JP2014187269A - Manufacturing method of semiconductor device, substrate processing apparatus, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波を用いて主に基板を加熱する半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that mainly heats a substrate using microwaves, a substrate processing apparatus, and a program.
半導体集積回路の高集積化、高速化のため、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタの縮小化が行われている。 In order to increase the integration density and speed of semiconductor integrated circuits, MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors are being reduced.
しかしながら、ゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜(SiO膜)の厚さが2nm以下となると、ゲート電極とシリコン基板との間に流れるトンネル電流が増大し、ゲートリーク電流が大きくなってしまう。 However, when the thickness of the silicon oxide film (SiO film) as the gate insulating film is 2 nm or less, the tunnel current flowing between the gate electrode and the silicon substrate increases, and the gate leakage current increases.
ゲートリーク電流に対する対策として、酸化シリコンの誘電率より高い誘電率を有する、例えば、酸化ハフニウム(HfO)等の高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用い、等価酸化シリコン膜厚(EOT:Equivalent Oxide Thickness)を抑制しつつ、物理的にゲート絶縁膜厚を厚くする構成が用いられている。酸化シリコンの誘電率のk倍の誘電率を有する高誘電率絶縁体であれば、厚さをk倍にしてもEOTは同じ値となり、ゲート電極の制御性が保たれる。シリコン基板の表面状態を良好に保つため、通常熱酸化した薄いシリコン酸化膜の上に高誘電率絶縁膜(例えばHfO膜)を堆積し、その後、上部電極として一般的にチタンアルミニウム窒化膜(TiAlN膜)やチタニウム窒化膜(TiN膜)を堆積し、トランジスタを形成する。 As a countermeasure against the gate leakage current, a high dielectric constant insulator such as hafnium oxide (HfO) having a dielectric constant higher than that of silicon oxide is used for the gate insulating film, and an equivalent silicon oxide film thickness (EOT: Equivalent Oxide) is used. A structure in which the gate insulating film thickness is physically increased while suppressing (Thickness) is used. In the case of a high dielectric constant insulator having a dielectric constant k times that of silicon oxide, the EOT becomes the same value even when the thickness is multiplied by k, and the controllability of the gate electrode is maintained. In order to keep the surface state of the silicon substrate in good condition, a high dielectric constant insulating film (eg, HfO film) is deposited on a thin silicon oxide film which is usually thermally oxidized, and then a titanium aluminum nitride film (TiAlN) is generally used as the upper electrode. Film) and a titanium nitride film (TiN film) are deposited to form a transistor.
しかしながら、前記方法においては、HfO堆積の際、初期酸化によりシリコン酸化膜(SiO膜)が生成され、このSiO膜の薄膜化には限界があった。また、ゲートの動作速度を向上させるためにも、HfO膜直下のSiO膜を薄くすることが好ましい。 However, in the above method, when HfO is deposited, a silicon oxide film (SiO film) is generated by initial oxidation, and there is a limit to thinning the SiO film. In order to improve the operation speed of the gate, it is preferable to make the SiO film immediately below the HfO film thin.
下記の特許文献には、基板を処理する処理室と、処理室内で基板を支持する基板支持部と、処理室の壁面に開口する基板搬入搬出口を開閉すると共に、基板搬入搬出口を閉じた際には処理室の内壁面の一部を構成する開閉部と、処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、を備え、処理室の内壁面のうち、基板支持部上に支持された基板の処理面に対向する面と開閉部が構成する面とを結ぶ面が、基板の処理面に対して斜めに構成された基板処理装置が開示されている。 In the following patent document, a processing chamber for processing a substrate, a substrate support for supporting the substrate in the processing chamber, a substrate loading / unloading opening that opens on the wall surface of the processing chamber, and a substrate loading / unloading port are closed. In some cases, an opening / closing portion constituting a part of the inner wall surface of the processing chamber and a microwave supply portion for supplying microwaves to the processing chamber are supported on the substrate support portion of the inner wall surface of the processing chamber. Further, there is disclosed a substrate processing apparatus in which a surface connecting a surface facing a processing surface of a substrate and a surface constituting an opening / closing portion is configured to be inclined with respect to the processing surface of the substrate.
本発明は、ゲートの動作速度を向上させ、リーク電流を低下させる半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a semiconductor device manufacturing method, a substrate processing apparatus, and a program that improve the gate operating speed and reduce the leakage current.
第1の態様とするところは、高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する工程と、前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する工程と、前記基板にマイクロ波を供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。 The first aspect includes a step of carrying a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed into a processing chamber, a step of supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber, And a step of supplying a microwave to the substrate.
第2の態様とするところは、高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板が搬入される処理室と、前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、前記基板にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記ガス供給部と前記マイクロ波供給部とを制御する制御部と、を有する基板処理装置にある。 In the second aspect, a processing chamber into which a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed is carried in, a gas supply unit that supplies a processing gas to the substrate, and a microwave is supplied to the substrate And a control unit that controls the gas supply unit and the microwave supply unit.
第3の態様とするところは、高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、前記基板にマイクロ波を供給する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムにある。 The third aspect includes a procedure for carrying a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed into a processing chamber, a procedure for supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber, A program for causing a computer to execute a procedure for supplying microwaves to the substrate.
本発明によれば、ゲートの動作速度を向上させ、リーク電流を低下させる半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device manufacturing method, a substrate processing apparatus, and a program that improve the gate operating speed and reduce the leakage current.
本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。基板処理装置100は、処理室10と搬送室(不図示)とマイクロ波供給部19とを備える。処理室10は、基板としてのウェハ11を処理する。マイクロ波供給部19は、導波路21と導波口22とを備える。なお、マイクロ波供給部19にマイクロ波発生部20を設けても良い。
A configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a vertical sectional view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The
マイクロ波発生部20は、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ波発生部20としては、例えばマイクロトロン、クライストロン、ジャイロトロン等が用いられる。マイクロ波発生部20で発生したマイクロ波は、導波路21を介して、処理室10内に連通する導波口22から処理室10内に輻射される。これにより、誘電加熱の効率をあげることができる。導波路21には、導波路21内部の反射電力を少なくするマッチング機構26が設けられる。
The
マイクロ波発生部20、導波路21、導波口22、及びマッチング機構26でマイクロ波供給部19が構成される。
A
処理室10を形成する処理容器18は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)など金属材料により構成されており、処理室10と外部とをマイクロ波的に遮蔽する構造となっている。
The
処理室10内には、ウェハ11をその上端13aで支持する基板支持機構としての基板支持ピン13が設けられる。
In the
基板支持ピン13は、例えば石英やセラミックス、サファイア、又はテフロン(登録商標)等、伝熱性が低く、電気的に絶縁性が良好な材質で形成される。このような材質とすることで、基板支持ピン13そのものが加熱されることを抑制し、更にはウェハ11から基板支持ピン13への熱逃げを抑制することができる。熱逃げを抑制することができるため、ウェハ面内を均一に加熱することが可能となる。また、基板支持ピン13の加熱を防ぐことで、基板支持ピン13の熱変形を防ぐことができ、結果熱変形によるウェハ高さを一定にすることができるので、1スロット辺りのウェハ加熱を再現性良く加熱することが可能となる。また、基板支持ピン13は、複数(本実施形態においては3本)で構成される。
The
処理室10の側壁には、例えば窒素(N2)等のガスを供給するガス供給管52が設けられている。ガス供給管52には、上流から順に、ガス供給源55、ガス流量を調整する流量制御装置54、ガス流路を開閉する開閉バルブ53が設けられており、この開閉バルブ53を開閉することで、処理室10内にガス供給管52からガスが供給、又は供給停止される。ガス供給管52から供給されるガスは、処理室10内の酸素濃度を低酸素濃度にしたり、ウェハ11を冷却したり、パージガスとして処理室10内のガスや雰囲気を押し出したりするのに用いられる。
A
ガス供給管52、開閉バルブ53、流量制御装置54及びガス供給源55でガス供給部50が構成される。流量制御装置54と開閉バルブ53は、制御部80と電気的に接続されており、制御部80により制御される。
A
図1に示すように、例えば直方体である処理容器18の下部であって処理室10の側壁には、処理室10内のガスを排気するガス排出管62が設けられている。ガス排出管62には、上流から順に、排気装置としての真空ポンプ64と、圧力調整バルブ63が設けられており、この圧力調整バルブ63の開度を調整することで、処理室10内の圧力が所定の値に調整される。
As shown in FIG. 1, for example, a
ガス排出管62、圧力調整バルブ63及び真空ポンプ64でガス排出部60が構成される。圧力調整バルブ63は、制御部80と電気的に接続されており、制御部80により圧力調整制御される。
The
図1に示すように、処理容器18の一側面には、処理室10の内外にウェハ11を搬送するためのウェハ搬送口71が設けられている。ウェハ搬送口71には、ゲートバルブ72が設けられており、ゲートバルブ駆動部73によりゲートバルブ72を開けることにより、処理室10内と搬送室内とが連通するように構成されている。ウェハ搬送口71、ゲートバルブ72、ゲートバルブ駆動部73でウェハ搬送部が構成される。搬送室内には、ウェハ11を搬送する搬送ロボット(不図示)が設けられている。搬送ロボットには、ウェハ11を搬送する際にウェハ11を支持する搬送アームが備えられている。ゲートバルブ72を開くことによって、搬送ロボットにより処理室10内と搬送室内との間で、ウェハ11を搬送することが可能なように構成されている。
As shown in FIG. 1, a
図2は、制御部80のハードウェア構成を示すブロック図である。
制御部80には、演算装置102、記憶装置104、入出力部としてのI/Oポート106が内部バス108を介して、それぞれ互いにデータ交換可能なように設けられている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the
The
演算装置102として、CPU又は専用の演算回路等が用いられる。
As the
記憶装置104は、内部記録媒体105を有している。内部記録媒体105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後述する基板処理工程や条件などを含むプロセスレシピ等が読み出し可能に格納されている。
The
なお、プロセスレシピは、基板処理工程における各ステップを制御部80に実行させ、所定の結果が得ることがで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。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。ここで、本明細書においてプログラムとした場合に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。
The process recipe is a combination of the steps so that a predetermined result can be obtained by causing the
I/Oポート106には、マイクロ波発生部20、開閉バルブ53、流量制御装置54、圧力調整バルブ63、真空ポンプ64、ゲートバルブ駆動部73、搬送ロボット等がバス107を介して接続されている。
The I /
また、制御部80はネットワーク110に接続されている。ネットワーク110は、半導体製造工場内に設けられたネットワークやインターネット等で構成される。
The
また、制御部80には、入出力装置204と外部記憶装置206が内部バス108を介して接続されている。ここで、入出力装置204は制御部80と一体の構成としてもよい。入出力装置204として、ディスプレイ、タッチパネル、操作端末、キーボード、マウス等が用いられる。外部記憶装置206は、外部記録媒体207を有している。外部記録媒体207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後述する基板処理工程や条件などを含むプロセスレシピ等が読み出し可能に格納されている。
Further, the input /
つまり、制御部80は、演算装置102が、記憶装置104の内部記録媒体105に記憶されたプログラムを実行することにより、I/Oポート106を介してマイクロ波発生部20、開閉バルブ53、流量制御装置54、圧力調整バルブ63、真空ポンプ64、ゲートバルブ駆動部73、搬送ロボット等の各構成部の動作を制御する。なお、プログラムは、制御部80の外部に設けられた外部記憶装置206に格納するようにし、外部記憶装置206から読み出して実行しても良く、外部記憶装置206に記録されたプログラムを内部記録媒体105へ移動させ、内部記録媒体105から読み出して実行するようにしても良い。また、プログラムは、制御部80に接続されたネットワーク110から内部記録媒体105に記憶させてから実行するようにしてもよい。
In other words, the
ここで、内部記録媒体105として、例えばハードディスク、CD−ROM、フラッシュメモリ等が用いられる。また、外部記録媒体207として、例えばフロッピー(登録商標)ディスク、CD−ROM、MO、フラッシュメモリ等が用いられる。
Here, as the
図3は、本発明の実施形態に用いられる処理対象である基板としてのウェハ11の要部積層構造を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part laminated structure of the
図3に示されているように、ウェハ11には、高誘電率ゲート絶縁膜が形成されている。具体的には、シリコンウェハ111の表面上に、HfO初期酸化シリコン膜としてのSiO膜112が形成され、SiO膜112の上に高誘電率膜としてのHfO膜114が形成されている。そして、HfO膜114の上には、金属含有膜としてのチタン(Ti)含有膜であるTiAlN膜116又はTiN膜117が形成されている。
As shown in FIG. 3, a high dielectric constant gate insulating film is formed on the
SiO膜112及びHfO膜114は、原子層堆積法(ALD法:Atomic Layer Deposition法)により形成される。ここで、SiO膜112は、HfO膜の形成によりシリコンウェハ111とHfO膜114の間に形成される界面酸化膜である。
The
次に、基板処理装置100における本実施形態の基板処理動作について説明する。図4は、本実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。また、本実施形態の基板処理は、半導体装置を製造する複数工程の中の一工程を構成するものである。なお、後述する各部の動作は、制御部80により制御される。
Next, the substrate processing operation of this embodiment in the
<基板搬入工程、ステップS10>
ウェハ11を処理室10に搬入する基板搬入工程において、まず、ゲートバルブ72を開き、処理室10と搬送室とを連通させる。次に、処理対象(処理基板)のウェハ11を、搬送ロボットにより、搬送室内から処理室10内へ搬入する。
<Substrate carrying-in process, step S10>
In the substrate loading process for loading the
<基板載置工程、ステップS11>
処理室10内に搬入されたウェハ11は、搬送ロボットにより、基板支持ピン13の上端13aに載置され、基板支持ピン13に支持される。次に、搬送ロボットが処理室10内から搬送室内へ戻ると、ゲートバルブ72が閉じられる。
<Substrate Placement Step, Step S11>
The
<窒素ガス供給工程、ステップS12>
次に、処理室10内を窒素(N2)雰囲気に置換する。ウェハ11を搬入すると処理室10の外の大気雰囲気が巻き込まれるので、この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影響しないように処理室10内をN2雰囲気に置き換える。
<Nitrogen gas supply process, step S12>
Next, the inside of the
<ガス排気工程、ステップS13>
開閉バルブ53を開いて、処理室10内にガス供給管52からN2ガスを供給するとともに、圧力調整バルブ63により処理室10内の圧力を所定の値に調整しつつ、ガス排出管62から、真空ポンプ64により処理室10内のガス(雰囲気)を排出する。
<Gas exhaust process, step S13>
The open /
すなわち、マイクロ波を供給する工程の前に、処理室10内の酸素濃度を低酸素濃度、好ましくは、処理室10内の酸素濃度を1ppm以下にする。なお、本実施形態においては、N2雰囲気に置き換えたが、これに限らず、不活性ガス雰囲気や、真空雰囲気に置き換えてもよい。また、HfO膜114とシリコンウェハ111の間に形成されたSiO膜112の還元を促進するために、ここで還元性ガスを加えてもよい。還元性ガスとして、例えば、水素(H2)ガスやアンモニア(NH3)ガスが用いられる。
That is, before the step of supplying the microwave, the oxygen concentration in the
<マイクロ波供給工程、ステップS14>
次に、マイクロ波発生部20で発生させたマイクロ波を、導波口22から処理室10内に供給し、照射する。このとき、処理室10内にプラズマを発生させないように処理室10内の圧力を制御する。マイクロ波の周波数は、1GHz〜100GHzで、好ましくは2GHz〜8GHzであって、例えば、2.45GHz、5.8GHz〜7GHzの所望の周波数に設定する。このマイクロ波照射では、TiAlN膜116又はTiN膜117よりもHfO膜114を加熱するように、マイクロ波と処理室内雰囲気とを調整する。
<Microwave supply process, step S14>
Next, the microwave generated by the
高誘電率膜(以下、High−k膜と記す)等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。我々の研究によれば、ハイパワーのマイクロ波をウェハに照射し処理すると、ウェハ上の誘電体膜が加熱され改質されることが分かっている。また、マイクロ波による加熱は、誘電率εと誘電正接tanδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱すると、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的により高温に加熱できることが分かっている。 A dielectric such as a high dielectric constant film (hereinafter referred to as a High-k film) has a different microwave absorption rate depending on the dielectric constant. The higher the dielectric constant, the easier it is to absorb microwaves. Our research has shown that when a wafer is irradiated with high-power microwaves, the dielectric film on the wafer is heated and modified. Heating by microwaves is dielectric heating by dielectric constant ε and dielectric loss tangent tan δ. When materials having different physical properties are heated at the same time, only a material that is easily heated, that is, a material having a higher dielectric constant, is selectively heated to a higher temperature. It is known that it can be heated.
以下にHigh−k膜のアニールについて説明する。ウェハの基板材料であるシリコンに比べ、High−k膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの比誘電率εrは3.9であるが、High−k膜であるHfO膜の比誘電率εrは25、ZrO膜の比誘電率εrは35である。よって、High−k膜を成膜したウェハにマイクロ波を照射すると、High−k膜が選択的により高温に加熱される。 Hereinafter, annealing of the high-k film will be described. A high-k film has a higher dielectric constant ε than silicon, which is the substrate material of the wafer. For example, although the relative dielectric constant epsilon r of the silicon is 3.9, the relative dielectric constant epsilon r of the HfO 2 film is a High-k film is the dielectric constant epsilon r of 25, ZrO film is 35. Therefore, when the wafer on which the High-k film is formed is irradiated with microwaves, the High-k film is selectively heated to a higher temperature.
以上のようにして、所定時間、マイクロ波を供給して基板加熱処理を行った後、マイクロ波の供給を停止する。 As described above, after the substrate is heated by supplying the microwave for a predetermined time, the supply of the microwave is stopped.
<基板搬出工程、ステップS15>
マイクロ波供給工程が終了すると、上述した基板搬入工程に示した手順とは逆の手順により、加熱処理したウェハ11を処理室10から搬送室内へ搬出する。
<Substrate unloading step, step S15>
When the microwave supply process is completed, the heat-treated
<実験例>
図5(a)は、ウェハ11として、図3のウェハの最上面のTiAlN膜116、TiN膜117の代わりに、界面酸化膜としてのSiO膜112の還元技術やマイクロ波でのアニール技術に注目する為、アモルファスシリコン膜(a―Si膜)118を形成した積層構造を示す断面図であって、図5(b)は、図5(a)のウェハ11に650℃でマイクロ波アニール処理を施した後の断面図であって、図5(c)は、図5(a)のウェハ11に650℃でサーマルアニール処理を施した後の断面図である。HfO膜114の上にキャップ膜として、アモルファスシリコン膜(a―Si膜)118を形成することで、処理室10内の環境による酸化種の引き込みを防いでいる。
<Experimental example>
FIG. 5A shows the
図5(a)に示されているように、各アニール処理前のSiO膜112の厚さを1.2nm、HfO膜114の厚さを1.5nm、a―Si膜118の厚さを13.5nmとする。
As shown in FIG. 5A, the thickness of the
アニール処理を施すことにより、a―Si膜118が結晶化され、a―Si膜118とHfO膜114との間にポリシリコン(Poly−Si)膜119が形成される。
By performing the annealing process, the
図5(b)に示されているように、マイクロ波アニール処理後は、マイクロ波を供給することにより、SiO膜112の厚さは0.7nm、HfO膜114の厚さは1.6nm、Poly−Si膜119の厚さは12.2nm、a―Si膜118の厚さは1.5nmとなった。すなわち、シリコンウェハ111の表面に形成されたSiO膜112の膜厚は1.2nmから0.7nmに減膜した。これは、ウェハ11にマイクロ波が供給されることにより、界面ダイポールが選択加熱され、SiO膜112が還元され、その酸素(O)分子が一部HfO膜に取り込まれ、一部がHfO膜114を通過して、結晶化されたPoly−Si膜119、a―Si膜118へ取り込まれ、一部が外部へ放出されたと考えられる。
As shown in FIG. 5B, after the microwave annealing process, by supplying the microwave, the thickness of the
一方、図5(c)に示されているように、サーマルアニール処理後は、SiO膜112の厚さは1.2nm、HfO膜114の厚さは1.5nm、Poly−Si膜119の厚さは12.0nm、a―Si膜118の厚さは1.7nmとなった。すなわち、ウェハ11の表面に形成されたSiO膜112の膜厚が1.2nmのまま変化しなかった。
On the other hand, as shown in FIG. 5C, after the thermal annealing process, the thickness of the
また、図5(b)のマイクロ波アニール処理後のPoly−Si膜119に比較して、図5(c)のサーマルアニール処理後のPoly−Si膜119の方が結晶性が強く現れ、ウェハ11が受ける熱エネルギーはサーマルアニール処理の方が大きいと推測される。しかしながら、界面酸化膜としてのSiO膜112の変化はマイクロ波アニール処理の方が大きいことから、マイクロ波による界面ダイポールの選択性を用いた界面酸化膜還元効果であるといえる。
Further, compared to the Poly-
すなわち、高誘電率ゲート絶縁膜の積層構造を示すウェハ11に、マイクロ波を供給することで、界面酸化膜としてのSiO膜112の膜厚を積層膜状態を崩すことなく薄膜化させることができることが分かった。
That is, by supplying microwaves to the
したがって、本発明の実施形態によれば、高誘電率膜直下の酸化シリコン膜(界面酸化膜)をマイクロ波アニール処理を施すことにより還元させることができる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, the silicon oxide film (interface oxide film) immediately below the high dielectric constant film can be reduced by performing the microwave annealing treatment.
また、本発明の実施形態によれば、SiO膜(界面酸化膜)の還元により、EOTが低減効率に向上し、トランジスタの動作速度を向上させることができる。また、高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用いることでリーク電流を抑制できる。また、マイクロ波により界面ダイポールを選択的に加熱するため、周辺膜への熱負荷を低減することができ、積層膜の結晶化を促進できる。また、複雑なプロセスを要しないため、安価に採用することができ、デバイスコストを低減できる。 Further, according to the embodiment of the present invention, the reduction of the SiO film (interfacial oxide film) can improve the EOT with reduced efficiency and improve the operation speed of the transistor. In addition, leakage current can be suppressed by using a high dielectric constant insulator for the gate insulating film. In addition, since the interface dipole is selectively heated by the microwave, the thermal load on the peripheral film can be reduced, and the crystallization of the laminated film can be promoted. Further, since a complicated process is not required, it can be adopted at a low cost, and the device cost can be reduced.
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に変更が可能であることはいうまでもない。上述の各実施形態では、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In each of the above-described embodiments, the case where processing is performed on a wafer has been described. However, a processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.
また、本実施例のような高誘電率膜を有するウェハのアニール処理(結晶化制御、不純物低減、欠損酸素補給)する場合について説明したが、それに限らず、ベェアシリコン基板に注入している不純物の活性化、Poly−Siの活性化及び結晶化形状制御、Polymerのキュア、Cu配線のGain size制御、Epi−Si或いはEpi−SiGeの欠陥修復、アモルファス或いはPoly構造を結晶化に応用。LEDプロセスにおいては、GaNの結晶性改善などに基板処理装置及び基板製造方法に適応することができる。 In addition, the case of annealing the wafer having a high dielectric constant film as in this embodiment (crystallization control, impurity reduction, deficient oxygen supply) has been described. However, the present invention is not limited to this, and impurities implanted into the bear silicon substrate are not limited. Activation, activation of Poly-Si and control of crystallization shape, cure of Polymer, gain size control of Cu wiring, defect repair of Epi-Si or Epi-SiGe, application of amorphous or poly structure to crystallization. The LED process can be applied to a substrate processing apparatus and a substrate manufacturing method for improving the crystallinity of GaN.
また、固定周波数の電源を複数設け、それぞれから異なる周波数のマイクロ波を切り替えて供給或いは同時に周波数が異なる複数のマイクロ波を供給し、処理するようにしてもよい。 Alternatively, a plurality of fixed frequency power supplies may be provided, and microwaves having different frequencies may be switched and supplied from each, or a plurality of microwaves having different frequencies may be simultaneously supplied and processed.
本実施形態によれば、マイクロ波の材料選択性により、処理膜の反応温度と同じ温度まで処理基板及び処理環境温度を上昇させる必要がなく、基板に与える熱負荷を減らしつつ処理膜を効率的に改質させることができる。 According to this embodiment, it is not necessary to raise the processing substrate and the processing environment temperature to the same temperature as the reaction temperature of the processing film due to the microwave material selectivity, and the processing film can be efficiently processed while reducing the thermal load applied to the substrate. Can be modified.
また、上述の実施形態では、高誘電率膜として、ハフニウム酸化(HfOx)膜を用いたが、これの一例であるハフニウムシリコン酸化(HfSiO)膜やハフニウムアルミニウム酸化(HfAlO)膜を用いてもよい。また、これに限らず、ジルコニウム酸化(ZrOx)膜やこれの一例であるジルコニウムアルミニウム酸化(ZrAlO)膜、アルミニウム酸化(AlxOy)膜、ランタン酸化(LaxOy)膜やこれの一例であるランタンアルミニウム酸化(LaAlO)膜、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)膜、イットリウム酸化(YO)膜、チタン酸バリウム(BaTiO)膜やこれらを積層又は複合した高誘電率膜にも適用することができる。また、これらの材料に、酸化ケイ素(SiO)や窒化ケイ素(SiN)を組み合わせた膜であってもよく、例えば、ハフニウムシリコン酸化(HfSiO)膜、ハフニウムシリコン酸窒化(HfSiON)膜、ジルコニウムシリコン酸化(ZrSiO)膜を用いてもよい。 In the above-described embodiment, the hafnium oxide (HfO x ) film is used as the high dielectric constant film. However, a hafnium silicon oxide (HfSiO) film or a hafnium aluminum oxide (HfAlO) film, which is an example of this, may be used. Good. Further, the present invention is not limited to this, and a zirconium oxide (ZrO x ) film, a zirconium aluminum oxide (ZrAlO) film, an aluminum oxide (Al x O y ) film, a lanthanum oxide (La x O y ) film, and the like thereof are also included. For example, it can be applied to a lanthanum aluminum oxide (LaAlO) film, a strontium titanate (SrTiO) film, an yttrium oxide (YO) film, a barium titanate (BaTiO) film, or a high dielectric constant film in which these are laminated or combined. it can. Further, a film in which these materials are combined with silicon oxide (SiO) or silicon nitride (SiN) may be used. For example, a hafnium silicon oxide (HfSiO) film, a hafnium silicon oxynitride (HfSiON) film, or a zirconium silicon oxide film may be used. A (ZrSiO) film may be used.
また、上述の実施形態では、金属含有膜として、チタンアルミニウム窒化(TiAlN)膜又はチタニウム窒化(TiN)膜を用いたが、これに限らず、チタンアルミニウム炭化(TiAlC)膜、チタンアルミニウム炭窒化(TiAlCN)膜、チタン炭窒化(TiCN)膜、タンタルアルミ窒化(TaAlN)膜、タンタル窒化(TaN)膜、タンタルアルミニウム炭窒化(TaAlCN)膜、タンタル炭窒化(TaCN)膜、タングステンアルミニウム窒化(WAlN)膜、タングステン窒化(WN)膜、タングステンアルミニウム炭窒化(WAlCN)膜、タングステン炭窒化(WCN)膜、ルテニウム(Ru)膜、ルテニウム酸化(RuO)膜、コバルト(Co)膜、ニッケル(Ni)膜、タングステン(W)膜、炭化タングステン(WC)膜、タングステンシリコン窒化(WSiN)膜、タングステン硼炭化(WBC)膜、タングステン硼炭窒化(WBCN)膜、タングステンアルミニウム炭化(WAlC)膜等にも適用することができる。また、これらの膜を積層した膜であってもよく、例えば、TiAlC膜上にTiN膜を形成させた積層膜や、TiAlC膜上にタングステン(W)膜を形成させた積層膜を用いてもよい。 In the above-described embodiment, a titanium aluminum nitride (TiAlN) film or a titanium nitride (TiN) film is used as the metal-containing film. However, the present invention is not limited thereto, and a titanium aluminum carbonized (TiAlC) film or a titanium aluminum carbonitride ( TiAlCN) film, titanium carbonitride (TiCN) film, tantalum aluminum nitride (TaAlN) film, tantalum nitride (TaN) film, tantalum aluminum carbonitride (TaAlCN) film, tantalum carbonitride (TaCN) film, tungsten aluminum nitride (WAlN) Film, tungsten nitride (WN) film, tungsten aluminum carbonitride (WAlCN) film, tungsten carbonitride (WCN) film, ruthenium (Ru) film, ruthenium oxide (RuO) film, cobalt (Co) film, nickel (Ni) film , Tungsten (W) film, tungsten carbide (WC) layer, a tungsten silicon nitride (WSiN) film, a tungsten boron carbon reduction (WBC) film, a tungsten boron carbon nitride (WBCN) film can also be applied to the tungsten aluminum carbide (WAlC) film or the like. Alternatively, a film in which these films are stacked may be used. For example, a stacked film in which a TiN film is formed on a TiAlC film or a stacked film in which a tungsten (W) film is formed on a TiAlC film may be used. Good.
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(付記1)
本発明の一態様によれば、
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する工程と、
前記基板にマイクロ波を供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
(Appendix 1)
According to one aspect of the invention,
Carrying a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed into a processing chamber;
Supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber;
Supplying microwaves to the substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.
(付記2)
付記1に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記高誘電率膜は、前記基板にシリコン酸化膜を介して形成され、前記金属含有膜は、前記高誘電率膜の上に形成されている。
(Appendix 2)
A method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, preferably,
The high dielectric constant film is formed on the substrate via a silicon oxide film, and the metal-containing film is formed on the high dielectric constant film.
(付記3)
付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記金属含有膜は、遷移金属含有膜である。
(Appendix 3)
A method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1 or 2, preferably,
The metal-containing film is a transition metal-containing film.
(付記4)
付記3に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記遷移金属含有膜は、アルミニウム、臭素、炭素、窒素のいずれか若しくは2つ以上を含む。
(Appendix 4)
A method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 3, preferably,
The transition metal-containing film contains any one or more of aluminum, bromine, carbon, and nitrogen.
(付記5)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記金属含有膜は、チタン含有膜である。
(Appendix 5)
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, preferably,
The metal-containing film is a titanium-containing film.
(付記6)
付記1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波を供給する工程の前に、前記処理室内の酸素濃度を低酸素濃度にする工程を有する。
(Appendix 6)
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, preferably,
Before the step of supplying the microwave, there is a step of reducing the oxygen concentration in the processing chamber to a low oxygen concentration.
(付記7)
付記6に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記低酸素濃度は、1ppm以下である。
(Appendix 7)
A method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, preferably,
The low oxygen concentration is 1 ppm or less.
(付記8)
付記1乃至7に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波を供給する工程では、前記処理室内にプラズマを発生させないように当該処理室内の圧力を制御する。
(Appendix 8)
A method of manufacturing a semiconductor device according to appendixes 1 to 7, preferably,
In the step of supplying the microwave, the pressure in the processing chamber is controlled so that plasma is not generated in the processing chamber.
(付記9)
付記1乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波の周波数は、1GHz〜100GHzである。
(Appendix 9)
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 8, preferably,
The frequency of the microwave is 1 GHz to 100 GHz.
(付記10)
付記1乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記マイクロ波を供給する工程では、前記金属含有膜よりも前記高誘電率膜を加熱するように、前記マイクロ波と前記処理室内雰囲気を調整する。
(Appendix 10)
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9, preferably,
In the step of supplying the microwave, the microwave and the atmosphere in the processing chamber are adjusted so that the high dielectric constant film is heated rather than the metal-containing film.
(付記11)
他の態様によれば、
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記ガス供給部と前記マイクロ波供給部とを制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
(Appendix 11)
According to another aspect,
A processing chamber into which a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed is carried;
A gas supply unit for supplying a processing gas to the substrate;
A microwave supply unit for supplying microwaves to the substrate;
A control unit for controlling the gas supply unit and the microwave supply unit;
A substrate processing apparatus is provided.
(付記12)
他の態様によれば、
高誘電率膜と金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、
前記基板にマイクロ波を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
(Appendix 12)
According to another aspect,
A procedure for carrying a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed into a processing chamber;
A procedure for supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber;
Supplying microwaves to the substrate;
A program for causing a computer to execute is provided.
(付記13)
他の態様によれば、
高誘電率膜と、金属含有膜が形成された基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、
前記基板にマイクロ波を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが格納された記録媒体が提供される。
(Appendix 13)
According to another aspect,
A procedure for carrying a high dielectric constant film and a substrate on which a metal-containing film is formed into a processing chamber;
A procedure for supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber;
Supplying microwaves to the substrate;
A recording medium storing a program for causing a computer to execute is provided.
10…処理室
11…ウェハ
13…基板支持ピン
18…処理容器
19…マイクロ波供給部
20…マイクロ波発生部
21…導波路
22…導波口
50…ガス供給部
52…ガス供給管
53…開閉バルブ
54…流量制御装置
55…ガス供給源
60…ガス排出部
62…ガス排出管
63…圧力調整バルブ
64…真空ポンプ
71…ウェハ搬送口
72…ゲートバルブ
73…ゲートバルブ駆動部
80…制御部
100…基板処理装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する工程と、
前記基板にマイクロ波を供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 Carrying a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed into a processing chamber;
Supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber;
Supplying microwaves to the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記ガス供給部と前記マイクロ波供給部とを制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 A processing chamber into which a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed is carried;
A gas supply unit for supplying a processing gas to the substrate;
A microwave supply unit for supplying microwaves to the substrate;
A control unit for controlling the gas supply unit and the microwave supply unit;
A substrate processing apparatus.
前記処理室内に搬入された前記基板上に処理ガスを供給する手順と、
前記基板にマイクロ波を供給する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 A procedure for carrying a substrate on which a high dielectric constant film and a metal-containing film are formed into a processing chamber;
A procedure for supplying a processing gas onto the substrate carried into the processing chamber;
Supplying microwaves to the substrate;
A program that causes a computer to execute.
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