半导体装置的制造方法与流程

本发明涉及一种一边通过辐射温度计对衬底温度进行监视，一边对衬底实施成膜的半导体装置的制造方法。

背景技术：

在专利文献1中公开了通过辐射温度计对衬底温度进行测定。

专利文献1：日本特开平07-159246号公报

技术实现要素：

在通过例如高密度等离子CVD(高密度等离子化学气相生长)、溅射、热CVD等进行的成膜时，为了得到期望的膜质(电阻率、反射率等)，一边通过辐射温度计对被处理物(衬底)的温度进行监视，一边推进处理。

为了测定衬底温度，通过辐射温度计对被处理物的红外线辐射率和红外线辐射能量进行测定。红外线辐射率是在将从被处理物的背面侧入射的红外线的强度设为X、将反射光的强度设为Y时，通过X－Y进行定义的。在存在多个反射光的情况下，反射光的强度Y是多个反射光的叠加。

而且，如果多个反射光发生干涉而彼此加强，则Y的值变大，因此红外线辐射率的值变小。这样存在下述问题，即，如果红外线辐射率的值变小，则不能够进行高精度的温度测定。另外，还存在下述装置，即，如果红外线辐射率的值变小，则判断为没有能够进行衬底温度的监视，进行互锁而将处理中断。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法能够在使用辐射温度计对被处理物的红外线辐射率进行测定时，抑制多个反射光发生干涉而彼此加强。

本发明涉及的半导体装置的制造方法具有：元件形成工序，在衬底的表面形成元件构造，并在该衬底的背面形成背面构造；以及成膜工序，一边使用辐射温度计对该衬底的温度进行测定，一边在该元件构造的表面成膜，该辐射温度计使波长λi的红外线入射至该背面构造而得到该衬底的红外线辐射率。而且，其特征在于，该背面构造具有第1层和第2层，该第1层向外部露出，该第2层与该第1层相接触，折射率大于该第1层，在将n设为正的奇数时，将该成膜工序中的该第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

本发明涉及的其他半导体装置的制造方法具有：元件形成工序，在衬底的表面形成元件构造，并在该衬底的背面形成背面构造；以及成膜工序，一边使用辐射温度计对该衬底的温度进行测定，一边在该元件构造的表面成膜，该辐射温度计使波长λi的红外线入射至该背面构造而得到该衬底的红外线辐射率。而且，其特征在于，该背面构造具有第1层和第2层，该第1层向外部露出，该第2层与该第1层相接，折射率大于该第1层，在将n设为正的奇数时，将该成膜工序中的该第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8范围。

本发明涉及的其他半导体装置的制造方法具有：元件形成工序，在衬底的表面形成元件构造，并在该衬底的背面形成背面构造；以及成膜工序，一边使用辐射温度计对该衬底的温度进行测定，一边在该元件构造的表面成膜，该辐射温度计使红外线入射至该背面构造而得到该衬底的红外线辐射率。而且，其特征在于，在该元件形成工序中，将在该衬底的背面侧形成的层的一部分去除，以使得在该元件形成工序结束时该背面构造的折射率均匀。

本发明的其他特征在下面得以明确。

发明的效果

根据本发明，通过对被处理物的背面构造进行调整，从而能够在使用辐射温度计对被处理物的红外线辐射率进行测定时，抑制多个反射光发生干涉而彼此加强。

附图说明

图1是实施方式1的元件形成工序后的被处理物的斜视图。

图2是表示成膜工序所使用的装置的框图。

图3是表示成膜时的成膜装置的内部的图。

图4是表示第1层的层厚和红外线辐射率的关系的图。

图5是实施方式2的元件形成工序后的被处理物的斜视图。

图6是表示成膜时的成膜装置的内部的图。

图7是实施方式3的元件形成工序后的被处理物的斜视图。

图8是变形例所涉及的被处理物的斜视图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式涉及的半导体装置的制造方法进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。

实施方式1.

在本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法中，首先，实施元件形成工序。图1是元件形成工序后的被处理物10(晶片)的斜视图。被处理物10具有由硅形成的衬底12。在元件形成工序中，对衬底12实施CVD、离子注入、热处理、溅射、光刻及蚀刻等处理，在衬底12的表面形成元件构造14。元件构造14包含晶体管、电阻元件及电容器，该元件构造14作为整体而形成集成电路(IC)。在元件构造14的最上层形成有配线层。

与元件构造14的形成相伴，在衬底12的背面形成背面构造16。背面构造16具有第1层18、第2层20及第3层22。第1层18是向外部露出的多晶硅。第1层18是在电阻元件的材料的成膜时形成的。即，第1层18在将电阻元件形成于衬底12的表面侧时不可避免地形成在衬底12的背面侧。第1层18的层厚是dx。通过对电阻元件的材料的膜厚进行调整，从而在将n设为正的偶数时，将第1层18的层厚dx设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。此外，λi是从辐射温度计辐射的红外线的波长。

第2层20是与第1层18相接触的氧化硅膜。第2层20是在用于对晶体管的栅极电极进行图案化的氧化膜的成膜时形成的。即，第2层20在将晶体管形成于衬底12的表面侧时不可避免地形成在衬底12的背面侧。该氧化硅膜例如是TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)。因此，第2层20的折射率小于第1层18。

第3层22是第2层20和衬底12之间的多晶硅。第3层22是在元件构造14的晶体管的栅极电极的成膜时形成的。即，第3层22在将晶体管形成于衬底12的表面侧时不可避免地形成在衬底12的背面侧。如上所述，与元件构造14的形成相伴，不可避免地形成背面构造16。因此，元件形成工序是在衬底12的表面形成元件构造14，并且在衬底12的背面形成背面构造16的工序。

接下来，使处理推进至在元件构造14的表面实施成膜的成膜工序。图2是表示成膜工序所使用的装置的框图。在成膜装置30设置有对衬底12的温度进行测定的辐射温度计32。控制器34一边对通过辐射温度计32测定出的衬底温度进行监视，一边控制成膜装置30。

图3是表示成膜工序中的成膜装置的内部的图。在工作台40载置有被处理物10。在工作台40的上方存在电极60。一边从电极60的狭缝60a向被处理物10的上方供给材料气体，一边对电极60施加交流电力，由此通过高密度等离子CVD法形成配线层的层间绝缘膜。

在成膜工序中，通过在工作台40的下方设置的冷却装置42，经由工作台40对被处理物10进行冷却。冷却装置42由控制器34控制，以防止在成膜过程中被处理物10的温度过度上升，将该温度保持为小于或等于一定温度。此外，也可以在工作台40之中设置冷却装置42。

为了通过成膜工序形成具有期望的特性的层间绝缘膜，重要的是在成膜工序过程中，将被处理物10的温度保持为期望的值。因此，在成膜工序中，一边通过辐射温度计32对衬底12(被处理物10)的温度进行测定，一边形成层间绝缘膜。辐射温度计32对被处理物10的红外线辐射率和红外线辐射能量进行测定，计算被处理物10的温度。

对由辐射温度计32实施的红外线辐射率的测定进行说明。从辐射温度计32使波长λi的红外线50入射至背面构造16。而且，辐射温度计32对红外线50的反射光52、54的强度进行检测。通过从红外线50的强度减去反射光52、54的强度而得到衬底12的红外线辐射率。此外，在这里，通过对反射光52、54的强度进行测定，从而模拟地测定被处理物表面的红外线的屏蔽度。

第1层18的折射率大于真空或空气，因此反射光52是从真空或空气与第1层18的界面进行固定端反射后的反射光。因此，反射光52相对于入射光即红外线50，相位偏移1/2波长。

由氧化硅膜形成的第2层20的折射率小于由多晶硅形成的第1层18，因此反射光54是从第1层18与第2层20的界面进行自由端反射后的反射光。因此，反射光54相对于入射光即红外线50，没有进行相位偏移。

因此，反射光52与反射光54的相位差成为1/2波长(λi/2)与2dx(第1层18的层厚的2倍)之和。例如，如果第1层18的层厚dx是(1/4)λi的奇数倍，则反射光52与反射光54的相位差成为λi的整数倍，反射光52和反射光54发生彼此加强的干涉。在该情况下，反射光的强度Y增大，红外线辐射率(X－Y)的值极端地降低。

另一方面，如果将第1层18的层厚dx设为(1/2)λi的整数倍，则反射光52与反射光54的相位差成为(1/2)λi的整数倍，反射光52和反射光54发生彼此削弱的干涉。在该情况下，反射光的强度Y降低，能够将红外线辐射率(X－Y)设为充分大的值。因此，在本发明的实施方式1中，在将n设为正的偶数时，将第1层18的层厚dx设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。该层厚dx的范围是以(1/2)λi的整数倍为中心，从该中心在增大以及减小的方向上扩展(1/8)λi的范围。该范围是避开(1/4)λi的奇数倍的范围。因此，在对被处理物10的红外线辐射率进行测定时，能够抑制多个反射光发生干涉而彼此加强。

如上所述，根据一边抑制反射光的彼此加强的干涉一边求出的红外线辐射率、和被处理物的红外线辐射能量，求出被处理物10的温度。而且，控制器34一边对被处理物10的温度维持为期望温度这一情况进行确认，一边执行成膜工序。

本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法的特征在于，在将n设为正的偶数时，将成膜工序中的第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。如果将第1层18设在该层厚的范围内，则能够避免多个反射光发生干涉而彼此加强，将红外线辐射率保持得高。由此，将该层厚dx的范围称为高辐射率范围。

图4是表示第1层18的层厚dx和红外线辐射率的关系的图。用黑点绘制的数据是实测数据。虚线是近似曲线。在第1层的层厚成为λi(或者(1/2)λi的整数倍)的点处红外线辐射率取得最大值。在第1层的层厚成为(6/8)λi(或者(1/4)λi的奇数倍)的点处红外线辐射率取得最小值。图4中的高辐射率范围是从(7/8)λi至(9/8)λi的范围。可知在该范围能够抑制反射光发生干涉而彼此加强，将红外线辐射率维持得高。

元件构造14的形成工艺只要是会形成背面构造16的工艺即可，没有特别的限定。另外，背面构造16不限定于具有第1～第3层18、20、22的构造。背面构造只要具有向外部露出的第1层和折射率小于第1层的第2层即可，能够进行各种变形。例如，也可以将第1层由除了多晶硅以外的材料形成，将第2层由除了氧化硅膜以外的材料(例如氮化硅膜)形成。

另外，认为由于在背面构造16存在第2层20与第3层22的界面，因此也存在来自该界面的反射光。如果该反射光显著地对反射光的强度Y作出贡献，则也可以对第2层的层厚进行调整，以使得多个反射光不发生彼此加强的干涉。但是，在发明人进行的实验中，来自第2层20与第3层22的界面的反射光并没有显著地对反射光的强度Y作出贡献。而且在对第2层的层厚进行调整的情况下，元件形成工序变得复杂。因此，在本发明的实施方式1中仅调整了第1层18的层厚。

在本发明的实施方式1中，通过对电阻元件的材料的膜厚进行调整，从而将第1层18的层厚设定在上述的高辐射率范围。但是，即使在元件形成工序结束时第1层的层厚没有处在高辐射率范围的情况下，只要在成膜工序之前，将第1层变薄以使第1层的层厚进入高辐射率范围即可。即，在成膜工序之前，也可以具有薄膜化工序，在该薄膜化工序中，将第1层的层厚变薄，在将n设为正的偶数时，将第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

控制器34也可以并非是单纯地对被处理物10的温度进行监视，而是例如基于被处理物10的温度，对冷却装置42的通电状态进行调节，以使被处理物10的温度保持固定。

在成膜工序中，通过高密度等离子CVD法形成了层间绝缘膜。但是，在成膜工序中，只要一边通过辐射温度计对衬底温度进行监视一边成膜即可，也可以利用其他方法形成其他膜。

这些变形也能适当应用于以下的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法。以下的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法与实施方式1的共通点多，因此以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

实施方式2.

图5是本发明的实施方式2所涉及的被处理物100的斜视图。背面构造102具有第1层104、第2层106及第3层108。第1层104是向外部露出的氧化硅膜。第2层106是与第1层104相接触的多晶硅。第2层106(多晶硅)的折射率大于第1层104(氧化硅膜)。第3层108是第2层106与衬底12之间的氧化硅膜。背面构造102是在元件形成工序中形成元件构造14时形成的。

通过对在元件形成工序中形成的氧化硅膜的膜厚进行调整，从而在将n设为正的奇数时，将成膜工序中的第1层104的层厚dy设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

图6是表示成膜工序中的成膜装置的内部的图。从辐射温度计32使波长λi的红外线50入射至背面构造102。而且，辐射温度计32对红外线50的反射光110、112的强度进行检测。反射光110是从真空或空气与第1层104的界面进行固定端反射后的反射光。因此，反射光110相对于入射光即红外线50，相位偏移1/2波长。

由多晶硅形成的第2层106的折射率大于由氧化硅膜形成的第1层104，因此反射光112是从第1层104与第2层106的界面进行固定端反射后的反射光。因此，反射光112相对于入射光即红外线50，相位偏移1/2波长。

因此，反射光110与反射光112的相位差成为2dy(第1层104的层厚的2倍)。如果第1层104的层厚dy是(1/2)λi的整数倍，则反射光110与反射光112的相位差成为λi的整数倍，反射光110和反射光112发生彼此加强的干涉。

另一方面，如果将第1层104的层厚dy设为(1/4)λi的奇数倍，则反射光110与反射光112的相位差成为(1/2)λi的整数倍，反射光110和反射光112发生彼此削弱的干涉。在该情况下，反射光的强度Y降低，能够将红外线辐射率(X－Y)设为充分大的值。

因此，在本发明的实施方式2中，在将n设为正的奇数时，将第1层104的层厚dy设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。该层厚的范围是以(1/4)波长的奇数倍为中心，从该中心在增大以及减小的方向上扩展(1/8)λi的范围。该范围是避开(1/2)λi的整数倍的范围。因此，在对被处理物100的红外线辐射率进行测定时，能够抑制多个反射光发生干涉而彼此加强。

在成膜工序之前，也可以具有薄膜化工序，在该薄膜化工序中，将第1层104的层厚变薄，在将n设为正的奇数时，将第1层104的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

实施方式3.

在实施方式1、2中说明了对第1层的层厚进行调整而将红外线辐射率保持得高。需要对第1层的层厚进行调整的原因在于，背面构造是由具有不同的折射率的多个层构成的。因此，在实施方式3中，使成膜工序中的背面构造的折射率均匀。

图7是实施方式3的元件形成工序结束时的被处理物的斜视图。在元件形成工序中，将在衬底12的背面侧形成的层的一部分去除，以使得在元件形成工序结束时背面构造150的折射率均匀。即，通过在元件形成工序将图1的第2层20去除，从而将背面构造150设为仅是第1层18和第3层22。由此，能够得到仅由多晶硅形成的背面构造150。

在成膜工序中，如果从辐射温度计使红外线入射至背面构造150，则能够仅检测来自真空或空气与第1层18的界面的反射光。由此能够抑制多个反射光发生干涉而彼此加强。

本发明的实施方式3所涉及的半导体装置的制造方法，使背面构造的折射率均匀，将背面构造内的界面反射消除。能够在不丧失该特征的范围进行各种变形。例如，如图8所示，也可以仅通过由氧化硅膜形成的第1层104和第3层108构成背面构造200。在该情况下，在元件形成工序中将图5的第2层106去除。此外，成膜工序中的背面构造并不限于多晶硅或氧化硅膜，也可以由氮化硅膜等形成。

标号的说明

10被处理物，12衬底，14元件构造，16背面构造，18第1层，20第2层，22第3层，30成膜装置，32辐射温度计，34控制器，40工作台，42冷却装置，50红外线，52、54反射光，60电极，60a狭缝，100被处理物，102、150、200背面构造，110、112反射光。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：

元件形成工序，在衬底的表面形成元件构造，并在所述衬底的背面形成背面构造；以及

成膜工序，一边使用辐射温度计对所述衬底的温度进行测定，一边在所述元件构造的表面成膜，该辐射温度计使波长λi的红外线入射至所述背面构造而得到所述衬底的红外线辐射率，

所述背面构造具有第1层和第2层，该第1层向外部露出，该第2层与所述第1层相接触，折射率小于所述第1层，

在将n设为正的偶数时，将所述成膜工序中的所述第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

所述元件构造包含晶体管和电阻元件，

所述背面构造在所述第2层和所述衬底之间具有第3层，

所述第3层是在所述晶体管的栅极电极的成膜时形成的多晶硅，

所述第2层是在用于对所述栅极电极进行图案化的氧化膜的成膜时形成的氧化硅膜，

所述第1层是在所述电阻元件的材料的成膜时形成的多晶硅。

3.根据权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述成膜工序之前，具有薄膜化工序，在该薄膜化工序中，将所述第1层的层厚变薄，在将n设为正的偶数时，将所述第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

4.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：

元件形成工序，在衬底的表面形成元件构造，并在所述衬底的背面形成背面构造；以及

成膜工序，一边使用辐射温度计对所述衬底的温度进行测定，一边在所述元件构造的表面成膜，该辐射温度计使波长λi的红外线入射至所述背面构造而得到所述衬底的红外线辐射率，

所述背面构造具有第1层和第2层，该第1层向外部露出，该第2层与所述第1层相接触，折射率大于所述第1层，

在将n设为正的奇数时，将所述成膜工序中的所述第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

5.根据权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述成膜工序之前，具有薄膜化工序，在该薄膜化工序中，将所述第1层的层厚变薄，在将n设为正的奇数时，将所述第1层的层厚设为从(2n－1)λi/8至(2n+1)λi/8的范围。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

所述元件构造具有配线层，

在所述成膜工序中，通过高密度等离子CVD法形成所述配线层的层间绝缘膜。