KR101232970B1 - Heat processing method and apparatus for semiconductor process, and computer readable medium - Google Patents

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Abstract

반도체 처리용 열처리 방법은 처리 용기의 처리 영역 내에 간격을 두고 적층된 상태에서 복수의 피처리 기판을 수납한다. 피처리 기판은 처리 대상층을 표면에 갖는다. 다음에, 처리 영역에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 동시에, 처리 영역을 가열함으로써 산화성 가스 및 환원성 가스를 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 산소 활성종과 수산기 활성종을 사용하여 피처리 기판 상의 처리 대상층에 대해 산화를 행한다. 다음에, 산화 후의 처리 대상층을 오존 또는 산화성 활성종으로 이루어지는 어닐 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 처리 대상층에 대해 어닐을 행한다.In the heat treatment method for semiconductor processing, a plurality of substrates to be processed are stored in a stacked state at intervals in a processing region of a processing container. The substrate to be processed has a layer to be treated on its surface. Next, the oxidizing gas and the reducing gas are reacted by supplying the oxidizing gas and the reducing gas to the processing region and heating the processing region to generate oxygen active species and hydroxyl active species, and oxygen active species and hydroxyl active species are used. Oxidation is performed on the layer to be processed on the substrate to be processed. Next, annealing is performed on the layer to be treated by heating the layer to be treated after oxidation in an atmosphere of an annealing gas composed of ozone or an oxidative active species.

Description

반도체 처리용 열처리 방법 및 장치와, 컴퓨터로 판독 가능한 매체 {HEAT PROCESSING METHOD AND APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR PROCESS, AND COMPUTER READABLE MEDIUM}Heat treatment method and apparatus for semiconductor processing and computer readable media {HEAT PROCESSING METHOD AND APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR PROCESS, AND COMPUTER READABLE MEDIUM}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판 상에 산화막 또는 산질화막을 형성하기 위한 열처리를 실시하는 반도체 처리용 열처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 여기서, 반도체 처리라 함은, 반도체 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 FPD(Flat ㎩nel Display)용 글래스 기판 등의 피처리 기판 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 상기 피처리 기판 상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 다양한 처리를 의미한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat treatment method and apparatus for semiconductor processing that performs heat treatment for forming an oxide film or an oxynitride film on a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer. Herein, semiconductor processing means a semiconductor layer, an insulating layer, a conductive layer, or the like on a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a flat panel display (FPD) such as an LCD (Liquid Crystal Display). By forming, it means the various processes performed in order to manufacture the structure containing a semiconductor device, the wiring connected to a semiconductor device, an electrode, etc. on the said to-be-processed substrate.

일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 실리콘 웨이퍼 등으로 이루어지는 반도체 기판에 대해, 성막, 에칭, 산화, 확산, 개질 등의 각종 처리가 행해진다. 예를 들어, 산화에는 단결정 실리콘막 혹은 폴리실리콘막의 표면 등을 산화하는 경우, 금속막을 산화하는 경우 등이 있다. 특히, 산화로 형성된 실리콘 산화막은 소자 분리막, 게이트 산화막, 캐패시터 등의 절연막에 적용된다.In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various processes such as film formation, etching, oxidation, diffusion, and modification are performed on a semiconductor substrate made of a silicon wafer or the like. For example, oxidation may include oxidation of the surface of a single crystal silicon film or polysilicon film, oxidation of a metal film, or the like. In particular, the silicon oxide film formed by oxidation is applied to insulating films such as device isolation films, gate oxide films, and capacitors.

이 산화 처리를 행하는 방법에는, 압력의 관점에서는 대략 대기압과 동등한 분위기 하의 처리 용기 내에서 행하는 상압 산화 처리 방법과 진공 분위기 하의 처리 용기 내에서 행하는 감압 산화 처리 방법이 있다. 또한, 산화에 사용하는 가스 종류의 관점에서는, 예를 들어 수소와 산소를 외부 연소 장치에서 연소시킴으로써 수증기를 발생시키고 이 수증기를 이용하여 산화를 행하는 습윤 산화 처리 방법[예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평3-140453호 공보(특허문헌 1)]이 있다. 또한, 오존만, 혹은 산소만을 처리 용기 내로 흐르게 하여 수증기를 이용하지 않고 산화를 행하는 건조 산화 처리 방법[예를 들어, 일본 특허 공개 소57-1232호 공보(특허문헌 2)]이 있다.As a method of performing the oxidation treatment, there are an atmospheric pressure oxidation treatment method performed in a processing vessel under an atmosphere substantially equivalent to atmospheric pressure and a reduced pressure oxidation treatment method performed in a processing vessel under a vacuum atmosphere from the viewpoint of pressure. Moreover, from the viewpoint of the kind of gas used for oxidation, the wet oxidation processing method which produces | generates steam by burning hydrogen and oxygen in an external combustion apparatus, and oxidizes using this steam, for example, Unexamined-Japanese-Patent Application Japanese Patent Laid-Open No. 3-140453 (Patent Document 1). Further, there is a dry oxidation treatment method (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-1232 (Patent Document 2)) in which only ozone or only oxygen flows into the processing vessel and oxidizes without using water vapor.

이와 같이, 산화의 방법으로서는, 산소 가스를 이용한 건조 산화와 수증기를 이용한 습윤 산화가 있다. 일반적으로는, 습윤 산화에 의해 성막된 산화막은 건조 산화에 의해 성막된 산화막에 비해 막질이 양호하다. 즉, 절연막으로서는, 내압성, 내부식성, 신뢰성 등의 막질 특성을 고려하면, 습윤 산화막의 쪽이 우수하다. 또한, 형성되는 산화막(절연막)의 성막률이나 웨이퍼 면내의 균일성도 중요한 요소이다. 이 관점에서는, 일반적으로는, 상압의 습윤 산화에 의해 형성된 막은, 산화율은 크지만, 막 두께의 면내 균일성이 뒤떨어진다. 한편, 감압의 습윤 산화에 의해 형성된 막은, 반대로 산화율은 작지만 막 두께의 면내 균일성이 우수하다.Thus, as the oxidation method, there are dry oxidation using oxygen gas and wet oxidation using water vapor. Generally, the oxide film formed by wet oxidation has a better film quality than the oxide film formed by dry oxidation. That is, as the insulating film, in consideration of film quality characteristics such as pressure resistance, corrosion resistance, and reliability, the wet oxide film is better. In addition, the film formation rate of the oxide film (insulating film) formed and the uniformity in the wafer plane are also important factors. From this point of view, in general, the film formed by wet oxidation at atmospheric pressure has a high oxidation rate but is inferior in in-plane uniformity of the film thickness. On the other hand, the film formed by wet oxidation under reduced pressure, on the other hand, has a small oxidation rate but is excellent in in-plane uniformity of film thickness.

반도체 디바이스 혹은 반도체 집적 회로의 디자인 룰이 그다지 엄격하지 않은 경우, 산화막이 적용되는 용도나 프로세스 조건, 장치 비용 등을 적절하게 감안하여, 상술한 바와 같은 다양한 산화 방법이 이용된다. 그러나, 최근, 반도체 디바이스의 선 폭이나 막 두께가 보다 작아져 디자인 룰이 엄격해지고 있다. 그것에 따라서, 산화막의 막질의 특성이나 막 두께의 면내 균일성 등에 관하여 보다 높은 것이 요구되어 지고 있다. 이로 인해, 종래의 산화 방법으로는 이 요구에 충분히 대응할 수 없는 등의 문제가 발생하고 있다.When the design rules of a semiconductor device or a semiconductor integrated circuit are not very strict, various oxidation methods as described above are used in consideration of the use, process conditions, device cost, etc. to which the oxide film is applied. However, in recent years, line widths and film thicknesses of semiconductor devices have become smaller, and design rules have become strict. Accordingly, a higher demand is required for the characteristics of the film quality of the oxide film, the in-plane uniformity of the film thickness, and the like. For this reason, there arises a problem that the conventional oxidation method cannot sufficiently meet this demand.

일본 특허 출원 공개 평4-18727호 공보(특허문헌 3)에는 습윤 산화 처리 방법의 일 예를 이용한 산화 장치가 개시된다. 본 장치에서는 종형의 석영 반응관 내의 하단부에 H2 가스와 O2 가스를 별개로 도입하고, 이를 석영 캡 내에 배치한 연소부에서 연소시켜 수증기를 발생한다. 이 수증기를 웨이퍼의 배열 방향을 따라서 상승시키면서 산화 처리를 행한다. 이 경우에는, 상기 연소부에서 H2 가스를 연소시키도록 하고 있으므로, 그 부근의 처리 용기의 하단부에서는 수증기 과다가 된다. 또한, 수증기가 상승함에 따라서 이것이 소비되어 처리 용기의 상단부에서는 반대로 수증기 부족의 경향이 된다. 이로 인해, 웨이퍼 면 상에 형성되는 산화막의 두께가 웨이퍼 보트에 있어서의 웨이퍼의 지지 위치에 의해 크게 다른 경우가 생겨, 이 산화막 두께의 면간 균일성이 열화되는 경우가 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-18727 (Patent Document 3) discloses an oxidation apparatus using an example of a wet oxidation treatment method. In this apparatus, H 2 gas and O 2 gas are introduced separately at the lower end in the vertical quartz reaction tube, and are burned in a combustion section disposed in the quartz cap to generate water vapor. An oxidation process is performed while raising this water vapor along the arrangement direction of the wafer. In this case, since the H 2 gas is to be combusted in the combustion section, water vapor is excessive at the lower end of the processing vessel in the vicinity. In addition, as water vapor rises, it is consumed, and conversely, there is a tendency of water vapor depletion at the upper end of the processing vessel. For this reason, the thickness of the oxide film formed on the wafer surface may vary greatly depending on the support position of the wafer in the wafer boat, and the inter-plane uniformity of the oxide film thickness may deteriorate.

상기 일본 특허 출원 공개 소57-1232호 공보(특허문헌 2)의 장치에서는 복수의 반도체 웨이퍼를 배열하여 설치하는 횡형의 일괄식 반응관을 사용한다. 이 반응관의 일단부측으로부터 O2 가스를 도입하거나, 혹은 O2 가스와 H2 가스를 동시에 도입하여 감압 분위기 하에서 산화막을 형성한다. 그러나, 이 장치의 경우에는 수소 연소 산화법을 이용하여 비교적 높은 압력 분위기 하에서 성막을 행하기 때문에, 수증기 성분이 반응의 주체가 된다. 이로 인해, 상술한 바와 같이 처리 용기 내의 가스 흐름의 상류측과 하류측 사이에서의 수증기의 농도차가 지나치게 커져, 산화막의 두께의 면간 균일성이 열화될 우려가 있다.In the apparatus of Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-1232 (Patent Document 2), a horizontal batch reaction tube in which a plurality of semiconductor wafers are arranged and used is used. O 2 gas is introduced from one end of the reaction tube, or O 2 gas and H 2 gas are simultaneously introduced to form an oxide film under a reduced pressure atmosphere. In the case of this apparatus, however, the film is formed under a relatively high pressure atmosphere by using a hydrogen combustion oxidation method, so that the water vapor component becomes the main agent of the reaction. For this reason, as mentioned above, there exists a possibility that the density | concentration difference of the water vapor between the upstream and downstream of the gas flow in a process container may become large too much, and the interplanar uniformity of the thickness of an oxide film may deteriorate.

미국 특허 출원 제6037273호 명세서(특허문헌 4)에는 다른 산화 장치가 개시된다. 이 장치에서는 램프 가열에 의한 매엽식 프로세스 챔버 내에 산소 가스와 수소 가스를 공급한다. 이들 양 가스를 프로세스 챔버 내에 설치한 반도체 웨이퍼 표면의 근방에서 반응시켜 수증기를 생성하고, 이 수증기로 웨이퍼 표면의 실리콘을 산화시켜 산화막을 형성한다.Another oxidizing device is disclosed in US Patent Application No. 6037273 (Patent Document 4). In this apparatus, oxygen gas and hydrogen gas are supplied into a single wafer process chamber by lamp heating. Both gases are reacted in the vicinity of the surface of the semiconductor wafer provided in the process chamber to generate water vapor, and the water vapor is oxidized to form an oxide film.

그러나, 이 장치의 경우에는 웨이퍼로부터 20 내지 30 ㎜ 정도만큼 이격된 가스 입구로부터 산소 가스와 수소 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하고, 반도체 웨이퍼 표면의 근방에서 이들 산소 가스와 수소 가스를 반응시켜 수증기를 발생시킨다. 게다가 처리 압력도 비교적 높은 영역에서 행하기 때문에, 막 두께의 면내 균일성이 뒤떨어질 우려가 있다.However, in this apparatus, oxygen gas and hydrogen gas are introduced into the process chamber from a gas inlet spaced about 20 to 30 mm from the wafer, and the oxygen gas and hydrogen gas are reacted in the vicinity of the semiconductor wafer surface to generate water vapor. Let's do it. In addition, since the processing pressure is also performed in a relatively high region, there is a fear that the in-plane uniformity of the film thickness is inferior.

일본 특허 출원 공개 제2002-176052호 공보(특허문헌 5)에는 다른 산화 방법이 개시된다. 이 방법에서는, O2 등의 산화성 가스와 H2 등의 환원성 가스를, 각각 처리 챔버에 동시에 공급하고 진공 분위기 하에서 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 주체로 하는 분위기를 형성하고, 이 분위기 중에서 실리콘 웨이퍼 등을 산화한다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-176052 (Patent Document 5) discloses another oxidation method. In this method, an oxidizing gas such as O 2 and a reducing gas such as H 2 are simultaneously supplied to the processing chamber and reacted under vacuum atmosphere to form an atmosphere mainly composed of oxygen active species and hydroxyl active species, and in this atmosphere. Oxide the silicon wafer or the like.

일본 특허 출원 공개 제2000-183055호 공보(특허문헌 6)에는 산화막 이외의 절연막으로서 막질 특성이 양호한 산질화막(SiON막)의 형성 방법이 개시된다. 이 방법에서는, 예를 들어 상술한 바와 같이 하여 형성한 SiO2에 대해, 암모니아, 일산화질소(NO), 일산화이질소(N2O) 등을 이용하여 질화 처리를 실시함으로써 SiON막을 형성한다. 이 질화 처리 후에 지나친 N 성분을 제거하기 위해, O2 가스 등에 의해 재산화 처리를 행한다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-183055 (Patent Document 6) discloses a method of forming an oxynitride film (SiON film) having good film quality as an insulating film other than an oxide film. In this method, for example, a SiON film is formed by subjecting SiO 2 formed as described above to nitriding with ammonia, nitrogen monoxide (NO), dinitrogen monoxide (N 2 O), or the like. In order to remove the excessive N component after this nitriding treatment, reoxidation treatment is performed by O 2 gas or the like.

본 발명은 양호한 전기적 특성을 갖는 산화막 또는 산질화막을 형성할 수 있는 반도체 처리용 열처리 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a heat treatment method and apparatus for semiconductor processing that can form an oxide film or an oxynitride film having good electrical properties.

본 발명의 제1 시점은 반도체 처리에 있어서 산화막을 형성하기 위한 열처리 방법이며, 처리 용기의 처리 영역 내에 간격을 두고 적층된 상태에서 복수의 피처리 기판을 수납하는 공정과, 상기 피처리 기판은 처리 대상층을 표면에 갖는 것과, 상기 처리 영역에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 상기 산소 활성종과 상기 수산기 활성종을 사용하여 상기 피처리 기판 상의 상기 처리 대상층에 대해 산화를 행하는 공정과, 상기 산화 후의 상기 처리 대상층을 오존 또는 산화성 활성종으로 이루어지는 어닐 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 어닐을 행하는 공정을 구비한다.A first time point of the present invention is a heat treatment method for forming an oxide film in a semiconductor process, the process of storing a plurality of substrates to be processed in a stacked state in a processing region of a processing container, and the substrates to be treated Having an object layer on the surface and supplying an oxidizing gas and a reducing gas to the processing region, and heating the processing region to react the oxidizing gas and the reducing gas to generate oxygen active species and hydroxyl active species, and generate the oxygen Oxidizing the layer to be treated on the substrate using active species and the hydroxyl active species; and heating the layer to be treated after the oxidation in an atmosphere of an annealing gas composed of ozone or an oxidative active species. A step of annealing is provided.

본 발명의 제2 시점은 반도체 처리에 있어서 산질화막을 형성하기 위한 열처리 방법이며, 처리 용기의 처리 영역 내에 간격을 두고 적층된 상태에서 처리 대상층을 표면에 갖는 복수의 피처리 기판을 수납하는 공정과, 상기 처리 영역에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 상기 산소 활성종과 상기 수산기 활성종을 사용하여 상기 피처리 기판 상의 상기 처리 대상층에 대해 산화를 행하는 공정과, 상기 산화 후의 상기 처리 대상층을 질화 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 질화를 행하는 공정과, 상기 질화 후의 상기 처리 대상층을 오존 또는 산화성 활성종으로 이루어지는 어닐 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 어닐을 행하는 공정을 구비한다.A second time point of the present invention is a heat treatment method for forming an oxynitride film in a semiconductor process, the method comprising: accommodating a plurality of substrates to be treated having a layer to be treated on a surface thereof in a state in which they are stacked at intervals in a processing region of a processing container; And supplying an oxidizing gas and a reducing gas to the processing region, and heating the processing region to react the oxidizing gas and the reducing gas to generate oxygen active species and hydroxyl active species, and generate the oxygen active species and the hydroxyl activity. A step of oxidizing the layer to be treated on the substrate to be treated using a species, a step of nitriding the layer to be treated by heating the layer after the oxidation in an atmosphere of a nitride gas, and the treatment after the nitriding Annealing gas consisting of ozone or oxidative active species The process of annealing with respect to the said process target layer is heated by heating in the atmosphere of the process.

본 발명의 제3 시점은 반도체 처리용 열처리 장치이며, 간격을 두고 적층된 상태에서 복수의 피처리 기판을 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 주위에 배치되어 상기 처리 영역을 가열하는 히터와, 상기 처리 영역을 배기하는 배기계와, 상기 처리 영역에 산화성 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계와, 상기 처리 영역에 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급계와, 상기 처리 영역에 오존 또는 산화성 활성종으로 이루어지는 어닐 가스를 공급하는 어닐 가스 공급계를 구비한다.A third viewpoint of the present invention is a heat treatment apparatus for semiconductor processing, the processing container having a processing region for accommodating a plurality of substrates in a stacked state at intervals, and disposed around the processing container to heat the processing region. A heater, an exhaust system for exhausting the processing region, an oxidizing gas supply system for supplying an oxidizing gas to the processing region, a reducing gas supply system for supplying a reducing gas to the processing region, and ozone or oxidizing property to the processing region. An anneal gas supply system for supplying an anneal gas composed of active species is provided.

본 발명의 제4 시점은 프로세서상에서 실행하기 위한 프로그램 지령을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체이며, 상기 프로그램 지령은 프로세서에 의해 실행될 때, 반도체 처리용 열처리 장치를 제어하여 열처리 방법을 실행하고, 상기 방법은 처리 용기의 처리 영역 내에 간격을 두고 적층된 상태에서 처리 대상층을 표면에 갖는 복수의 피처리 기판을 수납하는 공정과, 상기 처리 영역에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 상기 산소 활성종과 상기 수산기 활성종을 사용하여 상기 피처리 기판 상의 상기 처리 대상층에 대해 산화를 행하는 공정과, 상기 처리 영역에 오존 또는 산화성 활성종으로 이루어지는 어닐 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써, 상기 산화 후의 상기 처리 대상층을 상기 어닐 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 어닐을 행하는 공정을 구비한다.A fourth aspect of the present invention is a computer-readable medium containing program instructions for executing on a processor, wherein the program instructions, when executed by a processor, perform a heat treatment method by controlling a heat treatment apparatus for semiconductor processing. The process of accommodating a several to-be-processed board | substrate which has a process target layer on the surface in the state laminated | stacked in the process area | region of the processing container at the surface, supplying an oxidizing gas and a reducing gas to the said process area, and heating the said process area | region Thereby reacting the oxidizing gas and the reducing gas to generate oxygen active species and hydroxyl active species, and oxidizing the layer to be treated on the substrate to be treated using the oxygen active species and the hydroxyl active species; The treatment zone consists of ozone or oxidative active species At the same time supplying a carbonyl gas, heating the treatment zone, by heating the above process layer after oxidation in the atmosphere of the annealing gas comprises a step of carrying out annealing for the process layer.

본 발명에 따르면, 양호한 전기적 특성을 갖는 산화막 또는 산질화막을 형성할 수 있는 반도체 처리용 열처리 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a heat treatment method and apparatus for semiconductor processing that can form an oxide film or an oxynitride film having good electrical properties.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 종형 열처리 장치를 도시하는 구성도.
도2는 제1 실시 형태에 관한 열처리 방법으로 SiO2막을 형성하는 일 예를 나타내는 흐름도.
도3은 제1 실시 형태에 관련되는 실험에 의해 얻게 된 실리콘 산화막의 SILC 특성의 어닐 의존성을 나타내는 그래프.
도4는 제1 실시 형태에 관련되는 실험에 의해 얻게 된 실리콘 산화막의 TDDB 특성의 어닐 의존성을 나타내는 그래프.
도5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 종형 열처리 장치를 도시하는 구성도.
도6은 제2 실시 형태에 관한 열처리 방법으로 SiON막을 형성하는 일 예를 나타내는 흐름도.
도7은 제2 실시 형태에 관련되는 실험에 의해 얻게 된 실리콘산 질화막의 TDDB 특성의 어닐 의존성을 나타내는 그래프.
1 is a block diagram showing a vertical heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a flowchart showing an example of forming a SiO 2 film by the heat treatment method according to the first embodiment.
3 is a graph showing the annealing dependence of the SILC characteristics of the silicon oxide film obtained by the experiment according to the first embodiment.
Fig. 4 is a graph showing the annealing dependence of the TDDB characteristics of the silicon oxide film obtained by the experiment according to the first embodiment.
5 is a block diagram showing a vertical heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a flowchart showing an example of forming a SiON film by the heat treatment method according to the second embodiment.
Fig. 7 is a graph showing the annealing dependence of the TDDB properties of silicon oxynitride films obtained by the experiment according to the second embodiment.

본 발명자들은 본 발명의 개발의 과정에서 반도체 처리에 있어서 열처리에 의해 산화막 또는 산질화막을 형성하는 방법에 관한 종래 기술의 문제점에 대해 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 이하에 서술하는 바와 같은 지견을 얻었다.The present inventors studied the problems of the prior art regarding the method of forming the oxide film or the oxynitride film by heat treatment in the semiconductor processing in the course of the development of the present invention. As a result, the present inventors obtained the knowledge as described below.

예를 들어, 상기 특허문헌 1 내지 6에 개시된 열처리 방법에 따르면, 막질 특성이 비교적 양호한 산화막을 형성할 수 있고, 게다가 산화막의 막 두께의 면내 균일성도 비교적 높게 유지할 수 있다. 그러나, 최근, 반도체 디바이스에서 사용되는 절연막에 대해 요구되는 특성이 엄격해지고 있는 것을 감안해 볼 때, 몇 가지 문제점이 발견되고 있다. 예를 들어, SILC(Silicon Induced Leak Current) 특성이나 TDDB(Time Dependent Direct Break-down) 특성 등의 전기적 특성에 관해서는, 종래 기술에서는 엄격해지고 있는 요구에 충분히 대응할 수 없다. 또한, SILC 특성은 실리콘 산화막을 게이트 절연막으로서 이용했을 때의 리크 전류를 나타낸다. TDDB 특성은 실리콘 산화막을 사용하는 트랜지스터에 일정한 전류를 흐르게 하고 있을 때에 브레이크 다운될 때까지 주입되는 전하량을 나타내고, 게이트 전압의 변위량으로서 나타난다. 실험에 따르면, 이들 특성의 저하는 절연막 중에 수소가 잔류됨으로써 생기는 것으로 추정된다.For example, according to the heat treatment method disclosed in the patent documents 1 to 6, an oxide film having a relatively good film quality can be formed, and in-plane uniformity of the film thickness of the oxide film can also be maintained relatively high. In recent years, however, several problems have been found in view of the fact that the characteristics required for insulating films used in semiconductor devices are becoming strict. For example, electrical characteristics such as a silicon induced leak current (SILC) characteristic and a time dependent direct break-down (TDDB) characteristic cannot sufficiently meet the demands that are being strict in the prior art. Moreover, SILC characteristic shows the leakage current at the time of using a silicon oxide film as a gate insulating film. The TDDB characteristic represents the amount of charge injected until breakdown when a constant current flows through a transistor using a silicon oxide film, and appears as a displacement amount of a gate voltage. According to the experiment, it is estimated that the degradation of these characteristics is caused by the residual of hydrogen in the insulating film.

이하에, 이와 같은 지견을 기초로 하여 구성된 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of this invention comprised based on such knowledge is demonstrated with reference to drawings. In addition, in the following description, the component which has substantially the same function and structure is attached | subjected with the same code | symbol, and duplication description is performed only when necessary.

<제1 실시 형태><1st embodiment>

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 종형 열처리 장치를 도시하는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 이 처리 장치(2)는 하단부가 개방된 원통체 형상으로 이루어진 종형의 처리 용기(4)를 갖고, 이 내부에 간격을 두고 적층된 복수의 반도체 웨이퍼(피처리 기판)를 수납하여 처리하는 처리 영역(5)이 규정된다. 처리 용기(4)는 내열성의 재료, 예를 들어 석영에 의해 형성된다.1 is a block diagram showing a vertical heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in the drawing, this processing apparatus 2 has a vertical processing container 4 having a cylindrical shape with an open lower end, and houses a plurality of semiconductor wafers (substrates) stacked at intervals therein. Processing area 5 to be processed is defined. The processing vessel 4 is formed of a heat resistant material, for example quartz.

처리 용기(4)의 천장부에는 배기구(6)가 배치되고, 배기구(6)에, 예를 들어 직각으로 횡방향으로 굴곡된 배기 라인(8)이 연속 설치된다. 배기 라인(8)에는 압력 제어 밸브(10)나 진공 펌프(12) 등이 개재 설치된 진공 배기계(14)가 접속되어, 처리 용기(4) 내의 분위기를 진공 배기할 수 있다.An exhaust port 6 is arranged at the ceiling of the processing container 4, and an exhaust line 8 that is bent in the transverse direction at right angles, for example, is continuously provided at the exhaust port 6. A vacuum exhaust system 14 provided with a pressure control valve 10, a vacuum pump 12, or the like is connected to the exhaust line 8, so that the atmosphere in the processing container 4 can be evacuated.

처리 용기(4)의 하단부 개구에는 원통체 형상으로 성형된 매니폴드(16)가, 기밀성을 유지하기 위한 O링 등의 시일 부재(20)를 통해 연결된다. 또한, 매니폴드(16)를 별도 배치하지 않고, 전체를 원통체 형상의 석영제의 처리 용기로 구성할 수도 있다. 매니폴드(16)는, 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어져, 처리 용기(4)의 하단부를 지지한다. 매니폴드(16)의 하단부 개구를 통해 석영제의 웨이퍼 보트(18)가 승강되고, 이에 의해 처리 용기(4)에 대해 웨이퍼 보트(18)가 로드/언로드된다. 웨이퍼 보트(18)에는 피처리 기판으로서, 다수매의 반도체 웨이퍼(W)가 다단으로 적재된다. 예를 들어, 본 실시 형태의 경우에 있어서, 웨이퍼 보트(18)에는, 예를 들어 50매 정도의 직경이 300 ㎜인 웨이퍼(W)가 대략 등간격으로 다단으로 지지 가능해진다.A manifold 16 formed into a cylindrical shape is connected to the opening of the lower end of the processing container 4 via a seal member 20 such as an O-ring for maintaining airtightness. Moreover, the whole manifold 16 can also be comprised by the cylindrical processing container made from the cylinder shape, without providing it separately. The manifold 16 consists of stainless steel, for example, and supports the lower end part of the processing container 4. The wafer boat 18 made of quartz is lifted and lowered through the lower end opening of the manifold 16, thereby loading / unloading the wafer boat 18 with respect to the processing container 4. In the wafer boat 18, a plurality of semiconductor wafers W are stacked in multiple stages as a substrate to be processed. For example, in the case of this embodiment, the wafer W 18 can support the wafer W which is 300 mm in diameter about 50 sheets in multiple steps at substantially equal intervals, for example.

웨이퍼 보트(18)는 석영제의 보온 통(22)을 통해 테이블(24) 상에 적재된다. 테이블(24)은 매니폴드(16)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개(26)를 관통하는 회전축(28)의 상단부에 지지된다. 덮개(26)의 회전축(28)의 관통부에는, 예를 들어 자성유체 시일(30)이 개재 설치되어, 회전축(28)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지한다. 덮개(26)의 주변부와 매니폴드(16)의 하단부에는 기밀성을 유지하기 위한 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(32)가 개재 설치된다.The wafer boat 18 is mounted on the table 24 via a quartz insulating tube 22. The table 24 is supported at the upper end of the rotating shaft 28 through the lid 26 for opening and closing the lower end opening of the manifold 16. The magnetic fluid seal 30 is interposed in the penetrating portion of the rotary shaft 28 of the lid 26, for example, to rotatably support the rotary shaft 28 while hermetically sealing it. At the periphery of the lid 26 and the lower end of the manifold 16, a sealing member 32 made of an O-ring or the like for maintaining airtightness is interposed.

회전축(28)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(34)에 지지된 아암(36)의 선단부에 설치된다. 승강 기구(34)에 의해, 웨이퍼 보트(18) 및 덮개(26) 등이 일체적으로 승강된다. 또한, 테이블(24)을 덮개(26)측으로 고정하여 배치하고, 웨이퍼 보트(18)를 회전시키지 않고 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다.The rotating shaft 28 is provided in the front-end | tip part of the arm 36 supported by the lifting mechanism 34, such as a boat elevator, for example. By the lifting mechanism 34, the wafer boat 18, the lid 26, and the like are raised and lowered integrally. In addition, the table 24 may be fixed and disposed on the lid 26 side, and the wafer W may be processed without rotating the wafer boat 18.

처리 용기(4)의 측부에는 이것을 둘러싸도록 카본 와이어제의 히터(38)가 배치되어, 처리 용기(4) 내의 분위기 및 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다. 카본 와이어 히터는 청정한 프로세스를 실현할 수 있고, 또한 승강온 특성이 우수하다. 또한, 이 히터(38)의 외주에는 열적 안정성을 확보하기 위해, 단열재(40)가 배치된다.A carbon wire heater 38 is disposed on the side of the processing container 4 so as to surround it, and the atmosphere in the processing container 4 and the semiconductor wafer W are heated. A carbon wire heater can realize a clean process, and is excellent in the temperature rising temperature characteristic. In addition, the heat insulating material 40 is arrange | positioned in the outer periphery of this heater 38 in order to ensure thermal stability.

매니폴드(16)에는 각종 가스를 이 처리 용기(4) 내로 도입하여 공급하기 위한 각종 가스 공급계가 배치된다. 구체적으로는, 매니폴드(16)에는 처리 영역(5)에 산화성 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계(42)와, 처리 영역(5)에 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급계(44)와, 처리 영역(5)에 오존을 공급하는 오존 공급계(46)가 각각 접속된다. 또한, 매니폴드(16)에는 퍼지 가스로서, 예를 들어 N2 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급계(도시하지 않음)도 접속된다. 2개의 가스 공급계(42, 44)는 매니폴드(16)의 측벽을 관통시키고 그 선단부를 처리 용기(4) 내로 삽입하고 면하게 하여 배치한 산화성 가스 분사 노즐(48) 및 환원성 가스 분사 노즐(50)을 각각 갖는다.The manifold 16 is arranged with various gas supply systems for introducing and supplying various gases into the processing vessel 4. Specifically, the manifold 16 includes an oxidizing gas supply system 42 for supplying an oxidizing gas to the processing region 5, a reducing gas supply system 44 for supplying a reducing gas to the processing region 5, and The ozone supply system 46 which supplies ozone to the process area 5 is connected, respectively. The manifold 16 is also connected to a purge gas supply system (not shown) that supplies, for example, N 2 gas as a purge gas. The two gas supply systems 42 and 44 penetrate the side walls of the manifold 16, and the oxidizing gas injection nozzles 48 and the reducing gas injection nozzles 50 whose front ends are inserted into and faced with the processing vessel 4 are disposed. ) Each.

각 분사 노즐(48, 50)로부터 연장되는 가스 통로(52, 54)에는 개폐 밸브(56, 58) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(60, 62)가 각각 개재 설치된다. 각 개폐 밸브(56, 58) 및 유량 제어기(60, 62)를 각각 제어함으로써, 각 가스의 공급의 개시ㆍ정지 및 가스 유량을 제어할 수 있다. 여기서는, 일 예로서, 산화성 가스로서는 O2 가스가 이용되고, 환원성 가스로서는 H2 가스가 이용되며, 각 가스가 처리 용기(4) 내의 하부로 공급된다.In the gas passages 52 and 54 extending from the respective injection nozzles 48 and 50, the on / off valves 56 and 58 and the flow rate controllers 60 and 62 such as the mass flow controller are interposed therebetween. By controlling the open / close valves 56 and 58 and the flow rate controllers 60 and 62, respectively, it is possible to control the start and stop of the supply of each gas and the gas flow rate. Here, as an example, O 2 gas is used as the oxidizing gas, H 2 gas is used as the reducing gas, and each gas is supplied to the lower portion of the processing container 4.

오존 공급계(46)는 매니폴드(16)의 측벽을 관통시키고 그 선단부를 처리 용기(4) 내로 삽입하고 면하게 하여 배치한 오존 분사 노즐(64)을 갖는다. 오존 분사 노즐(64)로부터 연장되는 가스 통로(66)에는 개폐 밸브(68), 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(70) 및 오존 발생기(72)가 순차적으로 개재 설치된다. 따라서, 필요에 따라서 O2로부터 오존을 발생시키고, 이를 유량 제어하면서 처리 용기(4) 내의 하부로 공급할 수 있다. The ozone supply system 46 has an ozone injection nozzle 64 which penetrates the side wall of the manifold 16 and inserts its front end into the processing vessel 4 and faces it. In the gas passage 66 extending from the ozone injection nozzle 64, an on / off valve 68, a flow controller 70 such as a mass flow controller, and an ozone generator 72 are sequentially provided. Therefore, ozone may be generated from O 2 as necessary and supplied to the lower portion of the processing container 4 while controlling the flow rate.

이상과 같이 구성된 처리 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어 수단(74)에 의해 제어된다. 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 플로피나 CD(Compact Disc)나 하드디스크나 플래시 메모리 등의 기억 매체를 포함하는 기억부(76)에 기억된다. 구체적으로는, 이 제어 수단(74)으로부터의 지령에 의해, 각 가스(오존을 포함함)의 공급의 개시/정지, 가스 유량, 처리 온도, 처리 압력의 제어 등이 행해진다.The whole operation of the processing apparatus 2 configured as described above is controlled by the control means 74 made of, for example, a computer. The program of the computer which performs this operation is stored in a storage unit 76 including a storage medium such as a floppy, a CD (Compact Disc), a hard disk, or a flash memory. Specifically, by the command from the control means 74, the start / stop of the supply of each gas (including the ozone), the control of the gas flow rate, the processing temperature, the processing pressure, and the like are performed.

또한, 여기서는 처리 용기(4)의 구조로서 단관 구조를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 내관과 외관으로 이루어지는 2중관 구조의 처리 용기를 이용해도 좋다. 또한, 각 가스(오존을 포함함)의 노즐의 형태는 도시한 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨이퍼 보트(18)의 높이 방향으로 연장되는 관에 다수의 분사 구멍을 배치하여 웨이퍼 보트(18)의 높이 방향의 각 영역으로 균등하게 각 가스를 분사시키도록 해도 좋다.In addition, although the single pipe | tube structure is shown as a structure of the processing container 4 here, it is not limited to this, You may use the processing container of the double pipe | tube structure which consists of an inner pipe and an external appearance. In addition, the shape of the nozzle of each gas (including ozone) is not limited to what was shown in figure. For example, you may arrange | position a large number of injection holes in the pipe | tube extended in the height direction of the wafer boat 18, and may make it spray each gas uniformly to each area of the height direction of the wafer boat 18. FIG.

다음에, 이상과 같이 구성된 처리 장치(2)를 이용하여 행해지는 제1 실시 형태에 관한 열처리 방법에 대해 도2도 참조하여 설명한다. 도2는 제1 실시 형태에 관한 열처리 방법으로 SiO2막을 형성하는 일 예를 나타내는 흐름도이다. 도2에서는 반도체 웨이퍼의 표면에 절연막으로서 SiO2막을 산화에 의해 형성하는 경우를 나타낸다.Next, a heat treatment method according to the first embodiment performed using the processing apparatus 2 configured as described above will be described with reference to FIG. 2 as well. 2 is a flowchart showing an example of forming an SiO 2 film by the heat treatment method according to the first embodiment. 2 shows a case where an SiO 2 film is formed as an insulating film on the surface of a semiconductor wafer by oxidation.

즉, 이 처리 방법에서는, 우선 처리 영역(5) 내에서 산화성 가스와 환원성 가스를 반응시킴으로써 발생한 산소 활성종과 수산기 활성종을 갖는 분위기 중에서 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 산화하여 산화막을 형성한다(산화 공정 S1). 다음에, 산화막을 오존 또는 산화성 가스의 활성종의 분위기 중에서 가열함으로써 어닐한다(어닐 공정 S2). 이들 공정을 동일 처리 영역(5) 내에서 차례로 행하여, 막 내에 포함되는 수소 성분이 적은 SiO2막을 형성한다.That is, in this processing method, first, an oxide film is formed by oxidizing the surface of the semiconductor wafer W in an atmosphere having oxygen active species and hydroxyl active species generated by reacting the oxidizing gas and the reducing gas in the processing region 5 ( Oxidation process S1). Next, the oxide film is annealed by heating in an atmosphere of an active species of ozone or oxidizing gas (annealing step S2). These steps are sequentially performed in the same treatment region 5 to form an SiO 2 film containing less hydrogen components in the film.

구체적으로는, 처리 장치(2)는, 예를 들어 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 반도체 웨이퍼(W)가 로드되어 있지 않은 대기 상태일 때에는, 처리 영역(5)은 처리 온도보다 낮은 온도로 유지된다. 처리 시에는, 우선 상온의 다수매, 예를 들어 50매의 반도체 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(18)에 소정의 간격으로 다단으로 유지시킨다. 이 웨이퍼 보트(18)를, 보트 엘리베이터(34)를 상승 구동함으로써, 핫 월 상태의 처리 용기(4) 내로 그 하방으로부터 삽입하여, 웨이퍼 보트(18)를 처리 영역(5) 내에 배치한다. 또한, 덮개(26)로 매니폴드(16)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 처리 용기(4) 내를 밀폐한다.Specifically, when the processing apparatus 2 is in the standby state in which the semiconductor wafer W made of, for example, a silicon wafer is not loaded, the processing region 5 is maintained at a temperature lower than the processing temperature. In the process, first, a plurality of semiconductor wafers W at room temperature, for example, 50 sheets, are held in the wafer boat 18 in multiple stages at predetermined intervals. The wafer boat 18 is driven upward by driving the boat elevator 34 to be inserted into the processing container 4 in a hot wall state from below, and the wafer boat 18 is disposed in the processing region 5. In addition, the inside of the processing container 4 is sealed by closing the opening of the lower end of the manifold 16 with the lid 26.

다음에, 처리 용기(4) 내를 진공 배기계(14)에 의해 진공화하여 처리 영역(5)을 소정의 처리 압력으로 유지한다. 또한, 히터(38)로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 웨이퍼 온도를 상승시켜 처리 영역(5)을 산화 처리용 처리 온도까지 승온한다. 처리 영역(5)의 온도가 안정된 후, 산화 공정을 행하는 데 필요한 소정의 처리 가스, 즉 O2 가스와 H2 가스를 유량 제어하면서 각 가스 공급계(42, 44)의 산화성 가스 분사 노즐(48) 및 환원성 가스 분사 노즐(50)로부터 각각 처리 영역(5)으로 공급한다. 이 시점에서는, 아직 오존은 공급하고 있지 않다.Next, the inside of the processing container 4 is evacuated by the vacuum exhaust system 14 to maintain the processing region 5 at a predetermined processing pressure. In addition, by increasing the supply power to the heater 38, the wafer temperature is raised to raise the processing region 5 to the processing temperature for oxidation treatment. After the temperature of the processing region 5 is stabilized, the oxidizing gas injection nozzles 48 of the respective gas supply systems 42 and 44 while controlling the flow rate of the predetermined processing gas, that is, the O 2 gas and the H 2 gas, required to perform the oxidation process. And the reducing gas injection nozzle 50 are supplied to the processing region 5, respectively. At this point, ozone has not been supplied yet.

이 양 가스는 처리 영역(5)을 상승하면서 진공 분위기 하에서 반응하여 수산기 활성종과 산소 활성종을 발생시킨다. 수산기 활성종과 산소 활성종은 회전하는 웨이퍼 보트(18)에 수용되는 웨이퍼(W)와 접촉하여, 웨이퍼 표면에 대해 산화 처리가 실시된다(스텝 S1). 처리 가스, 혹은 반응에 의해 생성된 가스는 처리 용기(4)의 천장부의 배기구(6)로부터 시스템 밖으로 배기된다.Both gases react under vacuum atmosphere while raising the treatment region 5 to generate hydroxyl active species and oxygen active species. The hydroxyl active species and the oxygen active species come into contact with the wafer W accommodated in the rotating wafer boat 18, and oxidation treatment is performed on the wafer surface (step S1). The processing gas or the gas generated by the reaction is exhausted out of the system from the exhaust port 6 of the ceiling of the processing vessel 4.

이때, H2 가스 유량은 200 내지 5000 sccm의 범위 내에서, 예를 들어 600 sccm으로 설정된다. O2 가스 유량은 200 내지 10000 sccm의 범위 내에서, 예를 들어 1200 sccm으로 설정된다. 처리 온도는 500 내지 1200 ℃의 범위 내, 예를 들어 900 ℃로 설정된다. 처리 압력은 0.02 Torr(2.7 ㎩) 내지 3.0 Torr(400 ㎩)의 범위 내, 예를 들어 0.35 Torr(46 ㎩)로 설정된다. 또한, 처리 시간은, 예를 들어 10분으로 설정된다.At this time, the H 2 gas flow rate is set in the range of 200 to 5000 sccm, for example, 600 sccm. The O 2 gas flow rate is set in the range of 200 to 10000 sccm, for example 1200 sccm. The treatment temperature is set in the range of 500 to 1200 ° C, for example 900 ° C. The processing pressure is set in the range of 0.02 Torr (2.7 kPa) to 3.0 Torr (400 kPa), for example, 0.35 Torr (46 kPa). In addition, a processing time is set to 10 minutes, for example.

처리 용기(4) 내로 각각 도입된 O2 가스와 H2 가스는 핫 월 상태로 된 처리 용기(4) 내의 처리 영역(5)을 상승하면서 웨이퍼(W)의 바로 근처에서 수소의 연소 반응을 통해 산소 활성종(O*)과 수산기 활성종(OH*)을 주체로 하는 분위기를 생성한다. 이들 활성종에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 산화되어 SiO2막이 형성된다. 이때, 활성종의 형성 과정은 다음과 같은 것이 된다. 즉, 감압 분위기 하에서 수소와 산소를 각각 핫 월 상태의 처리 용기(4) 내로 도입함으로써, 웨이퍼(W)의 바로 근처에서 이하와 같은 수소의 연소 반응이 진행된다고 사료된다. 또한, 하기의 식 중에 있어서 *표가 붙은 화학 기호는 그 활성종을 나타낸다.The O 2 gas and the H 2 gas introduced into the processing vessel 4, respectively, are raised by the combustion reaction of hydrogen in the immediate vicinity of the wafer W while raising the processing region 5 in the processing vessel 4 in a hot wall state. An atmosphere mainly composed of oxygen active species (O * ) and hydroxyl active species (OH * ) is generated. These active species oxidize the surface of the wafer W to form an SiO 2 film. At this time, the formation process of the active species is as follows. In other words, by introducing hydrogen and oxygen into the processing vessel 4 in a hot wall state under a reduced pressure atmosphere, the following combustion reaction of hydrogen proceeds in the immediate vicinity of the wafer W. In the following formulae, chemical symbols with * denote the active species.

H2 + O2 → H* + HO2 H 2 + O 2 → H * + HO 2

O2 + H* → OH* + O* O 2 + H * → OH * + O *

H2 + O* → H* + OH* H 2 + O * → H * + OH *

H2 + OH* → H* + H2OH 2 + OH * → H * + H 2 O

이와 같이, H2 및 O2를 각각 처리 영역(5)으로 도입하면, 수소의 연소 반응 과정 중에 있어서 O*(산소 활성종)와 OH*(수산기 활성종)와 H2O(수증기)가 발생하고, 이들에 의해 웨이퍼 표면이 산화되어 SiO2막이 형성된다. 이때, 특히 상기 O*와 OH*의 양 활성종이 크게 작용하는 것이라 판단된다.As such, when H 2 and O 2 are introduced into the treatment region 5, O * (oxygen active species), OH * (hydroxyl active species) and H 2 O (water vapor) are generated during the combustion reaction of hydrogen. Then, the wafer surface is oxidized to form a SiO 2 film. At this time, in particular, it is determined that both active species of O * and OH * act greatly.

이상과 같이 형성된 SiO2막은 환원 가스로서 수소를 사용하므로 막 중에 수소 성분이 포함되고, 그 결과, 전기적 막질 특성을 저하시킨다. 이로 인해, 수소 성분을 막 중으로부터 제거하기 위해, 다음에는 오존 분위기 중에서의 어닐 공정을 행한다(스텝 S2).Since the SiO 2 film formed as described above uses hydrogen as the reducing gas, the hydrogen component is contained in the film, and as a result, the electrical film quality characteristics are lowered. For this reason, in order to remove a hydrogen component from a film | membrane, an annealing process in ozone atmosphere is performed next (step S2).

우선, 상기 O2 가스와 H2 가스의 공급을 정지하는 동시에, 오존 공급계(46)를 작동시켜 오존 발생기(72)에서 오존(O3)을 발생시킨다. 이 오존을 유량 제어하면서 처리 용기(4) 내로 도입하여 이 처리 용기(4) 내를 오존 분위기로 하고, 이 오존 분위기 중에서 웨이퍼(W)를 가열하여 어닐 처리한다.First, the supply of the O 2 gas and the H 2 gas is stopped, and at the same time, the ozone supply system 46 is operated to generate ozone (O 3 ) from the ozone generator 72. The ozone is introduced into the processing container 4 while controlling the flow rate, and the inside of the processing container 4 is made into an ozone atmosphere, and the wafer W is heated and annealed in this ozone atmosphere.

이때, 처리 압력은 0.1 Torr(13.3 ㎩) 내지 76 Torr(10130 ㎩), 바람직하게는 0.1 Torr(13.3 ㎩) 내지 10 Torr(1330 ㎩)의 범위 내이고, 여기서는, 예를 들어 0.35 Torr(47 ㎩)로 설정된다. 처리 압력이 0.1 Torr(13.3 ㎩)보다도 낮으면 어닐 효과가 불충분해진다. 처리 압력이 76 Torr(10130 ㎩)보다 높으면 오존의 활성을 극단적으로 잃게 된다. 처리 온도는 500 내지 1200 ℃, 바람직하게는 300 내지 1000 ℃의 범위 내로 설정된다. 처리 온도가 500 ℃보다도 낮으면 어닐의 효과가 불충분해진다. 처리 온도가 1200 ℃보다 높으면 장치 자체의 내열성에 악영향을 미칠 우려가 생긴다. 특히, 웨이퍼 온도의 승강온에 필요로 하는 시간을 줄여 처리량을 향상시키기 위해, 이 어닐 공정의 온도는 산화 공정에서의 처리 온도와 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 여기에는, 어닐 공정의 처리 온도는 산화 공정과 동일한, 예를 들어 900 ℃로 설정된다.At this time, the processing pressure is in the range of 0.1 Torr (13.3 kPa) to 76 Torr (10130 kPa), preferably 0.1 Torr (13.3 kPa) to 10 Torr (1330 kPa), for example, 0.35 Torr (47 kPa). Is set to). If the processing pressure is lower than 0.1 Torr (13.3 kPa), the annealing effect is insufficient. If the treatment pressure is higher than 76 Torr (10130 kPa), the activity of ozone is extremely lost. The treatment temperature is set in the range of 500 to 1200 ° C, preferably 300 to 1000 ° C. If the treatment temperature is lower than 500 ° C., the effect of annealing is insufficient. If the treatment temperature is higher than 1200 ° C, there is a fear that adversely affect the heat resistance of the device itself. In particular, in order to improve the throughput by reducing the time required for the elevated temperature of the wafer temperature, it is preferable to set the temperature of this annealing process to be the same as the processing temperature in the oxidation process. Here, the processing temperature of the annealing process is set to the same as the oxidation process, for example, 900 ° C.

어닐 공정에 있어서, 처리 영역(5)에 있어서의 오존의 농도[O3/(O3 + O2)]는 현재의 오존 발생기의 기능 및 어닐 특성에 대한 오존의 농도의 비용 대비 효과를 고려하여, 5 내지 20 체적%로 설정된다. 단, 오존의 농도는 높을수록 어닐 특성을 향상시킬 수 있으므로, 예를 들어 100 체적%에 가까운 농도를 사용해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 오존의 유량은 0.1 내지 10 slm의 범위로 설정되고, 오존의 농도[O3/(O3 + O2)]는 10 체적%로 설정된다.In the annealing process, the concentration of ozone [O 3 / (O 3 + O 2 )] in the treatment region 5 takes into account the cost-effectiveness of the concentration of ozone on the function and annealing characteristics of the current ozone generator. , 5 to 20% by volume. However, since the annealing characteristic can be improved as the concentration of ozone is higher, for example, a concentration close to 100% by volume may be used. In the embodiment, the flow rate of ozone is set in a range of 0.1 to 10 slm, the concentration of ozone [O 3 / (O 3 + O 2)] is set to 10% by volume.

여기서, 오존의 분위기 중에서 어닐 처리를 행함으로써, SiO2막 중으로부터 수소 성분이 제거되는 이유는 다음과 같이 추측된다. 즉, 오존의 분해에 의해 생성된 산소 활성종이 SiO2막 중의 수소 성분과 반응하여, OH 또는 H2O의 상태에서 막 중으로부터 이탈하기 때문이라고 판단된다.Here, by performing an annealing treatment in an atmosphere of ozone, which is why the hydrogen component removed from among SiO 2 film is assumed as follows. In other words, it is considered that the oxygen-activated species generated by decomposition of ozone reacts with the hydrogen component in the SiO 2 film and is released from the film in the state of OH or H 2 O.

<평가 결과><Evaluation result>

상기 제1 실시 형태에 관한 성막 방법으로 SiO2막을 형성하고, 그 전기적인 막질 특성의 측정을 행하여 평가하였다. 도3은 실리콘 산화막의 SILC 특성의 어닐 의존성을 나타내는 그래프이다. SILC 특성의 정의는 전술한 바와 같다. 도3에 나타내는 SILC 특성은 5 [C/㎠]의 전하 시의 리크 전류를 나타낸다.An SiO 2 film was formed by the film forming method according to the first embodiment, and the electrical film quality characteristics thereof were measured and evaluated. 3 is a graph showing annealing dependence of SILC characteristics of a silicon oxide film. The definition of SILC characteristics is as described above. The SILC characteristic shown in FIG. 3 shows the leakage current at the charge of 5 [C / cm 2].

도3은 다른 성막 방법으로 형성한 다양한 비교예 A1 내지 A4의 SiO2막의 결과도 더불어 나타낸다. 비교예 A1에서는 건조 산화로 SiO2막을 형성하였다. 비교예 A2에서는 습윤 산화로 SiO2막을 형성하였다. 비교예 A3에서는 도1에 도시한 장치에서 산화 처리에 의해서만 SiO2막을 형성하였다(오존 어닐 없음). 비교예 A4에서는 도1에 도시하는 장치에서 SiO2막을 형성하여 N2 분위기 중(1000 ℃)에서 어닐하였다. 실시예 B1에서는 제1 실시 형태에 관한 방법으로 SiO2막을 형성하여 오존 분위기 중(500 ℃)에서 어닐하였다.Fig. 3 also shows the results of the SiO 2 films of various comparative examples A1 to A4 formed by other film formation methods. In Comparative Example A1, a SiO 2 film was formed by dry oxidation. In Comparative Example A2, a SiO 2 film was formed by wet oxidation. In Comparative Example A3, the SiO 2 film was formed only by the oxidation treatment in the apparatus shown in FIG. 1 (no ozone annealing). In Comparative Example A4, a SiO 2 film was formed in the apparatus shown in FIG. 1 and annealed in an N 2 atmosphere (1000 ° C.). In Example B1, a SiO 2 film was formed by the method according to the first embodiment and annealed in an ozone atmosphere (500 ° C.).

도3에 도시한 바와 같이, 건조 산화에 의한 SiO2막인 비교예 A1의 리크 전류는 0.3 × 10-7(A/㎠) 정도로 가장 많고, 막질 특성이 특별히 양호하지 않았다. 비교예 A2 내지 A4도 비교예 A1보다는 리크 전류는 약간 적어 1 × 10-8(A/㎠) 정도이지만, 충분히 적지는 않았다. 특히, 비교예 A4에 도시한 바와 같이 1000 ℃에서 어닐해도 N2 가스 분위기 중에서는 충분한 효과를 얻을 수 없었다.As shown in Fig. 3, the leakage current of Comparative Example A1, which is a SiO 2 film by dry oxidation, was the most at about 0.3 10 −7 (A / cm 2), and the film quality was not particularly good. In Comparative Examples A2 to A4, the leakage current was slightly smaller than that of Comparative Example A1, which was about 1 × 10 −8 (A / cm 2), but not sufficiently small. In particular, even when annealed at 1000 ° C. as shown in Comparative Example A4, a sufficient effect was not obtained in the N 2 gas atmosphere.

이에 대해, 실시예 B1에서 나타내는 제1 실시 형태에 관한 방법에 의한 SiO2막의 경우에는, 오존 분위기 중에서 500 ℃에서 어닐한 것만으로도 리크 전류는 0.5 × 10-8(A/㎠) 정도까지 저하되었다. 이는, 비교예 A1 내지 A4와 비교하여 대폭으로 리크 전류가 적게 되어 있어, 양호한 막질 특성을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of the SiO 2 film | membrane by the method which concerns on Example 1 shown in Example B1, even if it anneals at 500 degreeC in ozone atmosphere, a leak current falls to about 0.5 * 10 <-8> (A / cm <2>). It became. This significantly reduced leakage current compared with Comparative Examples A1 to A4, and confirmed that good film quality characteristics could be obtained.

도4는 실리콘 산화막의 TDDB 특성의 어닐 의존성을 나타내는 그래프이다. TDDB 특성의 정의는 전술한 바와 같다. 여기서는, CCS(Constant Current Stress)를 ―0.1 A/㎠로 설정하였다. 도4는 대표로서 비교예 A3, A4와 제1 실시 형태에 관한 방법의 실시예 B1을 나타낸다.4 is a graph showing annealing dependence of the TDDB characteristic of a silicon oxide film. The definition of the TDDB characteristic is as described above. Here, CCS (Constant Current Stress) was set to -0.1 A / cm <2>. 4 shows Comparative Examples A3 and A4 and Example B1 of the method according to the first embodiment as a representative.

도4에 도시한 바와 같이, 비교예 A3, A4의 경우에는, 게이트 전압(Vg)은 시간의 경과에 따라서 매우 급격하게 저하되어, 그다지 바람직하지 않았다. 이에 대해, 실시예 B1의 제1 실시 형태에 관한 방법의 경우에는, 게이트 전압(Vg)은 시간이 경과해도 그다지 저하되어 있지 않아, 막질 특성이 양호한 결과를 유지하였다. 즉, 게이트 전압(Vg)의 변동이 적고, 정공(hole) 트랩량 및 전자 트랩량을 대폭으로 감소시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 현재는 막 중의 수소 성분의 양을 직접적으로 측정하는 방법은 없지만, 상술한 바와 같이 SILC 특성이나 TDDB 특성에 의해 간접적으로 인식할 수 있다.As shown in Fig. 4, in the case of Comparative Examples A3 and A4, the gate voltage Vg dropped very rapidly with the passage of time, which was not so preferable. On the other hand, in the case of the method according to the first embodiment of Example B1, the gate voltage Vg did not decrease so much over time, and the film quality characteristics maintained good results. In other words, it was confirmed that the variation in the gate voltage Vg was small and the hole trap amount and the electron trap amount could be greatly reduced. In addition, there is currently no method of directly measuring the amount of the hydrogen component in the film, but can be indirectly recognized by the SILC characteristic or the TDDB characteristic as described above.

<제2 실시 형태>&Lt; Second Embodiment >

도5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 종형 열처리 장치를 도시하는 구성도이다. 도6은 제2 실시 형태에 관한 열처리 방법으로 SiON막을 형성하는 일 예를 나타내는 흐름도이다.5 is a configuration diagram showing a vertical heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention. 6 is a flowchart showing an example of forming a SiON film by the heat treatment method according to the second embodiment.

도5에 도시하는 열처리 장치는, 도1에 도시하는 열처리 장치와 유사한 구조를 갖지만, 처리 용기 내로 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급계(80)를 더 배치한 점에 있어서 다르다. 이 구성에 의해, 이 열처리 장치에서는, 이하에 설명한 바와 같이 SiO2막을 질화하여 SiON막을 형성할 수 있다.The heat treatment apparatus shown in FIG. 5 has a structure similar to that of the heat treatment apparatus shown in FIG. 1, but differs in that a nitriding gas supply system 80 for supplying nitriding gas into the processing container is further disposed. With this structure, in this heat treatment apparatus, as described below, the SiO 2 film can be nitrided to form a SiON film.

구체적으로는, 질화 가스 공급계(80)는 매니폴드(16)의 측벽을 관통시켜 그 선단부를 처리 용기(4) 내에 삽입하고 면하게 하여 배치한 질화 가스 분사 노즐(82)을 갖는다. 질화 가스 분사 노즐(82)로부터 연장되는 가스 통로(84)에는 개폐 밸브(86) 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(88)가 순차적으로 개재 설치된다. 따라서, 필요에 따라서 질화 가스를 유량 제어하면서 처리 용기(4) 내의 하부로 공급할 수 있다.Specifically, the nitriding gas supply system 80 has a nitriding gas injection nozzle 82 which penetrates the side wall of the manifold 16, inserts the front end part into the processing container 4, and faces it. In the gas passage 84 extending from the nitriding gas injection nozzle 82, a flow controller 88 such as an on-off valve 86 and a mass flow controller is sequentially provided. Therefore, the nitriding gas can be supplied to the lower part of the processing container 4 as needed, while controlling the flow rate.

본 실시 형태에 있어서, 질화 가스로서 NH3가 사용된다. 그러나, 이 질화 가스로서는, NO, N2O, NH3로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 이상의 가스를 이용할 수 있다.In this embodiment, NH 3 is used as the nitride gas. However, as this nitriding gas, one or more gases selected from the group consisting of NO, N 2 O, and NH 3 can be used.

제2 실시 형태의 열처리 장치의 경우에는, 도6의 흐름도에 도시한 바와 같이, 스텝 S1의 산화 공정과 스텝 S2의 어닐 공정 사이에 스텝 S1-1에서 나타내는 질화 공정을 행한다. 이로 인해, 스텝 S1에서 SiO2막을 형성한 후에, H2 가스 및 O2 가스의 공급을 정지하고, 질화 가스 공급계(80)에 의해 질화 가스를 유량 제어하면서 처리 영역(5)으로 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 산화막인 SiO2막을 질화 가스에 의해 질화하여, 산질화막인 SiON막을 형성한다.In the case of the heat treatment apparatus of 2nd Embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 6, the nitriding process shown by step S1-1 is performed between the oxidation process of step S1 and the annealing process of step S2. Because of this, and supplies the processing region (5), while the flow control nitriding gas by the step at S1 after the formation of SiO 2 film, H 2 gas and O to stop the supply of the second gas, nitriding gas supply system 80. The As a result, the SiO 2 film, which is an oxide film formed on the surface of the wafer W, is nitrided with a nitride gas to form a SiON film, which is an oxynitride film.

이때, 처리 압력은 100 내지 760 Torr의 범위 내이고, 여기서는, 예를 들어 650 Torr로 설정된다. 처리 온도는 500 내지 1200 ℃의 범위 내로 설정된다. 질화 가스의 유량은 0.1 내지 10 slm의 범위 내로 설정된다.At this time, the processing pressure is in the range of 100 to 760 Torr, and is set to, for example, 650 Torr. Treatment temperature is set in the range of 500-1200 degreeC. The flow rate of the nitriding gas is set in the range of 0.1 to 10 slm.

상술한 처리에 의해 SiON막을 형성한 후, 도6 중 스텝 S2에 도시한 바와 같이 도2에 있어서 스텝 S2에서 설명한 처리와 동일한 어닐 공정을 행하여 SiON막 중으로부터 수소 성분을 제거한다.After forming a SiON film by the above-mentioned process, as shown in step S2 of FIG. 6, the annealing process is performed similarly to the process demonstrated by step S2 in FIG. 2, and a hydrogen component is removed from a SiON film.

도6 중 스텝 S2(어닐 공정)에 있어서의 처리 압력, 처리 온도, 오존의 유량 등의 프로세스 조건은 각각 도2 중 스텝 S2의 경우와 동일한 것으로 할 수 있다. 단, 도6 중 스텝 S2의 프로세스 조건은 도2 중 스텝 S2의 그것과는 다른 것이라도 좋다.Process conditions, such as the process pressure, process temperature, and ozone flow volume in step S2 (anneal process) in FIG. 6, can be made the same as that of step S2 in FIG. However, the process condition of step S2 in FIG. 6 may be different from that of step S2 in FIG.

제2 실시 형태에 있어서도, 처리량을 향상시키기 위해, 스텝 S1의 산화 공정, 스텝 S1-1의 질화 공정 및 스텝 S2의 어닐 공정을 모두 동일 처리 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서는, 질화 공정 및 어닐 공정의 처리 온도는 산화 공정과 동일한, 예를 들어 900 ℃로 설정된다.Also in 2nd Embodiment, in order to improve a throughput, it is preferable to set all the oxidation process of step S1, the nitriding process of step S1-1, and the annealing process of step S2 to the same process temperature. Here, the treatment temperature of the nitriding step and the annealing step is set to the same as the oxidation step, for example, 900 ° C.

오존의 분위기 중에서 어닐 처리함으로써, SiON막 중으로부터 수소 성분이 제거되는 이유는, 앞서 SiO2막에 대해 설명한 경우와 동일하다.The reason why the hydrogen component is removed from the SiON film by annealing in the atmosphere of ozone is the same as that described for the SiO 2 film.

<평가 결과><Evaluation result>

상기 제2 실시 형태에 관한 성막 방법으로 SiON막을 형성하고, 그 전기적인 막질 특성의 측정을 행하여 평가하였다. 도7은 실리콘 산질화막의 TDDB 특성의 어닐 의존성을 나타내는 그래프이다. 여기서는, CCS를 ―0.1 A/㎠로 설정하였다.A SiON film was formed by the film-forming method which concerns on the said 2nd Embodiment, and the electrical film quality characteristic was measured and evaluated. Fig. 7 is a graph showing the annealing dependence of the TDDB characteristics of the silicon oxynitride film. Here, CCS was set to -0.1 A / cm <2>.

도7은 다른 성막 방법으로 형성한 다양한 비교예 A5 내지 A7의 SiON막의 결과도 더불어 나타낸다. 비교예 A5에서는 SiON막의 형성 후에 O2 가스 분위기 중에 있어서 900 ℃에서 재산화 처리하였다. 비교예 A6에서는 SiON막의 형성 후에 전혀 어닐 처리하지 않았다. 비교예 A7에서는 SiON막의 형성 후에 N2 가스 분위기 중(900 ℃)에서 어닐하였다. 실시예 B2에서는 제2 실시 형태에 관한 방법으로 SiON막을 형성하여 오존 분위기 중(600 ℃)에서 어닐하였다. 실시예 B3에서는 제2 실시 형태에 관한 방법으로 SiON막을 형성하여 오존 분위기 중(900 ℃)에서 어닐하였다.7 also shows the results of various SiON films of Comparative Examples A5 to A7 formed by other film formation methods. In Comparative Example A5, after formation of the SiON film, reoxidation treatment was performed at 900 ° C. in an O 2 gas atmosphere. In Comparative Example A6, no annealing was performed after the formation of the SiON film. In Comparative Example A7, annealing was performed in N 2 gas atmosphere (900 ° C.) after formation of the SiON film. In Example B2, a SiON film was formed by the method according to the second embodiment and annealed in an ozone atmosphere (600 ° C). In Example B3, a SiON film was formed by the method according to the second embodiment and annealed in an ozone atmosphere (900 ° C).

도7에 도시한 바와 같이, 비교예 A5 내지 A7의 경우에는, 게이트 전압(Vg)은 시간의 경과에 따라서 매우 저하되어 그다지 바람직하지 않았다. 저하 정도는 비교예 A5 내지 A7의 순으로 심해지고 있었다. 이에 대해, 실시예 B2, B3의 제2 실시 형태에 관한 방법의 경우에는, 게이트 전압(Vg)은 시간이 경과되어도 그다지 저하되어 있지 않아, 막질 특성이 양호한 결과를 유지하였다. 즉, 게이트 전압(Vg)의 변동이 적고, 정공 트랩량 및 전자 트랩량을 대폭으로 감소시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 어닐 온도가 600 ℃인 실시예 B2보다도 어닐 온도가 900 ℃인 실시예 B3의 쪽이 게이트 전압(Vg)의 저하는 적고, 따라서, 어닐 온도는 높은 쪽이 보다 막질 특성을 양호하게 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다.As shown in Fig. 7, in the case of Comparative Examples A5 to A7, the gate voltage Vg was very decreased with the passage of time, which was not preferable. The degree of deterioration was getting worse in the order of Comparative Examples A5 to A7. In contrast, in the case of the method according to the second embodiment of Examples B2 and B3, the gate voltage Vg did not decrease so much over time, and the film quality characteristics were maintained with good results. That is, it was confirmed that the variation in the gate voltage Vg was small and the hole trap amount and the electron trap amount could be greatly reduced. In Example B3 having an annealing temperature of 900 ° C., the lowering of the gate voltage Vg is smaller than that of Example B2 having an annealing temperature of 600 ° C., and therefore, a higher annealing temperature can maintain better film quality characteristics. Could know.

<제1 및 제2 실시 형태에 공통인 사항><Common Items Common to First and Second Embodiments>

상기 실시 형태에 있어서는, 어닐 공정을 오존 분위기 중에서 행한다. 이것 대신에, 수소 성분을 포함하지 않는 산화성 가스의 활성종의 분위기 중에서 어닐 공정을 행하여도 좋다. 이 산화성 가스로서는, O2, NO, NO2 가스를 이용할 수 있다. 이 경우, 산화성 가스의 활성종을 발생시키기 위해서는, 예를 들어 US 7,300, 885 B2, the teachings of which are hereby incorporated by reference에서 개시되는 플라즈마 여기 기구를 사용할 수 있다. 이 플라즈마 여기 기구는 종형의 처리 용기의 측부를 따라서 고주파 전압이 인가되는 한 쌍의 전극을 구비한다. 이 플라즈마 여기 기구에 의해 산화성 가스를 플라즈마화하여 산화성 활성종을 생성할 수 있다. 이것 대신에, 처리 용기의 외부에서 플라즈마에 의해 산화성 활성종을 만들고, 이 활성종을 처리 용기 내로 도입하는, 소위 리모트 플라즈마 방식의 여기 기구를 이용할 수 있다.In the said embodiment, an annealing process is performed in ozone atmosphere. Instead of this, you may perform an annealing process in the atmosphere of the active species of the oxidizing gas containing no hydrogen component. As this oxidizing gas, O 2 , NO, NO 2 gas can be used. In this case, in order to generate the active species of the oxidizing gas, for example, the plasma excitation mechanism disclosed in US 7,300, 885 B2, the teachings of which are hereby incorporated by reference can be used. This plasma excitation mechanism has a pair of electrodes to which a high frequency voltage is applied along the side of the vertical processing vessel. By this plasma excitation mechanism, the oxidative gas can be converted into plasma to generate oxidative active species. Instead of this, a so-called remote plasma excitation mechanism can be used, which forms an oxidative active species by plasma outside the processing vessel and introduces the active species into the processing vessel.

상기 실시 형태에 있어서는, 산화성 가스로서 O2 가스가 사용된다. 이 점에 관하여, 상기 산화성 가스는 O2와 N2O와 NO와 NO2와 O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 가스를 이용할 수 있다.In the above embodiment, O 2 gas is used as the oxidizing gas. In this regard, the oxidizing gas may use one or more gases selected from the group consisting of O 2 , N 2 O, NO, NO 2, and O 3 .

상기 실시 형태에 있어서는, 환원성 가스로서 H2 가스가 사용된다. 이 점에 관하여, 상기 환원성 가스는 H2와 NH3와 CH4와 HCl과 중수소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 가스를 이용할 수 있다.In the above embodiment, H 2 gas is used as the reducing gas. In this regard, the reducing gas may use at least one gas selected from the group consisting of H 2 , NH 3 , CH 4 , HCl and deuterium.

산화성 가스로서 O3(오존)를 이용한 경우에는, 산화성 가스 공급계(42)는 오존 공급계로서 겸용할 수 있으므로, 도1의 열처리 장치(2)로부터 오존 공급계(46)를 생략할 수 있다. 산화성 가스 및 질화 가스로서 동일한 가스, 예를 들어 NO, NO2를 이용한 경우에는, 산화성 가스 공급계(42)는 질화 가스 공급계로서 겸용할 수 있으므로, 도5의 열처리 장치로부터 질화 가스 공급계(80)를 생략할 수 있다.When O 3 (ozone) is used as the oxidizing gas, the oxidizing gas supply system 42 can also serve as an ozone supply system, and thus the ozone supply system 46 can be omitted from the heat treatment apparatus 2 of FIG. . In the case where the same gas as the oxidizing gas and the nitriding gas is used, for example, NO and NO 2 , the oxidizing gas supply system 42 can also be used as the nitriding gas supply system. 80 may be omitted.

상기 실시 형태에 있어서는, 산화 공정으로부터 어닐 공정까지 동일 처리 용기 내에서 행하고 있다. 이것 대신에, 각 공정을 다른 처리 용기(처리 장치)에서 행하도록 해도 좋다. 산화 대상 물질로서는, 실리콘으로 한정되지 않고, 다른 반도체 재료나, 산화막, 혹은 산질화막이라도 좋다. 피처리 기판으로서는, 반도체 웨이퍼 대신에, 글래스 기판, LCD 기판, 세라믹 기판 등을 대상으로 할 수 있다.In the said embodiment, it performs in the same process container from an oxidation process to an annealing process. Instead of this, each process may be performed in another processing container (processing apparatus). The material to be oxidized is not limited to silicon, but may be another semiconductor material, an oxide film, or an oxynitride film. As the substrate to be treated, instead of a semiconductor wafer, a glass substrate, an LCD substrate, a ceramic substrate, or the like can be used.

2 : 처리 장치
4 : 처리 용기
5 : 처리 영역
6 : 배기구
8 : 배기 라인
10 : 압력 제어 밸브
12 : 진공 펌프
14 : 진공 배기계
16 : 매니폴드
18 : 웨이퍼 보트
20, 32 : 시일 부재
W : 웨이퍼
2: processing unit
4: Processing vessel
5: processing area
6: exhaust port
8: exhaust line
10: pressure control valve
12: vacuum pump
14: vacuum exhaust system
16: manifold
18: wafer boat
20, 32: seal member
W: Wafer

Claims (11)

반도체 처리에 있어서 산화막을 형성하기 위한 열처리 방법이며,
처리 용기의 처리 영역 내에 간격을 두고 적층된 상태에서 처리 대상층을 표면에 갖는 복수의 피처리 기판을 수납하는 공정과,
상기 처리 영역에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 상기 산소 활성종과 상기 수산기 활성종을 사용하여 상기 피처리 기판 상의 상기 처리 대상층에 대해 산화를 행하는 공정과,
상기 산화 후의 상기 처리 대상층을 오존 또는 산화성 활성종만으로 이루어지는 어닐 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 어닐을 행하는 공정을 구비하는 반도체 처리용 열처리 방법.
It is a heat treatment method for forming an oxide film in a semiconductor process,
Accommodating a plurality of substrates to be processed having a layer to be treated on the surface in a stacked state at intervals in a processing region of the processing container;
While supplying an oxidizing gas and a reducing gas to the processing region, heating the processing region to react the oxidizing gas and the reducing gas to generate an oxygen active species and a hydroxyl active species, and the oxygen active species and the hydroxyl active species. Oxidizing the layer to be treated on the substrate to be treated using
And a step of annealing said layer to be treated by heating said layer to be treated after said oxidation in an atmosphere of an annealing gas consisting of only ozone or an oxidative active species.
제1항에 있어서, 상기 어닐은 상기 처리 영역에 상기 어닐 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써 상기 처리 영역 내에서 행하는 반도체 처리용 열처리 방법.The heat treatment method according to claim 1, wherein the annealing is performed in the processing region by supplying the anneal gas to the processing region and heating the processing region. 제1항에 있어서, 상기 어닐 가스는 오존인 반도체 처리용 열처리 방법.The heat treatment method for semiconductor processing according to claim 1, wherein the anneal gas is ozone. 제3항에 있어서, 상기 어닐은 500 내지 1200 ℃의 처리 온도와, 0.1 Torr(13.3 ㎩) 내지 76 Torr(10130 ㎩)의 처리 압력을 사용하는 반도체 처리용 열처리 방법.The method of claim 3, wherein the annealing uses a processing temperature of 500 to 1200 ° C. and a processing pressure of 0.1 Torr (13.3 kPa) to 76 Torr (10130 kPa). 제1항에 있어서, 상기 산화성 가스는 O2와 N2O와 NO와 NO2와 O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 가스를 포함하고, 상기 환원성 가스는 H2와 NH3와 CH4와 HCl과 중수소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 가스를 포함하는 반도체 처리용 열처리 방법.The method of claim 1, wherein the oxidizing gas comprises at least one gas selected from the group consisting of O 2 and N 2 O, NO and NO 2 and O 3 , the reducing gas is H 2 and NH 3 and CH 4 and A heat treatment method for semiconductor processing comprising at least one gas selected from the group consisting of HCl and deuterium. 제5항에 있어서, 상기 산화는 500 내지 1200 ℃의 처리 온도와, 0.02 Torr(2.7 ㎩) 내지 3.0 Torr(400 ㎩)의 처리 압력을 사용하는 반도체 처리용 열처리 방법.The heat treatment method for semiconductor processing according to claim 5, wherein the oxidation uses a processing temperature of 500 to 1200 ° C and a processing pressure of 0.02 Torr (2.7 kPa) to 3.0 Torr (400 kPa). 제1항에 있어서, 상기 처리 대상층은 실리콘을 구비하는 반도체 처리용 열처리 방법.The heat treatment method for semiconductor processing according to claim 1, wherein the processing target layer comprises silicon. 간격을 두고 적층된 상태에서 복수의 피처리 기판을 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기와,
상기 처리 용기의 주위에 배치되어 상기 처리 영역을 가열하는 히터와,
상기 처리 영역을 배기하는 배기계와,
상기 처리 영역에 산화성 가스를 공급하는 산화성 가스 공급계와,
상기 처리 영역에 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급계와,
상기 처리 영역에 오존 또는 산화성 활성종만으로 이루어지는 어닐 가스를 공급하는 어닐 가스 공급계를 구비하는 반도체 처리용 열처리 장치.
A processing container having a processing area for storing a plurality of substrates to be processed in a stacked state at intervals;
A heater disposed around the processing container to heat the processing region;
An exhaust system for exhausting the processing region;
An oxidizing gas supply system for supplying an oxidizing gas to the processing region;
A reducing gas supply system for supplying a reducing gas to the processing region;
And a anneal gas supply system for supplying an anneal gas consisting of only ozone or oxidative active species to the processing region.
제8항에 있어서, 상기 처리 영역에 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급계를 더 구비하는 반도체 처리용 열처리 장치.The heat treatment apparatus for semiconductor processing according to claim 8, further comprising a nitride gas supply system for supplying a nitride gas to the processing region. 프로세서상에서 실행하기 위한 프로그램 지령을 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체이며,
상기 프로그램 지령은 프로세서에 의해 실행될 때, 반도체 처리용 열처리 장치를 제어하여 열처리 방법을 실행하고, 상기 방법은,
처리 용기의 처리 영역 내에 간격을 두고 적층된 상태에서 처리 대상층을 표면에 갖는 복수의 피처리 기판을 수납하는 공정과,
상기 처리 영역에 산화성 가스 및 환원성 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써 상기 산화성 가스 및 상기 환원성 가스를 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 상기 산소 활성종과 상기 수산기 활성종을 사용하여 상기 피처리 기판 상의 상기 처리 대상층에 대해 산화를 행하는 공정과,
상기 처리 영역에 오존 또는 산화성 활성종만으로 이루어지는 어닐 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써, 상기 산화 후의 상기 처리 대상층을 상기 어닐 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 어닐을 행하는 공정을 구비하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
A computer readable medium containing program instructions for executing on a processor,
When the program instruction is executed by a processor, the heat treatment apparatus for semiconductor processing is controlled to execute a heat treatment method.
Accommodating a plurality of substrates to be processed having a layer to be treated on the surface in a stacked state at intervals in a processing region of the processing container;
While supplying an oxidizing gas and a reducing gas to the processing region, heating the processing region to react the oxidizing gas and the reducing gas to generate an oxygen active species and a hydroxyl active species, and the oxygen active species and the hydroxyl active species. Oxidizing the layer to be treated on the substrate to be treated using
Supplying an anneal gas consisting of only ozone or oxidative active species to the treatment region, and heating the treatment region, and heating the treatment target layer after the oxidation in an atmosphere of the anneal gas to anneal the treatment target layer. Computer-readable medium provided.
제10항에 있어서, 상기 산화 후이고 또한 상기 어닐 전에, 상기 처리 영역에 질화 가스를 공급하는 동시에, 상기 처리 영역을 가열함으로써, 상기 산화 후의 상기 처리 대상층을 질화 가스의 분위기 중에서 가열함으로써 상기 처리 대상층에 대해 질화를 행하는 공정을 더 구비하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
The said target object layer of Claim 10 by supplying a nitride gas to the said process area | region after the said oxidation and before annealing, and heating the said process area | region, and heating the said process target layer after the said oxidation in the atmosphere of a nitride gas. A computer-readable medium, further comprising a step of nitriding the fluoride.
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