KR20050106093A - 기판 처리장치 및 기판 처리방법 - Google Patents

기판 처리장치 및 기판 처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050106093A
KR20050106093A KR1020057016664A KR20057016664A KR20050106093A KR 20050106093 A KR20050106093 A KR 20050106093A KR 1020057016664 A KR1020057016664 A KR 1020057016664A KR 20057016664 A KR20057016664 A KR 20057016664A KR 20050106093 A KR20050106093 A KR 20050106093A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
radical
oxygen
processing
nitrogen
Prior art date
Application number
KR1020057016664A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100722016B1 (ko
Inventor
가즈요시 야마자키
신타로 아오야마
마사노부 이게타
히로시 신리키
Original Assignee
동경 엘렉트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동경 엘렉트론 주식회사 filed Critical 동경 엘렉트론 주식회사
Publication of KR20050106093A publication Critical patent/KR20050106093A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100722016B1 publication Critical patent/KR100722016B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/3143—Inorganic layers composed of alternated layers or of mixtures of nitrides and oxides or of oxinitrides, e.g. formation of oxinitride by oxidation of nitride layers
    • H01L21/3144—Inorganic layers composed of alternated layers or of mixtures of nitrides and oxides or of oxinitrides, e.g. formation of oxinitride by oxidation of nitride layers on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/0214—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being a silicon oxynitride, e.g. SiON or SiON:H
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02321—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer
    • H01L21/02323—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen
    • H01L21/02326—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen into a nitride layer, e.g. changing SiN to SiON

Abstract

매우 얇은, 막두께가 0.4㎚ 또는 그 이하의 산화막, 산질화막을 증막을 최소한으로 억제하여 효율 양호하게 질화하기 위해, 산소 래디컬 형성기구에 의해 산소 래디컬을 형성하고, 형성된 산소 래디컬에 의해, 실리콘 기판을 산화하여 실리콘 기판상에 산화막을 형성하고, 또한 질소 래디컬 형성기구에 의해 질소 래디컬을 형성하여, 상기 산화막 막표면을 질화하여 산질화막을 형성한다.

Description

기판 처리장치 및 기판 처리방법{SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND METHOD OF SUBSTRATE TREATMENT}
본 발명은 기판 처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것으로, 특히 고유전체막을 갖는, 초미세화 고속 반도체 장치를 제조하기 위한 기판 처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것이다.
오늘날의 초고속 반도체 장치에 있어서는, 미세화 프로세스의 진보와 더불어, 0.1㎛ 이하의 게이트길이가 가능하게 되고 있다. 일반적으로 미세화와 더불어 반도체 장치의 동작 속도는 향상하지만, 이와 같이 매우 미세화된 반도체 장치에 있어서는, 게이트 절연막의 막두께를, 미세화에 의한 게이트길이의 단축에 동반하여, 스케일링룰에 따라서 감소시킬 필요가 있다.
그러나 게이트길이가 0.1㎛ 이하로 되면, 게이트 절연막의 두께도, 종래의 열 산화막을 사용한 경우, 1 내지 2㎚ 또는 그 이하로 설정해야 하지만, 이와 같이 매우 얇은 게이트 절연막에 있어서는 터널 전류가 증대하여, 그 결과 게이트 리크 전류가 증대하는 문제를 피할 수가 없다.
이와 같은 사정으로, 비유전율이 종래의 열 산화막의 것보다 훨씬 크고, 이 때문에 실제의 막두께가 크더라도 SiO2막으로 환산한 경우의 막두께가 작은 Ta2O5나 Al2O3, ZrO2, HfO2, 또한 ZrSiO4 또는 HfSiO4와 같은 고유전체 재료(소위 high-K 재료)를 게이트 절연막에 대하여 적용하는 것이 제안되어 있다. 이와 같은 고유전체 재료를 사용함에 의해, 게이트길이가 0.1㎛ 이하로, 매우 짧은 초고속 반도체 장치에 있어서도 10㎚ 정도의 물리적 막두께의 게이트 절연막을 사용할 수 있어, 터널 효과에 의한 게이트 리크 전류를 억제할 수 있다.
예컨대 종래부터 Ta2O5막은 Ta(OC2H5)5 및 O2를 기상원료로 한 CVD법에 의해 형성할 수 있는 것이 알려져 있다. 전형적인 경우, CVD 프로세스는 감압 환경하, 약 480℃, 또는 그 이상의 온도로 실행된다. 이와 같이 하여 형성된 Ta2O5막은 또한 산소 분위기중에서 열 처리되고, 그 결과, 막중의 산소 결손이 해소되고, 또한 막자체가 결정화한다. 이와 같이 하여 결정화된 Ta2O5막은 큰 비유전률을 나타낸다.
채널 영역중의 캐리어 모빌리티를 향상시키는 관점에서는, 고유전체 게이트 산화막과 실리콘 기판 사이에 1㎚ 이하, 바람직하게는 0.8㎚ 이하의 두께의 지극히 얇은 베이스 산화막을 개재시키는 것이 바람직하다. 베이스 산화막은 매우 얇아야 하고, 두께가 두꺼우면 고유전체막을 게이트 절연막에 사용한 효과가 상쇄된다. 한편, 이와 같은 매우 얇은 베이스 산화막은 실리콘 기판 표면을 균일하게 피복해야 하고, 또한 계면준위 등의 결함을 형성하지 않을 것이 요구된다.
종래부터, 얇은 게이트 산화막은 실리콘 기판의 급속 열산화(RTO) 처리에 의해 형성되는 것이 일반적이지만, 열산화막을 소망하는 1㎚ 이하의 두께로 형성하고자 하면, 막 형성시의 처리 온도를 저하시킬 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 저온으로 형성된 열산화막은 계면준위 등의 결함을 포함하기 쉬워, 고유전체 게이트 절연막의 베이스 산화막으로서는 부적당하다.
또한, 관련하는 비특허 문헌으로서 Bruce E. Deal, J.Electrochem. Soc. 121.198C(1974)가 있다.
도 1은 종래의 기판 처리장치의 개략을 도시하는 도면(그 1).
도 2는 종래의 기판 처리장치의 개략을 도시하는 도면(그 2).
도 3은 반도체 장치의 구성을 도시하는 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 기판 처리장치의 개략을 도시하는 도면(그 1).
도 5는 도 4의 기판 처리장치에 있어서 사용되는 리모트 플라즈마원의 구성을 도시하는 도면.
도 6a, 도 6b는 도 4의 기판 처리장치를 사용하여 실행되는 기판의 산화 처리를 도시하는 각각 측면도(그 1) 및 평면도(그 1).
도 7a, 도 7b는 도 4의 기판 처리장치를 사용하여 실행되는 산화막의 질화 처리를 도시하는 각각 측면도 및 평면도.
도 8은 피처리 기판의 질화의 상태를 모의적으로 도시한 도면.
도 9는 피처리 기판의 산질화막의 막두께 분산값을 도시한 도면.
도 10a, 도 10b, 도 10c는 리모트 플라즈마원의 설치 방법을 도시한 도면.
도 11은 산질화막 형성시의 잔류 산소의 영향이 많은 경우와 적은 경우의 막두께와 질소 농도의 관계를 도시하는 도면.
도 12a, 도 12b는 도 4의 기판 처리장치를 사용하여 실행되는 기판의 산화 처리를 도시하는 각각 측면도(그 2) 및 평면도(그 2).
도 13은 본 발명에 의한 기판 처리장치를 도시하는 개략도(그 2).
도 14a, 도 14b는 도 13의 기판 처리장치를 사용하여 실행되는 기판의 산화 처리를 도시하는 각각 측면도(그 1) 및 평면도(그 1).
도 15a, 도 15b는 도 13의 기판 처리장치를 사용하여 실행되는 산화막의 질화 처리를 도시하는 각각 측면도 및 평면도.
도 16a, 도 16b는 도 13의 기판 처리장치를 사용하여 실행되는 기판의 산화 처리를 도시하는 각각 측면도(그 2) 및 평면도(그 2).
도 17은 본 발명의 제 9 실시예에 의한 기판 처리방법의 플로우 차트를 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제 10 실시예에 의한 클러스터형 기판 처리 시스템(50)의 구성을 도시하는 개략도.
도 19는 제 9 실시예의 기판 처리방법으로 베이스 산화막을 형성하고, 또한 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성한 경우의 막두께와 질소 농도의 관계를 도시하는 도면.
도 20은 도 13의 기판 처리장치를 이용하여 실리콘 기판상에 베이스 산화막을 형성하여, 또한 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성하는 경우에, 조건을 변화시킨 경우의 막두께와 질소 농도의 관계를 도시하는 도면.
그러나, 베이스 산화막을 1㎚ 이하, 예컨대 0.8㎚ 이하, 또한 0.3 내지 0.4㎚ 전후의 두께로 균일하게 또한 안정적으로 형성하는 것은, 종래부터 매우 곤란했다. 예컨대 막두께가 0.3 내지 0.4㎚인 경우, 산화막은 2 내지 3 원자층분의 막두께밖에 가지지 않는 것으로 된다.
또한, 종래부터, 원자간 결합가수가 크고, 말하자면 “강성이 높은” 실리콘 단결정 기판 표면에 직접적으로, 원자간 결합가수가 작은, 말하자면 “강성이 낮은” 금속 산화막을 형성하면, 실리콘 기판과 금속 산화막의 계면이 역학적으로 불안정하게 되어 결함을 발생시킬 가능성이 지적되고 있고(예컨대 G. Lucovisky, et al., Appl. Phys. Lett. 74, pp.2005, 1999), 이 문제를 피하기 위하여, 실리콘 기판과 금속 산화막과의 계면에 질소를 1 원자층분 도입한 산질화층을 천이층으로서 형성하는 것이 제안되어 있다. 또한, 고유전체 게이트 절연막의 베이스 산화막으로서, 이와 같이 산질화막을 형성하는 것은, 고유전체 게이트 절연막중의 금속 원소 또는 산소와 실리콘 기판을 구성하는 실리콘과의 상호 확산을 억제하거나, 전극으로부터의 도펀트의 확산을 억제함에도 유효하다고 고려된다.
도 1에는 실리콘 기판에 산화막을 형성한 후, 산질화막을 형성하는 기판 처리장치(100)의 예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 드라이 펌프 등의 배기수단(104)이 접속된 배기구(103)에 의해 내부가 배기되는 처리용기(101)를 갖는 기판 처리장치(100)는 그 내부에 피처리 기판인 웨이퍼 W0을 유지하는 기판 유지대를 갖고 있다.
기판 유지대(102)에 탑재된 웨이퍼 W0은 처리용기(101) 측벽면상에 마련된 리모트 플라즈마 래디컬원(105)으로부터 공급되는 래디컬에 의해 산화 또는 질화되어, 웨이퍼 W0 상에 산화막 또는 산질화막을 형성한다.
상기 리모트 플라즈마 래디컬원은 고주파 플라즈마에 의해 산소 가스 또는 질소 가스를 해리하여 산소 래디컬 또는 질소 래디컬을 웨이퍼 W0 상에 공급한다.
이와 같은 산질화막을 형상함에 있어서, 처리용기에서 실리콘 기판을 산화한 후에, 해당 처리용기에서 질화처리를 실행하는 경우에는, 상기 처리용기중 등에 잔존하는 산소나 수분 등의 미량의 불순물의 영향을 무시할 수 없게 되고, 질화 처리시에 산화 반응을 발생하여, 산화막을 증막시켜 버릴 우려가 있다. 이와 같이 산질화 처리시에 산화막이 증막하여 버리면, 고유전체 게이트 절연막을 사용하는 효과는 상쇄되어 버린다.
종래부터, 이와 같이 매우 얇은 산질화막을 안정적으로, 재현성 양호하게, 게다가 산화에 의한 증막을 수반하지 않고 질화하는 것은, 매우 곤란했다.
또한, 산소 래디컬을 생성하는 산소 래디컬 생성부와 질소 래디컬을 생성하는 질소 래디컬 생성부를 분리한 기판 처리장치도 제안되어 있다.
도 2에는 래디컬 생성부를 2개 갖는 기판 처리장치(110)의 예를 도시한다.
도 2를 참조하면, 드라이 펌프 등의 배기수단(120)이 접속된 배기구(119)에 의해 내부가 배기되고, 기판 유지대(118)가 마련된 처리용기(111)를 갖는 기판 처리장치(110)는 기판 유지대(118)에 탑재된 웨이퍼 W0을, 산소 래디컬에 의해 산화하고, 그 후 질소 래디컬에 의해 질화하는 것이 가능한 구조로 되어 있다.
상기 처리용기(111)에는 상벽부에 자외광원(113) 및 자외광을 투과하는 투과 창(114)이 마련되고, 노즐(115)로부터 공급되는 산소 가스를 자외광에 의해 해리하여 산소 래디컬을 생성하는 구조로 되어 있다.
이와 같이하여 형성된 산소 래디컬에 의해 실리콘 기판 표면이 산화되어 산화막을 형성한다.
또한, 상기 처리용기(111)의 측벽에는 리모트 플라즈마 래디컬원(116)이 설치되고, 고주파 플라즈마에 의해 질소가스를 해리하여, 질소 래디컬을 상기 처리용기(111)에 공급하여, 웨이퍼 W0 상의 산화막을 질화하여 산질화막을 형성한다.
이와 같이, 산소 래디컬 생성부와, 질소 래디컬 생성부를 분리한 기판처리장치가 제안되어 있다. 이와 같은 기판 처리장치를 사용함에 의해, 실리콘 기판 상에 막두께가 0.4㎚ 전후인 산화막을 형성하고, 이것을 더욱 질화하여 산질화막을 형성하는 것이 가능하게 되어 있다.
한편, 이와 같은 실리콘 기판의 산화 처리와 질화 처리를 연속하여 실행하는 기판 처리장치에 있어서, 산화 처리와 질화 처리를 리모트 플라즈마 래디컬원을 사용하여 실행하고자 하는 요망이 있다.
또한, 도 2의 기판처리장치를 사용한 경우에도, 상기의 잔류 산소의 영향을 억제하여 산화에 의한 증막의 영향을 가능한 한 배제하기 위해서는, 산화 처리후, 예컨대 처리용기 내를 진공 배기하여, 불활성 가스로 채우고, 또한 진공배기와 불활성가스를 채우는 작업을 반복하는 퍼지 작업 등, 잔류 산소의 저감을 위한 처리가 필요하게 되어, 스루풋이 저하하여 버려, 생산성이 저하하여 버린다고 하는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은 상기의 과제를 해결한, 신규이고 유용한 기판처리장치 및 기판 처리방법을 제공하는 것을 개괄적 과제로 한다.
본 발명의 구체적인 과제는 실리콘 기판 표면에 매우 얇은, 전형적으로는 2 내지 4 원자층분 이하의 두께의 산화막을 형성하고, 또한 이것을 질화하여, 해당 질화시에 상기 산화막의 증막량을 억제하여 산질화막을 형성할 수 있는, 생산성이 양호한 기판 처리장치 및 기판 처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 청구의 범위 1에 기재한 바와 같이, 처리 공간을 형성하는 처리용기와, 상기 처리 공간중의 피처리 기판을 유지하는 회동 가능한 유지대와, 상기 유지대의 회동기구와, 상기 처리 용기상, 상기 유지대에 대하여 제 1 측의 단부에 마련된, 고주파 플라즈마에 의해 질소 래디컬을 형성하여 상기 질소 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 피처리 기판을 이격하여 대향하는 제 2 측으로 흐르도록 상기 처리 공간에 공급하는 질소 래디컬 형성부와, 상기 제 1 측의 단부에 마련된, 고주파 플라즈마에 의해 산소 래디컬을 형성하여 상기 산소 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 흐르도록 상기 처리 공간에 공급하는 산소 래디컬 형성부와, 상기 제 2 측의 단부에 마련되고, 상기 처리 공간을 배기하는 배기 경로를 갖고, 상기 질소 래디컬 및 산소 래디컬은, 각각 상기 질소 래디컬 형성부 및 산소 래디컬 형성부로부터 상기 배기 경로를 향하여 상기 피처리 기판 표면을 따른 질소 래디컬 유로 및 산소 래디컬 유로를 형성하여 흐르는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치이다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 2에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 질소 래디컬 형성부는 제 1 가스 통로와 상기 제 1 가스 통로의 일부에 형성되어 상기 제 1 가스 통로를 통과하는 질소 가스를 플라즈마 여기하는 제 1 고주파 플라즈마 형성부를 포함하고, 상기 산소 래디컬 형성부는 제 2 가스 통로와 상기 제 2 가스 통로의 일부에 형성되어 상기 제 2 가스 통로를 통과하는 산소 가스를 플라즈마 여기하는 제 2 고주파 플라즈마 형성부를 포함하며, 상기 제 1 가스 통로와 상기 제 2 가스 통로가 상기 처리 공간에 연통하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 3에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1 또는 2에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 질소 래디컬 유로와 상기 산소 래디컬 유로가 대략 평행한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 4에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1 내지 3 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 질소 래디컬 유로의 중심과, 상기 피처리 기판의 중심 사이의 거리가 40㎜ 이하로 되도록 상기 질소 래디컬 형성부를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 5에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1 내지 4 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 산소 래디컬 유로의 중심과, 상기 피처리 기판의 중심 사이의 거리가 40㎜ 이하로 되도록 상기 산소 래디컬원을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 6에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1 또는 2에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 질소 래디컬 유로의 중심과, 상기 산소 래디컬 유로의 중심이 상기 피처리 기판의 대략 중심에서 교차하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 7에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1 내지 6 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 질소 래디컬 유로를 충돌시켜 상기 질소 래디컬 유로의 방향을 변경하는 정류판을 마련하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 8에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 1 내지 7 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리장치에 있어서 또한, 상기 산소 래디컬 유로를 충돌시켜 상기 산소 래디컬 유로의 방향을 변경하는 정류판을 마련하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 9에 기재한 바와 같이, 처리 공간을 형성하고, 상기 처리 공간중에 피처리 기판을 유지하는 유지대를 구비한 처리용기와, 상기 처리용기에 제 1 래디컬을, 상기 제 1 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 처리용기의 제 1 측으로부터 상기 피처리 기판을 이격하여 대향하는 제 2 측으로 흐르도록 공급하는 제 1 래디컬 형성부와, 상기 처리 공간에 제 2 래디컬을, 상기 제 2 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 흐르도록 공급하는 제 2 래디컬 형성부를 갖는 기판 처리장치에 의한 기판 처리방법에 있어서, 상기 제 1 래디컬 형성부로부터 상기 처리 공간에 제 1 래디컬을 공급하여 상기 피처리 기판의 처리를 실행하면서, 상기 제 2 래디컬 형성부로부터 상기 제 2 래디컬 형성부를 퍼지하는 퍼지 가스를 상기 처리 공간에 도입하는 제 1 공정과, 상기 제 2 래디컬 형성부로부터 상기 처리 공간에 상기 제 2 래디컬을 도입하여 상기 피처리 기판의 처리를 실행하는 제 2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법이다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 10에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 9에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 피처리 기판은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 공정에서는 상기 제 1 래디컬인 산소 래디컬에 의해 상기 실리콘 기판 표면을 산화하여 산화막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 11에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 10에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 2 공정에서는 상기 제 2 래디컬인 질소 래디컬에 의해 상기 산화막 표면을 질화하여 산질화막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 12에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 9 내지 11 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 1 래디컬 및 제 2 래디컬은 상기 피처리 기판의 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 흐르는 가스의 흐름을 타고 공급되고, 상기 제 2 측에서 배기되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 13에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 9 내지 12 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 1 래디컬 형성부는 고주파 플라즈마에 의해 산소 래디컬을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 14에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 9 내지 12 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 1 래디컬 형성부는 산소 래디컬을 형성하는 자외광원을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 15에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 9 내지 14 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 2 래디컬 형성부는 고주파 플라즈마에 의해 질소 래디컬을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 16에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 15에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 2 래디컬 형성부는 가스 통로와, 상기 가스 통로의 일부에 형성되어 상기 가스 통로를 통과하는 질소 가스를 플라즈마 여기하는 고주파 플라즈마 형성부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 17에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 16에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 퍼지 가스는 상기 가스 통로를 거쳐서 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 18에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 9 내지 17 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 퍼지 가스는 불활성 가스인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 19에 기재한 바와 같이, 처리용기에서 피처리 기판의 제 1 처리를 하는 제 1 공정과, 상기 피처리 기판을 상기 처리용기로부터 반출하는 제 2 공정과, 상기 처리용기의 산소 제거 처리를 실행하는 제 3 공정과, 상기 피처리 기판을 상기 처리용기에 반입하는 제 4 공정과, 상기 피처리 기판의 제 2 처리를 하는 제 5 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리방법이다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 20에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 19에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 산소 제거 처리에 있어서는, 처리 가스를 플라즈마 여기하여 상기 처리용기에 도입하고, 해당 처리 가스를 상기 처리용기로부터 배기하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 21에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 20에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 처리 가스는 불활성 가스인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 22에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 19 내지 21 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 피처리 기판은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 처리는 상기 실리콘 기판 표면을 산화하여 산화막을 형성하는 산화 처리인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 23에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 22에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 2 처리는 상기 산화막을 질화하여 산질화막을 형성하는 질화 처리인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 24에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 23에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 처리용기는 산소 래디컬 형성부와 질소 래디컬 형성부를 갖고, 상기 산소 래디컬 형성부에 의해 형성된 산소 래디컬에 의해 상기 산화 처리를 실행하고, 상기 질소 래디컬 형성부에 의해 형성된 질소 래디컬에 의해 상기 질화 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 25에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 24에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 플라즈마 여기는 상기 질소 래디컬 형성부에서 실행되고, 플라즈마 여기된 처리 가스는 상기 질소 래디컬 형성부로부터 상기 처리용기에 도입되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 26에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 24 또는 25에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 산소 래디컬 및 상기 질소 래디컬은 상기 피처리 기판을 따르도록 흐르고, 상기 처리용기의, 상기 처리용기내에 탑재되는 피처리 기판의 직경방향상 상기 산소 래디컬 형성부 및 상기 질소 래디컬 형성부에 대향하는 측에 마련된, 배기구로부터 배기되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 27에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 19 내지 26 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 처리용기는 복수의 기판 처리장치가 기판 반송실에 접속된 클러스터형 기판 처리 시스템에 접속되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 28에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 27에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 2 공정에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 처리용기로부터 상기 기판 반송실에 반송되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 청구의 범위 29에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 27 또는 28에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 3 공정에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 기판 반송실에 탑재되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 30에 기재한 바와 같이, 청구의 범위 27 내지 29 항 중 어느 항에 기재된 기판 처리방법에 있어서 또한, 상기 제 4 공정에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 반송실로부터 상기 기판 처리용기에 반송되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 처리용기에서 실리콘 기판 상에 매우 얇은 베이스 산화막을, 산질화막을 포함하여 형성할 때에, 베이스 산화막 형성시에 이용한 산소나 산소화합물 등의 잔류물이, 산질화막 형성시에 실리콘 기판의 산화를 진행시켜 베이스 산화막이 증막해 버리는 현상을 억제하고, 또한 생산성도 양호해진다.
그 결과, 반도체 장치에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은 베이스 산화막과, 해당 베이스 산화막상의 적절한 질소 농도의 산질화막을, 양호한 생산성으로 형성하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 처리용기에서 실리콘 기판상에 매우 얇은 베이스 산화막을, 산질화막을 포함하여 형성할 때에, 베이스 산화막 형성시에 이용한 산소나 산소화합물 등의 잔류물이, 산질화막 형성시에 실리콘 기판의 산화를 진행시켜 베이스 산화막이 증막해 버리는 현상을 억제하고, 또한 생산성도 양호해졌다.
그 결과, 반도체 장치에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은 베이스 산화막과, 해당 베이스 산화막상의 적절한 농도의 산질화막을, 양호한 생산성으로 형성하는 것이 가능해졌다.
다음에, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.
우선, 본 발명에 의한 기판 처리장치 및 기판 처리방법에 의해 형성되는 반도체 장치의 예를 도 3에 도시한다.
도 3을 참조하면, 반도체 장치(200)는 실리콘 기판(201)상에 형성되어 있고, 실리콘 기판(201)상에는 얇은 베이스 산화막(202)을 거쳐서, Ta2O5, Al2O3, ZrO2, HfO2, ZrSiO4, HfSiO4 등의 고유전체 게이트 절연막(203)이 형성되고, 또한 상기 고유전체 게이트 절연막(203)상에는 게이트 전극(204)이 형성되어 있다.
도 3의 반도체 장치(200)에 있어서는, 상기 베이스 산화막(202)의 표면 부분에, 실리콘 기판(201)과 베이스 산화막(202) 사이의 계면의 평탄성이 유지되는 범위에서 질소(N)가 도프되고, 산질화막(202A)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막보다 비유전률이 큰 산질화막(202A)을 베이스 산화막(202)중에 형성함으로써, 베이스 산화막(202)의 열산화막 환산 막두께를 더욱 감소시키는 것이 가능하게 된다.
이하에, 처리용기에서 상기 베이스 산화막(202) 형성후에, 해당 처리용기에서 해당 산질화막(202A)을 형성할 때에, 상기 처리용기중 등에 잔존하는 산소나 수분 등의 미량의 불순물의 영향을 배제함으로써, 질화 처리시에 산화 반응에 의한 산화막의 증막을 억제할 수 있고, 또한 효율적인 기판 처리가 가능한, 본 발명에 의한 기판 처리장치 및 기판 처리방법의 각 실시예에 관하여 설명한다.
(제 1 실시예)
도 4는 도 3의 실리콘 기판(201)상에 매우 얇은 베이스 산화막(202)을, 산질화막(202A)을 포함해서 형성하기 위한, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 기판 처리장치(20)의 개략적 구성을 도시한다.
도 4를 참조하면, 기판 처리장치(20)는 히터(22A)를 구비하고 프로세스 위치와 기판 반입·반출 위치와의 사이를 상하이동 자유롭게 마련된 기판 유지대(22)를 수납하고, 상기 기판 유지대(22)와 함께 처리 공간(21B)을 형성하는 처리용기(21)를 구비하고 있고, 상기 기판 유지대(22)는 구동 기구(22C)에 의해 회동된다. 또한, 상기 처리용기(21)의 내벽면은 석영 유리로 이루어지는 내부 라이너(21G)에 의해 피복되어 있고, 이에 의해 노출 금속면으로부터의 피처리 기판의 금속 오염을 1×1010 원자/㎠ 이하의 레벨로 억제하고 있다.
또한 상기 기판 유지대(22)와 구동 기구(22C)의 결합부에는 자기 시일(28)이 설치되고, 자기 시일(28)은 진공 환경에 유지되는 자기 시일실(22B)과 대기 환경중에 형성되는 구동 기구(22C)를 분리하고 있다. 자기 시일(28)은 액체이기 때문에, 상기 기판 유지대(22)는 회동 자유롭게 유지된다.
도시의 상태에서는, 상기 기판 유지대(22)는 프로세스 위치에 있고, 하측에 피처리 기판의 반입·반출을 위한 반입·반출실(21C)이 형성되어 있다. 상기 처리용기(21)는 게이트 밸브(27A)를 거쳐서 기판 반송유닛(27)에 결합되어 있고, 상기 기판 유지대(22)가 반입·반출(21C) 중에 하강한 상태에 있어서, 상기 게이트 밸브(27A)를 거쳐서 기판 반송유닛(27)으로부터 피처리 기판 W가 기판 유지대(22)상에 반송되고, 또한 처리 완료된 기판 W가 기판 유지대(22)로부터 기판 반송유닛(27)에 반송된다.
도 4의 기판 처리장치(20)에 있어서는, 상기 처리용기(21)의 게이트밸브(27A)에 가까운 부분에 배기구(21A)가 형성되어 있고, 상기 배기구(21A)에는 밸브(23A) 및 APC(자동 압력 제어장치)(23D)를 거쳐서 터보분자 펌프(23B)가 결합되어 있다. 상기 터보분자 펌프(23B)에는 또한 드라이 펌프 및 메카니컬 부스터 펌프를 결합하여 구성한 펌프(24)가 밸브(23C)를 거쳐서 결합되어 있고, 상기 터보분자 펌프(23B) 및 드라이 펌프(24)를 구동함으로써, 상기 처리 공간(21B)의 압력을 1.33×10-1 내지 1.33 ×10-4 Pa(10-3 내지 10-6 Torr)까지 감압하는 것이 가능해진다.
한편, 상기 배기구(21A)는 밸브(24A) 및 APC(24B)를 거쳐서 직접적으로도 펌프(24)에 결합되어 있고, 상기 밸브(24A)를 개방함으로써, 상기 프로세스 공간은 상기 펌프(24)에 의해 1.33Pa 내지 1.33kPa(0.01 내지 10 Torr)의 압력까지 감압된다.
상기 처리용기(21)에는 상기 피처리 기판 W에 대하여 배기구(21A)와 대향하는 측에 리모트 플라즈마원(26 및 36)이 설치되어 있다.
상기 리모트 플라즈마원(36)은 Ar 등의 불활성 가스와 함께 산소 가스가 공급되고, 이것을 플라즈마에 의해 활성화함으로써, 산소 래디컬을 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이 하여 형성된 산소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 회동하고 있는 기판 표면을 산화한다.
이에 의해, 상기 피처리 기판 W의 표면에, 1㎚ 이하의 막두께의, 특히 2 내지 3 원자층분의 두께에 상당하는 약 0.4㎚의 막두께의 래디컬 산화막을 형성하는 것이 가능해진다.
도 4의 기판 처리장치(20)에 있어서는, 또한 상기 반입·반출실(21C)을 질소 가스에 의해 퍼지하는 퍼지 라인(21c)이 마련되고, 또한 상기 자기 시일실(22B)을 질소 가스에 의해 퍼지하는 퍼지 라인(22b) 및 그 배기 라인(22c)이 설치되어 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 배기 라인(22c)에는 밸브(29A)를 거쳐서 터보분자 펌프(29B)가 결합되고, 상기 터보분자 펌프(29B)는 밸브(29C)를 거쳐서 펌프(24)에 결합되어 있다. 또한, 상기 배기 라인(22c)은 펌프(24)와 밸브(29D)를 거쳐서도 직접적으로 결합되어 있고, 이에 의해 자기 시일실(22B)을 여러가지 압력으로 유지하는 것이 가능해진다.
상기 반입·반출실(21C)은 펌프(24)에 의해 밸브(24C)를 거쳐서 배기되고, 또는 터보분자 펌프(23B)에 의해 밸브(23D)를 거쳐서 배기된다. 상기 처리 공간(21B) 중에 있어서 오염이 발생하는 것을 피하기 위해서, 상기 반입·반출실(21C)은 처리 공간(21B)보다 저압으로 유지되고, 또한 상기 자기 시일실(22B)은 차동배기됨으로써 상기 반입·반출실(21C)보다 더욱 저압으로 유지된다.
다음에, 본 기판 처리장치에서 이용하는 리모트 플라즈마원(26 및 36)의 상세에 관하여 이하에 설명한다.
도 5는 도 4의 기판 처리장치(20)에 있어서 사용되는 리모트 플라즈마원(26 및 36)의 구성을 도시한다. 상기 처리용기(21)에는 리모트 플라즈마원(26)과 리모트 플라즈마원(36)이 인접하여 설치되어 있다. 예컨대, 상기 리모트 플라즈마원(36)은, 상기 리모트 플라즈마원(26)에 대하여, 인접한 면에 대하여 대략 선대칭의 형상을 하고 있다.
도 5를 참조하면, 우선, 리모트 플라즈마원(26)은 내부에 가스 순환 통로(26a)와 이것에 연통한 가스 입구(26b) 및 가스 출구(26c)가 형성된, 전형적으로는 알루미늄으로 이루어지는 블럭(26A)을 포함하고, 상기 블럭(26A)의 일부에는 페라이트 코어(26B)가 형성되어 있다.
상기 가스 순환 통로(26a) 및 가스 입구(26b), 가스 출구(26c)의 내면에는 불소 수지 코팅(26d)이 실시되고, 상기 페라이트 코어(26B)에 권취된 코일에 주파수가 400kHz인 고주파(RF) 파워를 공급함으로써, 상기 가스 순환 통로(26a) 내에 플라즈마(26C)가 형성된다.
플라즈마(26C)의 여기에 수반하여, 상기 가스 순환 통로(26a) 중에는 질소 래디컬 및 질소 이온이 형성되지만, 직진성이 강한 질소 이온은 상기 순환 통로(26a)를 순환할 때에 소멸하고, 상기 가스 출구(26c)로부터는 주로 질소 래디컬 N2 *이 방출된다. 또한 도 5의 구성에서는 상기 가스 출구(26c)에 접지된 이온 필터(26e)를 마련함으로써, 질소 이온을 비롯한 하전입자가 제거되고, 상기 처리 공간(21B)에는 질소 래디컬만이 공급된다. 또한, 상기 이온 필터(26e)를 접지시키지 않는 경우에 있어서도, 상기 이온 필터(26e)의 구조는 확산판으로서 작용하기 때문에, 충분히 질소 이온을 비롯한 하전 입자를 제거할 수 있다. 또한, 대량의 N2 래디컬을 필요로 하는 프로세스를 실행하는 경우에 있어서는, 이온 필터(26e)에서의 N2 래디컬의 충돌에 의한 소멸을 막기 위하여, 이온 필터(26e)를 분리하는 경우도 있다.
마찬가지로, 상기 리모트 플라즈마원(36)은, 내부에 가스 순환 통로(36a)와 이것에 연통한 가스 입구(36b) 및 가스 출구(36c)가 형성된, 전형적으로는 알루미늄으로 이루어지는 블럭(36A)을 포함하고, 상기 블럭(36A)의 일부에는 페라이트 코어(36B)가 형성되어 있다.
상기 가스 순환 통로(36a) 및 가스 입구(36b), 가스 출구(36c)의 내면에는 불소 수지 코팅(36d)이 실시되고, 상기 페라이트 코어(36B)에 권취된 코일에 주파수가 400kHz인 고주파(RF) 파워를 공급함으로써, 상기 가스 순환 통로(36a) 내에 플라즈마(36C)가 형성된다.
플라즈마(36C)의 여기에 수반하여, 상기 가스 순환 통로(36a) 중에는 산소 래디컬 및 산소 이온이 형성되지만, 직진성이 강한 산소 이온은 상기 순환 통로(36a)를 순환할 때에 소멸하고, 상기 가스 출구(36c)로부터는 주로 산소 래디컬 O2 *가 방출된다. 또한 도 5의 구성에서는 상기 가스 출구(36c)에 접지된 이온 필터(36e)를 마련함으로써, 산소 이온을 비롯한 하전 입자가 제거되고, 상기 처리 공간(21B)에는 산소 래디컬만이 공급된다. 또한, 상기 이온 필터(36e)를 접지시키지 않는 경우에 있어서도, 상기 이온 필터(36e)의 구조는 확산판으로서 작용하기 때문에, 충분히 산소 이온을 비롯한 하전 입자를 제거할 수 있다. 또, 대량의 O2 래디컬을 필요로 하는 프로세스를 실행하는 경우에 있어서는, 이온 필터(36e)에서의 O2 래디컬의 충돌에 의한 소멸을 막기 위하여, 이온 필터(36e)를 분리하는 경우도 있다.
상기한 바와 같이, 산소 래디컬을 형성하는 산소 래디컬 형성부와, 질소 래디컬을 형성하는 질소 래디컬 형성부를 분리함으로써, 피처리 기판 W인 실리콘 기판을 산화하여 베이스 산화막을 형성한 후, 해당 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성하는 경우, 질화 공정에 있어서의 잔류 산소의 영향이 적어진다.
예컨대, 동일한 래디컬원에서, 우선 산소 래디컬에 의해 실리콘 기판의 산화를 실행하여, 연속적으로 질소 래디컬을 이용한 질화를 실행하면, 해당 래디컬원에, 산화시에 이용한 산소나 산소를 포함하는 생성물이 잔류하고, 질화 공정에 있어서, 잔류한 산소에 의한 산화가 진행하여 버려, 산화막의 증막이 일어나는 문제가 있다.
본 실시예의 경우에는, 상기한 바와 같은 래디컬 형성부의 잔류 산소에 의해 질화 공정에 있어서 실리콘 기판의 산화가 진행하여 버리는 산화막의 증막 현상의 영향을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 도 3의 상기 베이스 산화막(202)의 증막이 적은, 이상적인 베이스 산화막 및 산질화막을 형성할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 잔류 산소의 영향이 있었던 경우, 산화가 촉진되어 증막이 발생하는 한편, 상기 산질화막(202A)의 질소 농도가 낮아져 버리는 경우가 있지만, 상기 기판 처리장치(20)의 경우, 잔류 산소의 영향이 적어지기 때문에, 질화가 진행하여, 소망하는 질소 농도로 조정하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 의한 기판 처리장치(20)의 경우, 질소 래디컬을 생성하는 리모트 플라즈마원(26)과, 산소 래디컬을 생성하는 리모트 플라즈마원(36)의 래디컬 발생기구가 동일하기 때문에, 래디컬원을 분리하면서도 구조가 단순하게 되어, 기판 처리장치의 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 유지 보수도 용이하게 되기 때문에, 기판 처리장치의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예로서, 상기 기판 처리장치(20)에 의해, 도 3의 실리콘 기판(202)상에 매우 얇은 베이스 산화막(202)을, 산질화막(202A)을 포함해서 형성하는 방법에 대하여, 도면에 근거하여 설명한다.
(제 2 실시예)
도 6a, 도 6b는 각각 도 4의 기판 처리장치(20)를 사용하여 피처리 기판 W의 래디컬 산화를 실행하는 경우를 도시하는 측면도 및 평면도이다.
도 6a, 도 6b를 참조하면, 리모트 플라즈마 래디컬원(36)에는 Ar 가스와 산소 가스가 공급되고, 플라즈마를 수 100kHz의 주파수로 고주파 여기함으로써 산소 래디컬이 형성된다. 형성된 산소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 상기 배기구(21A) 및 펌프(24)를 거쳐서 배기된다. 그 결과 상기 처리 공간(21B)은 기판 W의 래디컬 산화에 적당한, 1.33Pa 내지 1.33kPa(0.01 내지 10 Torr)의 범위의 프로세스압으로 설정된다. 특히 6.65Pa 내지 133Pa(0.05 내지 1.0 Torr)의 압력 범위를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 형성된 산소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐를 때에, 회동하고 있는 피처리 기판 W의 표면을 산화하여, 상기 피처리 기판 W인 실리콘 기판 표면에 1㎚ 이하의 막두께의 매우 얇은 산화막, 특히 2 내지 3 원자층에 상당하는 약 0.4㎚의 막두께의 산화막을, 안정적으로 재현성 양호하게 형성하는 것이 가능해진다.
도 6a, 도 6b의 산화 공정에 있어서는, 산화 공정에 앞서서 퍼지 공정을 실행하는 것도 가능하다. 상기 퍼지 공정에 있어서는 상기 밸브(23A 및 23C)가 개방되고, 밸브(24A)가 폐쇄됨으로써 상기 처리 공간(21B)의 압력이 1.33 ×10-1 내지 1.33 ×10-4 Pa의 압력까지 감압되고, 처리 공간(21B) 중에 잔류하고 있는 수분 등이 퍼지된다.
또, 산화 처리에 있어서는, 배기 경로로서, 터보분자 펌프(23B)를 경유하는 경우와, 경유하지 않는 경우의 총 2가지가 고려된다.
밸브(23A 및 23C)가 폐쇄되는 경우에는 터보분자 펌프(23B)를 사용하지 않고서 밸브(24A)를 열고, 드라이 펌프(24)만을 이용한다. 이 경우에는 퍼지할 때에 잔류 수분 등이 부착하는 영역이 작아지는 것, 또한 펌프의 배기 속도가 크기 때문에 잔류 가스를 배제하기 쉬운 이점이 있다.
또한, 밸브(23A 및 23C)를 개방하고 밸브(24A)를 폐쇄하여 터보분자 펌프(23B)를 배기 경로로서 사용하는 경우도 있다. 이 경우에는 터보분자 펌프를 이용함으로써 처리용기내의 진공도를 올릴 수 있기 때문에, 잔류 가스 분압을 낮게 할 수 있다.
이와 같이, 도 4의 기판 처리장치(20)를 사용함으로써, 피처리 기판 W의 표면에 매우 얇은 산화막을 형성하고, 해당 산화막 표면을 다음에 도 7a, 도 7b에서 후술하는 바와 같이 또한 질화하는 것이 가능해진다.
(제 3 실시예)
도 7a, 도 7b는 본 발명의 제 3 실시예로서 각각 도 4의 기판 처리장치(20)를 사용하여 피처리 기판 W의 래디컬 질화를 실행하는 경우를 도시하는 측면도 및 평면도이다.
도 7a, 도 7b를 참조하면, 리모트 플라즈마 래디컬원(26)에는 Ar 가스와 질소 가스가 공급되고, 플라즈마를 수 100kHz의 주파수로 고주파 여기함으로써 질소 래디컬이 형성된다. 형성된 질소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 상기 배기구(21A) 및 펌프(24)를 거쳐서 배기된다. 그 결과 상기 처리 공간(21B)은 기판 W의 래디컬 질화에 적당한 1.33 Pa 내지 1.33kPa(0.01 내지 10 Torr)의 범위의 프로세스압으로 설정된다. 특히 6.65 내지 133 Pa(0.05 내지 1.0 Torr)의 압력 범위를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 형성된 질소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐를 때에, 회동하고 있는 피처리 기판 W의 표면을 질화한다.
도 7a, 도 7b의 질화 공정에서는, 질화 공정에 앞서서, 퍼지 공정을 실행하는 것도 가능하다. 상기 퍼지 공정에서는 상기 밸브(23A 및 23C)가 개방되고, 밸브(24A)가 폐쇄됨으로써 상기 처리 공간(21B)의 압력이 1.33×10-1 내지 1.33×10-4 Pa의 압력까지 감압되고, 처리 공간(21B) 중에 잔류하고 있는 산소나 수분이 퍼지된다.
질화 처리에 있어서도, 배기 경로로서 터보분자 펌프(23B)를 경유하는 경우와, 경유하지 않는 경우의 총 2가지가 고려된다.
밸브(23A 및 23C)가 폐쇄되는 경우에는 터보분자 펌프(23B)를 사용하지 않고서 밸브(24A)를 열고, 드라이 펌프(24)만을 이용한다. 이 경우에는 퍼지할 때에 잔류 수분 등이 부착하는 영역이 작아지는 것, 또한 펌프의 배기 속도가 크기 때문에 잔류 가스를 배제하기 쉬운 이점이 있다.
또한, 밸브(23A 및 23C)를 개방하고 밸브(24A)를 폐쇄하여 터보분자 펌프(23B)를 배기 경로로서 사용하는 경우도 있다. 이 경우에는 터보분자 펌프를 이용함으로써 처리용기내의 진공도를 올릴 수 있기 때문에, 잔류 가스 분압을 낮게 할 수 있다.
이와 같이, 도 4의 기판 처리장치(20)를 사용함으로써, 피처리 기판 W의 표면에 매우 얇은 산화막을 형성하고, 그 산화막 표면을 또한 질화하는 것이 가능해진다.
(제 4 실시예)
그런데, 상기의 피처리 기판 W 상의 산화막의 질화 공정에 있어서, 리모트 플라즈마원(26)에 의해 생성된 질소 래디컬은, 상기 리모트 플라즈마원(26)의 상기 가스 출구(26c)로부터 상기 처리용기(21) 내부, 상기 처리 공간(21B)에 공급되어, 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 또한 상기 배기구(21A)를 향하는 질소 래디컬 유로를 형성한다.
본 발명의 제 4 실시예로서, 상기한 바와 같은 질소 래디컬 유로가 형성되는 모양을 모식적으로 도시한 것을 도 8에 도시한다. 단지 도면에 있어서, 앞에서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
도 8은 상기 리모트 플라즈마원(26) 및 상기 피처리 기판 W의 위치관계를, 상기 가스 출구(26c)로부터 공급되는 질소 래디컬이 형성하는 질소 래디컬 유로 R1, 및 그 결과로서 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 래디컬 분포와 함께 개략적으로 도시한다.
도 8을 참조하면, 상기 가스 출구(26c)로부터 공급된 질소 래디컬은, 해당 가스 출구(26c)로부터 상기 배출구(21A)를 향하는 질소 래디컬 유로 R1을 형성한다. 여기서 상기 피처리 기판 W의 중심을 웨이퍼 중심 C로 하고, 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하여 직행하는 x축과 y축을, 상기 리모트 플라즈마원(26)이 설치되는 상기 처리용기(21)의 제 1 측으로부터 상기 배기구(21A)가 마련된 상기 처리용기(21)의 제 2 측을 향하는 축을 x축으로 하고, 직행하는 축을 y축으로 설정한다.
또한, 상기 질소 래디컬 유로 R1이, 상기 피처리 기판 W의 산화막을 질화하는 범위를 영역 S1로 나타낸다. 이 경우, 피처리 기판 W는 회동하지 않는 것으로 한다.
이 경우, 상기 영역 S1의 x축 방향의 길이 X1은 질소 래디컬의 유량, 즉 상기 리모트 플라즈마원(26)에 도입되는 질소의 유량에 거의 의존한다고 고려된다.
또한, 상기 질소 래디컬 유로 R1이 상기 피처리 기판 W 상을 통과할 때의 상기 질소 래디컬 유로 R1의 중심과 상기 웨이퍼 중심 C의 거리를 Y1로 하면, 상기 피처리 기판 W를 회동시킨 경우의 상기 피처리 기판 W 상의 산질화막의 막두께의 분산값 σ는 상기 거리 X1과 거리 Y1에 의존한다고 고려된다.
다음에, 상기 거리 X1 및 거리 Y1을 변화시킨 경우의, 산질화막의 막두께 분산값 σ를 산정한 결과를 도 9에 나타낸다. 또, 도 9는 피처리 기판 W에 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 이용한 경우이다.
도 9를 참조하면, 가로축은 상기 거리 X1을 나타내고, 세로축은 산질화막의 막두께 분산값 σ를 나타낸다. 계열 1은 상기 거리 Y1이 0㎜인 경우, 마찬가지로 계열 2는 거리 Y1이 20㎜, 계열 3은 거리 Y1이 40㎜, 계열 4는 거리 Y1이 60㎜, 계열 5는 거리 Y1이 100㎜, 계열 6은 거리 Y1이 150㎜인 경우를 나타낸다.
우선, 거리 Y1이 0인 경우, 즉 상기 질소 래디컬 유로 R1의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하는 경우이고, 또한 상기 거리 X1이 100㎜인 경우에 가장 상기 분산값 σ가 작고, 산질화막의 막두께 분포가 양호하다.
다음에, 각각의 거리 Y1의 값에 대하여 거리 X1을 변화시킨 경우에, 가장 분산값 σ가 작아지는 점을 이은 곡선을 도면에서 U로 나타내지만, 상기 거리 Y1의 값이 커짐에 따라, 상기 분산값 σ가 가장 작아지는 거리 X1의 값이 커지는 경향이 있다. 또한, 거리 Y1이 100㎜, 150㎜인 경우에는 상기 래디컬 유로 R1의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C로부터 크게 벗어나 버리기 때문에 이 경향은 적합하지 않고, 상기 분산값 σ의 값이 극단적으로 크게 되어 있다.
예컨대, 상기 기판 처리장치(20)에 의해 형성되는 산화막 및 산질화막을, 상기 반도체 장치(200)의 상기 베이스 산화막(202) 및 산질화막(202A)에 이용하는 것을 고려한 경우, 상기 분산값 σ가 1% 이하인 경우에 산질화막의 막두께 분포가 양호하고, 반도체 장치의 형성에 이용하는 것이 가능하다.
그래서 도 9를 보면, 거리 Y1이 40㎜ 이하인 경우에 σ가 1% 이하로 되는 거리 X1의 값이 존재하고, 양호한 산질화막의 막두께 분포를 얻는 것이 가능하다고 고려된다.
이와 같이, 산질화막의 막두께 분포는, 상기 질소 래디컬 유로 R1의 형성 방법, 즉 상기 질소 래디컬 유로 R1의 형성에 관련되는 상기 리모트 플라즈마원(26)의 설치 방법에 크게 의존하고 있다. 상기한 바와 같이, 이상적으로는, 상기 질소 래디컬 유로 R1이 상기 피처리 기판 W의 중심을 통과하도록 상기 리모트 플라즈마원(26)을 설치하는 것이 좋다.
단지, 리모트 플라즈마원(36)을 이용한 상기 피처리 기판 W의 산화공정을 고려하면, 이하의 이유로, 리모트 플라즈마원(36)과 설치 장소가 간섭해 버리는 것이 고려된다.
산소 래디컬이 상기 리모트 플라즈마원(36)의 가스 출구(36c)로부터 상기 배기구(21A)를 향하여 형성하는, 피처리 기판 W를 따른 산소 래디컬 유로 R2에 의해 산화되는 영역은, 상기 영역 S1과 동일한 경향을 나타낸다. 이 때문에, 형성되는 산화막의 막두께 분포가 가장 양호하게 되는 상기 리모트 플라즈마원(36)의 설치 장소는, 상기의 x축상으로 되고, 상기 리모트 플라즈마원(26)을 x축상에 설치하고자 하면, 상기 리모트 플라즈마원(36)과 간섭해 버린다.
그래서, 상기 리모트 플라즈마원(26 및 36)이 간섭하지 않고, 또한 형성되는 산화막과 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호해지도록, 상기 리모트 플라즈마원(26 및 36)을 설치하는 것이 필요로 된다.
(제 5 실시예)
도 10a, 도 10b, 도 10c는 본 발명의 제 5 실시예로서 상기 리모트 플라즈마원(26 및 36)을 상기 처리용기(21)에 설치하는 설치 방법을 도시한 도면이다. 단지 도면에 있어서, 앞에서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
우선, 도 10a를 참조하면, 상기 리모트 플라즈마원(26 및 36)이 인접하고, 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2가 평행으로 되도록 상기 처리용기(21)에 설치되어 있다.
이 경우, 상기한 바와 같이, 상기 Y1이 작을수록 산질화막의 막두께 분포가 양호하게 되기 때문에, 상기 Y1, 즉 x축상으로부터의 상기 리모트 플라즈마원(26)의 오프셋량을 가능한 한 작게 하여, 40㎜ 이하로 함으로써 산질화막의 막두께의 분산값 σ1이 1% 이하로 되는 것을 달성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 마찬가지로, 상기 산소 래디컬 유로 R2의 중심과 상기 웨이퍼중심 C의 거리 X2를 가능한 한 작게 할수록 산화막의 막두께 분포가 양호해지기 때문에, Y2의 값, 즉 x축상으로부터의 상기 리모트 플라즈마원(36)의 오프셋량을 가능한 한 작게 하여, 40㎜ 이하로 함으로써 산화막의 막두께의 분산값 σ2가 1% 이하로 되는 것을 달성하는 것이 가능해질 것으로 예상된다.
다음에 도 10b를 참조하면, 도 10b의 경우에는, 예컨대 상기 리모트 플라즈마원(36)이 상기 x축상에 설치되고, 상기 산소 래디컬 유로 R2의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하도록 설치되어 있다. 상기 리모트 플라즈마원(26)은, 상기 리모트 플라즈마원(36)으로부터 떨어진 곳에 설치되지만, 이하에 도시하는 바와 같이 상기 질소 래디컬 유로 R1의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하도록 하고 있다.
상기 리모트 플라즈마원(26)의 가스 출구(26c) 부근에, 가스 정류판(26f)을 설치하여 질소 래디컬 유로 R1의 방향을 변경하고 있다. 즉, 상기 가스 출구(26c)로부터 공급되는 상기 질소 래디컬 유로 R1을 상기 가스 정류판(26f)에 충돌시키고, 또한 상기 질소 래디컬 유로 R1을 해당 가스 정류판(26f)을 따른 흐름, 예컨대 도면에서 도시하는 바와 같이 x축에 대하여 θ1의 각도를 형성하는 흐름으로서, 방향이 변경된 후의 질소 래디컬 유로 R1의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하도록 하고 있다.
이 경우, 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2의 쌍방의 중심이 모두 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하기 때문에, 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호하게 된다.
또한, 상기 리모트 플라즈마원(26) 과 (36)을 떨어진 곳에 설치할 수 있기 때문에, 설계나 레이아웃의 자유도가 올라가고, 또한 상기 θ1의 각도를 변경한 정류판을 이용함으로써 여러가지 위치에 상기 리모트 플라즈마원(26)을 설치하는 것이 가능해진다.
또한 상기 리모트 플라즈마원(26)을 상기 x축상에 배치하여, 상기 리모트 플라즈마원(36)의 가스 출구(36c) 부근에 정류판을 설치하는 것도 가능하고, 이 경우에도 마찬가지로 하여, 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2의 쌍방의 중심이 모두 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하고, 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호하게 되도록 하는 것이 가능하다.
게다가, 상기 리모트 플라즈마원(26, 36)을 모두 x축으로부터 떨어진 곳에 배치하여, 각각의 가스 출구(26C, 36C) 부근에 정류판을 설치하는 것도 가능하고, 이 경우에도 마찬가지로 하여 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2의 쌍방의 중심이 모두 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하고, 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호하게 되도록 하는 것이 가능하다.
이와 같이 하면, 설계나 레이아웃의 자유도가 더욱 올라가고, 상기 θ1의 각도를 변경한 2개의 정류판을 이용함으로써 여러가지 위치에 리모트 플라즈마원(26, 36)을 설치하는 것이 가능해진다.
또한, 정류판을 리모트 플라즈마원의 내부, 즉 가스 출구의 내측에 설치하는 것도 가능하다. 이 경우 처리용기(21)의 내부에 정류판의 설치 장소를 확보하는 것이 불필요하게 된다.
또한, 상기 질소 래디컬 유로 R1의 방향을 변경하는 방법의 예로서, 도 10c에 도시하는 방법을 취하는 것도 가능하다.
도 10c를 참조하면, 본 도면에 있어서는 도 10b의 경우와 마찬가지로, 예컨대 상기 리모트 플라즈마원(36)이 상기 x축상에 설치되고, 상기 산소 래디컬 유로 R2의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하도록 설치되어 있다. 상기 리모트 플라즈마원(26)은 상기 리모트 플라즈마원(36)으로부터 떨어진 곳에 설치되지만, 이하에 도시하는 바와 같이 상기 질소 래디컬 유로 R1의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하도록 하고 있다.
이 경우, 상기 리모트 플라즈마원(26)의 가스 출구(26c)로부터 공급되는 상기 질소 래디컬 유로 R1이 상기 x축에 대하여 예컨대 θ2의 각도를 형성하도록 상기 리모트 플라즈마원(26)이 x축에 대하여 경사지게 설치되고, 상기 질소 래디컬 유로 R1의 중심이 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하는 구조로 되어 있다.
그 때문에, 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2의 쌍방의 중심이 모두 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하기 때문에, 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호하게 된다.
또한, 상기 리모트 플라즈마원(26)과 (36)을 떨어진 곳에 설치할 수 있기 때문에, 설계나 레이아웃의 자유도가 올라가고, 또한 상기 θ2의 각도를 변경함으로써 상기 리모트 플라즈마원(26)의 설치 장소를 여러가지로 변경하는 것이 가능해진다.
또한 상기 리모트 플라즈마원(26)을 상기 x축상에 배치하여, 상기 리모트 플라즈마원(36)을 상기 x축에 대하여 경사지게 설치하는 것도 가능하고, 이 경우에도 마찬가지로 하여, 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2의 쌍방의 중심이 모두 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하고, 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호하게 되도록 하는 것이 가능하다.
게다가, 상기 리모트 플라즈마원(26, 36)을 모두 x축으로부터 떨어진 곳에 배치하여, 각각 상기 x축에 대하여 경사지게 설치하는 것도 가능하고, 이 경우에도 마찬가지로 하여 상기 질소 래디컬 유로 R1과 상기 산소 래디컬 유로 R2의 쌍방의 중심이 모두 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하고, 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포가 양호하게 되도록 하는 것이 가능하다.
이와 같이 하면 설계 레이아웃이나 자유도가 더욱 올라가고 상기 θ2의 각도를 각각 변경함으로써 상기 리모트 플라즈마원(26, 36)의 설치장소를 여러가지로 변경하는 것이 가능하다.
또한, 도 10b 및 도 10c에 상기한 방법에 의해, 상기 질소 래디컬 유로 R1 또는 산소 래디컬 유로 R2의 방향을 변경한 경우, 방향을 변경한 후의 상기 R1 또는 R2가 상기 웨이퍼 중심 C를 통과하는 것이 가장 산질화막 및 산화막의 막두께 분포가 양호하지만, 상기 R1 또는 R2와 상기 웨이퍼 중심 C의 거리가 40㎜ 이하이면, 산질화막 또는 산화막의 막두께 분산값 σ는 1% 이하를 확보할 수 있다고 고려된다.
또한, 도 10b에 도시한 바와 같은 정류판과, 도 10c에 도시한 리모트 플라즈마원을 x축에 대하여 경사지게 설치하는 방법을 조합하여 실시하는 것도 가능하고, 그 경우 또한 여러 장소에 상기 리모트 플라즈마원(26 및 36)을 설치하여 또한 상기 피처리 기판 W 상에 형성되는 산화막 및 산질화막의 쌍방의 막두께 분포를 양호하게 할 수 있다.
(제 6 실시예)
다음에, 본 발명의 제 6 실시예에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 처리용기에 있어서, 실리콘 기판을 산화하여 산화막을 형성하고, 해당 처리용기에서 해당 산화막을 질화하여 산질화막을 형성하는 경우, 산화의 공정에 있어서 이용한 산소 및 산소를 포함하는 잔류물의 영향으로 질화 처리시에 산화 반응을 발생하여, 산화막을 증막시켜 버릴 우려가 있다. 이와 같이 산질화 처리시에 산화막이 증막해 버리면, 상기 도 3에 도시한 고유전체 게이트 절연막을 사용하는 효과는 상쇄되어 버린다.
그래서, 고유전체 게이트 절연막의 베이스 산화막 및 해당 산화막상의 산질화막을 형성할 때에는, 베이스 산화막의 증막의 영향을 배제하여 질화를 실행하는 것이 중요하다. 이와 같은 산질화막 형성의, 잔류 산소의 영향이 많은 경우와 적은 경우의 모델의 예를 도 11에 도시한다. 도 11의 그래프는, 가로축이 실리콘 기판상에 형성되는 산화막과 산질화막의 두께를 부가한, 형성되는 합계의 막두께를 나타내고, 세로축이 형성되는 산질화막의 질소 농도를 나타내고 있다.
우선, 잔류 산소의 영향이 큰 경우, 도면에서 도시한 F0의 경우에는 이하와 같이 된다. F0상의 점에서, 실리콘 기판상에 베이스 산화막을 형성한 시점을 a로 하고, a에 있어서의 막두께를 T1, 질소 농도를 C1로 한다. 이 경우에는 질화 공정전이기 때문에 질소 농도는 측정 한계하의 값이다.
다음에, 상기 베이스 산화막을 질화하여 해당 베이스 산화막상에 산질화막을 형성한 상태가 b'이다. b'에 있어서의 막두께는 T2', 질소 농도는 C2'이다. 또한 b'의 상태로부터 질화를 진행시킨 상태가 c'이고, 막두께는 T3', 질소 농도가 C3'로 된다.
이와 같이, F0의 케이스에서는 산화막을 질화함으로써 질소 농도가 상승하지만 막두께의 증가, 예컨대 T3'-T1의 값이 후술하는 잔류 산소가 적은 경우에 비해서 커질 것으로 예상된다. 또한, 질소 농도의 상승도 후술하는 잔류 산소의 영향이 적은 경우에 비해서 작아진다고 고려된다.
다음에, 잔류 산소의 영향이 적은 경우, 도면에서 도시한 F1의 경우에도 마찬가지로 하여, 실리콘 기판상에 베이스 산화막을 형성한 시점을 a로 하고, 질화한 상태를 b로 하며, b로부터 더욱 질화를 진행시킨 상태를 c로 나타낸다. 상기 F1의 경우에는, b의 상태에서의 막두께 증가가 적고, 또한 c의 상태까지 진행시킨 경우의 막두께 증가 T3-T1의 값이 상기 F0의 경우에 비해서 적을 것으로 예상된다.
또한, 질소 농도 C2 및 C3도 상기의 C2', C3'에 비해서 높다. 이것은 상기 F1의 경우에는, 처리용기중 등의 잔류 산소의 영향이 적기 때문에, 질화 공정에 있어서, 잔류 산소에 의한 실리콘 기판의 산화가 촉진되는 일이 없고, 또한 그 때문에 질화가 진행하기 쉽기 때문에 질소 농도가 높은 산질화막을 형성하는 것이 가능하다.
즉, 처리용기중의 잔량 산소의 영향을 배제함으로써, 고유전체 게이트 절연막의 게이트 산화막의 베이스 산화막으로서 바람직한 두께, 예컨대 약 0.4㎚ 이하를 확보하면서, 해당 베이스 산화막상에 소망하는 값의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다고 고려된다.
예컨대 상기 기판 처리장치(20)의 경우, 산화에 이용하는 산소 래디컬을 형성하는 래디컬원과, 질화에 이용하는 질소 래디컬을 형성하는 래디컬원은 분리되어 있지만, 그래도 산소 래디컬을 형성할 때에 이용하는 산소 및 산소를 포함하는 잔류물의 영향을 완전히 배제할 수 있는 것은 아니다.
다음에, 구체적으로 잔류 산소의 영향을 억제하는 방법에 관하여 이하에 설명한다.
(제 7 실시예)
도 12a, 도 12b는 본 발명의 제 7 실시예로서 각각 도 4의 기판 처리장치(20)를 사용하여 피처리 기판 W의 래디컬 산화를 실행하는 방법을 도시하는 측면도 및 평면도이다. 단지 도면에 있어서, 앞에서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 본 실시예의 경우에는, 본 도면에 도시하는 산화 공정후의 질화 공정시에, 잔류 산소의 영향이 적고, 베이스 산화막의 증막이 적다고 하는 특징을 갖고 있다.
본 도면에 있어서는, 상기 도 6a, 도 6b에 도시한 경우와 마찬가지로, 실리콘 기판을 산화하여 베이스 산화막을 형성하지만, 상기 도 6a, 도 6b에 도시한 경우와 상이한 점은 상기 리모트 플라즈마 래디컬원(36)으로부터 산소 래디컬이 상기 처리 공간(21B)에 공급될 때에, 동시에 상기 리모트 플라즈마원(26)으로부터, 예컨대 Ar 등의 퍼지 가스가 상기 처리 공간(21B)에 공급되는 것이다. 상기의 퍼지 가스가 공급되는 것 이외에는, 도 6a, 도 6b의 경우와 동일하다.
상기한 바와 같이, 실리콘 기판을 산화하여 베이스 산화막을 형성하는 공정에서는, 산소 래디컬을 이용하기 때문에, 상기한 바와 같이 상기 처리 공간(21B)에는 상기 리모트 플라즈마원(36)으로부터 산소 래디컬이 도입된다. 그 때에, 상기 리모트 플라즈마원(26)의 상기 가스 출구(26c)로부터 산소 래디컬이나, 예컨대 H2O 등의 산소를 포함하는 부생성물이 역류해 버리는 경우가 있다.
이와 같이, 산소 래디컬이나 산소를 포함하는 부생성물이 역류해 버리면, 예컨대 도 7a, 도 7b에 도시하는 질화 공정에 있어서, 베이스 산화막의 증막이나, 질소 농도의 저하라고 하는 문제를 야기하는 경우가 있다.
그 때문에, 본 실시예에서는 상기 리모트 플라즈마원(26)으로부터 상기 처리 공간(21B)에 퍼지 가스를 도입하여, 산소나, 산소를 포함하는 생성물이 상기 리모트 래디컬원(26)에 역류하는 것을 방지하고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 리모트 플라즈마원(26)으로 역류한 산소나 산소를 포함하는 생성물을 배제하기 위하여, 예컨대 진공 퍼지나 불활성 가스에 의한 가스 퍼지를 실행하는 방법이 있다.
예컨대 진공 퍼지는 상기의 산화 공정 종료후에 상기 처리 공간을 저압(고진공) 상태로 배기하여, 상기 처리 공간(21B)이나 상기 리모트 플라즈마원(26)에 잔류한 산소나 산소를 포함하는 생성물을 제거하는 방법이다.
가스 퍼지는 마찬가지로 상기의 산화 공정 종료후에 상기 처리 공간(21B)에 불활성 가스를 도입하여 상기 처리 공간(21B)이나 상기 리모트 플라즈마원(26)에 잔류한 산소를 제거하는 방법이다.
통상은 상기 진공 퍼지와 가스 퍼지를 조합하여 수회 실행된다. 그러나 상기의 진공 퍼지와 가스 퍼지를 실행하면, 처리 시간을 필요로 하기 때문에, 기판 처리장치(20)의 스루풋이 저하하여 생산성이 저하하는 문제가 있다. 또한, 진공 퍼지를 실행하기 위해서는, 예컨대 터보분자 펌프 등의 배기 속도가 큰 고가의 배기 수단을 필요로 하기 때문에, 장치의 코스트 업으로 이어진다고 하는 문제가 있다.
본 실시예에서는, 장치의 스루풋을 저하시키는 일 없이, 상기한 바와 같은 잔류 산소의 영향을 배제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 12a, 도 12b에 도시한 산화 공정 후에는, 도 7a, 도 7b에서 상기한 질화 공정을 실행하여, 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성한다. 그 때에, 상기한 바와 같이 상기 리모트 플라즈마원(26)에의 산소의 역류의 영향을 배제하고 있기 때문에, 잔류한 산소나 산소를 포함하는 생성물에 의해 산화가 진행하여 베이스 산화막이 증막해 버리는 현상을 억제하고, 또한 그 때문에 질화가 진행하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
그 결과, 도 3에서 상기한, 상기 반도체 장치(200)에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은, 예컨대 0.4㎚ 정도의 베이스 산화막(202)과, 베이스 산화막상의 적절한 농도의 산질화막(202A)을 형성하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시예에 있어서 이용하는 퍼지 가스는 불활성 가스이면 무방하고, 상기의 Ar 가스 이외에, 질소, 헬륨 등을 이용하는 것이 가능하다.
또한, 상기의 베이스 산화막의 형성시의 산화 공정에 있어서 퍼지 가스를 이용하여 잔류 산소의 영향을 줄이는 방법을, 다른 장치에 있어서 실시하는 것도 가능하다. 예컨대, 산소 래디컬을 생성하기 위한 래디컬원에, 자외광원을 탑재한 이하에 나타내는 기판 처리장치(20A)에서도 실시하는 것이 가능하다.
(제 8 실시예)
도 13은 본 발명의 제 8 실시예로서 도 3의 실리콘 기판(201)상에 매우 얇은 베이스 산화막(202)을, 산질화막(202A)을 포함해서 형성하기 위한, 기판 처리장치(20A)의 개략적 구성을 도시한다. 단지 도면에 있어서, 앞에서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
도 13을 참조하면, 본 도면에 도시하는 기판 처리장치(20A)의 경우에는, 도 4에 도시한 상기 기판 처리장치(20)의 경우에 비교해서 상이한 점은, 우선 상기 처리용기(21)에, 피처리 기판 W를 이격하여 상기 배기구(21A)와 대향하는 측에 산소 가스를 공급하는 처리 가스 공급노즐(21D)이 마련되어 있고, 상기 처리 가스 공급노즐(21D)에 공급된 산소 가스는 상기 프로세스 공간(21B) 중을 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 상기 배기구(21A)로부터 배기되는 구조로 되어 있는 것이다.
또한, 이와 같이 상기 처리 가스 공급노즐(21D)로부터 공급된 처리 가스를 활성화하여 산소 래디컬을 생성시키기 위해서, 상기 처리용기(21)상, 상기 처리 가스 공급노즐(21D)과 피처리 기판 W 사이의 영역에 대응하여 석영 창(25A)을 갖는 자외광원(25)이 마련된다. 즉 상기 자외광원(25)을 구동함으로써 상기 처리 가스 공급노즐(21D)로부터 프로세스 공간(21B)에 도입된 산소 가스가 활성화되고, 그 결과 형성된 산소 래디컬이 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐른다. 이에 의해, 회동하고 있는 상기 피처리 기판 W의 표면에, 1㎚ 이하의 막두께의, 특히 2 내지 3 원자층분의 두께에 상당하는 약 0.4㎚의 막두께의 래디컬 산화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한 상기 처리용기(21)에는 상기 피처리 기판 W에 대하여 배기구(21A)와 대향하는 측에 리모트 플라즈마원(26)이 형성되어 있다. 그래서 상기 리모트 플라즈마원(26)에 Ar 등의 불활성 가스와 함께 질소 가스를 공급하고, 이것을 플라즈마에 의해 활성화함으로써, 질소 래디컬을 형성하는 것이 가능하다. 이와 같이 하여 형성된 질소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 회동하고 있는 피처리 기판 표면을 질화한다.
또, 상기 기판 처리장치(20A)에 있어서는, 산소 래디컬의 생성에 상기 자외광원(25)을 이용하고 있기 때문에, 상기 기판 처리장치(20)와 같이 상기 리모트 플라즈마원(36)은 설치되어 있지 않다.
도 14a, 도 14b는 각각 도 13의 기판 처리장치(20A)를 사용하여 통상의 방법으로 피처리 기판 W의 래디컬 산화를 실행하는 경우를 도시하는 측면도 및 평면도이다.
도 14a를 참조하면, 상기 프로세스 공간(21B) 중에는 처리 가스 공급노즐(21D)로부터 산소 가스가 공급되고, 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐른 후, 배기된다. 배기 경로로서는 터보분자 펌프(23B)를 경유하는 경우, 경유하지 않는 경우의 2가지가 고려된다.
밸브(23A 및 23C)가 폐쇄되는 경우에는 터보분자 펌프(23B)를 사용하지 않고서 밸브(24A)를 열고, 드라이 펌프(24)만을 이용한다. 이 경우에는 잔류 수분 등이 부착하는 영역이 작아지는 것, 또한 펌프의 배기 속도가 크기 때문에 가스를 배제하기 쉬운 이점이 있다.
또한, 밸브(23A 및 23C)를 개방하고 밸브(24A)를 폐쇄하여 터보분자 펌프(23B)를 배기 경로로서 사용하는 경우도 있다. 이 경우에는 터보분자 펌프를 이용함으로써 처리용기내의 진공도를 올릴 수 있기 때문에, 잔류 가스 분압을 낮게 할 수 있다.
이와 동시에, 바람직하게는 172㎚의 파장의 자외광을 발생하는 자외광원(25)을 구동함으로써, 이와 같이 하여 형성된 산소 가스류중에 산소 래디컬이 형성된다. 형성된 산소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐를 때에, 회동하고 있는 기판 표면을 산화한다. 이와 같은 피처리 기판 W의 자외광 여기 산소 래디컬에 의한 산화(이하 UV-O2 처리)에 의해, 실리콘 기판 표면에 1㎚ 이하의 막두께의 매우 얇은 산화막, 특히 2 내지 3 원자층에 상당하는 약 0.4㎚의 막두께의 산화막을 안정적으로 재현성 양호하게 형성하는 것이 가능해진다.
도 14b는 도 14a의 구성의 평면도를 도시한다.
도 14b를 참조하면, 자외광원(25)은 산소 가스류의 방향에 교차하는 방향으로 연장하는 관상의 광원이고, 터보분자 펌프(23B)가 배기구(21A)를 거쳐서 프로세스 공간(21B)을 배기하는 것을 알 수 있다. 한편, 상기 배기구(21A)로부터 직접적으로 펌프(24)에 이르는, 도 14b에서 점선으로 도시한 배기 경로는 밸브(23A, 23C)를 폐쇄함으로써 달성된다.
다음에, 도 15a, 도 15b는 각각 도 13의 기판 처리장치(20A)를 사용하여 피처리 기판 W의 래디컬 질화(RF-N2 처리)를 실행하는 경우를 도시하는 측면도 및 평면도이다.
도 15a, 도 15b를 참조하면, 리모트 플라즈마 래디컬원(26)에는 Ar 가스와 질소 가스가 공급되고, 플라즈마를 수 100kHz의 주파수로 고주파 여기함으로써 질소 래디컬이 형성된다. 형성된 질소 래디컬은 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐르고, 상기 배기구(21A) 및 펌프(24)를 거쳐서 배기된다. 그 결과 상기 프로세스 공간(21B)은 기판 W의 래디컬 질화에 적당한 1.33Pa 내지 1.33kPa(0.01 내지 10 Torr)의 범위의 프로세스압으로 설정된다. 특히 6.65 내지 133 Pa(0.05 내지 1.0 Torr)의 압력 범위를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 형성된 질소 래디컬은, 상기 피처리 기판 W의 표면을 따라 흐를 때에, 회동하고 있는 피처리 기판 W의 표면을 질화한다.
도 15a, 도 15b의 질화 공정에서는, 질화 공정에 앞서서, 퍼지 공정을 실행하여도 무방하다. 상기 퍼지 공정에서는, 상기 밸브(23A 및 23C)가 개방되고, 밸브(24A)가 폐쇄됨으로써 상기 처리 공간(21B)의 압력이 1.33×10-1 내지 1.33×10-4 Pa의 압력까지 감압되고, 처리 공간(21B) 중에 잔류하고 있는 산소나 수분이 퍼지되지만, 질화 처리에 있어서도, 배기 경로로서 터보분자 펌프(23B)를 경유하는 경우, 경유하지 않는 경우의 2가지가 고려된다.
밸브(23A 및 23C)가 폐쇄되는 경우에는 터보분자 펌프(23B)를 사용하지 않고서 밸브(24A)를 열고, 드라이 펌프(24)만을 이용한다. 이 경우에는 퍼지할 때에 잔류 수분 등이 부착하는 영역이 작아지는 것, 또한 펌프의 배기 속도가 크기 때문에 잔류 가스를 배제하기 쉬운 이점이 있다.
또한, 밸브(23A 및 23C)를 개방하고 밸브(24A)를 폐쇄하여 터보분자 펌프(23B)를 배기 경로로서 사용하는 경우도 있다. 이 경우에는 터보분자 펌프를 이용함으로써 처리용기내의 진공도를 올릴 수 있기 때문에, 잔류 가스 분압을 낮게 할 수 있다.
이와 같이, 도 13의 기판 처리장치(20A)를 사용함으로써, 피처리 기판 W의 표면에 매우 얇은 산화막을 형성하고, 그 산화막 표면을 또한 질화하는 것이 가능해진다.
상기의 기판 처리장치(20A)를 이용하여, 앞의 실시예에서 상기한 퍼지 가스을 이용하여 잔류 산소의 영향을 억제하는 방법을 이하에 나타낸다.
도 16a, 도 16b는 각각 도 13의 기판 처리장치(20A)를 사용하여, 본 발명의 제 8 실시예에 의한, 피처리 기판 W의 래디컬 산화를 실행하는 방법을 나타내는 측면도 및 평면도이다. 단지 도면에 있어서, 앞에서 설명한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략한다. 본 실시예는, 본 도면에 도시하는 산화 공정후의 질화공정에 있어서, 잔류 산소의 영향이 적어 산화막의 증막이 적은 방법이다.
도 16a, 도 16b를 참조하면, 본 실시예의 경우에는 상기 도 14a, 도 14b에 도시한 경우와 마찬가지로 피처리 기판 W의 표면의 산화를 실행하지만, 상기 도 14a, 도 14b의 경우와 상이한 점은, 상기 처리 가스 공급노즐(21D)로부터 상기 처리 공간(21B)에, 산소 등의 산소 래디컬 형성을 위한 처리 가스가 공급될 때에, 상기 리모트 플라즈마원(26)으로부터, 예컨대 Ar 등의 퍼지 가스가 상기 처리 공간(21B)에 공급되는 것이다. 상기의 퍼지 가스가 공급되는 것 이외에는, 도 14a, 도 14b의 경우와 동일하다.
상기한 바와 같이, 실리콘 기판을 산화하는 공정에서는, 산소 래디컬을 이용하기 때문에, 상기 처리 공간(21B)에서는 상기 가스 공급노즐(21D)로부터 공급된 처리 가스가 활성화되어, 산소 래디컬이 형성된다. 그 때에, 상기 리모트 플라즈마원(26)의 상기 가스 출구(26c)로부터 산소 래디컬이나, 산소를 포함하는 생성물이 역류하여 진입해 버리는 경우가 있다.
이와 같이, 산소 래디컬이나 산소를 포함하는 생성물이 역류해 버리면, 예컨대 도 15a, 도 15b에 도시하는 질화 공정에 있어서, 베이스 산화막의 증막이나, 질소 농도의 저하라고 하는 문제를 야기하는 경우가 있다.
그 때문에, 본 실시예에서는 상기 리모트 플라즈마원(26)으로부터 상기 처리 공간(21B)에 퍼지 가스를 도입하여, 산소나, 산소를 포함하는 생성물이 상기 리모트 래디컬원(26)에 역류하는 것을 방지하고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 리모트 플라즈마원(26)으로 역류한 산소나 산소를 포함하는 생성물을 배제하기 위해, 예컨대 진공 퍼지나 불활성 가스에 의한 가스 퍼지를 실행하는 방법이 있다.
예컨대 진공 퍼지는 상기의 산화 공정 종료후에 상기 처리 공간을 저압(고진공) 상태로 배기하여, 상기 처리 공간(21B)이나 상기 리모트 플라즈마원(26)에 잔류한 산소를 제거하는 방법이다.
가스 퍼지는 마찬가지로 상기의 산화 공정 종료후에 상기 처리 공간(21B)에 불활성 가스를 도입하여 상기 처리 공간(21B)이나 상기 리모트 플라즈마원(26)에 잔류한 산소를 제거하는 방법이다.
통상은 상기 진공 퍼지와 가스 퍼지를 조합하여 수회 실행된다. 그러나 상기의 진공 퍼지와 가스 퍼지를 실행하면, 처리 시간을 필요로 하기 때문에, 기판 처리장치(20A)의 스루풋이 저하하여 생산성이 저하하는 문제가 있다. 또한, 진공 퍼지를 실행하기 위해서는, 예컨대 터보분자 펌프 등의 배기 속도가 큰 고가의 배기 수단을 필요로 하기 때문에, 장치의 코스트 업으로 이어진다고 하는 문제가 있다.
본 실시예에서는, 장치의 스루풋를 저하시키는 일없이 생산성 양호하게 상기한 바와 같은 잔류 산소의 영향을 배제하는 것이 가능해진다.
또한, 도 16a, 도 16b에 도시한 산화 공정후에는, 도 15a, 도 15b에서 상기한 질화 공정을 실행하여, 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성한다. 그 때에, 상기한 바와 같이 상기 리모트 플라즈마원(26)으로의 산소의 역류의 영향을 배제하고 있기 때문에, 잔류한 산소나 산소를 포함하는 생성물에 의해 산화가 진행하여 베이스 산화막이 증막해 버리는 현상을 억제하고, 또한 그 때문에 질화가 진행하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
그 결과, 도 3에서 상기한, 상기 반도체 장치(200)에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은, 예컨대 0.4㎚ 정도의 베이스 산화막(202)과, 베이스 산화막상의 적절한 농도의 산질화막(202A)을 형성하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시예에 있어서 이용하는 퍼지 가스는 불활성 가스이면 무방하고, 상기의 Ar 가스 이외에, 질소, 헬륨 등을 이용하는 것이 가능하다.
(제 9 실시예)
다음에, 본 발명의 제 9 실시예로서, 도 3의 실리콘 기판(201)상에 매우 얇은 베이스 산화막(202)을, 산질화막(202A)을 포함해서 형성할 때에, 산질화막의 형성 공정에서 베이스 산화막(202)의 증막을 억제하는 별도의 방법을 도 17의 플로우 차트에 나타낸다. 이하의 설명에서는, 기판 처리의 예로서, 상기 기판 처리장치(20A)를 이용한 경우를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 우선 단계 1(도면에서 S1로 표기함, 이하 동일)에 있어서, 피처리 기판인 피처리 기판 W를 상기 기판 처리용기(21)에 반입하여, 상기 기판 유지대(22)에 탑재한다.
다음에, 단계 2에서, 도 14a, 도 14b에서 상기한 바와 같이, 실리콘 기판인 피처리 기판 W의 표면을 산화하여, 실리콘 기판 표면에 1㎚ 이하의 막두께의 매우 얇은 산화막, 특히 2 내지 3 원자층에 상당하는 약 0.4㎚의 막두께의 베이스 산화막을 안정적으로 재현성 양호하게 형성한다.
다음에, 단계 3에 있어서, 피처리 기판 W를 상기 처리용기(21)로부터 밖으로 반출한다.
다음의 단계 4에 있어서, 상기 피처리 기판 W가 반출된 기판 처리용기(21)에 있어서, 해당 기판 처리용기(21)내의 잔류 산소의 제거를 실행한다. 상기 단계 2의 산화 공정에 있어서, 상기 처리용기(21)의 내부인 처리 공간(21B)에는 산소가 공급되고, 또한 산소 래디컬이 생성된다. 그 때문에, 산소나, 예컨대 H2O 등의 산소를 포함하는 생성물 등이, 상기 처리 공간(21B)이나 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간에 잔류하고 있다.
그 때문에, 본 단계에 있어서 상기한 산소나 산소를 포함하는 생성물의 제거 처리를 실행한다.
구체적으로는, 상기 처리용기(21)내에서 상기 피처리 기판 W를 반출한 상태로, 도 15a, 도 15b에서 상기한 질화 공정과 동일한 방법으로, Ar 가스 및 질소 가스를 상기 리모트 플라즈마원(26)에 의해 해리함으로써 생성되는 Ar 래디컬과 질소 래디컬을 포함하는, 활성화된 Ar 가스와 질소 가스를 상기 처리 공간(21B)에 공급하여, 상기 배기구(21A)로부터 배기함으로써, 상기 처리 공간(21B)이나 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간, 예컨대 상기 리모트 플라즈마원(26)의 내부 등에 잔류하는 산소나, 예컨대 H2O 등의 산소를 포함하는 생성물 등을 상기 배기구(21A)로부터 배출한다.
다음에, 단계 5에 있어서, 다시 피처리 기판 W가 상기 처리용기(21)에 반입되어, 상기 기판 유지대(22)에 탑재된다.
계속해서, 단계 6에 있어서, 도 15a, 도 15b에서 상기한 바와 같이, 단계 2에 있어서 베이스 산화막이 형성된 피처리 기판 W의 표면을, 질소 래디컬에 의해 질화하여 산질화막을 형성한다. 이 경우, 상기 단계 4에 있어서 산소 제거 처리가 실행되기 때문에, 산화막의 증막의 영향을 억제한 질화를 실행하는 것이 가능해진다.
즉, 상기 처리용기(21) 내부, 상기 처리 공간(21B) 및 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간, 예컨대 상기 리모트 플라즈마원(26)의 내부 등에 잔류하는, 단계 2에 있어서 산화에 이용한 산소 및 산소를 포함하는 생성물 등이 제거되기 때문에, 본 단계의 질화 공정에 있어서, 단계 2에서 이용한 산소 및 산소를 포함하는 잔류물에 의해 산화막이 증막하는, 또한 질화시에 질소 농도가 낮아져 버린다고 하는 문제를 억제하는 것이 가능해진다. 그 때문에 질화가 진행하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
그 결과, 도 3에서 상기한, 상기 반도체 장치(200)에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은, 예컨대 0.4㎚ 정도의 베이스 산화막(202)과, 베이스 산화막상의 적절한 농도의 산질화막(202A)을 형성하는 것이 가능해진다.
다음에, 단계 7에서 피처리 기판 W를 상기 처리용기(21)로부터 반출하여 처리를 종료한다.
일반적으로, 상기한 바와 같은 상기 처리용기(21) 내부, 상기 처리 공간(21B) 및 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간, 예컨대 상기 리모트 플라즈마원(26)의 내부 등에 잔류하는, 단계 2에 있어서 산화에 이용한 산소 및 산소를 포함하는 생성물 등을 배제하기 위하여, 진공 퍼지나 불활성 가스에 의한 가스 퍼지를 실행하는 것이 가능하다.
예컨대 진공 퍼지는 상기의 산화 공정 종료후에 상기 처리 공간을 저압(고진공) 상태로 배기하여, 상기 처리 공간(21B)이나 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간에 잔류한 산소 및 산소를 포함하는 생성물을 제거하는 방법이다.
가스 퍼지는 마찬가지로 상기의 산화 공정 종료후에 상기 처리 공간(21B)에 불활성 가스를 도입하여 상기 처리 공간(21B)이나 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간 잔류한 산소 및 산소를 포함하는 생성물을 제거하는 방법이다.
통상은 상기 진공 퍼지와 가스 퍼지를 조합하여 수회 반복하여 실행됨으로써 그 효과를 나타내는 것이 많다. 그러나 상기의 진공 퍼지와 가스 퍼지를 반복하여 실행하면, 처리 시간을 필요로 하기 때문에, 기판 처리장치(20A)의 스루풋이 저하하여 생산성이 저하하는 문제가 있다.
또한, 진공 퍼지를 실행하기 위해서는, 진공 퍼지에 유효한, 배기 속도가 큰 고가의 배기 수단을 필요로 하기 때문에, 장치의 코스트 업으로 이어진다고 하는 문제가 있다.
본 실시예에서는, 장치의 스루풋을 저하시키는 일없이 생산성 양호하게 상기한 바와 같은 잔류 산소의 영향을 배제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 있어서 상기한 기판 처리방법은, 예컨대 이하에 나타내는 클러스터형 기판 처리 시스템으로 실행할 수 있다.
(제 10 실시예)
도 18은 본 발명의 제 10 실시예에 의한 클러스터형 기판 처리 시스템(50)의 구성을 도시한다.
도 18을 참조하면, 상기 클러스터형 기판 처리 시스템(50)은 기판 반입/반출을 위한 로드록실(51)과, 기판 표면의 자연 산화막 및 탄소 오염을 제거하는 전처리실(52)과, 도 13의 기판 처리장치(20A)로 이루어지는 처리실(53)과, 기판상에 Ta2O5, Al2O3, ZrO2, HfO2, ZrSiO4, HfSiO4 등의 고유전체막을 퇴적하는 CVD 처리실(54)과, 기판을 냉각하는 냉각실(55)을 진공 반송실(56)에 의해 연결한 구성을 갖고, 상기 진공 반송실(56)중에는 반송 아암(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
본 실시예의 기판 처리방법을 실행하는 경우에는, 우선 상기 로드록실(51)에 도입된 피처리 기판 W는 경로(50a)를 따라 상기 전 처리실(52)에 도입되어, 자연 산화막 및 탄소 오염이 제거된다. 상기 전 처리실(52)에서 자연 산화막이 제거된 피처리 기판 W는 경로(50b)를 따라 상기 단계 1에 있어서 상기 처리실(53)에 도입되고, 상기 단계 2에 있어서, 도 13의 기판 처리장치(20A)에 의해, 베이스 산화막이 2 내지 3 원자층의 균일한 막두께로 형성된다.
상기 처리실(53)에 있어서 베이스 산화막이 형성된 피처리 기판 W는, 상기 단계 3에 있어서 경로(50c)를 따라 상기 진공 반송실(56)에 반송되어, 상기 피처리 기판 W가 상기 진공 반송실(56)에 유지되어 있는 동안에, 상기 단계 4에 있어서, 기판 처리장치(20A)에 의해 제 9 실시예에서 상기한 산소 제거 처리가 실시된다.
그 후, 상기 단계 5에 있어서, 경로(50d)를 따라 다시 피처리 기판 W가 상기 반송실(56)로부터 상기 처리실(53)에 반송되고, 상기 단계 6에 있어서, 상기 기판 처리장치(20A)에 의해 베이스 산화막의 질화가 실행되어 산질화막이 형성된다.
그 후, 상기 단계 7에 있어서 경로(50e)를 따라 피처리 기판 W가 상기 처리실(53)로부터 반출되어, 상기 CVD 처리실(54)에 도입되고, 상기 베이스 산화막상에 고유전체 게이트 절연막이 형성된다.
또한 상기 피처리 기판은 상기 CVD 처리실(54)로부터 경로(50f)를 따라 냉각실(55)로 옮겨져서, 상기 냉각실(55)에서 냉각된 후, 경로(50g)를 따라 로드록실(51)에 복귀되어, 외부에 반출된다.
또, 도 18의 기판 처리 시스템(50)에 있어서, 또한 실리콘 기판의 평탄화 처리를, Ar 분위기중, 고온 열처리에 의해 실행하는 전 처리실을 별도로 마련하여도 무방하다.
이와 같이, 상기의 클러스터형 기판 처리 시스템(50)에 의해서, 제 9 실시예에 상기한 기판 처리방법이 가능해지고, 질화 공정에 있어서 상기 처리용기(21)에 잔류한 산소나 산소를 포함하는 생성물에 의해 산화가 진행하여 베이스 산화막이 증막하여 버리는 현상을 억제하고, 또한 그로 인해 질화가 진행하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
그 결과, 도 3에서 상기한, 상기 반도체 장치(200)에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은, 예컨대 0.4㎚ 정도의 베이스 산화막(202)과, 베이스 산화막상의 적절한 농도의 산질화막(202A)을 형성하는 것이 가능해진다. 베이스 산화막의 증막을 억제하여, 질화를 촉진하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 단계 4에 있어서의 산소 제거 처리시에, 상기 피처리 기판 W를 탑재하는 장소는, 상기 진공 반송실(56)에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 전 처리실(52)이나 상기 냉각실(55) 및 상기 로드록실(51) 등, 외기와 차단되어 상기 피처리 기판 W가 오염되거나, 산화되거나 하는 것을 방지하는 것이 가능하고 또한 반송·반출이 가능한 공간이면 무방하다.
(제 11 실시예)
다음에, 본 발명의 제 11 실시예로서, 앞의 제 10 실시예에 기재한 클러스터형 기판 처리 시스템(50)을 이용하여, 제 9 실시예에 상기한 기판 처리방법을 실행하여 베이스 산화막을 형성하고, 또한 해당 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성한 경우의 막두께와 질소 농도의 관계를 도 19에 나타낸다.
또한, 비교를 위해, 도면에서는, 제 9 실시예에서 상기한 산소 제거 처리를 실행하지 않고, 베이스 산화막의 형성으로부터 해당 베이스 산화막의 질화를 연속적으로 실행한 예, 즉 도 14a, 도 14b에 상기한 베이스 산화막 형성 공정으로부터 도 15a, 도 15b의 질화 공정을 연속적으로 실행한 경우의 결과도 병기했다.
도 19에는 상기 제 9 실시예에 기재된 기판 처리방법을 이용한 경우를 실험 D1 내지 D3에서, 또한 베이스 산화막의 형성으로부터, 해당 베이스 산화막의 질화를 연속적으로 실행한 경우를 실험 I1 내지 I3에서 기재한다. 또한, 상기 실험 D1 내지 D3의 기판 처리의 조건 및 실험 I1 내지 I3의 기판 처리의 조건을 하기(표 1)에 나타낸다.
상기 실험 D1 내지 D3 및 I1 내지 I3의 어느쪽의 경우도 베이스 산화막을 형성하는 조건은 동일하고, 도 14a, 도 14b에서 상기한 방법에 의해, 표에 있어서 상기한 산소 유량, 압력, 기판 유지대의 온도, 처리 시간으로 처리를 실행했다.
또한 실험 I1 내지 I3의 경우, 표에 있어서 상기한 조건의 Ar 유량, 질소 유량, 압력, 기판 유지대 온도, 처리 시간에 의해, 질화 처리를 실행했다. 또, 실험 I1 내지 I3의 경우에는, 산소 제거 처리는 실행하지 않았다.
상기 실험 D1 내지 D3의 경우, 표에 있어서 상기한 Ar 유량, 질소 유량, 처리 시간으로 제 9 실시예에 기재한 산소 제거 처리를 실행하여, 그 후 표에 있어서 상기한 조건으로 질화 처리를 실행했다.
도 19를 참조하면, 산소 제거 처리를 실행하지 않는 실험 I1 내지 I3과 비교해서, 제 9 실시예에 상기한 산소 제거 처리를 실행한 실험 D1 내지 D3의 경우는, 베이스 산화막을 질화할 때의 막두께 증가가 적은 것을 알 수 있다. 또한, 질소 농도가 높고, 질화가 충분히 촉진되고 있는 것을 알 수 있다.
이것은 상기한 바와 같이, 산소 제거 처리를 실행함으로써, 질화 공정에 있어서 잔류 산소에 의한 베이스 산화막의 증막 현상을 억제하고, 질화를 촉진하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능하게 되는 것을 나타내고 있다고 고려된다.
(제 12 실시예)
다음에, 본 발명의 제 12 실시예로서, 상기 기판 처리장치(20A)를 이용하여, 실리콘 기판상에 베이스 산화막을 형성하여, 해당 베이스 산화막을 질화하여 산질화막을 형성하는 경우에, 조건을 변화시킨 경우의 막두께와 질소 농도의 관계를, 후술하는 실험 X1 내지 X5에 대하여 도 20에 도시한다.
또한, 실험 X1 내지 X5의 경우의 기판 처리 조건을 하기(표 2)에 나타낸다.
회전 : 20rpm
상기 실험 X1의 경우, 도 16a, 도 16b에서 상기한 베이스 산화막 형성 방법, 즉 상기 리모트 플라즈마원(26)으로부터 퍼지 가스를 도입하여 산소의 역류를 방지하는 방법에 의해, 표에 있어서 상기한 조건으로, 퍼지 가스인 Ar 유량, 산소 유량, 압력, 기판 유지대 온도, 처리 시간으로 베이스 산화막을 형성했다. 그 후, 도 15a, 도 15b에서 상기한 방법으로, 상기의 표 중의 Ar 유량, 질소 유량, 압력, 기판 유지대 온도, 처리 시간으로 산질화막을 형성했다.
상기 실험 X2 내지 X5의 경우에는, 도 14a, 도 14b에서 상기한 베이스 산화막 형성 방법에 의해, 상기한 조건의 산소 유량, 압력, 기판 유지대 온도, 처리 시간으로 베이스 산화막을 형성하고, 도 15a, 도 15b에서 상기한 질화 방법에 의해, 상기한 조건의 Ar 유량, 질소 유량, 압력, 기판 유지대 온도, 처리 시간으로 산질화막의 형성을 실행했다.
단지, 상기 실험 X2의 경우에는 제 9 실시예에 기재된 기판 처리방법에 따라서, 산소 제거 처리를 상기 표에 있어서의 조건인 Ar 유량, 질소 유량, 처리 시간으로 실행했다.
또한, 상기 실험 X3의 경우에는, 베이스 산화막의 형성 종료후에 일단 웨이퍼를 상기 처리용기(21)로부터 반출하고, 그대로 처리용기(21)에 재반입만 실행하여, 그 후 산질화막 형성 공정으로 이행했다.
상기 실험 X4의 경우에는, 베이스 산화막 형성 종료후에 피처리 기판 W를 반출하지 않고, 그대로 질화 공정으로 이행하고 있다.
상기 실험 X5의 경우에는, 산질화막 형성시의, 잔류 산소의 영향을 조사하기 위하여, 베이스 산화막의 형성후에 일단 피처리 기판 W를 반출하여, 상기 기판 처리장치(20A)에 있어서, 표에 있어서 상기한 조건으로 산소를 도입하여 산소 래디컬 처리를 실행하고, 그 후 피처리 기판 W를 재반입하여 산질화막 형성을 실행하고 있다.
도 20을 참조하면, 막두께의 증가에 대한 질소 농도의 경향을 본 경우, 상기 실험 X1의 경우와, 상기 실험 X2의 경우가 거의 동일한 경향을 나타내고 있고, 후술하는 실험 X3 내지 X5의 경우에 비해서, 질화 공정에 있어서의 베이스 산화막의 증막이 억제되고, 또한 질화가 촉진하여 질소 농도가 높아지고 있다고 고려된다.
상기 실험 X1의 경우, 도 16a, 도 16b에 상기한 베이스 산화막의 형성 방법을 실행함으로써, 실리콘 기판을 산화할 때에, 질화를 위한 래디컬원인 상기 리모트 플라즈마원(26)에의 산소나 산소 래디컬 및 산소를 포함하는 생성물의 역류를 방지하고 있다. 그 결과, 베이스 산화막 형성후의 질화 공정에 있어서, 잔류 산소나 산소를 포함하는 생성물의 영향을 배제하여, 베이스 산화막의 증가를 억제하여, 또한 질화를 촉진시킨 높은 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실험 X2의 경우에는, 상기의 산소 제거 처리에 의해, Ar 래디컬과 질소 래디컬을 포함하는, 활성화된 Ar 가스와 질소 가스에 의해, 상기 처리 공간(21B)이나 해당 처리 공간(21B)에 연통하는 공간, 예컨대 상기 리모트 플라즈마원(26)의 내부 등에 잔류하는 산소나, 예컨대 H2O 등의 산소를 포함하는 생성물 등을 제거하고, 베이스 산화막 형성후의 질화 공정에 있어서, 잔류 산소나 산소를 포함하는 생성물의 영향을 배제하여, 베이스 산화막의 증가를 억제하고, 또한 질화를 촉진시킨 높은 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또, 상기 실험 X3과 X4가, 막두께와 질소 농도의 관계에서, 거의 동일한 경향을 나타내고 있다. 이로부터, 단지 피처리 기판 W를 상기 처리용기(21)로부터 반출·재반입하는 것만으로는 상기한 바와 같은 잔류 산소를 제거하는 효과는 없고, 상기한 바와 같은 산소 제거 처리가 필요하다고 고려된다.
또한, 잔류 산소가 질화시에 미치는 영향을 확인하기 위해, 실험 X5의 경우에는 베이스 산화막 형성 종료후에, 상기 처리용기(21)에 산소 래디컬을 공급하고 있다. 실험 X5의 경우에는, 베이스 산화막의 증막이 크고, 또한 질소 농도가 낮기 때문에 상기 처리 공간(21B) 및 상기 처리 공간(21B)에 연통하는 공간에 잔류한 산소 및 산소를 포함하는 생성물이, 질화공정시에 실리콘 기판을 산화하여 베이스 산화막의 증막의 원인으로 되고, 그 때문에 질화가 촉진하지 않고, 질소 농도가 낮은 것으로 고려된다.
또한, 예컨대 제 9 내지 10 실시예에 기재된 기판 처리방법을 상기 기판 처리장치(20)를 이용하여 실행하는 것도 가능하고, 또한 제 8 실시예에 기재된 퍼지 가스를 이용하여 산소의 역류를 방지하는 방법과, 제 9 내지 10 실시예에 기재된 산소 제거 처리를 조합하여 실시하는 것도 가능하고, 그 경우에도 마찬가지로, 산질화막 형성 공정에 있어서, 산소나 산소를 포함하는 생성물에 의해 산화가 진행하여 베이스 산화막이 증막해 버리는 현상을 억제하고, 또한 그 때문에 질화가 진행하여 소망하는 질소 농도의 산질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
그 결과, 도 3에서 상기한, 상기 반도체 장치(200)에 있어서 이용하는 경우에 적절한 매우 얇은, 예컨대 0.4㎚ 정도의 베이스 산화막(202)과, 베이스 산화막상의 적절한 농도의 산질화막(202A)을 형성하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 특정 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재한 요지내에서 여러가지 변형·변경이 가능하다.
또한, 본원은 기초 출원인 2003년 3월 17일 출원된 특원 2003-72650호에 근거하고 있고, 여기에 인용함으로써 그 내용을 편성한 것으로 한다.

Claims (30)

  1. 처리 공간을 형성하는 처리용기와,
    상기 처리 공간중의 피처리 기판을 유지하는 회동 가능한 유지대와,
    상기 유지대의 회동기구와,
    상기 처리 용기상, 상기 유지대에 대하여 제 1 측의 단부에 마련된, 고주파 플라즈마에 의해 질소 래디컬을 형성하여 상기 질소 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 피처리 기판을 이격하여 대향하는 제 2 측으로 흐르도록 상기 처리 공간에 공급하는 질소 래디컬 형성부와,
    상기 제 1 측의 단부에 마련된, 고주파 플라즈마에 의해 산소 래디컬을 형성하여 상기 산소 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 흐르도록 상기 처리 공간에 공급하는 산소 래디컬 형성부와,
    상기 제 2 측의 단부에 마련되고, 상기 처리 공간을 배기하는 배기 경로를 갖고,
    상기 질소 래디컬 및 산소 래디컬은, 각각 상기 질소 래디컬 형성부 및 산소 래디컬 형성부로부터 상기 배기 경로를 향하여 상기 피처리 기판 표면을 따른 질소 래디컬 유로 및 산소 래디컬 유로를 형성하여 흐르는 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 래디컬 형성부는 제 1 가스 통로와 상기 제 1 가스 통로의 일부에 형성되어 상기 제 1 가스 통로를 통과하는 질소 가스를 플라즈마 여기하는 제 1 고주파 플라즈마 형성부를 포함하고, 상기 산소 래디컬 형성부는 제 2 가스 통로와 상기 제 2 가스 통로의 일부에 형성되어 상기 제 2 가스 통로를 통과하는 산소 가스를 플라즈마 여기하는 제 2 고주파 플라즈마 형성부를 포함하며, 상기 제 1 가스 통로와 상기 제 2 가스 통로가 상기 처리 공간에 연통하고 있는 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 래디컬 유로와 상기 산소 래디컬 유로가 대략 평행한 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 래디컬 유로의 중심과, 상기 피처리 기판의 중심과의 사이의 거리가 40㎜ 이하로 되도록 상기 질소 래디컬 형성부를 설치한 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 래디컬 유로의 중심과, 상기 피처리 기판의 중심과의 사이의 거리가 40㎜ 이하로 되도록 상기 산소 래디컬원을 설치한 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 래디컬 유로의 중심과, 상기 산소 래디컬 유로의 중심이 상기 피처리 기판의 대략 중심에서 교차하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 래디컬 유로를 충돌시켜 상기 질소 래디컬 유로의 방향을 변경하는 정류판을 마련한 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 래디컬 유로를 충돌시켜 상기 산소 래디컬 유로의 방향을 변경하는 정류판을 마련한 것을 특징으로 하는
    기판 처리장치.
  9. 처리 공간을 형성하고, 상기 처리 공간중에 피처리 기판을 유지하는 유지대를 구비한 처리용기와,
    상기 처리용기에 제 1 래디컬을, 상기 제 1 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 처리용기의 제 1 측으로부터 상기 피처리 기판을 이격하여 대향하는 제 2 측으로 흐르도록 공급하는 제 1 래디컬 형성부와,
    상기 처리 공간에 제 2 래디컬을, 상기 제 2 래디컬이 상기 피처리 기판 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 흐르도록 공급하는 제 2 래디컬 형성부를 갖는 기판 처리장치에 의한 기판 처리방법에 있어서,
    상기 제 1 래디컬 형성부로부터 상기 처리 공간에 제 1 래디컬을 공급하여 상기 피처리 기판의 처리를 실행하면서, 상기 제 2 래디컬 형성부로부터 상기 제 2 래디컬 형성부를 퍼지하는 퍼지 가스를 상기 처리 공간에 도입하는 제 1 공정과,
    상기 제 2 래디컬 형성부로부터 상기 처리 공간에 상기 제 2 래디컬을 도입하여 상기 피처리 기판의 처리를 실행하는 제 2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피처리 기판은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 공정에서는 상기 제 1 래디컬인 산소 래디컬에 의해 상기 실리콘 기판 표면을 산화하여 산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에서는 상기 제 2 래디컬인 질소 래디컬에 의해 상기 산화막 표면을 질화하여 산질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 래디컬 및 제 2 래디컬은 상기 피처리 기판의 표면을 따라 상기 제 1 측으로부터 상기 제 2 측으로 흐르는 가스의 흐름을 타고 공급되고, 상기 제 2 측에서 배기되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 래디컬 형성부는 고주파 플라즈마에 의해 산소 래디컬을 형성하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 래디컬 형성부는 산소 래디컬을 형성하는 자외광원을 포함하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 래디컬 형성부는 고주파 플라즈마에 의해 질소 래디컬을 형성하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 래디컬 형성부는 가스 통로와, 상기 가스 통로의 일부에 형성되어 상기 가스 통로를 통과하는 질소 가스를 플라즈마 여기하는 고주파 플라즈마 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 상기 가스 통로를 거쳐서 공급되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  19. 처리용기에서 피처리 기판의 제 1 처리를 하는 제 1 공정과,
    상기 피처리 기판을 상기 처리용기로부터 반출하는 제 2 공정과,
    상기 처리용기의 산소 제거 처리를 실행하는 제 3 공정과,
    상기 피처리 기판을 상기 처리용기에 반입하는 제 4 공정과,
    상기 피처리 기판의 제 2 처리를 하는 제 5 공정을 갖는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 산소 제거 처리에 있어서는, 처리 가스를 플라즈마 여기하여 상기 처리용기에 도입하고, 해당 처리 가스를 상기 처리용기로부터 배기하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 피처리 기판은 실리콘 기판이고, 상기 제 1 처리는 상기 실리콘 기판 표면을 산화하여 산화막을 형성하는 산화 처리인 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 처리는 상기 산화막을 질화하여 산질화막을 형성하는 질화 처리인 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 처리용기는 산소 래디컬 형성부와 질소 래디컬 형성부를 갖고, 상기 산소 래디컬 형성부에 의해 형성된 산소 래디컬에 의해 상기 산화 처리를 실행하고, 상기 질소 래디컬 형성부에 의해 형성된 질소 래디컬에 의해 상기 질화 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 플라즈마 여기는 상기 질소 래디컬 형성부에서 실행되고, 플라즈마 여기된 처리 가스는 상기 질소 래디컬 형성부로부터 상기 처리용기에 도입되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 산소 래디컬 및 상기 질소 래디컬은 상기 피처리 기판을 따르도록 흐르고, 상기 처리용기의, 상기 처리용기내에 탑재되는 피처리 기판의 직경방향상 상기 산소 래디컬 형성부 및 상기 질소 래디컬 형성부에 대향하는 측에 마련된, 배기구로부터 배기되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 처리용기는 복수의 기판 처리장치가 기판 반송실에 접속된 클러스터형 기판 처리 시스템에 접속되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 처리용기로부터 상기 기판 반송실에 반송되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 3 공정에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 기판 반송실에 탑재되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 4 공정에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 반송실로부터 상기 기판 처리용기에 반송되는 것을 특징으로 하는
    기판 처리방법.
KR1020057016664A 2003-03-17 2003-12-08 기판 처리장치 및 기판 처리방법 KR100722016B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003072650A JP4268429B2 (ja) 2003-03-17 2003-03-17 基板処理装置および基板処理方法
JPJP-P-2003-00072650 2003-03-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050106093A true KR20050106093A (ko) 2005-11-08
KR100722016B1 KR100722016B1 (ko) 2007-05-25

Family

ID=33027726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057016664A KR100722016B1 (ko) 2003-03-17 2003-12-08 기판 처리장치 및 기판 처리방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20060174833A1 (ko)
JP (1) JP4268429B2 (ko)
KR (1) KR100722016B1 (ko)
CN (2) CN101221897A (ko)
WO (1) WO2004084289A1 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005041835A (ja) * 2003-07-24 2005-02-17 Fuji Xerox Co Ltd カーボンナノチューブ構造体、その製造方法、カーボンナノチューブ転写体および溶液
US7431966B2 (en) * 2003-12-09 2008-10-07 Micron Technology, Inc. Atomic layer deposition method of depositing an oxide on a substrate
US7838072B2 (en) * 2005-01-26 2010-11-23 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for monolayer deposition (MLD)
US8172946B2 (en) * 2005-03-02 2012-05-08 Hitachi Kokusai Electric Inc. Semiconductor device manufacturing apparatus and manufacturing method of semiconductor device
JP4228008B2 (ja) * 2006-08-23 2009-02-25 エルピーダメモリ株式会社 半導体装置の製造方法
JP2009295800A (ja) * 2008-06-05 2009-12-17 Komatsu Ltd Ｅｕｖ光発生装置における集光ミラーのクリーニング方法および装置
US8748259B2 (en) * 2010-03-02 2014-06-10 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for single step selective nitridation
US20120241874A1 (en) * 2011-03-25 2012-09-27 Byung-Dong Kim Gate oxide film including a nitride layer deposited thereon and method of forming the gate oxide film
US10049881B2 (en) 2011-08-10 2018-08-14 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for selective nitridation process
KR101887072B1 (ko) * 2012-06-07 2018-08-09 주성엔지니어링(주) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP6486696B2 (ja) * 2015-01-15 2019-03-20 国立大学法人山形大学 薄膜堆積方法及び薄膜堆積装置
JP6054470B2 (ja) 2015-05-26 2016-12-27 株式会社日本製鋼所 原子層成長装置
JP5990626B1 (ja) * 2015-05-26 2016-09-14 株式会社日本製鋼所 原子層成長装置
JP6054471B2 (ja) 2015-05-26 2016-12-27 株式会社日本製鋼所 原子層成長装置および原子層成長装置排気部
CN107403717B (zh) * 2016-04-28 2023-07-18 应用材料公司 一种用于处理腔室的改进侧注入喷嘴设计
US10260149B2 (en) * 2016-04-28 2019-04-16 Applied Materials, Inc. Side inject nozzle design for processing chamber
CN112470253A (zh) * 2019-05-21 2021-03-09 玛特森技术公司 提高远程等离子体产生的氧化膜的质量的表面预处理工艺
KR102522687B1 (ko) 2020-10-20 2023-04-18 에이피시스템 주식회사 박막 제조 장치

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6327022A (ja) * 1986-07-21 1988-02-04 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置
US6093252A (en) * 1995-08-03 2000-07-25 Asm America, Inc. Process chamber with inner support
KR100542799B1 (ko) * 1996-07-09 2006-03-23 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 반도체웨이퍼상에서막을형성하는방법
US6388381B2 (en) * 1996-09-10 2002-05-14 The Regents Of The University Of California Constricted glow discharge plasma source
JP3191745B2 (ja) * 1997-04-23 2001-07-23 日本電気株式会社 薄膜トランジスタ素子及びその製造方法
US6261973B1 (en) * 1997-12-31 2001-07-17 Texas Instruments Incorporated Remote plasma nitridation to allow selectively etching of oxide
JP2000114240A (ja) * 1998-09-30 2000-04-21 Hitachi Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ閉じ込め方法
JP4231589B2 (ja) * 1999-04-15 2009-03-04 キヤノンアネルバ株式会社 化学蒸着方法及び化学蒸着装置
JP3492551B2 (ja) * 1999-05-21 2004-02-03 スタンレー電気株式会社 ｐ型ＩＩ―ＶＩ族化合物半導体結晶、その成長方法及びそれを用いた半導体装置
JP4731694B2 (ja) * 2000-07-21 2011-07-27 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法および基板処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20060174833A1 (en) 2006-08-10
CN101221897A (zh) 2008-07-16
JP4268429B2 (ja) 2009-05-27
CN100459061C (zh) 2009-02-04
CN1692477A (zh) 2005-11-02
JP2004281824A (ja) 2004-10-07
WO2004084289A1 (ja) 2004-09-30
KR100722016B1 (ko) 2007-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100722016B1 (ko) 기판 처리장치 및 기판 처리방법
KR100701714B1 (ko) 기판상으로의 절연막의 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
KR100502557B1 (ko) 게이트 절연체의 성막 방법, 게이트 절연체의 성막 장치및 클러스터 툴
KR100641762B1 (ko) 절연막의 질화 방법, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
EP1333475A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device, substrate treater, and substrate treatment system
TWI518780B (zh) 半導體製程用薄膜形成方法與裝置
KR101445927B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
US20050287775A1 (en) Film formation apparatus and method for semiconductor process
JP2008537848A (ja) 高誘電率誘電体層を形成する方法及びシステム
US9869022B2 (en) Substrate processing apparatus
US20180182652A1 (en) Substrate processing apparatus, substrate processing method, and substrate processing system
US20060068606A1 (en) Method and apparatus for forming silicon nitride film
JP2004288900A (ja) 基板処理装置および基板処理方法、ガスノズル
KR100958265B1 (ko) 기판 처리 방법, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체, 기판 처리장치, 및 기판 처리 시스템
US20220208530A1 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and non-transitory computer-readable recording medium
TWI748523B (zh) 基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及程式
US20230100702A1 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer readable recording medium
JP4088275B2 (ja) 絶縁膜の形成方法
WO2005059986A1 (ja) 成膜方法およびプラズマ発生方法、基板処理装置
JP2022094914A (ja) エッチング方法およびエッチング装置
JP4262126B2 (ja) 絶縁膜の形成方法
CN117836905A (zh) 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及程序
CN115863141A (zh) 半导体器件的制造方法、衬底处理方法、衬底处理装置及记录介质
KR20070073390A (ko) 반도체 제조설비

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130502

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140418

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee