度
のデータがそれぞれ記録計１８に記録される。

上記のよう螢光Ｘ線分析装置８によって検出されたＳｔ
及びＰの螢光Ｘ線強度のデータは、上記記録計１４に記
録されると同時に第１図に示すようにコンピュータ９に
送られ、下記の２つの実験式によって該検出時点のＰＳ
Ｇ膜のＰ濃度及び膜厚が計算される。

ｔ　＝　（ｘ、　＋ｘｚ）　　＋　Ｉ　ｓｔ　°ｅｘｐ
（ｘｚｏＩＦ）Ｌ　　　’　　Ｃ＝（３１＋　　　＋ｙ
ｚ）　　　ＨＩＦ　　　０　ｅＸ　ｐ（Ｖ　３　°　　
Ｉ　　ｓｔ）ここで、ｔは膜厚、ＣはＰｔ８度、ＩＳｉ
はＳｔの螢光Ｘ線強度、ＩｐはＰの螢光Ｘ線強度、Ｘ　
ｌ　＋　Ｘ　ｇ　Ｉ　Ｘ　３　。

ＹＩＩＶ２１Ｙ３は係数を表す。

そして、この計算結果のデータが第１図に示すようにガ
スコントローラ１０に送られ、所定のＰ　？ｆｆｉ度及
び成長レートになるように各ソースガス部ちＳ　ｊ　Ｉ
ｔ　ｔ　、　Ｐ　Ｉｔ　ｘ　、Ｏｚ　　ガスの供給量の
補正がなされて成長が続けられる。

本発明の方法においては、上記ｐ　ＱＱ度及び膜厚の測
定が成長中所定の頻度で、又所定の枚数の被処理基板に
ついて行われ、その都度所定のＰ　ｔＨ度及び成長レー
トになるように各ソースガス部ちＳｉＨい円Ｉ３．０□
　ガスの供給量補正がなされて、所定のＰ濃度を有し且
つ所定の膜厚を有するＰＳＧ膜の成長が完了せしめられ
る。

上記のように本発明の方法においては、所望の頻度で所
要枚数の被処理基板上のＰＳＧ膜のＰ濃度及び膜厚をチ
ェックし、反応ガス組成を制御しながら成長が行われの
で、完成されたＰＳＧ膜のＰ濃度及び膜厚の分布は大幅
に縮小される。

第２図は上記管状炉方式の減圧化学気相成長装置に配設
する１次Ｘ線入射孔と螢光Ｘ線出射孔の構造の一例を模
式的に示す側面図（ａ）とＡ−Ａ矢視断面図（ｂｌであ
る。

即ち同図に示すように、１次Ｘ線入射孔１９と螢光Ｘ線
出射孔２０は例えば、コイルヒータ４が所定のピンチで
巻かれた透明石英よりなる管状の反応容器ｌの周囲を覆
う保温材２１に、反応容器１の長さ方向に沿ってスリッ
ト状の開孔として形成される。

なお本発明の方法は、被処理半導体基板の直径が拡大し
ＰＳＧ処理が枚葉処理になった際には、各被処理基板に
ついて上記Ｐ濃度及び膜厚の制御がなされるので、Ｐ　
ｔＨ度及び膜厚の分布を縮小する効果は更に大きくなる
。

なお又本発明はＰＳＧの常圧化学気相成長、プラズマ化
学気相成長にも適用される。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明によれば、ＰＳＧ膜の化学気相
において、成長中のＰＳＧ膜の燐濃度及び膜厚を測定し
、該測定値に基づき燐濃度及び成長レートを補正制御し
ながら成長が行われるので、燐濃度及び膜厚の分布の小
さいＰＳＧ膜を完成せしめることが出来る。

従って本発明は半導体装置の製造歩留り及び信頼性を向
上せしめるうえに極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＰＳＧ化学気相成長方法の一実施例を
示す模式図、 第２図は螢光Ｘ線分析装置の原理図、 第３図は同実施例における１次Ｘ線入射孔と螢光Ｘ線出
射孔の構造の一例を模式的に示す側面（ａ）及びＡ−Ａ
矢視断面図（ｂ）である。 図において、 ■は透明石英よりなる反応容器、 ２ａ、２ｂは第２のガス供給管、 ３は真空排気管、 ４はヒータコイル、 ５は透明石英よりなる基板支持台、 ６は被処理半導体基板、 ７はＸ線源、 ８は螢光Ｘ線分析装置、 ９はコンピュータ、 ｌＯはガス・コントローラ、 １１ａ、　ｌｌｂ、　ｌｌｃは第１のガス供給管、１２
はＰＳＧ膜、 １３は分光結晶、 １４は入射用スリット、 １５はプロポーショナルカウンタ、 １６は増幅器、 １７は波高分析器、 １８は記録計、 １９は１次Ｘ線入射孔、 ２０は螢光Ｘ線出射孔、 ２１は保温材 Ｒ１は一次Ｘ線、 Ｒ２は螢光Ｘ線、 を示す。 第ｚ　図 （θ）　　　　イ興ｌＩ　　　ｌｉｔ　　　図（ｂ）Ａ
−Ａオ視断［有］図 Ｘ線入射孔反び゛出射孔グ横弐図 邦ゴ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成長が行われつつある被処理基体上の燐珪酸ガラス膜に
   Ｘ線を照射し、該Ｘ線照射された燐珪酸ガラス膜から発
   生して来る螢光Ｘ線を用いて該成長途中における該燐珪
   酸ガラス膜の燐濃度及び厚さを測定し、該測定値に基づ
   いて反応ガス中の燐ソース及びシリコンソースの両方若
   しくは何れか一方の量、及び成長時間を制御して、所定
   の燐濃度及び厚さを有する燐珪酸ガラス膜の成長を行う
   ことを特徴とする燐珪酸ガラス膜の化学気相成長方法。