JP2003188172A - 基板処理方法 - Google Patents
基板処理方法Info
- Publication number
- JP2003188172A JP2003188172A JP2001385108A JP2001385108A JP2003188172A JP 2003188172 A JP2003188172 A JP 2003188172A JP 2001385108 A JP2001385108 A JP 2001385108A JP 2001385108 A JP2001385108 A JP 2001385108A JP 2003188172 A JP2003188172 A JP 2003188172A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- treatment
- nitriding
- substrate processing
- processing method
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 147
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 125
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 75
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 60
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 41
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 18
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 7
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 35
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 13
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28158—Making the insulator
- H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
- H01L21/28202—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation in a nitrogen-containing ambient, e.g. nitride deposition, growth, oxynitridation, NH3 nitridation, N2O oxidation, thermal nitridation, RTN, plasma nitridation, RPN
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/518—Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板表面に形成された酸化膜をプラ
ズマ窒化処理により窒化し、酸窒化膜に変換する際に、
窒化処理に伴って生じる酸化による膜厚増大を抑制す
る。 【解決手段】 シリコン基板表面に酸化膜を形成した
後、窒化処理までの間に、窒化処理を行う環境あるいは
被処理基板表面から、酸素をパージにより排除する。
ズマ窒化処理により窒化し、酸窒化膜に変換する際に、
窒化処理に伴って生じる酸化による膜厚増大を抑制す
る。 【解決手段】 シリコン基板表面に酸化膜を形成した
後、窒化処理までの間に、窒化処理を行う環境あるいは
被処理基板表面から、酸素をパージにより排除する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に基板処理技術
に係り、特に基板上に高誘電体膜を形成する基板処理方
法に関する。
に係り、特に基板上に高誘電体膜を形成する基板処理方
法に関する。
【０００２】微細化技術の進展により、今日では０．１
μｍを切るゲート長のＭＯＳトランジスタを持つ超微細
加工半導体デバイスの製造が可能になりつつある。
μｍを切るゲート長のＭＯＳトランジスタを持つ超微細
加工半導体デバイスの製造が可能になりつつある。
【０００３】かかる超微細加工半導体デバイスにおい
て、ＭＯＳトランジスタのゲート長の短縮に伴って半導
体デバイスの動作速度を向上させようとすると、ゲート
絶縁膜の厚さをスケーリング則に従って減少させる必要
がある。例えばゲート絶縁膜として従来のシリコン酸化
膜を使った場合、ゲート絶縁膜の厚さを従来の１．７ｎ
ｍ以下に減少させる必要がある。しかし、酸化膜の厚さ
をこのように減少させると、トンネル効果により酸化膜
を通って流れるゲートリーク電流が増大してしまう。
て、ＭＯＳトランジスタのゲート長の短縮に伴って半導
体デバイスの動作速度を向上させようとすると、ゲート
絶縁膜の厚さをスケーリング則に従って減少させる必要
がある。例えばゲート絶縁膜として従来のシリコン酸化
膜を使った場合、ゲート絶縁膜の厚さを従来の１．７ｎ
ｍ以下に減少させる必要がある。しかし、酸化膜の厚さ
をこのように減少させると、トンネル効果により酸化膜
を通って流れるゲートリーク電流が増大してしまう。
【０００４】このため、従来より、ゲート絶縁膜として
従来のシリコン酸化膜の代わりにＴａ2Ｏ5あるいはＺｒ
Ｏ2などの高誘電体膜を使うことが検討されている。し
かし、これらの高誘電体膜は半導体技術において従来か
ら使われてきているシリコン酸化膜とは性質が大きく異
なっており、これらの高誘電体膜をゲート絶縁膜として
使うためには、解決しなければならない課題が数多く残
っている。
従来のシリコン酸化膜の代わりにＴａ2Ｏ5あるいはＺｒ
Ｏ2などの高誘電体膜を使うことが検討されている。し
かし、これらの高誘電体膜は半導体技術において従来か
ら使われてきているシリコン酸化膜とは性質が大きく異
なっており、これらの高誘電体膜をゲート絶縁膜として
使うためには、解決しなければならない課題が数多く残
っている。
【０００５】これに対し、シリコン窒化膜は従来の半導
体プロセスで使われてきた材料であり、しかもシリコン
酸化膜の２倍の比誘電率を有するため、またゲート電極
中のドーパント元素のシリコン基板中への拡散を効果的
に阻止できることからも、次世代の高速半導体デバイス
のゲート絶縁膜として有望な材料と考えられている。
体プロセスで使われてきた材料であり、しかもシリコン
酸化膜の２倍の比誘電率を有するため、またゲート電極
中のドーパント元素のシリコン基板中への拡散を効果的
に阻止できることからも、次世代の高速半導体デバイス
のゲート絶縁膜として有望な材料と考えられている。
【０００６】
【従来の技術】従来より、シリコン窒化膜はプラズマＣ
ＶＤ法により形成されるのが一般的であった。しかし、
このようなＣＶＤ窒化膜は一般にリーク電流が大きく、
ゲート絶縁膜としては不適当であった。このため、従来
より窒化膜をゲート絶縁膜に使う試みはなされていな
い。
ＶＤ法により形成されるのが一般的であった。しかし、
このようなＣＶＤ窒化膜は一般にリーク電流が大きく、
ゲート絶縁膜としては不適当であった。このため、従来
より窒化膜をゲート絶縁膜に使う試みはなされていな
い。
【０００７】これに対し、最近ではマイクロ波励起され
たＡｒ，ＫｒあるいはＨｅのような希ガスプラズマ中に
窒素ガスあるいは窒素ガスと水素ガス、あるいはＮＨ3
のような窒素を含んだガスを導入し、Ｎラジカルあるい
はＮＨラジカルを発生させ、シリコン酸化膜表面を酸窒
化膜に変換する技術が提案されている。このようにして
形成された酸窒化膜は界面準位が少なく、シリコン熱酸
化膜に匹敵する、あるいはそれを凌ぐリーク電流特性を
有し、次世代高速半導体デバイスのゲート絶縁膜として
有望であると考えられている。また、シリコン基板表面
をかかるマイクロ波プラズマにより直接に窒化する技
術、および上記希ガスプラズマ中に酸素を含んだガスを
導入し、直接に酸化するラジカル酸化技術も提案されて
いる。
たＡｒ，ＫｒあるいはＨｅのような希ガスプラズマ中に
窒素ガスあるいは窒素ガスと水素ガス、あるいはＮＨ3
のような窒素を含んだガスを導入し、Ｎラジカルあるい
はＮＨラジカルを発生させ、シリコン酸化膜表面を酸窒
化膜に変換する技術が提案されている。このようにして
形成された酸窒化膜は界面準位が少なく、シリコン熱酸
化膜に匹敵する、あるいはそれを凌ぐリーク電流特性を
有し、次世代高速半導体デバイスのゲート絶縁膜として
有望であると考えられている。また、シリコン基板表面
をかかるマイクロ波プラズマにより直接に窒化する技
術、および上記希ガスプラズマ中に酸素を含んだガスを
導入し、直接に酸化するラジカル酸化技術も提案されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一方、同一の装置でシ
リコン基板表面の酸化処理に引き続いてラジカル窒化処
理を行った場合、酸化処理やその他の処理の際に導入さ
れた酸素が処理雰囲気中に残留していると、窒化処理と
同時に酸化が進行し、結果的に、窒化処理で形成される
ゲート絶縁膜の膜厚が増大してしまう問題が生じる。こ
のようなゲート絶縁膜の増膜が生じると、所望のスケー
リング側に従った半導体デバイスの動作速度の向上が得
られない。このゲート絶縁膜の増膜の問題は、導入され
た窒素原子を膜厚方向に十分に拡散させるために窒化処
理を長時間行った場合に特に顕著になる。
リコン基板表面の酸化処理に引き続いてラジカル窒化処
理を行った場合、酸化処理やその他の処理の際に導入さ
れた酸素が処理雰囲気中に残留していると、窒化処理と
同時に酸化が進行し、結果的に、窒化処理で形成される
ゲート絶縁膜の膜厚が増大してしまう問題が生じる。こ
のようなゲート絶縁膜の増膜が生じると、所望のスケー
リング側に従った半導体デバイスの動作速度の向上が得
られない。このゲート絶縁膜の増膜の問題は、導入され
た窒素原子を膜厚方向に十分に拡散させるために窒化処
理を長時間行った場合に特に顕著になる。
【０００９】酸化処理と窒化処理を別々の装置で実行す
る場合には、基板を酸化処理装置から窒化処理装置へと
搬送する際に吸着した水分によっても、同様な酸化によ
るゲート絶縁膜の増膜の問題が生じる。
る場合には、基板を酸化処理装置から窒化処理装置へと
搬送する際に吸着した水分によっても、同様な酸化によ
るゲート絶縁膜の増膜の問題が生じる。
【００１０】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用な基板処理装置および処理方法を提供するこ
とを概括的課題とする。
新規で有用な基板処理装置および処理方法を提供するこ
とを概括的課題とする。
【００１１】本発明のより具体的な課題は、シリコン基
板表面の酸化処理に引き続いて形成された酸化膜の窒化
処理を行う際に、窒化処理に伴い形成される酸窒化膜の
増膜を抑制できる基板処理方法および基板処理装置を提
供することにある。
板表面の酸化処理に引き続いて形成された酸化膜の窒化
処理を行う際に、窒化処理に伴い形成される酸窒化膜の
増膜を抑制できる基板処理方法および基板処理装置を提
供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、シリコン基板表面を酸化処
理することにより、酸化膜を形成する工程と、前記酸化
膜を窒化処理することにより、酸窒化膜を形成する工程
とを含むことを特徴とする基板処理方法であって、前記
酸化処理工程の後、前記窒化処理工程の前に、前記窒化
処理が行われる環境から、酸素を排除する工程を含むこ
とを特徴とする基板処理方法により、または請求項２に
記載したように、前記酸化処理はバッチ処理により行わ
れ、前記窒化処理は枚葉処理により行われ、前記酸素を
排除する工程は、加熱処理により実行されることを特徴
とする請求項１記載の基板処理方法により、または請求
項３に記載したように、前記加熱処理は、前記窒化処理
を行う処理装置内において実行されることを特徴とする
請求項２記載の基板処理方法により、または請求項４に
記載したように、前記加熱処理は、前記窒化処理を行う
処理装置とは別の処理装置において実行されることを特
徴とする請求項２記載の基板処理方法により、または請
求項５に記載したように、前記酸化処理はバッチ処理に
より行われ、前記窒化処理は枚葉処理により行われ、前
記酸素を排除する工程は、プラズマ処理により実行され
ることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法によ
り、または請求項６に記載したように、前記プラズマ処
理は、前記窒化処理を行う処理装置内において実行され
ることを特徴とする請求項５記載の基板処理方法によ
り、または請求項７に記載したように、前記プラズマ処
理は、前記窒化処理を行う処理装置とは別の処理装置に
おいて実行されることを特徴とする請求項５記載の基板
処理方法により、または請求項８に記載したように、前
記窒化処理は、マイクロ波ラジカル処理により実行され
ることを特徴とする請求項２〜７のうち、いずれか一項
記載の基板処理方法により、または請求項９に記載した
ように、前記酸化処理は、第１の枚葉処理装置中におい
て行われ、前記窒化処理は第２の枚葉処理装置中におい
て行われ、前記酸素を排除する工程は、加熱処理および
プラズマ処理により実行されることを特徴とする請求項
１記載の基板処理方法により、または請求項１０に記載
したように、前記加熱処理およびプラズマ処理は、前記
第２の枚葉処理装置内において実行されることを特徴と
する請求項９記載の基板処理方法により、または請求項
１１に記載したように、前記加熱処理およびプラズマ処
理は、前記第２の枚葉処理装置とは別の処理装置におい
て実行されることを特徴とする請求項９記載の基板処理
方法により、または請求項１２に記載したように、前記
酸化処理および窒化処理は、マイクロ波ラジカル処理に
より実行されることを特徴とする請求項９〜１１のう
ち、いずれか一項記載の基板処理方法により、または請
求項１３に記載したように、前記酸化処理および窒化処
理は単一の枚葉処理装置中において、マイクロ波プラズ
マ処理により順次行われ、前記酸素を排除する工程は、
前記酸化処理のマイクロ波プラズマ処理終了後、前記窒
化処理のマイクロ波プラズマ処理開始までの間、前記枚
葉処理装置の処理容器中を連続して排気する工程により
実行されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方
法により、または請求項１４に記載したように、前記酸
素を排除する工程は、前記処理容器中を連続して排気す
る際に、前記処理容器中に窒素ガスを供給しながら実行
されることを特徴とする請求項１３記載の基板処理方法
により、または請求項１５に記載したように、前記酸素
を排除する工程は、さらに前記基板を、前記枚葉処理装
置に結合された別の装置に搬送した状態で実行されるこ
とを特徴とする請求項１３または１４記載の基板処理方
法により、または請求項１６に記載したように、前記酸
素を除去する工程は、前記連続排気工程の間、前記処理
容器中に窒素ガスを繰り返し断続的に供給する工程を含
むことを特徴とする請求項１３〜１５のうち、いずれか
一項記載の基板処理方法により、または請求項１７に記
載したように、前記酸化処理は第１のマイクロ波プラズ
マにより実行され、前記窒化処理は第２のマイクロ波プ
ラズマにより実行され、前記酸化処理の終了後、前記第
１のマイクロ波プラズマを停止し、前記窒化処理の際に
前記第２のマイクロ波プラズマを点火することを特徴と
する請求項１３〜１６のうち、いずれか一項記載の基板
処理方法により、または請求項１８に記載したように、
前記酸化処理および前記窒化処理は連続したプラズマ処
理により、それぞれ酸素および窒素を供給することによ
り実行され、前記酸化処理の際には、酸化処理終了前に
酸素の供給を遮断することを特徴とする請求項１３記載
の基板処理方法により、解決する。
請求項１に記載したように、シリコン基板表面を酸化処
理することにより、酸化膜を形成する工程と、前記酸化
膜を窒化処理することにより、酸窒化膜を形成する工程
とを含むことを特徴とする基板処理方法であって、前記
酸化処理工程の後、前記窒化処理工程の前に、前記窒化
処理が行われる環境から、酸素を排除する工程を含むこ
とを特徴とする基板処理方法により、または請求項２に
記載したように、前記酸化処理はバッチ処理により行わ
れ、前記窒化処理は枚葉処理により行われ、前記酸素を
排除する工程は、加熱処理により実行されることを特徴
とする請求項１記載の基板処理方法により、または請求
項３に記載したように、前記加熱処理は、前記窒化処理
を行う処理装置内において実行されることを特徴とする
請求項２記載の基板処理方法により、または請求項４に
記載したように、前記加熱処理は、前記窒化処理を行う
処理装置とは別の処理装置において実行されることを特
徴とする請求項２記載の基板処理方法により、または請
求項５に記載したように、前記酸化処理はバッチ処理に
より行われ、前記窒化処理は枚葉処理により行われ、前
記酸素を排除する工程は、プラズマ処理により実行され
ることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法によ
り、または請求項６に記載したように、前記プラズマ処
理は、前記窒化処理を行う処理装置内において実行され
ることを特徴とする請求項５記載の基板処理方法によ
り、または請求項７に記載したように、前記プラズマ処
理は、前記窒化処理を行う処理装置とは別の処理装置に
おいて実行されることを特徴とする請求項５記載の基板
処理方法により、または請求項８に記載したように、前
記窒化処理は、マイクロ波ラジカル処理により実行され
ることを特徴とする請求項２〜７のうち、いずれか一項
記載の基板処理方法により、または請求項９に記載した
ように、前記酸化処理は、第１の枚葉処理装置中におい
て行われ、前記窒化処理は第２の枚葉処理装置中におい
て行われ、前記酸素を排除する工程は、加熱処理および
プラズマ処理により実行されることを特徴とする請求項
１記載の基板処理方法により、または請求項１０に記載
したように、前記加熱処理およびプラズマ処理は、前記
第２の枚葉処理装置内において実行されることを特徴と
する請求項９記載の基板処理方法により、または請求項
１１に記載したように、前記加熱処理およびプラズマ処
理は、前記第２の枚葉処理装置とは別の処理装置におい
て実行されることを特徴とする請求項９記載の基板処理
方法により、または請求項１２に記載したように、前記
酸化処理および窒化処理は、マイクロ波ラジカル処理に
より実行されることを特徴とする請求項９〜１１のう
ち、いずれか一項記載の基板処理方法により、または請
求項１３に記載したように、前記酸化処理および窒化処
理は単一の枚葉処理装置中において、マイクロ波プラズ
マ処理により順次行われ、前記酸素を排除する工程は、
前記酸化処理のマイクロ波プラズマ処理終了後、前記窒
化処理のマイクロ波プラズマ処理開始までの間、前記枚
葉処理装置の処理容器中を連続して排気する工程により
実行されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方
法により、または請求項１４に記載したように、前記酸
素を排除する工程は、前記処理容器中を連続して排気す
る際に、前記処理容器中に窒素ガスを供給しながら実行
されることを特徴とする請求項１３記載の基板処理方法
により、または請求項１５に記載したように、前記酸素
を排除する工程は、さらに前記基板を、前記枚葉処理装
置に結合された別の装置に搬送した状態で実行されるこ
とを特徴とする請求項１３または１４記載の基板処理方
法により、または請求項１６に記載したように、前記酸
素を除去する工程は、前記連続排気工程の間、前記処理
容器中に窒素ガスを繰り返し断続的に供給する工程を含
むことを特徴とする請求項１３〜１５のうち、いずれか
一項記載の基板処理方法により、または請求項１７に記
載したように、前記酸化処理は第１のマイクロ波プラズ
マにより実行され、前記窒化処理は第２のマイクロ波プ
ラズマにより実行され、前記酸化処理の終了後、前記第
１のマイクロ波プラズマを停止し、前記窒化処理の際に
前記第２のマイクロ波プラズマを点火することを特徴と
する請求項１３〜１６のうち、いずれか一項記載の基板
処理方法により、または請求項１８に記載したように、
前記酸化処理および前記窒化処理は連続したプラズマ処
理により、それぞれ酸素および窒素を供給することによ
り実行され、前記酸化処理の際には、酸化処理終了前に
酸素の供給を遮断することを特徴とする請求項１３記載
の基板処理方法により、解決する。
【００１３】
【発明の実施の形態】［第１実施例］図１は、本発明で
使われるプラズマ基板処理装置１０の概略的構成を示
す。
使われるプラズマ基板処理装置１０の概略的構成を示
す。
【００１４】図１を参照するに、プラズマ基板処理装置
１０は被処理基板Ｗを保持する基板保持台１２が形成さ
れた処理容器１１を有し、処理容器１１は排気ポート１
１Ａにおいて排気される。前記基板保持台１２中には、
ヒータなどの基板温度制御機構１２ａが形成されてい
る。
１０は被処理基板Ｗを保持する基板保持台１２が形成さ
れた処理容器１１を有し、処理容器１１は排気ポート１
１Ａにおいて排気される。前記基板保持台１２中には、
ヒータなどの基板温度制御機構１２ａが形成されてい
る。
【００１５】前記処理容器１１上には前記基板保持台１
２上の被処理基板Ｗに対応して開口部が形成されてお
り、前記開口部は、アルミナ等の低損失セラミックより
なるカバープレート１３により塞がれている。さらにカ
バープレート１３の下には、前記被処理基板Ｗに対面す
るように、ガス導入路とこれに連通する多数のノズル開
口部とを形成された、アルミナ等の低損失セラミックよ
りなるシャワープレート１４が形成されている。
２上の被処理基板Ｗに対応して開口部が形成されてお
り、前記開口部は、アルミナ等の低損失セラミックより
なるカバープレート１３により塞がれている。さらにカ
バープレート１３の下には、前記被処理基板Ｗに対面す
るように、ガス導入路とこれに連通する多数のノズル開
口部とを形成された、アルミナ等の低損失セラミックよ
りなるシャワープレート１４が形成されている。
【００１６】前記シャワープレート１３およびカバープ
レート１４はマイクロ波窓を形成し、前記カバープレー
ト１４の外側には、ラジアルラインスロットアンテナあ
るいはホーンアンテナ等のマイクロ波アンテナ１５が形
成されている。
レート１４はマイクロ波窓を形成し、前記カバープレー
ト１４の外側には、ラジアルラインスロットアンテナあ
るいはホーンアンテナ等のマイクロ波アンテナ１５が形
成されている。
【００１７】動作時には、前記処理容器１１内部の処理
空間は前記排気ポート１１Ａを介して排気することによ
り所定の処理圧に設定され、前記シャワープレート１４
からＡｒやＫｒ等の希ガスと共に酸化ガスや窒化ガスが
導入される。
空間は前記排気ポート１１Ａを介して排気することによ
り所定の処理圧に設定され、前記シャワープレート１４
からＡｒやＫｒ等の希ガスと共に酸化ガスや窒化ガスが
導入される。
【００１８】さらに前記アンテナ１５から周波数が数Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を導入することにより、前記処理容器
１１中において被処理基板Ｗの表面に高密度マイクロ波
プラズマを励起する。プラズマをマイクロ波により励起
することにより、図１の基板処理装置ではプラズマの電
子温度が低く、被処理基板Ｗや処理容器１１内壁の損傷
が回避できる。また、形成されたラジカルは被処理基板
Ｗの表面に沿って径方向に流れ、速やかに排気されるた
め、ラジカルの再結合が抑制され、効率的で非常に一様
な基板処理が、５５０℃以下の低温において可能にな
る。
Ｈｚのマイクロ波を導入することにより、前記処理容器
１１中において被処理基板Ｗの表面に高密度マイクロ波
プラズマを励起する。プラズマをマイクロ波により励起
することにより、図１の基板処理装置ではプラズマの電
子温度が低く、被処理基板Ｗや処理容器１１内壁の損傷
が回避できる。また、形成されたラジカルは被処理基板
Ｗの表面に沿って径方向に流れ、速やかに排気されるた
め、ラジカルの再結合が抑制され、効率的で非常に一様
な基板処理が、５５０℃以下の低温において可能にな
る。
【００１９】図２は、図１の基板処理装置１０を使って
シリコン基板表面を酸化処理し、得られたプラズマ酸化
膜を引き続き窒化処理して酸窒化膜を形成した場合の、
膜中における酸素原子と窒素原子のＳＩＭＳプロファイ
ルを示す。ただし図２の実験は、前記図１の基板処理装
置１０において処理容器１１中にＡｒガスと酸素ガスを
それぞれ１０００ＳＣＣＭおよび２０ＳＣＣＭの流量で
供給し、１．３３×１０1Ｐａ程度の圧力下、４００℃
の基板温度において２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１５
００Ｗの電力で供給して約６ｎｍの厚さに形成した酸化
膜についてなされたものであり、窒化処理はＡｒガスお
よび窒素ガスをそれぞれ１０００ＳＣＣＭおよび２０Ｓ
ＣＣＭの流量で供給し、１．３３×１０1Ｐａ程度の圧
力下、４００℃の基板温度において前記マイクロ波を１
５００Ｗの電力で供給することで行っている。
シリコン基板表面を酸化処理し、得られたプラズマ酸化
膜を引き続き窒化処理して酸窒化膜を形成した場合の、
膜中における酸素原子と窒素原子のＳＩＭＳプロファイ
ルを示す。ただし図２の実験は、前記図１の基板処理装
置１０において処理容器１１中にＡｒガスと酸素ガスを
それぞれ１０００ＳＣＣＭおよび２０ＳＣＣＭの流量で
供給し、１．３３×１０1Ｐａ程度の圧力下、４００℃
の基板温度において２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１５
００Ｗの電力で供給して約６ｎｍの厚さに形成した酸化
膜についてなされたものであり、窒化処理はＡｒガスお
よび窒素ガスをそれぞれ１０００ＳＣＣＭおよび２０Ｓ
ＣＣＭの流量で供給し、１．３３×１０1Ｐａ程度の圧
力下、４００℃の基板温度において前記マイクロ波を１
５００Ｗの電力で供給することで行っている。
【００２０】図２を参照するに、酸化膜表面近傍に窒素
の濃集領域が形成されており、このような窒素濃集領域
から酸化膜内部に窒素原子が拡散しているのがわかる。
このような酸化膜中に窒素原子が拡散して形成された酸
窒化膜では、窒素濃集領域と酸化膜との間に界面が形成
されることはなく、従って界面準位のようなトラップと
して作用する欠陥が形成されることもない。
の濃集領域が形成されており、このような窒素濃集領域
から酸化膜内部に窒素原子が拡散しているのがわかる。
このような酸化膜中に窒素原子が拡散して形成された酸
窒化膜では、窒素濃集領域と酸化膜との間に界面が形成
されることはなく、従って界面準位のようなトラップと
して作用する欠陥が形成されることもない。
【００２１】図２では、また窒化時間を変化させた場合
の窒素原子および酸素原子の濃度分布が示されている
が、図２よりわかるように窒化時間が長くなると膜中の
酸素濃度も同時に増大しているのがわかる。これは、酸
素がシリコン基板内部に侵入することで酸化膜に増膜が
生じていることを意味する。このような酸化膜の増大を
もたらす酸素は、処理容器１１やガス供給ラインの内壁
に付着した酸素分子、あるいは基板表面に付着した水分
に起因するものであると考えられる。
の窒素原子および酸素原子の濃度分布が示されている
が、図２よりわかるように窒化時間が長くなると膜中の
酸素濃度も同時に増大しているのがわかる。これは、酸
素がシリコン基板内部に侵入することで酸化膜に増膜が
生じていることを意味する。このような酸化膜の増大を
もたらす酸素は、処理容器１１やガス供給ラインの内壁
に付着した酸素分子、あるいは基板表面に付着した水分
に起因するものであると考えられる。
【００２２】図３（Ａ）〜（Ｃ）は前記図１の基板処理
装置１０において、酸化と窒化を行われた場合の窒化処
理の際にこのような酸化膜の増膜が生じるメカニズム、
およびこのような酸化膜の増膜を抑制する本発明の第１
実施例による基板処理方法を示す。ただし図３（Ａ）は
酸化処理および窒化処理の際における処理容器１１中の
プラズマ点灯シーケンスを、図３（Ｂ）は前記処理容器
１１中における酸素濃度変化を、さらに図３（Ｃ）は同
じ処理容器１１中における窒素濃度変化を示す。
装置１０において、酸化と窒化を行われた場合の窒化処
理の際にこのような酸化膜の増膜が生じるメカニズム、
およびこのような酸化膜の増膜を抑制する本発明の第１
実施例による基板処理方法を示す。ただし図３（Ａ）は
酸化処理および窒化処理の際における処理容器１１中の
プラズマ点灯シーケンスを、図３（Ｂ）は前記処理容器
１１中における酸素濃度変化を、さらに図３（Ｃ）は同
じ処理容器１１中における窒素濃度変化を示す。
【００２３】図３（Ａ）を参照するに、前記酸化処理お
よび窒化処理の各々において前記処理容器１１中にはＡ
ｒプラズマＡ，Ｂが励起され、酸化処理の際にはさらに
前記処理容器１１中に酸素ガスが、また窒化処理の際に
は窒素ガスが図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように導入され
る。また酸化処理が終了するとプラズマＡは消灯され、
また酸素ガスの供給が遮断される。同様に窒化処理が終
了すると点灯されていたプラズマＢは消灯され、窒素ガ
スの供給が遮断される。
よび窒化処理の各々において前記処理容器１１中にはＡ
ｒプラズマＡ，Ｂが励起され、酸化処理の際にはさらに
前記処理容器１１中に酸素ガスが、また窒化処理の際に
は窒素ガスが図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように導入され
る。また酸化処理が終了するとプラズマＡは消灯され、
また酸素ガスの供給が遮断される。同様に窒化処理が終
了すると点灯されていたプラズマＢは消灯され、窒素ガ
スの供給が遮断される。
【００２４】特に酸化処理が終了したタイミングにおい
ては、酸素ガスの供給を遮断した後も処理容器の器壁や
ガス供給ラインに付着していた酸素分子が徐々に放出さ
れ、図３（Ｂ）に示すように前記処理容器１１中におけ
る酸素濃度プロファイルにテイルが生じてしまう。
ては、酸素ガスの供給を遮断した後も処理容器の器壁や
ガス供給ラインに付着していた酸素分子が徐々に放出さ
れ、図３（Ｂ）に示すように前記処理容器１１中におけ
る酸素濃度プロファイルにテイルが生じてしまう。
【００２５】そこで酸素ガスの供給を遮断した直後に窒
素ガスを処理容器１１中に導入し、さらにプラズマを点
灯した場合には、処理容器１１中に残留していた酸素が
活性化されてしまい、その結果生じた酸素ラジカルによ
りシリコン基板の酸化が、酸化膜の窒化と平行してさら
に進行するものと考えられる。
素ガスを処理容器１１中に導入し、さらにプラズマを点
灯した場合には、処理容器１１中に残留していた酸素が
活性化されてしまい、その結果生じた酸素ラジカルによ
りシリコン基板の酸化が、酸化膜の窒化と平行してさら
に進行するものと考えられる。
【００２６】この問題を解決するために、本実施例では
図３（Ａ）に示すように窒化処理の際のプラズマの点灯
を、酸化処理の終了に伴うプラズマの消灯から１〜６０
０秒間程度遅らせ、また酸素ガス供給を遮断した直後に
窒素ガスをＡｒガスとともに処理容器１１中に導入す
る。その結果、前記処理容器１１の内部はプラズマが再
び点灯するまでの間、このようにして導入されたＡｒガ
スおよび窒素ガスによりパージされる。このように、酸
化処理の後、前記処理容器１１内部を窒素ガスによりパ
ージすることにより、前記処理容器１１内部の酸素は図
３（Ｂ）に破線で示すように急速に排除され、全体の基
板処理時間を短縮することが可能になる。前記パージ工
程では、例えばＡｒガスを、前記酸化処理あるいは窒化
処理の場合と同じく１０００ＳＣＣＭの流量で、また窒
素ガスを２０ＳＣＣＭの流量で供給すればよい。
図３（Ａ）に示すように窒化処理の際のプラズマの点灯
を、酸化処理の終了に伴うプラズマの消灯から１〜６０
０秒間程度遅らせ、また酸素ガス供給を遮断した直後に
窒素ガスをＡｒガスとともに処理容器１１中に導入す
る。その結果、前記処理容器１１の内部はプラズマが再
び点灯するまでの間、このようにして導入されたＡｒガ
スおよび窒素ガスによりパージされる。このように、酸
化処理の後、前記処理容器１１内部を窒素ガスによりパ
ージすることにより、前記処理容器１１内部の酸素は図
３（Ｂ）に破線で示すように急速に排除され、全体の基
板処理時間を短縮することが可能になる。前記パージ工
程では、例えばＡｒガスを、前記酸化処理あるいは窒化
処理の場合と同じく１０００ＳＣＣＭの流量で、また窒
素ガスを２０ＳＣＣＭの流量で供給すればよい。
【００２７】以下の表１は、本実施例の代表的なレシピ
の例を示す。
の例を示す。
【００２８】
【表１】
なお、図３（Ｄ）に示すように、パージ期間中に窒素の
供給を断続し、いわゆるサイクルパージを行ってもよ
い。このようなサイクルパージを行うことにより、パー
ジ期間をさらに短縮することができる。勿論、図３
（Ｅ）に示すように、前記酸化処理Ａと窒化処理Ｂとの
間に十分な時間間隔を置けば、窒素ガスによるパージを
省略することも可能である。 ［第２実施例］図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１の基板処理
装置１０を使った本発明の第２実施例による基板処理方
法を示す。
供給を断続し、いわゆるサイクルパージを行ってもよ
い。このようなサイクルパージを行うことにより、パー
ジ期間をさらに短縮することができる。勿論、図３
（Ｅ）に示すように、前記酸化処理Ａと窒化処理Ｂとの
間に十分な時間間隔を置けば、窒素ガスによるパージを
省略することも可能である。 ［第２実施例］図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１の基板処理
装置１０を使った本発明の第２実施例による基板処理方
法を示す。
【００２９】本実施例では図４（Ａ）に示すようにプラ
ズマを酸化処理工程Ａの始まりから窒化処理工程Ｂの終
わりまで連続的に形成する。一方、本実施例では窒化処
理工程Ｂにおける酸化膜の増膜を回避するため、図４
（Ｂ）に示すように酸素ガスの供給時間ｔを酸化処理工
程の期間よりも短く設定する。これにより、酸素ガスの
供給工程は酸化処理工程の終了に先立って打ち切られ、
処理容器１１あるいはガス供給系に残留した酸素によ
り、残りの酸化処理工程が実行される。
ズマを酸化処理工程Ａの始まりから窒化処理工程Ｂの終
わりまで連続的に形成する。一方、本実施例では窒化処
理工程Ｂにおける酸化膜の増膜を回避するため、図４
（Ｂ）に示すように酸素ガスの供給時間ｔを酸化処理工
程の期間よりも短く設定する。これにより、酸素ガスの
供給工程は酸化処理工程の終了に先立って打ち切られ、
処理容器１１あるいはガス供給系に残留した酸素によ
り、残りの酸化処理工程が実行される。
【００３０】本実施例では、図４（Ｃ）に示す窒素ガス
の導入時点においては酸化処理は終了しており、その結
果、窒化処理の際に酸化膜が増膜することはない。
の導入時点においては酸化処理は終了しており、その結
果、窒化処理の際に酸化膜が増膜することはない。
【００３１】本実施例では、プラズマが酸化処理工程の
始まりから窒化処理工程の終わりまで連続して形成され
ているため、図４（Ｂ）において酸素ガスの供給を遮断
した後、残留酸素が酸化処理に消費され、残留酸素濃度
は急速に低下する。このため、酸化処理工程の後、長い
酸素パージ工程を設けなくとも窒化処理工程を開始する
ことができ、基板処理のスループットを向上させること
ができる。
始まりから窒化処理工程の終わりまで連続して形成され
ているため、図４（Ｂ）において酸素ガスの供給を遮断
した後、残留酸素が酸化処理に消費され、残留酸素濃度
は急速に低下する。このため、酸化処理工程の後、長い
酸素パージ工程を設けなくとも窒化処理工程を開始する
ことができ、基板処理のスループットを向上させること
ができる。
【００３２】また、図４（Ｄ）に示すように、本実施例
と原理を同じくするものとして、酸化処理工程Ａの直後
にプラズマも一度消し、再度Ａｒプラズマのみにて着火
を行い、後にＮ2ガスを導入し、窒化処理を行う方法も
ある。 ［第３実施例］図５は、本発明の第３実施例によるクラ
スタ型基板処理装置２０の構成を示す。
と原理を同じくするものとして、酸化処理工程Ａの直後
にプラズマも一度消し、再度Ａｒプラズマのみにて着火
を行い、後にＮ2ガスを導入し、窒化処理を行う方法も
ある。 ［第３実施例］図５は、本発明の第３実施例によるクラ
スタ型基板処理装置２０の構成を示す。
【００３３】図５を参照するに、クラスタ型基板処理装
置２０はカセットモジュール２１を結合された真空搬送
室２１を有しており、前記真空搬送室２１には図１の基
板処理装置１０と同一構成の基板処理室２１Ｂ、２１Ｄ
と、前処理室２１Ｃとが結合されている。前記カセット
モジュール２１にロードされたシリコン基板は前記真空
搬送室２１中の搬送ロボット（図示せず）により前記基
板処理室２１Ｂに搬送され、前記基板処理室２１Ｂにお
いてプラズマラジカル酸化処理が行われ、前記シリコン
基板表面に酸化膜が形成される。
置２０はカセットモジュール２１を結合された真空搬送
室２１を有しており、前記真空搬送室２１には図１の基
板処理装置１０と同一構成の基板処理室２１Ｂ、２１Ｄ
と、前処理室２１Ｃとが結合されている。前記カセット
モジュール２１にロードされたシリコン基板は前記真空
搬送室２１中の搬送ロボット（図示せず）により前記基
板処理室２１Ｂに搬送され、前記基板処理室２１Ｂにお
いてプラズマラジカル酸化処理が行われ、前記シリコン
基板表面に酸化膜が形成される。
【００３４】このようにして酸化処理を終えたシリコン
基板は前処理室２１Ｃに搬送され、Ａｒあるいは窒素雰
囲気中、３００〜６００℃の温度で数分間保持されるこ
とにより、基板表面に吸着していた酸素分子が除去され
る。
基板は前処理室２１Ｃに搬送され、Ａｒあるいは窒素雰
囲気中、３００〜６００℃の温度で数分間保持されるこ
とにより、基板表面に吸着していた酸素分子が除去され
る。
【００３５】このようにして前処理を施されたシリコン
基板は真空搬送室２１中を通って基板処理室２１Ｄに搬
送され、先に説明したのと同様な窒化処理が行われる。
その際、前記基板処理室２１Ｄでは雰囲気の切り換えが
ないため、基板が搬送されると直ちに窒化処理が開始さ
れ、基板処理全体のスループットを向上させることがで
きる。また本実施例では被処理基板の吸着酸素分子を専
用の前処理室２１Ｃにおいて除去することで、除去効率
が向上し、窒化処理の際の増膜を効果的に抑制すること
が可能になる。
基板は真空搬送室２１中を通って基板処理室２１Ｄに搬
送され、先に説明したのと同様な窒化処理が行われる。
その際、前記基板処理室２１Ｄでは雰囲気の切り換えが
ないため、基板が搬送されると直ちに窒化処理が開始さ
れ、基板処理全体のスループットを向上させることがで
きる。また本実施例では被処理基板の吸着酸素分子を専
用の前処理室２１Ｃにおいて除去することで、除去効率
が向上し、窒化処理の際の増膜を効果的に抑制すること
が可能になる。
【００３６】なお、図５において、前記前処理室２１Ｃ
においてＡｒプラズマ処理を行うことにより、基板前処
理の時間を短縮することが可能である。また、このよう
な前処理は、前記基板処理室２１Ｄにおいて行うことも
可能である。 ［第４実施例］図６は、本発明の第４実施例によるクラ
スタ型基板処理装置３０の構成を示す。ただし図６中、
先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省
略する。
においてＡｒプラズマ処理を行うことにより、基板前処
理の時間を短縮することが可能である。また、このよう
な前処理は、前記基板処理室２１Ｄにおいて行うことも
可能である。 ［第４実施例］図６は、本発明の第４実施例によるクラ
スタ型基板処理装置３０の構成を示す。ただし図６中、
先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省
略する。
【００３７】図６を参照するに、基板処理装置３０にお
いては基板処理室２１Ｂにおいてプラズマラジカル酸化
処理および窒化処理が行われる。
いては基板処理室２１Ｂにおいてプラズマラジカル酸化
処理および窒化処理が行われる。
【００３８】より具体的に説明すると、最初に被処理基
板が前記カセットモジュール２１Ａから真空搬送室２１
を通って基板処理室２１Ｂに供給され、先に説明したプ
ラズマラジカル酸化処理が行われる。酸化処理を終えた
被処理基板は前記真空搬送室２１を通って前記前処理室
２１Ｃに搬送され、加熱処理あるいはＡｒプラズマ処理
により、吸着酸素分子が除去される。
板が前記カセットモジュール２１Ａから真空搬送室２１
を通って基板処理室２１Ｂに供給され、先に説明したプ
ラズマラジカル酸化処理が行われる。酸化処理を終えた
被処理基板は前記真空搬送室２１を通って前記前処理室
２１Ｃに搬送され、加熱処理あるいはＡｒプラズマ処理
により、吸着酸素分子が除去される。
【００３９】前記被処理基板が前記前処理室２１Ｃで処
理されている間に前記基板処理室２１Ｂでは雰囲気が、
先に図３および図４で説明したように酸素雰囲気から窒
素雰囲気へと切り換えられる。また、前記前処理基板が
前記前処理室２１Ｃにて処理されている間、処理室２１
Ｂにダミーウェハを導入し、前記ダミーウェハにプラズ
マ処理を施すことにより、処理室２１Ｂの雰囲気を窒素
雰囲気に切り換えることも可能である。また、同様の処
理をダミーウェハ無しで行うことも可能である。
理されている間に前記基板処理室２１Ｂでは雰囲気が、
先に図３および図４で説明したように酸素雰囲気から窒
素雰囲気へと切り換えられる。また、前記前処理基板が
前記前処理室２１Ｃにて処理されている間、処理室２１
Ｂにダミーウェハを導入し、前記ダミーウェハにプラズ
マ処理を施すことにより、処理室２１Ｂの雰囲気を窒素
雰囲気に切り換えることも可能である。また、同様の処
理をダミーウェハ無しで行うことも可能である。
【００４０】そこで前記前処理室２１Ｃでの前処理が終
了した被処理基板が前記処理室２１Ｂに前記真空搬送室
２１を通って戻された時点においては、前記処理室２１
Ｂ中の雰囲気はすでに窒素雰囲気に切り替わっており、
残留酸素分子のパージも終了している。そこで前記処理
室２１Ｃにおいてプラズマを点火することにより、前記
被処理基板表面に形成された酸化膜を窒化することが可
能になる。
了した被処理基板が前記処理室２１Ｂに前記真空搬送室
２１を通って戻された時点においては、前記処理室２１
Ｂ中の雰囲気はすでに窒素雰囲気に切り替わっており、
残留酸素分子のパージも終了している。そこで前記処理
室２１Ｃにおいてプラズマを点火することにより、前記
被処理基板表面に形成された酸化膜を窒化することが可
能になる。
【００４１】このように、本実施例では専用の前処理室
２１Ｃ中における被処理基板の吸着酸素分子の除去工程
を基板処理室２１Ｂにおける雰囲気切り換え工程と平行
して実行することが可能で、基板処理のスループットを
向上させることが可能である。また、本実施例の基板処
理装置３０では、図１の基板処理装置１０を一つ設ける
だけでよく、従って基板処理装置３０の製造費用を低減
することが可能である。
２１Ｃ中における被処理基板の吸着酸素分子の除去工程
を基板処理室２１Ｂにおける雰囲気切り換え工程と平行
して実行することが可能で、基板処理のスループットを
向上させることが可能である。また、本実施例の基板処
理装置３０では、図１の基板処理装置１０を一つ設ける
だけでよく、従って基板処理装置３０の製造費用を低減
することが可能である。
【００４２】なお、図６の構成は、外部の例えばバッチ
式の酸化処理装置において形成された熱酸化膜を図１の
構成の基板処理装置１０において窒化処理する場合にお
いても有用である。
式の酸化処理装置において形成された熱酸化膜を図１の
構成の基板処理装置１０において窒化処理する場合にお
いても有用である。
【００４３】すなわち、外部の酸化処理装置において熱
酸化処理などの酸化処理を施されたシリコン基板は、大
気中を搬送される際にかならず大気中の水分を吸着する
が、このような水分を吸着したシリコン基板に対して図
１のようなマイクロ波プラズマ処理装置において窒化処
理を施すと、窒化処理の際の基板温度が低いため水分が
十分に除去されず、水分中の酸素により基板の酸化が進
行してしまう問題が生じる。
酸化処理などの酸化処理を施されたシリコン基板は、大
気中を搬送される際にかならず大気中の水分を吸着する
が、このような水分を吸着したシリコン基板に対して図
１のようなマイクロ波プラズマ処理装置において窒化処
理を施すと、窒化処理の際の基板温度が低いため水分が
十分に除去されず、水分中の酸素により基板の酸化が進
行してしまう問題が生じる。
【００４４】これに対し、図６の基板処理装置３０で
は、酸化処理を施されたシリコン基板を前記カセットモ
ジュール２１Ａから直接に、図中に破線で示すように前
処理室２１Ｃに搬送し、前記前処理室２１ＣにおいてＡ
ｒ雰囲気中、３００〜６００℃程度の加熱処理もしくは
プラズマ処理を行うことにより、吸着した水分子を基板
表面から離脱させることが可能である。
は、酸化処理を施されたシリコン基板を前記カセットモ
ジュール２１Ａから直接に、図中に破線で示すように前
処理室２１Ｃに搬送し、前記前処理室２１ＣにおいてＡ
ｒ雰囲気中、３００〜６００℃程度の加熱処理もしくは
プラズマ処理を行うことにより、吸着した水分子を基板
表面から離脱させることが可能である。
【００４５】このようにして前処理を行った被処理基板
を前記基板処理室２１Ｂに搬送することにより、酸化に
よる増膜を生じることなく酸化膜を窒化することが可能
になる。このような場合には、前記基板処理室２１Ｂは
窒化処理に専用されるため、雰囲気の切り換えは必要な
く、従って基板処理室２１Ｂ中の残留酸素による酸化が
生じることはない。
を前記基板処理室２１Ｂに搬送することにより、酸化に
よる増膜を生じることなく酸化膜を窒化することが可能
になる。このような場合には、前記基板処理室２１Ｂは
窒化処理に専用されるため、雰囲気の切り換えは必要な
く、従って基板処理室２１Ｂ中の残留酸素による酸化が
生じることはない。
【００４６】なお、必要に応じて、前記前処理室２１Ｃ
の機能を前記基板処理室２１Ｂに統合することも可能で
ある。
の機能を前記基板処理室２１Ｂに統合することも可能で
ある。
【００４７】この場合には、基板処理室２１Ｂ中に設け
られた図１の基板処理装置１０において基板保持台１２
中の基板温度制御機構１２ａを駆動し、Ａｒ雰囲気中に
おいて所望の３００〜６００℃の温度に基板を加熱す
る。その際、必要に応じてプラズマを形成することがで
きるのは勿論である。
られた図１の基板処理装置１０において基板保持台１２
中の基板温度制御機構１２ａを駆動し、Ａｒ雰囲気中に
おいて所望の３００〜６００℃の温度に基板を加熱す
る。その際、必要に応じてプラズマを形成することがで
きるのは勿論である。
【００４８】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載の要旨内において様々な変
形・変更が可能である。
明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載の要旨内において様々な変
形・変更が可能である。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板表面に形
成された酸化膜の窒化処理の際に、雰囲気中に残留して
いる酸素に起因する酸化膜の増膜が抑制され、超高速半
導体デバイスのゲート絶縁膜に適した非常に薄い酸窒化
膜を形成することが可能になる。
成された酸化膜の窒化処理の際に、雰囲気中に残留して
いる酸素に起因する酸化膜の増膜が抑制され、超高速半
導体デバイスのゲート絶縁膜に適した非常に薄い酸窒化
膜を形成することが可能になる。
【図１】本発明の第１実施例において使われる基板処理
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図２】図１の基板処理装置において、シリコン基板の
酸化処理と窒化処理とを続いて実行した場合の、形成さ
れた酸窒化膜中における酸素原子と窒素原子の分布を示
す図である。
酸化処理と窒化処理とを続いて実行した場合の、形成さ
れた酸窒化膜中における酸素原子と窒素原子の分布を示
す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施例による
基板処理方法を示す図である。
基板処理方法を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施例による
基板処理方法を示す図である。
基板処理方法を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例によるクラスタ型基板処理
装置を使った基板処理方法を示す図である。
装置を使った基板処理方法を示す図である。
【図６】本発明の第４実施例によるクラスタ型基板処理
装置を使った基板処理方法を示す図である。
装置を使った基板処理方法を示す図である。
１０ 基板処理装置
１１ 処理容器
１１Ａ，１１Ｂ 排気ポート
１２ 試料保持台
１３ カバープレート
１４ シャワープレート
１５ マイクロ波アンテナ
２０ クラスタ型基板処理装置
２１ 真空搬送室
２１Ａ カセットモジュール
２１Ｂ〜２１Ｄ 処理室
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐々木 勝
東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放
送センター 東京エレクトロン株式会社内
Ｆターム(参考） 5F058 BD01 BD04 BD15 BE01 BF73
BF74
5F140 AA01 BA01 BD09 BE06 BE07
BE08 BE20
Claims (18)
- 【請求項１】 シリコン基板表面を酸化処理することに
より、酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を窒化処理することにより、酸窒化膜を形成
する工程とを含む基板処理方法であって、 前記酸化処理工程の後、前記窒化処理工程の前に、前記
窒化処理が行われる環境から、酸素を排除する工程を含
むことを特徴とする基板処理方法。 - 【請求項２】 前記酸化処理はバッチ処理により行わ
れ、前記窒化処理は枚葉処理により行われ、前記酸素を
排除する工程は、加熱処理により実行されることを特徴
とする請求項１記載の基板処理方法。 - 【請求項３】 前記加熱処理は、前記窒化処理を行う処
理装置内において実行されることを特徴とする請求項２
記載の基板処理方法。 - 【請求項４】 前記加熱処理は、前記窒化処理を行う処
理装置とは別の処理装置において実行されることを特徴
とする請求項２記載の基板処理方法。 - 【請求項５】 前記酸化処理はバッチ処理により行わ
れ、前記窒化処理は枚葉処理により行われ、前記酸素を
排除する工程は、プラズマ処理により実行されることを
特徴とする請求項１記載の基板処理方法。 - 【請求項６】 前記プラズマ処理は、前記窒化処理を行
う処理装置内において実行されることを特徴とする請求
項５記載の基板処理方法。 - 【請求項７】 前記プラズマ処理は、前記窒化処理を行
う処理装置とは別の処理装置において実行されることを
特徴とする請求項５記載の基板処理方法。 - 【請求項８】 前記窒化処理は、マイクロ波ラジカル処
理により実行されることを特徴とする請求項２〜７のう
ち、いずれか一項記載の基板処理方法。 - 【請求項９】 前記酸化処理は、第１の枚葉処理装置中
において行われ、前記窒化処理は第２の枚葉処理装置中
において行われ、前記酸素を排除する工程は、加熱処理
およびプラズマ処理により実行されることを特徴とする
請求項１記載の基板処理方法。 - 【請求項１０】 前記加熱処理およびプラズマ処理は、
前記第２の枚葉処理装置内において実行されることを特
徴とする請求項９記載の基板処理方法。 - 【請求項１１】 前記加熱処理およびプラズマ処理は、
前記第２の枚葉処理装置とは別の処理装置において実行
されることを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。 - 【請求項１２】 前記酸化処理および窒化処理は、マイ
クロ波ラジカル処理により実行されることを特徴とする
請求項９〜１１のうち、いずれか一項記載の基板処理方
法。 - 【請求項１３】 前記酸化処理および窒化処理は単一の
枚葉処理装置中において、マイクロ波プラズマ処理によ
り順次行われ、前記酸素を排除する工程は、前記酸化処
理のマイクロ波プラズマ処理終了後、前記窒化処理のマ
イクロ波プラズマ処理開始までの間、前記枚葉処理装置
の処理容器中を連続して排気する工程により実行される
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。 - 【請求項１４】 前記酸素を排除する工程は、前記処理
容器中を連続して排気する際に、前記処理容器中に窒素
ガスを供給しながら実行されることを特徴とする請求項
１３記載の基板処理方法。 - 【請求項１５】 前記酸素を排除する工程は、さらに前
記基板を、前記枚葉処理装置に結合された別の装置に搬
送した状態で実行されることを特徴とする請求項１３ま
たは１４記載の基板処理方法。 - 【請求項１６】 前記酸素を除去する工程は、前記連続
排気工程の間、前記処理容器中に窒素ガスを繰り返し断
続的に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１３
〜１５のうち、いずれか一項記載の基板処理方法。 - 【請求項１７】 前記酸化処理は第１のマイクロ波プラ
ズマにより実行され、前記窒化処理は第２のマイクロ波
プラズマにより実行され、前記酸化処理の終了後、前記
第１のマイクロ波プラズマを停止し、前記窒化処理の際
に前記第２のマイクロ波プラズマを点火することを特徴
とする請求項１３〜１６のうち、いずれか一項記載の基
板処理方法。 - 【請求項１８】 前記酸化処理および前記窒化処理は連
続したプラズマ処理により、それぞれ酸素および窒素を
供給することにより実行され、前記酸化処理の際には、
酸化処理終了前に酸素の供給を遮断することを特徴とす
る請求項１３記載の基板処理方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001385108A JP4048048B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 基板処理方法 |
| PCT/JP2002/013134 WO2003052810A1 (fr) | 2001-12-18 | 2002-12-16 | Procede de traitement d'un substrat |
| AU2002357591A AU2002357591A1 (en) | 2001-12-18 | 2002-12-16 | Substrate treating method |
| TW91136459A TW200301311A (en) | 2001-12-18 | 2002-12-17 | Method for processing substrates |
| US11/076,282 US7517751B2 (en) | 2001-12-18 | 2005-03-10 | Substrate treating method |
| US12/392,630 US20090163036A1 (en) | 2001-12-18 | 2009-02-25 | Substrate Treating Method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001385108A JP4048048B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 基板処理方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007120837A Division JP2007201507A (ja) | 2007-05-01 | 2007-05-01 | 基板処理方法および基板処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188172A true JP2003188172A (ja) | 2003-07-04 |
| JP4048048B2 JP4048048B2 (ja) | 2008-02-13 |
Family
ID=19187790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001385108A Expired - Fee Related JP4048048B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 基板処理方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4048048B2 (ja) |
| AU (1) | AU2002357591A1 (ja) |
| TW (1) | TW200301311A (ja) |
| WO (1) | WO2003052810A1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005098961A1 (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-20 | Tokyo Electron Limited | ゲート絶縁膜の形成方法、記憶媒体、及びコンピュータプログラム |
| WO2006082718A1 (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-10 | Tohoku University | 誘電体膜及びその形成方法 |
| JP2007012788A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Elpida Memory Inc | 半導体装置の製造方法 |
| JP2008192975A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理方法 |
| JP2014003194A (ja) * | 2012-06-20 | 2014-01-09 | Canon Inc | Ｓｏｉ基板、ｓｏｉ基板の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003231516A1 (en) | 2002-05-16 | 2003-12-02 | Tokyo Electron Limited | Method of treating substrate |
| JP6039996B2 (ja) * | 2011-12-09 | 2016-12-07 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4001960B2 (ja) * | 1995-11-03 | 2007-10-31 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 窒化酸化物誘電体層を有する半導体素子の製造方法 |
| JP3485403B2 (ja) * | 1995-11-28 | 2004-01-13 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JPH1027795A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-01-27 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP3399413B2 (ja) * | 1999-09-13 | 2003-04-21 | 日本電気株式会社 | 酸窒化膜およびその形成方法 |
| JP4731694B2 (ja) * | 2000-07-21 | 2011-07-27 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
| JP4713752B2 (ja) * | 2000-12-28 | 2011-06-29 | 財団法人国際科学振興財団 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
2001
- 2001-12-18 JP JP2001385108A patent/JP4048048B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-12-16 AU AU2002357591A patent/AU2002357591A1/en not_active Abandoned
- 2002-12-16 WO PCT/JP2002/013134 patent/WO2003052810A1/ja active Application Filing
- 2002-12-17 TW TW91136459A patent/TW200301311A/zh unknown
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005098961A1 (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-20 | Tokyo Electron Limited | ゲート絶縁膜の形成方法、記憶媒体、及びコンピュータプログラム |
| WO2006082718A1 (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-10 | Tohoku University | 誘電体膜及びその形成方法 |
| TWI411009B (zh) * | 2005-02-01 | 2013-10-01 | Univ Tohoku | 電介質膜及其形成方法 |
| JP2007012788A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Elpida Memory Inc | 半導体装置の製造方法 |
| JP2008192975A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理方法 |
| JP2014003194A (ja) * | 2012-06-20 | 2014-01-09 | Canon Inc | Ｓｏｉ基板、ｓｏｉ基板の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW200301311A (en) | 2003-07-01 |
| AU2002357591A1 (en) | 2003-06-30 |
| TWI292441B (ja) | 2008-01-11 |
| JP4048048B2 (ja) | 2008-02-13 |
| WO2003052810A1 (fr) | 2003-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4926219B2 (ja) | 電子デバイス材料の製造方法 | |
| US7517751B2 (en) | Substrate treating method | |
| KR100701714B1 (ko) | 기판상으로의 절연막의 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 | |
| KR100980528B1 (ko) | 금속계막의 탈탄소 처리 방법, 성막 방법 및 반도체 장치의제조 방법 | |
| US20060228898A1 (en) | Method and system for forming a high-k dielectric layer | |
| JP4795407B2 (ja) | 基板処理方法 | |
| US20070218687A1 (en) | Process for producing materials for electronic device | |
| US20060269694A1 (en) | Plasma processing method | |
| JP4694108B2 (ja) | 酸化膜形成方法、酸化膜形成装置および電子デバイス材料 | |
| JP5390379B2 (ja) | プラズマ窒化処理におけるチャンバ内の前処理方法、プラズマ処理方法、および記憶媒体 | |
| JP2003068731A (ja) | 絶縁膜の形成方法および形成システム | |
| JP2005150637A (ja) | 処理方法及び装置 | |
| JP4147017B2 (ja) | マイクロ波プラズマ基板処理装置 | |
| JP2004281824A (ja) | 基板処理装置および基板処理方法 | |
| JP4048048B2 (ja) | 基板処理方法 | |
| EP1598859A1 (en) | Substrate processing method | |
| WO2007053553A2 (en) | Method and system for forming a nitrided germanium-containing layer using plasma processing | |
| US7858509B2 (en) | High-dielectric film substrate processing method | |
| WO2006025164A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2007201507A (ja) | 基板処理方法および基板処理装置 | |
| KR100966388B1 (ko) | 금속 실리케이트막의 형성 방법 및 기록 매체 | |
| JP2005235792A (ja) | 基板処理方法 | |
| JP4088275B2 (ja) | 絶縁膜の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20040922 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070710 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20070910 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071120 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071126 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101130 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |