JP2013084918A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させる。
【解決手段】 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、処理室内に設けられ、基板を加熱する加熱部と、処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、加熱部により基板を所定の温度に加熱させ、ガス供給部により供給させた処理ガスを励起部により励起させ、励起した処理ガスを基板に供給させ、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも加熱部、ガス供給部及び励起部を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、処理室内に設けられ、基板を加熱する加熱部と、処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、加熱部により基板を所定の温度に加熱させ、ガス供給部により供給させた処理ガスを励起部により励起させ、励起した処理ガスを基板に供給させ、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも加熱部、ガス供給部及び励起部を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図1
Description
励起した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
フラッシュメモリ等の半導体装置の製造工程の一工程として、エッチングにより側壁が露出したゲート電極を有する基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内で、基板に対してプラズマで励起させた水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して酸化処理を施す工程と、を有する基板処理工程が実施される場合がある(例えば特許文献1参照)。かかる基板処理工程は、ポリシリコン膜等で構成されるゲート電極の側壁にエッチングを施すことによって生じたエッチングダメージを、酸化処理を行うことで修復している。しかしながら、例えば、ポリシリコン膜の側壁の修復を行う際、ポリシリコン膜が所望とする範囲を超えて過度に酸化される場合があった。
そこで、例えば、ポリシリコン膜の過度の酸化を抑制するために、プラズマ励起させた窒素原子を含む処理ガスを処理室内に供給し、酸化処理の前に基板に供給することで、予めポリシリコン膜上に窒化層を形成する基板処理工程が実施される場合がある。窒化層の形成方法については、例えば特許文献2に開示されている。
例えば、上記のような目的により形成される窒化層であるが、窒化層の形成前には、基板の搬送等で基板が大気に晒されることで、基板上に自然酸化層等の酸素含有層が形成されてしまう場合がある。このように、自然酸化層等の酸素含有層が形成された基板に、窒素原子を含む処理ガスを供給して窒化層の形成を行った場合、窒化層中の窒素原子の濃度を高くすることができない場合があった。従って、酸化処理によるポリシリコン膜の側壁のエッチングダメージの修復を行う際、ポリシリコン膜の過度の酸化を抑制できない場合があった。
本発明は、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させた基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給させた処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸
素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給させた処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸
素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に供給される処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備える基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に供給される処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムによれば、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質することで、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させる。
<本発明者等が得た知見>
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者等が得た知見について説明する。
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者等が得た知見について説明する。
上述のエッチング処理及び酸化処理による修復は、例えばフラッシュメモリ等のゲート構造に対して行われる。一般的に、フラッシュメモリは、シリコン基板等のウエハ200上に、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)、ポリシリコン膜、ONO構造を有する薄膜、ポリシリコン膜を順次積層し、所定のレジストパターンをマスクとして上述のようにドライエッチング等により各膜をパターニングしてなる。各膜は、トンネルゲート絶縁膜、浮遊ゲート、電極間絶縁膜、制御ゲートとして機能する。
上記積層膜をパターニングする際、例えばポリシリコン膜の側壁にエッチングダメージが発生することがある。そこで、上述のようにエッチングダメージの修復のために酸化処理が行われるが、このとき以下のようにバーズビークが形成されてしまう場合があった。つまり、酸化処理で使用される酸化種が、積層膜の端部から内部へと侵入してポリシリコン膜とONO構造の酸化膜との間の界面近傍で反応を起こし、ポリシリコン膜が酸化されることで、バーズビークが形成される場合があった。バーズビークが形成されると、ゲート構造のキャパシタンスが減少し、半導体装置の信頼性が低下してしまうことがある。
ただし、ポリシリコン膜とONO構造の酸化膜との間に窒化層が予め形成されていると、酸化処理の際にポリシリコン膜側へと酸化が広がりにくくなり、バーズビークの形成を抑制できる。
しかし、上述のように、ポリシリコン膜に窒化処理を行う前に、基板の大気搬送時等に、ポリシリコン膜に自然酸化層が形成される場合がある。このように、自然酸化層等の酸素含有層が形成されたポリシリコン膜に、例えば窒素ガス(N2ガス)を供給して窒化処理を行っても、窒素原子の濃度が十分に高い窒化層を形成することができない場合があった。
そこで、発明者は、ポリシリコン膜の窒化処理を行う際に、ポリシリコン膜表面を窒化することができることに加えて、酸素含有層を窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質でき、上述の課題を解決可能な手法について知見を得た。本発明は、発明者が見出した上記知見に基づくものである。
<本発明の一実施形態>
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置について、図1を用いて説明する。図1はMMT装置として構成された基板処理装置の断面概略図である。
まず、本実施形態にかかる基板処理装置について、図1を用いて説明する。図1はMMT装置として構成された基板処理装置の断面概略図である。
MMT装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生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、例えばシリコン等からなる基板としてのウエハ200をプラズマ処理する装置である。MMT装置は、処理ガスをプラズマ状態として励起させて、例えば基板の表面又は基板に形成された薄膜を酸化や窒化したり、基板上に薄膜を形成したり、基板の表面をエッチングしたりする等、各種のプラズマ処理を施すことができる。
(処理室)
本実施形態にかかる基板処理装置100の処理室201を構成する処理容器203は、第1の容器であるドーム型の上側容器210と、第2の容器である碗型の下側容器211と、を備えている。そして、上側容器210を下側容器211の上に被せることにより、処理室201が形成される。上側容器210は例えば酸化アルミニウム(Al2O3)又は石英(SiO2)等の非金属材料で形成されており、下側容器211は例えばアルミニ
ウム(Al)等で形成されている。
本実施形態にかかる基板処理装置100の処理室201を構成する処理容器203は、第1の容器であるドーム型の上側容器210と、第2の容器である碗型の下側容器211と、を備えている。そして、上側容器210を下側容器211の上に被せることにより、処理室201が形成される。上側容器210は例えば酸化アルミニウム(Al2O3)又は石英(SiO2)等の非金属材料で形成されており、下側容器211は例えばアルミニ
ウム(Al)等で形成されている。
下側容器211の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ244が設けられている。ゲートバルブ244が開いている時には、搬送機構(図中省略)を用いて処理室201内へウエハ200を搬入し、または処理室201外へとウエハ200を搬出することができるようになっている。そして、ゲートバルブ244を閉めることにより、処理室201内を気密に閉塞することができるようになっている。
(基板支持部)
処理室201内の底側中央には、ウエハ200を支持する基板支持部としてのサセプタ217が配置されている。サセプタ217は、ウエハ200の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。なお、サセプタ217は、下側容器211とは電気的に絶縁されている。
処理室201内の底側中央には、ウエハ200を支持する基板支持部としてのサセプタ217が配置されている。サセプタ217は、ウエハ200の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。なお、サセプタ217は、下側容器211とは電気的に絶縁されている。
サセプタ217の内部には、インピーダンスを変化させるインピーダンス電極217cが装備されている。この電極は、インピーダンス可変機構274を介して設置されている。インピーダンス可変機構274は、コイルや可変コンデンサを備えており、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り、インピーダンス電極217c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。なお、インピーダンス可変機構274には、後述するコントローラ221が電気的に接続されている。
サセプタ217には、サセプタ217を昇降させるサセプタ昇降機構268が設けられている。サセプタ217には、貫通孔217aが設けられている。上述の下側容器211底面には、ウエハ200を突き上げるウエハ突き上げピン266が、少なくとも3箇所設けられている。そして、貫通孔217a及びウエハ突き上げピン266は、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、ウエハ突き上げピン266がサセプタ217とは非接触な状態で貫通孔217aを突き抜けるように、互いに配置されている。
(加熱部)
サセプタ217の内部には、加熱部としてのヒータ217bが一体的に埋め込まれており、ウエハ200を加熱できるように構成されている。ヒータ217bに電力が供給されると、ウエハ200の表面が所定温度(例えば350℃〜700℃、好ましくは450℃〜700℃)にまで加熱されるようになっている。なお、サセプタ217には、温度センサ(図中省略)が設けられている。ヒータ217b及び温度センサには、後述するコントローラ221が電気的に接続されている。コントローラ221は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、ヒータ217bへの供給電力が制御されるように構成されている。
サセプタ217の内部には、加熱部としてのヒータ217bが一体的に埋め込まれており、ウエハ200を加熱できるように構成されている。ヒータ217bに電力が供給されると、ウエハ200の表面が所定温度(例えば350℃〜700℃、好ましくは450℃〜700℃)にまで加熱されるようになっている。なお、サセプタ217には、温度センサ(図中省略)が設けられている。ヒータ217b及び温度センサには、後述するコントローラ221が電気的に接続されている。コントローラ221は、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、ヒータ217bへの供給電力が制御されるように構成されている。
(ガス供給部)
処理室201の上部には、処理室201内へ処理ガスを供給するシャワーヘッド236が設けられている。シャワーヘッド236は、キャップ状の蓋体233、ガス導入部234、バッファ室237、遮蔽プレート240及びガス吹出口239を備えている。
処理室201の上部には、処理室201内へ処理ガスを供給するシャワーヘッド236が設けられている。シャワーヘッド236は、キャップ状の蓋体233、ガス導入部234、バッファ室237、遮蔽プレート240及びガス吹出口239を備えている。
蓋体233は、上側容器210の上部に開設された開口に気密に設けられている。蓋体233の下部には、遮蔽プレート240が設けられている。蓋体233と遮蔽プレート240との間に形成される空間がバッファ室237である。バッファ室237は、ガス導入部234より導入される処理ガスを分散する分散空間として機能する。そして、バッファ
室237を通過した処理ガスが、遮蔽プレート240の側部のガス吹出口239から処理室201内に供給されるように構成されている。また、蓋体233には、開口が設けられている。蓋体233の開口には、ガス導入部234の下流端が気密に設けられている。ガス導入部234の上流端には、封止部材としてのOリング203bを介して、ガス供給管232の下流端が接続されている。
室237を通過した処理ガスが、遮蔽プレート240の側部のガス吹出口239から処理室201内に供給されるように構成されている。また、蓋体233には、開口が設けられている。蓋体233の開口には、ガス導入部234の下流端が気密に設けられている。ガス導入部234の上流端には、封止部材としてのOリング203bを介して、ガス供給管232の下流端が接続されている。
ガス供給管232の上流側には、処理ガスとしての窒素含有ガスであるアンモニアガス(NH3ガス)を供給する窒素含有ガス供給管232aの下流端と、処理ガスとしての水素含有ガスである水素ガス(H2ガス)を供給する水素含有ガス供給管232bの下流端と、不活性ガスとしての希ガスである例えばArガスを供給する希ガス供給管232cの下流端と、が合流するように接続されている。ガス供給管232、窒素含有ガス供給管232a、水素含有ガス供給管232b、希ガス供給管232cは、例えば石英、酸化アルミニウム等の非金属材料、及びSUS等の金属材料等により構成されている。
窒素含有ガス供給管232aには、NH3ガス供給源250a、流量制御装置としてのマスフローコントローラ252a及び開閉弁であるバルブ253aが上流から順に接続されている。水素含有ガス供給管232bには、H2ガス供給源250b、流量制御装置としてのマスフローコントローラ252b及び開閉弁であるバルブ253bが上流から順に接続されている。希ガス供給管232cには、Arガス供給源250c、流量制御装置としてのマスフローコントローラ252c及び開閉弁であるバルブ253cが上流から順に接続されている。
マスフローコントローラ252a〜252c及びバルブ253a〜253cには、後述するコントローラ221が電気的に接続されている。コントローラ221は、処理室201内に供給するガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ252a〜252c及びバルブ253a〜253cの開閉を制御するように構成されている。このように、バルブ253a〜253cを開閉させることにより、マスフローコントローラ252a〜252cで流量制御しながら、ガス供給管232、バッファ室237及びガス吹出口239を介して処理室201内に、NH3ガス、H2ガス及びArガスを自在に供給できるように構成されている。
主に、シャワーヘッド236、Oリング203b、ガス供給管232、窒素含有ガス供給管232a、水素含有ガス供給管232b、希ガス供給管232c、マスフローコントローラ252a〜252c及びバルブ253a〜253cにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。なお、NH3ガス供給源250a、H2ガス供給源250b、Arガス供給源250cをガス供給部に含めて考えてもよい。
(排気部)
下側容器211の側壁下方には、処理室201内から処理ガス等を排気するガス排気口235が設けられている。ガス排気口235には、ガスを排気するガス排気管231の上流端が接続されている。ガス排気管231には、圧力調整器であるAPC242、開閉弁であるバルブ243、排気装置である真空ポンプ246が、上流から順に設けられている。また、ガス排気管231には、圧力センサ(図中省略)が設けられている。APC242、バルブ243、真空ポンプ246及び圧力センサには、後述するコントローラ221が電気的に接続されている。真空ポンプ246を作動させ、バルブ243を開けることにより、処理室201内を排気することが可能なように構成されている。また、圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて、APC242の開度を調整することにより、処理室201内の圧力値を調整できるように構成されている。主に、ガス排気口235、ガス排気管231、APC242、バルブ243により、本実施形態に係る排気部が構成されている。なお、真空ポンプ246を排気部に含めて考えてもよい。
下側容器211の側壁下方には、処理室201内から処理ガス等を排気するガス排気口235が設けられている。ガス排気口235には、ガスを排気するガス排気管231の上流端が接続されている。ガス排気管231には、圧力調整器であるAPC242、開閉弁であるバルブ243、排気装置である真空ポンプ246が、上流から順に設けられている。また、ガス排気管231には、圧力センサ(図中省略)が設けられている。APC242、バルブ243、真空ポンプ246及び圧力センサには、後述するコントローラ221が電気的に接続されている。真空ポンプ246を作動させ、バルブ243を開けることにより、処理室201内を排気することが可能なように構成されている。また、圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて、APC242の開度を調整することにより、処理室201内の圧力値を調整できるように構成されている。主に、ガス排気口235、ガス排気管231、APC242、バルブ243により、本実施形態に係る排気部が構成されている。なお、真空ポンプ246を排気部に含めて考えてもよい。
(励起部)
処理容器203(上側容器210)の外周には、処理室201内のプラズマ生成領域224を囲うように、プラズマ生成電極としての筒状電極215が設けられている。筒状電極215は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極215は、インピーダンスの整合を行う整合器272を介して、高周波電力を発生する高周波電源273に接続されている。筒状電極215は、処理室201内に供給されてウエハ200の表面に供給される処理ガスを励起させる放電機構として機能する。
処理容器203(上側容器210)の外周には、処理室201内のプラズマ生成領域224を囲うように、プラズマ生成電極としての筒状電極215が設けられている。筒状電極215は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極215は、インピーダンスの整合を行う整合器272を介して、高周波電力を発生する高周波電源273に接続されている。筒状電極215は、処理室201内に供給されてウエハ200の表面に供給される処理ガスを励起させる放電機構として機能する。
筒状電極215の外側表面の上下端部には、上部磁石216a及び下部磁石216bがそれぞれ取り付けられている。上部磁石216a及び下部磁石216bは、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。上部磁石216a及び下部磁石216bは、処理室201の半径方向に沿った両端(すなわち、各磁石の内周端及び外周端)にそれぞれ磁極を有している。上部磁石216a及び下部磁石216bの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石216a及び下部磁石216bの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極215の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成されている。
処理室201内に処理ガスの供給を開始した後、上部磁石216a及び下部磁石216bによる磁界が形成されている所に、筒状電極215に高周波電力を供給して電界を形成することにより、処理室201内のプラズマ生成領域224にマグネトロン放電プラズマが生成されるように構成されている。この際、放出された電子を上述の電界及び磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
主に、筒状電極215、上部磁石216a、下部磁石216bにより、本実施形態に係る励起部が構成されている。なお、整合器272、高周波電源273を励起部に含めて考えてもよい。
なお、筒状電極215、上部磁石216a、及び下部磁石216bの周囲には、これらが形成する電界及び磁界が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、電界及び磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板223が設けられている。
(制御部)
図10に示すように、制御部としてのコントローラ221は、CPU(Central
Processing Unit)221a、RAM(Random Access Memory)221b、記憶装置221c、I/Oポート221dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM221b、記憶装置221c、I/Oポート221dは、内部バス221eを介して、CPU221aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ221には、入出力装置225として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ221には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
図10に示すように、制御部としてのコントローラ221は、CPU(Central
Processing Unit)221a、RAM(Random Access Memory)221b、記憶装置221c、I/Oポート221dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM221b、記憶装置221c、I/Oポート221dは、内部バス221eを介して、CPU221aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ221には、入出力装置225として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ221には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
記憶装置221cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、CD−ROM等で構成されている。記憶装置221c内には、基板処理装置100の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ221に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプ
ログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM221bは、CPU221aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
ログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM221bは、CPU221aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート221dは、上述のマスフローコントローラ252a〜252c、バルブ211,243、APC242、真空ポンプ246、ヒータ217b、整合器272、高周波電源273、サセプタ昇降機構268、インピーダンス可変機構274等に接続されている。
CPU221aは、記憶装置221cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置281からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置221cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU221aは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、信号線Aを通じてAPC242の開度調整動作、バルブ243の開閉動作、及び真空ポンプ246の起動・停止を、信号線Bを通じてサセプタ昇降機構268の昇降動作を、信号線Cを通じて温度センサに基づくヒータ217bへの供給電力量調整動作(温度調整動作)やインピーダンス可変機構274によるインピーダンス値調整動作を、信号線Dを通じてゲートバルブ244の開閉動作を、信号線Eを通じて整合器272及び高周波電源273の動作を、信号線Fを通じてマスフローコントローラ252a〜252cによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ253a〜253cの開閉動作を、それぞれ制御するように構成されている。
なお、コントローラ221は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)226を用意し、係る外部記憶装置226を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ221を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置226を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置226を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置221cや外部記憶装置226は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置221c単体のみを含む場合、外部記憶装置226単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
(2)基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図2を用いて説明する。かかる工程は、MMT装置として構成された上述の基板処理装置100により実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ221により制御される。
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図2を用いて説明する。かかる工程は、MMT装置として構成された上述の基板処理装置100により実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ221により制御される。
ここでは、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200を、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとしてのアンモニア(NH3)ガスを用いて処理し、ポリシリコン膜に窒素原子を導入する際に、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質処理する例について説明する。
(基板搬入・載置工程(S10))
まず、ウエハ200の搬送位置までサセプタ217を下降させ、サセプタ217の貫通
孔217aにウエハ突き上げピン266を貫通させる。その結果、突き上げピン266が、サセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室201内にウエハ200を搬入する。その結果、ウエハ200は、サセプタ217の表面から突出したウエハ突き上げピン266上に水平姿勢で支持される。
まず、ウエハ200の搬送位置までサセプタ217を下降させ、サセプタ217の貫通
孔217aにウエハ突き上げピン266を貫通させる。その結果、突き上げピン266が、サセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室201内にウエハ200を搬入する。その結果、ウエハ200は、サセプタ217の表面から突出したウエハ突き上げピン266上に水平姿勢で支持される。
ウエハ200の表面上には、ポリシリコン膜が予め形成されている。ポリシリコン膜は、例えばモノシラン(SiH4)ガス等のシリコン(Si)原料と、水素ガス(H2ガス)と、をウエハ200上へ供給するCVD(Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成される。
そして、ポリシリコン膜は、その表面上に酸素含有層を備える。酸素含有層は、例えばウエハ200が搬送時に大気に晒されることで、大気中の酸素(O2)によりポリシリコン膜に形成される自然酸化層である。酸素含有層の厚さは、例えば0.5nm以上2.0nm以下である。酸素含有層の厚さが0.5nm以上であると、後述する酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する効果が得られやすい。
処理室201内にウエハ200を搬入したら、搬送機構を処理室201外へ退避させ、ゲートバルブ244を閉じて処理室201内を密閉する。そして、サセプタ昇降機構268を用いてサセプタ217を上昇させる。その結果、ウエハ200はサセプタ217の上面に配置される。その後、サセプタ217を所定の位置まで上昇させて、ウエハ200を所定の処理位置まで上昇させる。
なお、ウエハ200を処理室201内に搬入する際には、排気部により処理室201内を排気しつつ、ガス供給部から処理室201内にパージガスとしてのArガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ246を作動させ、バルブ243を開けることにより、処理室201内を排気しつつ、バルブ253cを開けることにより、バッファ室237を介して処理室201内にArガスを供給することが好ましい。これにより、処理室201内へのパーティクルの侵入や、ウエハ200上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、真空ポンプ246は、少なくとも基板搬入・載置工程(S10)から後述する基板搬出工程(S60)が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
(昇温・圧力調整工程(S20))
続いて、サセプタ217の内部に埋め込まれたヒータ217bに電力を供給し、ウエハ200の表面が所定の温度となるように加熱する。このとき、ウエハ200の温度を350℃以上700℃以下、好ましくは450℃以上700℃以下となるように維持する。ウエハ200を350℃以上、好ましくは450℃以上の温度に維持することで、後述するように、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。この際、ヒータ217bの温度は、図中省略の温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ217bへの供給電力を制御することによって調整される。
続いて、サセプタ217の内部に埋め込まれたヒータ217bに電力を供給し、ウエハ200の表面が所定の温度となるように加熱する。このとき、ウエハ200の温度を350℃以上700℃以下、好ましくは450℃以上700℃以下となるように維持する。ウエハ200を350℃以上、好ましくは450℃以上の温度に維持することで、後述するように、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。この際、ヒータ217bの温度は、図中省略の温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ217bへの供給電力を制御することによって調整される。
また、処理室201内が所望の圧力(例えば1Pa以上100Pa以下、好ましくは20Pa以上100Pa以下)となるようにAPC242で調整する。この際、処理室201内の圧力は図中省略の圧力センサで測定され、この測定された圧力情報に基づきAPC242の開度をフィードバック制御する。
(改質処理工程(S30))
ここでは、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとして、例えばNH3ガスを用いる例を説明する。すなわち、本実施形態では、窒素含有ガスであるNH3ガスは、水素含有ガスとしても機能する。
ここでは、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスとして、例えばNH3ガスを用いる例を説明する。すなわち、本実施形態では、窒素含有ガスであるNH3ガスは、水素含有ガスとしても機能する。
まず、バルブ253aを開け、処理ガスであるNH3ガスを、窒素含有ガス供給管232aからバッファ室237を介して処理室201内に供給する。このとき、NH3ガスの流量が所定の流量(例えば50sccm以上1000sccm以下、好ましくは100sccm以上1000sccm以下)となるように、マスフローコントローラ252aによって調整する。
NH3ガスの供給を開始した後、上部磁石216a及び下部磁石216bによる磁界が形成されている所に、筒状電極215に対して、高周波電源273から整合器272を介して所定の高周波電力(例えば100W以上1000W以下、好ましくは100W以上800W以下)を印加する。この結果、処理室201内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ200の上方のプラズマ生成領域224に高密度プラズマが発生する。このときの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。
上述のように、処理室201内にプラズマを発生させることにより、処理室201内に供給されたNH3ガスが励起されて活性化される。そして活性種等(窒素ラジカル(N*)、水素ラジカル(H*)、アンモニウムイオン(NH4 +)等)がウエハ200上のポリシリコン膜及び酸素含有層に供給される。これにより、ポリシリコン膜及び酸素含有層から酸素原子(O)が除去(脱離)される。そして、脱離した酸素原子(O)が窒素原子(N)に置換されることで、ポリシリコン膜表面の窒化及び酸素含有層の窒化が促される。
すなわち、窒素ラジカル(N*)等の窒素原子(N)を含む活性種をポリシリコン膜に供給することで、ポリシリコン膜表面を窒化することができる。また、窒素ラジカル(N*)は高いエネルギーを有するため、ポリシリコン膜から、例えば酸素原子(O)をスパッタリングにより脱離させて除去する効果を有する。そして、スパッタリング効果によって酸素原子(O)が脱離することで生じた未結合手に窒素原子(N)が結合し、ポリシリコン膜表面の窒化がより促される。
このとき、水素ラジカル(H*)等の水素原子(H)を含む活性種を酸素含有層に供給することで、酸素含有層に含まれる酸素原子(O)が水素還元反応により脱離する。そして、酸素原子(O)が脱離することで生じた未結合手に窒素原子(N)が結合し、酸素含有層の窒化が促され、酸素含有層が酸窒化層又は窒化層に改質される。この結果、酸素含有層を、窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
所定の処理時間が経過し、酸素含有層の改質が終了したら、筒状電極215に対する電力供給を停止する。そして、バルブ253aを閉めて処理室201内へのNH3ガスの供給を停止する。
(パージ工程(S40))
上述の改質処理工程(S30)が完了した後、バルブ243を開けたままとし、ガス排気管231による排気を継続し、処理室201内の残留ガス等を排出する。すなわち、処理室201内の処理ガスの濃度が所定値以下となるまで、処理室201内を排気して残留ガス等を排出する。例えば、ウエハ200を処理室201の外へ搬出する後述の基板搬出工程(S60)を行うことができる処理ガス濃度になるまで処理室201内を排気する。また、例えば、少なくともウエハ200の表面上から処理ガスがなくなるまで処理室201内を排気するようにしてもよい。このとき、バルブ253cを開き、処理室201内に
パージガスとしての不活性ガスであるArガスを供給することで、処理室201内からの残留ガスの排出を促すことができる。
上述の改質処理工程(S30)が完了した後、バルブ243を開けたままとし、ガス排気管231による排気を継続し、処理室201内の残留ガス等を排出する。すなわち、処理室201内の処理ガスの濃度が所定値以下となるまで、処理室201内を排気して残留ガス等を排出する。例えば、ウエハ200を処理室201の外へ搬出する後述の基板搬出工程(S60)を行うことができる処理ガス濃度になるまで処理室201内を排気する。また、例えば、少なくともウエハ200の表面上から処理ガスがなくなるまで処理室201内を排気するようにしてもよい。このとき、バルブ253cを開き、処理室201内に
パージガスとしての不活性ガスであるArガスを供給することで、処理室201内からの残留ガスの排出を促すことができる。
(降温・大気圧復帰工程(S50))
パージ工程(S40)が完了したら、APC242の開度を調整し、処理室201内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ200を所定の温度に降温させる。具体的には、バルブ253cを開けたままとして、処理室201内に不活性ガスであるArガスを供給しつつ、図中省略の圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて排気部のAPC242及びバルブ243の開閉を制御し、処理室201内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ217bの供給電力を制御して、ウエハ200を降温させる。
パージ工程(S40)が完了したら、APC242の開度を調整し、処理室201内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ200を所定の温度に降温させる。具体的には、バルブ253cを開けたままとして、処理室201内に不活性ガスであるArガスを供給しつつ、図中省略の圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて排気部のAPC242及びバルブ243の開閉を制御し、処理室201内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ217bの供給電力を制御して、ウエハ200を降温させる。
(基板搬出工程(S60))
そして、サセプタ217をウエハ200の搬送位置まで下降させ、サセプタ217の表面から突出させたウエハ突き上げピン266上にウエハ200を支持させる。そして、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ200を処理室201の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。なお、上記において、ウエハ200の温度、処理室201内の圧力、各ガスの流量、筒状電極215に印加する電力、処理時間等の条件等は、改質対象の層の材料や層厚等によって任意に調整する。
そして、サセプタ217をウエハ200の搬送位置まで下降させ、サセプタ217の表面から突出させたウエハ突き上げピン266上にウエハ200を支持させる。そして、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ200を処理室201の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。なお、上記において、ウエハ200の温度、処理室201内の圧力、各ガスの流量、筒状電極215に印加する電力、処理時間等の条件等は、改質対象の層の材料や層厚等によって任意に調整する。
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)本実施形態によれば、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを、ガス供給部により処理室201内に供給させ、励起部により励起させ、励起させた処理ガスを酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200の表面に供給するように構成されている。これにより、ポリシリコン膜表面を窒化することができることに加えて、ポリシリコン膜の酸素含有層を窒素濃度が高い(すなわち酸素濃度が低い)酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
これにより、ポリシリコン膜の耐酸化性を向上させることができる。従って、本実施形態による処理が施されたウエハ200が、例えばフラッシュメモリに形成されるとき、すなわち、ウエハ200に、上述のようにONO構造を有する薄膜が形成され、エッチング処理が行われ、酸化処理による修復処理が行われるとき、ポリシリコン膜とONO構造を有する薄膜の酸化膜との間にバーズビークが形成されることを抑制できる。この結果、本実施形態による処理が行われたウエハ200が、例えばフラッシュメモリとなったときに、電子の書き込み特性や消去特性を向上させることができる。
(b)本実施形態によれば、酸素含有層である自然酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200に、励起させた窒素原子及び水素原子を供給することで、自然酸化層を酸窒化層又は窒化層に改質すると同時に、ポリシリコン膜表面を窒化することができる。
(c)本実施形態によれば、ウエハ200の表面温度が350℃以上700℃以下となるようにヒータ217bによって加熱する。これにより、例えば酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質がある程度進行した場合に、励起状態にある水素原子の酸素含有層への取り込みを少なくすることができる。
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。以下に、本発明の他の
実施形態を説明する。なお、本実施形態も、基板処理装置としてMMT装置を用い、処理ガスを励起させてウエハ200を処理している。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。以下に、本発明の他の
実施形態を説明する。なお、本実施形態も、基板処理装置としてMMT装置を用い、処理ガスを励起させてウエハ200を処理している。
上述した実施形態では、酸素含有層として自然酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200を用い、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質すると共に、ポリシリコン膜表面を窒化した。
しかしながら、自然酸化層は、ウエハ200の表面に形成された回路パターン、ウエハ200の種類、ウエハ200の表面に形成された膜種、ウエハ200の放置時間によって、厚さが異なる場合があり、ウエハ200の表面での厚さ等の分布が均一となるように制御することができない。
そこで、DHF(フッ酸(HF)を純水で希釈した希フッ酸)で、ウエハ200上に形成された自然酸化層を除去した後、例えばオゾン水で金属や有機物の不純物の除去を行う前洗浄をウエハ200に行ってもよい。このように、ウエハ200の表面を前洗浄することで、上述する不均一な自然酸化層を除去することができるが、ポリシリコン膜にケミカル酸化層等の酸素含有層が形成される。ケミカル酸化層であっても、ポリシリコン膜上に高濃度の窒化層の形成の妨げとなる場合がある。
そこで、本実施形態では、ケミカル酸化層等の酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200を用い、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを供給して、酸素含有層を窒素濃度の高い酸窒化層又は窒化層に改質する。
ケミカル酸化層は、上述の自然酸化層とは異なり、一定の条件下での前洗浄で形成されるため、ウエハ200毎に形成されるケミカル酸化層の厚さが一定となり、ウエハ200の表面でのケミカル酸化層の分布が均一となるように制御することができる。ケミカル酸化層の厚さは約0.5nm〜2nm、平均で1nmである。従って、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスを、ガス供給部により処理室201内に供給させ、励起部により励起させ、励起させた処理ガスを、酸素含有層としてケミカル酸化層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200に供給することで、ケミカル酸化層を窒素濃度が高い酸窒化層又は窒化層に改質すると共に、ポリシリコン膜表面を再現性良く且つ面内均一に窒化することができる。
また、ウエハ200が備えるポリシリコン膜上にケミカル酸化層を形成することで、ポリシリコン膜に自然酸化層が形成されることを抑制できる。
<本発明の更に他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述した実施形態では、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスとして、アンモニアガス(NH3ガス)を用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスとして、例えばモノメチルヒドラジンガス(CH6N2ガス)等を用いてもよい。
また、例えば、処理ガスとして、例えば窒素含有ガス及び水素含有ガスを混合したガスを用いてもよく、具体的には、窒素含有ガスとして、例えばアンモニアガス(NH3ガス)、窒素ガス(N2ガス)等を用い、水素含有ガスとして例えば水素ガス(H2ガス)を用いてもよい。すなわち、図1に示すように、バルブ253aを開けて窒素含有ガス供給管232aからNH3ガスを処理室201内に供給すると同時に、バルブ253bを開け
て水素含有ガス供給管232bからH2ガスを処理室201内に供給してもよい。これによっても、窒素ラジカル(N*)等及び水素ラジカル(H*)等を、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200に供給でき、ポリシリコン膜の窒化に加えて、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
て水素含有ガス供給管232bからH2ガスを処理室201内に供給してもよい。これによっても、窒素ラジカル(N*)等及び水素ラジカル(H*)等を、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を備えるウエハ200に供給でき、ポリシリコン膜の窒化に加えて、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質することができる。
このとき、励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子(H)の割合が10%以上90%以下となるように、マスフローコントローラ252a及び252bを調整して、NH3ガス等の窒素含有ガスの流量とH2ガス等の水素含有ガスの流量との比率を調整することが好ましい。これにより、酸素含有層の厚さや、酸素含有層中の酸素含有量に応じて、ウエハ200に均一な処理を施すことができる。
また、NH3ガス等の窒素含有ガス及びH2ガス等の水素含有ガスの合計流量が100sccm以上1000sccm以下となるように、マスフローコントローラ252a及び252bを調整するとよい。このとき、例えば、酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する際、改質の初期段階では、NH3ガスの流量よりもH2ガスの流量を多くする等、NH3ガスの流量とH2ガスの流量との比率を動的に調整してもよい。
また、処理室201内へ処理ガスを供給する際には、バルブ253cを開け、マスフローコントローラ252cで流量調整しつつ、バッファ室237を介して処理室201内へ不活性ガスとしてのArガスを併せて供給するようにしてもよい。これにより、窒素含有ガスや水素含有ガスの流量や比率を変えることなく、処理室201内へ供給されるガスの濃度や流速等の条件を自由に調整することができる。
また、上述した実施形態では、サセプタ217の内部に設けたヒータ217bによってウエハ200を加熱するようにしていたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、図7に例示するように、ヒータ217bに加えて、ランプ加熱ユニット280からも赤外線等を照射することでウエハ200を加熱するようにしてもよい。この場合、ランプ加熱ユニット280は、処理室201の上方、つまり上側容器210の上面に設けられた光透過窓278を介して処理室201内に光を照射するような構成とするとよい。ヒータ217bとランプ加熱ユニット280とを併用することで、ヒータ217bのみを用いて加熱する場合と比較して、より短時間でウエハ200を昇温させることが可能である。また、ヒータ217bを設けずに、ランプ加熱ユニット280のみを用いてウエハ200を加熱するようにしてもよい。なお、ランプ加熱ユニット280は、信号線Gを通じてコントローラ221で制御するように構成されている。
また、上述した実施形態では、MMT装置として構成された基板処理装置100を用いて実施する場合を説明したが、本発明は、それに限らず、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)装置、ECR(Electron Cyclotron Resonance)装置を用いても実施可能である。
図8は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置であるICP方式プラズマ処理装置300を示している。本実施形態に係る構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るICP方式プラズマ処理装置300は、整合器272a、272b、高周波電源273a、273b及び誘電コイル315a,315bを介してそれぞれ電力が供給されることで、プラズマが生成される。誘電コイル315aは、処理容器203の天井側の外側に敷設されている。誘電コイル315bは、処理容器203の外周壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、窒素原子及び水素原子を含む処理ガスをガス供給管232から、ガス導入部234を経由して処理室201内へ供給する。また、ガス供給と前後して、誘電コイル315a,315bへ高周波電力を流すと、電磁
誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させて、活性種を生成することができる。
誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させて、活性種を生成することができる。
図9は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置であるECR方式プラズマ処理装置400を示している。本実施形態に係る構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るECR方式プラズマ処理装置400は、マイクロ波を供給してプラズマを生成する整合器272b、高周波電源273b、マイクロ波導入管415a及び誘電コイル415bを備えている。マイクロ波導入管415aは、処理容器203の天井壁の外側に敷設されている。誘電コイル415bは、処理容器203の外周壁に敷設されている。本実施形態においても、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスをガス供給管232から、ガス導入部234を経由して処理室201内へ供給する。また、ガス供給と前後して、マイクロ波導入管415aへマイクロ波418aを導入し、マイクロ波418aを処理室201へ放射させる。このマイクロ波418aと、誘電コイル415bからの高周波電力とにより、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させ、活性種を生成することができる。
次に、本発明の実施例を図3〜図6を参照しながら説明する。
(実施例)
本発明の実施例では、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ200に、励起部により励起させたNH3ガスを供給し、ウエハ200を350℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した(実施例1)。また、ウエハ200の加熱温度を450℃にしたこと以外は、上述の実施例1と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した(実施例2)。ウエハ200の加熱温度を550℃にしたこと以外は、上述の実施例1と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した(実施例3)。また、比較例として、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハに、励起部により励起させたN2ガスを供給し、ウエハを350℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した場合について説明する。
本発明の実施例では、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ200に、励起部により励起させたNH3ガスを供給し、ウエハ200を350℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した(実施例1)。また、ウエハ200の加熱温度を450℃にしたこと以外は、上述の実施例1と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した(実施例2)。ウエハ200の加熱温度を550℃にしたこと以外は、上述の実施例1と同様の条件で基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した(実施例3)。また、比較例として、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハに、励起部により励起させたN2ガスを供給し、ウエハを350℃に加熱して基板処理を行い、酸素含有層を酸窒化層に改質した場合について説明する。
上述の実施例1〜実施例3及び比較例について、改質により形成された酸窒化層の厚さ方向の組成分析を行い、その結果を図3〜図6にそれぞれ示す。すなわち、図3〜図6は、本発明の実施例1〜実施例3及び比較例にかかる酸窒化層をHR−RBS(High Resolution−Rutherford Backscattering Spectrometry:高分解能ラザフォード後方散乱分析法)により測定した酸窒化層の深さ方向の元素濃度(atomic%)を示すグラフ図である。
次に、上述した実施例1〜実施例3及び比較例の酸窒化層の組成比率を表1にそれぞれ示す。表1は、実施例1〜実施例3及び比較例のそれぞれの酸窒化層中のシリコン元素(Si)、酸素元素(O)及び窒素元素(N)の組成(atomic%)を、図3〜図6から算出したものである。
実施例2(図4)及び実施例3(図5)のように、ウエハ200の加熱温度が450℃以上の改質処理では、比較例(図6)と比較すると、酸素濃度を下げて、高い窒素濃度である酸窒化層に改質できたことが分かる。また、実施例1(図3)のように、ウエハ200の加熱温度が350℃での改質処理であっても、深さが2nm以上の場合において、酸素濃度を下げて、窒素濃度をあげることに若干の効果が認められることが分かる。このように、図3〜図6及び表1から、酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有するウエハ200に、窒素原子及び水素原子を含有する処理ガスを供給して、酸素含有層の改質処理を行うことで、酸素含有層を窒素濃度が高い酸窒化層に改質することができることが分かる。
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
好ましくは、
前記酸素含有層は自然酸化層である。
前記酸素含有層は自然酸化層である。
好ましくは、
前記酸素含有層は、前記基板を洗浄することで形成される酸化層である。
前記酸素含有層は、前記基板を洗浄することで形成される酸化層である。
また好ましくは、
前記所定の温度は350℃以上700℃以下である。
前記所定の温度は350℃以上700℃以下である。
また好ましくは、
励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子の割合が10%以上90%以下となるように比率を調整する。
励起された処理ガスに含まれる活性種のうち、水素を含む活性種の水素原子の割合が10%以上90%以下となるように比率を調整する。
また好ましくは、
前記酸素含有層の厚さは0.5nm以上2.0nm以下である。
前記酸素含有層の厚さは0.5nm以上2.0nm以下である。
また好ましくは、
前記励起部は、マグネトロン放電により処理ガスを励起させる。
前記励起部は、マグネトロン放電により処理ガスを励起させる。
また好ましくは、
前記基板には、マグネトロン放電によって生成された処理ガスの活性種が供給される。
前記基板には、マグネトロン放電によって生成された処理ガスの活性種が供給される。
本発明の他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える半導体装置の製造装置が提供される。
酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える半導体装置の製造装置が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
217b ヒータ(加熱部)
221 コントローラ(制御部)
231 ガス排気管
201 処理室
217b ヒータ(加熱部)
221 コントローラ(制御部)
231 ガス排気管
Claims (4)
- 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を所定の温度に加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給させ、前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質させるように、少なくとも前記加熱部、前記ガス供給部、前記励起部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える
基板処理装置。 - 前記酸素含有層は自然酸化層である
請求項1に記載の基板処理装置。 - 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法。 - 酸素含有層が形成されたポリシリコン膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板を所定の温度に加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に窒素及び水素を含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記酸素含有層を酸窒化層又は窒化層に改質する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させる
プログラム。
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