JP4386132B2 - 被処理体の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Description
また例えば請求項4に記載したように、前記被処理体の表面の酸化される物質はシリコンである。
また例えば請求項8に記載したように、前記窒化ガスは、NO、N2 O、NH3 よりなる群より選択される1以上のガスよりなる。
また例えば請求項9に記載したように、前記被処理体の表面の酸化される物質はシリコンである。
請求項1〜4、10によれば、酸化膜をオゾンの雰囲気中で加熱することによってアニールするようにしたので、膜中に含まれる水素成分を除去することができ、この結果、酸化膜の電気的な膜質特性を大幅に向上させることができる。
請求項5〜9、11によれば、酸窒化膜をオゾンの雰囲気中で加熱することによってアニールするようにしたので、膜中に含まれる水素成分を除去することができ、この結果、酸窒化膜の電気的な膜質特性を大幅に向上させることができる。
<第1実施例>
図1は本発明に係る処理装置の第1実施例を示す構成図である。図示するように、この処理装置2は下端が開放された円筒体状になされた縦型の処理容器4を有している。この処理容器4は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
図2は本発明に係る処理方法でSiO2 膜を形成する時の一例を示すフローチャートである。図2では半導体ウエハの表面に絶縁膜としてSiO2 膜を酸化により形成する場合を示している。
上記酸化処理の具体的な流れは、上述のように、処理容器4内へ別々に導入されたO2 ガスとH2 ガスは、ホットウォール状態となった処理容器4内を上昇しつつウエハWの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種(O*)と水酸基活性種(OH*)とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハWの表面が酸化されてSiO2 膜が形成される。この時のプロセス条件は、温度が500〜1200℃の範囲内、例えば900℃、圧力は0.02Torr(2.7Pa)〜3.0Torr(400Pa)の範囲内、例えば0.35Torr(46Pa)である。また、処理時間は例えば10分である。
H2 +O2 → H*+HO2
O2 +H* → OH*+O*
H2 +O* → H*+OH*
H2 +OH* → H*+H2 O
まず、上記O2 ガスとH2 ガスの供給を停止すると共に、オゾン供給手段46を作動させてオゾン発生器72にてオゾン(O3 )を発生させる。そして、このオゾンを流量制御しつつ処理容器4内に導入してこの処理容器4内をオゾン雰囲気にし、このオゾン雰囲気中でウエハWを加熱してアニール処理する。
次に上記した成膜方法で形成したSiO2 膜の電気的な膜質特性の測定を行って評価したので、その評価結果について説明する。
図3はシリコン酸化膜のSILC特性のアニール依存性を示すグラフであり、図4はシリコン酸化膜のTDDB特性のアニール依存性を示すグラフである。ここでSILC特性とはシリコン酸化膜をゲート絶縁膜として用いた時のリーク電流を示し、TDDB特性とはトランジスタに一定の電流を流している時にブレークダウンするまでに注入される電荷量を示し、ゲート電圧の変位量として表れる。
また図4に示す場合には、代表として態様A3、A4と本発明方法の態様B1を示している。ここではCCS(Constant Current Stress)を−0.1A/cm2 に設定している。
次に、本発明装置の第2実施例について説明する。図5は本発明に係る処理装置の第2実施例を示す構成図、図6は本発明に係る処理方法でSiON膜を形成する時の一例を示すフローチャートである。図5において、図1中にて示した構成部品と同一構成部品については同一符号を付してその説明を省略する。
この第2実施例の処理装置の場合には、図6に示すフローチャートのように、ステップS1の酸化工程とステップS2のアニール工程との間に、ステップS1−1で示される窒化工程を行い、酸化膜であるSiO2 膜を窒化ガスにより窒化して酸窒化膜であるSiON膜を形成するようになっている。
この窒化工程におけるプロセス条件は、プロセス圧力は100〜760Torrの範囲内であり、ここでは例えば650Torrに設定している。またプロセス温度は500〜1200℃の範囲内である。また窒化ガスの流量は0.1〜10slmの範囲内である。
この場合、図6中のステップS2におけるプロセス条件は、プロセス圧力、オゾンの流量はそれぞれ図2中のステップS2の場合と同じである。ただしプロセス温度は、500〜1200℃の範囲内に設定するのが好ましい。プロセス温度が500℃よりも低いとアニール効果が不十分となり、また1200℃よりも高いと装置自体の耐熱性に悪影響を及ぼす恐れが生ずる。
ここでオゾンの雰囲気中でアニール処理することにより、SiON膜中から水素成分が除去される理由は、先にSiO2 膜に対して説明した場合と同じである。
次に、上記した成膜方法で形成したSiON膜の電気的な膜質特性の測定を行って評価したので、その評価結果について説明する。
図7はシリコン酸窒化膜のTDDB特性のアニール依存性を示すグラフである。比較のために従来の成膜方法で形成した種々の態様A5〜A7のSiON膜の結果も併せて示している。
また、ここでは還元性ガスとしてH2 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを用いることができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
4 処理容器
12 真空ポンプ
14 真空排気系
18 ウエハボート(保持手段)
38 加熱手段
42 酸化性ガス供給手段
44 還元性ガス供給手段
46 オゾン供給手段
48 酸化性ガス噴射ノズル
50 還元性ガス噴射ノズル
64 オゾン噴射ノズル
72 オゾン発生器
74 制御手段
76 記憶媒体
80 窒化ガス供給手段
82 窒化ガス噴射ノズル
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (13)
- 所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内で前記被処理体に熱処理を施すための被処理体の処理方法において、
前記処理容器内で酸化性ガスと還元性ガスとを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化して酸化膜を形成する酸化工程と、
前記酸化膜をオゾンの雰囲気中であって500〜1200℃の範囲内に加熱すると共に0.1Torr(13.3Pa)〜76Torr(10130Pa)の範囲内の圧力にすることによってアニールするアニール工程と、
を有することを特徴とする被処理体の処理方法。 - 前記酸化工程と前記アニール工程は同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項1記載の被処理体の処理方法。
- 前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項1又は2記載の被処理体の処理方法。
- 前記被処理体の表面の酸化される物質はシリコンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の被処理体の処理方法。
- 所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内で前記被処理体に熱処理を施すための被処理体の処理方法において、
前記処理容器内で酸化性ガスと還元性ガスとを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化して酸化膜を形成する酸化工程と、
前記酸化膜を窒化ガスにより窒化して酸窒化膜を形成する窒化工程と、
前記酸窒化膜をオゾンの雰囲気中であって500〜1200℃の範囲内に加熱すると共に0.1Torr(13.3Pa)〜76Torr(10130Pa)の範囲内の圧力にすることによってアニールするアニール工程と、
を有することを特徴とする被処理体の処理方法。 - 前記酸化工程と前記窒化工程と前記アニール工程は同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項5記載の被処理体の処理方法。
- 前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項5又は6記載の被処理体の処理方法。
- 前記窒化ガスは、NO、N2 O、NH3 よりなる群より選択される1以上のガスよりなることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載の被処理体の処理方法。
- 前記被処理体の表面の酸化される物質はシリコンであることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の被処理体の処理方法。
- 所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、
前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記処理容器内へオゾンを供給するオゾン供給手段と、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の被処理体の処理方法を実施するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。 - 所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、
前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記処理容器内へオゾンを供給するオゾン供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
請求項5乃至9のいずれか一項に記載の被処理体の処理方法を実施するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。 - 所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、
前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記処理容器内へオゾンを供給するオゾン供給手段と、
処理装置の全体を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置を用いて被処理体に処理を施すに際して、請求項1乃至4のいずれか一項に記載した被処理体の処理方法を実施するように前記処理装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。 - 所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、
前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記処理容器内へオゾンを供給するオゾン供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
処理装置の全体を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置を用いて被処理体に処理を施すに際して、請求項5乃至9のいずれか一項に記載した被処理体の処理方法を実施するように前記処理装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。
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