JPH1079380A - Modification method and device thereof - Google Patents

Modification method and device thereof

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JPH1079380A
JPH1079380A JP9130259A JP13025997A JPH1079380A JP H1079380 A JPH1079380 A JP H1079380A JP 9130259 A JP9130259 A JP 9130259A JP 13025997 A JP13025997 A JP 13025997A JP H1079380 A JPH1079380 A JP H1079380A
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metal oxide
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博 神力
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a modification device capable of enhancing the isolation voltage of a metallic oxide film in a short time. SOLUTION: The modification device 2 for a metallic oxide film enhancing the metallic oxide film formed on the surface of a body to be treated W is constituted so as to have a treating vessel 4 capable of being evacuated, a base 14, on which the body to be treated housed in the treating vessel is placed, a treating-gas supply means 47 supplying the inside of the above-mentioned treating vessel with a treating gas containing ozone or N1 O gas, an ultraviolet irradiating means 62 irradiating the inside of an atmosphere in the above- mentioned treating vessel with ultraviolet rays and generating active oxygen atoms, and an evacuation system 12 evacuating the inside of the above- mentioned treating vessel. Accordingly, active oxyen atoms are generated tmder a vacuum atmosphere, density is also increased by lengthening the lifetime of the oxygen atoms, and quick modification treatment is realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜の改質方法及びその装置に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for modifying an insulating film such as tantalum oxide.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化す
るに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデ
バイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように
非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化が要求さ
れ、これと同時に更に高い絶縁性が要求されている。
2. Description of the Related Art In general, in order to manufacture a semiconductor device, a film forming process and a pattern etching process are repeatedly performed on a semiconductor wafer to manufacture a desired device. With the increase in integration, the specifications have become stricter year by year.For example, even thinner oxide films such as capacitor insulating films and gate insulating films in devices have been required to be further thinned. At the same time, higher insulating properties are required.

【0003】これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えば酸化タンタル(Ta25 )等が用い
られる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼性
の高い絶縁性を発揮するが、この金属酸化膜の成膜後
に、この表面の改質処理を施すことにより、更に絶縁性
を向上させることができることが発見され、特開平2−
283022号公報にその技術が開示されている。
As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like can be used.
Recently, a metal oxide film such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) has tended to be used as a material having better insulating properties. Although this metal oxide film exhibits a highly reliable insulating property even if it is thin, it is possible to further improve the insulating property by performing a surface modification treatment after forming the metal oxide film. Discovered,
Japanese Patent No. 283022 discloses the technique.

【0004】この金属酸化膜を形成するには、例えば酸
化タンタルを形成する場合を例にとって説明すると、上
記公報に開示されているように成膜用の原料として、タ
ンタルの金属アルコキシド(Ta(OC255 )を
用い、これを窒素ガス等でバブリングしながら供給して
半導体ウエハを例えば400℃程度のプロセス温度に維
持し、真空雰囲気下でCVD(Chemical Va
por Deposition)により酸化タンタル膜
(Ta25 )を積層させている。そして、必要に応じ
て更なる絶縁特性の向上を図る場合には、この半導体ウ
エハを、オゾンを含む雰囲気中に搬入し、大気圧下でこ
れに水銀ランプから紫外線を照射することにより活性酸
素原子を発生させ、この活性酸素原子を用いて上記酸化
タンタル膜を改質することにより、一層、特性の良好な
絶縁膜を得ている。
In order to form this metal oxide film, for example, a case of forming tantalum oxide will be described. As disclosed in the above-mentioned publication, a metal alkoxide of tantalum (Ta (OC (OC)) is used as a raw material for film formation. 2 H 5 ) 5 ) is supplied while bubbling with a nitrogen gas or the like to maintain the semiconductor wafer at a process temperature of, for example, about 400 ° C., and to perform CVD (Chemical Va) under a vacuum atmosphere.
A tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is laminated by por deposition. In order to further improve the insulation properties as needed, this semiconductor wafer is carried into an atmosphere containing ozone, and irradiated with ultraviolet rays from a mercury lamp under atmospheric pressure to activate oxygen atoms. Is generated, and the tantalum oxide film is modified by using the active oxygen atoms, thereby obtaining an insulating film having better characteristics.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に絶縁膜の特性を向上させることも重要であるが、これ
と同時に、品質の良好なデバイスを多量に製造する上か
ら生産性、すなわちスループットが大きいことが必要と
される。しかしながら、上述したような成膜工程や改質
工程は実施するのにかなりの時間を要し、それ程スルー
プットが良好であるとは言い難い。例えば、改質工程を
例にとれば、紫外線量やオゾンの量にもよるが、使用に
耐え得る絶縁耐圧を得るためには通常、ウエハ一枚に対
して30分程度の改質処理を施さねばならず、スループ
ットが十分ではなくて高コストになるという問題があっ
た。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有
効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的
は、金属酸化膜の絶縁耐圧を短時間で向上させることが
できる改質方法及びその装置を提供することにある。
As described above, it is important to improve the characteristics of the insulating film. At the same time, however, the productivity, that is, the throughput, is increased in order to manufacture a large number of devices of good quality. Need to be large. However, the film formation step and the modification step as described above require a considerable amount of time to perform, and it is hard to say that the throughput is so good. For example, taking the reforming process as an example, depending on the amount of ultraviolet rays and ozone, in order to obtain a withstand voltage that can withstand use, a single wafer is usually subjected to a reforming process for about 30 minutes. However, there is a problem that the throughput is not sufficient and the cost is high. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a reforming method and apparatus capable of improving the dielectric strength of a metal oxide film in a short time.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、改質条件に
ついて鋭意研究した結果、改質処理を大気中ではなく、
真空中で行なうことによりその改質を短時間で行なうこ
とができる、という知見を得ることにより本発明に至っ
たものである。本発明は、上記問題点を解決するため
に、被処理体の表面に形成された金属酸化膜を改質する
金属酸化膜の改質装置において、真空引き可能になされ
た処理容器と、この処理容器内へ収容される被処理体を
載置する載置台と、オゾン或いはN2Oガスを含む処理
ガスを前記処理容器内へ供給する処理ガス供給手段と、
前記処理容器内の雰囲気中に紫外線を照射して活性酸素
原子を生ぜしめる紫外線照射手段と、前記処理容器内を
真空引きする真空排気系とを備えるように構成したもの
である。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies on the reforming conditions, the present inventor has conducted the reforming treatment not in the atmosphere but in the air.
The present invention has been made based on the finding that the modification can be performed in a short time by performing in a vacuum. SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a metal oxide film reforming apparatus for reforming a metal oxide film formed on the surface of an object to be processed. A mounting table for mounting an object to be processed housed in a container, processing gas supply means for supplying a processing gas containing ozone or N 2 O gas into the processing container,
An ultraviolet irradiation means for irradiating ultraviolet rays into the atmosphere in the processing vessel to generate active oxygen atoms, and a vacuum exhaust system for evacuating the inside of the processing vessel are provided.

【0007】被処理体の表面には、前段の工程にて予め
酸化タンタルなどの金属酸化膜が形成されており、この
ような被処理体を処理容器内の載置台へ載置保持して改
質処理を施す。処理容器内は真空排気系により所定の真
空圧力下に維持され、処理ガス供給手段から供給された
オゾン或いはN2Oガスは、紫外線照射手段から放射さ
れた紫外線に照射されると、活性酸素原子を生ずる。こ
の場合、処理容器内は真空状態になされていることから
発生した活性酸素原子が消滅するまでの時間が長くなっ
て濃度が高くなり、その結果、改質処理を迅速に行なう
ことが可能となる。
A metal oxide film such as tantalum oxide is previously formed on the surface of the object to be processed in a previous step, and such an object is placed and held on a mounting table in a processing vessel to be modified. Quality treatment. The inside of the processing vessel is maintained under a predetermined vacuum pressure by a vacuum evacuation system, and the ozone or N 2 O gas supplied from the processing gas supply means is irradiated with ultraviolet rays radiated from the ultraviolet irradiation means. Is generated. In this case, since the inside of the processing container is in a vacuum state, the time until the generated active oxygen atoms disappear becomes longer and the concentration becomes higher, and as a result, the reforming process can be performed quickly. .

【0008】この場合、改質プロセス時の圧力は、1〜
600Torrの範囲内に設定するのが好ましく、この
範囲外では改質処理が十分ではなくなり、金属酸化膜の
絶縁耐圧が低下してしまう。また、改質プロセス時の被
処理体の温度は、320〜700℃の範囲内が望まし
く、大気圧では300〜350℃、大気圧以下10To
rrで350〜450℃、10Torr以下で400℃
以上〜700℃までの範囲内で効果がある。しかしなが
ら、真空度を向上させることにより700℃まで良好な
改質効果を得ることができる。この際、チャンバ壁は水
冷されており、オゾンの分解は基板表面で主に生ずるの
でオゾンが分解して改質効果が小さくなることはない。
紫外線照射手段としては、種々の構造のものを用いるこ
とができ、例えば、水銀を封入した水銀封入ランプにマ
イクロ波発生手段から発生したマイクロ波を印加して紫
外線を発生させ、この紫外線を反射鏡により集光させて
処理ガスに照射することにより活性酸素原子を発生させ
るようにしてもよい。また、他の構造としては、複数の
円筒体状の紫外線ランプを多数並列に配列させるように
してもよい。
In this case, the pressure during the reforming process is 1 to
It is preferable to set the pressure within the range of 600 Torr. Outside this range, the reforming treatment is not sufficient, and the withstand voltage of the metal oxide film decreases. Further, the temperature of the object during the reforming process is desirably within a range of 320 to 700 ° C., 300 to 350 ° C. at atmospheric pressure, and 10 To under atmospheric pressure.
350-450 ° C at rr and 400 ° C at 10 Torr or less
There is an effect within the above range up to 700 ° C. However, by improving the degree of vacuum, a good reforming effect up to 700 ° C. can be obtained. At this time, since the chamber walls are water-cooled and the decomposition of ozone mainly occurs on the substrate surface, the reforming effect is not reduced due to the decomposition of ozone.
As the ultraviolet irradiation means, those having various structures can be used. For example, ultraviolet rays are generated by applying microwaves generated from microwave generation means to a mercury-filled lamp filled with mercury, and the ultraviolet rays are reflected by a reflecting mirror. And then irradiating the processing gas with light to generate active oxygen atoms. Further, as another structure, a plurality of cylindrical ultraviolet lamps may be arranged in parallel.

【0009】また、活性酸素原子を発生させるために、
紫外線を用いずに、プラズマを用いるようにしてもよ
い。例えば、O2ガス、オゾン及びN2O ガスの内、少
なくとも1つを含む処理ガスにマイクロ波、或いは高周
波電界を印加することにより活性酸素原子を発生させる
ようにしてもよい。また、他の装置例としては、処理ガ
ス供給手段のシャワーヘッドとして、多数の噴射孔を有
する複数のガス噴射管を、例えば格子状に組み合わせて
構成されるものを用いてもよい。この場合には、ガス噴
射管が格子状に配列されていることから、多くの紫外線
がこの石英製のシャワーヘッドを通過することなく被処
理体側に直接照射されることになる。従って、紫外線が
それ程シャワーヘッド内のオゾン等に吸収されずに済
み、改質効率を向上させることができる。この場合、ガ
ス噴射管の載置台上に対する投影面積は、被処理体の表
面の面積の20%よりも小さく設定するのが好ましい。
Further, in order to generate active oxygen atoms,
Instead of using ultraviolet light, plasma may be used. For example, active oxygen atoms may be generated by applying a microwave or a high-frequency electric field to a processing gas containing at least one of O 2 gas, ozone and N 2 O gas. Further, as another example of the apparatus, as the shower head of the processing gas supply means, a shower head configured by combining a plurality of gas injection pipes having a large number of injection holes, for example, in a lattice shape may be used. In this case, since the gas injection tubes are arranged in a lattice, a large amount of ultraviolet light is directly irradiated to the object without passing through the quartz shower head. Therefore, ultraviolet rays are not so much absorbed by ozone and the like in the shower head, and the reforming efficiency can be improved. In this case, it is preferable that the projection area of the gas injection tube on the mounting table is set to be smaller than 20% of the area of the surface of the object to be processed.

【0010】また、他の装置例としては、処理ガス供給
手段の一部として、被処理体を覆うことができるように
下端部が開放された容器状の蓋体を設け、この一側に噴
射孔を有する導入ヘッダ部を形成し、他側に排出口を有
する排出ヘッダ部を形成する。そして、改質時には、被
処理体を上から覆った状態でこの蓋体内に水平方向へ流
れるガス流を形成する。これによれば、被処理体の表面
近くで活性な酸素原子を高濃度に発生させることができ
るので、改質効率を大幅に向上させることができる。ま
た、被処理体の搬入及び搬出を可能とするために、蓋体
と載置台は、相対的に上下方向に接近及び離間可能とな
るようにしておく。
As another example of the apparatus, as a part of the processing gas supply means, a container-like lid having an open lower end so as to cover the object to be processed is provided, and an injection is provided on one side thereof. An introduction header portion having a hole is formed, and a discharge header portion having a discharge port on the other side is formed. Then, at the time of reforming, a gas flow that flows in the horizontal direction is formed in the lid while the target object is covered from above. According to this, since active oxygen atoms can be generated at a high concentration near the surface of the object to be treated, the reforming efficiency can be greatly improved. Further, in order to enable loading and unloading of the object to be processed, the lid and the mounting table are relatively close to each other in a vertical direction.

【0011】更に、他の装置例としては、被処理体の表
面に形成された金属酸化膜を改質する金属酸化膜の改質
装置において、真空引き可能になされた処理容器と、こ
の処理容器内へ収容される被処理体を載置する載置台
と、オゾン或いはN2Oガスを含む処理ガスを前記処理
容器内へ供給する処理ガス供給手段と、前記被処理体を
加熱するための加熱手段と、前記処理容器内を真空引き
する真空排気系とを備え、前記加熱手段は、前記被処理
体を400℃〜850℃の範囲内に加熱するようにす
る。これによれば、紫外線を照射することなく、オゾン
或いはN2 Oガスを供給しつつ被処理体を所定の温度に
維持することにより改質することができる。
Further, as another example of the apparatus, there is provided a processing container capable of being evacuated in a metal oxide film reforming apparatus for reforming a metal oxide film formed on the surface of a processing object; A mounting table for mounting the processing object accommodated therein, processing gas supply means for supplying a processing gas containing ozone or N 2 O gas into the processing container, and heating for heating the processing object Means, and a vacuum evacuation system for evacuating the inside of the processing vessel, wherein the heating means heats the object to be processed within a range of 400 ° C to 850 ° C. According to this, it is possible to perform reforming by maintaining the target object at a predetermined temperature while supplying ozone or N 2 O gas without irradiating ultraviolet rays.

【0012】この場合、改質のプロセス温度は400℃
〜850℃の範囲に設定し、特に、450℃〜500℃
の範囲が好ましい。この場合の加熱手段としては、例え
ば載置台の下方より加熱ランプを用いて加熱するのが良
い。また、処理容器の側壁近傍で気相反応によりオゾン
が分解するのを抑制するために、処理容器の側壁に冷却
ジャケットを設けて、この温度をオゾンの熱分解温度以
下に冷却するのが好ましい。改質の対象となる金属酸化
膜としては、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニ
ウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム等を用いるこ
とができる。
In this case, the reforming process temperature is 400 ° C.
~ 850 ° C, especially 450 ° C ~ 500 ° C
Is preferable. As a heating means in this case, for example, it is preferable to heat from below the mounting table using a heating lamp. Further, in order to suppress the decomposition of ozone due to the gas phase reaction near the side wall of the processing container, it is preferable to provide a cooling jacket on the side wall of the processing container and cool this temperature to a temperature lower than the thermal decomposition temperature of ozone. As a metal oxide film to be modified, tantalum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, barium oxide, strontium oxide, or the like can be used.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る改質方法及
びその装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る改質装置を示す構成図である。ここ
では、被処理体として半導体ウエハを用い、この表面に
形成された酸化タンタル(Ta25)の金属酸化膜を改
質する場合を例にとって説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the reforming method and apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a reforming apparatus according to the present invention. Here, a case where a semiconductor wafer is used as an object to be processed and a metal oxide film of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) formed on the surface is modified will be described as an example.

【0014】図示するように、この改質装置2は、例え
ばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器4を
有している。この処理容器4の底部4Aの周辺部には、
複数の排気口6が設けられており、この排気口6には、
真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプ8及びドライポン
プ10を介設した真空排気系12が接続されており、容
器内部を真空引き可能としている。処理容器4内には、
非導電性材料、例えばアルミナ製の円板状の載置台14
が設けられ、この載置台14の下面中央部は容器底部4
Aを上下に貫通して設けられた中空の回転軸16の先端
に支持固定されている。この回転軸16の容器底部との
貫通部には、磁性流体シール18を介設しており、これ
を気密に回転可能に支持して上記載置台14を必要に応
じて回転し得るようになっている。尚、この回転軸16
は、図示しない回転モータ等からの駆動力により回転可
能になされている。
As shown in the figure, the reforming apparatus 2 has a processing container 4 formed into a cylindrical shape by, for example, aluminum. In the periphery of the bottom 4A of the processing container 4,
A plurality of exhaust ports 6 are provided, and the exhaust ports 6
A vacuum pump, for example, a vacuum evacuation system 12 provided with a turbo molecular pump 8 and a dry pump 10 interposed therebetween is connected, and the inside of the container can be evacuated. In the processing container 4,
Disc-shaped mounting table 14 made of a non-conductive material, for example, alumina
The center of the lower surface of the mounting table 14 is
A is supported and fixed at the tip of a hollow rotary shaft 16 provided vertically through A. A magnetic fluid seal 18 is provided in a portion of the rotary shaft 16 penetrating the bottom of the container. The magnetic fluid seal 18 is supported in an airtight and rotatable manner so that the mounting table 14 can be rotated as required. ing. In addition, this rotating shaft 16
Are rotatable by a driving force from a rotary motor (not shown) or the like.

【0015】上記載置台14には、載置台加熱手段とし
て例えば、SiCによりコーティングされたカーボン製
の抵抗発熱体20が埋め込まれており、この上面側に載
置される被処理体としての半導体ウエハWを所望の温度
に加熱し得るようになっている。この載置台14の上部
は、内部に銅などの導電板よりなるチャック用電極22
を埋め込んだ薄いセラミック製の静電チャック24とし
て構成されており、この静電チャック24が発生するク
ーロン力により、この上面にウエハWを吸着保持するよ
うになっている。この静電チャック24の表面にHeガ
スなどのバックサイドガスを流してウエハへの熱伝導性
を向上させるようにしてもよい。上記抵抗発熱体20に
は、絶縁された給電用のリード線26が接続され、この
リード線26は、処理容器4内に晒されることなく中空
の回転軸16内を通って外へ引き出され、開閉スイッチ
28を介して給電部30に接続される。また、静電チャ
ック24のチャック用電極22には、絶縁された給電用
のリード線32が接続され、このリード線32も処理容
器4内に晒されることなく中空の回転軸16内を通って
外へ引き出され、開閉スイッチ34を介して高圧直流電
源36に接続される。尚、ウエハを加熱する手段として
上記抵抗発熱体20に代え、ハロゲンランプ等の加熱ラ
ンプを用いて加熱するようにしてもよい。
The mounting table 14 has embedded therein, for example, a resistance heating element 20 made of carbon coated with SiC as a mounting table heating means, and a semiconductor wafer as a processing object mounted on the upper surface side thereof. W can be heated to a desired temperature. An upper portion of the mounting table 14 has a chuck electrode 22 made of a conductive plate such as copper inside.
Is embedded as a thin ceramic electrostatic chuck 24, and the wafer W is sucked and held on the upper surface by the Coulomb force generated by the electrostatic chuck 24. A backside gas such as He gas may be flowed over the surface of the electrostatic chuck 24 to improve the thermal conductivity to the wafer. An insulated power supply lead wire 26 is connected to the resistance heating element 20, and the lead wire 26 is drawn out through the hollow rotary shaft 16 without being exposed to the inside of the processing container 4. It is connected to the power supply unit 30 via the open / close switch 28. Further, an insulated power supply lead wire 32 is connected to the chuck electrode 22 of the electrostatic chuck 24, and this lead wire 32 also passes through the hollow rotary shaft 16 without being exposed to the inside of the processing container 4. It is pulled out and connected to a high-voltage DC power supply 36 via an open / close switch 34. The wafer may be heated by using a heating lamp such as a halogen lamp instead of the resistance heating element 20.

【0016】載置台14の周辺部の所定の位置には、複
数のリフタ孔38が上下方向に貫通して設けられてお
り、このリフタ孔38に対応させて上下方向に昇降可能
にウエハリフタピン40が配置されている。そして、こ
のウエハリフタピン40は、容器底部4Aを貫通して上
下動可能になされたピン昇降ロッド41によって一体的
に昇降移動可能になされている。また、このロッド41
の貫通部には金属性の伸縮ベローズ42が設けられてお
り、ロッド41が気密性を保持しつつ上下動することを
許容している。このように、ピン40を昇降させること
により、ウエハWを持ち上げたり、持ち下げたりするよ
うになっている。このようなウエハリフタピン40は、
一般的にはウエハ周縁部に対応させて3本設けられる。
A plurality of lifter holes 38 are provided in a predetermined position in the peripheral portion of the mounting table 14 so as to penetrate in the vertical direction. The wafer lifter pins are vertically movable in correspondence with the lifter holes 38. 40 are arranged. The wafer lifter pin 40 can be integrally moved up and down by a pin elevating rod 41 which is vertically movable through the container bottom 4A. Also, this rod 41
A metal telescopic bellows 42 is provided in the penetrating portion of the rod, and allows the rod 41 to move up and down while maintaining airtightness. By raising and lowering the pins 40 in this manner, the wafer W is lifted or lowered. Such a wafer lifter pin 40 is
Generally, three are provided corresponding to the peripheral portion of the wafer.

【0017】また、処理容器4の天井部には、後述する
紫外線に対して透明な耐熱材料、例えば溶融石英よりな
る薄い容器状のシャワーヘッド44が設けられており、
この下面にはこのヘッド44内に導入された処理ガスを
処理空間Sに向けて噴出する多数の噴射孔46が設けら
れている。このシャワーヘッド44のガス導入口48は
容器側壁を気密に貫通して外部に臨ませており、これに
処理ガス供給手段47のガス導入管58に接続されてい
る。このガス導入管58には、マスフローコントローラ
50を介して公知のオゾン発生器52が接続されてお
り、ここで発生したオゾンを上記シャワーヘッド44に
向けて処理ガスとして送出するようになっている。オゾ
ンを発生するために、このオゾン発生器52には、酸素
ガスのみならず、発生効率を向上させるための添加ガ
ス、例えばN2ガスやN2ガスとH2ガスの混合ガスなど
を微量加えるようになっている。尚、処理ガスとしてオ
ゾンに代え、N2Oガスを用いるようにしてもよい。ま
た、このシャワーヘッド44と載置台14との間の距離
L1は、ウエハの搬入搬出時のスペースを確保するため
に50mm程度に設定される。処理時には、ウエハ位置
を上下させることにより距離をシャワーヘッド近くに接
近させることができる。この際、距離は1〜50mmの
範囲で可変となる。
A thin container-shaped shower head 44 made of a heat-resistant material that is transparent to ultraviolet rays, for example, fused quartz, which will be described later, is provided on the ceiling of the processing container 4.
On the lower surface, a number of injection holes 46 for jetting the processing gas introduced into the head 44 toward the processing space S are provided. The gas inlet 48 of the shower head 44 passes through the side wall of the container in an airtight manner and faces the outside, and is connected to a gas inlet pipe 58 of the processing gas supply means 47. A known ozone generator 52 is connected to the gas introduction pipe 58 via a mass flow controller 50, and the generated ozone is sent to the shower head 44 as a processing gas. In order to generate ozone, not only oxygen gas but also a small amount of an additional gas for improving generation efficiency, for example, N 2 gas or a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas is added to the ozone generator 52. It has become. Incidentally, N 2 O gas may be used instead of ozone as the processing gas. The distance L1 between the shower head 44 and the mounting table 14 is set to about 50 mm in order to secure a space for loading and unloading wafers. At the time of processing, the distance can be made closer to the vicinity of the shower head by raising and lowering the wafer position. At this time, the distance is variable within a range of 1 to 50 mm.

【0018】一方、処理容器4の天井部には、ウエハ径
よりも大きく設定された円形の開口54が形成されてお
り、この開口には、紫外線に対して透明な材料、例えば
石英により形成された円形の透過窓56が天井部との間
でOリング等のシール部材59を介して固定枠60によ
り気密に取り付けられている。この透過窓56は、大気
圧に対して耐え得るように厚さが例えば20mm程度に
設定されている。そして、この透過窓56の上方には、
処理容器4内に向けて紫外線UVを放射するための紫外
線照射手段62が設けられており、これより放出される
紫外線UVにより活性酸素原子を発生させるようになっ
ている。具体的には、この紫外線照射手段62には、水
銀を封入した略球形の水銀封入ランプ64と、このラン
プ64に照射するマイクロ波を発生するマイクロ波発生
手段66と、上記ランプ64の上側を覆って処理容器4
内に向けて紫外線を反射する反射鏡68とにより主に構
成されている。
On the other hand, a circular opening 54 which is set to be larger than the diameter of the wafer is formed in the ceiling of the processing container 4, and this opening is formed of a material transparent to ultraviolet rays, for example, quartz. A circular transmission window 56 is hermetically attached to the ceiling by a fixed frame 60 via a sealing member 59 such as an O-ring. The thickness of the transmission window 56 is set to, for example, about 20 mm so as to withstand the atmospheric pressure. Then, above the transmission window 56,
Ultraviolet irradiation means 62 for radiating ultraviolet UV toward the inside of the processing container 4 is provided, and active ultraviolet atoms are generated by the ultraviolet UV emitted from the ultraviolet irradiation means 62. Specifically, the ultraviolet irradiation means 62 includes a substantially spherical mercury-filled lamp 64 filled with mercury, a microwave generation means 66 for generating a microwave for irradiating the lamp 64, and an upper side of the lamp 64. Covered processing container 4
It is mainly constituted by a reflecting mirror 68 that reflects ultraviolet rays toward the inside.

【0019】上記マイクロ波発生手段66は、例えば
2.45GHzのマイクロ波を発生するものであり、こ
れと上記水銀封入ランプ64との間は導波管70により
接続されており、発生したマイクロ波をこの導波管70
を介してランプ64まで伝搬してランプ64に照射して
紫外線を発生させるようになっている。この水銀封入ラ
ンプ64は、紫外線を発生する通常の冷陰極管と異な
り、大きな電力を導入して多量の紫外線を発生し得るも
のである。上記反射鏡68は、例えばアルミニウム板を
ドーム状に成形することにより構成されており、この曲
率は紫外線の反射光が載置台14の表面に略均等に反射
されるように設定されている。尚、上記水銀封入ランプ
64に代え、活性酸素原子の発生効率が高い180nm
以下の波長の紫外線を多量に放出するエキシマランプを
用いてもよい。
The microwave generating means 66 generates, for example, a microwave of 2.45 GHz, and the microwave generating means 66 is connected to the mercury-filled lamp 64 by a waveguide 70. This waveguide 70
, And irradiates the lamp 64 to generate ultraviolet light. The mercury-filled lamp 64 can generate a large amount of ultraviolet light by introducing a large electric power, unlike a normal cold cathode tube that generates ultraviolet light. The reflecting mirror 68 is formed, for example, by forming an aluminum plate into a dome shape, and the curvature is set so that the reflected light of the ultraviolet light is substantially uniformly reflected on the surface of the mounting table 14. It should be noted that, in place of the mercury-filled lamp 64, the active oxygen atom generation efficiency is 180 nm.
An excimer lamp that emits a large amount of ultraviolet light having the following wavelengths may be used.

【0020】また、処理容器4の側壁には、壁面を冷却
するために例えば冷媒を流す冷却ジャケット72が設け
られており、これに例えば20℃程度の冷水を冷媒とし
て流すようになっている。そして、この容器側壁の一部
には、ウエハ搬出入口74が設けられ、ここに真空引き
可能になされた例えばロードロック室76との間を連通
・遮断するゲートバルブGを設けている。尚、図示され
てないが、パージ用のN2ガスの供給手段を設けている
のは勿論であり、以後説明する各処理容器も同様であ
る。
In addition, a cooling jacket 72 for flowing a coolant, for example, for cooling the wall surface is provided on a side wall of the processing container 4, and cold water of, for example, about 20 ° C. is made to flow as a coolant. A part of the side wall of the container is provided with a wafer transfer port 74, and a gate valve G is provided in the part of the side wall of the container for opening / closing the load lock chamber 76, for example. Although not shown, it is needless to say that a means for supplying N 2 gas for purging is provided, and the same applies to each processing container described below.

【0021】次に、以上のように構成された装置例に基
づいて本発明方法について説明する。本発明に係る装置
を用いて改質処理を行なう前に、半導体ウエハの表面に
は、前段の工程にて予め酸化タンタルなどの金属酸化膜
が形成されている。この金属酸化膜は例えば集積回路の
キャパシタンスやゲート絶縁膜などとして用いられる。
まず、上述のように金属酸化膜が形成されている未処理
の半導体ウエハWを、真空状態に維持された処理容器4
内に、ロードロック室76側からウエハ搬出入口74を
介して導入し、これを載置台14上に載置して静電チャ
ック24のクーロン力により吸着保持する。そして、抵
抗発熱体20によりウエハWを所定のプロセス温度に維
持すると共に、処理容器4内を真空引きして所定のプロ
セス圧力に維持しつつ、処理ガスとしてオゾンを供給し
て改質処理を開始する。この際、ウエハ位置は上下機構
により所定の位置へ設定する。
Next, the method of the present invention will be described based on an example of the apparatus configured as described above. Before the reforming process is performed using the apparatus according to the present invention, a metal oxide film such as tantalum oxide is formed on the surface of the semiconductor wafer in a previous step. This metal oxide film is used, for example, as a capacitance of an integrated circuit or a gate insulating film.
First, the unprocessed semiconductor wafer W on which the metal oxide film is formed as described above is placed in the processing container 4 maintained in a vacuum state.
The wafer is introduced from the load lock chamber 76 through the wafer loading / unloading port 74, is placed on the mounting table 14, and is suction-held by the Coulomb force of the electrostatic chuck 24. The reforming process is started by supplying ozone as a processing gas while maintaining the wafer W at a predetermined process temperature by the resistance heating element 20 and evacuating the processing chamber 4 to maintain a predetermined process pressure. I do. At this time, the wafer position is set to a predetermined position by the vertical mechanism.

【0022】処理ガス供給手段47のオゾン発生器52
には、酸素と添加ガスとして僅かな量の例えばN2ガス
を供給することによりオゾン(O3)が発生され、オゾ
ンを成分主体とするオゾンと酸素とN2ガスの混合ガス
が処理ガスとして流量制御されつつガス導入管58を介
してシャワーヘッド44内に導入され、多数の噴射孔4
6より処理空間Sに向けて噴出される。微量な添加ガス
を加える理由は、前述のようにオゾン発生器52による
オゾン発生効率を高めるためである。
The ozone generator 52 of the processing gas supply means 47
Ozone (O 3 ) is generated by supplying a small amount of, for example, N 2 gas as oxygen and an additional gas, and a mixed gas of ozone, oxygen and N 2 gas mainly composed of ozone is used as a processing gas. The gas is introduced into the shower head 44 through the gas introduction pipe 58 while controlling the flow rate, and the number of the injection holes 4 is increased.
6 is ejected toward the processing space S. The reason for adding a small amount of additional gas is to increase the ozone generation efficiency of the ozone generator 52 as described above.

【0023】一方、これと同時に、紫外線照射手段62
のマイクロ波発生手段66からは2.45GHzのマイ
クロ波が発生されており、このマイクロ波は導波管70
を介して伝搬された後に水銀封入ランプ64に向けて照
射される。このマイクロ波の照射により水銀封入ランプ
64からは多量の紫外線UVが放出され、この紫外線U
Vは直接、或いはドーム状の反射鏡68で反射された後
に石英製の透過窓56を透過して所定の真空圧に維持さ
れた処理容器4内に入り、更に、石英製のシャワーヘッ
ド44を透過して処理空間Sにおけるオゾンを主体成分
とする処理ガス中に注がれる。シャワーヘッド内の圧力
は処理室より高いが、減圧状態である。
On the other hand, at the same time, the ultraviolet irradiation means 62
A microwave of 2.45 GHz is generated from the microwave generating means 66 of this embodiment.
After being propagated through the lamp, the light is irradiated toward the mercury-filled lamp 64. A large amount of ultraviolet rays UV is emitted from the mercury-filled lamp 64 by this microwave irradiation.
V is directly or after being reflected by a dome-shaped reflecting mirror 68, passes through a quartz transmission window 56 and enters the processing vessel 4 maintained at a predetermined vacuum pressure. The permeate is poured into the processing gas containing ozone as a main component in the processing space S. The pressure in the shower head is higher than that in the processing chamber, but is in a reduced pressure state.

【0024】ここで、オゾンは紫外線の照射により励起
されて多量の活性酸素原子78を発生し、この活性酸素
原子78が先のウエハ表面に形成されている金属酸化膜
に作用してこれを略完全に酸化し、改質を行なうことに
なる。この場合、処理容器4は真空状態に維持されてい
ることから、発生した活性酸素原子78が他のガス原子
或いはガス分子と衝突する確立が非常に少なくなって、
その分、従来装置のように大気圧下で処理を行なった場
合と比較して、活性酸素原子78の密度が向上し、改質
処理を迅速に行なうことができる。この改質処理によっ
て、金属酸化膜の絶縁性を迅速に且つ大幅に向上させる
ことが可能となる。
Here, the ozone is excited by the irradiation of ultraviolet rays to generate a large amount of active oxygen atoms 78, and the active oxygen atoms 78 act on the metal oxide film formed on the surface of the wafer to substantially reduce this. It will be completely oxidized and reformed. In this case, since the processing vessel 4 is maintained in a vacuum state, the probability that the generated active oxygen atoms 78 collide with other gas atoms or gas molecules is extremely reduced,
As a result, the density of the active oxygen atoms 78 is improved as compared with the case where the treatment is performed under the atmospheric pressure as in the conventional apparatus, and the reforming treatment can be performed quickly. By this reforming process, the insulating property of the metal oxide film can be rapidly and significantly improved.

【0025】紫外線照射手段62のドーム状の反射鏡6
8は、これからの反射光を載置台14の表面上に略均等
に分布させるような適正な曲率に設定されているので、
発生した紫外線UVが無駄なく活性酸素原子78の発生
のためにに使用することができる。また、改質処理中に
あっては、回転軸16に支持された載置台14は、この
上に載置されたウエハWを一体的に回転しているので、
ウエハ面上における改質ムラの発生をなくすことがで
き、金属酸化膜の前面を略均等に改質することができ
る。
The dome-shaped reflecting mirror 6 of the ultraviolet irradiation means 62
8 is set to an appropriate curvature so that the reflected light from here on is distributed substantially evenly on the surface of the mounting table 14.
The generated ultraviolet rays UV can be used for generating the active oxygen atoms 78 without waste. During the reforming process, the mounting table 14 supported by the rotating shaft 16 rotates the wafer W mounted thereon integrally, so that
It is possible to eliminate the occurrence of unevenness in reforming on the wafer surface, and it is possible to substantially uniformly reform the front surface of the metal oxide film.

【0026】改質中における容器の圧力は、1〜600
Torrの範囲内に設定する。この範囲外の圧力では、
改質の進行が遅かったり、或いは十分でなく、金属酸化
膜の絶縁耐圧が低下してしまう。また、改質プロセス時
のウエハ温度は、320〜700℃の範囲内に設定す
る。ウエハ温度が320℃よりも小さい場合は、絶縁耐
圧が十分でなく、また、700℃以上では酸化物質が結
晶化するので改質の効果がなくなる。
During the reforming, the pressure in the vessel is from 1 to 600
Set within the range of Torr. For pressures outside this range,
The progress of the reforming is slow or insufficient, and the withstand voltage of the metal oxide film is reduced. Further, the wafer temperature during the reforming process is set within a range of 320 to 700 ° C. If the wafer temperature is lower than 320 ° C., the withstand voltage is not sufficient, and if the wafer temperature is higher than 700 ° C., the oxidizing substance is crystallized, so that the effect of reforming is lost.

【0027】ここで使用した水銀封入ランプ64は大き
な電力を投入できることからガスの活性化に寄与できる
波長185nm、254nmを主体とする紫外線を多量
に放出することができ、その分、改質の迅速化を図るこ
とが可能である。また、このランプ64に代えて、ガス
の活性化に更に寄与できる波長180nm以下の紫外線
を多量に放出するエキシマランプを用いれば、一層、改
質の迅速化を期待することができる。添加ガスとして
は、上記したN2ガスに限定されず、N2ガスとH2ガス
の混合気体でもよい。また、シャワーヘッド44に供給
する処理ガスは、オゾンに代えて、N2Oガスを供給し
ても全く同様な作用効果を生ぜしめることができる。こ
こで、改質に関する公知の実験結果についてグラフを用
いて詳しく説明する。図2はオゾン雰囲気中にて紫外線
を照射した時の、照射時間と絶縁特性(リーク電流)と
の関係を示すグラフであり、改質時のプロセス圧力は7
60Torrである。ここ8は、金属酸化膜をゲート絶
縁膜として用いている。
The mercury-filled lamp 64 used here can emit a large amount of ultraviolet rays mainly having wavelengths of 185 nm and 254 nm, which can contribute to the activation of the gas, because a large amount of electric power can be supplied. Can be achieved. If an excimer lamp that emits a large amount of ultraviolet light having a wavelength of 180 nm or less, which can further contribute to the activation of the gas, is used instead of the lamp 64, the reforming can be expected to be further speeded up. The additive gas is not limited to the N 2 gas described above, and may be a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas. Further, even if the processing gas supplied to the shower head 44 is supplied with N 2 O gas instead of ozone, exactly the same operation and effect can be produced. Here, known experimental results regarding the reforming will be described in detail with reference to graphs. FIG. 2 is a graph showing the relationship between irradiation time and insulation characteristics (leakage current) when irradiating ultraviolet rays in an ozone atmosphere.
60 Torr. Here, a metal oxide film is used as a gate insulating film.

【0025】これによれば、改質時間を0分から、10
分、60分と大きくする程、リーク電流が少なくなって
印加ゲート電圧に対する耐圧が次第に高くなっており、
特性が次第に改善されていくことを示している。従っ
て、オゾン存在下における紫外線照射による改質処理が
非常に有効であることが判明する。図3(A)はオゾン
存在下での紫外線照射による改質プロセス圧力と絶縁耐
圧との関係を示すグラフであり、この時の改質時間は5
分である。図中、実線で示すようにプロセス圧力が1.
0〜600Torrの範囲内では基準とする絶縁耐圧
2.0Vを上回って良好な特性を示しており、特に、1
0.0Torrの圧力を中心とする5.0〜200To
rr程度の範囲内における特性が最も良好であることが
判明する。尚、図中、一点鎖線は、改質処理なしの場合
の特性を示している。この結果、大気圧での処理に比較
して真空下ではより短時間で改質を行うことができる。
また、大気圧処理ではシャワーヘッドとウエハの距離を
短くして、生成した活性酸素の寿命が短くてもウエハ表
面にこれを到達させなければならない。しかし、真空中
ではシャワーヘッドとウエハの距離を長くしても、大気
圧と同等な効果を得ることができる。この理由は、真空
中では生成した活性酸素原子の寿命が長くなるために、
十分な量の活性酸素原子がウエハ表面に供給されるから
である。
According to this, the reforming time is changed from 0 minutes to 10 minutes.
And 60 minutes, the leakage current is reduced and the breakdown voltage with respect to the applied gate voltage is gradually increased.
This indicates that the characteristics are gradually improved. Therefore, it is proved that the modification treatment by irradiation with ultraviolet light in the presence of ozone is very effective. FIG. 3A is a graph showing the relationship between the reforming process pressure and the withstand voltage by the irradiation of ultraviolet light in the presence of ozone.
Minutes. In the figure, the process pressure is 1.
In the range of 0 to 600 Torr, the dielectric strength exceeds the standard withstand voltage of 2.0 V, showing good characteristics.
5.0-200To around a pressure of 0.0Torr
It turns out that the characteristics within the range of about rr are the best. Note that, in the figure, the dashed line indicates the characteristics in the case where no reforming treatment is performed. As a result, the reforming can be performed in a shorter time under vacuum as compared with the processing at atmospheric pressure.
Further, in the atmospheric pressure treatment, the distance between the shower head and the wafer must be shortened so that the generated active oxygen must reach the wafer surface even if its life is short. However, in a vacuum, even if the distance between the shower head and the wafer is increased, an effect equivalent to the atmospheric pressure can be obtained. The reason for this is that the active oxygen atoms generated in vacuum have a longer lifetime,
This is because a sufficient amount of active oxygen atoms is supplied to the wafer surface.

【0029】また、図3(B)は減圧下における酸化タ
ンタル膜を紫外線により改質処理した時の結果を示し、
3分処理と10分処理の場合を示しており、併せて大気
圧下における10分と60分の処理結果も記載してい
る。処理条件は、温度は400℃、圧力は1Torrで
ある。グラフから明らかなように大気圧下において60
分間処理した場合の特性は、減圧下で10分間処理した
本発明の場合と略同じ特性曲線を示しており、従って、
従来の大気圧処理に比較して、本発明によれば約1/6
の短時間処理により従来と同様な効果を得ることができ
る。
FIG. 3B shows the results when the tantalum oxide film was modified with ultraviolet rays under reduced pressure.
It shows the case of the 3-minute process and the case of the 10-minute process, and also shows the results of the process under the atmospheric pressure for 10 minutes and 60 minutes. The processing conditions are a temperature of 400 ° C. and a pressure of 1 Torr. As is clear from the graph, at atmospheric pressure 60
The characteristics when treated for 10 minutes show almost the same characteristic curves as those of the present invention treated for 10 minutes under reduced pressure.
Compared with the conventional atmospheric pressure treatment, according to the present invention, about 1/6
The same effect as that of the related art can be obtained by the short processing.

【0030】尚、上記実施例では、紫外線照射手段とし
てマイクロ波の照射により紫外線を放出する水銀封入ラ
ンプを用いたが、これに代えて、マイクロ波を用いるこ
となく紫外線を放出する通常の紫外線ランプを用いるよ
うにしてもよい。図6はこのような改質装置を示す構成
図であり、図1に示す構成部分と同一部分については同
一符号を付して説明を省略する。すなわち、この構成に
おいては、紫外線照射手段62は、複数の円筒体状の紫
外線ランプ80を有しており、ここでは7本の紫外線ラ
ンプ80を石英製の透過窓56の外側に、載置台14の
載置面に対向させて平行となるように配列している。ラ
ンプ80の数は、単に一例を示したに過ぎず、必要とす
る紫外線強度を得るために適宜増加される。このような
紫外線ランプとしては例えば20W程度の小さな電力で
多くの紫外線を放出することが可能な冷陰極管を用いる
ことができる。また、この紫外線ランプ80の形状は、
円筒体状の直管形状に限定されず、これを例えばU字
状、W状、或いは蛇行状に屈曲変形させたランプも使用
することができる。
In the above-described embodiment, a mercury-filled lamp that emits ultraviolet rays by irradiating microwaves is used as the ultraviolet irradiating means. Instead of this, a normal ultraviolet lamp that emits ultraviolet rays without using microwaves is used. May be used. FIG. 6 is a configuration diagram showing such a reforming apparatus, and the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. That is, in this configuration, the ultraviolet irradiation means 62 has a plurality of cylindrical ultraviolet lamps 80, and here, seven ultraviolet lamps 80 are placed outside the quartz transmission window 56 on the mounting table 14. Are arranged so as to be in parallel with each other. The number of lamps 80 is merely an example, and may be increased as needed to obtain the required UV intensity. As such an ultraviolet lamp, for example, a cold cathode tube capable of emitting a large amount of ultraviolet light with a small power of about 20 W can be used. The shape of the ultraviolet lamp 80 is as follows.
The lamp is not limited to a cylindrical straight tube shape, and a lamp obtained by bending and deforming this into a U-shape, a W-shape, or a meandering shape can also be used.

【0031】この複数の紫外線ランプ80の全体は、箱
状のケーシング82により覆われており、このその内側
にはランプより上方に向かう紫外線を下方に向けて反射
するための反射鏡84が設けられている。このように構
成された装置も、図1に示す装置と同様な作用効果を発
揮し、紫外線ランプ80から放射された紫外線UVが、
透過窓56及びシャワーヘッド44を透過して処理空間
Sに照射されると、ここに存在するオゾン等の処理ガス
が活性化されて活性酸素原子78を発生する。そして、
この活性酸素原子78が、半導体ウエハWの表面に形成
されている金属酸化膜に作用してこれを完全に酸化し、
改質することになる。特に、この実施例においては、図
1に示す装置と比較してマイクロ波発生手段を用いてい
ないので、構造が簡単化でき、コストもその分、抑制す
ることができる。
The entirety of the plurality of ultraviolet lamps 80 is covered by a box-shaped casing 82, and a reflecting mirror 84 for reflecting ultraviolet light upward from the lamps downward is provided inside the casing 82. ing. The device configured in this manner also exerts the same function and effect as the device shown in FIG. 1, and the ultraviolet rays UV emitted from the ultraviolet lamp 80
When the light passes through the transmission window 56 and the shower head 44 and irradiates the processing space S, the processing gas such as ozone present therein is activated to generate active oxygen atoms 78. And
The active oxygen atoms 78 act on a metal oxide film formed on the surface of the semiconductor wafer W to completely oxidize the metal oxide film,
It will be reformed. In particular, in this embodiment, since no microwave generating means is used as compared with the apparatus shown in FIG. 1, the structure can be simplified and the cost can be reduced accordingly.

【0032】上記図1及び図6に示す構造においては、
シャワーヘッド44は、円盤状の容器内にオゾンを導入
するような構造となっている。しかしながら、シャワー
ヘッド44内のオゾンの圧力がある程度高い場合には、
紫外線UVがこのシャワーヘッド44内のオゾンに吸収
されてウエハ表面に十分に到達できなかったり、或いは
シャワーヘッド44内で生成された活性な酸素原子が消
滅しないでウエハ表面に到達する確率が小さくなる場合
もある。そこで、図7及び図8に示すようにシャワーヘ
ッドを、例えば格子状に配設した複数のガス噴射管によ
り構成するようにしてもよい。図7は本発明の改質装置
の第3の実施例の主要部を示す構成図、図8は図7に示
す装置のシャワーヘッドを示す下面図である。尚、図示
例において、先の実施例と同一部分については同一符号
を付して説明を省略する。また、この図示例において
は、主要部のみを記載しており、ここで説明する部分以
外の他の部分については、図1或いは図6に示す構成と
同様に形成されている。
In the structure shown in FIGS. 1 and 6,
The shower head 44 has a structure for introducing ozone into a disk-shaped container. However, when the pressure of ozone in the shower head 44 is high to some extent,
Ultraviolet rays UV are absorbed by ozone in the shower head 44 and cannot sufficiently reach the wafer surface, or the probability that active oxygen atoms generated in the shower head 44 reach the wafer surface without disappearing decreases. In some cases. Therefore, as shown in FIGS. 7 and 8, the shower head may be constituted by a plurality of gas injection tubes arranged in a grid, for example. FIG. 7 is a structural view showing a main part of a third embodiment of the reformer of the present invention, and FIG. 8 is a bottom view showing a shower head of the apparatus shown in FIG. In the illustrated example, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Also, in this illustrated example, only the main part is described, and other parts other than the parts described here are formed in the same manner as the configuration shown in FIG. 1 or FIG.

【0033】図示するように、ここでは紫外線ランプ8
0として例えば低圧水銀ランプが用いられており、これ
より発生する例えば波長が254nmの紫外線の90%
以上を透過させる透過窓56の上方に上記ランプ80が
設けられる。そして、この透過窓56の直下に、透過窓
56の材料と同じように紫外線を90%以上透過させる
石英よりなるシャワーヘッド44が設けられる。具体的
には、このシャワーヘッド44は、ウエハWの直径より
も大きなリング状になされた管径の太い分配リング管1
10と、この分配リング管110間に縦横に格子状に配
設して接続した複数のガス噴射管112により構成され
る。このリング管110及びガス噴射管112の内径
は、それぞれ16mmと4.35mm程度であり、各ガ
ス噴射管の下面側には、直径が例えば0.3〜0.5m
m程度の多数の噴射孔46が等ピッチで形成されてお
り、オゾン含有の処理ガスを噴出し得るようになってい
る。
As shown in FIG.
For example, a low-pressure mercury lamp is used as 0, and for example, 90% of ultraviolet light having a wavelength of 254 nm generated thereby is used.
The lamp 80 is provided above the transmission window 56 for transmitting the above. A shower head 44 made of quartz that transmits at least 90% of ultraviolet rays is provided just below the transmission window 56 in the same manner as the material of the transmission window 56. Specifically, the shower head 44 is a ring-shaped distribution ring tube 1 having a diameter larger than the diameter of the wafer W.
10 and a plurality of gas injection tubes 112 arranged and connected between the distribution ring tubes 110 in a vertical and horizontal grid. The inner diameters of the ring tube 110 and the gas injection tube 112 are about 16 mm and 4.35 mm, respectively, and the lower surface of each gas injection tube has a diameter of, for example, 0.3 to 0.5 m.
A large number of injection holes 46 of about m are formed at an equal pitch so that an ozone-containing processing gas can be injected.

【0034】この場合、各ガス噴射管112の載置台1
4上のウエハWに対する投影面積は、ウエハ表面の面積
の20%よりも小さく設定するのが好ましく、ガス噴射
管112の格子間の空間部114に、より多くの紫外線
UVが通過して直接ウエハ面に照射するようになってい
る。以上のように構成した場合には、このシャワーヘッ
ド44に導入されたオゾン含有の処理ガスは、まず、リ
ング状の分配リング管110に沿って回り込んで、各ガ
ス噴射管112に流入する。そして、この処理ガスはガ
ス噴射管112に設けた多数の噴射孔46より処理容器
4内に供給されることになり、ウエハ面に対して均一に
オゾンガスを供給するすることができる。
In this case, the mounting table 1 of each gas injection tube 112
The projection area of the wafer W on the wafer 4 is preferably set to be smaller than 20% of the area of the wafer surface. The surface is illuminated. In the case of the above configuration, the ozone-containing processing gas introduced into the shower head 44 first wraps around the ring-shaped distribution ring tube 110 and flows into each gas injection tube 112. Then, this processing gas is supplied into the processing container 4 from the many injection holes 46 provided in the gas injection pipe 112, so that the ozone gas can be uniformly supplied to the wafer surface.

【00035
また、格子状の各ガス噴射管112の間は空間部114
として形成されるので、多くの紫外線UVがこの空間部
114を通過することにより、シャワーヘッド44内の
オゾンと干渉することなく多くの紫外線UVがウエハ表
面に直接照射することになり、従って、ウエハ表面上に
おける活性種の量がその分多くなって、改質をより効率
的に行なうことができる。特に、各ガス噴射管112の
投影面積をウエハ表面の20%よりも小さく、すなわち
空間部114の面積比である開口度を80%以上とする
ことにより、良好な改質処理を行なって特性の良好な絶
縁膜等を得ることができる。また、改質時に、載置台1
4を回転すればウエハ面内に亘って均一な改質処理を行
なうことができる。 【0036】図9はガス噴射管の開口率(100−投影
面積の%)と絶縁耐圧との関係を示すグラフである。こ
の時のTa25 の膜厚は、10nmであり、グラフか
ら明らかなように開口率を80%以下(投影面積は20
%より小)とすることにより、絶縁耐圧は1.8ボルト
以上となり、良質な絶縁膜を形成できることが判明す
る。また、処理時のウエハ温度を400℃とし、処理圧
力を1Torrとし、150g/m3 のオゾン濃度で処
理を行なったところ、図3(B)に示す減圧下10分処
理の電流−電圧特性を得るのに、5分以下の処理で済
み、効率的に処理を行なうことができた。更に、このよ
うな処理は、処理時の真空度が1〜500Torrの範
囲内において行なっても、同様な顕著な膜質改善効果を
得ることができた。
[00035]
A space 114 is provided between the grid-shaped gas injection pipes 112.
Since many UV rays pass through the space 114, many UV rays directly irradiate the wafer surface without interfering with the ozone in the shower head 44. The amount of active species on the surface increases accordingly, and the modification can be performed more efficiently. In particular, by setting the projection area of each gas injection tube 112 to be smaller than 20% of the wafer surface, that is, by setting the opening ratio, which is the area ratio of the space portion 114, to 80% or more, it is possible to perform a good reforming process and improve the characteristics. A good insulating film or the like can be obtained. At the time of reforming, the mounting table 1
By rotating 4, a uniform reforming process can be performed over the wafer surface. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the aperture ratio (100-% of projected area) of the gas injection tube and the withstand voltage. At this time, the film thickness of Ta 2 O 5 was 10 nm, and as is clear from the graph, the aperture ratio was 80% or less (the projected area was 20%).
%), The withstand voltage becomes 1.8 volts or more, which indicates that a high-quality insulating film can be formed. Further, when the processing was performed at an ozone concentration of 150 g / m 3 at a wafer temperature of 400 ° C. and a processing pressure of 1 Torr, the current-voltage characteristics of the 10-minute processing under reduced pressure shown in FIG. It took only 5 minutes or less to obtain, and the processing could be performed efficiently. Furthermore, even when such a treatment was performed at a degree of vacuum in the range of 1 to 500 Torr, a similar remarkable effect of improving the film quality could be obtained.

【0037】尚、ここでは複数のガス噴射管112を格
子状に組んだ場合を例にとって説明したが、一定の広さ
の空間部114を確保できるならば、これらのガス噴射
管の形状及び配列は限定されず、例えば直線状に並列に
配置してもよいし、或いは同心円状或いは渦巻状に配列
するようにしてもよい。前述した実施例や図7及び図8
に示す構造においては、処理容器内の全域にオゾンを供
給する構造であるが、図10乃至図12に示すようにオ
ゾンを局部的に供給するようにしてもよい。図10は本
発明の第4の実施例の主要部を示す構成図、図11は図
10に示す装置の載置台が降下した状態を示す図、図1
2は図10に示す装置のシャワーヘッドを示す断面図で
ある。
Here, the case where a plurality of gas injection tubes 112 are assembled in a lattice shape has been described as an example. However, if a space 114 having a certain width can be ensured, the shape and arrangement of these gas injection tubes 112 will be described. There is no limitation, for example, they may be arranged linearly and in parallel, or may be arranged concentrically or spirally. 7 and 8 in the above-described embodiment.
In the structure shown in FIG. 1, ozone is supplied to the whole area in the processing container, but ozone may be supplied locally as shown in FIGS. FIG. 10 is a configuration diagram showing a main part of a fourth embodiment of the present invention, FIG. 11 is a diagram showing a state where a mounting table of the apparatus shown in FIG.
2 is a sectional view showing a shower head of the apparatus shown in FIG.

【0038】尚、図示例においては、先の実施例と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。また、この
図示例においては、主要部のみを記載しており、ここで
説明する部分以外の他の部分については、図1、図6、
図7に示す構成と同様に形成されている。図示するよう
に、このシャワーヘッド44は、載置台14の上面を覆
うことができるように下端部が開放された円形容器状の
蓋体116を有している。この蓋体116は、ウエハW
の直径も少し大きく、載置台14の直径よりも僅かに小
さく設定され、全体が紫外線透過性の石英により構成さ
れている。この蓋体116の一側には、横方向に向けた
多数の噴射孔46を有する導入ヘッダ部118が円弧状
に形成され、これにガス導入管58が接続される。ま
た、蓋体116の他側には、排出口120を有する排出
ヘッダ部122が設けられており、蓋体116内に水平
方向に流れるガス流を形成し得るようになっている。上
記排出口120は、上記蓋体116の周方向に沿って円
弧状に形成されたスリット形状をしており、上述したよ
うな均一な水平ガス流を形成するようになっている。ま
た、この排出ヘッダ部122の外周には、処理容器4内
に開放された開口124が形成される。
In the illustrated example, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted. Also, in this illustrated example, only the main part is described, and other parts other than the part described here are described with reference to FIGS.
It is formed similarly to the configuration shown in FIG. As shown in the figure, the shower head 44 has a circular container-shaped lid 116 whose lower end is opened so that the upper surface of the mounting table 14 can be covered. This lid 116 is
Is set slightly larger than the diameter of the mounting table 14 and the whole is made of ultraviolet-permeable quartz. On one side of the lid 116, an introduction header 118 having a large number of injection holes 46 directed in the lateral direction is formed in an arc shape, and the gas introduction pipe 58 is connected to this. On the other side of the lid 116, a discharge header section 122 having a discharge port 120 is provided so that a gas flow flowing in the horizontal direction can be formed in the lid 116. The outlet 120 has a slit shape formed in an arc shape along the circumferential direction of the lid 116 so as to form a uniform horizontal gas flow as described above. Further, an opening 124 opened into the processing container 4 is formed on the outer periphery of the discharge header section 122.

【0039】また、この載置台14は、ウエハの搬入搬
出を行なうために、図示しない昇降機構により、処理容
器内の真空を維持しつつ僅かな距離だけ、昇降移動可能
になされており、蓋体116に対して、接近及び離間可
能としている。図11は載置台14を降下した状態を示
している。処理容器4内の真空を維持するために、載置
台14の周囲に、例えばベローズ126を設けている。
尚、載置台14に代えて、蓋体116を昇降移動可能と
してもよい。この実施例においては、図10に示す状態
において、導入ヘッダ部118に導入されたオゾン含有
の処理ガスは、ここに設けた噴射孔46より蓋体116
内に流入し、この中を水平方向に向かうガス流となって
反対側の排出ヘッダ部112に流入する。この流入した
ガスは、真空引きされている処理容器4内に、開口12
4を介して流出することになる。
In order to carry in / out the wafer, the mounting table 14 can be moved up and down by a small distance while maintaining a vacuum in the processing container by an elevating mechanism (not shown). 116 can be approached and separated. FIG. 11 shows a state where the mounting table 14 is lowered. In order to maintain a vacuum in the processing container 4, for example, a bellows 126 is provided around the mounting table 14.
Note that, instead of the mounting table 14, the lid 116 may be movable up and down. In this embodiment, in the state shown in FIG. 10, the ozone-containing processing gas introduced into the introduction header portion 118 is supplied to the cover 116 from the injection hole 46 provided here.
And the gas flows in the horizontal direction into the discharge header 112 on the opposite side. The gas that has flowed into the processing container 4 that has been evacuated,
4 would flow out.

【0040】この場合、蓋体116内という狭い空間内
で、しかもウエハ表面に近い部分で活性な酸素原子を高
濃度に発生させることができるので、改質処理を効率的
に行なうことができるのみならず、特性の更に良好な改
質膜を得ることができる。蓋体116の下端部は、載置
台14の上面周縁部に接するか、或いは接しないで非常
に接近させた状態で設置する。この場合にも、改質時に
載置台14を回転するようにすれば、ウエハ面内の改質
処理を一層均一化させることができる。尚、載置台14
を周縁部と中心部に2分割して蓋体116と当接するリ
ング状の周縁部をリング状の固定載置台とすることによ
り、ウエハWを回転しつつ、蓋体116の下端部を固定
載置台に接した状態で処理ができ、しかも、開口124
以外からのガス漏れを抑制できるので、蓋体116内の
活性酸素濃度を一層向上させることができる。
In this case, active oxygen atoms can be generated at a high concentration in a narrow space within the lid 116 and near the wafer surface, so that the reforming process can be performed efficiently. Instead, a modified film having better characteristics can be obtained. The lower end of the lid body 116 is placed in contact with the upper surface periphery of the mounting table 14 or in a state in which the lower end portion is very close without contact. Also in this case, if the mounting table 14 is rotated at the time of the reforming, the reforming process in the wafer surface can be made more uniform. The mounting table 14
Is divided into a peripheral portion and a central portion, and a ring-shaped peripheral portion that abuts on the lid body 116 is formed as a ring-shaped fixed mounting table, so that the lower end of the lid body 116 is fixedly mounted while rotating the wafer W. The processing can be performed in a state in contact with the mounting table.
Since gas leakage from other sources can be suppressed, the active oxygen concentration in the lid 116 can be further improved.

【0041】このような構成により、処理時の真空度が
1〜500Torrの範囲内で顕著な膜質改善効果を得
ることができた。また、処理時のウエハ温度を400℃
とし、処理圧力を1Torrとし、150g/m3 のオ
ゾン濃度で処理を行なったところ、図3(B)に示す減
圧下10分処理の電流−電圧特性を得るのに、4分以下
の処理で済み、効率的な処理を行なうことができた。
With such a configuration, a remarkable effect of improving the film quality could be obtained when the degree of vacuum during the processing was within the range of 1 to 500 Torr. Further, the wafer temperature during processing is set to 400 ° C.
When the processing pressure was set to 1 Torr and the ozone concentration was set to 150 g / m 3 , the current-voltage characteristics of the 10-minute processing under reduced pressure shown in FIG. As a result, efficient processing could be performed.

【0042】以上説明した各実施例にあっては、紫外線
照射手段62を構成する紫外線ランプ80を処理容器4
の外側へ配置したが、これに限らず、処理容器4の内側
の配置するようにしてもよい。図13はこのような改質
装置を示す構成であり、図6に示す構成部分と同一構成
部分については同一符号を付している。すなわち、この
構成においては、紫外線照射手段62を構成する紫外線
ランプ80を、シャワーヘッド44の直下に並列的に配
置しており、処理容器4内に設けている。従って、図6
に示す構成において必要とされた石英製の透過窓56は
不要となる。また、シャワーヘッド44を取り付けてい
る容器天井部には、反射鏡84が設けられており、ラン
プ80より上方に向かう紫外線を下方に反射させて効率
的に紫外線を用いるようになっている。
In each embodiment described above, the ultraviolet lamp 80 constituting the ultraviolet irradiation means 62 is connected to the processing vessel 4.
However, the arrangement is not limited to this, and it may be arranged inside the processing container 4. FIG. 13 shows a configuration of such a reformer, and the same components as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. That is, in this configuration, the ultraviolet lamps 80 constituting the ultraviolet irradiation means 62 are arranged in parallel immediately below the shower head 44 and provided in the processing container 4. Therefore, FIG.
The quartz transmission window 56 required in the configuration shown in FIG. A reflecting mirror 84 is provided on the ceiling of the container to which the shower head 44 is attached. The reflecting mirror 84 reflects ultraviolet rays directed upward from the lamp 80 downward and uses the ultraviolet rays efficiently.

【0043】このように構成された装置も、図6に示す
装置と同様な作用効果を発揮し、紫外線ランプ80から
放射された紫外線UVは、処理空間Sに存在するオゾン
等の処理ガスに照射されて活性酸素原子78を発生す
る。そして、この活性酸素原子78が、半導体ウエハW
の表面に形成されている金属酸化膜に作用してこれを略
完全に酸化し、改質するようになっている。
The apparatus configured as described above also exhibits the same operation and effect as the apparatus shown in FIG. 6, and irradiates the processing gas such as ozone present in the processing space S with the ultraviolet light UV emitted from the ultraviolet lamp 80. As a result, active oxygen atoms 78 are generated. Then, this active oxygen atom 78 is
Acts on a metal oxide film formed on the surface of the substrate to substantially completely oxidize and modify the metal oxide film.

【0044】この実施例においては、紫外線ランプ80
を処理容器4内へ収容した結果、このランプ80とウエ
ハWとの間が非常に接近させることができ、従って、そ
の分、ランプ80より放射される紫外線を有効に利用す
ることができるので、改質速度を更に向上させることが
できる。更に、図6に示す装置と比較してランプからの
光が石英窓で吸収されて弱くなることがない。また、シ
ャワーヘッドと加熱台の距離を離すことができるので、
基板の熱によるオゾンの分解を抑制できる。また、この
実施例では反射鏡84を容器天井部に設けたが、これを
設けない場合には、シャワーヘッド44の構成材料を、
紫外線に対して透明な石英に代え、通常のステンレスス
チールや表面がアルマイト処理されたアルミアルマイト
を用いるようにしてもよい。これによれば、製作が比較
的難しい石英製のシャワーヘッドを用いた場合よりも、
コストの上昇を抑制することができる。
In this embodiment, the ultraviolet lamp 80
As a result, the lamp 80 and the wafer W can be very close to each other, and accordingly, the ultraviolet rays emitted from the lamp 80 can be effectively used. The reforming rate can be further improved. Further, as compared with the apparatus shown in FIG. 6, the light from the lamp is not absorbed by the quartz window and is not weakened. Also, because the distance between the shower head and the heating table can be increased,
Decomposition of ozone due to heat of the substrate can be suppressed. Further, in this embodiment, the reflecting mirror 84 is provided on the ceiling portion of the container, but when this is not provided, the constituent material of the shower head 44 is
Instead of quartz transparent to ultraviolet rays, ordinary stainless steel or aluminum alumite whose surface is anodized may be used. According to this, rather than using a quartz shower head that is relatively difficult to manufacture,
An increase in cost can be suppressed.

【0045】以上の各実施例においては、活性酸素原子
を発生するために、オゾンやN2Oガスに紫外線を照射
するようにしているが、これに代えてプラズマにより酸
素やN2Oガスを励起させて活性酸素原子を発生させる
ようにしてもよい。図8は、このような改質装置を示す
構成図であり、図1に示す構成部分と同一部分について
は同一符号を付して説明を省略する。この発明の特徴
は、先の実施例で用いていた紫外線照射手段62に代え
て、プラズマ生成手段86を用いている点である。すな
わち、このプラズマ生成手段86は、例えば石英等によ
り構成されたプラズマ発生容器88を有しており、この
プラズマ発生容器88は、中空円筒体状に成形されてそ
の下方がロート状に拡開されている。そして、このプラ
ズマ発生容器88は処理容器4の天井部4Bの中心部に
上下方向に貫通するようにしてその開口部を載置面に臨
ませて設けられており、その貫通部にはシール部材90
を介設して気密性を持たせている。従って、プラズマ発
生容器88内は、処理容器4内と連通され、処理空間の
一部として構成されることになる。
In each of the above embodiments, ozone or N 2 O gas is irradiated with ultraviolet rays in order to generate active oxygen atoms. Instead, oxygen or N 2 O gas is generated by plasma. Excitation may be performed to generate active oxygen atoms. FIG. 8 is a configuration diagram showing such a reformer, and the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. A feature of the present invention is that a plasma generating means 86 is used in place of the ultraviolet irradiation means 62 used in the previous embodiment. That is, the plasma generating means 86 has a plasma generating container 88 made of, for example, quartz or the like. The plasma generating container 88 is formed in a hollow cylindrical shape, and the lower portion is expanded in a funnel shape. ing. The plasma generating container 88 is provided at the center of the ceiling 4B of the processing container 4 so as to penetrate vertically, with its opening facing the mounting surface. 90
To provide airtightness. Therefore, the inside of the plasma generation container 88 is communicated with the inside of the processing container 4 and is configured as a part of the processing space.

【0046】このプラズマ発生容器88の天井部には、
処理ガス導入ノズル92が設けられ、このノズル92に
は、途中にマスフローコントローラ94が介設されたガ
ス供給管96が接続されて流量制御しつつ処理ガスをプ
ラズマ発生容器88内へ導入し得るようになっている。
ここで用いる処理ガスとしては、先の実施例で用いられ
たオゾン、N2Oガスは勿論のこと、酸素ガス自体も用
いることができ、また、同様にN2Oガスや、N2ガスと
2ガスの混合ガスも添加ガスとして微量加えるように
してもよい。そして、プラズマ発生容器88の上部は、
導電性材料よりなるマイクロ波受け部98により覆われ
ており、この受け部98は導波管100を介して、例え
ば2.45GHzのマイクロ波を発生するマイクロ波発
生器102に接続され、処理ガスに直接マイクロ波を作
用させることにより活性酸素原子を発生させるようにな
っている。
On the ceiling of the plasma generating vessel 88,
A processing gas introduction nozzle 92 is provided, and a gas supply pipe 96 provided with a mass flow controller 94 on the way is connected to the nozzle 92 so that the processing gas can be introduced into the plasma generation container 88 while controlling the flow rate. It has become.
As the processing gas used here, not only ozone and N 2 O gas used in the previous embodiment, but also oxygen gas itself can be used. Similarly, N 2 O gas and N 2 gas can be used. A small amount of a mixed gas of H 2 gas may be added as an additional gas. And the upper part of the plasma generation vessel 88
Covered by a microwave receiver 98 made of a conductive material, the receiver 98 is connected via a waveguide 100 to a microwave generator 102 that generates microwaves of, for example, 2.45 GHz, and receives a processing gas. Active oxygen atoms are generated by applying microwaves directly to the surface.

【0047】この構成においても先の図1に示す装置と
同様な作用効果を生ずる。すなわち、処理ガス導入ガス
ノズル92よりプラズマ発生容器88内に導入された処
理ガス、例えばO2ガスやN2Oガス等にマイクロ波発生
器102にて発生した2.45GHzのマイクロ波を直
接照射することによりプラズマが発生し、このプラズマ
のエネルギーにより活性酸素原子78を生ぜしめる。こ
の発生した活性酸素原子78は、プラズマ発生容器88
内を流下して拡開された容器下端よりウエハ表面上に全
体に亘って降り注がれ、ウエハ表面に形成されている金
属酸化膜を迅速に且つ短時間で略完全に酸化し、これを
改質することになる。この時の改質プロセスの圧力は、
プラズマの発生効率と活性酸素原子78の発生効率を考
慮すると、0.1〜5.0Torrの範囲が好ましく、
また、ウエハのプロセス温度は、320〜700℃の範
囲が好ましい。特に、高温になる程その効果は大きくな
る。
In this configuration, the same operation and effect as those of the apparatus shown in FIG. 1 are produced. That is, the processing gas introduced into the plasma generation vessel 88 from the processing gas introduction gas nozzle 92, such as O 2 gas or N 2 O gas, is directly irradiated with the microwave of 2.45 GHz generated by the microwave generator 102. As a result, plasma is generated, and active oxygen atoms 78 are generated by the energy of the plasma. The generated active oxygen atoms 78 are supplied to a plasma generation vessel 88.
The metal oxide film formed on the wafer surface is quickly and almost completely oxidized in a short time by being poured down onto the surface of the wafer from the lower end of the container that has flowed down and expanded. It will be reformed. The pressure of the reforming process at this time is
In consideration of the plasma generation efficiency and the active oxygen atom 78 generation efficiency, the range of 0.1 to 5.0 Torr is preferable,
Further, the process temperature of the wafer is preferably in the range of 320 to 700 ° C. In particular, the effect increases as the temperature increases.

【0048】図4(A)は絶縁耐圧の活性酸素処理の温
度依存性を示すグラフであり、横軸には絶対温度の逆
数、縦軸に実効電界強度を取ってある。この時の改質プ
ロセス圧力は、1.0Torrであり、改質時間は10
分である。このグラフから明らかなように、改質時のプ
ロセス温度を上げる程、絶縁耐圧が良好となっており、
特に、絶縁耐圧を下限の実効電界強度12.5MV/c
m以上とするにはプロセス温度を320℃以上に設定す
るのがよいことが判明する。ただし、改質プロセス温度
は、金属酸化膜の成膜温度以下に設定する必要があるの
で、その上限は、700℃である。
FIG. 4A is a graph showing the temperature dependence of the withstand voltage in the active oxygen treatment. The horizontal axis shows the reciprocal of the absolute temperature, and the vertical axis shows the effective electric field strength. The reforming process pressure at this time is 1.0 Torr, and the reforming time is 10 Torr.
Minutes. As is evident from this graph, the higher the process temperature during reforming, the better the withstand voltage,
In particular, the effective electric field strength of 12.5 MV / c at the lower limit of the dielectric strength voltage
It is found that the process temperature should be set to 320 ° C. or more in order to make the temperature m or more. However, since the reforming process temperature needs to be set to a temperature equal to or lower than the film forming temperature of the metal oxide film, the upper limit is 700 ° C.

【0049】また、図4(B)は絶縁耐膜の活性酸素処
理の温度依存性をより詳しくもとめたグラフであり、処
理圧力を大気圧の760Torrから0.1Torrま
で種々変更している。これによれば、基板の温度、すな
わちプロセス圧力を高くする程、大気圧の場合は、絶縁
耐圧が最も改善されるピーク値が存在した後に、プロセ
ス温度が700℃を越えると急激に特性が劣化してい
る。そして、処理温度が高くなるにつれて、絶縁耐圧が
最も改善される真空度も順次低くなっている。例えば、
絶縁耐圧が最も改善される処理温度は、プロセス圧力が
760Torrの時は300℃程度、500〜50To
rrの時は400℃程度、10〜1Torrの時は50
0℃程度、0.5〜0.1Torrの時は600℃程度
である。また、グラフによれば、真空度が1Torr程
度、或いはそれ以下であれば、処理温度が500℃〜7
00℃の範囲で高い絶縁特性を示し、良好な特性である
ことが判明する。
FIG. 4B is a graph in which the temperature dependence of the active oxygen treatment of the insulation-resistant film is determined in more detail, and the treatment pressure is variously changed from 760 Torr of the atmospheric pressure to 0.1 Torr. According to this, as the temperature of the substrate, that is, the process pressure is increased, in the case of the atmospheric pressure, after the peak value at which the withstand voltage is most improved exists, when the process temperature exceeds 700 ° C., the characteristics are rapidly deteriorated. doing. As the processing temperature increases, the degree of vacuum at which the withstand voltage is most improved also decreases gradually. For example,
The processing temperature at which the withstand voltage is most improved is about 300 ° C. when the process pressure is 760 Torr, and 500 to 50 To.
about 400 ° C. at rr, 50 at 10 to 1 Torr
At about 0 ° C. and 0.5-0.1 Torr, the temperature is about 600 ° C. According to the graph, when the degree of vacuum is about 1 Torr or less, the processing temperature is 500 ° C. to 7 ° C.
It shows high insulation properties in the range of 00 ° C., which proves to be good properties.

【0050】図5は絶縁耐圧の活性酸素の処理時間依存
性を示すグラフであり、添加ガスを加えた場合と加えな
い場合とを比較している。グラフから明らかなように、
添加ガスを加えない場合(曲線B)と比較して、添加ガ
スを加えた場合(曲線A)の方が、短時間で、迅速に改
質処理を行なうことができることが判明する。これは添
加ガスの存在により、活性酸素原子の濃度が高くなった
ことによるものと考えられる。この添加ガスは、ここで
はN2ガスとH2ガスの混合ガスであり、O2に対して1
%程度の量で加えている。このN2ガスとH2ガスの比
は、97%対3%であり、O2 を1〜2リットル供給し
ている。
FIG. 5 is a graph showing the dependence of the dielectric strength voltage on the processing time of active oxygen, comparing the case where the additive gas is added and the case where the additive gas is not added. As is clear from the graph,
It is clear that the reforming process can be performed more quickly and quickly when the additive gas is added (curve A) than when no additive gas is added (curve B). This is considered to be because the concentration of active oxygen atoms increased due to the presence of the added gas. The additive gas is here a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas, one for O 2
It is added in the amount of about%. The ratio of the N 2 gas to the H 2 gas is 97% to 3% and supplies 1 to 2 liters of O 2 .

【0051】この実施例においては、プラズマを発生さ
せるためにマイクロ波を用いているので、他の実施例と
比較してオゾンを用いる必要がない。従って、ガスの障
害やオゾン発生等の装置が必要でなくなり大幅にコスト
ダウンすることが可能となる。また、プラズマを発生さ
せるマイクロ波も2.45GHzに限定されず、他の周
波数のマイクロ波を用いてもよいのは勿論である。ま
た、上記実施例では、プラズマを発生させるに際して、
マイクロ波を用いるようにしたが、これに代えて、高周
波を用いるようにしてもよい。図15はこのような装置
の構成図を示しており、図14に示す構成部分と同一部
分については同一符号を付している。すなわち、この構
成においてはプラズマ発生手段86のプラズマ発生容器
88に高周波コイル104を巻回して設け、このコイル
104にマッチング回路106を介して例えば13.5
6MHzの高周波電源108が接続されており、処理ガ
スにこの高周波電界を印加することによりプラズマを発
生させるようになっている。
In this embodiment, since microwaves are used to generate plasma, there is no need to use ozone as compared with other embodiments. Therefore, a device such as a gas obstacle or ozone generation is not required, and the cost can be significantly reduced. Further, the microwave for generating plasma is not limited to 2.45 GHz, and a microwave of another frequency may be used. In the above embodiment, when generating plasma,
Although the microwave is used, a high frequency may be used instead. FIG. 15 shows a configuration diagram of such an apparatus, and the same components as those shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals. That is, in this configuration, the high-frequency coil 104 is wound around the plasma generating vessel 88 of the plasma generating means 86 and provided to the coil 104 via the matching circuit 106, for example, at 13.5.
A 6 MHz high frequency power supply 108 is connected, and plasma is generated by applying this high frequency electric field to the processing gas.

【0052】この実施例においても、先の図8に示す実
施例と同様な作用効果を生ずる。すなわちプラズマ処理
容器88内に導入された処理ガスに、高周波電源108
からの例えば13.56MHzの高周波電界を印加する
ことによりプラズマが発生し、このプラズマのエネルギ
ーにより活性酸素原子78を生ぜしめる。この活性酸素
原子78は、プラズマ発生容器88内を流下してウエハ
表面の金属酸化膜を迅速に且つ短時間で略完全に改質す
ることになる。この時の、プロセス圧力及びウエハ温度
は、図14に示す場合と同じ条件である。特に、本実施
例においては、プラズマ発生用に高周波を用いてマイク
ロ波と同様な効果が得られる。
In this embodiment, the same operation and effect as those of the embodiment shown in FIG. That is, the high-frequency power supply 108 is applied to the processing gas introduced into the plasma processing vessel 88.
By applying a high-frequency electric field of, for example, 13.56 MHz, a plasma is generated, and active oxygen atoms 78 are generated by the energy of the plasma. The active oxygen atoms 78 flow down in the plasma generating vessel 88 to quickly and almost completely reform the metal oxide film on the wafer surface in a short time. At this time, the process pressure and the wafer temperature are the same as those shown in FIG. In particular, in this embodiment, the same effect as that of a microwave can be obtained by using a high frequency for plasma generation.

【0053】以上の各実施例では、改質処理を行なうに
際して、紫外線UVを用いた場合を例にとって説明した
が、ウエハ温度を400℃以上に設定すれば、紫外線を
用いることなくオゾンをウエハ表面で熱分解することに
より生成される活発な酸素原子によって、酸化タンタル
膜の絶縁性を効率良く改善することが可能である。図1
6は、このような改質処理を行なう本発明装置の第8の
実施例を示す構成図、図17は図16に示す装置のシャ
ワーヘッドを示す下面図、図18はウエハ温度と絶縁耐
圧との関係を示すグラフである。尚、図示例において、
先の実施例と同一部分については同一符号を付して説明
を省略する。この図示例においては、主要部のみを記載
しており、ここで説明する部分以外の他の部分について
は、先の実施例と同様に構成されている。
In each of the embodiments described above, the case where the ultraviolet ray UV is used for performing the reforming process has been described as an example. However, if the wafer temperature is set to 400 ° C. or more, ozone can be applied to the wafer surface without using the ultraviolet ray. By virtue of the active oxygen atoms generated by thermal decomposition in the above, it is possible to efficiently improve the insulating properties of the tantalum oxide film. FIG.
6 is a block diagram showing an eighth embodiment of the apparatus of the present invention for performing such a reforming process, FIG. 17 is a bottom view showing a shower head of the apparatus shown in FIG. 16, and FIG. 6 is a graph showing the relationship of. In the illustrated example,
The same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this illustrated example, only the main part is described, and other parts other than the parts described here are configured in the same manner as the previous embodiment.

【0054】この実施例においては、加熱手段として複
数の例えばハロゲンランプよりなる加熱ランプ130を
用いており、この加熱ランプ130を、処理容器4の底
部に設けた石英製の透過窓56の下方に配置している。
また、ここで用いる載置台132は、先の実施例で用い
た抵抗発熱体内蔵の厚い載置台とは異なり、非常に薄く
形成された例えばSiCコートされたカーボン製の載置
台を用いており、容器底部から複数の石英製の支柱13
4により支持されている。また、処理容器4内に設けら
れるシャワーヘッド44は、周辺部に設けた分配リング
管136と、4つの接続管138を介して中央部に設け
た中空円盤状の円盤ヘッド部140よりなり、このヘッ
ド部140の下面に多数の噴射孔46を設けて処理ガス
を処理容器内へ供給できるようになっている。
In this embodiment, a heating lamp 130 composed of a plurality of, for example, halogen lamps is used as a heating means, and this heating lamp 130 is placed below a quartz transmission window 56 provided at the bottom of the processing container 4. Have been placed.
Further, the mounting table 132 used here is different from the thick mounting table with a built-in resistance heating element used in the previous embodiment, and uses a very thin, for example, SiC-coated carbon mounting table. A plurality of quartz columns 13 from the bottom of the container
4 supported. Further, the shower head 44 provided in the processing container 4 includes a distribution ring tube 136 provided at a peripheral portion and a hollow disk-shaped disk head portion 140 provided at a central portion via four connection tubes 138. A large number of injection holes 46 are provided on the lower surface of the head section 140 so that a processing gas can be supplied into the processing container.

【0055】また、ウエハWとシャワーヘッド44の下
面との間の距離L1は、できるだけ小さくし、例えば1
0mm程度に設定し、気相反応の生ずるのを抑制して、
主に表面反応によりオゾンの分解を促進するようになっ
ている。また、処理容器4の側壁には、これをコールド
ウォールとするための冷却ジャケット72が配設されて
いる。以上のように構成した場合には、シャワーヘッド
44に導入されたオゾン含有の処理ガスは、分配リング
管136から接続管138を介して円盤ヘッド部140
へ流入し、これより多数の噴射孔46を介して処理容器
4内のウエハ上に均一に供給されることになる。
The distance L1 between the wafer W and the lower surface of the shower head 44 is made as small as possible.
It is set to about 0 mm to suppress the occurrence of gas phase reaction,
Decomposition of ozone is promoted mainly by a surface reaction. Further, a cooling jacket 72 is provided on the side wall of the processing container 4 to make it a cold wall. In the case of the above configuration, the ozone-containing processing gas introduced into the shower head 44 is supplied from the distribution ring pipe 136 to the disk head 140 via the connection pipe 138.
, And is uniformly supplied onto the wafer in the processing chamber 4 through a larger number of the injection holes 46.

【0056】一方、加熱ランプ130から放射された熱
線は透過窓56を透過して載置台132の裏面に当たっ
てこれを加熱し、載置されているウエハWを間接的に所
定の温度に加熱することになる。この場合、ウエハ温度
を400℃〜850℃の範囲内に設定することにより、
紫外線を用いることなく、オゾンをウエハ表面で熱分解
して活性な酸素原子を生成でき、ウエハ表面を改質して
酸化タンタル膜の絶縁性を改善することができる。特
に、ウエハWとシャワーヘッド44との間の距離L1が
大きいと、ヘッド44より放出されたオゾンが途中で気
相反応により分解して発生した活性酸素がウエハ面に到
達する前に消滅する場合が多くなるが、本実施例のよう
にウエハ表面とシャワーヘッド44の下面を、例えば1
0mm程度までに接近させることにより、加熱されたウ
エハ表面で主としてオゾンの分解が生じて極めて高濃度
の活性酸素原子を得ることができ、従って、発生した活
性酸素原子を効率的にウエハ表面に作用させて効率良く
改質処理を行なうことができ、しかも、膜質の特性も改
善することができる。
On the other hand, the heat ray radiated from the heating lamp 130 passes through the transmission window 56 and strikes the back surface of the mounting table 132 to heat it, thereby indirectly heating the mounted wafer W to a predetermined temperature. become. In this case, by setting the wafer temperature within the range of 400 ° C. to 850 ° C.,
Without using ultraviolet rays, ozone can be thermally decomposed on the wafer surface to generate active oxygen atoms, and the surface of the wafer can be modified to improve the insulating properties of the tantalum oxide film. In particular, when the distance L1 between the wafer W and the shower head 44 is large, the active oxygen generated by the decomposition of the ozone released from the head 44 by the gas phase reaction on the way disappears before reaching the wafer surface. However, as in this embodiment, the surface of the wafer and the lower surface of the shower head 44 are, for example, 1
By approaching to about 0 mm, ozone is mainly decomposed on the heated wafer surface, and an extremely high concentration of active oxygen atoms can be obtained. Therefore, the generated active oxygen atoms can efficiently act on the wafer surface. As a result, the reforming process can be performed efficiently, and the characteristics of the film quality can be improved.

【0057】この場合、処理容器4の側壁を冷却ジャケ
ット72により冷却して、オゾンの熱分解温度、例えば
300℃以下に維持しているので、ウエハ表面以外に流
出するオゾンの熱分解を抑制してウエハ表面上のみでオ
ゾンの分解を促進でき、一層、改質効率等を向上させる
ことができる。尚、処理ガスとしてオゾンを含有させた
が、これに代えてN2 Oを用いるようにしてもよい。図
18に示すグラフから明らかなように、厚さ10nmの
Ta25 膜を形成したところ、絶縁耐圧はウエハ温度
は475℃をピークとして450℃〜500℃の範囲が
最も好ましく、400℃以下になると、絶縁耐圧が1.
8ボルト以下になって特性が劣化する。また、温度が8
00℃程度までは、特性が良好な絶縁膜を得ることがで
きる。
In this case, since the side wall of the processing vessel 4 is cooled by the cooling jacket 72 to maintain the temperature at which the ozone is thermally decomposed, for example, 300 ° C. or less, the thermal decomposition of the ozone flowing out of the surface other than the wafer surface is suppressed. Therefore, the decomposition of ozone can be promoted only on the wafer surface, and the reforming efficiency and the like can be further improved. Although ozone is contained as the processing gas, N 2 O may be used instead. As is clear from the graph shown in FIG. 18, when a Ta 2 O 5 film having a thickness of 10 nm was formed, the withstand voltage of the wafer temperature peaked at 475 ° C., most preferably in the range of 450 ° C. to 500 ° C., and is preferably 400 ° C. or less. , The breakdown voltage becomes 1.
When the voltage drops below 8 volts, the characteristics deteriorate. If the temperature is 8
Up to about 00 ° C., an insulating film having good characteristics can be obtained.

【0058】また、処理時のウエハ温度を400℃と
し、処理圧力を1Torrとし、150g/m3 のオゾ
ン温度で処理を行なったところ、図3(B)に示す減圧
下10分処理の電流−電圧特性を得るのに、4分以下の
処理で済み、効率的な処理を行なうことができた。尚、
実施例において、シャワーヘッド構造として、他の構
造、例えば図1に示すような構造を用いてもよいし、或
いは加熱ランプを用いることなく、図1に示した構造の
ように、抵抗発熱体内蔵の載置台を用いてもよい。
When the wafer temperature was set to 400 ° C., the processing pressure was set to 1 Torr, and the processing was performed at an ozone temperature of 150 g / m 3 , the current for 10 minutes under reduced pressure shown in FIG. It took only 4 minutes or less to obtain voltage characteristics, and efficient processing could be performed. still,
In the embodiment, as the shower head structure, another structure, for example, a structure as shown in FIG. 1 may be used, or a structure with a built-in resistance heating element as shown in FIG. 1 without using a heating lamp. May be used.

【0059】以上の各実施例においては、改質対象の金
属酸化膜としてウエハ表面に形成された酸化タンタルを
改質する場合を例にとって説明したが、これに限定され
ず、他の金属酸化膜、例えば酸化チタン、酸化ジルコニ
ウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムを改質する場
合にも適用できる。更に、上記した金属酸化膜以外に
は、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、
酸化鉛等を形成する場合にも本発明を適用することがで
きる。尚、上記実施例では、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、例えば
ガラス基板やLCD基板に形成されている金属酸化膜を
改質する場合にも適用し得る。
In each of the above embodiments, the case of modifying tantalum oxide formed on the wafer surface as a metal oxide film to be modified has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to the case of modifying titanium oxide, zirconium oxide, barium oxide, and strontium oxide. Further, other than the above-described metal oxide film, niobium oxide, hafnium oxide, yttrium oxide,
The present invention can also be applied when forming lead oxide or the like. In the above embodiment, a semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, modifying a metal oxide film formed on a glass substrate or an LCD substrate. .

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の改質方法
及びその装置によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。請求項1及び14に規定する発明
によれば、被処理体に形成されている金属酸化膜を改質
するに際して、処理ガスに紫外線を照射することにより
発生した活性酸素原子を真空雰囲気中にて被処理体に作
用させるようにしたので、活性酸素原子の寿命を延ばし
てこの密度を高くでき、金属酸化膜を迅速に且つ短時間
で絶縁耐圧の高い絶縁膜に改質してスループットを向上
させることができる。また、紫外線照射手段として、マ
イクロ波により紫外線を発生する水銀封入ランプを用い
ることにより、多量の紫外線を照射できるので、その
分、活性酸素原子を多く発生させて改質処理を一層迅速
に行なうことができる。更に、紫外線照射手段として、
冷陰極管などの紫外線ランプを用いることにより、コス
ト高をそれ程招来することなく、迅速に且つ短時間で金
属酸化膜の改質処理を行なうことができる。
As described above, according to the reforming method and apparatus of the present invention, the following excellent effects can be obtained. According to the inventions defined in claims 1 and 14, when modifying the metal oxide film formed on the object to be processed, active oxygen atoms generated by irradiating the processing gas with ultraviolet rays are converted in a vacuum atmosphere. Since it is made to act on the object to be processed, the life of active oxygen atoms can be extended to increase the density, and the metal oxide film can be quickly and quickly reformed into an insulating film having a high withstand voltage to improve the throughput. be able to. In addition, since a large amount of ultraviolet rays can be irradiated by using a mercury-filled lamp that generates ultraviolet rays by microwaves as the ultraviolet irradiation means, more active oxygen atoms are generated to perform the reforming process more quickly. Can be. Further, as an ultraviolet irradiation means,
By using an ultraviolet lamp such as a cold cathode tube, the metal oxide film can be reformed quickly and in a short time without significantly increasing the cost.

【0061】請求項4及び15に規定する発明によれ
ば、被処理体に形成されている金属酸化膜を改質するに
際して、真空雰囲気下で処理ガスにマイクロ波、或いは
高周波電界を印加してプラズマを発生させ、このプラズ
マのエネルギーにより活性酸素原子を生ぜしめて金属酸
化膜に作用させるようにしたので、活性酸素原子の寿命
を延ばしてこの密度を高くでき、金属酸化膜を迅速に且
つ短時間で絶縁耐圧の高い絶縁膜に改質してスループッ
トを向上させることができる。また、シャワーヘッドを
複数のガス噴射管を組み合わせ構成することにより、シ
ャワーヘッド内を通過する紫外線が減少してここで紫外
線が吸収されることを防止できる。従って、多くの紫外
線を直接被処理体の表面に到達させて、この表面近傍に
おける活性酸素原子の発生量を多くでき、その分、改質
効率を上げて、且つ膜質の特性を向上させることができ
る。また、シャワーヘッドを、被処理体の表面を覆うこ
とができる蓋体として構成することにより、この蓋体内
で集中的にオゾン等を分解させて高濃度の活性酸素原子
を形成でき、その分、改質効率を上げて、且つ膜質の特
性を大幅に向上させることができる。
According to the invention defined in claims 4 and 15, when modifying the metal oxide film formed on the object to be processed, a microwave or a high-frequency electric field is applied to the processing gas in a vacuum atmosphere. Since plasma is generated and active oxygen atoms are generated by the energy of the plasma to act on the metal oxide film, the life of the active oxygen atoms can be extended to increase the density, and the metal oxide film can be formed quickly and in a short time. Thus, an insulating film having a high withstand voltage can be modified to improve the throughput. Further, by combining the shower head with a plurality of gas injection pipes, it is possible to prevent ultraviolet rays passing through the inside of the shower head from decreasing and absorbing the ultraviolet rays. Therefore, a large amount of ultraviolet rays can directly reach the surface of the object to be processed, and the amount of active oxygen atoms generated in the vicinity of the surface can be increased, thereby improving the reforming efficiency and improving the quality of the film. it can. In addition, by configuring the shower head as a lid that can cover the surface of the object to be processed, ozone and the like can be intensively decomposed in the lid to form high-concentration active oxygen atoms. It is possible to increase the reforming efficiency and greatly improve the properties of the film quality.

【0062】更に、請求項11に規定する発明によれ
ば、被処理体を400℃〜850℃の範囲内に加熱して
オゾン或いはN2 Oガスを供給することにより、紫外線
やマイクロ波を用いることなく改質処理を効率良く行な
うことができ、しかも、膜質の特性も大幅に向上させる
ことができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, the object to be processed is heated to a temperature in the range of 400 ° C. to 850 ° C. and supplied with ozone or N 2 O gas to use ultraviolet rays or microwaves. Thus, the reforming process can be performed efficiently, and the characteristics of the film quality can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る改質装置の第1の実施例を示す構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a reformer according to the present invention.

【図2】オゾン雰囲気中にて紫外線を照射した時の、照
射時間と絶縁特性(リーク電流)との関係を示すグラフ
である。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between irradiation time and insulation characteristics (leakage current) when ultraviolet light is irradiated in an ozone atmosphere.

【図3】オゾン存在下での紫外線照射による改質プロセ
ス圧力と絶縁耐圧との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a reforming process pressure and a withstand voltage by ultraviolet irradiation in the presence of ozone.

【図4】絶縁耐圧の活性酸素処理の温度依存性を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing the temperature dependence of the withstand voltage of the active oxygen treatment.

【図5】絶縁耐圧の活性酸素の処理時間依存性を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing the dependency of the withstand voltage on the processing time of active oxygen.

【図6】本発明の改質装置の第2の実施例を示す構成図
である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of the reforming apparatus of the present invention.

【図7】本発明の改質装置の第3の実施例の主要部を示
す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of a third embodiment of the reforming apparatus of the present invention.

【図8】図7に示す装置のシャワーヘッドを示す下面図
である。
8 is a bottom view showing a shower head of the apparatus shown in FIG.

【図9】ガス噴射管の開口率(100−投影面積の%)
と絶縁耐圧との関係を示すグラフである。
FIG. 9: Opening ratio of gas injection tube (100-% of projected area)
6 is a graph showing a relationship between the dielectric strength and the withstand voltage.

【図10】本発明の第4の実施例の主要部を示す構成図
である。
FIG. 10 is a configuration diagram showing a main part of a fourth embodiment of the present invention.

【図11】図10に示す装置の載置台が降下した状態を
示す図である。
11 is a view showing a state where a mounting table of the apparatus shown in FIG. 10 is lowered.

【図12】図10に示す装置のシャワーヘッドを示す断
面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing a shower head of the apparatus shown in FIG.

【図13】本発明の改質装置の第5の実施例を示す構成
図である。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the reforming apparatus of the present invention.

【図14】本発明の改質装置の第6の実施例を示す構成
図である。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the reforming apparatus of the present invention.

【図15】本発明の改質装置の第7の実施例を示す構成
図である。
FIG. 15 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the reforming apparatus of the present invention.

【図16】改質処理を行なう本発明装置の第8の実施例
を示す構成図である。
FIG. 16 is a configuration diagram showing an eighth embodiment of the apparatus of the present invention that performs a reforming process.

【図17】図16に示す装置のシャワーヘッドを示す下
面図である。
FIG. 17 is a bottom view showing the shower head of the apparatus shown in FIG.

【図18】ウエハ温度と絶縁耐圧との関係を示すグラフ
である。
FIG. 18 is a graph showing the relationship between wafer temperature and dielectric strength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 改質装置 4 処理容器 12 真空排気系 14 載置台 20 抵抗発熱体(載置台加熱手段) 47 処理ガス供給手段 52 オゾン発生器 56 透過窓 62 紫外線照射手段 64 水銀封入ランプ 66 マイクロ波発生手段 68 反射鏡 78 活性酸素原子 80 紫外線ランプ 84 反射鏡 86 プラズマ生成手段 88 プラズマ発生容器 92 処理ガス導入ノズル 100 導波管 102 マイクロ波発生器 104 高周波コイル 108 高周波電源 110 分配リング管 112 ガス噴射管 116 蓋体 118 導入ヘッダ部 122 排出ヘッダ部 130 加熱ランプ W 半導体ウエハ(被処理体) 2 Reforming apparatus 4 Processing vessel 12 Vacuum exhaust system 14 Mounting table 20 Resistance heating element (mounting table heating means) 47 Processing gas supply means 52 Ozone generator 56 Transmission window 62 Ultraviolet irradiation means 64 Mercury sealed lamp 66 Microwave generation means 68 Reflecting mirror 78 Active oxygen atoms 80 Ultraviolet lamp 84 Reflecting mirror 86 Plasma generating means 88 Plasma generating vessel 92 Processing gas introduction nozzle 100 Waveguide 102 Microwave generator 104 High frequency coil 108 High frequency power supply 110 Distribution ring tube 112 Gas injection tube 116 Cover Body 118 Introducing header section 122 Ejecting header section 130 Heating lamp W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理体の表面に形成された金属酸化膜
を改質する金属酸化膜の改質装置において、真空引き可
能になされた処理容器と、この処理容器内へ収容される
被処理体を載置する載置台と、オゾン或いはN2Oガス
を含む処理ガスを前記処理容器内へ供給する処理ガス供
給手段と、前記処理容器内の雰囲気中に紫外線を照射し
て活性酸素原子を生ぜしめる紫外線照射手段と、前記処
理容器内を真空引きする真空排気系とを備えるように構
成したことを特徴とする改質装置。
In a metal oxide film reforming apparatus for reforming a metal oxide film formed on the surface of an object to be processed, a processing container which can be evacuated, and an object to be processed housed in the processing container. A mounting table on which the body is mounted, processing gas supply means for supplying a processing gas containing ozone or N 2 O gas into the processing container, and irradiating ultraviolet rays into the atmosphere in the processing container to convert active oxygen atoms A reforming apparatus comprising: an ultraviolet irradiation means for generating; and a vacuum exhaust system for evacuating the inside of the processing container.
【請求項2】 前記紫外線照射手段は、水銀を封入した
水銀封入ランプと、この水銀封入ランプにマイクロ波を
印加して紫外線を発生させるためのマイクロ波発生手段
と、発生した紫外線を前記載置台上に向けて集光させて
均等に照射する反射鏡とを備えることを特徴とする請求
項1記載の改質装置。
2. The lamp according to claim 1, wherein the ultraviolet irradiation means includes a mercury-filled lamp filled with mercury, a microwave generating means for applying a microwave to the mercury-filled lamp to generate ultraviolet rays, and The reforming apparatus according to claim 1, further comprising: a reflecting mirror that converges upward and irradiates the light uniformly.
【請求項3】 前記紫外線照射手段は、前記被処理体の
平面に対向するように平行に配列された複数の紫外線ラ
ンプよりなることを特徴とする請求項1記載の改質装
置。
3. The reforming apparatus according to claim 1, wherein said ultraviolet irradiation means comprises a plurality of ultraviolet lamps arranged in parallel so as to face a plane of said workpiece.
【請求項4】 被処理体の表面に形成された金属酸化膜
を改質する改質装置において、真空引き可能になされた
処理容器と、O2ガス、オゾン及びN2Oガスの内、少な
くともいずれか1つを含む処理ガスを前記処理容器内へ
導入する処理ガス供給手段と、この処理容器の天井部に
設けられてマイクロ波、或いは高周波電界を印加してプ
ラズマを生ぜしめることによって前記処理ガスから活性
酸素原子を発生させるプラズマ生成手段と、前記処理容
器内を真空引きする真空排気系とを備えるように構成し
たことを特徴とする改質装置。
4. A reforming apparatus for reforming a metal oxide film formed on a surface of an object to be processed, wherein at least one of an O 2 gas, an ozone gas, and an N 2 O gas is provided. A processing gas supply means for introducing a processing gas containing any one of the processing gases into the processing container; and a microwave or a high-frequency electric field applied to a ceiling portion of the processing container to generate plasma to generate the processing gas. A reforming apparatus comprising: a plasma generating means for generating active oxygen atoms from a gas; and a vacuum exhaust system for evacuating the inside of the processing vessel.
【請求項5】 前記載置台を加熱するための載置台加熱
手段を有することを特徴とする請求項1乃至4記載の改
質装置。
5. The reformer according to claim 1, further comprising a mounting table heating means for heating the mounting table.
【請求項6】 前記処理ガス供給手段は、前記紫外線照
射手段と前記載置台との間に配置されたシャワーヘッド
を有し、このシャワーヘッドは、噴射孔を有する複数の
ガス噴射管を組み合わせてなることを特徴とする請求項
1乃至5記載の改質装置。
6. The processing gas supply means has a shower head disposed between the ultraviolet irradiation means and the mounting table, and the shower head is formed by combining a plurality of gas injection pipes having injection holes. The reforming apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項7】 前記複数のガス噴射管は、格子状に組み
合わされていることを特徴とする請求項6記載の改質装
置。
7. The reformer according to claim 6, wherein the plurality of gas injection pipes are combined in a lattice shape.
【請求項8】 前記複数のガス噴射管の前記載置台上に
対する投影面積は、前記被処理体の表面の面積の20%
よりも小さいことを特徴とする請求項6または7記載の
改質装置。
8. A projection area of the plurality of gas injection tubes on the mounting table is 20% of a surface area of the object to be processed.
The reformer according to claim 6, wherein the size of the reformer is smaller than that of the reformer.
【請求項9】 前記処理ガス供給手段は、前記載置台の
上面を覆うことができるように下端部が開放された容器
状の蓋体を有し、この蓋体の一側には、多数の噴射孔を
有する導入ヘッダ部が形成され、他側には排出口を有す
る排出ヘッダ部が形成され、前記蓋体内に水平方向に流
れるガス流を形成するようになっていることを特徴とす
る請求項1乃至5記載の改質装置。
9. The processing gas supply means has a container-shaped lid having a lower end opened so as to cover an upper surface of the mounting table. An introduction header portion having an injection hole is formed, and a discharge header portion having a discharge port is formed on the other side, so as to form a gas flow flowing in the lid body in a horizontal direction. Item 6. The reformer according to any one of Items 1 to 5.
【請求項10】 前記蓋体と前記載置台は、相対的に上
下方向に接近及び離間可能になされていることを特徴と
する請求項9記載の改質装置。
10. The reformer according to claim 9, wherein the lid and the mounting table are relatively vertically movable toward and away from each other.
【請求項11】 被処理体の表面に形成された金属酸化
膜を改質する金属酸化膜の改質装置において、真空引き
可能になされた処理容器と、この処理容器内へ収容され
る被処理体を載置する載置台と、オゾン或いはN2Oガ
スを含む処理ガスを前記処理容器内へ供給する処理ガス
供給手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段
と、前記処理容器内を真空引きする真空排気系とを備
え、前記加熱手段は、前記被処理体を400℃〜850
℃の範囲内に加熱することを特徴とする改質装置。
11. A metal oxide film reforming apparatus for reforming a metal oxide film formed on the surface of an object to be processed, wherein the processing container is made evacuable, and the object to be processed is accommodated in the processing container. A mounting table for mounting a body, processing gas supply means for supplying a processing gas containing ozone or N 2 O gas into the processing container, heating means for heating the object to be processed, A vacuum evacuation system for evacuating the object;
A reforming apparatus characterized in that it is heated within the range of ° C.
【請求項12】 前記加熱手段は、前記載置台の下方に
設けた複数の加熱ランプよりなることを特徴とする請求
項11記載の改質装置。
12. The reformer according to claim 11, wherein said heating means comprises a plurality of heating lamps provided below said mounting table.
【請求項13】 前記処理容器の側壁には、この容器側
壁をオゾンの熱分解温度より低い温度に冷却するための
冷却ジャケットが設けられることを特徴とする請求項1
1または12記載の改質装置。
13. A cooling jacket for cooling the side wall of the processing container to a temperature lower than the thermal decomposition temperature of ozone on the side wall of the processing container.
13. The reformer according to 1 or 12.
【請求項14】 被処理体の表面に形成された金属酸化
膜の改質方法において、オゾン或いはN2Oガスを含む
処理ガスの真空雰囲気中に紫外線を照射して活性酸素原
子を発生させ、この活性酸素原子により前記被処理体の
表面の金属酸化膜を改質するように構成したことを特徴
とする改質方法。
14. A method for modifying a metal oxide film formed on a surface of an object to be processed, wherein ultraviolet rays are irradiated into a vacuum atmosphere of a processing gas containing ozone or N 2 O gas to generate active oxygen atoms, A reforming method characterized in that the metal oxide film on the surface of the object is modified by the active oxygen atoms.
【請求項15】 被処理体の表面に形成された金属酸化
膜の改質方法において、O2ガス、オゾン及びN2Oガス
の内、少なくともいずれか1つを含む処理ガスの真空雰
囲気中にマイクロ波或いは高周波電界を印加することに
より活性酸素原子を発生させ、この活性酸素原子により
前記被処理体の表面の金属酸化膜を改質するように構成
したことを特徴とする改質方法。
15. A method for modifying a metal oxide film formed on a surface of an object to be processed, wherein the method comprises the steps of: placing a processing gas containing at least one of O 2 gas, ozone and N 2 O gas in a vacuum atmosphere; A reforming method characterized in that active oxygen atoms are generated by applying a microwave or a high-frequency electric field, and the metal oxide film on the surface of the object to be processed is modified by the active oxygen atoms.
【請求項16】 前記処理ガス中には、少なくとも微量
のN2ガスを含む添加ガスが混入されていることを特徴
とする請求項14または15記載の改質方法。
16. The reforming method according to claim 14, wherein an additional gas containing at least a trace amount of N 2 gas is mixed in the processing gas.
【請求項17】 前記真空雰囲気の圧力は、1〜600
Torrの範囲内に設定されていることを特徴とする請
求項14乃至16記載の改質方法。
17. The pressure of the vacuum atmosphere is 1 to 600.
17. The reforming method according to claim 14, which is set within a range of Torr.
【請求項18】 前記改質中の被処理体の温度は、32
0〜700℃の範囲内に設定されていることを特徴とす
る請求項14乃至17記載の改質方法。
18. The temperature of the object to be processed during the reforming is 32
18. The reforming method according to claim 14, wherein the temperature is set within a range of 0 to 700C.
【請求項19】 前記金属酸化膜は、酸化タンタル、酸
化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、酸化スト
ロンチウムの内、いずれか1つを含むことを特徴とする
請求項14乃至18記載の改質方法。
19. The reforming method according to claim 14, wherein the metal oxide film contains any one of tantalum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, barium oxide, and strontium oxide.
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