JP2005045075A - Method for substrate treatment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理方法に関し、特に、半導体製造装置の1つの処理室において、複数の処理をそれぞれの処理性能を確保しながら遂行可能にするための基板処理方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing method, and more particularly to a substrate processing method for enabling a plurality of processes to be performed while ensuring the processing performance in one processing chamber of a semiconductor manufacturing apparatus.
1つの処理室において複数の処理を行う場合の従来のシーケンスを図6に示す。半導体メモリのメモリセルに使用するキャパシタの誘電体膜を成膜する場合の前処理と誘電体膜の成膜と後処理の3つの処理を1台のクラスター装置で連続して行う場合を例に挙げる。 FIG. 6 shows a conventional sequence when a plurality of processes are performed in one process chamber. Taking as an example a case where three processes of pre-processing, dielectric film formation and post-processing for forming a dielectric film of a capacitor used in a memory cell of a semiconductor memory are continuously performed by one cluster device. I will give you.
まず、前処理としての窒化処理を処理炉(プロセスモジュールPM1)202で行い、次に、キャパシタ誘電体膜を処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜し、次に、後処理としての酸化処理を再び処理炉(プロセスモジュールPM1)202で行う場合のシーケンスである。 First, nitriding as pre-processing is performed in the processing furnace (process module PM1) 202, then a capacitor dielectric film is formed in the processing furnace (process module PM2) 137, and then oxidation processing as post-processing. Is a sequence in the case of performing again in the processing furnace (process module PM1) 202.
すなわち、まず、一枚目の半導体ウエハにつき、予備室122の基板置き台を昇降させて所定の位置に一枚目の半導体ウエハを位置させ(ステップ11)、次に、予備室122から搬送室103のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ12)、次に、搬送室103のウエハ移載機112から処理炉(プロセスモジュールPM1)202に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ13)、次に、処理炉(プロセスモジュールPM1)202で前処理としてのプラズマ窒化処理を行い(ステップ14)、次に、処理炉(プロセスモジュールPM1)202から搬送室103のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ15)、次に、搬送室103のウエハ移載機112から処理炉(プロセスモジュールPM2)137に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ16)、次に、キャパシタ誘電体膜を処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜し(ステップ17)、次に、処理炉(プロセスモジュールPM2)137から搬送室103のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ18)、次に、搬送室103のウエハ移載機112から処理炉(プロセスモジュールPM1)202に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ19)、次に、処理炉(プロセスモジュールPM1)202で後処理としてのプラズマ酸化処理を行い(ステップ20)、次に、処理炉(プロセスモジュールPM1)202から搬送室103のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ21)、次に、搬送室103のウエハ移載機112からクーリングユニット(CS1)138に一枚目の半導体ウエハを移載し(ステップ22)、次に、クーリングユニット(CS1)138で一枚目の半導体ウエハの温度を所定の温度まで降下させ(ステップ23)、次に、クーリングユニット(CS1)138から予備室123の基板置き台に一枚目の半導体ウエハを移載する(ステップ24)。
That is, first, with respect to the first semiconductor wafer, the substrate stage in the
二枚目以降の半導体ウエハについても同様に処理を行う。なお、二枚目以降の半導体ウエハについては、その一枚前の半導体ウエハにキャパシタ誘電体膜を処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜している(ステップ17)間に、上記ステップ11〜ステップ15までを行う。そして、二枚目以降の半導体ウエハについてステップ15を行った後、すなわち、処理炉(プロセスモジュールPM1)202から搬送室103のウエハ移載機112にその二枚目以降の半導体ウエハを移載した(ステップ15)後、その一枚前の半導体ウエハを処理炉(プロセスモジュールPM2)137から搬送室103のウエハ移載機112に移載し(ステップ18)、その後、その二枚目以降の半導体ウエハを搬送室103のウエハ移載機112から処理炉(プロセスモジュールPM2)137に移載し(ステップ16)、その後、その一枚前の半導体ウエハを搬送室103のウエハ移載機112から処理炉(プロセスモジュールPM1)137に移載し(ステップ19)、その後、その二枚目以降の半導体ウエハにキャパシタ誘電体膜を処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜している間(ステップ17)に、その一枚前の半導体ウエハについて、上記ステップ19〜ステップ24までを行う。
The same processing is performed on the second and subsequent semiconductor wafers. For the second and subsequent semiconductor wafers, the capacitor dielectric film is formed on the previous semiconductor wafer by the processing furnace (process module PM2) 137 (step 17), while the
この場合、プラズマ窒化とプラズマ酸化という2つの処理を1つの処理室で行うこととなり、処理炉(プロセスモジュールPM1)202ではプラズマ窒化(一枚目のウエハのステップ14)→プラズマ窒化(二枚目のウエハのステップ14)→プラズマ酸化(一枚目のウエハのステップ20)→プラズマ窒化(三枚目のウエハのステップ14)→プラズマ酸化(二枚目のウエハのステップ20)→プラズマ窒化(四枚目のウエハのステップ14)→プラズマ酸化(三枚目のウエハのステップ20)→…という処理が継続する。この場合、プラズマ酸化処理した後にプラズマ窒化処理を行う場合と、プラズマ窒化処理した後のプラズマ窒化処理では成膜速度にばらつきが生じるという問題があった。
In this case, two processes of plasma nitridation and plasma oxidation are performed in one processing chamber. In the processing furnace (process module PM1) 202, plasma nitridation (
本発明の主な目的は、一つの処理室において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という2つの処理を行う場合に成膜速度がばらつくという問題を解決し、成膜速度のばらつくを抑制できる基板処理方法を提供することにある。 A main object of the present invention is to provide a substrate processing method capable of solving the problem that the film forming speed varies when two processes of plasma nitriding and plasma oxidation are performed in one processing chamber, and suppressing the variation in the film forming speed. It is to provide.
本発明によれば、処理室内で第1の基板をプラズマ酸化処理し、その後前記第1の基板を前記処理室から取り出し、その後前記処理室内でプラズマ窒化処理し、その後第2の基板を前記処理室内に導入して、前記第2の基板にプラズマ窒化処理することを特徴とする基板処理方法が提供される。 According to the present invention, the first substrate is plasma-oxidized in the processing chamber, and then the first substrate is removed from the processing chamber, and then the plasma nitridation processing is performed in the processing chamber, and then the second substrate is processed in the processing chamber. A substrate processing method is provided, which is introduced into a room and plasma nitriding the second substrate.
本発明によれば、一つの処理室において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という2つの処理を行う場合に、プラズマ窒化を連続して行った場合の成膜速度とプラズマ酸化の後にプラズマ窒化を行った場合の成膜速度との間でのばらつきを抑制することができる。 According to the present invention, when two treatments of plasma nitridation and plasma oxidation are performed in one processing chamber, the film formation rate when plasma nitridation is continuously performed and the case where plasma nitridation is performed after plasma oxidation It is possible to suppress the variation between the film forming speeds.
次に、本発明の一実施例の基板処理方法を図面に参照して説明する。
まず、図1および図2を参照して、本実施例の基板処理方法が好適に実施される基板処理装置の概要を説明する。
なお、この基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、FOUP(front opening unified pod。以下、ポッドという。)が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図1を基準とする。すなわち、図1が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
Next, a substrate processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the outline | summary of the substrate processing apparatus with which the substrate processing method of a present Example is implemented suitably is demonstrated.
In this substrate processing apparatus, a FOUP (front opening unified pod) is used as a carrier for transporting a substrate such as a wafer. In the following description, front, rear, left and right are based on FIG. That is, with respect to the paper surface shown in FIG. 1, the front is below the paper surface, the back is above the paper surface, and the left and right are the left and right sides of the paper surface.
図1および図2に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力(負圧)に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室103を備えており、第一の搬送室103の筐体101は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室103には負圧下でウエハ200を移載する第一のウエハ移載機112が設置されている。前記第一のウエハ移載機112は、エレベータ115によって、第一の搬送室103の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus includes a
筐体101の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室122と搬出用の予備室123とがそれぞれゲートバルブ244、127を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室122には搬入室用の基板置き台140が設置され、予備室123には搬出室用の基板置き台141が設置されている。
The two side walls located on the front side of the six side walls of the
予備室122および予備室123の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室121がゲートバルブ128、129を介して連結されている。第二の搬送室121にはウエハ200を移載する第二のウエハ移載機124が設置されている。第二のウエハ移載機124は第二の搬送室121に設置されたエレベータ126によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクアチュエータ132によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
A
図1に示されているように、第二の搬送室121の左側にはオリエンテーションフラット合わせ装置106が設置されている。また、図2に示されているように、第二の搬送室121の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット118が設置されている。
As shown in FIG. 1, an orientation flat aligning device 106 is installed on the left side of the
図1および図2に示されるように、第二の搬送室121の筐体125には、ウエハ200を第二の搬送室121に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口134と、前記ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋142と、ポッドオープナ108がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ108は、IOステージ105に載置されたポッド100のキャップ及びウエハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142を開閉するキャップ開閉機構136とを備えており、IOステージ105に載置されたポッド100のキャップ及びウエハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142をキャップ開閉機構136によって開閉することにより、ポッド100のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド100は図示しない工程内搬送装置(RGV)によって、前記IOステージ105に、供給および搬出されるようになっている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a wafer loading / unloading
図1に示されているように、筐体101の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉202と、第二の処理炉137とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉202はコールドウォール式の処理炉によって構成され第二の処理炉137はホットウォール式の処理炉によって構成されている。また、筐体101における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット138と、第四の処理炉としての第二のクーリングユニット139とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット138および第二のクーリングユニット139はいずれも処理済みのウエハ200を冷却するように構成されている。
As shown in FIG. 1, two side walls located on the back side among the six side walls of the
次に、図3を参照して、本実施例の基板処理方法が好適に実施される基板処理装置の処理炉202について説明する。このプラズマ処理炉202は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源(Modified Magnetron Typed Plasma Source)を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ基板処理装置(以下、MMT装置と称する)である。このMMT装置は、機密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
Next, a
図3に、このようなMMT装置の概略構成図を示す。MMT装置は、第2の容器である下側容器211と、下側容器211の上に被せられる第1の容器である上側容器210とから処理室201が形成されている。上側容器210はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器211はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ217を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of such an MMT apparatus. In the MMT apparatus, a
上側容器210の上部にはガス分散空間であるバッファ室237を形成するシャワーヘッド236が設けられ、シャワーヘッド上壁にガス導入用の導入口234が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔234aを有するシャワープレート240からなっており、前記ガス導入口234は、ガスを供給する供給管である供給管232により開閉弁であるバルブ243aは流量制御手段であるマスフローコントローラ241を介して図中省略の反応ガス230のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド236から反応ガス230が処理室201に供給され、また、サセプタ217の周囲から処理室201の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器211の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口235が設けられている。ガス排気口235はガスを排気する排気管であるガス排気管231により圧力調整器である圧力自動制御装置(APC)242に接続され、その後、開閉弁であるバルブ243bを介して排気装置である真空ポンプ246に接続されている。
A
供給される反応ガス230を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第1の電極である筒状電極215が設けられる。筒状電極215は処理室201の外周に設置されて処理室201内のプラズマ生成領域224を囲んでいる。筒状電極215にはインピーダンスの整合を行う整合器272を介して高周波電力印加する高周波電源273が接続されている。
The discharge means for exciting the supplied
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状磁石216は筒状の永久磁石となっている。筒状磁石216は、筒状電極215の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石216、216は、処理室201の半径方向に沿った両端(内周端と外周端)に磁極を持ち、上下の筒状磁石216、216の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極215の内周面に沿って円筒軸方向に磁極線を形成するようになっている。
Moreover, the cross section is cylindrical, and the
処理室201の底側中央には、基板であるウエハ200を保持するための基板保持手段としてサセプタ217が配置されている。サセプタ217はウエハ200を加熱できるようになっている。サセプタ217は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ(図中省略)が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ200を500℃程度にまで加熱できるようになっている。
A
また、サセプタ217の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第2の電極も装備されており、この第2の電極がインピーダンス可変機構274を介して接地されている。インピーダンス可変機構274は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ217を介してウエハ200の電位を制御できるようになっている。
The
ウエハ200をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉202は、少なくとも前記処理室201、サセプタ217、筒状電極215、筒状磁石216、シャワーヘッド236、及び排気口235から構成されており、処理室201でウエハ200をプラズマ処理することが可能となっている。
A
筒状電極215及び筒状磁石216の周囲には、この筒状電極215及び筒状磁石216で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽盤223が設けられている。
Around the
サセプタ217は下側容器211と絶縁され、サセプタ217を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構268が設けられている。またサセプタ217には貫通孔217aを有し、下側容器211底面にはウエハ200を突上げるための基板突上手段であるウエハ突上げピン266が少なくとも3箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構268によりサセプタ217が下降させられた時にはウエハ突上げピン266がサセプタ217と非接触な状態で貫通孔217aを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔217a及びウエハ突上げピン266が設けられる。
The
また、下側容器211の側壁には仕切弁となるゲートバルブ244が設けられ、開いているときには図中省略の搬送手段により処理室201へウエハ200が搬入、または搬出され、閉まっているときには処理室201を気密に閉じることができる。
Further, a
また、制御手段であるコントローラ121は高周波電源273、整合器272、バルブ243a、マスフローコントローラ241、APC242、バルブ243b、真空ポンプ246、サセプタ昇降機構268、ゲートバルブ244、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。
The
上記のような構成において、ウエハ200表面を、又はウエハ200に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
A method for performing a predetermined plasma treatment on the surface of the
ウエハ200は処理炉202を構成する処理室201の外部からウエハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室201に搬入され、サセプタ217上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ217が下った状態になっており、ウエハ突上げピン266の先端がサセプタ217の貫通孔217aを通過してサセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器211に設けられたゲートバルブ244が開き、図中省略の搬送手段によってウエハ200をウエハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室201外へ退避すると、ゲートバルブ244が閉まり、サセプタ217がサセプタ昇降機構268により上昇すると、サセプタ217上面にウエハ200を載置することができ、更にウエハ200を処理する位置まで上昇する。
The
サセプタ217に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ200を室温〜500℃の範囲内でウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ246、及びAPC242を用いて処理室201の圧力を0.1〜100Paの範囲内に維持する。
The heater embedded in the
ウエハ200を処理温度に加熱したら、ガス導入口234からシャワープレート240のガス噴出孔234aを介して、反応ガスを処理室201に配置されているウエハ200の上面(処理面)に向けてシャワー状に導入する。同時に筒状電極215に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、150〜200Wの範囲内の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構274は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
When the
筒状磁石216、216の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ200の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域224に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ217上のウエハ200の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ200は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手段で処理室201外へ搬送される。
Magnetron discharge is generated under the influence of the magnetic field of the
なお、コントローラ121により高周波電源273の電力ON・OFF、整合器272の調整、バルブ243aの開閉、マスフローコントローラ241の流量、APC242の弁開度、バルブ243bの開閉、真空ポンプ246の起動・停止、サセプタ昇降機構268の昇降動作、ゲートバルブ244の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ON・OFFをそれぞれ制御している。
The
次に、上記構成をもつ基板処理装置のMMT装置の処理炉202を使用して、連続プラズマ窒化処理の中にプラズマ酸化処理が入る場合の影響を調べた。
Next, using the
図7は、プラズマ窒化処理を行った後にプラズマ窒化処理を行って形成した窒化膜の膜厚と、プラズマ酸化処理を行った後にプラズマ窒化処理を行って形成した窒化膜の膜厚を示したものであり、プラズマ窒化処理の後にプラズマ酸化処理(処理A1、A2、A3、A4)を行い、その後にプラズマ窒化処理を行うと、プラズマ酸化処理後の1バッチは膜厚が20Åターゲットの場合、0.5Åの膜厚増加が見られる(点a1、a2、a3、a4参照)。プラズマ酸化処理後にプラズマ窒化処理を2回以上連続して行うとターゲット膜厚に戻るため(点b、c参照)、プラズマ酸化処理の後に、ウエハを処理炉202内に設けない状態でのプラズマ窒化処理(空デポ処理)を一度行ったところ、その後のウエハのプラズマ窒化処理において、膜厚のバラツキを押えることができた。プラズマ酸化処理後は、処理室内201に酸素が残留するため、プラズマ酸化処理後のプラズマ窒化処理に影響を与えていると考えられ、プラズマ酸化処理後に空デポ処理を実施することにより、残留酸素成分が無くなり、空デポ処理後は残留酸素の影響が無くなるのではないかと考えられる。なお、図8に示すように、同じ処理炉(プロセスモジュール)でプラズマ窒化処理のみを行う場合、膜厚にばらつきはない。
FIG. 7 shows the thickness of the nitride film formed by performing plasma nitriding after plasma nitriding, and the thickness of the nitride formed by performing plasma nitriding after performing plasma oxidation. When the plasma oxidation process (processes A1, A2, A3, and A4) is performed after the plasma nitridation process, and then the plasma nitridation process is performed, one batch after the plasma oxidation process is 0 when the film thickness target is 20 mm. An increase in film thickness of 0.5 mm is observed (see points a1, a2, a3, a4). If the plasma nitridation process is continuously performed twice or more after the plasma oxidation process, the film thickness returns to the target thickness (see points b and c). Therefore, after the plasma oxidation process, the plasma nitridation without the wafer in the
次に、上記構成をもつ基板処理装置を使用した、本発明の一実施例の基板処理方法について説明する。 Next, a substrate processing method according to an embodiment of the present invention using the substrate processing apparatus having the above configuration will be described.
本実施例においては、半導体メモリの一種であるDRAMのメモリセルに使用するキャパシタの誘電体膜としてのTa2O5膜を成膜する。図5に示すように、このキャパシタ46は、シリコン基板41に形成されたトレンチ45に埋め込まれたキャパシタ下部電極42と、誘電体膜としてのTa2O5膜43と、キャパシタ上部電極44とを備えている。キャパシタ46はMOS電界効果型トランジスタと接続されてDRAMのメモリセルを構成する。キャパシタ下部電極42としては、PH3を使用して燐がドーピングされたHSG(Hemispherical Grain)シリコン電極を使用し、キャパシタ上部電極44として、TiNを使用する。
In this embodiment, a Ta 2 O 5 film is formed as a dielectric film of a capacitor used in a DRAM memory cell which is a kind of semiconductor memory. As shown in FIG. 5, the
そして、本実施例では、上記構成をもつ基板処理装置を使用して、シリコン基板41に形成されたトレンチ45に埋め込まれたキャパシタ下部電極42上に誘電体膜としてのTa2O5膜43を成膜する。本実施例においては、まず、前処理としてのプラズマ窒化処理をMMT装置の処理炉202で行い、次に、キャパシタ誘電体膜としてのタンタルオキサイド(Ta2O5)膜43を熱CVD装置である処理炉137で成膜し、次に、後処理としてのプラズマ酸化処理を再びMMT装置の処理炉202で行った。このように、Ta2O5膜の成膜前にプラズマ窒化処理によってキャパシタ下部電極42上に窒化膜を形成することにより、Ta2O5成膜時にTa2O5膜中の酸素(O)がキャパシタ下部電極42へ拡散するのを防止することができる。キャパシタ下部電極42に酸素が拡散するとキャパシタ下部電極42が酸化され電極の役割を果たさなくなるからである。また、キャパシタ誘電体膜としてのTa2O5膜成膜後、プラズマ酸化処理を行うことにより、Ta2O5膜中の不純物成分(C:炭素)をプラズマ酸化処理により除去してTa2O5膜の膜質を改善することができる。
In this embodiment, a Ta 2 O 5 film 43 as a dielectric film is formed on the capacitor
次に、上記構成をもつ基板処理装置を使用する本実施例の基板処理方法について、図1、24を参照して、さらに具体的に説明する。 Next, the substrate processing method of the present embodiment using the substrate processing apparatus having the above configuration will be described more specifically with reference to FIGS.
未処理のウエハ200は25枚がポッド100に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図1および図2に示されているように、搬送されて来たポッド100はIOステージ105の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド100のキャップ及びウエハ搬入搬出口134を開閉する蓋142がキャップ開閉機構136によって取り外され、ポッド100のウエハ出し入れ口が開放される。
In a state where 25
ポッド100がポッドオープナ108により開放されると、第二の搬送室121に設置された第二のウエハ移載機124はポッド100からウエハ200をピックアップし、予備室122に搬入し、ウエハ200を基板置き台140に移載する。
When the
次に、一枚目の半導体ウエハにつき、予備室122の基板置き台140を昇降させて所定の位置に一枚目の半導体ウエハ200を位置させる(ステップ11、図4参照)。次に、予備室122から第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハ200を移載(ステップ12、図4参照)する。次に、搬送室103の第一のウエハ移載機112から第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202に一枚目の半導体ウエハ200を移載する(ステップ13、図4参照)。次に、第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202で前処理としてのプラズマ窒化処理を行う(ステップ14、図4参照)。この際に、第一の処理炉202内に処理ガスとしてのN2ガスが供給され、高周波電力(RFpower)250W、圧力30Pa、温度630℃で、燐がドーピングされたHSGシリコン電極からなるキャパシタ下部電極42が形成されたシリコン基板41(半導体基板200)をプラズマ窒化処理する。
Next, with respect to the first semiconductor wafer, the
第一の処理炉202でプラズマ窒化処理が完了すると、第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202から第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハ200を移載する(ステップ15、図4参照)。次に、第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112から第2の処理炉(プロセスモジュールPM2)137に一枚目の半導体ウエハ200を移載する(ステップ16、図4参照)。次に、キャパシタ誘電体膜43(図5参照)としてのTa2O5膜を第2の処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜する(ステップ17、図4参照)。この際に、第二の処理炉137(プロセスモジュールPM2)内に液体原料ペンタエトキシタンタル(PeTa:Ta(OC2H5)5)0.1cc/min、酸素ガスを0.5L/min、キャリアN2ガスを0.5L/min供給し、圧力30Pa、成膜温度430℃で燐がドーピングされたHSGシリコン電極からなるキャパシタ下部電極42上にキャパシタ誘電体膜43としてのTa2O5膜を熱CVD法により成膜した(図5参照)。
When the plasma nitriding process is completed in the
第二の処理炉137でキャパシタ誘電体膜43としてのTa2O5膜の成膜が完了すると、第二の処理炉(プロセスモジュールPM2)137から第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハ200を移載する(ステップ18、図4参照)。次に、第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112から第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202に一枚目の半導体ウエハを移載する(ステップ19、図4参照)。次に、第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202で後処理としてのプラズマ酸化処理を行う(ステップ20、図4参照)。
この際に、第一の処理炉202内に処理ガスとしてのO2ガスが供給され、高周波電力(RFpower)300W、圧力10Pa、温度630℃で、キャパシタ誘電体膜43としてのTa2O5膜が形成された一枚目の半導体ウエハ200をプラズマ酸化処理する。
When the formation of the Ta 2 O 5 film as the
At this time,
第一の処理炉202でプラズマ酸化処理が完了すると、第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202から第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112に一枚目の半導体ウエハ200を移載する(ステップ21、図4参照)。次に、搬送室103の第一のウエハ移載機112からクーリングユニット(CS1)138に一枚目の半導体ウエハを移載する(ステップ22、図4参照)。このステップ22と同時に、第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202において、半導体ウエハ200を処理炉202(プロセスモジュールPM1)内に設けない状態でプラズマ窒化処理(空デポ処理)を行う(ステップ30、図4参照)。この空デポ処理によって、その後の半導体ウエハ200のプラズマ窒化処理において、膜厚のバラツキを押えることができる。この際に、第一の処理炉202内に処理ガスとしてのN2ガスが供給され、高周波電力(RFpower)250W、圧力30Pa、温度630℃で、プラズマ窒化処理を行った。この条件は、上述したキャパシタ下部電極42が形成されたシリコン基板41(半導体基板200)のプラズマ窒化処理と同じ条件である。
When the plasma oxidation process is completed in the
クーリングユニット(CS1)138で一枚目の半導体ウエハの温度を所定の温度まで降下させ(ステップ23、図4参照)、次に、クーリングユニット(CS1)138から予備室123の基板置き台141に一枚目の半導体ウエハ200を移載する(ステップ24、図4参照)。二枚目以降の半導体ウエハ200についても同様に処理を行う。なお、二枚目以降の半導体ウエハ200については、その一枚前の半導体ウエハ200にキャパシタ誘電体膜を第二の処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜している(ステップ17)間に、上記ステップ11〜ステップ15(図4参照)までを行う。そして、二枚目以降の半導体ウエハ200についてステップ15を行った後、すなわち、第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202から第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112にその二枚目以降の半導体ウエハ200を移載した(ステップ15、図4参照)後、その一枚前の半導体ウエハ200を第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202から第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112に移載し(ステップ18、図4参照)、その後、その二枚目以降の半導体ウエハ200を第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112から第二の処理炉(プロセスモジュールPM2)137に移載し(ステップ16、図4参照)、その後、その一枚前の半導体ウエハ200を第一の搬送室103の第一のウエハ移載機112から処理炉(プロセスモジュールPM1)137に移載し(ステップ19、図4参照)、その後、その二枚目以降の半導体ウエハ200にキャパシタ誘電体膜を処理炉(プロセスモジュールPM2)137で成膜している間(ステップ17、図4参照)に、その一枚前の半導体ウエハ200について、上記ステップ19〜ステップ21、ステップ30、ステップ22〜24(図4参照)までを行う。
The temperature of the first semiconductor wafer is lowered to a predetermined temperature by the cooling unit (CS1) 138 (
このようにして処理された半導体ウエハ200が予備室123の基板置き台141に載置された後、第二の搬送室121の予備室123に対応したウエハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142と、IOステージ105に載置された空のポッド100のキャップがポッドオープナ108によって開かれる。続いて、第二の搬送室121の第二のウエハ移載機124は基板置き台141から半導体ウエハ200をピックアップして第二の搬送室121に搬出し、第二の搬送室121のウエハ搬入搬出口134を通してポッド100に収納して行く。処理済みの25枚のウエハ200のポッド100への収納が完了すると、ポッド100のキャップとウエハ搬入搬出口134を閉塞する蓋142がポッドオープナ108によって閉じられる。閉じられたポッド100はIOステージ105の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
After the
本実施例において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という2つの処理を1つの処理室(第一の処理炉(プロセスモジュールPM1)202)で行うが、この処理炉(プロセスモジュールPM1)202では、プラズマ窒化(一枚目のウエハのステップ14)→プラズマ窒化(二枚目のウエハのステップ14)→プラズマ酸化(一枚目のウエハのステップ20)→プラズマ窒化(ウエハを設けない状態での空デポ)(一枚目のウエハのステップ30)→プラズマ窒化(三枚目のウエハのステップ14)→プラズマ酸化(二枚目のウエハのステップ20)→プラズマ窒化(ウエハを設けない状態での空デポ)(二枚目のウエハのステップ30)→プラズマ窒化(四枚目のウエハのステップ14)→プラズマ酸化(三枚目のウエハのステップ20)→プラズマ窒化(ウエハを設けない状態での空デポ)(三枚目のウエハのステップ30)→…という処理が継続する。このようにして、プラズマ窒化処理の前には、ウエハを設けない状態での空デポ(プラズマ窒化)が行われることになるので、本実施例による装置運用を実施することにより、窒化膜厚のばらつきを目標の20ű3%以内に押えることが可能となった。
In this embodiment, two processes of plasma nitriding and plasma oxidation are performed in one processing chamber (first processing furnace (process module PM1) 202). In this processing furnace (process module PM1) 202, plasma nitriding (
103…搬送室
122、124…予備室
137、202…処理炉
138…クーリングユニット
200…ウエハ
201…処理室
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Plasma oxidizing the first substrate in the processing chamber, then removing the first substrate from the processing chamber, then plasma nitriding in the processing chamber, and then introducing the second substrate into the processing chamber; A substrate processing method comprising plasma nitriding the second substrate.
Priority Applications (1)
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JP2003278650A JP2005045075A (en) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Method for substrate treatment |
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JP2008543091A (en) * | 2005-06-02 | 2008-11-27 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Method and apparatus for incorporating nitrogen into an oxide film |
-
2003
- 2003-07-23 JP JP2003278650A patent/JP2005045075A/en not_active Withdrawn
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US8375892B2 (en) | 2005-06-02 | 2013-02-19 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for incorporating nitrogen in oxide films |
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