专利名称：薄膜形成方法和半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜形成方法和半导体装置的制造方法，该薄膜形成方 法通过进行成膜和蚀刻，形成具有第一膜厚的笫一部分和比第一膜厚薄 的第二膜厚的第二部分的薄膜。
背景技术：
在对基板上形成的薄膜进行蚀刻的情况下，由于容易进行细微加 工、光刻胶选择性较高等理由而多使用干法蚀刻。在千法蚀刻中，例如 向光刻胶开口部的薄膜所露出的部分供给蚀刻气体或离子等。蚀刻气体 或离子等与薄膜的构成物质进行化学、物理的反应。由此，对作为被蚀 刻材料的薄膜进行蚀刻。
在上迷的蚀刻中，有时要求既没有超过也没有不足地进行蚀刻至规 定的深度。即，蚀刻后残余膜的控制有变得重要的情况。作为残余膜控 制变得重要的情况，例如可以举例示出有脊形波导型激光器的沟道形 成、布线接触孔的形成等。如上所述，为了器件的特性的稳定，抑制蚀 刻后的残余膜的不均匀变得重要的情况较多。并且，为了即没有超过也 没有不足地进行蚀刻，需要高精度地进行应该停止蚀刻的终点的检测。
在专利文献1-4中记载有蚀刻的终点检测的技术。
专利文献1:日本专利申请公开昭55-104482号公报 专利文献2:日本专利申请公开平01-114040号公报 专利文献l:日本专利申请公开平11-74256号公报 专利文献1:日本专利申请公开2007-258551号公报 在薄膜的蚀刻中，对蚀刻的终点进行检测，按照应该停止蚀刻的位 置的不同能够分类为以下两种。第一类为，在多层膜的界面或薄膜与基 板的界面停止蚀刻的情况(以下，称为界面停止型)。第二类为，以形 成在同一薄膜中具有膜厚被较厚地形成的部分和被较薄地形成的部分 的薄膜的方式进行蚀刻停止的情况(以下，称为中途停止型)。即，所 谓中途停止型的蚀刻指的是使形成的薄膜的 一 部分比其他部分薄的蚀 刻。
4在上述的中途停止型的蚀刻中，根据蚀刻量的测定数据进行蚀刻的 终点检测的情况较多。但是，成膜后的薄膜的膜厚具有一定的不均匀。 因此，即使令成膜后进行的蚀刻的蚀刻量为一定，也存在蚀刻后的残余 膜不均匀的问题。例如，存在残余膜不均匀向半导体装置的特性稳定化 造成坏影响等的问题。
这里，在专利文献1中公开的终点检测的方法是，求取照射向蚀刻 中的晶片表面的光束的反射光的导函数，通过与判定基准进行比较而进 行终点检测。专利文献1的方法是在薄膜与其他薄膜的界面或薄膜与基 板的界面中使蚀刻停止的方法。因此，能够对界面停止型的蚀刻实施， 但是由于在同 一 薄膜的蚀刻中得到的干涉波形的强度为 一 定的情况较 多，所以存在不能在中途停止型的蚀刻中利用的难点。即使根据其他的 专利文献，在界面停止型和中途停止型这两种蚀刻中，也存在不能够通 过简单的工艺将残余膜维持为 一 定值的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述这样的问题而完成的，其目的在于提供一种 薄膜形成方法和半导体装置的制造方法，使得即使在成膜后的薄膜的膜 厚中存在不均匀的情况下，也能够使蚀刻后的残余膜为一定的厚度，具 有优良的残余膜控制性。
本发明的薄膜形成方法涉及形成具有第 一膜厚的第 一部分和比第 一膜厚薄的第二膜厚的第二部分的薄膜的方法。即，本申请的发明的薄
膜形成方法包括在基板上形成该第一膜厚的该薄膜的工序；向成膜时 的该薄膜进行激光照射，取得作为反射波的干涉波形的成膜时干涉波形 的工序；对该薄膜的该第二部分进行蚀刻的工序；向该蚀刻时的该第二 部分进行激光照射，取得作为反射波的干涉波形的蚀刻时干涉波形的工 序；和根据上述成膜时干涉波形，对该第二部分成为该第二膜厚的状态 下的作为该蚀刻时干涉波形的目标蚀刻时干涉波形进行运算的工序。而 且，其特征在于，在对该第二部分进行蚀刻的工序中，在该蚀刻时干涉 波形成为该目标蚀刻时干步波形的时刻停止蚀刻。
发明的效果
根据本发明，因为能够自由地控制薄膜的蚀刻后的残余膜，所以能够使该膜厚为一定值。
图1是实施方式的系统概念图。
图2是说明实施方式的薄膜形成方法的流程图。 图3是在薄膜形成装置中形成的薄膜的截面图。
图4是对成膜时得到的作为干涉波形的成膜时干涉波形进行说明的图。
图5是在蚀刻后得到的薄膜的截面图。
图6是对在蚀刻前通过运算求取的目标蚀刻时干涉波形进行说明的图。
图7是对在蚀刻时能够得到的蚀刻时干涉波形进行说明的图。 图8是说明比较例的系统的图。 图9是对比较例的蚀刻进行说明的图。 图10是对管理蚀刻量的蚀刻导致的弊害的进行说明的图。 符号的说明
10 成膜装置
12、 28 激光发送接收部
22 控制部
23 激光干涉计 26 蚀刻装置 61 第二膜厚 63 第一膜厚
具体实施方式
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本实施方式的薄膜形成方法和半导体装置的制造方法，虽然主要使 用于半导体装置的制造的情况较多，但是由于能够 一 般地广泛应用于薄
膜形成，所以称为"薄膜形成方法"。对本实施方式的薄膜形成方法进行 实施的系统具备成膜装置、蚀刻装置和控制部。参照作为本实施方式 的系统概略图的图1,对上述各部分进行说明。本实施方式的系统具备 成膜装置10。在成膜装置10中设置有用于配置基板16的载物台 (stage)18。在成膜装置10中，在基板16搭载于载物台18上的状态下进行薄膜的形成。进而，成膜装置10具备激光发送接收部12。激光发送 接收部12向成膜中的基板16的成膜表面照射激光，并且接收反射的光。
本实施方式的系统还具备蚀刻装置26。在蚀刻装置26中设置有用 于配置基板32的载物台34。在蚀刻装置26中，在基板32搭载于载物 台34上的状态下对基板32的薄膜进行蚀刻。再有，基板32是将在成 膜装置10中成膜了的基板16输送至蚀刻装置后的基板。这里所述的基 板16、 32仅仅是为了方便地表示，其详情在后面叙述。进而，蚀刻装 置26与成膜装置10同样地具备激光发送接收部28。激光发送接收部 28在蚀刻中向基板32的蚀刻表面(指进行蚀刻的表面，以下相同)照 射激光，并且接收反射的光。
本实施方式的系统还具备控制部22。控制部22通过光纤20与激光 发送接收部12连接。此外，还通过光纤24与激光发送接收部28连接。 而且，控制部22具备激光干涉计23。激光干涉计23是取得在激光发送 接收部12或激光发送接收部28已取得的反射波的干涉波形的部分。由 激光干涉计23得到的干涉波形成为后述的规定的运算的对象。
图2是说明本实施方式的薄膜形成方法的流程图。参照图2，对步 骤40进行说明。在步骤40中，首先将基板配置在成膜装置10的载物 台18上。然后，开始为了形成期望的薄膜的成膜。这里，与成膜的开 始同时或在该成膜开始前，从激光发送接收部12向进行成膜的基板表 面开始照射激光。然后，激光的反射波向激光发送接收部12入射。上 述的反射波经由光纤20到达激光干涉计23。激光干涉计23取得作为反 射波的干涉波形的成膜时干涉波形并将数据蓄积于控制部22中。成膜 时干涉波形的取得至少从开始成膜至结束的期间持续进行。
图3是表示在步骤40中形成的作为薄膜的多层膜的截面图。当通 过步骤40使用成膜装置10进行成膜时，在基板60上形成薄膜A62， 在薄膜A62上形成薄膜B64,在薄膜B64上形成薄膜C66,在薄膜C66 上形成薄膜D68。这里，各薄膜的组成虽然没有特别限定，但是当举出 半导体激光器的制造工序的例子时，考虑以下的组合。即，使薄膜A62 作为半导体激光器的下覆盖层(cladding layer)。然后使薄膜B64作为半 导体激光器的活性层，使薄膜C66作为半导体激光器的上覆盖层，使薄 膜D68为半导体激光器的接触层。此外，各薄膜通过外延结晶生长等结 晶生长法形成也可。但是，只要能够取得上述的成膜时干涉波形，薄膜
7的成膜方法不被特别限定。
这里，图4表示从形成薄膜A62至形成薄膜D68的期间内得到的成 膜时干涉波形。图4中标注的符号表示各个波形与哪个薄膜对应。从图 4可容易地知道，如本实施方式那样在形成多层膜的各薄膜的成膜时， 能够得到各个薄膜的固有的强度的干涉波形。因此，只要参照成膜时干 涉波形就能够容易地确定薄膜A、 B、 C、 D的干涉波形。
当完成上述步骤40的处理时，即进行步骤42和步骤44的处理。 在步骤42中，在步骤40中完成了薄膜的形成的基板被从成膜装置10 输送至蚀刻装置26。这是在成膜装置10中形成薄膜后，为了在蚀刻装 置26中使该薄膜的一部分比其他部分薄而用于进行蚀刻的准备。
另一方面，步骤44是在进行后述的实际的蚀刻之前，对成为停止 蚀刻时的指标的目标蚀刻时干涉波形进行运算的工序。该运算在控制部 22中进行。这里，目标蚀刻时干涉波形在后述的蚀刻工序中以下述方式 使用。即，在蚀刻工序中，向蚀刻表面照射激光，在根据其反射光得到 的干涉波形(以下，称为蚀刻时干涉波形)与目标蚀刻时干涉波形一致 时停止蚀刻。
这里，为了对步骤44进行更详细的说明，对根据本实施方式的薄 膜形成方法实施的蚀刻进行说明。在本实施方式的薄膜形成方法中，以 在步骤40中形成薄膜后，对薄膜A62、薄膜B64、薄膜C66、薄膜D68 的一部分进行蚀刻，得到图5所示的结构为目的。在图5所示的结构中， 在一部分上形成有光刻胶70。然后，在光刻胶开口部65中对薄膜B64、 薄膜C66、薄膜D68进行蚀刻。进而，对以光刻胶开口部65的第一膜 厚63形成的薄膜A62进行蚀刻，使其成为第二膜厚61。
在步骤44中，对与作为成膜时干涉波形的图4中的薄膜A62对应 的干涉波形(图4中以62表示)进行确定。然后，对被确定的干涉波 形中存在的周期的数量(与第一膜厚相当的周期数)进行计数。接着， 对从薄膜A62的形成开始至薄膜A62通过成膜成为笫二膜厚61为止的 干涉波形的周期的数目(称为与第二膜厚相当的周期数)进行运算。例 如，在薄膜A62中，在期望使第二膜厚61成为第一膜厚63的1/2的膜 厚的情况下，与第一膜厚相当的周期数的1/2是与第二膜厚相当的周期 数。
在步骤44中，关于成膜时干涉波形，从与薄膜A62对应的波形部分的周期数减去与第二膜厚相当的周期数，将由此得到的波形的起点和 终点倒转后作为目标蚀刻时干涉波形。这里，之所以使起点和终点倒转， 是因为蚀刻时干涉波形是在从成膜时干涉波形的终点朝向起点的方向 上被持续蓄积。图6表示根据上述的方法得到的目标蚀刻时干涉波形。
目标蚀刻时干涉波形在薄膜A62的干涉波形的区域中从与第一膜厚相 当的周期数(在图6中以63表示)减少至与第二膜厚相当的周期数(在 图6中以61表示)。通过步骤44，这种目标蚀刻时干涉波形被保存于 控制部22中。
当完成步骤42和步骤44的处理时，处理进入步骤46。在步骤42 中，为了得到图5所示的蚀刻形状，在形成光刻胶膜70之后在光刻胶 开口部65 (蚀刻表面)进行蚀刻。而且，至少在蚀刻时从激光发送接收 部28向开口部65照射激光。并且，上述激光的反射波入射到激光发送 接收部28,经由光纤24到达激光干涉计23。激光干涉计23取得作为 反射波的干涉波形的蚀刻时干涉波形并将数据蓄积于控制部22。在控制 部22中如图7所示那样蓄积蚀刻时干涉波形。
再有，在图7中表示有对在成膜装置10中形成的所有薄膜A~D 进行蚀刻时得到的蚀刻时干涉波形。这仅仅是为了便于说明而登载，实 际上，在蚀刻时干涉波形与目标蚀刻时干涉波形一致的时刻蚀刻即被停 止，因此不会得到图6所示以外的蚀刻时干涉波形。
在步骤46中正在实施蚀刻且蓄积蚀刻时干涉波形的期间，对蚀刻 时干涉波形是否与目标蚀刻时干涉波形一致进行评价。每隔一定期间在 控制部22中进行该评价。用于评价的目标蚀刻时干涉波形是控制部22 中保存的目标蚀刻时干涉波形。如步骤48所示，当调查结果是不被评 价为蚀刻时干涉波形与目标蚀刻时千涉波形一致时，继续进行蚀刻。另 一方面，当评价为蚀刻时亍涉波形与目标蚀刻时干涉波形一致时结束蚀 刻(步骤50)。再有，在本实施方式中，蚀刻时干涉波形与目标蚀刻时 干涉波形是否一致，是根据两者的周期的数量是否一致来评价的。但是， 蚀刻时干涉波形与目标蚀刻时干涉波形是否一致的评价，也可以通过比 较两者的波峰的数量等的方法来进行。
这里，为了使本发明的特征能够容易地把握，对比较例进行说明。 图8表示比较例的系统。该系统具备被进行蚀刻的基板104、激光发 送接收部100、光纤106、激光干涉计108。该系统的工作如下所示。即，在对基板进行蚀刻时，从激光发送接收部100向基板104进行激光照射。 而且，来自基板104的反射波从激光发送接收部100经由光纤106到达 激光干涉计108。 ，
蚀刻中的基板104被简略表示，其详细情况如图9所示。即，在比 较例中，在基板110上形成有薄膜112。对薄膜112进行蚀刻，在蚀刻 量到达以膜厚114表示的位置的时刻停止蚀刻。薄膜112的蚀刻量，是 通过对向薄膜入射的光116中的在薄膜112的最表面反射的光、与透过 薄膜112并在基板110与薄膜112的界面反射的光的光路差而产生的干 涉波形进行运算而求得。这样，在蚀刻量成为膜厚114时结束蚀刻。
如果像比较例那样通过管理蚀刻量而进行薄膜的蚀刻时，则残余膜 会发生不均匀。参照图IO所示的晶片A和晶片B对该弊害进行说明。 晶片A和晶片B均在基板110上形成有薄膜112(如图IO的上部所示)。 而且，形成有用于形成开口部的光刻胶120。在晶片A和晶片B上，薄 膜112的膜厚因工艺不均匀而不同。在晶片A、晶片B各自的开口部， 以使得蚀刻量成为蚀刻量122的方式进行蚀刻。当进行蚀刻时在晶片A 上开口部残余膜为膜厚126。另一方面，在晶片B上开口部残余膜变为 膜厚124,在晶片A和晶片B上残余膜不一致。因此，即使如比较例那 样控制蚀刻量，也存在蚀刻的残余膜对应于晶片间(或批次间)的成膜 不均匀而具有不均匀的问题。
根据本实施方式的薄膜形成方法，能够解决比较例的问题。在本实 施方式中，使用成膜时干涉波形对目标蚀刻时干涉波形进行运算，进行 蚀刻直至目标蚀刻时干涉波形与蚀刻时干涉波形一致。因此，在原理上， 在蚀刻后的残余膜上不会发生超过或不足。即，即使在成膜装置形成的 薄膜的膜厚存在不均匀的情况下，也能够使得蚀刻后的残余膜变得均 匀。
从残余膜的膜厚控制性的观点出发，优选对每个晶片进行成膜时干 涉波形的取得和目标时蚀刻波形的运算。但是，在批次内薄膜的膜厚几 乎没有偏差或为能够忽视的程度时，也可以对每个批次运算目标蚀刻时 干涉波形。
在本实施方式中，目标蚀刻时干涉波形设为"关于成膜时干涉波形， 从与薄膜A62对应的波形部分的周期数减去与第二膜厚相当的周期数， 将由此得到的波形的起点和终点倒转后作为目标蚀刻时干涉波形"，但
10是本发明并不限定于此。即，也可以代替利用周期数，也可以从成膜时 干涉波形除去薄膜开始生长到成为第二膜厚为止的波形。作为这种除去 的方法的 一个示例，有除去上述的"周期的数量"的方法。
进而，也可以代替利用上述的周期数，根据成膜时干涉波形运算薄 膜的膜厚，并对为了在薄膜A上残留第二膜厚的残余膜的蚀刻时间进行 运算。在此情况下，不需要取得蚀刻时干涉波形。
或者，也可以在成膜后进行薄膜的膜厚测定，对成膜时干涉波形中 的每单位周期的薄膜的膜厚进行运算。然后，从成膜时干涉波形的周期 的数量减去与期望的蚀刻后残余膜对应的周期的数量，由此，求取目标 蚀刻时干涉波形。
本实施方式的特征在于，通过应用成膜时干涉波形进行蚀刻时的终 点检测，即使在成膜工序中形成的薄膜的膜厚上存在不均匀的情况下， 也能够自由地控制蚀刻后的残余膜。因此，只要不超过本发明的范围， 作为目标蚀刻时干涉波形的运算方法也可以是上述以外的方法。此外， 例如也可以直接根据成膜时干涉波形运算蚀刻时间。
在本实施方式中，对蚀刻多层膜的情况进行了说明，但在将本发明 应用于蚀刻单层膜的情况下，也能够与多层膜的情况相同地得到本发明 的效果。
在本实施方式中，进行了中途停止型的蚀刻，但是即使应用于界面 停止型的蚀刻中也不会失去本发明的效果。即，即使在界面停止型的蚀 刻中，因为能够根据成膜时干涉波形运算目标蚀刻时干涉波形，所以能 够进行作为本发明的效果的蚀刻后残余膜的膜厚控制。
权利要求
1.一种薄膜形成方法，是形成具有第一膜厚的第一部分和比所述第一膜厚薄的第二膜厚的第二部分的薄膜的方法，其特征在于，包括在基板上使所述第一膜厚的所述薄膜成膜的工序；向成膜时的所述薄膜进行激光照射，取得作为反射波的干涉波形的成膜时干涉波形的工序；对所述薄膜的所述第二部分进行蚀刻的工序；向所述蚀刻时的所述第二部分进行激光照射，取得作为反射波的干涉波形的蚀刻时干涉波形的工序；以及基于所述成膜时干涉波形，对作为所述第二部分成为所述第二膜厚的状态下的所述蚀刻时干涉波形的目标蚀刻时干涉波形进行运算的工序，在对所述第二部分进行蚀刻的工序中，在所述蚀刻时干涉波形成为所述目标蚀刻时干涉波形的时刻停止蚀刻。
2. 如权利要求1所述的薄膜形成方法，其特征在于， 在运算所述目标蚀刻时千涉波形的工序中，从所述成膜时干涉波形中除去从开始所述薄膜的成膜至所述薄膜变为第二膜厚为止所得到的 干涉波形，由此，对所述目标蚀刻时干涉波形进行运算。
3. 如权利要求2所述的薄膜形成方法，其特征在于， 在运算所述目标蚀刻时干涉波形的工序中，将从所述成膜时干涉波形的周期的数量中减去从开始所述薄膜的成膜至所述薄膜变成第二膜 厚为止所得到的干涉波形的周期的数量，将由此得到的干涉波形作为所 述目标蚀刻时干涉波形。
4. 如权利要求3所述的薄膜形成方法，其特征在于， 在使所述薄膜成膜的工序之后，还具备测定所述薄膜的膜厚的工序，根据测定的所述薄膜的膜厚对在所述成膜时干涉波形的每单位周 期中成膜的膜厚进行运算，求取与所述第二膜厚相当的周期的数量，从 所述成膜时干涉波形的周期的数量中减去与所述第二膜厚相当的周期 的数量，将由此得到的干涉波形作为所述目标蚀刻时干涉波形。
5. 如权利要求1所述的薄膜形成方法，其特征在于，使用同 一 测定装置进行所述成膜时干涉波形的取得和所述蚀刻时干涉波形的取得。
6. —种半导体装置的制造方法，其特征在于， 使用权利要求1 ~5中任一项所述的薄膜形成方法。
全文摘要
本发明涉及薄膜形成方法和半导体装置的制造方法，其目的在于提供一种能够使蚀刻后的残余膜为一定厚度的残余膜控制性优良的薄膜形成方法。该薄膜形成方法为形成具有第一膜厚的第一部分和比第一膜厚薄的第二膜厚的第二部分的薄膜的方法，其特征在于，包括在基板上成膜该第一膜厚的该薄膜的工序；向成膜时的该薄膜进行激光照射，取得作为反射波的干涉波形的成膜时干涉波形的工序；对该薄膜的该第二部分进行蚀刻的工序；向该蚀刻时的该第二部分进行激光照射，取得蚀刻时干涉波形的工序；和根据该成膜时干涉波形，对作为该第二部分成为该第二膜厚的状态下的该蚀刻时干涉波形的目标蚀刻时干涉波形进行运算的工序，在该蚀刻时干涉波形成为该目标蚀刻时干涉波形的时刻停止蚀刻。
文档编号H01L21/302GK101556906SQ200810178028
公开日2009年10月14日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年4月7日
发明者堀江淳一 申请人:三菱电机株式会社