(57)【要約】【課題】  濃度測定方法及び半導体素子の不純物濃度測定方法を提供する。【解決手段】  第１物質及び該第１物質より少ない量の複数の不純物を含む膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して該赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる。該透過された赤外線と透過される前の赤外線光量の差及び前記膜が形成された半導体基板と形成されない半導体基板が吸収する赤外線光量の差に基づいて該膜が含む第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する。該第１物質が吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域の比を利用してそれぞれの不純物の濃度を得る。このように、実際工程中の素子を選択して測定し、物質が吸収する波数領域によって濃度を把握するので信頼性あるデータを得ることができる。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物質及び該第１物質より少ない量の複数の不純物を含む膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して該赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、
該透過赤外線と透過前の赤外線光量の差及び該膜が形成された半導体基板と形成されない半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して該膜が含む第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、
該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する波数領域のうち該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域を得る段階と、
該第１物質が吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域の比によってそれぞれの不純物の濃度を得る段階を含むことを特徴とする不純物濃度の測定方法。
【請求項２】
前記膜の第１物質はシリコンを含み、複数の不純物はホウ素及びリンであることを特徴とする請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項３】
前記半導体基板上に第１物質及び複数の不純物を含む膜を形成する前に前記半導体基板が吸収する光量を測定する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項４】
前記半導体基板には複数の導電性パターンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項５】
第１物質及び該第１物質より少ない量の複数の不純物を含む膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して該赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、
該透過赤外線と透過前の赤外線光量の差及び該膜が形成された半導体基板と形成されない半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して該膜が含む第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、
該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する波数領域の中で該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域を得る段階と、
該第１物質が吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する複数の不純物それぞれが吸収する波数領域に対応する赤外線光量の比を利用してそれぞれの不純物の濃度を得る段階を含むことを特徴とする濃度測定方法。
【請求項６】
前記膜の第１物質はシリコンを含み、複数の不純物はホウ素及びリンであることを特徴とする請求項５記載の濃度測定方法。
【請求項７】
前記半導体基板上に第１物質及び複数の不純物を含む膜を形成する前に前記半導体基板が吸収する光量を測定する段階をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の濃度測定方法。
【請求項８】
前記半導体基板には複数の導電性パターンが形成されていることを特徴とする請求項５記載の濃度測定方法。
【請求項９】
半導体基板上に複数の導電性パターンを形成する段階と、
該複数の導電性パターンが形成された半導体基板上にＢＰＳＧ膜を形成する段階と、
該ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、
該透過赤外線と透過前の赤外線光量の差及び該ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板と形成されない複数の導電性パターンを含む半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して該ＢＰＳＧ膜が含むそれぞれの物質が吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、
該ＢＰＳＧ膜を構成する物質中シリコンが吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する該ＢＰＳＧ膜に含まれるホウ素及びリンが吸収する一定の光量に対応する波数領域の比を利用して前記ホウ素及びリンの濃度を得る段階を含むことを特徴とする半導体素子の不純物濃度測定方法。
【請求項１０】
前記ホウ素及びリンの濃度が得られたＢＰＳＧ膜上に第２ＢＰＳＧ膜をさらに形成する段階と、
前記第２ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、
前記第２ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板を透過した赤外線と透過する前の赤外線光量の差及び前記第２ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板と形成されない半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して前記第２ＢＰＳＧ膜が含む第２のシリコン、ホウ素及びリンが吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、
前記第２のシリコンが吸収する一定の光量に相応する波数領域に対する第２のホウ素及びリンが吸収する一定の光量に相応するそれぞれの波数領域の比を利用して第２のホウ素及びリンの濃度を得る段階をさらに備えることを特徴とする請求項９記載の半導体素子の不純物濃度測定方法。
【請求項１１】
前記段階を数回繰り返すことを特徴とする請求項１０記載の半導体素子の不純物濃度測定方法。
【請求項１２】
ＢＰＳＧ膜が形成された基板を半導体素子の製造が行われている工程からサンプルとして選択する段階と、
該サンプルに形成されたＢＰＳＧ膜が吸収する赤外線光量を赤外線波数によって得る段階と、
該ＢＰＳＧ膜が含むシリコンが吸収する赤外線光量の一定の量に対応する赤外線波数領域に対する該ＢＰＳＧ膜が含むホウ素及びリンが吸収する赤外線光量の一定の量に対応赤外線波数領域の比を利用してサンプルに形成されたＢＰＳＧ膜が含むホウ素及びリンの濃度を得る段階と、を含むことを特徴とする半導体素子の不純物濃度測定方法。
【請求項１３】
前記ＢＰＳＧ膜に含まれるホウ素及びリンの濃度が前記半導体素子の製造工程の基準を満たす場合に、前記サンプルを含む半導体素子の製造工程を続けて行うことを特徴とする請求項１２記載の半導体素子の不純物濃度測定方法。
【請求項１４】
前記ＢＰＳＧ膜に含まれるホウ素及びリンの濃度が前記半導体素子の製造工程の基準を満たさない場合に、前記ホウ素及びリンの濃度を調節してＢＰＳＧ膜を再び形成することを特徴とする請求項１２記載の半導体素子の不純物濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は濃度測定方法及び前記方法を利用した半導体素子のドーパントまたは不純物濃度測定方法に関し、より詳細にはＢＰＳＧ膜に含まれる物質の濃度測定方法及びこれを利用した半導体素子の不純物濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、急速に成長する情報化社会において、多様な技術の発展とともに大量の情報をより早く処理するために半導体装置は高集約化されている。従って、さらに多くのパターンを半導体基板上に形成するため、パターン間隔を減少しかつパターンの幅を狭くして相対的に段差の大きいパターンが形成されている。
【０００３】
一般的に、半導体素子を製造する工程で積層されたパターンは、半導体基板に形成されたトランジスター（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子及び各種金属配線層として導電性を有するので、各層を絶縁させるために層間に絶縁膜を形成する。
【０００４】
前記層間絶縁膜を導電性パターンが形成された半導体基板上に形成すると、下部に存在する段差が大きいパターンによって前記層間絶縁膜の上面が平坦ではなく湾曲されてくる。従って、前記導電性パターン及び層間絶縁膜を繰り返して積層すると、後に形成された層の非平坦性がひどくて素子としての役目を担うことができなくなる。従って、前記段差が大きくて間隔が狭いパターン間の隙間を内部空隙なしに埋めて平坦化する層間絶縁膜形成技術は、半導体素子製造において重要な技術の一つである。
【０００５】
蒸着層を熱処理して埋め立て能力を向上させるか平坦度を改善させることができるので、ボロホスホシリケートガラス（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ；以下、「ＢＰＳＧ」と称する。）膜を蒸着することによって層間絶縁膜が形成される。前記ＢＰＳＧ膜は約８５０℃で加熱することにより急激な粘度（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）変化を伴い、流れ（ｆｌｏｗ）特性が良い膜として知られている。前記不純物の濃度差によって同一温度において、ＢＰＳＧの平坦化が異なり、層間絶縁膜としての絶縁の程度に差が発生する。例えば、工程温度を低下させるためにＢＰＳＧ膜の主成分であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）にホウ素（Ｂｏｒｏｎ；Ｂ）またはリン（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｐ）などの不純物（ｄｏｐａｎｔ）濃度を調節して低温においても良好な平坦化を形成している。従って、前記ＢＰＳＧからなる層間絶縁膜のホウ素及びリンの不純物添加量を測定する段階は非常に重要な検査段階である。
【０００６】
このように、膜状態で存在する成分量を分析するため、フーリェ変換赤外線測定法（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｒｅｇｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ；「ＦＴ−ＩＲ」、以下「ＦＴ−ＩＲ測定法」と称する。）が使用されている。例えば、特許文献１にＦＴ−ＩＲ測定法による成分量分析方法が開示されている。
【０００７】
前記ＦＴ−ＩＲ測定法はＦＴ−ＩＲ分光器と称する言う測定装置を使用し、標的物質に対する赤外線の吸収分布を赤外線（以下、「ＩＲ」という。）スペクトル（ｓｐｅｃｔｒｕｍ）で示す。輻射線が固体、液体または気体からなる層を通過する際、原子、分子またはイオンを構成する電子が輻射線を吸収する場合、その輻射線を吸収して、輻射線の吸収光子エネルギー（Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ）に対応するエネルギー準位に移る。これら電子エネルギーレベルの差は各化学種によって固有の値を有しており、吸収された輻射線の周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を調べることによって試料中の成分物質が分かる。前記周波数（ｃ）はｃ＝ｖ／λによって示され、式中、ｖは周期期間が一定速度で伝達される波動の速度、λは波長を示す。ＩＲスペクトルでは、波長の逆数である波数（ｗａｖｅ  ｎｕｍｂｅｒ）によって示される。
【０００８】
試料に含まれる物質のそれぞれの濃度を測定するため、ＩＲスペクトルでそれぞれの物質が示す波数領域のピーク（ｐｅａｋ）面積を利用する。すなわち、試料中の物質それぞれが示すピーク面積の相対的な大きさによって、試料が含む各物質の濃度を把握する。しかし、前記装置の測定ビーム（ｂｅａｍ）の直径が１０ｍｍ以上なので、ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板について測定するとき、前記基板上に形成されたパターンによってビームが反射して分散し、前記ＢＰＳＧ膜の厚みが増加するにつれて、パターンによるピーク面積の湾曲がひどくなる。
【０００９】
従って、半導体素子の製造中に素子のＢＰＳＧ膜が含む不純物濃度を測定するため、前記素子の製造と同一条件で純粋な基板上にＢＰＳＧ膜を形成したテストサンプル（ｔｅｓｔ  ｓａｍｐｌｅ）を利用して間接的にＢＰＳＧ膜の厚さ及び不純物の添加量を測定し、前記厚さ及び添加量によって濃度を算出する。例えば、特許文献２にテストサンプル製造方法が開示されている。
【００１０】
前記テストサンプルは、実際の半導体素子の製造工程で製造されたＢＰＳＧ膜と同一状態を維持させるために種々の変数を考慮して製作される。しかし、サンプルが厚いとか不純物の量が多い場合には、前記サンプルを透過する光量が不足して前記透過光を検知することが難しい。従って、吸収分布が明確に示されず、特定物質を示す主要ピークの周りにノイズとして多数のスプリットピークが発生し、ピーク面積を正確に計算できず濃度の誤差を誘発するようになる。従って、データとしての信頼性が失われる。
【００１１】
また、工程ごとに行う不良検査及び濃度測定工程が別々に行なわれるので全工程時間が増加する。さらに、半導体製造工程中にＢＰＳＧ膜を形成する段階ごとに付加的にテストサンプルを製作する工程を行なうので、半導体素子の製造原価が増加する。
【特許文献１】大韓民国特許特１９９７−００１０６６５号公報
【特許文献２】特開平１０−０７０１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の第１目的は赤外線測定法によって透過する光量が少ない場合にも信頼性のあるデータを得ることができる濃度測定方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の第２目的は、赤外線測定法によって透過する光量が少なくて一部物質に対するスペクトルが明らかではない場合にも信頼性あるデータを得ることができる濃度測定方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の第３目的は、不純物を含む絶縁膜を積層時ごとに繰り返し適用することができる半導体素子の不純物濃度測定方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の第４目的は、実際の半導体工程に適用することができる半導体素子の不純物濃度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記第１目的を果たすための濃度測定方法は、第１物質及び該第１物質より少ない量の複数の不純物を含む膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して該赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、該透過赤外線と透過前の赤外線光量の差及び該膜が形成された半導体基板と形成されない半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して該膜が含む第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する波数領域のうち該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域を得る段階と、該第１物質が吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域の比によってそれぞれの不純物の濃度を得る段階と、を含む。
【００１７】
前記第２目的を果たすための濃度測定方法は、第１物質及び該第１物質より少ない量の複数の不純物を含む膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して該赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、該透過赤外線と透過前の赤外線光量の差及び該膜が形成された半導体基板と形成されない半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して該膜が含む第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する波数領域の中で該第１物質及び複数の不純物それぞれが吸収する一定の光量に対応する波数領域を得る段階と、該第１物質が吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する複数の不純物それぞれが吸収する波数領域に対応する赤外線光量の比を利用してそれぞれの不純物の濃度を得る段階と、を含む。
【００１８】
前記第３目的を果たすための半導体素子の不純物濃度測定方法は、半導体基板上に複数の導電性パターンを形成する段階と、該複数の導電性パターンが形成された半導体基板上にＢＰＳＧ膜を形成する段階と、該ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板に赤外線を照射して赤外線の一部を吸収させ、吸収されない残りの赤外線を透過させる段階と、該透過赤外線と透過前の赤外線光量の差及び該ＢＰＳＧ膜が形成された半導体基板と形成されない複数の導電性パターンを含む半導体基板が吸収する赤外線光量の差を利用して該ＢＰＳＧ膜が含むそれぞれの物質が吸収する赤外線光量を波数ごとに計算する段階と、該ＢＰＳＧ膜を構成する物質中シリコンが吸収する一定の光量に対応する波数領域に対する該ＢＰＳＧ膜に含まれるホウ素及びリンが吸収する一定の光量に対応する波数領域の比を利用して前記ホウ素及びリンの濃度を得る段階と、を含む。
【００１９】
前記第４目的を果たすための半導体素子の不純物濃度測定方法は、ＢＰＳＧ膜が形成された基板を半導体素子の製造が行われている工程からサンプルとして選択する段階と、該サンプルに形成されたＢＰＳＧ膜が吸収する赤外線光量を赤外線波数によって得る段階と、該ＢＰＳＧ膜が含むシリコンが吸収する赤外線光量の一定の量に対応する赤外線波数領域に対する該ＢＰＳＧ膜が含むホウ素及びリンが吸収する赤外線光量の一定の量に対応赤外線波数領域の比を利用してサンプルに形成されたＢＰＳＧ膜が含むホウ素及びリンの濃度を得る段階と、を含む。
【発明の効果】
【００２０】
このように、濃度のみを測定するために付加的にテストサンプルを製造しないので工程上の費用を節約することができ、厚さ及び濃度を同時に測定することができるので工程時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施例による半導体素子の製造工程中に行われる不純物の濃度測定方法に関するフローチャートである。
【００２３】
図１において、アクティブ領域が定義された半導体基板上に第１導電性パターンを形成する。前記第１導電性パターンはトランジスターまたは各種配線などの半導体素子の構成要素である。前記第１導電性パターンをアクティブ領域から絶縁させるために、前記第１導電性パターンが形成された基板上に第１絶縁膜を形成する。（Ｓ１００）前記第１絶縁膜はＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３及びＰ２Ｏ５を含有するＢＰＳＧ膜であって、このときＳｉＯ２を主要成分とし、ホウ素及びリンを不純物（ｄｏｐａｎｔ）として含む。前記第１絶縁膜を形成した段階の後、一部基板をサンプルとして選択する。（Ｓ１１０）前記サンプルとして選択された基板に形成された第１絶縁膜のＩＲスペクトルを測定する。（Ｓ１２０）
図２は本発明の実施例において半導体基板に形成された絶縁膜のＩＲスペクトル測定方法に関するフローチャートである。
【００２４】
図２において、前記工程から選択したサンプルをＦＴ−ＩＲ測定装置に取付ける。（Ｓ２００）前記第１絶縁膜が形成された半導体基板で測定しようとする位置を選択し、前記測定位置にＩＲ線を照射する。（Ｓ２１０）前記照射されたＩＲ線は前記第１絶縁膜が形成された半導体基板を透過しながら前記第１絶縁膜に一部吸収され、吸収されない一部光は前記第１絶縁膜を透過してセンサーに照射され、前記センサーでは透過された光量を検出する。（Ｓ２２０）前記センサーによって検出された光量から前記第１絶縁膜が吸収した光量を決定する。すなわち、前記ＩＲ線が前記第１絶縁膜を透過する前後のＩＲ線量の差に基づいて前記第１絶縁膜が吸収した光量を決定する。前記光量は装置の設定条件によって量的単位なしに、光が吸収される吸光度で示し、照射ＩＲ線の波数ごとに示されて吸収スペクトルとして可視化される。
【００２５】
図３は本発明の実施例において半導体基板上にＢＰＳＧからなる第１絶縁膜を形成した後の第１  ＩＲスペクトルを示す。
【００２６】
図３において、ＢＰＳＧからなる第１絶縁膜が形成された基板の第１  ＩＲスペクトルは第１絶縁膜が含む物質の吸光度を示す。リン、シリコン及びホウ素を含む物質の各吸収波数領域について、リンを含む物質（以下、「リン」と称する。）が示す第１ピーク（３００）、シリコンを含む物質（以下、「シリコン」と称する。）が示す第２ピーク（３１０）及びホウ素を含む物質（以下、「ホウ素」と称する。）が示す第３ピーク（３２０）が強い吸光度を示す。しかし、前記スペクトルは第１絶縁膜が含む物質だけではなく、基板自体が吸収する吸光度を含んでいる。
【００２７】
図４は本発明の実施例によって半導体基板上に第１絶縁膜を形成する前の第２ＩＲスペクトルを示す。
【００２８】
図４において、第１絶縁膜が形成される前の第１導電性パターンが形成された基板は基板自体がシリコンから形成されているので、第２ＩＲスペクトルであるシリコンの吸収波数領域にシリコンを示す第４ピーク（３３０）がある。
【００２９】
図５は図３及び図４のスペクトルの差により得られた第１絶縁膜のみの第３ＩＲスペクトルを示す。
【００３０】
図５において、前記第１絶縁膜の純粋な吸光度を示す第３ＩＲスペクトルは、予め測定された前記ＦＴ−ＩＲ測定装置に保存されている第１導電性パターンが形成された半導体基板の第２ＩＲスペクトルと第１絶縁膜が形成された後の第１  ＩＲスペクトルとの差によって得られる。（Ｓ２３０）従って、前記第３ＩＲスペクトルにおいて、第５ＩＲピーク（３４０）はリンを示し、第６ＩＲピーク（３５０）はシリコンを示し、第７ＩＲピーク（３６０）はホウ素を示す。第５〜７ＩＲピーク３４０，３５０，３６０は、第１  ＩＲスペクトルのリン、シリコン、ホウ素と同じ吸収波数領域で強い吸収を示す。第３ＩＲスペクトルは第１  ＩＲスペクトルとは吸光度に差がある。
【００３１】
第１  ＩＲ及び第３ＩＲスペクトルを点検すると、吸光度がリン吸収ピーク、シリコン吸収ピークおよびホウ素吸収ピークの中央部から減少する。ある波数領域において、吸光度は各ピークの波数からの距離の増加に比例して減少する。このように、物質の一つの吸光度は対応するピークの頂点を伴って減少し、吸光度を表す線は吸光度の最低点、即ち変曲点においてその他の物質の隣接する線と交わる。
【００３２】
例えば、図５の第３ＩＲスペクトルにおいて、前記第１絶縁膜に含まれるシリコンが有する第６ピーク（３５０）は、吸光度が相対的に低い二つの変曲点（３５５ａ，３５５ｂ）の間の波数領域に位置する。ここで、二つの変曲点（３５５ａ，３５５ｂ）は、それぞれリン及びホウ素の波数領域に接する。第６ピークが存在する波数領域で、第１波数領域差（Ａ）（即ち、予め決定された吸光度に対応する第６ピーク（３５０）の幅）が観察される。（Ｓ２４０）さらに、Ｓ２４０において、第２波数領域差（Ｂ）（即ち、一つの変曲点（３５５ａ）に接するリンに対応し、その他の予め決定された吸光度を表す第５ピーク（３４０）の幅）も同様に観察される。さらに、Ｓ２４０において、第３波数領域差（Ｃ）（即ち、その他の変曲点（３５５ｂ）に接するホウ素に対応し、その他の予め決定された吸光度を表す第７ピーク（３６０）の幅）が観察される。Ｓ２５０において、第１波数領域差（Ａ）に対する第２波数領域差（Ｂ）の比率と、第１波数領域差（Ａ）に対する第３波数領域差（Ｃ）の比率を用いて、ＢＰＳＧ膜に含まれるホウ素及びリンの濃度が得られる。
【００３３】
従って、特殊な物質（例えば、ドーパント）の濃度は、前記第６ピーク（３５０）のようにピークの峰部分がいくつかに分散されている場合にも、正確に得ることができる。
【００３４】
しかし、前記第５ピーク（３４０）のように一つのピークが明確に形成されると、特殊な物質の濃度は波数領域の差の代わりにピーク面積に関する比率によって得ることができる。すなわち、前記第１波数領域の差（Ａ）に対する前記第５ピーク（３４０）の面積の比によってリン濃度を得ることができる。このとき、正確な濃度を得るための換算変数は前記波数領域の差によって濃度を計算する変数とは区別される。
【００３５】
濃度を得るために選択されたサンプルは、不良検出工程にも利用できる。従って、２種の工程は、選択された一つのサンプルを用いて行うことができる。
【００３６】
このように、前記第１絶縁膜に含まれる物質の全ての各変曲点を観察して各物質の濃度を得る。物質の濃度は、物質の濃度が許容できるかどうかを決定するために対照と比較する。（Ｓ１３０）物質の濃度が許容されるときには、その後の工程を行う。それに対し、かかる濃度が許容できないときには、第１絶縁膜を除き、物質の濃度を調整し、調整したＢＰＳＧ濃度を有する新たな絶縁膜を基板上に形成する（Ｓ１４０）。
【００３７】
次工程において、前記第１絶縁膜には必要によってコンタクトを形成することができ、その開口部は後続工程を考慮して第１絶縁膜の所定の位置に形成してもよい。その後、第２導電性パターンは基板上に形成された第１絶縁膜上に形成してもよい。かかる第２導電性パターンはビットライン、キャパシターまたはその他の配線でありえる。
【００３８】
第１絶縁膜中の物質の濃度を測定する方法と同じ方法を用いて第２絶縁膜中に含まれる物質の濃度を得る。第２導電性パターンを絶縁するため、ＢＰＳＧを含む第２絶縁膜を第２導電性パターン及び第１絶縁膜上に形成する。第２絶縁膜が形成される基板をサンプルとして選択した後、かかるサンプルをＦＴ−ＩＲ測定装置にセットする。第２絶縁膜のＩＲスペクトルは上記の方法に従って測定される。
【００３９】
しかしながら、第２絶縁膜が存在する場合、照射ＩＲ線は第２絶縁膜ばかりではなく第１絶縁膜であって、ＩＲ線が基板に形成された第２及び第１の絶縁膜を備える半導体基板を通過するときに、第２絶縁膜と実質的に同じドーパントを含む膜によって部分的に吸収される。したがって、第１及び第２の絶縁膜で吸収されたＩＲ線の強度は、センサーを用いて検知された透過ＩＲ線の強度及びＩＲ線が半導体基板を透過する前のＩＲ線の全強度によって計算される。さらに、ＩＲ線の全吸収強度は第２絶縁膜に吸収されたＩＲ線の強度と第１絶縁膜に吸収されたＩＲ線の強度を合計することによって得られる。また、基板はシリコンを含むので、ＩＲ線の全吸収強度は基板に吸収されたＩＲ線の強度と第２導電性パターンに吸収されたＩＲ線の強度または第２導電性パターンから反射されたＩＲ線の強度を含んでいる。したがって、第２絶縁膜の吸収スペクトルは第２絶縁膜の形成前後に得られたスペクトル間の差によって計算される。
【００４０】
第２絶縁膜の吸収スペクトルは、第１絶縁膜の吸収スペクトルで示されるように、物質の固有波数領域において強い吸収を有するピークを含む。各ピークの中心部からの距離にしたがって吸光度が減少し、吸光度が第２絶縁膜に含まれる物質によって表される隣接する固有波数ピークと交わるときに、変曲点を有する。変曲点から吸光度が再び増加する。
【００４１】
第２絶縁膜に含まれる物質の濃度は、第１絶縁膜に含まれる物質の濃度を得るために用いた方法と同じ方法で得られる。
【００４２】
物質の得られた濃度が許容される場合に次工程に進み、一方、許容されない場合には第２絶縁膜は除かれ、調整し直したＢＰＳＧ濃度を有する新たな第２絶縁膜を形成する。上記のように、絶縁膜に含まれるドーパント濃度は、基板に絶縁膜を形成した後、絶縁膜のＩＲスペクトルを用いて得ることができる。
【００４３】
本発明の方法に従って、各段階を終了した後に不良品の存在を観察できるとともに、許容できる絶縁膜を効果的に形成することができる。従来、テストサンプルを用いる濃度テストや実際の工程サンプルを用いる不良品テストは二つの別々の方法で行われていたので、全工程時間を遅延させた。しかしながら、これらの二つのテストは本発明方法に従って一つの工程サンプルを用いて同時に行うことができるので、工程時間が大幅に短縮できる。
【００４４】
（波数領域差によって得られた濃度の信頼性比較検証）
図６は基板に形成されたＢＰＳＧを含む絶縁膜の第４ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【００４５】
図６において、基板に形成されたＢＰＳＧ膜のＩＲスペクトルは波数（ｗａｖｅ  ｎｕｍｂｅｒ）に対する赤外線の吸光度で示される。第４ＩＲスペクトルは、基板がＩＲ線に透過性であって、基板に形成された薄膜を透過したＩＲ線が適切に検出されるときに得られる。シリコン、ホウ素、リンなどの物質（ドーパント）を表すピークは第４スペクトルにおいて枝分かれすることなく明確なので、従来のスペクトル分布面積を用いる濃度測定方法を用いて物質の濃度を計算する方法が効果的に用いられ、さらに物質の濃度を正確に測定できる。
【００４６】
図７は基板に形成されたＢＰＳＧを含む絶縁膜の第５ＩＲスペクトルを示すグラフである。図７に示されるように、最も強い吸光度を示す第８ピーク（４００）は明確ではなく、第５ＩＲスペクトルにおいて多くの枝に分かれている。第８ピーク（４００）は、金属膜が形成された基板が光に非透過性であり、または基板に厚膜が形成されたために透過ＩＲ線の強度が低い場合に得られる。この場合、透過ＩＲ線は不十分であって充分に検知することができなかった。
【００４７】
したがって、透過ＩＲ線の検知があいまいであり、透過ＩＲ線の強度を利用して得られた計算された吸光度は同様にあいまいなので、ドーパント濃度の計算は面積に基づいて容易にはできないであろう。さらに、濃度の計算が正確ではないので、膜に含まれる物質の濃度は正確に得られない。
【００４８】
しかし、ＩＲスペクトルにおける最高ピークの幅を用いて物質の濃度が得られるとき、物質の濃度は最高ピークの頂点の形状にかかわりなく計算できるので、例え基板に複数の膜が形成されたとしても、正確な濃度が得られる。
【００４９】
図８は、図６の第４ＩＲスペクトルで示されるような明確なピークを有するスペクトルについて本発明方法及び従来の方法で認められたピーク面積とピーク幅との関係を示すグラフである。
【００５０】
図８において、物質の濃度はピークの幅に基づいて得られ、スペクトルの形状が分岐することなく明確なときに、得られた濃度から逆に計算された面積はＢＰＳＧ膜のＩＲスペクトル中の同じ物質を表す一つのピークに対するピークの幅と一定の関係を示す。即ち、従来の方法で得られ、グラフ５００で示されるピーク面積として示される物質の濃度と本発明の方法によって得られ、グラフ５１０で示されるピーク面積として示される物質の濃度はほぼ一致する。ここで、ピーク幅及びピーク面積の単位は便宜上示さない。
【００５１】
図９は図７の第５ＩＲスペクトルで示されるような不明確なピークを有するスペクトルについて本発明方法及び従来の方法で認められたピーク面積とピーク幅との関係を示すグラフである。
【００５２】
図９において、ＩＲスペクトルの頂点においてピークが多くの枝に分岐され、透過ＩＲ線を検知することが困難なときに、透過ＩＲ線の強度が不十分なので、従来の方法で得られ、グラフ５２０で表される面積と本発明によるピーク幅の大きさによって得られ、グラフ５０５で表される面積は、同じ誤差を示す。この誤差はピーク幅とピーク面積のパラメーターを用いる濃度誤差を表す。従来の方法において、面積は頂点においてピークの分布を考慮して得られたものであり、濃度は得られた面積を用いて得られたものである。このように、大きな誤差が生じた。
【００５３】
しかし、本発明によれば、物質の濃度は、ＩＲ線の検知度に大きく従属する従来の方法とは異なり、ＩＲ線の検知特性に影響を受けずに得ることができる。本発明によってピーク幅を用いる濃度の測定方法は頂点の分岐による影響を受けないので、得られた物質の濃度はきわめて信頼が高い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
上記のように、ＩＲスペクトルはＢＰＳＧを含む絶縁膜が半導体素子製造工程において形成されるときに、選択されたサンプルについて測定される。測定されたＩＲスペクトルから物質の濃度を得るため、物質の種類によって強いピークの吸光度がある特定波数領域の幅が利用される。
【００５５】
物質の濃度がＩＲスペクトルのピーク幅を用いて測定されるので、膜を含む基板が光に非透過性であり、ＩＲ線に対し低透過性の場合、または標的膜中の物質の濃度が高く、高吸光度を有する強いピークが数個の枝に分岐される場合に、ＢＰＳＧを含む絶縁膜が数回形成され、たとえ基板が厚い絶縁膜を含んでいたとしても、物質の正確な濃度が得られる。
【００５６】
さらに、物質の濃度は不良検出段階で測定できるので、物質の濃度を測定テストサンプル形成のための余分な工程を省略することによって、製造コスト及び工程時間を同時に減少させることができる。
【００５７】
上述したように、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、該当の技術分野の熟練された当業者ならば下記の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から抜け出さない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例による半導体素子の製造工程中に行われる不純物の濃度測定方法に関するフローチャートである。
【図２】本発明の実施例による半導体基板に形成された絶縁膜のＩＲスペクトル測定方法に関するフローチャートである。
【図３】本発明の実施例によって半導体基板上にＢＰＳＧからなる第１絶縁膜を形成した後の第１  ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例によって半導体基板上にＢＰＳＧからなる第１絶縁膜を形成する前の第２ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図５】図３及び図４のスペクトルの差によってＢＰＳＧからなる第１絶縁膜のみの第３ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図６】基板に形成されたＢＰＳＧからなる絶縁膜の第４ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図７】基板に形成されたＢＰＳＧからなる絶縁膜の第５ＩＲスペクトルを示すグラフである。
【図８】第４ＩＲスペクトルなどの明確な形態のピークを有するスペクトルにおいて、従来法によって得られた面積及び本発明によって得られたピーク面積とピーク幅との関係を示すグラフである。
【図９】第５ＩＲスペクトルなどの明確ではないピークを有するスペクトルにおいて、従来法によって得られた面積及び本発明によって得られたピーク面積とピーク幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
３００  ：  第１ピーク、
３１０  ：  第２ピーク、
３２０  ：  第３ピーク、
３３０  ：  第４ピーク、
３４０  ：  第５ピーク、
３５０  ：  第６ピーク、
３６０  ：  第７ピーク、
４００  ：  第８ピーク、
５００  ：  本発明方法、
５０５  ：  本発明方法、
５１０  ：  従来の方法、
５２０  ：  従来の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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