JP4268429B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置および基板処理方法に係り、さらには高誘電体膜を有する、超微細化高速半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
今日の超高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、０．１μｍ以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
しかしゲート長が０．１μｍ以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、従来の熱酸化膜を使った場合、１〜２ｎｍ、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。
【０００４】
このような事情で、比誘電率が従来の熱酸化膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもＳｉＯ2膜に換算した場合の膜厚が小さいＴａ2Ｏ5やＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2、さらにはＺｒＳｉＯ4あるいはＨｆＳｉＯ4のような高誘電体材料（いわゆるｈｉｇｈ−Ｋ材料）をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が０．１μｍ以下と、非常に短い超高速半導体装置においても１０ｎｍ程度の物理的膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。
【０００５】
例えば従来よりＴａ2Ｏ5膜はＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5およびＯ2を気相原料としたＣＶＤ法により形成できることが知られている。典型的な場合、ＣＶＤプロセスは減圧環境下、約４８０°Ｃ、あるいはそれ以上の温度で実行される。このようにして形成されたＴａ2Ｏ5膜は、さらに酸素雰囲気中において熱処理され、その結果、膜中の酸素欠損が解消され、また膜自体が結晶化する。このようにして結晶化されたＴａ2Ｏ5膜は大きな比誘電率を示す。
【０００６】
チャネル領域中のキャリアモビリティーを向上させる観点からは、高誘電体ゲート酸化膜とシリコン基板との間に、１ｎｍ以下、好ましくは０．８ｎｍ以下の厚さのきわめて薄いベース酸化膜を介在させるのが好ましい。ベース酸化膜は非常に薄い必要があり、厚さが厚いと高誘電体膜をゲート絶縁膜に使った効果が相殺される。一方、かかる非常に薄いベース酸化膜は、シリコン基板表面を一様に覆う必要があり、また界面準位等の欠陥を形成しないことが要求される。
【０００７】
従来より、薄いゲート酸化膜はシリコン基板の急速熱酸化（ＲＴＯ）処理により形成されるのが一般的であるが、熱酸化膜を所望の１ｎｍ以下の厚さに形成しようとすると、膜形成時の処理温度を低下させる必要がある。しかし、このように低温で形成された熱酸化膜は界面準位等の欠陥を含みやすく、高誘電体ゲート絶縁膜のベース酸化膜としては不適当である。
【０００８】
【非特許文献１】
Bruce E. Deal, J.Electrochem. Soc. 121.198C(1974)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベース酸化膜を１ｎｍ以下、例えば０．８ｎｍ以下、さらには０．３〜０．４ｎｍ前後の厚さで一様に、かつ安定に形成するのは、従来より非常に困難であった。例えば膜厚が０．３〜０．４ｎｍの場合、酸化膜は２〜３原子層分の膜厚しか有さないことになる。
【００１０】
また、従来より、原子間結合価数が大きく、いわば「剛性の高い」シリコン単結晶基板表面に直接に、原子間結合価数の小さい、いわば「剛性の低い」金属酸化膜を形成すると、シリコン基板と金属酸化膜の界面が力学的に不安定になり欠陥を発生させる可能性が指摘されており（例えばG. Lucovisky, et al., Appl. Phys. Lett. 74, pp.2005, 1999）、この問題を回避するために、シリコン基板と金属酸化膜との界面に窒素を１原子層分導入した酸窒化層を遷移層として形成することが提案されている。また、高誘電体ゲート絶縁膜のベース酸化膜として、このように酸窒化膜を形成することは、高誘電体ゲート絶縁膜中の金属元素あるいは酸素とシリコン基板を構成するシリコンとの相互拡散を抑制したり、電極からのドーパントの拡散を抑制するのにも有効であると考えられる。
【００１１】
図１には、シリコン基板に酸化膜を形成した後、酸窒化膜を形成する基板処理装置１００の例を示す。
【００１２】
図１を参照するに、ドライポンプなどの排気手段１０４が接続された排気口１０３によって内部を排気される処理容器１０１を有する基板処理装置１００は、その内部に被処理基板であるウェハＷ０を保持する基板保持台を有している。
【００１３】
基板保持台１０２に載置されたウェハＷ０は、処理容器１０１側壁面上に設けられたリモートプラズマラジカル源１０５から供給されるラジカルにより、酸化もしくは窒化されて、ウェハＷ０上に酸化膜もしくは酸窒化膜を形成する。
【００１４】
前記リモートプラズマラジカル源は、高周波プラズマにより、酸素ガスもしくは窒素ガスを解離して酸素ラジカルもしくは窒素ラジカルをウェハＷ０上に供給する。
【００１５】
このような酸窒化膜を形成するにあたり、処理容器でシリコン基板を酸化した後に、当該処理容器で窒化処理を行う場合には、前記処理容器中などに残存する酸素や水分などの微量の不純物の影響が無視できなくなり、窒化処理の際に酸化反応を生じ、酸化膜を増膜させてしまうおそれがある。このように酸窒化処理の際に酸化膜が増膜してしまうと、高誘電体ゲート絶縁膜を使う効果は相殺されてしまう。
【００１６】
従来より、このように非常に薄い酸窒化膜を安定に、再現性良く、しかも酸化による増膜を伴うことなく窒化するのは、非常に困難であった。
【００１７】
また、酸素ラジカルを生成する酸素ラジカル生成部と窒素ラジカルを生成する窒素ラジカル生成部を分離した基板処理装置も提案されている。
【００１８】
図２には、ラジカル生成部を２つ有する基板処理装置１１０の例を示す。
【００１９】
図２を参照するに、ドライポンプなどの排気手段１２０が接続された排気口１１９によって内部を排気され、基板保持台１１８が設けられた処理容器１１１を有する基板処理装置１１０は、基板保持台１１８に載置されたウェハＷ０を、酸素ラジカルによって酸化し、その後窒素ラジカルによって窒化することが可能な構造となっている。
【００２０】
前記処理容器１１１には、上壁部に紫外光源１１３および紫外光を透過する透過窓１１４が設けられ、ノズル１１５から供給される酸素ガスを紫外光によって解離して酸素ラジカルを生成する構造となっている。
【００２１】
このようにして形成された酸素ラジカルによって、シリコン基板表面が酸化されて酸化膜を形成する。
【００２２】
さらに、前記処理容器１１１の側壁にはリモートプラズマラジカル源１１６が設置され、高周波プラズマによって窒素ガスを解離して、窒素ラジカルを前記処理容器１１１に供給して、ウェハＷ０上の酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。
【００２３】
このように、酸素ラジカル生成部と、窒素ラジカル生成部を分離した基板処理装置が提案されている。このような基板処理装置を使うことにより、シリコン基板上に、膜厚が０．４ｎｍ前後の酸化膜を形成し、これをさらに窒化して酸窒化膜を形成することが可能となっている。
【００２４】
一方、このようなシリコン基板の酸化処理と窒化処理を連続して行う基板処理装置において、酸化処理と窒化処理とをリモートプラズマラジカル源を使って行いたいとの要望がある。
【００２５】
また、図２の基板処理装置を使った場合でも、前記した残留酸素の影響を抑えて酸化による増膜の影響を極力排除するには、酸化処理の後、例えば処理容器内を真空排気して、不活性ガスで満たし、さらに真空排気と不活性ガスを満たす作業を繰り返すパージ作業など、残留酸素の低減のための処理が必要となり、スループットが低下してしまい、生産性が低下してしまうという問題があった。
【００２６】
そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理装置および基板処理方法を提供することを概括的課題とする。
【００２７】
本発明の具体的な課題は、シリコン基板表面に非常に薄い、典型的には２〜４原子層分以下の厚さの酸化膜を形成し、さらにこれを窒化して、当該窒化の際に前記酸化膜の増膜量を抑制して酸窒化膜を形成することのできる、生産性の良好である、基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記窒素ラジカル流路の中心と、前記酸素ラジカル流路の中心が、前記被処理基板の略中心で交差することを特徴とする基板処理装置により、また、
請求項２に記載したように、
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記窒素ラジカル流路を衝突させて前記窒素ラジカル流路の向きを変更する整流板を設けたことを特徴とする基板処理装置により、また、
請求項３に記載したように、
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素 ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記酸素ラジカル流路を衝突させて前記酸素ラジカル流路の向きを変更する整流板を設けたことを特徴とする基板処理装置により、解決する。
【００２９】
本発明によれば、処理容器でシリコン基板上に非常に薄いベース酸化膜を、酸窒化膜を含めて形成する際に、ベース酸化膜形成時に用いた酸素や酸素化合物などの残留物が、酸窒化膜形成時にシリコン基板の酸化を進行させてベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、さらに生産性も良好となる。
【００３０】
その結果、半導体装置において用いる場合に適切な非常に薄いベース酸化膜と、当該ベース酸化膜上の適切な窒素濃度の酸窒化膜を、良好な生産性で形成することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき、説明する。
【００３２】
まず、本発明による基板処理装置および基板処理方法によって形成される半導体装置の例を図３に示す。
【００３３】
図３を参照するに、半導体装置２００はシリコン基板２０１上に形成されており、シリコン基板２０１上には薄いベース酸化膜２０２を介して、Ｔａ2Ｏ5，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＳｉＯ4，ＨｆＳｉＯ4等の高誘電体ゲート絶縁膜２０３が形成され、さらに前記高誘電体ゲート絶縁膜２０３上にはゲート電極２０４が形成されている。
【００３４】
図３の半導体装置２００では、前記ベース酸化膜２０２の表面部分に、シリコン基板２０１とベース酸化膜２０２との間の界面の平坦性が保たれるような範囲で窒素（Ｎ）がドープされ、酸窒化膜２０２Ａが形成されている。シリコン酸化膜よりも比誘電率の大きい酸窒化膜２０２Ａをベース酸化膜２０２中に形成することにより、ベース酸化膜２０２の熱酸化膜換算膜厚をさらに減少させることが可能になる。
【００３５】
以下に、処理容器で前記ベース酸化膜２０２形成後に、当該処理容器で当該酸窒化膜２０２Ａを形成する際に、前記処理容器中などに残存する酸素や水分などの微量の不純物の影響を排除することにより、窒化処理の際に酸化反応による酸化膜の増膜を抑制でき、かつ効率的な基板処理が可能な、本発明による基板処理装置および基板処理方法に関して説明する。
［第１実施例］
図４は、図３のシリコン基板２０１上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成するための、本発明の第１実施例による基板処理装置２０の概略的構成を示す。
【００３６】
図４を参照するに、基板処理装置２０は、ヒータ２２Ａを備えプロセス位置と基板搬入・搬出位置との間を上下動自在に設けられた基板保持台２２を収納し、前記基板保持台２２と共に処理空間２１Ｂを画成する処理容器２１を備えており、前記基板保持台２２は駆動機構２２Ｃにより回動される。なお、前記処理容器２１の内壁面は石英ガラスよりなる内部ライナ２１Ｇにより覆われており、これにより、露出金属面からの被処理基板の金属汚染を１×１０10原子／ｃｍ2以下のレベルに抑制している。
【００３７】
また前記基板保持台２２と駆動機構２２Ｃとの結合部には磁気シール２８が形成され、磁気シール２８は真空環境に保持される磁気シール室２２Ｂと大気環境中に形成される駆動機構２２Ｃとを分離している。磁気シール２８は液体であるため、前記基板保持台２２は回動自在に保持される。
【００３８】
図示の状態では、前記基板保持台２２はプロセス位置にあり、下側に被処理基板の搬入・搬出のための搬入・搬出室２１Ｃが形成されている。前記処理容器２１はゲートバルブ２７Ａを介して基板搬送ユニット２７に結合されており、前記基板保持台２２が搬入・搬出２１Ｃ中に下降した状態において、前記ゲートバルブ２７Ａを介して基板搬送ユニット２７から被処理基板Ｗが基板保持台２２上に搬送され、また処理済みの基板Ｗが基板保持台２２から基板搬送ユニット２７に搬送される。
【００３９】
図４の基板処理装置２０では、前記処理容器２１のゲートバルブ２７Ａに近い部分に排気口２１Ａが形成されており、前記排気口２１Ａにはバルブ２３ＡおよびＡＰＣ（自動圧力制御装置）２３Ｄを介してターボ分子ポンプ２３Ｂが結合されている。前記ターボ分子ポンプ２３Ｂには、さらにドライポンプおよびメカニカルブースターポンプを結合して構成したポンプ２４がバルブ２３Ｃを介して結合されており、前記ターボ分子ポンプ２３Ｂおよびドライポンプ２４を駆動することにより、前記処理空間２１Ｂの圧力を１．３３×１０−１〜１．３３×１０−４Ｐａ（１０−３〜１０−６Ｔｏｒｒ）まで減圧することが可能になる
一方、前記排気口２１Ａはバルブ２４ＡおよびＡＰＣ２４Ｂを介して直接にもポンプ２４に結合されており、前記バルブ２４Ａを開放することにより、前記プロセス空間は、前記ポンプ２４により１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の圧力まで減圧される。
【００４０】
前記処理容器２１には前記被処理基板Ｗに対して排気口２１Ａと対向する側にリモートプラズマ源２６および３６が設置されている。
【００４１】
前記リモートプラズマ源３６は、Ａｒなどの不活性ガスと共に酸素ガスが供給され、これをプラズマにより活性化することにより、酸素ラジカルを形成することが可能である。このようにして形成された酸素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、回動している基板表面を酸化する。
【００４２】
これにより、前記被処理基板Ｗの表面に、１ｎｍ以下の膜厚の、特に２〜３原子層分の厚さに相当する約０．４ｎｍの膜厚のラジカル酸化膜を形成することが可能になる。
【００４３】
図４の基板処理装置２０では、さらに前記搬入・搬出室２１Ｃを窒素ガスによりパージするパージライン２１ｃが設けられ、さらに前記磁気シール室２２Ｂを窒素ガスによりパージするパージライン２２ｂおよびその排気ライン２２ｃが設けられている。
【００４４】
より詳細に説明すると、前記排気ライン２２ｃにはバルブ２９Ａを介してターボ分子ポンプ２９Ｂが結合され、前記ターボ分子ポンプ２９Ｂはバルブ２９Ｃを介してポンプ２４に結合されている。また、前記排気ライン２２ｃはポンプ２４とバルブ２９Ｄを介しても直接に結合されており、これにより磁気シール室２２Ｂを様々な圧力に保持することが可能になる。
【００４５】
前記搬入・搬出室２１Ｃはポンプ２４によりバルブ２４Ｃを介して排気され、あるいはターボ分子ポンプ２３Ｂによりバルブ２３Ｄを介して排気される。前記処理空間２１Ｂ中において汚染が生じるのを回避するために、前記搬入・搬出室２１Ｃは処理空間２１Ｂよりも低圧に維持され、また前記磁気シール室２２Ｂは差動排気されることで前記搬入・搬出室２１Ｃよりもさらに低圧に維持される。
【００４６】
次に、本基板処理装置で用いるリモートプラズマ源２６および３６の詳細に関して以下に説明する。
【００４７】
図５は、図４の基板処理装置２０において使われるリモートプラズマ源２６および３６の構成を示す。前記処理容器２１には、リモートプラズマ源２６とリモートプラズマ源３６が隣接して設置されている。例えば、前記リモートプラズマ源３６は、前記リモートプラズマ源２６に対して、隣接した面に対して略線対称の形状をしている。
【００４８】
図５を参照するに、まず、リモートプラズマ源２６は、内部にガス循環通路２６ａとこれに連通したガス入り口２６ｂおよびガス出口２６ｃを形成された、典型的にはアルミニウムよりなるブロック２６Ａを含み、前記ブロック２６Ａの一部にはフェライトコア２６Ｂが形成されている。
【００４９】
前記ガス循環通路２６ａおよびガス入り口２６ｂ、ガス出口２６ｃの内面にはフッ素樹脂コーティング２６ｄが施され、前記フェライトコア２６Ｂに巻回されたコイルに周波数が４００ｋＨｚの高周波（ＲＦ）パワーを供給することにより、前記ガス循環通路２６ａ内にプラズマ２６Ｃが形成される。
【００５０】
プラズマ２６Ｃの励起に伴って、前記ガス循環通路２６ａ中には窒素ラジカルおよび窒素イオンが形成されるが、直進性の強い窒素イオンは前記循環通路２６ａを循環する際に消滅し、前記ガス出口２６ｃからは主に窒素ラジカルＮ2*が放出される。さらに図５の構成では前記ガス出口２６ｃに接地されたイオンフィルタ２６ｅを設けることにより、窒素イオンをはじめとする荷電粒子が除去され、前記処理空間２１Ｂには窒素ラジカルのみが供給される。また、前記イオンフィルタ２６ｅを接地させない場合においても、前記イオンフィルタ２６ｅの構造は拡散板として作用するため、十分に窒素イオンをはじめとする荷電粒子を除去することができる。なお、大量のＮ2ラジカルを必要とするプロセスを実行する場合においては、イオンフィルタ２６ｅでのＮ2ラジカルの衝突による消滅を防ぐため、イオンフィルタ２６ｅを取り外す場合もある。
【００５１】
同様に、前記リモートプラズマ源３６は、内部にガス循環通路３６ａとこれに連通したガス入り口３６ｂおよびガス出口３６ｃを形成された、典型的にはアルミニウムよりなるブロック３６Ａを含み、前記ブロック３６Ａの一部にはフェライトコア３６Ｂが形成されている。
【００５２】
前記ガス循環通路３６ａおよびガス入り口３６ｂ、ガス出口３６ｃの内面にはフッ素樹脂コーティング３６ｄが施され、前記フェライトコア３６Ｂに巻回されたコイルに周波数が４００ｋＨｚの高周波（ＲＦ）パワーを供給することにより、前記ガス循環通路３６ａ内にプラズマ３６Ｃが形成される。
【００５３】
プラズマ３６Ｃの励起に伴って、前記ガス循環通路３６ａ中には酸素ラジカルおよび酸素イオンが形成されるが、直進性の強い酸素イオンは前記循環通路３６ａを循環する際に消滅し、前記ガス出口３６ｃからは主に酸素ラジカルＯ2*が放出される。さらに図５の構成では前記ガス出口３６ｃに接地されたイオンフィルタ３６ｅを設けることにより、酸素イオンをはじめとする荷電粒子が除去され、前記処理空間２１Ｂには酸素ラジカルのみが供給される。また、前記イオンフィルタ３６ｅを接地させない場合においても、前記イオンフィルタ３６ｅの構造は拡散板として作用するため、十分に酸素イオンをはじめとする荷電粒子を除去することができる。なお、大量のＯ2ラジカルを必要とするプロセスを実行する場合においては、イオンフィルタ３６ｅでのＯ2ラジカルの衝突による消滅を防ぐため、イオンフィルタ３６ｅを取り外す場合もある。
【００５４】
前記したように、酸素ラジカルを形成する酸素ラジカル形成部と、窒素ラジカルを形成する窒素ラジカル形成部を分離したことにより、被処理基板Ｗであるシリコン基板を酸化してベース酸化膜を形成した後、当該ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合、窒化工程における残留酸素の影響が少なくなる。
【００５５】
例えば、同一のラジカル源で、まず酸素ラジカルでシリコン基板の酸化を行い、連続的に窒素ラジカルを用いた窒化をおこなうと、当該ラジカル源に、酸化の際に用いた酸素や酸素を含む生成物が残留し、窒化工程において、残留した酸素による酸化が進行してしまい、酸化膜の増膜が起こる問題がある。
【００５６】
本実施例の場合は、前記したようなラジカル形成部の残留酸素によって窒化工程においてシリコン基板の酸化が進んでしまう酸化膜の増膜現象の影響を抑えることが可能となり、その結果、図３中の前記ベース酸化膜２０２の増膜が少ない、理想的なベース酸化膜および酸窒化膜を形成することができる。
【００５７】
また、前記したような残留酸素の影響があった場合、酸化が促進されて増膜が生じる一方で、前記酸窒化膜２０２Ａの窒素濃度が低くなってしまう場合があるが、前記基板処理装置２０の場合、残留酸素の影響が少なくなるため、窒化が進行し、所望の窒素濃度に調整することが可能となる。
【００５８】
また、本発明による基板処理装置２０の場合、窒素ラジカルを生成するリモートプラズマ源２６と、酸素ラジカルを生成するリモートプラズマ源３６のラジカル発生機構が同一であるため、ラジカル源を分離しながらも構造が単純となり、基板処理装置のコストを低減させることができる。また、メンテナンスも容易となるため、基板処理装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００５９】
次に、前記基板処理装置２０により、図３のシリコン基板２０２上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成する方法について、図面に基づき、説明する。
［第２実施例］
図６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４の基板処理装置２０を使って被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う場合を示す側面図および平面図である。
【００６０】
図６（Ａ），（Ｂ）を参照するに、リモートプラズマラジカル源３６にはＡｒガスと酸素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚの周波数で高周波励起することにより酸素ラジカルが形成される。形成された酸素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａおよびポンプ２４を介して排気される。その結果前記処理空間２１Ｂは、基板Ｗのラジカル酸化に適当な、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲のプロセス圧に設定される。特に６．６５Ｐａ〜１３３Ｐａ（０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ）の圧力範囲を使うのが好ましい。このようにして形成された酸素ラジカルは、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している被処理基板Ｗの表面を酸化して、前記被処理基板Ｗであるシリコン基板表面に１ｎｍ以下の膜厚の非常に薄い酸化膜、特に２〜３原子層に相当する約０．４ｎｍの膜厚の酸化膜を、安定に再現性良く形成することが可能になる。
【００６１】
図６（Ａ），（Ｂ）の酸化工程では、酸化工程に先立ちパージ工程を行うことも可能である。前記パージ工程では前記バルブ２３Ａおよび２３Ｃが開放され、バルブ２４Ａが閉鎖されることで前記処理空間２１Ｂの圧力が１．３３×１０-1〜１．３３×１０-4Ｐａの圧力まで減圧され、処理空間２１Ｂ中に残留している水分などがパージされる。
【００６２】
なお、酸化処理においては、排気経路として、ターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【００６３】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合はパージする際に残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことで残留ガスを排除しやすい利点がある。
【００６４】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【００６５】
このように、図４の基板処理装置２０を使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、当該酸化膜表面を次に図７（Ａ），（Ｂ）で後述するようにさらに窒化することが可能になる。
［第３実施例］
図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４の基板処理装置２０を使って被処理基板Ｗのラジカル窒化を行う場合を示す側面図および平面図である。
【００６６】
図７（Ａ），（Ｂ）を参照するに、リモートプラズマラジカル源２６にはＡｒガスと窒素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚの周波数で高周波励起することにより窒素ラジカルが形成される。形成された窒素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａおよびポンプ２４を介して排気される。その結果前記処理空間２１Ｂは、基板Ｗのラジカル窒化に適当な、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲のプロセス圧に設定される。特に６．６５〜１３３Ｐａ（０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ）の圧力範囲を使うのが好ましい。このようにして形成された窒素ラジカルは、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している被処理基板Ｗの表面を窒化する。
【００６７】
図７（Ａ），（Ｂ）の窒化工程では、窒化工程に先立ち、パージ工程を行うことも可能である。前記パージ工程では前記バルブ２３Ａおよび２３Ｃが開放され、バルブ２４Ａが閉鎖されることで前記処理空間２１Ｂの圧力が１．３３×１０-1〜１．３３×１０-4Ｐａの圧力まで減圧され、処理空間２１Ｂ中に残留している酸素や水分がパージされる。
【００６８】
窒化処理においても、排気経路としてターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【００６９】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合はパージする際に残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことで残留ガスを排除しやすい利点がある。
【００７０】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【００７１】
このように、図４の基板処理装置２０を使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、その酸化膜表面をさらに窒化することが可能になる。
［第４実施例］
ところで、前記した被処理基板Ｗ上の酸化膜の窒化工程において、リモートプラズマ源２６によって生成された窒素ラジカルは、前記リモートプラズマ源２６の前記ガス出口２６ｃより前記処理容器２１内部、前記処理空間２１Ｂに供給されて、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、さらに前記排気口２１Ａに向かう窒素ラジカル流路を形成する。
【００７２】
前記したような窒素ラジカル流路が形成される様子を模式的に示したものを図８に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
図８は、前記リモートプラズマ源２６および前記被処理基板Ｗの位置関係を、前記ガス出口２６ｃより供給される窒素ラジカルが形成する窒素ラジカル流路Ｒ１、およびその結果として前記被処理基板Ｗ上に形成されるラジカル分布と共に概略的に示す。
【００７４】
図８を参照するに、前記ガス出口２６ｃから供給された窒素ラジカルは、当該ガス出口２６ｃから前記排出口２１Ａに向かう窒素ラジカル流路Ｒ１を形成する。ここで前記被処理基板Ｗの中心をウェハ中心Ｃとし、前記ウェハ中心Ｃを通って直行するｘ軸とｙ軸を、前記リモートプラズマ源２６が設置される前記処理容器２１の第１の側から前記排気口２１Ａの設けられた前記処理容器２１の第２の側に向かう軸をｘ軸とし、直行する軸をｙ軸と設定する。
【００７５】
また、前記窒素ラジカル流路Ｒ１が、前記被処理基板Ｗの酸化膜を窒化する範囲を領域Ｓ１で示す。この場合、被処理基板Ｗは回動していないものとする。
【００７６】
この場合、前記領域Ｓ１のｘ軸方向の長さＸ１は、窒素ラジカルの流量、すなわち前記リモートプラズマ源２６に導入される窒素の流量にほぼ依存すると考えられる。
【００７７】
また、前記窒素ラジカル流路Ｒ１が、前記被処理基板Ｗ上を通過する際の前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心と前記ウェハ中心Ｃの距離をＹ１とすると、前記被処理基板Ｗを回動させた場合の前記被処理基板Ｗ上の酸窒化膜の膜厚の分散値σは、前記距離Ｘ１と距離Ｙ１に依存すると考えられる。
【００７８】
次に、前記距離Ｘ１および距離Ｙ１を変化させた場合の、酸窒化膜の膜厚分散値σを算定した結果を図９に示す。なお、図９は被処理基板Ｗに３００ｍｍのシリコンウェハを用いた場合である。
【００７９】
図９を参照するに、横軸は前記距離Ｘ１を示し、縦軸は酸窒化膜の膜厚分散値σを示す。系列１は前記距離Ｙ１が０ｍｍの場合、同様に系列２は距離Ｙ１が２０ｍｍ、系列３は距離Ｙ１が４０ｍｍ、系列４は距離Ｙ１が６０ｍｍ、系列５は距離Ｙ１が１００ｍｍ、系列６は距離Ｙ１が１５０ｍｍの場合を示す。
【００８０】
まず、距離Ｙ１が０の場合、すなわち前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過する場合であって、かつ前記距離Ｘ１が１００ｍｍの場合に最も前記分散値σが小さく、酸窒化膜の膜厚分布が良好である。
【００８１】
次に、それぞれの距離Ｙ１の値に対して距離Ｘ１を変化させた場合に、最も分散値σが小さくなる点をつないだ曲線を図中Ｕで示すが、前記距離Ｙ１の値が大きくなるにしたがい、前記分散値σが最も小さくなる距離Ｘ１の値が大きくなる傾向にある。また、距離Ｙ１が１００ｍｍ、１５０ｍｍの場合は前記ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃより大きく離れてしまうためこの傾向はあてはまらず、前記分散値σの値が極端に大きくなっている。
【００８２】
例えば、前記基板処理装置２０によって形成される酸化膜および酸窒化膜を、前記半導体装置２００の前記ベース酸化膜２０２および酸窒化膜２０２Ａに用いることを考えた場合、前記分散値σが１％以下である場合に酸窒化膜の膜厚分布が良好であり、半導体装置の形成に用いることが可能である。
【００８３】
そこで図９をみると、距離Ｙ１が４０ｍｍ以下の場合にσが１％以下となる距離Ｘ１の値が存在し、良好な酸窒化膜の膜厚分布を得ることが可能であると考えられる。
【００８４】
このように、酸窒化膜の膜厚分布は、前記窒素ラジカル流路Ｒ１の形成方法、すなわち前記窒素ラジカル流路Ｒ１の形成に関わる前記リモートプラズマ源２６の設置方法に大きく依存している。前記したように、理想的には、前記窒素ラジカル流路Ｒ１が前記被処理基板Ｗの中心を通過するように前記リモートプラズマ源２６を設置するのがよい。
【００８５】
但し、リモートプラズマ源３６を用いた前記被処理基板Ｗの酸化工程を考えると、以下の理由で、リモートプラズマ源３６と設置場所が干渉してしまうことが考えられる。
【００８６】
酸素ラジカルが前記リモートプラズマ源３６のガス出口３６ｃから前記排気口２１Ａに向かって形成する、被処理基板Ｗに沿った酸素ラジカル流路Ｒ２によって酸化される領域は、前記領域Ｓ１と同様の傾向を示す。このため、形成される酸化膜の膜厚分布が最も良好となる前記リモートプラズマ源３６の設置場所は、前記したｘ軸上になり、前記リモートプラズマ源２６をｘ軸上に設置しようとすると、前記リモートプラズマ源３６と干渉してしまう。
【００８７】
そこで、前記リモートプラズマ源２６および３６が干渉せず、かつ形成される酸化膜と酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるよう、前記リモートプラズマ源２６および３６を設置することが必要となる。
［第５実施例］
図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、前記リモートプラズマ源２６および３６を前記処理容器２１に設置する設置方法を示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８８】
まず、図１０（Ａ）を参照するに、前記リモートプラズマ源２６および３６が隣接し、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２が平行となるように前記処理容器２１に設置されている。
【００８９】
この場合、前記したように、前記Ｙ１が小さいほど酸窒化膜の膜厚分布が良好となるので、前記Ｙ１、すなわちｘ軸上からの前記リモートプラズマ源２６のオフセット量をできるだけ小さくし、４０ｍｍ以下とすることで酸窒化膜の膜厚の分散値σ１が１％以下となることを達成することが可能となる。
【００９０】
また、同様に、前記酸素ラジカル流路Ｒ２の中心と前記ウェハ中心Ｃの距離Ｘ２をできるだけ小さくするほど酸化膜の膜厚分布が良好となるため、Ｙ２の値すなわちｘ軸上からの前記リモートプラズマ源３６のオフセット量をできるだけ小さくし、４０ｍｍ以下とすることで酸化膜の膜厚の分散値σ２が１％以下となることを達成することが可能となると予想される。
【００９１】
次に図１０（Ｂ）を参照するに、図１０（Ｂ）の場合には、例えば前記リモートプラズマ源３６が前記ｘ軸上に設置され、前記酸素ラジカル流路Ｒ２の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するよう設置されている。前記リモートプラズマ源２６は、前記リモートプラズマ源３６より離れたところに設置されるが、以下に示すように前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するようにしている。
【００９２】
前記リモートプラズマ源２６のガス出口２６ｃ付近に、ガス整流板２６ｆを設置して窒素ラジカル流路Ｒ１の向きを変更している。すなわち、前記ガス出口２６ｃから供給される前記窒素ラジカル流路Ｒ１を前記ガス整流板２６ｆに衝突させ、さらに前記窒素ラジカル流路Ｒ１を当該ガス整流板２６ｆに沿った流れ、例えば図中に示すようにｘ軸に対してθ１の角度を形成する流れとして、向きが変更された後の窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するようにしている。
【００９３】
この場合、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過するため、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となる。
【００９４】
また、前記リモートプラズマ源２６と３６を離れたところに設置できるために、設計やレイアウトの自由度が上がり、さらに前記θ１の角度を変更した整流板を用いることで、様々な位置に前記リモートプラズマ源２６を設置することが可能となる。
【００９５】
さらに前記リモートプラズマ源２６を前記ｘ軸上に配して、前記リモートプラズマ源３６のガス出口３６ｃ付近に整流板を設置することも可能であり、この場合も同様にして、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【００９６】
その上、前記リモートプラズマ源２６，３６を共にｘ軸から離れたところに配して、それぞれのガス出口２６Ｃ、３６Ｃ付近に整流板を設置することも可能であり、この場合も同様にして前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心が共に前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【００９７】
このようにすれば、設計やレイアウトの自由度がさらに上がり、前記θ１の角度を変更した２つの整流板を用いることで様々な位置にリモートプラズマ源２６、３６を設置することが可能となる。
【００９８】
また、整流板をリモートプラズマ源の内部、すなわちガス出口の内側に設置することも可能である。この場合処理容器２１の内部に整流板の設置場所を確保することが不要となる。
【００９９】
さらに、前記窒素ラジカル流路Ｒ１の向きを変更する方法の例として、図１０（Ｃ）に示す方法をとることも可能である。
【０１００】
図１０（Ｃ）を参照するに、本図においては図１０（Ｂ）の場合と同様に、例えば前記リモートプラズマ源３６が前記ｘ軸上に設置され、前記酸素ラジカル流路Ｒ２の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するよう設置されている。前記リモートプラズマ源２６は、前記リモートプラズマ源３６より離れたところに設置されるが、以下に示すように前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するようにしている。
【０１０１】
この場合、前記リモートプラズマ源２６のガス出口２６ｃから供給される前記窒素ラジカル流路Ｒ１が、前記ｘ軸に対して例えばθ２の角度を形成するよう前記リモートプラズマ源２６がｘ軸に対して傾けて設置され、前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過する構造となっている。
【０１０２】
そのため、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過するため、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となる。
【０１０３】
また、前記リモートプラズマ源２６と３６を離れたところに設置できるために、設計やレイアウトの自由度が上がり、さらに前記θ２の角度を変更することで前記リモートプラズマ源２６の設置場所を様々に変更することが可能となる。
【０１０４】
さらに前記リモートプラズマ源２６を前記ｘ軸上に配して、前記リモートプラズマ源３６を前記ｘ軸に対して傾けて設置することも可能であり、この場合も同様にして、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【０１０５】
その上、前記リモートプラズマ源２６、３６をともにｘ軸から離れたところに配して、それぞれ前記ｘ軸に対して傾けて設置することも可能であり、この場合も同様にして前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【０１０６】
このようにすれば設計レイアウトや自由度がさらに上がり前記θ２の角度をそれぞれ変更することで前記リモートプラズマ源２６，３６の設置場所を様々に変更することが可能である。
【０１０７】
また、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）に前記した方法により、前記窒素ラジカル流路Ｒ１または酸素ラジカル流路Ｒ２の向きを変更した場合、向きを変更した後の前記Ｒ１またはＲ２が前記ウェハ中心Ｃを通過するのが最も酸窒化膜および酸化膜の膜厚分布が良好であるが、前記Ｒ１またはＲ２と前記ウェハ中心Ｃの距離が４０ｍｍ以下であれば、酸窒化膜または酸化膜の膜厚分散値σは１％以下を確保することができると考えられる。
【０１０８】
また、図１０（Ｂ）に示したような整流板と、図１０（Ｃ）に示したリモートプラズマ源をｘ軸に対して傾けて設置する方法を組み合わせて実施することも可能であり、その場合さらに様々な場所に前記リモートプラズマ源２６および３６を設置してさらに前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好とすることができる。
［第６実施例］
前記したように、処理容器において、シリコン基板を酸化して酸化膜を形成し、当該処理容器で当該酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合、酸化の工程において用いた酸素および酸素を含む残留物の影響で窒化処理の際に酸化反応を生じ、酸化膜を増膜させてしまうおそれがある。このように酸窒化処理の際に酸化膜が増膜してしまうと、前記図３に示した高誘電体ゲート絶縁膜を使う効果は相殺されてしまう。
【０１０９】
そこで、高誘電体ゲート絶縁膜のベース酸化膜および当該酸化膜上の酸窒化膜を形成する際は、ベース酸化膜の増膜の影響を排して窒化を行う事が重要である。このような酸窒化膜形成の、残留酸素の影響が多い場合と少ない場合のモデルの例を図１１に示す。図１１のグラフは、横軸がシリコン基板上に形成される酸化膜と酸窒化膜の厚さを加えた、形成される合計の膜厚を示し、縦軸が形成される酸窒化膜の窒素濃度を示している。
【０１１０】
まず、残留酸素の影響が大きい場合、図中に示したＦ０の場合は以下のようになる。Ｆ０上の点で、シリコン基板上にベース酸化膜を形成した時点をａとし、ａにおける膜厚をＴ１、窒素濃度をＣ１とする。この場合は窒化工程前であるので窒素濃度は測定限界下の値である。
【０１１１】
次に、前記ベース酸化膜を窒化して当該ベース酸化膜上に酸窒化膜を形成した状態がｂ’である。ｂ’における膜厚はＴ２’、窒素濃度はＣ２’である。さらにｂ’の状態から窒化を進めた状態がｃ’であり、膜厚はＴ３’、窒素濃度がＣ３’となる。
【０１１２】
このように、Ｆ０のケースでは酸化膜を窒化することで窒素濃度が上昇するが膜厚の増加、例えばＴ３’−Ｔ１の値が後述の残留酸素が少ない場合に比べて大きくなると予想される。また、窒素濃度の上昇も後述する残留酸素の影響が少ない場合に比べて小さくなると考えられる。
【０１１３】
次に、残留酸素の影響が少ない場合、図中に示したＦ１の場合も同様にして、シリコン基板上にベース酸化膜を形成した時点をａとし、窒化した状態をｂとし、ｂよりさらに窒化を進めた状態をｃで示す。前記Ｆ１の場合は、ｂの状態での膜厚増加が少なく、さらにｃの状態まで進めた場合の膜厚増加Ｔ３−Ｔ１の値が、前記Ｆ０の場合に比べて少ないと予想される。
【０１１４】
また、窒素濃度Ｃ２およびＣ３も、前記したＣ２’、Ｃ３’に比べて高い。これは、前記Ｆ１の場合は、処理容器中などの残留酸素の影響が少ないため、窒化工程において、残留酸素によるシリコン基板の酸化が促進されることが無く、またそのために窒化が進行しやすい為に窒素濃度が高い酸窒化膜を形成することが可能である。
【０１１５】
すなわち、処理容器中の残量酸素の影響を排することで、高誘電体ゲート絶縁膜のゲート酸化膜のベース酸化膜として好ましい厚さ、例えば約０．４ｎｍ以下を確保しながら、当該ベース酸化膜上に所望の値の酸窒化膜を形成することが可能となると考えられる。
【０１１６】
例えば前記基板処理装置２０の場合、酸化に用いる酸素ラジカルを形成するラジカル源と、窒化に用いる窒素ラジカルを形成するラジカル源は分離されているが、それでも酸素ラジカルを形成する際に用いる酸素および酸素を含む残留物の影響が完全に排除できるわけではない。
【０１１７】
次に、具体的に、残留酸素の影響を抑える方法に関して以下に説明する。
［第７実施例］
図１２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４の基板処理装置２０を使い、被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う方法を示す側面図および平面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例の場合は、本図に示す酸化工程の後の窒化工程の際に、残留酸素の影響が少なく、ベース酸化膜の増膜が少ないという特徴をもっている。
【０１１８】
本図においては、前記図６（Ａ），（Ｂ）に示した場合と同様に、シリコン基板を酸化してベース酸化膜を形成するが、前記図６（Ａ），（Ｂ）に示した場合と異なる点は、前記リモートプラズマラジカル源３６より酸素ラジカルが前記処理空間２１Ｂに供給される際に、同時に前記リモートプラズマ源２６より、例えばＡｒなどのパージガスが前記処理空間２１Ｂに供給されることである。前記したパージガスが供給される以外は、図６（Ａ），（Ｂ）の場合と同一である。
【０１１９】
前記したように、シリコン基板を酸化してベース酸化膜を形成する工程では、酸素ラジカルを用いるため、前記したように前記処理空間２１Ｂには前記リモートプラズマ源３６より酸素ラジカルが導入される。その際に、前記リモートプラズマ源２６の前記ガス出口２６ｃより酸素ラジカルや、例えばＨ2Ｏなどの酸素を含む副生成物が逆流してしまう場合がある。
【０１２０】
このように、酸素ラジカルや酸素を含む副生成物が逆流してしまうと、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示す窒化工程において、ベース酸化膜の増膜や、窒素濃度の低下といった問題を引き起こす場合がある。
【０１２１】
そのため、本実施例では前記リモートプラズマ源２６より前記処理空間２１Ｂにパージガスを導入して、酸素や、酸素を含む生成物が前記リモートラジカル源２６に逆流するのを防止している。
【０１２２】
また、前記したようなリモートプラズマ源２６へ逆流した酸素や酸素を含む生成物を排除するために、例えば真空パージや不活性ガスによるガスパージを行う方法がある。
【０１２３】
例えば真空パージは、前記した酸化工程終了後に、前記処理空間を低圧（高真空）状態に排気して、前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素や酸素を含む生成物を除去する方法である。
【０１２４】
ガスパージは、同様に前記した酸化工程終了後に、前記処理空間２１Ｂに不活性ガスを導入して前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素を除去する方法である。
【０１２５】
通常は前記真空パージとガスパージを組み合わせて数回行われる。しかし前記した真空パージとガスパージを行うと、処理時間を要するために、基板処理装置２０のスループットが低下して生産性が低下する問題がある。また、真空パージを行うためには、例えばターボ分子ポンプなどの排気速度の大きい高価な排気手段を要するために、装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０１２６】
本実施例では、装置のスループットを低下させることなく、前記したような残留酸素の影響を排除することが可能となる。
【０１２７】
また、図１２（Ａ），（Ｂ）に示した酸化工程の後は、図７（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化工程を行い、ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。その際に、前記したように前記リモートプラズマ源２６への酸素の逆流の影響を排除しているため、残留した酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１２８】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０１２９】
なお、本実施例において用いるパージガスは、不活性ガスであれば良く、前記したＡｒガスの他に、窒素、ヘリウムなど用いることが可能である。
【０１３０】
また、前記したベース酸化膜の形成の際の酸化工程においてパージガスを用いて残留酸素の影響を減じる方法を、他の装置において実施することも可能である。例えば、酸素ラジカルを生成するためのラジカル源に、紫外光源を搭載した以下に示す基板処理装置２０Ａにおいても実施することが可能である。
［第８実施例］
図１３は、図３のシリコン基板２０１上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成するための、基板処理装置２０Ａの概略的構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１３１】
図１３を参照するに、本図に示す基板処理装置２０Ａの場合は、図４に示した前記基板処理装置２０の場合に比べて異なる点は、まず前記処理容器２１に、被処理基板Ｗを隔てて前記排気口２１Ａと対向する側に酸素ガスを供給する処理ガス供給ノズル２１Ｄが設けられており、前記処理ガス供給ノズル２１Ｄに供給された酸素ガスは、前記プロセス空間２１Ｂ中を前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａから排気される構造となっていることである。
【０１３２】
また、このように前記処理ガス供給ノズル２１Ｄから供給された処理ガスを活性化し酸素ラジカルを生成させるため、前記処理容器２１上，前記処理ガス供給ノズル２１Ｄと被処理基板Ｗとの間の領域に対応して石英窓２５Ａを有する紫外光源２５が設けられる。すなわち前記紫外光源２５を駆動することにより前記処理ガス供給ノズル２１Ｄからプロセス空間２１Ｂに導入された酸素ガスが活性化され、その結果形成された酸素ラジカルが前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる。これにより、回動している前記被処理基板Ｗの表面に、１ｎｍ以下の膜厚の、特に２〜３原子層分の厚さに相当する約０．４ｎｍの膜厚のラジカル酸化膜を形成することが可能になる。
【０１３３】
また前記処理容器２１には前記被処理基板Ｗに対して排気口２１Ａと対向する側にリモートプラズマ源２６が形成されている。そこで前記リモートプラズマ源２６にＡｒなどの不活性ガスと共に窒素ガスを供給し、これをプラズマにより活性化することにより、窒素ラジカルを形成することが可能である。このようにして形成された窒素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、回動している被処理基板表面を窒化する。
【０１３４】
なお、前記基板処理装置２０Ａでは、酸素ラジカルの生成に前記紫外光源２５を用いているため、前記基板処理装置２０のように前記リモートプラズマ源３６は設置されていない。
【０１３５】
図１４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１３の基板処理装置２０Ａを使って通常の方法で被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う場合を示す側面図および平面図である。
【０１３６】
図１４（Ａ）を参照するに、前記プロセス空間２１Ｂ中には処理ガス供給ノズル２１Ｄから酸素ガスが供給され、被処理基板Ｗの表面に沿って流れた後、排気される。排気経路としてはターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【０１３７】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合は残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことでガスを排除しやすい利点がある。
【０１３８】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【０１３９】
これと同時に、好ましくは１７２ｎｍの波長の紫外光を発生する紫外光源２５を駆動することにより、このようにして形成された酸素ガス流中に酸素ラジカルが形成される。形成された酸素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している基板表面を酸化する。このような被処理基板Ｗの紫外光励起酸素ラジカルによる酸化（以下ＵＶ−Ｏ2処理）により、シリコン基板表面に１ｎｍ以下の膜厚の非常に薄い酸化膜、特に２〜３原子層に相当する約０．４ｎｍの膜厚の酸化膜を、安定に再現性良く形成することが可能になる。
【０１４０】
図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の構成の平面図を示す。
【０１４１】
図１４（Ｂ）を参照するに、紫外光源２５は酸素ガス流の方向に交差する方向に延在する管状の光源であり、ターボ分子ポンプ２３Ｂが排気口２１Ａを介してプロセス空間２１Ｂを排気するのがわかる。一方、前記排気口２１Ａから直接にポンプ２４に至る、図１４（Ｂ）中に点線で示した排気経路は、バルブ２３Ａ，２３Ｃを閉鎖することにより、達成される。
【０１４２】
次に、図１５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１３の基板処理装置２０Ａを使って被処理基板Ｗのラジカル窒化（ＲＦ−Ｎ2処理）を行う場合を示す側面図および平面図である。
【０１４３】
図１５（Ａ），（Ｂ）を参照するに、リモートプラズマラジカル源２６にはＡｒガスと窒素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚの周波数で高周波励起することにより窒素ラジカルが形成される。形成された窒素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａおよびポンプ２４を介して排気される。その結果前記プロセス空間２１Ｂは、基板Ｗのラジカル窒化に適当な、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲のプロセス圧に設定される。特に６．６５〜１３３Ｐａ（０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ）の圧力範囲を使うのが好ましい。このようにして形成された窒素ラジカルは、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している被処理基板Ｗの表面を窒化する。
【０１４４】
図１５（Ａ），（Ｂ）の窒化工程では、窒化工程に先立ち、パージ工程を行っても良い。前記パージ工程では、前記バルブ２３Ａおよび２３Ｃが開放され、バルブ２４Ａが閉鎖されることで前記処理空間２１Ｂの圧力が１．３３×１０-1〜１．３３×１０-4Ｐａの圧力まで減圧され、処理空間２１Ｂ中に残留している酸素や水分がパージされるが、窒化処理においても、排気経路としてターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【０１４５】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合はパージする際に残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことで残留ガスを排除しやすい利点がある。
【０１４６】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【０１４７】
このように、図１３の基板処理装置２０Ａを使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、その酸化膜表面をさらに窒化することが可能になる。
【０１４８】
前記した基板処理装置２０Ａを用いて、先の実施例で前記したパージガスを用いて残留酸素の影響を抑える方法を以下に示す。
【０１４９】
図１６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１３の基板処理装置２０Ａを使い、本発明の第８実施例による、被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う方法を示す側面図および平面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例は、本図に示す酸化工程の後の窒化工程において、残留酸素の影響が少なく酸化膜の増膜が少ない方法である。
【０１５０】
図１６（Ａ），（Ｂ）を参照するに、本実施例の場合は前記図１４（Ａ），（Ｂ）に示した場合と同様に被処理基板Ｗの表面の酸化を行うが、前記図１４（Ａ），（Ｂ）の場合と異なる点は、前記処理ガス供給ノズル２１Ｄから前記処理空間２１Ｂに、酸素などの酸素ラジカル形成のための処理ガスが供給される際に、前記リモートプラズマ源２６より、例えばＡｒなどのパージガスが前記処理空間２１Ｂに供給されることである。前記したパージガスが供給される以外は、図１４（Ａ），（Ｂ）の場合と同一である。
【０１５１】
前記したように、シリコン基板を酸化する工程では、酸素ラジカルを用いるため、前記処理空間２１Ｂでは前記ガス供給ノズル２１Ｄから供給された処理ガスが活性化されて、酸素ラジカルが形成される。その際に、前記リモートプラズマ源２６の前記ガス出口２６ｃより酸素ラジカルや、酸素を含む生成物が逆流して進入しまう場合がある。
【０１５２】
このように、酸素ラジカルや酸素を含む生成物が逆流してしまうと、例えば図１５（Ａ），（Ｂ）に示す窒化工程において、ベース酸化膜の増膜や、窒素濃度の低下といった問題を引き起こす場合がある。
【０１５３】
そのため、本実施例では前記リモートプラズマ源２６より前記処理空間２１Ｂにパージガスを導入して、酸素や、酸素を含む生成物が前記リモートラジカル源２６に逆流するのを防止している。
【０１５４】
また、前記したようなリモートプラズマ源２６へ逆流した酸素や酸素を含む生成物を排除するために、例えば真空パージや不活性ガスによるガスパージを行う方法がある。
【０１５５】
例えば真空パージは、前記した酸化工程終了後に、前記処理空間を低圧（高真空）状態に排気して、前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素を除去する方法である。
【０１５６】
ガスパージは、同様に前記した酸化工程終了後に、前記処理空間２１Ｂに不活性ガスを導入して前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素を除去する方法である。
【０１５７】
通常は前記真空パージとガスパージを組み合わせて数回行われる。しかし前記した真空パージとガスパージを行うと、処理時間を要するために、基板処理装置２０Ａのスループットが低下して生産性が低下する問題がある。また、真空パージを行うためには、例えばターボ分子ポンプなどの排気速度の大きい高価な排気手段を要するために、装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０１５８】
本実施例では、装置のスループットを低下させることなく生産性良く、前記したような残留酸素の影響を排除することが可能となる。
【０１５９】
また、図１６（Ａ），（Ｂ）に示した酸化工程の後は、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化工程を行い、ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。その際に、前記したように前記リモートプラズマ源２６への酸素の逆流の影響を排除しているため、残留した酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１６０】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０１６１】
なお、本実施例において用いるパージガスは、不活性ガスであれば良く、前記したＡｒガスの他に、窒素、ヘリウムなど用いることが可能である。
［第９実施例］
次に、図３のシリコン基板２０１上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成する際に、酸窒化膜の形成工程でベース酸化膜２０２の増膜を抑制する別の方法を図１７のフローチャートに示す。以下の説明では、基板処理の例として、前記基板処理装置２０Ａを用いた場合を示す。
【０１６２】
図１７を参照するに、まずステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同様）において、被処理基板である被処理基板Ｗを前記基板処理容器２１に搬入し、前記基板保持台２２に載置する。
【０１６３】
次に、ステップ２で、図１４（Ａ），（Ｂ）で前記したように、シリコン基板である被処理基板Ｗの表面を酸化して、シリコン基板表面に１ｎｍ以下の膜厚の非常に薄い酸化膜、特に２〜３原子層に相当する約０．４ｎｍの膜厚のベース酸化膜を、安定に再現性良く形成する。
【０１６４】
次に、ステップ３において、被処理基板Ｗを前記処理容器２１より外に搬出する。
【０１６５】
次のステップ４において、前記被処理基板Ｗが搬出された基板処理容器２１において、当該基板処理容器２１内の、残留酸素の除去を行う。前記ステップ２の酸化工程において、前記処理容器２１の内部である処理空間２１Ｂには酸素が供給され、また酸素ラジカルが生成される。そのため、酸素や、例えばＨ２Ｏなどの酸素を含む生成物などが、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間に残留している。
【０１６６】
そのため、本ステップにおいて前記した酸素や酸素を含む生成物の除去処理を行う。
【０１６７】
具体的には、前記処理容器２１内から前記被処理基板Ｗを搬出した状態で、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化工程と同様の方法で、Ａｒガスおよび窒素ガスを前記リモートプラズマ源２６によって解離することで生成されるＡｒラジカルと窒素ラジカルを含む、活性化されたＡｒガスと窒素ガスを前記処理空間２１Ｂに供給して、前記排気口２１Ａより排気することにより、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する酸素や、例えばＨ２Ｏなどの酸素を含む生成物などを前記排気口２１Ａより排出する。
【０１６８】
次に、ステップ５において、再び被処理基板Ｗが前記処理容器２１に搬入され、前記基板保持台２２に載置される。
【０１６９】
続いて、ステップ６において、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記したように、ステップ２においてベース酸化膜が形成された被処理基板Ｗの表面を、窒素ラジカルによって窒化して酸窒化膜を形成する。この場合、前記ステップ４において酸素除去処理が行われるため、酸化膜の増膜の影響を抑えた窒化を行う事が可能となる。
【０１７０】
すなわち、前記処理容器２１内部、前記処理空間２１Ｂおよび当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する、ステップ２において酸化に用いた酸素および酸素を含む生成物などが除去されるため、本ステップの窒化工程において、ステップ２で用いた酸素および酸素を含む残留物によって酸化膜が増膜する、また窒化の際に窒素濃度が低くなってしまうという問題を抑制することが可能となる。そのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１７１】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０１７２】
次に、ステップ７にて被処理基板Ｗを前記処理容器２１より搬出して処理を終了する。
【０１７３】
一般に、前記したような前記処理容器２１内部、前記処理空間２１Ｂおよび当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する、ステップ２において酸化に用いた酸素および酸素を含む生成物などを排除するために、真空パージや不活性ガスによるガスパージを行うことが可能である。
【０１７４】
例えば真空パージは、前記した酸化工程終了後に、前記処理空間を低圧（高真空）状態に排気して、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間に残留した酸素および酸素を含む生成物を除去する方法である。
【０１７５】
ガスパージは、同様に前記した酸化工程終了後に、前記処理空間２１Ｂに不活性ガスを導入して前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間残留した酸素および酸素を含む生成物を除去する方法である。
【０１７６】
通常は前記真空パージとガスパージを組み合わせて数回繰り返して行われることでその効果を奏することが多い。しかし前記した真空パージとガスパージを繰り返し行うと、処理時間を要するために、基板処理装置２０Ａのスループットが低下して生産性が低下する問題がある。
【０１７７】
また、真空パージを行うためには、真空パージに有効な、排気速度の大きい高価な排気手段を必要とするために、装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０１７８】
本実施例では、装置のスループットを低下させることなく生産性良く、前記したような残留酸素の影響を排除することが可能となる。
【０１７９】
また、本実施例において前記した基板処理方法は、例えば以下に示すクラスタ型基板処理システムで行う事ができる。
［第１０実施例］
図１８は、本発明の第１０実施例による、クラスタ型基板処理システム５０の構成を示す。
【０１８０】
図１８を参照するに、前記クラスタ型基板処理システム５０は、基板搬入／搬出のためのロードロック室５１と、基板表面の自然酸化膜および炭素汚染を除去する前処理室５２と、図１３の基板処理装置２０Ａよりなる処理室５３と、基板上にＴａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2、ＨｆＯ2，ＺｒＳｉＯ4，ＨｆＳｉＯ4等の高誘電体膜を堆積するＣＶＤ処理室５４と、基板を冷却する冷却室５５とを真空搬送室５６で連結した構成を有し、前記真空搬送室５６中には搬送アーム（図示せず）が設けられている。
【０１８１】
本実施例の基板処理方法を行う場合には、まず前記ロードロック室５１に導入された被処理基板Ｗは経路５０ａに沿って前記前処理室５２に導入され、自然酸化膜および炭素汚染が除去される。前記前処理室５２で自然酸化膜を除去された被処理基板Ｗは経路５０ｂに沿って前記ステップ１において前記処理室５３に導入され、前記ステップ２において、図１３の基板処理装置２０Ａにより、ベース酸化膜が、２〜３原子層の一様な膜厚に形成される。
【０１８２】
前記処理室５３においてベース酸化膜を形成された被処理基板Ｗは、前記ステップ３において経路５０ｃに沿って前記真空搬送室５６に搬送され、前記被処理基板Ｗが前記真空搬送室５６に保持されている間に、前記ステップ４において、基板処理装置２０Ａにより第９実施例で前記した酸素除去処理が実施される。
【０１８３】
その後、前記ステップ５において、経路５０ｄに沿って再び被処理基板Ｗが前記搬送室５６より前記処理室５３に搬送され、前記ステップ６において、前記基板処理装置２０Ａによりベース酸化膜の窒化が行われて酸窒化膜が形成される。
【０１８４】
その後、前記ステップ７において経路５０ｅに沿って被処理基板Ｗが前記処理室５３より搬出されて、前記ＣＶＤ処理室５４に導入され、前記ベース酸化膜上に高誘電体ゲート絶縁膜が形成される。
【０１８５】
さらに前記被処理基板は前記ＣＶＤ処理室５４から経路５０ｆに沿って冷却室５５に移され、前記冷却室５５で冷却された後、経路５０ｇに沿ってロードロック室５１に戻され、外部に搬出される。
【０１８６】
なお、図１８の基板処理システム５０において、さらにシリコン基板の平坦化処理を、Ａｒ雰囲気中、高温熱処理により行う前処理室を別に設けてもよい。
【０１８７】
このように、前記したクラスタ型基板処理システム５０によって、第９実施例に前記した基板処理方法が可能となり、窒化工程において前記処理容器２１に残留した酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１８８】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。ベース酸化膜の増膜を押さえ、窒化を促進して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１８９】
また、前記ステップ４における酸素除去処理の際に、前記被処理基板Ｗを載置する場所は、前記真空搬送室５６に限らない。例えば、前記前処理室５２や前記冷却室５５および前記ロードロック室５１など、外気と遮断されて前記被処理基板Ｗが汚染されたり、酸化されたりすることを防止することが可能でかつ搬送・搬出が可能な空間であればよい。
［第１１実施例］
次に、先の第１０実施例に記載したクラスタ型基板処理システム５０を用いて、第９実施例に前記した基板処理方法を行ってベース酸化膜を形成し、さらに当該ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成した場合の膜厚と窒素濃度の関係を図１９に示す。
【０１９０】
また、比較のために、図中には、第９実施例で前記した酸素除去処理を行わず、ベース酸化膜の形成から当該ベース酸化膜の窒化を連続的に行った例、すなわち、図１４（Ａ），（Ｂ）に前記したベース酸化膜形成工程から図１５（Ａ），（Ｂ）の窒化工程を連続的に行った場合の結果も併記した。
【０１９１】
図１９には、前記第９実施例記載の基板処理方法を用いた場合を実験Ｄ１〜３で、またベース酸化膜の形成から、当該ベース酸化膜の窒化を連続的に行った場合を実験Ｉ１〜３で記載する。また、前記実験Ｄ１〜３の基板処理の条件および実験Ｉ１〜３の基板処理の条件を下記に示す。
【０１９２】
【表１】
前記実験Ｄ１〜３およびＩ１〜３のいずれの場合もベース酸化膜を形成する条件は同一であり、図１４（Ａ），（Ｂ）で前記した方法により、表中に前記した酸素流量、圧力、基板保持台の温度、処理時間で処理を行った。
【０１９３】
さらに実験Ｉ１〜３の場合、表中に前記した条件のＡｒ流量、窒素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間により、窒化処理を行った。なお、実験Ｉ１〜３の場合は、酸素除去処理は行わなかった。
【０１９４】
前記実験Ｄ１〜３の場合、表中に前記したＡｒ流量、窒素流量、処理時間で第９実施例に記載した酸素除去処理を行い、その後表中に前記した条件で窒化処理を行った。
【０１９５】
図１９を参照するに、酸素除去処理を行わない実験Ｉ１〜３と比べて、第９実施例に前記した酸素除去処理を行った実験Ｄ１〜３の場合は、ベース酸化膜を窒化する際の膜厚増加が少ないことがわかる。また、窒素濃度が高く、窒化が十分に促進されていることがわかる。
【０１９６】
これは前記したように、酸素除去処理を行うことにより、窒化工程において残留酸素によるベース酸化膜の増膜現象を抑制し、窒化を促進して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となることを示していると考えられる。
［第１２実施例］
次に、前記基板処理装置２０Ａを用いて、シリコン基板上にベース酸化膜を形成して、当該ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合に、条件を変化させた場合の膜厚と窒素濃度の関係を、後述する実験Ｘ１〜５について図２０に示す。
【０１９７】
また、実験Ｘ１〜５の場合の基板処理条件を下記に示す。
【０１９８】
【表２】
前記実験Ｘ１の場合、図１６（Ａ），（Ｂ）で前記したベース酸化膜形成方法、すなわち前記リモートプラズマ源２６よりパージガスを導入して酸素の逆流を防止する方法により、表中に前記した条件で、パージガスであるＡｒ流量、酸素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間でベース酸化膜を形成した。その後、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した方法で、前記の表中のＡｒ流量、窒素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間にて酸窒化膜を形成した。
【０１９９】
前記実験Ｘ２〜５の場合は、図１４（Ａ），（Ｂ）で前記したベース酸化膜形成方法によって、前記した条件の、酸素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間でベース酸化膜を形成し、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化方法により、前記した条件の、Ａｒ流量、窒素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間にて酸窒化膜の形成を行った。
【０２００】
但し、前記実験Ｘ２の場合は第９実施例に記載の基板処理方法に従い、酸素除去処理を、前記表中の条件のＡｒ流量、窒素流量、処理時間にて行った。
【０２０１】
また、前記実験Ｘ３の場合は、ベース酸化膜の形成終了後に一旦ウェハを前記処理容器２１より搬出し、そのまま処理容器２１に再搬入のみ行って、その後酸窒化膜形成工程に移行した。
【０２０２】
前記実験Ｘ４の場合は、ベース酸化膜形成終了後に被処理基板Ｗを搬出せず、そのまま窒化工程に移行している。
【０２０３】
前記実験Ｘ５の場合は、酸窒化膜形成時の、残留酸素の影響をしらべるため、ベース酸化膜の形成後に一旦被処理基板Ｗを搬出して、前記基板処理装置２０Ａにおいて、表中に前記した条件で酸素を導入して酸素ラジカル処理を行い、その後被処理基板Ｗを再搬入して酸窒化膜形成を行っている。
【０２０４】
図２０を参照するに、膜厚の増加に対する窒素濃度の傾向を見た場合、前記実験Ｘ１の場合と、前記実験Ｘ２の場合がほぼ同様の傾向を示しており、後述する実験Ｘ３〜５の場合に比べて、窒化工程におけるベース酸化膜の増膜が抑えられ、また窒化が促進して窒素濃度が高くなっていると考えられる。
【０２０５】
前記実験Ｘ１の場合、図１６（Ａ），（Ｂ）に前記したベース酸化膜の形成方法を行うことにより、シリコン基板を酸化する際に、窒化のためのラジカル源である前記リモートプラズマ源２６への酸素や酸素ラジカルおよび酸素を含む生成物の逆流を防止している。その結果、ベース酸化膜形成後の窒化工程において、残留酸素や酸素を含む生成物の影響を排除して、ベース酸化膜の増加を抑えて、かつ窒化を促進させた高い窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０２０６】
また、前記実験Ｘ２の場合は、前記した酸素除去処理により、Ａｒラジカルと窒素ラジカルを含む、活性化されたＡｒガスと窒素ガスにより、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する酸素や、例えばＨ２Ｏなどの酸素を含む生成物などを除去し、ベース酸化膜形成後の窒化工程において、残留酸素や酸素を含む生成物の影響を排除して、ベース酸化膜の増加を抑えて、かつ窒化を促進させた高い窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０２０７】
なお、前記実験Ｘ３とＸ４が、膜厚と窒素濃度の関係で、ほぼ同様の傾向を示している。このことから、単に被処理基板Ｗを前記処理容器２１から搬出・再搬入するだけでは前記したような残留酸素を除去する効果はなく、前記したような酸素除去処理が必要であると考えられる。
【０２０８】
また、残留酸素が窒化の際に及ぼす影響を確認するため、実験Ｘ５の場合にはベース酸化膜形成終了後に、前記処理容器２１に酸素ラジカルを供給している。実験Ｘ５の場合には、ベース酸化膜の増膜が大きく、また窒素濃度が低いことから前記処理空間２１Ｂおよび前記処理空間２１Ｂに連通する空間に残留した酸素および酸素を含む生成物が、窒化工程の際にシリコン基板を酸化してベース酸化膜の増膜の原因となり、そのために窒化が促進せず、窒素濃度が低いものと考えられる。
【０２０９】
また、例えば第９〜１０実施例記載の基板処理方法を前記基板処理装置２０を用いて行うことも可能であり、また、第８実施例記載のパージガスを用いて酸素の逆流を防止する方法と、第９〜１０実施例記載の酸素除去処理を組み合わせて実施することも可能であり、その場合も同様に、酸窒化膜形成工程において、酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０２１０】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０２１１】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【０２１２】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器でシリコン基板上に非常に薄いベース酸化膜を、酸窒化膜を含めて形成する際に、ベース酸化膜形成時に用いた酸素や酸素化合物などの残留物が、酸窒化膜形成時にシリコン基板の酸化を進行させてベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、さらに生産性も良好となった。
【０２１３】
その結果、半導体装置において用いる場合に適切な非常に薄いベース酸化膜と、当該ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜を、良好な生産性で形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の基板処理装置の概略を示す図（その１）である。
【図２】従来の基板処理装置の概略を示す図（その２）である。
【図３】半導体装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明による基板処理装置の概略を示す図（その１）である。
【図５】図４の基板処理装置において使われるリモートプラズマ源の構成を示す図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、図４の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その１）および平面図（その１）である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、図４の基板処理装置を使って行われる酸化膜の窒化処理を示すそれぞれ側面図および平面図である。
【図８】被処理基板の窒化の状態を模擬的に示した図である。
【図９】被処理基板の酸窒化膜の膜厚分散値を示した図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、リモートプラズマ源の設置方法を示した図である。
【図１１】酸窒化膜形成時の残留酸素の影響が多い場合と少ない場合の膜厚と窒素濃度の関係を示す図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、図４の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その２）および平面図（その２）である。
【図１３】本発明による基板処理装置を示す概略図（その２）である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、図１３の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その１）および平面図（その１）である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）は、図１３の基板処理装置を使って行われる酸化膜の窒化処理を示すそれぞれ側面図および平面図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は、図１３の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その２）および平面図（その２）である。
【図１７】本発明の第９実施例による基板処理方法のフローチャートを示す図である。
【図１８】本発明の第１０実施例によるクラスタ型基板処理システム５０の構成を示す概略図である。
【図１９】第９実施例の基板処理方法でベース酸化膜を形成し、さらにベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成した場合の膜厚と窒素濃度の関係を示す図である。
【図２０】図１３の基板処理装置を用いてシリコン基板上にベース酸化膜を形成して、さらにベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合に、条件を変化させた場合の膜厚と窒素濃度の関係を示す図である。
【符号の説明】
２００ 半導体装置
２０１ シリコン基板
２０２ ベース酸化膜
２０２Ａ 酸窒化膜
２０４ 高誘電体膜
１００，１１０，２０，２０Ａ 基板処理装置
１０１，１１１，２１ 処理容器
１０２，１１８，２２ 基板保持台
１１３，１０３ 排気口
１２０，１０４ 排気手段
１０５，１１６ リモートプラズマラジカル源
１１５ ノズル
２２Ａ ヒータ
Ｗ０，Ｗ 被処理基板
２１Ａ，２１Ｅ 排気口
２１Ｂ プロセス空間
２１Ｃ 基板搬入・搬出室
２１Ｇ 石英ライナ
２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ パージライン
２１Ｄ ガスノズル
２２Ａ ヒータ
２２Ｂ 磁気シール槽
２２Ｃ 基板回転機構
２３Ａ，２３Ｃ，２３Ｄ，２４Ａ，２４Ｃ，２９Ａ，２９Ｃ，２９Ｄ バルブ
２３Ｂ，２９Ｂ ターボ分子ポンプ
２４ ドライポンプ
２５，１１５ 紫外光源
２５Ａ，１１４ 光学窓
２６，３６ リモートプラズマ源
２６Ａ，３６Ａ ブロック
２６Ｂ，３６Ｂ フェライトコア
２６Ｃ，３６Ｃ プラズマ
２６ａ，３６ａ ガス循環通路
２６ｂ，３６ｂ ガス入り口
２６ｃ，３６ｃ ガス出口
２６ｄ，３６ｄ コーティング
２６ｅ，３６ｅ イオンフィルタ
２７ 基板搬送ユニット
２７Ａ ゲートバルブ
２８ 磁気シール
５０ クラスタ型基板処理装置
５１ ロードロック
５２ 前処理室
５３ 処理室
５４ ＣＶＤ室
３５５ 冷却室
５６ 基板搬送室
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置および基板処理方法に係り、さらには高誘電体膜を有する、超微細化高速半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
今日の超高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、０．１μｍ以下のゲート長が可能になりつつある。一般に微細化とともに半導体装置の動作速度は向上するが、このように非常に微細化された半導体装置では、ゲート絶縁膜の膜厚を、微細化によるゲート長の短縮に伴って、スケーリング則に従って減少させる必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
しかしゲート長が０．１μｍ以下になると、ゲート絶縁膜の厚さも、従来の熱酸化膜を使った場合、１〜２ｎｍ、あるいはそれ以下に設定する必要があるが、このように非常に薄いゲート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する問題を回避することができない。
【０００４】
このような事情で、比誘電率が従来の熱酸化膜のものよりもはるかに大きく、このため実際の膜厚が大きくてもＳｉＯ2膜に換算した場合の膜厚が小さいＴａ2Ｏ5やＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2、さらにはＺｒＳｉＯ4あるいはＨｆＳｉＯ4のような高誘電体材料（いわゆるｈｉｇｈ−Ｋ材料）をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が０．１μｍ以下と、非常に短い超高速半導体装置においても１０ｎｍ程度の物理的膜厚のゲート絶縁膜を使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。
【０００５】
例えば従来よりＴａ2Ｏ5膜はＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5およびＯ2を気相原料としたＣＶＤ法により形成できることが知られている。典型的な場合、ＣＶＤプロセスは減圧環境下、約４８０°Ｃ、あるいはそれ以上の温度で実行される。このようにして形成されたＴａ2Ｏ5膜は、さらに酸素雰囲気中において熱処理され、その結果、膜中の酸素欠損が解消され、また膜自体が結晶化する。このようにして結晶化されたＴａ2Ｏ5膜は大きな比誘電率を示す。
【０００６】
チャネル領域中のキャリアモビリティーを向上させる観点からは、高誘電体ゲート酸化膜とシリコン基板との間に、１ｎｍ以下、好ましくは０．８ｎｍ以下の厚さのきわめて薄いベース酸化膜を介在させるのが好ましい。ベース酸化膜は非常に薄い必要があり、厚さが厚いと高誘電体膜をゲート絶縁膜に使った効果が相殺される。一方、かかる非常に薄いベース酸化膜は、シリコン基板表面を一様に覆う必要があり、また界面準位等の欠陥を形成しないことが要求される。
【０００７】
従来より、薄いゲート酸化膜はシリコン基板の急速熱酸化（ＲＴＯ）処理により形成されるのが一般的であるが、熱酸化膜を所望の１ｎｍ以下の厚さに形成しようとすると、膜形成時の処理温度を低下させる必要がある。しかし、このように低温で形成された熱酸化膜は界面準位等の欠陥を含みやすく、高誘電体ゲート絶縁膜のベース酸化膜としては不適当である。
【０００８】
【非特許文献１】
Bruce E. Deal, J.Electrochem. Soc. 121.198C(1974)
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベース酸化膜を１ｎｍ以下、例えば０．８ｎｍ以下、さらには０．３〜０．４ｎｍ前後の厚さで一様に、かつ安定に形成するのは、従来より非常に困難であった。例えば膜厚が０．３〜０．４ｎｍの場合、酸化膜は２〜３原子層分の膜厚しか有さないことになる。
【００１０】
また、従来より、原子間結合価数が大きく、いわば「剛性の高い」シリコン単結晶基板表面に直接に、原子間結合価数の小さい、いわば「剛性の低い」金属酸化膜を形成すると、シリコン基板と金属酸化膜の界面が力学的に不安定になり欠陥を発生させる可能性が指摘されており（例えばG. Lucovisky, et al., Appl. Phys. Lett. 74, pp.2005, 1999）、この問題を回避するために、シリコン基板と金属酸化膜との界面に窒素を１原子層分導入した酸窒化層を遷移層として形成することが提案されている。また、高誘電体ゲート絶縁膜のベース酸化膜として、このように酸窒化膜を形成することは、高誘電体ゲート絶縁膜中の金属元素あるいは酸素とシリコン基板を構成するシリコンとの相互拡散を抑制したり、電極からのドーパントの拡散を抑制するのにも有効であると考えられる。
【００１１】
図１には、シリコン基板に酸化膜を形成した後、酸窒化膜を形成する基板処理装置１００の例を示す。
【００１２】
図１を参照するに、ドライポンプなどの排気手段１０４が接続された排気口１０３によって内部を排気される処理容器１０１を有する基板処理装置１００は、その内部に被処理基板であるウェハＷ０を保持する基板保持台を有している。
【００１３】
基板保持台１０２に載置されたウェハＷ０は、処理容器１０１側壁面上に設けられたリモートプラズマラジカル源１０５から供給されるラジカルにより、酸化もしくは窒化されて、ウェハＷ０上に酸化膜もしくは酸窒化膜を形成する。
【００１４】
前記リモートプラズマラジカル源は、高周波プラズマにより、酸素ガスもしくは窒素ガスを解離して酸素ラジカルもしくは窒素ラジカルをウェハＷ０上に供給する。
【００１５】
このような酸窒化膜を形成するにあたり、処理容器でシリコン基板を酸化した後に、当該処理容器で窒化処理を行う場合には、前記処理容器中などに残存する酸素や水分などの微量の不純物の影響が無視できなくなり、窒化処理の際に酸化反応を生じ、酸化膜を増膜させてしまうおそれがある。このように酸窒化処理の際に酸化膜が増膜してしまうと、高誘電体ゲート絶縁膜を使う効果は相殺されてしまう。
【００１６】
従来より、このように非常に薄い酸窒化膜を安定に、再現性良く、しかも酸化による増膜を伴うことなく窒化するのは、非常に困難であった。
【００１７】
また、酸素ラジカルを生成する酸素ラジカル生成部と窒素ラジカルを生成する窒素ラジカル生成部を分離した基板処理装置も提案されている。
【００１８】
図２には、ラジカル生成部を２つ有する基板処理装置１１０の例を示す。
【００１９】
図２を参照するに、ドライポンプなどの排気手段１２０が接続された排気口１１９によって内部を排気され、基板保持台１１８が設けられた処理容器１１１を有する基板処理装置１１０は、基板保持台１１８に載置されたウェハＷ０を、酸素ラジカルによって酸化し、その後窒素ラジカルによって窒化することが可能な構造となっている。
【００２０】
前記処理容器１１１には、上壁部に紫外光源１１３および紫外光を透過する透過窓１１４が設けられ、ノズル１１５から供給される酸素ガスを紫外光によって解離して酸素ラジカルを生成する構造となっている。
【００２１】
このようにして形成された酸素ラジカルによって、シリコン基板表面が酸化されて酸化膜を形成する。
【００２２】
さらに、前記処理容器１１１の側壁にはリモートプラズマラジカル源１１６が設置され、高周波プラズマによって窒素ガスを解離して、窒素ラジカルを前記処理容器１１１に供給して、ウェハＷ０上の酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。
【００２３】
このように、酸素ラジカル生成部と、窒素ラジカル生成部を分離した基板処理装置が提案されている。このような基板処理装置を使うことにより、シリコン基板上に、膜厚が０．４ｎｍ前後の酸化膜を形成し、これをさらに窒化して酸窒化膜を形成することが可能となっている。
【００２４】
一方、このようなシリコン基板の酸化処理と窒化処理を連続して行う基板処理装置において、酸化処理と窒化処理とをリモートプラズマラジカル源を使って行いたいとの要望がある。
【００２５】
また、図２の基板処理装置を使った場合でも、前記した残留酸素の影響を抑えて酸化による増膜の影響を極力排除するには、酸化処理の後、例えば処理容器内を真空排気して、不活性ガスで満たし、さらに真空排気と不活性ガスを満たす作業を繰り返すパージ作業など、残留酸素の低減のための処理が必要となり、スループットが低下してしまい、生産性が低下してしまうという問題があった。
【００２６】
そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理装置および基板処理方法を提供することを概括的課題とする。
【００２７】
本発明の具体的な課題は、シリコン基板表面に非常に薄い、典型的には２〜４原子層分以下の厚さの酸化膜を形成し、さらにこれを窒化して、当該窒化の際に前記酸化膜の増膜量を抑制して酸窒化膜を形成することのできる、生産性の良好である、基板処理装置および基板処理方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記窒素ラジカル流路の中心と、前記酸素ラジカル流路の中心が、前記被処理基板の略中心で交差することを特徴とする基板処理装置により、また、
請求項２に記載したように、
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記窒素ラジカル流路を衝突させて前記窒素ラジカル流路の向きを変更する整流板を設けたことを特徴とする基板処理装置により、また、
請求項３に記載したように、
処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素 ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記酸素ラジカル流路を衝突させて前記酸素ラジカル流路の向きを変更する整流板を設けたことを特徴とする基板処理装置により、解決する。
【００２９】
本発明によれば、処理容器でシリコン基板上に非常に薄いベース酸化膜を、酸窒化膜を含めて形成する際に、ベース酸化膜形成時に用いた酸素や酸素化合物などの残留物が、酸窒化膜形成時にシリコン基板の酸化を進行させてベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、さらに生産性も良好となる。
【００３０】
その結果、半導体装置において用いる場合に適切な非常に薄いベース酸化膜と、当該ベース酸化膜上の適切な窒素濃度の酸窒化膜を、良好な生産性で形成することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき、説明する。
【００３２】
まず、本発明による基板処理装置および基板処理方法によって形成される半導体装置の例を図３に示す。
【００３３】
図３を参照するに、半導体装置２００はシリコン基板２０１上に形成されており、シリコン基板２０１上には薄いベース酸化膜２０２を介して、Ｔａ2Ｏ5，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，ＺｒＳｉＯ4，ＨｆＳｉＯ4等の高誘電体ゲート絶縁膜２０３が形成され、さらに前記高誘電体ゲート絶縁膜２０３上にはゲート電極２０４が形成されている。
【００３４】
図３の半導体装置２００では、前記ベース酸化膜２０２の表面部分に、シリコン基板２０１とベース酸化膜２０２との間の界面の平坦性が保たれるような範囲で窒素（Ｎ）がドープされ、酸窒化膜２０２Ａが形成されている。シリコン酸化膜よりも比誘電率の大きい酸窒化膜２０２Ａをベース酸化膜２０２中に形成することにより、ベース酸化膜２０２の熱酸化膜換算膜厚をさらに減少させることが可能になる。
【００３５】
以下に、処理容器で前記ベース酸化膜２０２形成後に、当該処理容器で当該酸窒化膜２０２Ａを形成する際に、前記処理容器中などに残存する酸素や水分などの微量の不純物の影響を排除することにより、窒化処理の際に酸化反応による酸化膜の増膜を抑制でき、かつ効率的な基板処理が可能な、本発明による基板処理装置および基板処理方法に関して説明する。
［第１実施例］
図４は、図３のシリコン基板２０１上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成するための、本発明の第１実施例による基板処理装置２０の概略的構成を示す。
【００３６】
図４を参照するに、基板処理装置２０は、ヒータ２２Ａを備えプロセス位置と基板搬入・搬出位置との間を上下動自在に設けられた基板保持台２２を収納し、前記基板保持台２２と共に処理空間２１Ｂを画成する処理容器２１を備えており、前記基板保持台２２は駆動機構２２Ｃにより回動される。なお、前記処理容器２１の内壁面は石英ガラスよりなる内部ライナ２１Ｇにより覆われており、これにより、露出金属面からの被処理基板の金属汚染を１×１０10原子／ｃｍ2以下のレベルに抑制している。
【００３７】
また前記基板保持台２２と駆動機構２２Ｃとの結合部には磁気シール２８が形成され、磁気シール２８は真空環境に保持される磁気シール室２２Ｂと大気環境中に形成される駆動機構２２Ｃとを分離している。磁気シール２８は液体であるため、前記基板保持台２２は回動自在に保持される。
【００３８】
図示の状態では、前記基板保持台２２はプロセス位置にあり、下側に被処理基板の搬入・搬出のための搬入・搬出室２１Ｃが形成されている。前記処理容器２１はゲートバルブ２７Ａを介して基板搬送ユニット２７に結合されており、前記基板保持台２２が搬入・搬出２１Ｃ中に下降した状態において、前記ゲートバルブ２７Ａを介して基板搬送ユニット２７から被処理基板Ｗが基板保持台２２上に搬送され、また処理済みの基板Ｗが基板保持台２２から基板搬送ユニット２７に搬送される。
【００３９】
図４の基板処理装置２０では、前記処理容器２１のゲートバルブ２７Ａに近い部分に排気口２１Ａが形成されており、前記排気口２１Ａにはバルブ２３ＡおよびＡＰＣ（自動圧力制御装置）２３Ｄを介してターボ分子ポンプ２３Ｂが結合されている。前記ターボ分子ポンプ２３Ｂには、さらにドライポンプおよびメカニカルブースターポンプを結合して構成したポンプ２４がバルブ２３Ｃを介して結合されており、前記ターボ分子ポンプ２３Ｂおよびドライポンプ２４を駆動することにより、前記処理空間２１Ｂの圧力を１．３３×１０−１〜１．３３×１０−４Ｐａ（１０−３〜１０−６Ｔｏｒｒ）まで減圧することが可能になる
一方、前記排気口２１Ａはバルブ２４ＡおよびＡＰＣ２４Ｂを介して直接にもポンプ２４に結合されており、前記バルブ２４Ａを開放することにより、前記プロセス空間は、前記ポンプ２４により１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の圧力まで減圧される。
【００４０】
前記処理容器２１には前記被処理基板Ｗに対して排気口２１Ａと対向する側にリモートプラズマ源２６および３６が設置されている。
【００４１】
前記リモートプラズマ源３６は、Ａｒなどの不活性ガスと共に酸素ガスが供給され、これをプラズマにより活性化することにより、酸素ラジカルを形成することが可能である。このようにして形成された酸素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、回動している基板表面を酸化する。
【００４２】
これにより、前記被処理基板Ｗの表面に、１ｎｍ以下の膜厚の、特に２〜３原子層分の厚さに相当する約０．４ｎｍの膜厚のラジカル酸化膜を形成することが可能になる。
【００４３】
図４の基板処理装置２０では、さらに前記搬入・搬出室２１Ｃを窒素ガスによりパージするパージライン２１ｃが設けられ、さらに前記磁気シール室２２Ｂを窒素ガスによりパージするパージライン２２ｂおよびその排気ライン２２ｃが設けられている。
【００４４】
より詳細に説明すると、前記排気ライン２２ｃにはバルブ２９Ａを介してターボ分子ポンプ２９Ｂが結合され、前記ターボ分子ポンプ２９Ｂはバルブ２９Ｃを介してポンプ２４に結合されている。また、前記排気ライン２２ｃはポンプ２４とバルブ２９Ｄを介しても直接に結合されており、これにより磁気シール室２２Ｂを様々な圧力に保持することが可能になる。
【００４５】
前記搬入・搬出室２１Ｃはポンプ２４によりバルブ２４Ｃを介して排気され、あるいはターボ分子ポンプ２３Ｂによりバルブ２３Ｄを介して排気される。前記処理空間２１Ｂ中において汚染が生じるのを回避するために、前記搬入・搬出室２１Ｃは処理空間２１Ｂよりも低圧に維持され、また前記磁気シール室２２Ｂは差動排気されることで前記搬入・搬出室２１Ｃよりもさらに低圧に維持される。
【００４６】
次に、本基板処理装置で用いるリモートプラズマ源２６および３６の詳細に関して以下に説明する。
【００４７】
図５は、図４の基板処理装置２０において使われるリモートプラズマ源２６および３６の構成を示す。前記処理容器２１には、リモートプラズマ源２６とリモートプラズマ源３６が隣接して設置されている。例えば、前記リモートプラズマ源３６は、前記リモートプラズマ源２６に対して、隣接した面に対して略線対称の形状をしている。
【００４８】
図５を参照するに、まず、リモートプラズマ源２６は、内部にガス循環通路２６ａとこれに連通したガス入り口２６ｂおよびガス出口２６ｃを形成された、典型的にはアルミニウムよりなるブロック２６Ａを含み、前記ブロック２６Ａの一部にはフェライトコア２６Ｂが形成されている。
【００４９】
前記ガス循環通路２６ａおよびガス入り口２６ｂ、ガス出口２６ｃの内面にはフッ素樹脂コーティング２６ｄが施され、前記フェライトコア２６Ｂに巻回されたコイルに周波数が４００ｋＨｚの高周波（ＲＦ）パワーを供給することにより、前記ガス循環通路２６ａ内にプラズマ２６Ｃが形成される。
【００５０】
プラズマ２６Ｃの励起に伴って、前記ガス循環通路２６ａ中には窒素ラジカルおよび窒素イオンが形成されるが、直進性の強い窒素イオンは前記循環通路２６ａを循環する際に消滅し、前記ガス出口２６ｃからは主に窒素ラジカルＮ2*が放出される。さらに図５の構成では前記ガス出口２６ｃに接地されたイオンフィルタ２６ｅを設けることにより、窒素イオンをはじめとする荷電粒子が除去され、前記処理空間２１Ｂには窒素ラジカルのみが供給される。また、前記イオンフィルタ２６ｅを接地させない場合においても、前記イオンフィルタ２６ｅの構造は拡散板として作用するため、十分に窒素イオンをはじめとする荷電粒子を除去することができる。なお、大量のＮ2ラジカルを必要とするプロセスを実行する場合においては、イオンフィルタ２６ｅでのＮ2ラジカルの衝突による消滅を防ぐため、イオンフィルタ２６ｅを取り外す場合もある。
【００５１】
同様に、前記リモートプラズマ源３６は、内部にガス循環通路３６ａとこれに連通したガス入り口３６ｂおよびガス出口３６ｃを形成された、典型的にはアルミニウムよりなるブロック３６Ａを含み、前記ブロック３６Ａの一部にはフェライトコア３６Ｂが形成されている。
【００５２】
前記ガス循環通路３６ａおよびガス入り口３６ｂ、ガス出口３６ｃの内面にはフッ素樹脂コーティング３６ｄが施され、前記フェライトコア３６Ｂに巻回されたコイルに周波数が４００ｋＨｚの高周波（ＲＦ）パワーを供給することにより、前記ガス循環通路３６ａ内にプラズマ３６Ｃが形成される。
【００５３】
プラズマ３６Ｃの励起に伴って、前記ガス循環通路３６ａ中には酸素ラジカルおよび酸素イオンが形成されるが、直進性の強い酸素イオンは前記循環通路３６ａを循環する際に消滅し、前記ガス出口３６ｃからは主に酸素ラジカルＯ2*が放出される。さらに図５の構成では前記ガス出口３６ｃに接地されたイオンフィルタ３６ｅを設けることにより、酸素イオンをはじめとする荷電粒子が除去され、前記処理空間２１Ｂには酸素ラジカルのみが供給される。また、前記イオンフィルタ３６ｅを接地させない場合においても、前記イオンフィルタ３６ｅの構造は拡散板として作用するため、十分に酸素イオンをはじめとする荷電粒子を除去することができる。なお、大量のＯ2ラジカルを必要とするプロセスを実行する場合においては、イオンフィルタ３６ｅでのＯ2ラジカルの衝突による消滅を防ぐため、イオンフィルタ３６ｅを取り外す場合もある。
【００５４】
前記したように、酸素ラジカルを形成する酸素ラジカル形成部と、窒素ラジカルを形成する窒素ラジカル形成部を分離したことにより、被処理基板Ｗであるシリコン基板を酸化してベース酸化膜を形成した後、当該ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合、窒化工程における残留酸素の影響が少なくなる。
【００５５】
例えば、同一のラジカル源で、まず酸素ラジカルでシリコン基板の酸化を行い、連続的に窒素ラジカルを用いた窒化をおこなうと、当該ラジカル源に、酸化の際に用いた酸素や酸素を含む生成物が残留し、窒化工程において、残留した酸素による酸化が進行してしまい、酸化膜の増膜が起こる問題がある。
【００５６】
本実施例の場合は、前記したようなラジカル形成部の残留酸素によって窒化工程においてシリコン基板の酸化が進んでしまう酸化膜の増膜現象の影響を抑えることが可能となり、その結果、図３中の前記ベース酸化膜２０２の増膜が少ない、理想的なベース酸化膜および酸窒化膜を形成することができる。
【００５７】
また、前記したような残留酸素の影響があった場合、酸化が促進されて増膜が生じる一方で、前記酸窒化膜２０２Ａの窒素濃度が低くなってしまう場合があるが、前記基板処理装置２０の場合、残留酸素の影響が少なくなるため、窒化が進行し、所望の窒素濃度に調整することが可能となる。
【００５８】
また、本発明による基板処理装置２０の場合、窒素ラジカルを生成するリモートプラズマ源２６と、酸素ラジカルを生成するリモートプラズマ源３６のラジカル発生機構が同一であるため、ラジカル源を分離しながらも構造が単純となり、基板処理装置のコストを低減させることができる。また、メンテナンスも容易となるため、基板処理装置の生産性を向上させることが可能となる。
【００５９】
次に、前記基板処理装置２０により、図３のシリコン基板２０２上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成する方法について、図面に基づき、説明する。
［第２実施例］
図６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４の基板処理装置２０を使って被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う場合を示す側面図および平面図である。
【００６０】
図６（Ａ），（Ｂ）を参照するに、リモートプラズマラジカル源３６にはＡｒガスと酸素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚの周波数で高周波励起することにより酸素ラジカルが形成される。形成された酸素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａおよびポンプ２４を介して排気される。その結果前記処理空間２１Ｂは、基板Ｗのラジカル酸化に適当な、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲のプロセス圧に設定される。特に６．６５Ｐａ〜１３３Ｐａ（０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ）の圧力範囲を使うのが好ましい。このようにして形成された酸素ラジカルは、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している被処理基板Ｗの表面を酸化して、前記被処理基板Ｗであるシリコン基板表面に１ｎｍ以下の膜厚の非常に薄い酸化膜、特に２〜３原子層に相当する約０．４ｎｍの膜厚の酸化膜を、安定に再現性良く形成することが可能になる。
【００６１】
図６（Ａ），（Ｂ）の酸化工程では、酸化工程に先立ちパージ工程を行うことも可能である。前記パージ工程では前記バルブ２３Ａおよび２３Ｃが開放され、バルブ２４Ａが閉鎖されることで前記処理空間２１Ｂの圧力が１．３３×１０-1〜１．３３×１０-4Ｐａの圧力まで減圧され、処理空間２１Ｂ中に残留している水分などがパージされる。
【００６２】
なお、酸化処理においては、排気経路として、ターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【００６３】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合はパージする際に残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことで残留ガスを排除しやすい利点がある。
【００６４】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【００６５】
このように、図４の基板処理装置２０を使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、当該酸化膜表面を次に図７（Ａ），（Ｂ）で後述するようにさらに窒化することが可能になる。
［第３実施例］
図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４の基板処理装置２０を使って被処理基板Ｗのラジカル窒化を行う場合を示す側面図および平面図である。
【００６６】
図７（Ａ），（Ｂ）を参照するに、リモートプラズマラジカル源２６にはＡｒガスと窒素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚの周波数で高周波励起することにより窒素ラジカルが形成される。形成された窒素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａおよびポンプ２４を介して排気される。その結果前記処理空間２１Ｂは、基板Ｗのラジカル窒化に適当な、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲のプロセス圧に設定される。特に６．６５〜１３３Ｐａ（０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ）の圧力範囲を使うのが好ましい。このようにして形成された窒素ラジカルは、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している被処理基板Ｗの表面を窒化する。
【００６７】
図７（Ａ），（Ｂ）の窒化工程では、窒化工程に先立ち、パージ工程を行うことも可能である。前記パージ工程では前記バルブ２３Ａおよび２３Ｃが開放され、バルブ２４Ａが閉鎖されることで前記処理空間２１Ｂの圧力が１．３３×１０-1〜１．３３×１０-4Ｐａの圧力まで減圧され、処理空間２１Ｂ中に残留している酸素や水分がパージされる。
【００６８】
窒化処理においても、排気経路としてターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【００６９】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合はパージする際に残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことで残留ガスを排除しやすい利点がある。
【００７０】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【００７１】
このように、図４の基板処理装置２０を使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、その酸化膜表面をさらに窒化することが可能になる。
［第４実施例］
ところで、前記した被処理基板Ｗ上の酸化膜の窒化工程において、リモートプラズマ源２６によって生成された窒素ラジカルは、前記リモートプラズマ源２６の前記ガス出口２６ｃより前記処理容器２１内部、前記処理空間２１Ｂに供給されて、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、さらに前記排気口２１Ａに向かう窒素ラジカル流路を形成する。
【００７２】
前記したような窒素ラジカル流路が形成される様子を模式的に示したものを図８に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
図８は、前記リモートプラズマ源２６および前記被処理基板Ｗの位置関係を、前記ガス出口２６ｃより供給される窒素ラジカルが形成する窒素ラジカル流路Ｒ１、およびその結果として前記被処理基板Ｗ上に形成されるラジカル分布と共に概略的に示す。
【００７４】
図８を参照するに、前記ガス出口２６ｃから供給された窒素ラジカルは、当該ガス出口２６ｃから前記排出口２１Ａに向かう窒素ラジカル流路Ｒ１を形成する。ここで前記被処理基板Ｗの中心をウェハ中心Ｃとし、前記ウェハ中心Ｃを通って直行するｘ軸とｙ軸を、前記リモートプラズマ源２６が設置される前記処理容器２１の第１の側から前記排気口２１Ａの設けられた前記処理容器２１の第２の側に向かう軸をｘ軸とし、直行する軸をｙ軸と設定する。
【００７５】
また、前記窒素ラジカル流路Ｒ１が、前記被処理基板Ｗの酸化膜を窒化する範囲を領域Ｓ１で示す。この場合、被処理基板Ｗは回動していないものとする。
【００７６】
この場合、前記領域Ｓ１のｘ軸方向の長さＸ１は、窒素ラジカルの流量、すなわち前記リモートプラズマ源２６に導入される窒素の流量にほぼ依存すると考えられる。
【００７７】
また、前記窒素ラジカル流路Ｒ１が、前記被処理基板Ｗ上を通過する際の前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心と前記ウェハ中心Ｃの距離をＹ１とすると、前記被処理基板Ｗを回動させた場合の前記被処理基板Ｗ上の酸窒化膜の膜厚の分散値σは、前記距離Ｘ１と距離Ｙ１に依存すると考えられる。
【００７８】
次に、前記距離Ｘ１および距離Ｙ１を変化させた場合の、酸窒化膜の膜厚分散値σを算定した結果を図９に示す。なお、図９は被処理基板Ｗに３００ｍｍのシリコンウェハを用いた場合である。
【００７９】
図９を参照するに、横軸は前記距離Ｘ１を示し、縦軸は酸窒化膜の膜厚分散値σを示す。系列１は前記距離Ｙ１が０ｍｍの場合、同様に系列２は距離Ｙ１が２０ｍｍ、系列３は距離Ｙ１が４０ｍｍ、系列４は距離Ｙ１が６０ｍｍ、系列５は距離Ｙ１が１００ｍｍ、系列６は距離Ｙ１が１５０ｍｍの場合を示す。
【００８０】
まず、距離Ｙ１が０の場合、すなわち前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過する場合であって、かつ前記距離Ｘ１が１００ｍｍの場合に最も前記分散値σが小さく、酸窒化膜の膜厚分布が良好である。
【００８１】
次に、それぞれの距離Ｙ１の値に対して距離Ｘ１を変化させた場合に、最も分散値σが小さくなる点をつないだ曲線を図中Ｕで示すが、前記距離Ｙ１の値が大きくなるにしたがい、前記分散値σが最も小さくなる距離Ｘ１の値が大きくなる傾向にある。また、距離Ｙ１が１００ｍｍ、１５０ｍｍの場合は前記ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃより大きく離れてしまうためこの傾向はあてはまらず、前記分散値σの値が極端に大きくなっている。
【００８２】
例えば、前記基板処理装置２０によって形成される酸化膜および酸窒化膜を、前記半導体装置２００の前記ベース酸化膜２０２および酸窒化膜２０２Ａに用いることを考えた場合、前記分散値σが１％以下である場合に酸窒化膜の膜厚分布が良好であり、半導体装置の形成に用いることが可能である。
【００８３】
そこで図９をみると、距離Ｙ１が４０ｍｍ以下の場合にσが１％以下となる距離Ｘ１の値が存在し、良好な酸窒化膜の膜厚分布を得ることが可能であると考えられる。
【００８４】
このように、酸窒化膜の膜厚分布は、前記窒素ラジカル流路Ｒ１の形成方法、すなわち前記窒素ラジカル流路Ｒ１の形成に関わる前記リモートプラズマ源２６の設置方法に大きく依存している。前記したように、理想的には、前記窒素ラジカル流路Ｒ１が前記被処理基板Ｗの中心を通過するように前記リモートプラズマ源２６を設置するのがよい。
【００８５】
但し、リモートプラズマ源３６を用いた前記被処理基板Ｗの酸化工程を考えると、以下の理由で、リモートプラズマ源３６と設置場所が干渉してしまうことが考えられる。
【００８６】
酸素ラジカルが前記リモートプラズマ源３６のガス出口３６ｃから前記排気口２１Ａに向かって形成する、被処理基板Ｗに沿った酸素ラジカル流路Ｒ２によって酸化される領域は、前記領域Ｓ１と同様の傾向を示す。このため、形成される酸化膜の膜厚分布が最も良好となる前記リモートプラズマ源３６の設置場所は、前記したｘ軸上になり、前記リモートプラズマ源２６をｘ軸上に設置しようとすると、前記リモートプラズマ源３６と干渉してしまう。
【００８７】
そこで、前記リモートプラズマ源２６および３６が干渉せず、かつ形成される酸化膜と酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるよう、前記リモートプラズマ源２６および３６を設置することが必要となる。
［第５実施例］
図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、前記リモートプラズマ源２６および３６を前記処理容器２１に設置する設置方法を示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８８】
まず、図１０（Ａ）を参照するに、前記リモートプラズマ源２６および３６が隣接し、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２が平行となるように前記処理容器２１に設置されている。
【００８９】
この場合、前記したように、前記Ｙ１が小さいほど酸窒化膜の膜厚分布が良好となるので、前記Ｙ１、すなわちｘ軸上からの前記リモートプラズマ源２６のオフセット量をできるだけ小さくし、４０ｍｍ以下とすることで酸窒化膜の膜厚の分散値σ１が１％以下となることを達成することが可能となる。
【００９０】
また、同様に、前記酸素ラジカル流路Ｒ２の中心と前記ウェハ中心Ｃの距離Ｘ２をできるだけ小さくするほど酸化膜の膜厚分布が良好となるため、Ｙ２の値すなわちｘ軸上からの前記リモートプラズマ源３６のオフセット量をできるだけ小さくし、４０ｍｍ以下とすることで酸化膜の膜厚の分散値σ２が１％以下となることを達成することが可能となると予想される。
【００９１】
次に図１０（Ｂ）を参照するに、図１０（Ｂ）の場合には、例えば前記リモートプラズマ源３６が前記ｘ軸上に設置され、前記酸素ラジカル流路Ｒ２の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するよう設置されている。前記リモートプラズマ源２６は、前記リモートプラズマ源３６より離れたところに設置されるが、以下に示すように前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するようにしている。
【００９２】
前記リモートプラズマ源２６のガス出口２６ｃ付近に、ガス整流板２６ｆを設置して窒素ラジカル流路Ｒ１の向きを変更している。すなわち、前記ガス出口２６ｃから供給される前記窒素ラジカル流路Ｒ１を前記ガス整流板２６ｆに衝突させ、さらに前記窒素ラジカル流路Ｒ１を当該ガス整流板２６ｆに沿った流れ、例えば図中に示すようにｘ軸に対してθ１の角度を形成する流れとして、向きが変更された後の窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するようにしている。
【００９３】
この場合、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過するため、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となる。
【００９４】
また、前記リモートプラズマ源２６と３６を離れたところに設置できるために、設計やレイアウトの自由度が上がり、さらに前記θ１の角度を変更した整流板を用いることで、様々な位置に前記リモートプラズマ源２６を設置することが可能となる。
【００９５】
さらに前記リモートプラズマ源２６を前記ｘ軸上に配して、前記リモートプラズマ源３６のガス出口３６ｃ付近に整流板を設置することも可能であり、この場合も同様にして、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【００９６】
その上、前記リモートプラズマ源２６，３６を共にｘ軸から離れたところに配して、それぞれのガス出口２６Ｃ、３６Ｃ付近に整流板を設置することも可能であり、この場合も同様にして前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心が共に前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【００９７】
このようにすれば、設計やレイアウトの自由度がさらに上がり、前記θ１の角度を変更した２つの整流板を用いることで様々な位置にリモートプラズマ源２６、３６を設置することが可能となる。
【００９８】
また、整流板をリモートプラズマ源の内部、すなわちガス出口の内側に設置することも可能である。この場合処理容器２１の内部に整流板の設置場所を確保することが不要となる。
【００９９】
さらに、前記窒素ラジカル流路Ｒ１の向きを変更する方法の例として、図１０（Ｃ）に示す方法をとることも可能である。
【０１００】
図１０（Ｃ）を参照するに、本図においては図１０（Ｂ）の場合と同様に、例えば前記リモートプラズマ源３６が前記ｘ軸上に設置され、前記酸素ラジカル流路Ｒ２の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するよう設置されている。前記リモートプラズマ源２６は、前記リモートプラズマ源３６より離れたところに設置されるが、以下に示すように前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過するようにしている。
【０１０１】
この場合、前記リモートプラズマ源２６のガス出口２６ｃから供給される前記窒素ラジカル流路Ｒ１が、前記ｘ軸に対して例えばθ２の角度を形成するよう前記リモートプラズマ源２６がｘ軸に対して傾けて設置され、前記窒素ラジカル流路Ｒ１の中心が前記ウェハ中心Ｃを通過する構造となっている。
【０１０２】
そのため、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過するため、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となる。
【０１０３】
また、前記リモートプラズマ源２６と３６を離れたところに設置できるために、設計やレイアウトの自由度が上がり、さらに前記θ２の角度を変更することで前記リモートプラズマ源２６の設置場所を様々に変更することが可能となる。
【０１０４】
さらに前記リモートプラズマ源２６を前記ｘ軸上に配して、前記リモートプラズマ源３６を前記ｘ軸に対して傾けて設置することも可能であり、この場合も同様にして、前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【０１０５】
その上、前記リモートプラズマ源２６、３６をともにｘ軸から離れたところに配して、それぞれ前記ｘ軸に対して傾けて設置することも可能であり、この場合も同様にして前記窒素ラジカル流路Ｒ１と前記酸素ラジカル流路Ｒ２の双方の中心がともに前記ウェハ中心Ｃを通過し、前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好となるようにすることが可能である。
【０１０６】
このようにすれば設計レイアウトや自由度がさらに上がり前記θ２の角度をそれぞれ変更することで前記リモートプラズマ源２６，３６の設置場所を様々に変更することが可能である。
【０１０７】
また、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）に前記した方法により、前記窒素ラジカル流路Ｒ１または酸素ラジカル流路Ｒ２の向きを変更した場合、向きを変更した後の前記Ｒ１またはＲ２が前記ウェハ中心Ｃを通過するのが最も酸窒化膜および酸化膜の膜厚分布が良好であるが、前記Ｒ１またはＲ２と前記ウェハ中心Ｃの距離が４０ｍｍ以下であれば、酸窒化膜または酸化膜の膜厚分散値σは１％以下を確保することができると考えられる。
【０１０８】
また、図１０（Ｂ）に示したような整流板と、図１０（Ｃ）に示したリモートプラズマ源をｘ軸に対して傾けて設置する方法を組み合わせて実施することも可能であり、その場合さらに様々な場所に前記リモートプラズマ源２６および３６を設置してさらに前記被処理基板Ｗ上に形成される酸化膜および酸窒化膜の双方の膜厚分布が良好とすることができる。
［第６実施例］
前記したように、処理容器において、シリコン基板を酸化して酸化膜を形成し、当該処理容器で当該酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合、酸化の工程において用いた酸素および酸素を含む残留物の影響で窒化処理の際に酸化反応を生じ、酸化膜を増膜させてしまうおそれがある。このように酸窒化処理の際に酸化膜が増膜してしまうと、前記図３に示した高誘電体ゲート絶縁膜を使う効果は相殺されてしまう。
【０１０９】
そこで、高誘電体ゲート絶縁膜のベース酸化膜および当該酸化膜上の酸窒化膜を形成する際は、ベース酸化膜の増膜の影響を排して窒化を行う事が重要である。このような酸窒化膜形成の、残留酸素の影響が多い場合と少ない場合のモデルの例を図１１に示す。図１１のグラフは、横軸がシリコン基板上に形成される酸化膜と酸窒化膜の厚さを加えた、形成される合計の膜厚を示し、縦軸が形成される酸窒化膜の窒素濃度を示している。
【０１１０】
まず、残留酸素の影響が大きい場合、図中に示したＦ０の場合は以下のようになる。Ｆ０上の点で、シリコン基板上にベース酸化膜を形成した時点をａとし、ａにおける膜厚をＴ１、窒素濃度をＣ１とする。この場合は窒化工程前であるので窒素濃度は測定限界下の値である。
【０１１１】
次に、前記ベース酸化膜を窒化して当該ベース酸化膜上に酸窒化膜を形成した状態がｂ’である。ｂ’における膜厚はＴ２’、窒素濃度はＣ２’である。さらにｂ’の状態から窒化を進めた状態がｃ’であり、膜厚はＴ３’、窒素濃度がＣ３’となる。
【０１１２】
このように、Ｆ０のケースでは酸化膜を窒化することで窒素濃度が上昇するが膜厚の増加、例えばＴ３’−Ｔ１の値が後述の残留酸素が少ない場合に比べて大きくなると予想される。また、窒素濃度の上昇も後述する残留酸素の影響が少ない場合に比べて小さくなると考えられる。
【０１１３】
次に、残留酸素の影響が少ない場合、図中に示したＦ１の場合も同様にして、シリコン基板上にベース酸化膜を形成した時点をａとし、窒化した状態をｂとし、ｂよりさらに窒化を進めた状態をｃで示す。前記Ｆ１の場合は、ｂの状態での膜厚増加が少なく、さらにｃの状態まで進めた場合の膜厚増加Ｔ３−Ｔ１の値が、前記Ｆ０の場合に比べて少ないと予想される。
【０１１４】
また、窒素濃度Ｃ２およびＣ３も、前記したＣ２’、Ｃ３’に比べて高い。これは、前記Ｆ１の場合は、処理容器中などの残留酸素の影響が少ないため、窒化工程において、残留酸素によるシリコン基板の酸化が促進されることが無く、またそのために窒化が進行しやすい為に窒素濃度が高い酸窒化膜を形成することが可能である。
【０１１５】
すなわち、処理容器中の残量酸素の影響を排することで、高誘電体ゲート絶縁膜のゲート酸化膜のベース酸化膜として好ましい厚さ、例えば約０．４ｎｍ以下を確保しながら、当該ベース酸化膜上に所望の値の酸窒化膜を形成することが可能となると考えられる。
【０１１６】
例えば前記基板処理装置２０の場合、酸化に用いる酸素ラジカルを形成するラジカル源と、窒化に用いる窒素ラジカルを形成するラジカル源は分離されているが、それでも酸素ラジカルを形成する際に用いる酸素および酸素を含む残留物の影響が完全に排除できるわけではない。
【０１１７】
次に、具体的に、残留酸素の影響を抑える方法に関して以下に説明する。
［第７実施例］
図１２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４の基板処理装置２０を使い、被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う方法を示す側面図および平面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例の場合は、本図に示す酸化工程の後の窒化工程の際に、残留酸素の影響が少なく、ベース酸化膜の増膜が少ないという特徴をもっている。
【０１１８】
本図においては、前記図６（Ａ），（Ｂ）に示した場合と同様に、シリコン基板を酸化してベース酸化膜を形成するが、前記図６（Ａ），（Ｂ）に示した場合と異なる点は、前記リモートプラズマラジカル源３６より酸素ラジカルが前記処理空間２１Ｂに供給される際に、同時に前記リモートプラズマ源２６より、例えばＡｒなどのパージガスが前記処理空間２１Ｂに供給されることである。前記したパージガスが供給される以外は、図６（Ａ），（Ｂ）の場合と同一である。
【０１１９】
前記したように、シリコン基板を酸化してベース酸化膜を形成する工程では、酸素ラジカルを用いるため、前記したように前記処理空間２１Ｂには前記リモートプラズマ源３６より酸素ラジカルが導入される。その際に、前記リモートプラズマ源２６の前記ガス出口２６ｃより酸素ラジカルや、例えばＨ2Ｏなどの酸素を含む副生成物が逆流してしまう場合がある。
【０１２０】
このように、酸素ラジカルや酸素を含む副生成物が逆流してしまうと、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示す窒化工程において、ベース酸化膜の増膜や、窒素濃度の低下といった問題を引き起こす場合がある。
【０１２１】
そのため、本実施例では前記リモートプラズマ源２６より前記処理空間２１Ｂにパージガスを導入して、酸素や、酸素を含む生成物が前記リモートラジカル源２６に逆流するのを防止している。
【０１２２】
また、前記したようなリモートプラズマ源２６へ逆流した酸素や酸素を含む生成物を排除するために、例えば真空パージや不活性ガスによるガスパージを行う方法がある。
【０１２３】
例えば真空パージは、前記した酸化工程終了後に、前記処理空間を低圧（高真空）状態に排気して、前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素や酸素を含む生成物を除去する方法である。
【０１２４】
ガスパージは、同様に前記した酸化工程終了後に、前記処理空間２１Ｂに不活性ガスを導入して前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素を除去する方法である。
【０１２５】
通常は前記真空パージとガスパージを組み合わせて数回行われる。しかし前記した真空パージとガスパージを行うと、処理時間を要するために、基板処理装置２０のスループットが低下して生産性が低下する問題がある。また、真空パージを行うためには、例えばターボ分子ポンプなどの排気速度の大きい高価な排気手段を要するために、装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０１２６】
本実施例では、装置のスループットを低下させることなく、前記したような残留酸素の影響を排除することが可能となる。
【０１２７】
また、図１２（Ａ），（Ｂ）に示した酸化工程の後は、図７（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化工程を行い、ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。その際に、前記したように前記リモートプラズマ源２６への酸素の逆流の影響を排除しているため、残留した酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１２８】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０１２９】
なお、本実施例において用いるパージガスは、不活性ガスであれば良く、前記したＡｒガスの他に、窒素、ヘリウムなど用いることが可能である。
【０１３０】
また、前記したベース酸化膜の形成の際の酸化工程においてパージガスを用いて残留酸素の影響を減じる方法を、他の装置において実施することも可能である。例えば、酸素ラジカルを生成するためのラジカル源に、紫外光源を搭載した以下に示す基板処理装置２０Ａにおいても実施することが可能である。
［第８実施例］
図１３は、図３のシリコン基板２０１上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成するための、基板処理装置２０Ａの概略的構成を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１３１】
図１３を参照するに、本図に示す基板処理装置２０Ａの場合は、図４に示した前記基板処理装置２０の場合に比べて異なる点は、まず前記処理容器２１に、被処理基板Ｗを隔てて前記排気口２１Ａと対向する側に酸素ガスを供給する処理ガス供給ノズル２１Ｄが設けられており、前記処理ガス供給ノズル２１Ｄに供給された酸素ガスは、前記プロセス空間２１Ｂ中を前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａから排気される構造となっていることである。
【０１３２】
また、このように前記処理ガス供給ノズル２１Ｄから供給された処理ガスを活性化し酸素ラジカルを生成させるため、前記処理容器２１上，前記処理ガス供給ノズル２１Ｄと被処理基板Ｗとの間の領域に対応して石英窓２５Ａを有する紫外光源２５が設けられる。すなわち前記紫外光源２５を駆動することにより前記処理ガス供給ノズル２１Ｄからプロセス空間２１Ｂに導入された酸素ガスが活性化され、その結果形成された酸素ラジカルが前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる。これにより、回動している前記被処理基板Ｗの表面に、１ｎｍ以下の膜厚の、特に２〜３原子層分の厚さに相当する約０．４ｎｍの膜厚のラジカル酸化膜を形成することが可能になる。
【０１３３】
また前記処理容器２１には前記被処理基板Ｗに対して排気口２１Ａと対向する側にリモートプラズマ源２６が形成されている。そこで前記リモートプラズマ源２６にＡｒなどの不活性ガスと共に窒素ガスを供給し、これをプラズマにより活性化することにより、窒素ラジカルを形成することが可能である。このようにして形成された窒素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、回動している被処理基板表面を窒化する。
【０１３４】
なお、前記基板処理装置２０Ａでは、酸素ラジカルの生成に前記紫外光源２５を用いているため、前記基板処理装置２０のように前記リモートプラズマ源３６は設置されていない。
【０１３５】
図１４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１３の基板処理装置２０Ａを使って通常の方法で被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う場合を示す側面図および平面図である。
【０１３６】
図１４（Ａ）を参照するに、前記プロセス空間２１Ｂ中には処理ガス供給ノズル２１Ｄから酸素ガスが供給され、被処理基板Ｗの表面に沿って流れた後、排気される。排気経路としてはターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【０１３７】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合は残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことでガスを排除しやすい利点がある。
【０１３８】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【０１３９】
これと同時に、好ましくは１７２ｎｍの波長の紫外光を発生する紫外光源２５を駆動することにより、このようにして形成された酸素ガス流中に酸素ラジカルが形成される。形成された酸素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している基板表面を酸化する。このような被処理基板Ｗの紫外光励起酸素ラジカルによる酸化（以下ＵＶ−Ｏ2処理）により、シリコン基板表面に１ｎｍ以下の膜厚の非常に薄い酸化膜、特に２〜３原子層に相当する約０．４ｎｍの膜厚の酸化膜を、安定に再現性良く形成することが可能になる。
【０１４０】
図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の構成の平面図を示す。
【０１４１】
図１４（Ｂ）を参照するに、紫外光源２５は酸素ガス流の方向に交差する方向に延在する管状の光源であり、ターボ分子ポンプ２３Ｂが排気口２１Ａを介してプロセス空間２１Ｂを排気するのがわかる。一方、前記排気口２１Ａから直接にポンプ２４に至る、図１４（Ｂ）中に点線で示した排気経路は、バルブ２３Ａ，２３Ｃを閉鎖することにより、達成される。
【０１４２】
次に、図１５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１３の基板処理装置２０Ａを使って被処理基板Ｗのラジカル窒化（ＲＦ−Ｎ2処理）を行う場合を示す側面図および平面図である。
【０１４３】
図１５（Ａ），（Ｂ）を参照するに、リモートプラズマラジカル源２６にはＡｒガスと窒素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚの周波数で高周波励起することにより窒素ラジカルが形成される。形成された窒素ラジカルは前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、前記排気口２１Ａおよびポンプ２４を介して排気される。その結果前記プロセス空間２１Ｂは、基板Ｗのラジカル窒化に適当な、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲のプロセス圧に設定される。特に６．６５〜１３３Ｐａ（０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ）の圧力範囲を使うのが好ましい。このようにして形成された窒素ラジカルは、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、回動している被処理基板Ｗの表面を窒化する。
【０１４４】
図１５（Ａ），（Ｂ）の窒化工程では、窒化工程に先立ち、パージ工程を行っても良い。前記パージ工程では、前記バルブ２３Ａおよび２３Ｃが開放され、バルブ２４Ａが閉鎖されることで前記処理空間２１Ｂの圧力が１．３３×１０-1〜１．３３×１０-4Ｐａの圧力まで減圧され、処理空間２１Ｂ中に残留している酸素や水分がパージされるが、窒化処理においても、排気経路としてターボ分子ポンプ２３Ｂを経由する場合、しない場合の２通りが考えられる。
【０１４５】
バルブ２３Ａおよび２３Ｃが閉鎖される場合はターボ分子ポンプ２３Ｂを使用せずにバルブ２４Ａを開き、ドライポンプ２４のみを利用する。この場合はパージする際に残留水分などが付着する領域が小さくなること、またポンプの排気速度が大きいことで残留ガスを排除しやすい利点がある。
【０１４６】
また、バルブ２３Ａおよび２３Ｃを開放してバルブ２４Ａを閉鎖してターボ分子ポンプ２３Ｂを排気経路として使用する場合もある。この場合はターボ分子ポンプを用いることによって処理容器内の真空度を上げることができるため、残留ガス分圧を低くすることができる。
【０１４７】
このように、図１３の基板処理装置２０Ａを使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、その酸化膜表面をさらに窒化することが可能になる。
【０１４８】
前記した基板処理装置２０Ａを用いて、先の実施例で前記したパージガスを用いて残留酸素の影響を抑える方法を以下に示す。
【０１４９】
図１６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１３の基板処理装置２０Ａを使い、本発明の第８実施例による、被処理基板Ｗのラジカル酸化を行う方法を示す側面図および平面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例は、本図に示す酸化工程の後の窒化工程において、残留酸素の影響が少なく酸化膜の増膜が少ない方法である。
【０１５０】
図１６（Ａ），（Ｂ）を参照するに、本実施例の場合は前記図１４（Ａ），（Ｂ）に示した場合と同様に被処理基板Ｗの表面の酸化を行うが、前記図１４（Ａ），（Ｂ）の場合と異なる点は、前記処理ガス供給ノズル２１Ｄから前記処理空間２１Ｂに、酸素などの酸素ラジカル形成のための処理ガスが供給される際に、前記リモートプラズマ源２６より、例えばＡｒなどのパージガスが前記処理空間２１Ｂに供給されることである。前記したパージガスが供給される以外は、図１４（Ａ），（Ｂ）の場合と同一である。
【０１５１】
前記したように、シリコン基板を酸化する工程では、酸素ラジカルを用いるため、前記処理空間２１Ｂでは前記ガス供給ノズル２１Ｄから供給された処理ガスが活性化されて、酸素ラジカルが形成される。その際に、前記リモートプラズマ源２６の前記ガス出口２６ｃより酸素ラジカルや、酸素を含む生成物が逆流して進入しまう場合がある。
【０１５２】
このように、酸素ラジカルや酸素を含む生成物が逆流してしまうと、例えば図１５（Ａ），（Ｂ）に示す窒化工程において、ベース酸化膜の増膜や、窒素濃度の低下といった問題を引き起こす場合がある。
【０１５３】
そのため、本実施例では前記リモートプラズマ源２６より前記処理空間２１Ｂにパージガスを導入して、酸素や、酸素を含む生成物が前記リモートラジカル源２６に逆流するのを防止している。
【０１５４】
また、前記したようなリモートプラズマ源２６へ逆流した酸素や酸素を含む生成物を排除するために、例えば真空パージや不活性ガスによるガスパージを行う方法がある。
【０１５５】
例えば真空パージは、前記した酸化工程終了後に、前記処理空間を低圧（高真空）状態に排気して、前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素を除去する方法である。
【０１５６】
ガスパージは、同様に前記した酸化工程終了後に、前記処理空間２１Ｂに不活性ガスを導入して前記処理空間２１Ｂや前記リモートプラズマ源２６に残留した酸素を除去する方法である。
【０１５７】
通常は前記真空パージとガスパージを組み合わせて数回行われる。しかし前記した真空パージとガスパージを行うと、処理時間を要するために、基板処理装置２０Ａのスループットが低下して生産性が低下する問題がある。また、真空パージを行うためには、例えばターボ分子ポンプなどの排気速度の大きい高価な排気手段を要するために、装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０１５８】
本実施例では、装置のスループットを低下させることなく生産性良く、前記したような残留酸素の影響を排除することが可能となる。
【０１５９】
また、図１６（Ａ），（Ｂ）に示した酸化工程の後は、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化工程を行い、ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。その際に、前記したように前記リモートプラズマ源２６への酸素の逆流の影響を排除しているため、残留した酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１６０】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０１６１】
なお、本実施例において用いるパージガスは、不活性ガスであれば良く、前記したＡｒガスの他に、窒素、ヘリウムなど用いることが可能である。
［第９実施例］
次に、図３のシリコン基板２０１上に非常に薄いベース酸化膜２０２を、酸窒化膜２０２Ａを含めて形成する際に、酸窒化膜の形成工程でベース酸化膜２０２の増膜を抑制する別の方法を図１７のフローチャートに示す。以下の説明では、基板処理の例として、前記基板処理装置２０Ａを用いた場合を示す。
【０１６２】
図１７を参照するに、まずステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同様）において、被処理基板である被処理基板Ｗを前記基板処理容器２１に搬入し、前記基板保持台２２に載置する。
【０１６３】
次に、ステップ２で、図１４（Ａ），（Ｂ）で前記したように、シリコン基板である被処理基板Ｗの表面を酸化して、シリコン基板表面に１ｎｍ以下の膜厚の非常に薄い酸化膜、特に２〜３原子層に相当する約０．４ｎｍの膜厚のベース酸化膜を、安定に再現性良く形成する。
【０１６４】
次に、ステップ３において、被処理基板Ｗを前記処理容器２１より外に搬出する。
【０１６５】
次のステップ４において、前記被処理基板Ｗが搬出された基板処理容器２１において、当該基板処理容器２１内の、残留酸素の除去を行う。前記ステップ２の酸化工程において、前記処理容器２１の内部である処理空間２１Ｂには酸素が供給され、また酸素ラジカルが生成される。そのため、酸素や、例えばＨ２Ｏなどの酸素を含む生成物などが、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間に残留している。
【０１６６】
そのため、本ステップにおいて前記した酸素や酸素を含む生成物の除去処理を行う。
【０１６７】
具体的には、前記処理容器２１内から前記被処理基板Ｗを搬出した状態で、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化工程と同様の方法で、Ａｒガスおよび窒素ガスを前記リモートプラズマ源２６によって解離することで生成されるＡｒラジカルと窒素ラジカルを含む、活性化されたＡｒガスと窒素ガスを前記処理空間２１Ｂに供給して、前記排気口２１Ａより排気することにより、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する酸素や、例えばＨ２Ｏなどの酸素を含む生成物などを前記排気口２１Ａより排出する。
【０１６８】
次に、ステップ５において、再び被処理基板Ｗが前記処理容器２１に搬入され、前記基板保持台２２に載置される。
【０１６９】
続いて、ステップ６において、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記したように、ステップ２においてベース酸化膜が形成された被処理基板Ｗの表面を、窒素ラジカルによって窒化して酸窒化膜を形成する。この場合、前記ステップ４において酸素除去処理が行われるため、酸化膜の増膜の影響を抑えた窒化を行う事が可能となる。
【０１７０】
すなわち、前記処理容器２１内部、前記処理空間２１Ｂおよび当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する、ステップ２において酸化に用いた酸素および酸素を含む生成物などが除去されるため、本ステップの窒化工程において、ステップ２で用いた酸素および酸素を含む残留物によって酸化膜が増膜する、また窒化の際に窒素濃度が低くなってしまうという問題を抑制することが可能となる。そのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１７１】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０１７２】
次に、ステップ７にて被処理基板Ｗを前記処理容器２１より搬出して処理を終了する。
【０１７３】
一般に、前記したような前記処理容器２１内部、前記処理空間２１Ｂおよび当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する、ステップ２において酸化に用いた酸素および酸素を含む生成物などを排除するために、真空パージや不活性ガスによるガスパージを行うことが可能である。
【０１７４】
例えば真空パージは、前記した酸化工程終了後に、前記処理空間を低圧（高真空）状態に排気して、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間に残留した酸素および酸素を含む生成物を除去する方法である。
【０１７５】
ガスパージは、同様に前記した酸化工程終了後に、前記処理空間２１Ｂに不活性ガスを導入して前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間残留した酸素および酸素を含む生成物を除去する方法である。
【０１７６】
通常は前記真空パージとガスパージを組み合わせて数回繰り返して行われることでその効果を奏することが多い。しかし前記した真空パージとガスパージを繰り返し行うと、処理時間を要するために、基板処理装置２０Ａのスループットが低下して生産性が低下する問題がある。
【０１７７】
また、真空パージを行うためには、真空パージに有効な、排気速度の大きい高価な排気手段を必要とするために、装置のコストアップにつながるという問題がある。
【０１７８】
本実施例では、装置のスループットを低下させることなく生産性良く、前記したような残留酸素の影響を排除することが可能となる。
【０１７９】
また、本実施例において前記した基板処理方法は、例えば以下に示すクラスタ型基板処理システムで行う事ができる。
［第１０実施例］
図１８は、本発明の第１０実施例による、クラスタ型基板処理システム５０の構成を示す。
【０１８０】
図１８を参照するに、前記クラスタ型基板処理システム５０は、基板搬入／搬出のためのロードロック室５１と、基板表面の自然酸化膜および炭素汚染を除去する前処理室５２と、図１３の基板処理装置２０Ａよりなる処理室５３と、基板上にＴａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2、ＨｆＯ2，ＺｒＳｉＯ4，ＨｆＳｉＯ4等の高誘電体膜を堆積するＣＶＤ処理室５４と、基板を冷却する冷却室５５とを真空搬送室５６で連結した構成を有し、前記真空搬送室５６中には搬送アーム（図示せず）が設けられている。
【０１８１】
本実施例の基板処理方法を行う場合には、まず前記ロードロック室５１に導入された被処理基板Ｗは経路５０ａに沿って前記前処理室５２に導入され、自然酸化膜および炭素汚染が除去される。前記前処理室５２で自然酸化膜を除去された被処理基板Ｗは経路５０ｂに沿って前記ステップ１において前記処理室５３に導入され、前記ステップ２において、図１３の基板処理装置２０Ａにより、ベース酸化膜が、２〜３原子層の一様な膜厚に形成される。
【０１８２】
前記処理室５３においてベース酸化膜を形成された被処理基板Ｗは、前記ステップ３において経路５０ｃに沿って前記真空搬送室５６に搬送され、前記被処理基板Ｗが前記真空搬送室５６に保持されている間に、前記ステップ４において、基板処理装置２０Ａにより第９実施例で前記した酸素除去処理が実施される。
【０１８３】
その後、前記ステップ５において、経路５０ｄに沿って再び被処理基板Ｗが前記搬送室５６より前記処理室５３に搬送され、前記ステップ６において、前記基板処理装置２０Ａによりベース酸化膜の窒化が行われて酸窒化膜が形成される。
【０１８４】
その後、前記ステップ７において経路５０ｅに沿って被処理基板Ｗが前記処理室５３より搬出されて、前記ＣＶＤ処理室５４に導入され、前記ベース酸化膜上に高誘電体ゲート絶縁膜が形成される。
【０１８５】
さらに前記被処理基板は前記ＣＶＤ処理室５４から経路５０ｆに沿って冷却室５５に移され、前記冷却室５５で冷却された後、経路５０ｇに沿ってロードロック室５１に戻され、外部に搬出される。
【０１８６】
なお、図１８の基板処理システム５０において、さらにシリコン基板の平坦化処理を、Ａｒ雰囲気中、高温熱処理により行う前処理室を別に設けてもよい。
【０１８７】
このように、前記したクラスタ型基板処理システム５０によって、第９実施例に前記した基板処理方法が可能となり、窒化工程において前記処理容器２１に残留した酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１８８】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。ベース酸化膜の増膜を押さえ、窒化を促進して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０１８９】
また、前記ステップ４における酸素除去処理の際に、前記被処理基板Ｗを載置する場所は、前記真空搬送室５６に限らない。例えば、前記前処理室５２や前記冷却室５５および前記ロードロック室５１など、外気と遮断されて前記被処理基板Ｗが汚染されたり、酸化されたりすることを防止することが可能でかつ搬送・搬出が可能な空間であればよい。
［第１１実施例］
次に、先の第１０実施例に記載したクラスタ型基板処理システム５０を用いて、第９実施例に前記した基板処理方法を行ってベース酸化膜を形成し、さらに当該ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成した場合の膜厚と窒素濃度の関係を図１９に示す。
【０１９０】
また、比較のために、図中には、第９実施例で前記した酸素除去処理を行わず、ベース酸化膜の形成から当該ベース酸化膜の窒化を連続的に行った例、すなわち、図１４（Ａ），（Ｂ）に前記したベース酸化膜形成工程から図１５（Ａ），（Ｂ）の窒化工程を連続的に行った場合の結果も併記した。
【０１９１】
図１９には、前記第９実施例記載の基板処理方法を用いた場合を実験Ｄ１〜３で、またベース酸化膜の形成から、当該ベース酸化膜の窒化を連続的に行った場合を実験Ｉ１〜３で記載する。また、前記実験Ｄ１〜３の基板処理の条件および実験Ｉ１〜３の基板処理の条件を下記に示す。
【０１９２】
【表１】
【０１９３】
さらに実験Ｉ１〜３の場合、表中に前記した条件のＡｒ流量、窒素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間により、窒化処理を行った。なお、実験Ｉ１〜３の場合は、酸素除去処理は行わなかった。
【０１９４】
前記実験Ｄ１〜３の場合、表中に前記したＡｒ流量、窒素流量、処理時間で第９実施例に記載した酸素除去処理を行い、その後表中に前記した条件で窒化処理を行った。
【０１９５】
図１９を参照するに、酸素除去処理を行わない実験Ｉ１〜３と比べて、第９実施例に前記した酸素除去処理を行った実験Ｄ１〜３の場合は、ベース酸化膜を窒化する際の膜厚増加が少ないことがわかる。また、窒素濃度が高く、窒化が十分に促進されていることがわかる。
【０１９６】
これは前記したように、酸素除去処理を行うことにより、窒化工程において残留酸素によるベース酸化膜の増膜現象を抑制し、窒化を促進して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となることを示していると考えられる。
［第１２実施例］
次に、前記基板処理装置２０Ａを用いて、シリコン基板上にベース酸化膜を形成して、当該ベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合に、条件を変化させた場合の膜厚と窒素濃度の関係を、後述する実験Ｘ１〜５について図２０に示す。
【０１９７】
また、実験Ｘ１〜５の場合の基板処理条件を下記に示す。
【０１９８】
【表２】
【０１９９】
前記実験Ｘ２〜５の場合は、図１４（Ａ），（Ｂ）で前記したベース酸化膜形成方法によって、前記した条件の、酸素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間でベース酸化膜を形成し、図１５（Ａ），（Ｂ）で前記した窒化方法により、前記した条件の、Ａｒ流量、窒素流量、圧力、基板保持台温度、処理時間にて酸窒化膜の形成を行った。
【０２００】
但し、前記実験Ｘ２の場合は第９実施例に記載の基板処理方法に従い、酸素除去処理を、前記表中の条件のＡｒ流量、窒素流量、処理時間にて行った。
【０２０１】
また、前記実験Ｘ３の場合は、ベース酸化膜の形成終了後に一旦ウェハを前記処理容器２１より搬出し、そのまま処理容器２１に再搬入のみ行って、その後酸窒化膜形成工程に移行した。
【０２０２】
前記実験Ｘ４の場合は、ベース酸化膜形成終了後に被処理基板Ｗを搬出せず、そのまま窒化工程に移行している。
【０２０３】
前記実験Ｘ５の場合は、酸窒化膜形成時の、残留酸素の影響をしらべるため、ベース酸化膜の形成後に一旦被処理基板Ｗを搬出して、前記基板処理装置２０Ａにおいて、表中に前記した条件で酸素を導入して酸素ラジカル処理を行い、その後被処理基板Ｗを再搬入して酸窒化膜形成を行っている。
【０２０４】
図２０を参照するに、膜厚の増加に対する窒素濃度の傾向を見た場合、前記実験Ｘ１の場合と、前記実験Ｘ２の場合がほぼ同様の傾向を示しており、後述する実験Ｘ３〜５の場合に比べて、窒化工程におけるベース酸化膜の増膜が抑えられ、また窒化が促進して窒素濃度が高くなっていると考えられる。
【０２０５】
前記実験Ｘ１の場合、図１６（Ａ），（Ｂ）に前記したベース酸化膜の形成方法を行うことにより、シリコン基板を酸化する際に、窒化のためのラジカル源である前記リモートプラズマ源２６への酸素や酸素ラジカルおよび酸素を含む生成物の逆流を防止している。その結果、ベース酸化膜形成後の窒化工程において、残留酸素や酸素を含む生成物の影響を排除して、ベース酸化膜の増加を抑えて、かつ窒化を促進させた高い窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０２０６】
また、前記実験Ｘ２の場合は、前記した酸素除去処理により、Ａｒラジカルと窒素ラジカルを含む、活性化されたＡｒガスと窒素ガスにより、前記処理空間２１Ｂや当該処理空間２１Ｂに連通する空間、例えば前記リモートプラズマ源２６の内部などに残留する酸素や、例えばＨ２Ｏなどの酸素を含む生成物などを除去し、ベース酸化膜形成後の窒化工程において、残留酸素や酸素を含む生成物の影響を排除して、ベース酸化膜の増加を抑えて、かつ窒化を促進させた高い窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０２０７】
なお、前記実験Ｘ３とＸ４が、膜厚と窒素濃度の関係で、ほぼ同様の傾向を示している。このことから、単に被処理基板Ｗを前記処理容器２１から搬出・再搬入するだけでは前記したような残留酸素を除去する効果はなく、前記したような酸素除去処理が必要であると考えられる。
【０２０８】
また、残留酸素が窒化の際に及ぼす影響を確認するため、実験Ｘ５の場合にはベース酸化膜形成終了後に、前記処理容器２１に酸素ラジカルを供給している。実験Ｘ５の場合には、ベース酸化膜の増膜が大きく、また窒素濃度が低いことから前記処理空間２１Ｂおよび前記処理空間２１Ｂに連通する空間に残留した酸素および酸素を含む生成物が、窒化工程の際にシリコン基板を酸化してベース酸化膜の増膜の原因となり、そのために窒化が促進せず、窒素濃度が低いものと考えられる。
【０２０９】
また、例えば第９〜１０実施例記載の基板処理方法を前記基板処理装置２０を用いて行うことも可能であり、また、第８実施例記載のパージガスを用いて酸素の逆流を防止する方法と、第９〜１０実施例記載の酸素除去処理を組み合わせて実施することも可能であり、その場合も同様に、酸窒化膜形成工程において、酸素や酸素を含む生成物によって酸化が進行してベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、またそのために窒化が進行して所望の窒素濃度の酸窒化膜を形成することが可能となる。
【０２１０】
その結果、図３で前記した、前記半導体装置２００において用いる場合に適切な非常に薄い、例えば０．４ｎｍ程度のベース酸化膜２０２と、ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜２０２Ａを形成することが可能となる。
【０２１１】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【０２１２】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器でシリコン基板上に非常に薄いベース酸化膜を、酸窒化膜を含めて形成する際に、ベース酸化膜形成時に用いた酸素や酸素化合物などの残留物が、酸窒化膜形成時にシリコン基板の酸化を進行させてベース酸化膜が増膜してしまう現象を抑制し、さらに生産性も良好となった。
【０２１３】
その結果、半導体装置において用いる場合に適切な非常に薄いベース酸化膜と、当該ベース酸化膜上の適切な濃度の酸窒化膜を、良好な生産性で形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の基板処理装置の概略を示す図（その１）である。
【図２】従来の基板処理装置の概略を示す図（その２）である。
【図３】半導体装置の構成を示す概略図である。
【図４】本発明による基板処理装置の概略を示す図（その１）である。
【図５】図４の基板処理装置において使われるリモートプラズマ源の構成を示す図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、図４の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その１）および平面図（その１）である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、図４の基板処理装置を使って行われる酸化膜の窒化処理を示すそれぞれ側面図および平面図である。
【図８】被処理基板の窒化の状態を模擬的に示した図である。
【図９】被処理基板の酸窒化膜の膜厚分散値を示した図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、リモートプラズマ源の設置方法を示した図である。
【図１１】酸窒化膜形成時の残留酸素の影響が多い場合と少ない場合の膜厚と窒素濃度の関係を示す図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、図４の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その２）および平面図（その２）である。
【図１３】本発明による基板処理装置を示す概略図（その２）である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、図１３の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その１）および平面図（その１）である。
【図１５】（Ａ），（Ｂ）は、図１３の基板処理装置を使って行われる酸化膜の窒化処理を示すそれぞれ側面図および平面図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）は、図１３の基板処理装置を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図（その２）および平面図（その２）である。
【図１７】本発明の第９実施例による基板処理方法のフローチャートを示す図である。
【図１８】本発明の第１０実施例によるクラスタ型基板処理システム５０の構成を示す概略図である。
【図１９】第９実施例の基板処理方法でベース酸化膜を形成し、さらにベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成した場合の膜厚と窒素濃度の関係を示す図である。
【図２０】図１３の基板処理装置を用いてシリコン基板上にベース酸化膜を形成して、さらにベース酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する場合に、条件を変化させた場合の膜厚と窒素濃度の関係を示す図である。
【符号の説明】
２００ 半導体装置
２０１ シリコン基板
２０２ ベース酸化膜
２０２Ａ 酸窒化膜
２０４ 高誘電体膜
１００，１１０，２０，２０Ａ 基板処理装置
１０１，１１１，２１ 処理容器
１０２，１１８，２２ 基板保持台
１１３，１０３ 排気口
１２０，１０４ 排気手段
１０５，１１６ リモートプラズマラジカル源
１１５ ノズル
２２Ａ ヒータ
Ｗ０，Ｗ 被処理基板
２１Ａ，２１Ｅ 排気口
２１Ｂ プロセス空間
２１Ｃ 基板搬入・搬出室
２１Ｇ 石英ライナ
２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ パージライン
２１Ｄ ガスノズル
２２Ａ ヒータ
２２Ｂ 磁気シール槽
２２Ｃ 基板回転機構
２３Ａ，２３Ｃ，２３Ｄ，２４Ａ，２４Ｃ，２９Ａ，２９Ｃ，２９Ｄ バルブ
２３Ｂ，２９Ｂ ターボ分子ポンプ
２４ ドライポンプ
２５，１１５ 紫外光源
２５Ａ，１１４ 光学窓
２６，３６ リモートプラズマ源
２６Ａ，３６Ａ ブロック
２６Ｂ，３６Ｂ フェライトコア
２６Ｃ，３６Ｃ プラズマ
２６ａ，３６ａ ガス循環通路
２６ｂ，３６ｂ ガス入り口
２６ｃ，３６ｃ ガス出口
２６ｄ，３６ｄ コーティング
２６ｅ，３６ｅ イオンフィルタ
２７ 基板搬送ユニット
２７Ａ ゲートバルブ
２８ 磁気シール
５０ クラスタ型基板処理装置
５１ ロードロック
５２ 前処理室
５３ 処理室
５４ ＣＶＤ室
３５５ 冷却室
５６ 基板搬送室
Claims (3)
- 処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記窒素ラジカル流路の中心と、前記酸素ラジカル流路の中心が、前記被処理基板の略中心で交差することを特徴とする基板処理装置。 - 処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記窒素ラジカル流路を衝突させて前記窒素ラジカル流路の向きを変更する整流板を設けたことを特徴とする基板処理装置。 - 処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間中の被処理基板を保持する回動自在の保持台と、
前記保持台の回動機構と、
前記処理容器上、前記保持台に対して第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより窒素ラジカルを形成して前記窒素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記被処理基板を隔て対向する第２の側に流れるように前記処理空間に供給する窒素ラジカル形成部と、
前記第１の側の端部に設けられた、高周波プラズマにより酸素ラジカルを形成して前記酸素ラジカルが前記被処理基板表面に沿って前記第１の側から前記第２の側に流れるように前記処理空間に供給する酸素ラジカル形成部と、
前記第２の側の端部に設けられ、前記処理空間を排気する排気経路とを有し、
前記窒素ラジカルおよび酸素ラジカルは、それぞれ前記窒素ラジカル形成部および酸素ラジカル形成部より前記排気経路に向かって前記被処理基板表面に沿った窒素ラジカル流路および酸素ラジカル流路を形成して流れ、
前記酸素ラジカル流路を衝突させて前記酸素ラジカル流路の向きを変更する整流板を設けたことを特徴とする基板処理装置。
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