JP2009260333A - Oxide film modification method and apparatus therefor, and processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は化学蒸着法によって形成された基板上の酸化膜の膜質を向上させるための技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving the quality of an oxide film on a substrate formed by chemical vapor deposition.
ガラスやプラスチック基板上に薄膜トランジスタ形成する場合、プロセス温度や膜厚の制約から一般的に化学蒸着法(CVD)によって形成されたシリコン酸化膜(以下、CVD‐SiO2膜)が用いられている。 When a thin film transistor is formed on a glass or plastic substrate, a silicon oxide film (hereinafter referred to as a CVD-SiO 2 film) formed by a chemical vapor deposition method (CVD) is generally used because of limitations on process temperature and film thickness.
前記化学蒸着法としては、HTO−CVD(High Temperature Oxide Chamical Vaper Deposision),TEOS−CVD(Tetra Ethyl Ortho Silicate Chamical Vaper Deposision)等が挙げられる。 Examples of the chemical vapor deposition method include HTO-CVD (High Temperature Oxide Chemical Vapor Deposition), TEOS-CVD (Tetra Ethyl Ortho Silica Chemical Vapor Deposition), and the like.
しかし、一般的にCVD-SiO2膜は熱酸化膜やラジカル酸化膜よりも絶縁特性が劣るため、膜質の改善が求められている。近年、ポストオゾン処理によってCVD-SiO2膜の密度が向上することが報告されている(非特許文献1等参照)。
However, the CVD-SiO 2 film is generally inferior to the thermal oxide film and the radical oxide film in insulating properties, and therefore, improvement in film quality is required. In recent years, it has been reported that the density of the CVD-SiO 2 film is improved by the post-ozone treatment (see Non-Patent
また、紫外光の基板上面から照射し、有機ソース原料ガスとオゾン含有ガスを交互に基板に供給して、400℃以下の低温で絶縁特性が高い高品質のCVD膜を製膜する技術が報告されている(特許文献1等参照)。
Also reported is a technology to irradiate UV light from the upper surface of the substrate, and alternately supply organic source material gas and ozone-containing gas to the substrate to form a high quality CVD film with high insulation characteristics at a low temperature of 400 ° C or lower. (See
半導体プロセスのゲート酸化膜には絶縁特性の高い熱酸化膜やラジカル酸化膜が用いられている。しかしながら、熱酸化膜やラジカル酸化膜はSi基板上にしか形成できないなどの制約を受け、熱酸化膜は700℃以上の高温を必要とし、ラジカル酸化は厚膜酸化が困難である。 A thermal oxide film or a radical oxide film having high insulation characteristics is used as a gate oxide film in a semiconductor process. However, the thermal oxide film and the radical oxide film are limited only to be formed on the Si substrate, and the thermal oxide film requires a high temperature of 700 ° C. or higher, and the radical oxidation is difficult to oxidize thick.
また、低温poly‐SiTFT等のデバイスにおいては、絶縁特性の高い熱酸化膜やラジカル酸化はデバイス構造やプロセス温度の制約を受けるので不適切である。低温Poly‐SiTFTなどの絶縁膜は一般的にCVD‐SiO2膜が主流となっている。しかしながら、CVD‐SiO2膜は酸素欠損が多く、熱酸化膜やラジカル酸化膜よりも絶縁特性が劣る。 In addition, in a device such as a low-temperature poly-Si TFT, a thermal oxide film or radical oxidation having high insulating characteristics is inappropriate because it is restricted by the device structure and process temperature. Insulating films such as low-temperature poly-Si TFTs are generally CVD-SiO 2 films. However, the CVD-SiO 2 film has many oxygen vacancies and is inferior in insulating properties to the thermal oxide film and radical oxide film.
そこで、2層構造ゲート酸化膜の第1層の絶縁膜を形成し、界面準位密度のばらつきを抑制する方法が採られる。しかしながら、上記2層構造ゲート酸化膜の形成は、いくつかの工程を経てできるものであり、スループットの面においては不適切である。 Therefore, a method of forming a first insulating film of a two-layer structure gate oxide film and suppressing variation in interface state density is adopted. However, the formation of the two-layer structure gate oxide film can be performed through several steps, and is inappropriate in terms of throughput.
前記課題を解決するための酸化膜改質方法は、化学蒸着法によって形成された基板上の酸化膜に対してオゾン含有ガスを供給すると共に紫外光を有する光を照射する。 In the oxide film modification method for solving the above problems, an ozone-containing gas is supplied to an oxide film on a substrate formed by chemical vapor deposition, and light having ultraviolet light is irradiated.
また、前記課題を解決するための酸化膜改質装置は、化学蒸着法によって酸化膜が形成された基板を格納すると共にオゾン含有ガスが供給される処理炉と、この処理炉内の基板上の酸化膜に紫外光を有する光を照射する光源とを備える。 In addition, an oxide film reforming apparatus for solving the above problems includes a processing furnace in which a substrate on which an oxide film is formed by chemical vapor deposition is stored and an ozone-containing gas is supplied, and a substrate on the substrate in the processing furnace. And a light source for irradiating the oxide film with light having ultraviolet light.
さらに、前記課題を解決するためのプロセス装置は、化学蒸着法によって基板上に酸化膜を形成させる炉と、この炉から供給された基板上の酸化膜を改質させる酸化膜改質装置を備え、前記酸化膜改質装置は、前記酸化膜が形成された基板を格納すると共にオゾン含有ガスが供給される処理炉と、この処理炉内の基板上の酸化膜に紫外光を有する光を照射する光源を備える。 Furthermore, a process apparatus for solving the above-described problems includes a furnace for forming an oxide film on a substrate by a chemical vapor deposition method, and an oxide film reforming apparatus for modifying the oxide film on the substrate supplied from the furnace. The oxide film reforming apparatus stores a substrate on which the oxide film is formed and supplies an ozone-containing gas, and irradiates the oxide film on the substrate in the processing furnace with light having ultraviolet light. A light source is provided.
以上の酸化膜改質方法とその装置及びプロセス装置によれば、オゾン含有ガスと紫外光を有する光との反応によって生じた励起状酸素原子の作用により電気特性低下の原因となる酸化膜の主成分元素と水酸基との結合が減少するので、絶縁特性、エッチング耐性、さらには電気膜厚、比誘電率が高まると共に固定電荷が低減する。特に、前記プロセス装置によれば、前記のようなよう良質な膜質の酸化膜を有する基板のスループットが向上する。 According to the above oxide film modification method, apparatus, and process apparatus, the main characteristic of the oxide film that causes a decrease in electrical characteristics due to the action of excited oxygen atoms generated by the reaction between ozone-containing gas and light having ultraviolet light. Since the bond between the component element and the hydroxyl group is reduced, the insulating property, etching resistance, electric thickness, and relative dielectric constant are increased, and the fixed charge is reduced. In particular, according to the process apparatus, the throughput of the substrate having the high-quality oxide film as described above is improved.
前記プロセス方法及びその装置において、前記光の照射はオゾン含有ガスの供給と同時に行うとよい。酸化膜のエッチング耐性と絶縁特性が向上に寄与する励起状態酸素原子を効率的に生成させることができる。尚、前記プロセス方法及びその装置において、オゾン含有ガスの雰囲気の圧力は例えば0.1〜30Paに制御される。また、オゾン含有ガスのオゾン濃度は例えば0.1〜100vol%に制御される。 In the process method and the apparatus thereof, the light irradiation may be performed simultaneously with the supply of the ozone-containing gas. It is possible to efficiently generate excited-state oxygen atoms that contribute to the improvement of the etching resistance and insulating properties of the oxide film. In the process method and apparatus therefor, the pressure of the ozone-containing gas atmosphere is controlled to 0.1 to 30 Pa, for example. Further, the ozone concentration of the ozone-containing gas is controlled to, for example, 0.1 to 100 vol%.
前記化学蒸着法としては、HTO−CVD,TEOS−CVD等が挙げられる。また、前記酸化膜は化学蒸着法によって形成された基板上のシリコン酸化膜が挙げられる。シリコン酸化膜が形成された基板がプロセス方法及び装置に供されると、オゾン含有ガスと紫外光を有する光との反応によって生じた励起状酸素原子の作用により前記酸化膜のSi−O−Si結合が増大し電気特性低下の原因となるSi−OH結合が減少する。これによりシリコン酸化膜の絶縁特性、エッチング耐性さらには電気膜厚、比誘電率が高まると共に固定電荷が低減する。 Examples of the chemical vapor deposition method include HTO-CVD and TEOS-CVD. The oxide film may be a silicon oxide film on a substrate formed by chemical vapor deposition. When a substrate on which a silicon oxide film is formed is used in a process method and apparatus, Si—O—Si of the oxide film is generated by the action of excited oxygen atoms generated by the reaction between an ozone-containing gas and light having ultraviolet light. Bonds increase and Si—OH bonds that cause a decrease in electrical properties decrease. As a result, the insulating characteristics, etching resistance, electric film thickness, and dielectric constant of the silicon oxide film are increased, and the fixed charge is reduced.
以上の発明によれば化学蒸着法によって形成された酸化膜の絶縁特性、エッチング耐性、電気膜厚、比誘電率が高まると共に固定電荷が低減するので前記酸化膜の膜質が向上する。 According to the above invention, the insulating properties, etching resistance, electric film thickness and relative dielectric constant of the oxide film formed by the chemical vapor deposition method are increased and the fixed charge is reduced, so that the film quality of the oxide film is improved.
図1は発明の実施形態に係る酸化膜改質装置1の構成を示した概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the configuration of an oxide
酸化膜改質装置1は基板2に形成されたCVD膜の清浄化を含むCVD‐SiO2膜の絶縁特性の向上を達成させるためのものである。
The oxide
CVD‐SiO2膜はSi−C結合またはSi−O結合を有する有機物等からなる原料ガスを用いたCVDによって基板2上に形成された酸化膜を意味する。前記原料ガスとしてはTEOS(Tetra ethyl ortho silicate)、HMDS(Hexamethyldisilazane)、SiH2Cl2(Dichlorosilane)ガスとN2Oガスの混合ガス等が例示される。
The CVD-SiO 2 film means an oxide film formed on the
具体的には酸化膜改質装置1は基板2に形成されたCVD‐SiO2膜に対して光損傷ダメージを誘発しない少なくとも210nmより長い波長の輝線を有する(少なくとも紫外光を有する)光をオゾン含有ガス雰囲気で照射することにより、CVD‐SiO2膜の絶縁特性を高めている。
Specifically, the
酸化膜改質装置1は、図1に示されたように、オゾン含有ガスが供給されると共に基板2が格納される反応炉3と、この反応炉3内の基板2に対して少なくとも紫外光の領域を含む光を照射するための光源4とを備える。反応炉3には配管5,6が接続されている。配管5はオゾン含有ガスを導入するための配管である。配管6は反応炉3内のガスを排出するための配管である。
As shown in FIG. 1, the oxide
反応炉3としては基板2のみを加熱することができるコールドウォール方式のCVD減圧炉を適用させるとよい。例えば、減圧コールド方式の枚葉式が挙げられる。
As the
反応炉3内のガスの排気は従来のCVD減圧炉で用いるシステムをそのまま用いるとよい。このとき、配管6には、パーティクルトラップ等の除害装置と到達真空度が1Pa程度以下のドライポンプ、例えばメカニカルブースターポンプ(例えば排気速度1000L/min)が接続される。反応炉3の材質はオゾンに対し反応性がない材料を採用するとよい。例えば、石英、ステンレス、アルミニウム、チタン等が挙げられる。また、反応炉3の天井部には光源4から照射された光(紫外光またはこれと可視光を有する光)を導入するための照射窓7が設けられている。照射窓7は合成石英やMgF2などの結晶材に例示されるような光透過性の材料から成る。
For exhausting the gas in the
反応炉3における基板2の設置形態は既知の縦型、横型のいずれの方式を採用してもよい。基板2はセラミックからなるサセプター8に装着させる。サセプター8は反応炉3内で移動可能となるようにステージ9によって支持されている。また、サセプター8は基板2の温度を感知する熱電対からなる温度センサー10を備えている。温度センサー10によって検出された基板2の温度は光源4の照度制御に供される。基板2の温度は予備的なハロゲンランプやヒーターなどの熱源を使用しないで室温のままでよい。
The installation form of the
光源4は少なくとも紫外光領域すなわち210〜300nmの波長帯の光を照射する。前記光は300nmより長波長の光(可視光)を含んでいてもよい。光源4の照度は基板2の表面付近もしくは表面に照射するように調節される。光源4の光は基板2表面に照射されるように設定されるのであれば、光源4の照射方式は特に限定されない。光源4としては例えば高圧水銀ランプが挙げられる。高圧水銀ランプは紫外光領域の光の他に加熱源として利用できる可視光領域(例えば410〜600nm)の光を照射できる。すなわち、可視光領域の光はオゾンガスに吸収されないので、基板2表面の加熱効果を有する。したがって、基板2に予備的な加熱部品が不必要になり、酸化膜改質装置1の構成が簡素化する。
The
酸化膜改質装置1は図示省略された半導体製造のプロセス装置に係る化学蒸着法によって基板上に酸化膜を形成させる炉(例えば減圧CVDチャンバー)の後段に配置されると、単一のプロセス(1つのチャンバ)でCVD−SiO2膜の改質と界面酸化膜の形成が行うことができる。しがたって、エッチング耐性及び絶縁特性が向上させた酸化膜を有する基板2の処理時間が短縮し、スループットが向上する。
When the oxide
図2は発明の実施形態に係るオゾン含有ガス供給と光照射のタイムチャートである。 FIG. 2 is a time chart of ozone-containing gas supply and light irradiation according to an embodiment of the invention.
図1及び図2を参照しながら酸化膜改質装置1の動作例について説明する。図2のタイムチャートで示したように反応炉3へのオゾン含有ガスの導入と同時に反応炉3内の基板2に対して光源4から紫外光を有する光が照射される。光源4から照射される光の波長は210nmより長い波長に限定される。基板2内の紫外光照射分布は±10%を実現できればよい。
An operation example of the oxide
前記オゾン含有ガスとしてはオゾン濃度が0.1〜100vol%のガスが挙げられる。100%濃度オゾンガスは例えば特公平5−17164号公報に開示されたオゾンビーム発生装置に基づく明電舎製の高純度オゾンガス発生装置(MPOG‐HM1A1またはMPO‐104A1)によって供給できる。反応炉3の内圧は配管6に接続された図示省略のポンプの動作制御により例えば0.1〜30Paに制御される。そして、オゾン含有ガスの供給停止と共に前記光の照射が停止する。
Examples of the ozone-containing gas include gases having an ozone concentration of 0.1 to 100 vol%. The 100% concentration ozone gas can be supplied by, for example, a high purity ozone gas generator (MPOG-HM1A1 or MPO-104A1) manufactured by Meidensha based on an ozone beam generator disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-17164. The internal pressure of the
以下の実施例を参照しながらオゾン含有ガスと紫外光を有する光とを用いた発明に係る紫外光励起オゾン処理プロセスによるCVD‐SiO2膜の絶縁特性について説明する。 The insulating characteristics of the CVD-SiO 2 film by the ultraviolet light excited ozone treatment process according to the invention using an ozone-containing gas and light having ultraviolet light will be described with reference to the following examples.
(実施例1)
図3は発明の実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後のTEOS‐CVD膜基板のSiO2膜のウェットエッチング耐性を示す。ここでのウェットエッチング耐性は半導体製造プロセスにおけるウェットエッチングや洗浄工程で使用されている高純度バファードフッ酸(フッ化水素酸とフッ化アンモニウムを混合することで緩衝効果により中性から酸性域に調製された薬液)に対する耐性を意味する。
(Example 1)
FIG. 3 shows wet etching resistance of the SiO 2 film of the TEOS-CVD film substrate before and after being processed in the process according to the embodiment of the invention. The wet etching resistance here is a high-purity buffered hydrofluoric acid used in wet etching and cleaning processes in the semiconductor manufacturing process (mixed with hydrofluoric acid and ammonium fluoride from the neutral to the acidic range due to the buffer effect. It means resistance to chemicals.
この特性図に係る実験に試供したTEOS‐CVD膜基板は8インチ径のSi(100)を格納した減圧CVDチャンバーにTEOS(Tetraethylorthsilicate)ガスと酸素ガスを供給して処理温度620℃で製膜したものである。このTEOS‐CVD膜の膜厚は8.5nmであった。 The TEOS-CVD film substrate used in the experiment related to this characteristic diagram was formed at a processing temperature of 620 ° C. by supplying TEOS (Tetrahethylsilicate) gas and oxygen gas to a low-pressure CVD chamber storing Si (100) having an 8-inch diameter. Is. The thickness of this TEOS-CVD film was 8.5 nm.
TEOS‐CVD膜基板は酸化膜形成装置1の処理炉3のサセプター8上に置かれた。オゾン含有ガスは明電舎製の高純度オゾン発生装置(型式MPO‐104A1)から供給されたオゾン濃度90%以上濃度のガスを用いた。光源4には高圧水銀ランプ(ウシオ電機製,型式UVX−02528S1APA02)が用いられた。前記TEOS‐CVD膜基板は反応炉3内の気相距離(照射窓7の下面とTEOS‐CVD膜基板2の上面との距離)が5mmとなるように配置された。前記オゾン含有ガスは室温に制御した配管5を介して100sccmの流量で処理炉3に供給された。光源4の光は前記オゾン含有ガスの供給と同時に合成石英からなる照射窓7を介して処理炉3内のTEOS‐CVD膜基板に照射された。光源4の紫外光照度はTEOS‐CVD膜基板上で220mW/cm2(210〜300nm、以下の範囲で定義する)であった。処理時間は15分とした。処理炉3の内圧は5Pa以下となるようにドライポンプによる排気により制御された。
The TEOS-CVD film substrate was placed on the
図3の特性図から明らかなようにTEOS‐CVD膜基板が発明に係るプロセスに供されることで膜質が緻密となりウェットエッチング耐性が向上することが確認された。具体的には実施例に係る改質方法によってTEOS‐CVD膜基板の表面から深さ方向に8.5nm以上にわたり、ウェットエッチング耐性が向上し、特に表面から1〜2nmは大きく向上することが確認された。 As is clear from the characteristic diagram of FIG. 3, it was confirmed that the TEOS-CVD film substrate was subjected to the process according to the invention, so that the film quality became dense and wet etching resistance was improved. Specifically, it has been confirmed that the wet etching resistance is improved by 8.5 nm or more in the depth direction from the surface of the TEOS-CVD film substrate by the modification method according to the embodiment, and particularly 1-2 nm from the surface is greatly improved. It was done.
図4はTEOS‐CVD膜基板(3つの同一試料)を前記実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後のTEOS‐CVD膜基板のSiO2膜の電気特性図(I‐V特性図)である。この特性図から明らかなようにTEOS‐CVD膜基板が発明に係るプロセスに供されることでこの基板の漏れ電流が減少することが確認された。具体的にはリーク電流(電界強度6[MV/cm]印加時)が10-7[A/cm2]から10-8[A/cm2]に減少し、理想的なF−N曲線に近づいている。このように絶縁特性が向上することが確認された。尚、図4では3つの同一試料(TEOS‐CVD膜基板)の電気特性が開示されており、本実施例に係るプロセスの電気特性向上の再現性も実証された。 FIG. 4 is an electrical characteristic diagram (IV characteristic diagram) of the SiO 2 film of the TEOS-CVD film substrate before and after the TEOS-CVD film substrate (three identical samples) is processed by the process according to the embodiment. It is. As is apparent from this characteristic diagram, it was confirmed that the leakage current of the substrate decreased when the TEOS-CVD film substrate was subjected to the process according to the invention. Specifically, the leakage current (when an electric field strength of 6 [MV / cm] is applied) is reduced from 10 −7 [A / cm 2 ] to 10 −8 [A / cm 2 ], and an ideal FN curve is obtained. It is approaching. In this way, it was confirmed that the insulation characteristics were improved. In FIG. 4, the electrical characteristics of three identical samples (TEOS-CVD film substrate) are disclosed, and the reproducibility of improving the electrical characteristics of the process according to this example was also demonstrated.
図5は膜厚8.5nmのTEOS‐CVD膜基板を前記実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後のTEOS‐CVD膜基板のSiO2膜の電気特性図(C‐V特性図)である。この特性図から明らかなように発明の実施例に係るプロセスで処理した場合のC−Vの特性曲線は処理前と比べて理想的なC−V特性に近づくことが確認された。尚、SiO2膜の固定電荷は発明の実施例に係るプロセスで処理する前は2.31×1012[cm-2]であったが、処理後は1.31×1012[cm-2]まで低減した。 FIG. 5 is an electrical characteristic diagram (CV characteristic diagram) of the SiO 2 film of the TEOS-CVD film substrate before and after the 8.5 nm-thickness TEOS-CVD film substrate is processed by the process according to the above embodiment. It is. As is apparent from this characteristic diagram, it has been confirmed that the CV characteristic curve when the process according to the embodiment of the invention is processed is closer to the ideal CV characteristic than before the process. The fixed charge of the SiO 2 film was 2.31 × 10 12 [cm −2 ] before being processed by the process according to the embodiment of the invention, but 1.31 × 10 12 [cm −2 ] after the processing. ].
図6は前記TEOS‐CVD膜基板を本実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後の差異を示したスペクトル図である。このスペクトル図から明らかなようにSi−O−Siのピークが高く、Si−OHのピークが低くなっている。すなわち、本実施例に係るプロセスによってSi−OH結合が脱水し、紫外光を有する光とオゾン含有ガスとによって生じた励起状態酸素原子によってSi−O−Si結合が形成されたことが確認できる。 FIG. 6 is a spectrum diagram showing the difference between the TEOS-CVD film substrate before and after being processed by the process according to this example. As is clear from this spectrum diagram, the Si—O—Si peak is high and the Si—OH peak is low. That is, it can be confirmed that the Si—OH bond was dehydrated by the process according to this example, and the Si—O—Si bond was formed by the excited state oxygen atoms generated by the light having ultraviolet light and the ozone-containing gas.
図7は膜厚8.5nmのTEOS‐CVD膜基板を上述実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後のTEOS‐CVD膜基板のSiO2膜の比誘電率である。発明に係る実施例で処理する前の基板の酸化膜の比誘電率が2.83である場合、処理後は3.85となり、発明に係る酸化膜の改質方法によれば比誘電率が熱酸化膜に匹敵する値(3.90)まで向上することが確認された。 FIG. 7 shows the relative dielectric constant of the SiO 2 film of the TEOS-CVD film substrate before and after the 8.5 nm-thickness TEOS-CVD film substrate is processed by the process according to the above-described embodiment. When the relative dielectric constant of the oxide film of the substrate before processing in the embodiment according to the invention is 2.83, it becomes 3.85 after the processing, and according to the oxide film modification method according to the invention, the relative dielectric constant is It was confirmed that the value was improved to a value (3.90) comparable to the thermal oxide film.
また、基板の電気膜厚の変化についても検証すると、発明に係る上述の実施例で処理する前の基板の電気膜厚が6.2nmである場合、処理後は8.1nmとなり、発明に係る酸化膜の改質方法によれば電気膜厚が増大することが確認された。 Further, when the change of the electric film thickness of the substrate is also verified, when the electric film thickness of the substrate before processing in the above-described embodiment according to the invention is 6.2 nm, it becomes 8.1 nm after the processing, It has been confirmed that the electrical film thickness increases according to the oxide film modification method.
以上の図3〜図7の結果はオゾン含有ガスと高圧水銀ランプから供給された光とから得られる励起状態酸素原子に起因するものと考えられ、CVD基板のSi酸化膜は発明に係るプロセス処理に供されることで絶縁特性の良い膜質に変化することが示された。 The results of FIGS. 3 to 7 are considered to be caused by excited state oxygen atoms obtained from the ozone-containing gas and the light supplied from the high-pressure mercury lamp, and the Si oxide film on the CVD substrate is processed according to the invention. It has been shown that the film quality changes with good insulation characteristics.
また、図8は膜厚50nmのTEOS‐CVD膜基板を上述の実施例に係る酸化膜形成装置と同様のプロセスで処理する前と処理した後のTEOS‐CVD膜基板のSiO2膜の電気特性図(I‐V特性図)である。膜厚50nmのTEOS‐CVD膜基板は8インチ径のSi(100)を格納させた減圧CVDチャンバーにTEOSガスと酸素ガスを供給して処理温度620℃のもとで製膜された。この特性図から明らかなように膜厚50nmのTEOS‐CVD膜基板が発明に係るプロセスに供されてもこの基板の電気特性が向上することが確認された。CVDの膜厚に左右されることなく絶縁特性が向上することが示された。 FIG. 8 shows electrical characteristics of the SiO 2 film of the TEOS-CVD film substrate before and after the 50 nm-thick TEOS-CVD film substrate is processed in the same process as the oxide film forming apparatus according to the above-described embodiment. It is a figure (IV characteristic diagram). A TEOS-CVD film substrate having a thickness of 50 nm was formed at a processing temperature of 620 ° C. by supplying TEOS gas and oxygen gas into a low-pressure CVD chamber in which 8 inch diameter Si (100) was stored. As is clear from this characteristic diagram, it was confirmed that even when a TEOS-CVD film substrate having a thickness of 50 nm was subjected to the process according to the invention, the electrical characteristics of this substrate were improved. It has been shown that the insulation characteristics are improved without being influenced by the CVD film thickness.
(実施例2)
図9は発明の実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後のHTO‐CVD膜基板のSiO2膜のウェットエッチング耐性を示す。ここでのウェットエッチング耐性は半導体製造プロセスにおけるウェットエッチングや洗浄工程で使用されている高純度バファードフッ酸(フッ化水素酸とフッ化アンモニウムを混合することで緩衝効果により中性から酸性域に調製された薬液)に対する耐性を意味する。
(Example 2)
FIG. 9 shows wet etching resistance of the SiO 2 film of the HTO-CVD film substrate before and after being processed in the process according to the embodiment of the invention. The wet etching resistance here is a high-purity buffered hydrofluoric acid used in wet etching and cleaning processes in the semiconductor manufacturing process (mixed with hydrofluoric acid and ammonium fluoride from the neutral to the acidic range due to the buffer effect. It means resistance to chemicals.
この特性図に係る実験に試供したHTO‐CVD膜基板は8インチ径のSi(100)を格納した減圧CVDチャンバーにSiH2Cl2(Dichlorosilane)ガスとN2Oガスの混合ガスを供給して処理温度750℃で製膜したものである。このHTO‐CVD膜の膜厚は9nmであった。 The HTO-CVD film substrate used for the experiment related to this characteristic diagram is obtained by supplying a mixed gas of SiH 2 Cl 2 (Dichlorosilane) gas and N 2 O gas to a low-pressure CVD chamber storing Si (100) having an 8-inch diameter. The film was formed at a processing temperature of 750 ° C. The thickness of this HTO-CVD film was 9 nm.
HTO‐CVD膜基板は酸化膜形成装置1の処理炉3のサセプター8上に置かれた。オゾン含有ガスは明電舎製の高純度オゾン発生装置(型式MPO‐104A1)から供給されたオゾン濃度90%以上濃度のガスを用いた。光源4には高圧水銀ランプ(ウシオ電機製,型式UVX−02528S1APA02)が用いられた。前記HTO‐CVD膜基板は反応炉3内の気相距離(照射窓7の下面とHTO‐CVD膜基板2の上面との距離)が5mmとなるように配置された。前記オゾン含有ガスは室温に制御した配管5を介して100sccmの流量で処理炉3に供給された。光源4の光は前記オゾン含有ガスの供給と同時に合成石英からなる照射窓7を介して処理炉3内のHTO‐CVD膜基板に照射された。光源4の紫外光照度はHTO‐CVD膜基板上で220mW/cm2(210〜300nm、以下の範囲で定義する)であった。処理時間は30分とした。処理炉3の内圧は5Pa以下となるようにドライポンプによる排気により制御された。
The HTO-CVD film substrate was placed on the
図9の特性図から明らかなようにHTO‐CVD膜基板が発明に係るプロセスに供されることで膜質が緻密となりウェットエッチング耐性が向上することが確認された。具体的には実施例に係る改質方法によってHTO‐CVD膜基板の表面から深さ方向に9nm以上にわたり、ウェットエッチング耐性が向上し、特に表面から1〜2nmは大きく向上することが確認された。 As is clear from the characteristic diagram of FIG. 9, it was confirmed that the HTO-CVD film substrate was subjected to the process according to the invention, so that the film quality became dense and wet etching resistance was improved. Specifically, it has been confirmed that the wet etching resistance is improved over 9 nm in the depth direction from the surface of the HTO-CVD film substrate by the modification method according to the embodiment, and in particular, 1-2 nm from the surface is greatly improved. .
図10は膜厚9nmのHTO‐CVD膜基板を前記実施例に係るプロセスで処理した後のHTO‐CVD膜基板のSiO2膜の電気特性図(C‐V特性図)である。この特性図から明らかなように発明の実施例に係るプロセスで処理した場合のC−Vの特性曲線は処理前と比べて理想的なC−V特性に近づくことが確認された。 FIG. 10 is an electrical characteristic diagram (CV characteristic diagram) of the SiO 2 film of the HTO-CVD film substrate after the 9-nm thick HTO-CVD film substrate is processed by the process according to the example. As is apparent from this characteristic diagram, it has been confirmed that the CV characteristic curve when the process according to the embodiment of the invention is processed is closer to the ideal CV characteristic than before the process.
図11はHTO‐CVD膜基板を前記実施例に係るプロセスで処理する前と処理した後のHTO‐CVD膜基板のSiO2膜の電気特性図(I‐V特性図)である。この特性図から明らかなようにHTO‐CVD膜基板が発明に係るプロセスに供されることでこの基板の漏れ電流が減少することが確認された。さらに、未処理のHTO−CVD膜では、14[MV/cm]付近で絶縁破壊を生じるが、処理したHTO−CVD膜では生じなかった。このように絶縁特性が向上することが確認された。 FIG. 11 is an electrical characteristic diagram (IV characteristic diagram) of the SiO 2 film of the HTO-CVD film substrate before and after the HTO-CVD film substrate is processed by the process according to the above embodiment. As is apparent from this characteristic diagram, it was confirmed that the leakage current of the substrate decreased when the HTO-CVD film substrate was subjected to the process according to the invention. Furthermore, in the untreated HTO-CVD film, dielectric breakdown occurred near 14 [MV / cm], but not in the treated HTO-CVD film. In this way, it was confirmed that the insulation characteristics were improved.
以上説明したように、HTO−CVD膜にオゾン存在下で高圧水銀ランプの光を照射することにより、HTO−CVD法により形成された酸化膜の膜質が緻密になり、絶縁特性の良くなる。さらに、非常に界面状態が良い高品質なSiO2膜が界面に形成される。 As described above, when the HTO-CVD film is irradiated with light from a high-pressure mercury lamp in the presence of ozone, the film quality of the oxide film formed by the HTO-CVD method becomes dense and the insulating characteristics are improved. Further, a high quality SiO 2 film having a very good interface state is formed at the interface.
尚、以上述べた実施例1、2では210〜300nm領域の光の照射のもとオゾン濃度90%以上及び5Pa以下のオゾン含有ガスの雰囲気でプロセスが実施されているが、オゾン含有ガスの雰囲気の圧力範囲が0.1〜30Pa、オゾン含有ガスのオゾン濃度範囲が0.1〜100vol%であっても、前記実施例と同等の効果が得られる。 In Examples 1 and 2 described above, the process is performed in an ozone-containing gas atmosphere having an ozone concentration of 90% or more and 5 Pa or less under irradiation of light in the 210 to 300 nm region. Even if the pressure range is 0.1 to 30 Pa and the ozone concentration range of the ozone-containing gas is 0.1 to 100 vol%, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
1…酸化膜改質装置
2…基板
3…反応炉
4…光源
7…照射窓
DESCRIPTION OF
Claims (10)
ことを特徴とする酸化膜改質方法。 An oxide film reforming method comprising supplying an ozone-containing gas to an oxide film on a substrate formed by a chemical vapor deposition method and irradiating light having ultraviolet light.
ことを特徴とする請求項1に記載の酸化膜改質方法。 2. The oxide film reforming method according to claim 1, wherein the light irradiation is performed simultaneously with the supply of the ozone-containing gas.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の酸化膜改質方法。 The method for reforming an oxide film according to claim 1 or 2, wherein the pressure of the atmosphere of the ozone-containing gas is 0.1 to 30 Pa.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の酸化膜改質方法。 The method for reforming an oxide film according to any one of claims 1 to 3, wherein the ozone concentration of the ozone-containing gas is 0.1 to 100 vol%.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の酸化膜改質方法。 5. The oxide film modification method according to claim 1, wherein the oxide film is a silicon oxide film.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の酸化膜改質方法。 The oxide film reforming method according to claim 1, wherein the chemical vapor deposition method is TEOS-CVD.
ことを特徴とする請求項1から5にいずれか1項に記載の酸化膜改質方法。 6. The oxide film modification method according to claim 1, wherein the chemical vapor deposition method is HTO-CVD.
この処理炉内の基板上の酸化膜に紫外光を有する光を照射する光源と
を備えたことを特徴とする酸化膜改質装置。 A processing furnace in which a substrate on which an oxide film is formed by chemical vapor deposition is stored and an ozone-containing gas is supplied;
An oxide film reforming apparatus comprising: a light source for irradiating light having ultraviolet light to an oxide film on a substrate in the processing furnace.
ことを特徴とする請求項8に記載の酸化膜改質装置。 The oxide film reforming apparatus according to claim 8, wherein the light source irradiates the light simultaneously with the supply of the ozone-containing gas.
この炉から供給された基板上の酸化膜を改質させる酸化膜改質装置と
を備え、
前記酸化膜改質装置は、
前記酸化膜が形成された基板を格納すると共にオゾン含有ガスが供給される処理炉と、
この処理炉内の基板上の酸化膜に紫外光を有する光を照射する光源と
を備えたことを特徴とするプロセス装置。 A furnace for forming an oxide film on the substrate by chemical vapor deposition;
An oxide film reformer for modifying the oxide film on the substrate supplied from the furnace,
The oxide film reformer is
A processing furnace for storing the substrate on which the oxide film is formed and being supplied with an ozone-containing gas;
A process apparatus comprising: a light source for irradiating light having ultraviolet light to an oxide film on a substrate in the processing furnace.
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