TW200913062A - Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus - Google Patents
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Description
200913062 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於半導體裝置之製造方法及基板處理裝置。 例如於 MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) '亦即金氧半場效電晶體中，使用作 爲形成高介電係數之閘極絕緣膜的有效技術。 【先前技術】 伴隨MOSFET之高集積化、高性能化，對閘極絕緣膜 之高介電係數絕緣膜的適用性被加以檢討。就移動度或信 賴性觀點而言，通常在高介電係數絕緣膜與矽（Si )基板 之接面係使用氧化砂（S i 0 2 )層所形成的接面層。 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 但是，使用Si〇2膜作爲接面層時’因爲低介電係數 之故，0.8nm 以下之 EOT (Equivalent Oxide Thickness) 、亦即等效氧化膜換算膜厚之薄膜化變爲困難。 另外，不使用接面層而於矽基板上直接形成高介電係 數絕緣膜時，會存在多數懸空鍵（dangling bond ) ’有可 能影響電氣特性。而且於LSI之製程形成時，會於高介電 係數絕緣膜與矽基板之接面形成Si〇x層。結果’ EOT之 薄膜化變爲困難。 本發明目的在於提供’可防止對電氣特性之不良影響 -5- 200913062 ，而且可以薄膜化EOT的半導體裝置之製造方法及基板 處理裝置。 (用以解決課題的手段） 依據本發明之一態樣提供之半導體裝置之製造方法， 係具有：於矽基板上形成金屬氧化膜，藉由熱處理使該金 屬氧化膜與上述矽基板產生固相反應而形成矽酸鹽膜的工 程；及於該矽酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜的工程。 依據本發明之另一態樣提供之半導體裝置之製造方法 ’係具有：於矽基板上形成高介電係數絕緣膜，藉由熱處 理使該高介電係數絕緣膜與上述矽基板產生固相反應，重 複其而形成矽酸鹽膜的工程；及於該矽酸鹽膜上形成高介 電係數絕緣膜的工程。 依據本發明之另一態樣提供之半導體裝置之製造方法 ’係具有：於矽基板上形成氧化給膜，藉由熱處理使該氧 化I合膜與上述矽基板產生固相反應，重複其而形成給矽酸 鹽膜的工程；及於該給矽酸鹽膜上形成氧化鈴膜的工程。 依據本發明之另一態樣提供之基板處理裝置，係具有 :第1處理室，用於在矽基板上形成高介電係數絕緣膜； 第2處理室，用於進行上述矽基板之熱處理；搬送室，設 於上述第1處理室與上述第2處理室之間，在上述第1處 理室與上述第2處理室之間搬送上述矽基板；搬送機器手 臂’設於上述搬送室內，用於搬送上述矽基板；及控制器 ’進行以下控制：藉由上述搬送機器手臂將上述矽基板搬 -6 - 200913062 送至上述第1處理室內，在上述第1處理室內於上述矽基 板上形成上述高介電係數絕緣膜，藉由上述搬送機器手臂 將形成有上述高介電係數絕緣膜的上述矽基板，由上述第 1處理室內搬送至上述第2處理室內，在上述第2處理室 內對形成有上述高介電係數絕緣膜的上述矽基板進行熱處 理，使上述高介電係數絕緣膜與上述矽基板產生固相反應 而形成矽酸鹽膜，重複進行該動作而於上述矽基板表面形 成特定膜厚之矽酸鹽膜，之後，將上述特定膜厚之矽酸鹽 膜形成後的上述矽基板，由上述第2處理室內搬送至上述 第1處理室內，在上述第1處理室內於上述特定膜厚之矽 酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜。 【實施方式】 以下依據圖面說明本發明之一實施形態。 圖1爲本發明之一實施形態之MOSFET中形成高介電 係數之閘極絕緣膜的方法之流程圖。 圖2〜4表示本發明之一實施形態之基板處理裝置。 首先，說明本發明之一實施形態之基板處理裝置。 本實施形態中，本發明之基板處理裝置，如圖2所示 ，構成爲群組裝置，功能上以被使用於MOSFET之高介電 係數閘極絕緣膜形成方法而構成。 又，於本實施形態之群組裝置中，矽基板、亦即矽晶 圓2 (以下亦有間單稱爲晶圓2 )搬送用的晶圓搬送載具 (基板收納容器）係使用 POUP ( front opening unified 200913062 pod，以下稱晶圓搬運盒）1。 如圖2所示，群組裝置1 〇具 載室（以下稱負壓移載室）11的框 構成爲搬送室，其構造爲可抗拒小 )。形成有負壓移載室11的框體 體）12’其平面爲七角形，被形成 狀。 於負壓移載室11的中央部， 的晶圓移載裝置（以下稱負壓移載 移載晶圓2。負壓移載裝置13，係 (selective compliance assembly rc o 於負壓移載室框體12之7個 分別鄰接連結有搬入用預備室（以 出用預備室（以下稱搬出室）1 5。 搬入室14之框體及搬出室15 蔆形，被形成爲上下兩端閉塞之箱 抗拒負壓之真空隔絕腔室（load 1〇( 在搬入室14及搬出室15之於 相反側，鄰接而連接框體1 6 A。框 載室（以下稱正壓移載室）16。正 維持大氣壓以上之壓力（以下稱H 之框體，其平面爲橫長之長方形， 之箱形狀。 備·形成有第1晶圓移 :體12。負壓移載室11 於大氣壓之壓力（負壓 (以下稱負壓移載室框 爲上下兩端閉塞之箱形 設置作爲搬送機器手臂 裝置）13，可於負壓下 由平面關節型機器手臂 • bot arm, SCARA )構成 側壁之中較長的側壁， 下稱搬入室）14，及搬 之框體，其平面爲大略 形狀之同時，構成爲可 :k chamber)構造。 第1晶圓移載室1 1之 體16A構成第2晶圓移 壓移載室16構成爲可 :壓）。正壓移載室16 被形成爲上下兩端閉塞 -8 - 200913062 在正壓移載室16與搬入室I4之境界設置閘閥〗7A’ 在負壓移載室11與搬入室14之境界設置閘閥WB。 在正壓移載室16與搬出室15之境界設置聞閥18A’ 在負壓移載室11與搬出室15之境界設置閘閥18B。 在正壓移載室16設置第2晶圓移載裝置（以下稱正 壓移載裝置）19，可於正壓下移載晶圓2。正壓移載裝置 19，係由平面關節型機器手臂構成。 正壓移載裝置19，係藉由設於正壓移載室16之升降 器被升降之同時，藉由線性制動器往復移動於左右方向。 在正壓移載室1 6之左側端部設置溝槽對準裝置20。 在正壓移載室16之正面壁，3個晶圓搬出入口 21〜 23被鄰接並列設置，彼等晶圓搬出入口 2 1〜23用於將晶 圓2搬入正壓移載室16，或由正壓移載室16搬出晶圓2 〇 於彼等晶圓搬出入口 2 1〜2 3，分別設置P 0 UP開啓器 24 ° POUP開啓器24具備··載置台25，用於載置POUP1 :及帽蓋裝拆機構26，用於裝拆載置於載置台25之 POUP1之帽蓋。帽蓋裝拆機構26，係藉由裝拆載置於載 置台25之POUP1之帽蓋，而開/關POUP1之晶圓出入口 〇 工程內搬送裝置（RGV )(未圖示），係將POUP1 供給至POUP開啓器24之載置台25，或將POUP1由 POUP開啓器24之載置台25加以排出。 200913062 如圖2所示’於負壓移載室框體12之7個側壁之中 ’在位於正壓移載室1 6之相反側的2個側壁，分別鄰接 連結有第1處理單元31及第2處理單元32。 在第1處理單元3 1與負壓移載室n之間設有閘閥44 (參照圖3 )。 在第2處理單元32與負壓移載室η之間設有閘閥 1 1 8 (參照圖4 )。 於負壓移載室框體12之7個側壁之中之其他2個側 壁’分別連結有第1潔淨單元3 5及第2潔淨單元3 6。第 1潔淨單元35及第2潔淨單元36均用於冷卻處理完畢之 晶圓2。 群組裝置1 〇具備控制器3 7。控制器3 7統合控制後述 之序列流程。 於本實施形態中，如圖3之構造所示，第1處理單元 31構成爲葉片式蝸壁（worm wall )型基板處理裝置，功 能上構成爲ALD ( Atomic Layer Deposition)裝置（以下 稱ALD裝置）40。 如圖3所示’ ALD裝置40具備：形成處理室41的框 體42。於框體42內藏加熱器（未圖示）用於加熱處理室 4 1的壁面。 於框體42，晶圓搬入搬出口（以下稱晶圓搬入口）43 被設置於其和負壓移載室1 1之境界。閘閥44用於開/關 晶圓搬入口 43。 於處理室41的底面上設置升降驅動裝置45，升降驅 -10- 200913062 動裝置45使升降軸46升降。於升降軸46上端，使保持 晶圓2的保持具47被水平支撐。 於保持具47設置加熱器47a用於加熱晶圓2。 於晶圓搬入口 43及處理室4 1的底壁，分別設置淨化 (p u r g e )氣體供給口 4 8 A及淨化氣體供給口 4 8 B，於淨 化氣體供給口 4 8 A及淨化氣體供給口 4 8 B，介由停止閥 64A及停止閥64B分別連接淨化氣體供給管、亦即Αί·氣 體供給管5 8。於Ar氣體供給管5 8被連接Ar氣體供給源 59。 於框體42，排氣口 49被設置於晶圓搬入口 43之相反 側部位，於排氣口 49被連接，連接於真空泵等排氣裝置 50的排氣管51。 於框體42之天井壁使處理氣體供給口 52以連通於處 理室41的方式被開設，於處理氣體供給口 5 2被連接第1 處理氣體供給管5 3 A及第2處理氣體供給管5 3 B。 於第1處理氣體供給管53A，介由上流側停止閥54A 及下流側停止閥55A連接第1擴散器（bubbler) 56A。第 1擴散器56A之擴散管57A被連接於，連接於Ar氣體供 給源5 9的Ar氣體供給管5 8。 於第1處理氣體供給管53A之上流側停止閥54A與 下流側停止閥5 5 A之間，係使A r氣體供給管5 8介由停止 閥6 0A被連接。於第1處理氣體供給管53 A之Ar氣體供 給管5 8之連接點與下流側停止閥5 5 A之間，被連接通氣 管6 1 A之上流側端。通氣管6 1 A之下流側端介由停止閥 -11 - 200913062 62A被連接於，連接於排氣裝置50的排氣管51。 又’於第1處理氣體供給管53 A，Ar氣體供給管58 係於下流側停止閥55A之更下流側介由停止閥63被連接 〇 於第2處理氣體供給管5 3 B，介由上流側停止閥5 4 B 及下流側停止閥55B連接第2擴散器56B。第2擴散器 5 6B之擴散管57B被連接於，連接於Ar氣體供給源59的 Ar氣體供給管58。 於第2處理氣體供給管53B之上流側停止閥54B與下 流側停止閥5 5 B之間，使Ar氣體供給管5 8介由停止閥 60A被連接。於第第2處理氣體供給管53B之Ar氣體供 給管58之連接點與下流側停止閥55B之間，被連接通氣 管6 1 B之上流側端。通氣管6 1 b之下流側端介由停止閥 62B被連接於，連接於排氣裝置5〇的排氣管51。 又，第2處理氣體供給管5 3 B之較下流側停止閥5 5 B 更下流側部分，係被連接於第1處理氣體供給管53 A之較 下流側停止閥55A更下流側部分，第1處理氣體供給管 53A及第2處理氣體供給管53B，係於其連接點之更下流 側成爲一體，被連接於處理氣體供給口 5 2。 於本實施形態中，第2處理單元3 2係使用如圖4所 75 R T P ( R a p i d T h e r m a 1 P r 〇 c e s s i n g )裝置 1 1 0。 如圖 4 所不 RTP( Rapid Thermal Processing)裝置 1 1 〇，係具備框體1 1 2，其構成處理室1 1 1用於處理晶圓2 。框體1 1 2，係由：被形成爲上下面設有開口之圓筒形狀 -12- 200913062 的側壁部1 1 3，及閉塞側壁部1 1 3之上面開口部 狀之頂板11 4，及閉塞側壁部1 1 3之下面開口部 狀之底板115組合而構成圓筒中空體形狀。 於側壁部1 1 3之上部側壁之一部分，開設排 使處理室111之內外呈連通，於排氣口 116連接 (未圖示）可進行處理室1 1 1之排氣使成爲小於 以下稱負壓）。 於側壁部1 1 3，在和上部側壁之排氣口 1 1 6 位置’設置晶圓搬入搬出口（以下稱晶圓搬入C 可將晶圓2搬出入處理室1 1 1。閘閥1 1 8用於開 搬入口 1 1 7。 於底板1 1 5下面中心線上設置升降驅動裝置 降驅動裝置119使升降軸120升降。升降軸120 底板115，對底板115可於上下方向自由滑動而祕 於升降軸120上端使升降板121被水平固定 板121上面使多數個（通常爲3或4個）升降銷 直豎立而固定，各升降銷122伴隨升降板121之 降，可由下支撐晶圓2於水平方向而升降。，冷 被水平架設 於底板115上面，支撐筒123被突設於升降 側，於支撐筒1 23上端面上，冷卻板1 24被水平！ 於冷卻板124上方，多數個加熱燈具構成之: 燈具群1 25及第2加熱燈具群1 26由下依序被配 被水平架設。第1加熱燈具群12 5及第2加熱燈 的圓盤形 的圓盤形 氣□ 1 1 6 排氣裝置 大氣壓（ 相反側之 1)117， /關晶圓 1 1 9，升 被插通於 ί支撐。 ，於升降 122被垂 升降而升 卻板124 軸120外 贤設。 第1加熱 置，分別 具群126 -13- 200913062 分別由第1支柱127及第2支柱128被水平支撐。 第1加熱燈具群125及第2加熱燈具群126之電力供 給電線1 2 9 ’係插通於底板〗i 5被引出外部。 於處理室111’旋轉台131與處理室ηι被配置成爲 同心圓狀。旋轉台131 ’係於內齒平齒輪133上面和內齒 平齒輪133被固定爲同心圓狀，內齒平齒輪133係藉由設 於底板1 1 5的軸承1 3 2被水平支撐。 於內齒平齒輪1 3 3被齒合原動側平齒輪i 3 4，原動側 平齒輪1 3 4係藉由設於底板i〗5的軸承〗3 5被水平支撐。 原動側平齒輪1 3 4係藉由設於底板丨丨5之下的承受器旋轉 裝置1 3 6被旋轉驅動。 於旋轉台131上端面上，形成爲平板之圓形環形狀的 外側平台13 7被水平架設。內側平台〗3 8被水平架設於外 側平台1 3 7內側 於內側平台138內周下端部，承受器140被卡合、保 持於徑方向朝內突設於內側平台138內周面下端部的卡合 部 1 3 9。 在和承受器140的各升降銷122對向之位置，分別開 設插通孔1 4 1。 於頂板Π 4，退火氣體供給管1 42及惰性氣體供給管 143以和處理室111連通的方式分別被連接。 於頂板1 1 4，多數個放射溫度計之探針1 44 ’係互相 於半徑方向自晶圓2之中心至周邊被偏移配置’而和晶圓 2之上面呈對向的方式被插入。放射溫度計係依據多數個 -14- 200913062 探針1 44分別檢測出之放射光將計測溫度傳送至控制器。 於頂板1 1 4之另一場所設置放射率測定裝置丨45，放 射率測定裝置1 4 5可以非接觸的方式測定晶圓2的放射率 。放射率測定裝置1 4 5具備基準探針1 4 6，基準探針1 4 6 可藉由基準探針用馬達147於垂直面內旋轉。 於基準探針1 4 6上側，使基準燈具1 4 8以和基準探針 146前端呈對向的方式被設置，基準燈具148照射參照光 。基準探針1 4 6以光學方式被連接於放射溫度計。放射溫 度計藉由比較晶圓2之光子密度與基準燈具1 4 8之參照光 之光子密度，而進行計測溫度之校正。 以下依據圖1說明作爲半導體裝置之製程之一工程、 亦即使用上述構成之群組裝置10，於矽基板表面形成矽酸 鹽膜作爲接面層，於該砂酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜 的方法。 本實施形態中，作爲接面層的矽酸鹽膜，係將金屬氧 化膜形成於矽基板上’藉由熱處理使該金屬氧化膜與矽基 板之矽產生固相反應，而形成於矽基板表面。 本實施形態中說明之例，係於矽基板上形成氧化給膜 (Hf〇2膜）之金屬氧化膜’藉由熱處理使該氧化給膜與矽 基板產生固相反應，而於矽基板表面形成鉛矽酸鹽膜（ HfSiOx膜）作爲矽酸鹽膜’於該給矽酸鹽膜上形成作爲高 介電係數絕緣膜的氧化給膜（Hf02膜）。以下更具體說明 之。 以下說明中，構成群組裝置1 〇之各部之動作，係由 -15- 200913062 控制器3 7控制。 投入群組裝置1 〇之矽基板、亦即晶圓2，事先於氟化 氫（HF )潔淨工程被洗淨（參照圖1 )。 於圖1所示晶圓投入步驟，被供給至群組裝置1 0之 載置台25的P〇 UP 1之蓋部，係藉由帽蓋裝拆機構26被 拆下，POUP1之晶圓出入口被開放。 POUP1被開放後，設於正壓移載室16之正壓移載裝 置19經由晶圓搬入口 21或22或23，由POUP1取出1片 片晶圓2，投入搬入室14，將晶圓2移至搬入室用暫置台 〇 於該移置作業中，搬入室14之正壓移載室16側藉由 閘閥1 7 A被開放，搬入室1 4之負壓移載室1 1側藉由閘閥 1 7B被關閉，負壓移載室1 1側之壓力維持於小於大氣壓 之壓力例如l〇〇Pa。 於如圖1所不晶圓載置步驟（loading step)，搬入室 14之正壓移載室16側藉由閘閥17A被關閉，搬入室14 被排氣裝置（未圖示）排氣成爲負壓。 搬入室14被減壓至事先設定之壓力値之後，搬入室 1 4之負壓移載室1 1被閘閥1 7B開放。 之後’負壓移載室11之負壓移載裝置13由搬入室用 暫置台將1片片晶圓2取出於真空下搬入負壓移載室11。 之後，搬入室1 4之負壓移載室1 1側藉由閘閥1 7B被 關閉。 之後’第1處理單元3 1之閘閥44被開放，負壓移載 -16- 200913062 裝置13於真空下將晶圓2搬送至第1處理單元 第1處理單元31之處理室（晶圓載入（wafer )° 又’搬入第1處理單元31之處理室被減壓 先設定之壓力値。 又’晶圓2搬入第1處理單元31時，搬入3 壓移載室11被排氣成爲負壓而使內部之氧或水 除去’因此可確實防止外部之氧或水分伴隨晶圓 1處理單兀31而侵入第1處理單元31之處理室 以下參照圖3說明使用第1處理單元3 1之 4〇 ’藉由ALD法，於矽基板之晶圓2上形成氧 Hf〇2膜）之金屬氧化膜的工程。 本實施形態中
Amino-Hafnium: Hf〔N(CH3) 2〕4)作爲鉛（ 驅物質，使用水蒸汽（H20 )作爲氧化劑。 於本實施形態之ALD裝置40，液體原料5 被收容於第1擴散器56A，爲汽化TDMAH而使 散器5 6 A。該第1擴散器5 6 A之擴散使用的A r 量設爲例如0.5〜1SLM (標準·升每分鐘）。 於本實施形態之ALD裝置40 ’欲產生氧化 氣而使用第2擴散器56B。該第2擴散器5 6B之 的Ar氣體之流量設爲例如0.5〜1SLM。 於圖3，第1處理單元31之ALD裝置40之 口 4 3，係藉由閘閥4 4被開放。此時’保持具4 7 31，搬入 loading) 排氣至事 g 14及負 分是先被 2搬入第 〇 ALD裝置 化給膜（ Dimethyl- Hf )系前 :TDMAH 用第1擴 氣體之流 劑之水蒸 擴散使用 晶圓搬入 下降至晶 -17- 200913062 圓搬送位置。晶圓搬入口 43被開放時，負壓移載裝置13 將晶圓2搬入處理室4 1。 晶圓2搬入處理室41，載置於上突出銷之上之後，負 壓移載裝置13退避至處理室41外。之後，閘閥44關閉 搬入口 43。 升降驅動裝置45使保持具47介由升降軸46，由晶圓 搬送位置上升至較其更上方之如圖3所示晶圓處理位置。 於其間，保持具47使上突出銷上之晶圓2往上推，載置 於保持具47上。 閘閥44被關閉之後，排氣裝置5 0進行處理室41內 之排氣。處理室41內被調整爲例如10〜lOOPa範圍內之 特定壓力例如成爲30Pa。 保持具47內藏之加熱器47a，使晶圓2均勻加熱至例 如150°C〜3 5(TC範圍內之特定溫度。於其間，亦即溫度、 壓力調整時，停止閥63、64 A、64B被設爲開放狀態，於 處理室41內及處理室41內之較保持具47更下方空間， 使作爲淨化氣體的Ar氣體經由處理氣體供給口 5 2、淨化 氣體供給口 48A、48B被供給，經由排氣口 49、排氣管51 被排氣。如此則，處理室4 1內被設爲惰性氣體環境。 在晶圓2被搬入之時點，停止閥54A、55A、54B、 55B分別爲關閉狀態，停止閥60A、62A、60B、62B、63 、64A、64B被設爲開放狀態。 爲原料供給之準備，停止閥60A、55A、60B、55B被 設爲關閉狀態之同時，停止閥54A、62A、54B、62B被設 -18- 200913062 爲開放狀態，如此則，汽化之鈴原料及水蒸氣 第1處理氣體供給管53A及第2處理氣體供給 又，藉由停止閥63之開放’於處理室41 爲淨化氣體的Ar氣體。又，藉由停止閥64 A 放’於處理室41內之較保持具47更下方空間 化氣體的Ar氣體經由淨化氣體供給口 48A、 。Ar氣體之流量設爲例如〇. 1〜1 .5SLM。 晶圓2之溫度穩定、處理室41內之壓力 以以下之步驟（1)〜（4)爲1循環，在氧化 標膜厚之前重複該循環。 (1 )原料供給步驟 停止閥62A被關閉之同時，停止閥55A 狀態保持例如〇 · 5〜5秒。如此則，汽化之飴 至處理室41之同時，經由排氣口 49被排氣。 被供給至處理室4 1內之铪原料被吸附於晶 (2 )原料排氣步驟 之後，停止閥5 4 A被關閉之同時，停止閥 放，該狀態保持例如0 · 5〜1 0秒。如此則，Ar 至第1處理氣體供給管53A內及處理室41內 由排氣口 4 9被排氣。亦即，第丨處理氣體供翁 及處理室41內藉由Ar氣體被淨化之同時，被 處理氣體供給管53A內及處理室41內之原料被 分別被塞入 管 53B。 內被供給作 、64B之開 ，使作爲淨 48B被流入 穩定之後， 給膜成爲目 被開放，該 原料被供給 圓2。 丨6 0 A被開 氣體被供給 之同時，經 含管53A內 供給至第1 排氣。 -19- 200913062 之後’停止閥60A ' 55A被關閉，停止閥 被開放，汽化之鈴原料被塡入第丨處理氣體供給 (3 )氧化劑供給步驟 和汽化之給原料被塡入第丨處理氣體供給管 時，停止閥62B被關閉之同時，停止閥55B被H 態保持例如0.5〜1 5秒。如此則，作爲氧化劑5 供給至處理室4 1內之同時，經由排氣口 4 9被排 如此則’於步驟（1 )被西富於晶圓2之表 料會和水蒸氣反應，於晶圓2上形成約1 A膜厚 膜。 (4 )氧化劑之排氣步驟 停止閥54B被關閉之同時，停止閥60B被ϋ 態保持例如〇 · 5〜1 5秒。如此則，Ar氣體被供,¾ 理氣體供給管53B內及處理室41內之同時，糸〗 49被排氣。亦即，第2處理氣體供給管53 B p 41內藉由Ar氣體被淨化之同時，供給至第2接 給管53B內及處理室41內之氧化劑被排氣。 之後，停止閥60B、55B被關閉，停止閥 被開放，水蒸氣被塡入第2處理氣體供給管53B 通常，藉由ALD法成膜時，1循環內約成 3循環內約成膜1原子層。 亦即，如圖13所示，於第1循環形成島无 54A、62A 管 53A。 53A之同 I放，該狀 .水蒸氣被 氣。 面的給原 :之氧化給 放，該狀 至第2處 由排氣口 及處理室 理氣體供 54B 、 62B 〇 1 A，2 〜 之膜，於 -20- 200913062 第2〜3循環形成連續之1原子層程度之膜。 以上述步驟（1 )〜（4 )爲1循環，實施 循環，而形成特定膜厚、亦即1原子層程度以下 膜。 氧化鈴膜之形成結束後，處理室4 1內被抽 處理室41內之殘留氣體被排出。之後，處理室z 入惰性氣體，處理室4 1內被設爲惰性氣體環境。 又，保持具47由晶圓處理位置下降至晶圓 ，成膜後之晶圓2被載置於上突出銷。 之後，ALD裝置40之閘閥44被開放，晶 4 3被開放，成膜後之晶圓2藉由負壓移載裝置 處理單元31被搬出至維持於負壓的負壓移載室 載出（wafer unloading) ) ° 負壓移載裝置13於真空下將晶圓2搬送至; 單元32’搬入第2處理單元32之處理室（晶 wafer loading ) ) ° 以下參照圖4說明使用第2處理單元32之 1 1 〇 ’對形成有氧化鈴膜之晶圓2進行熱處理的工 於圖4，第2處理單元32之RTP裝置11〇之 被開被開放，晶圓2藉由負壓移載裝置13自晶 117被搬入處理室111，移載於多數升降銷122 〇 使晶圓2移載至升降銷122之負壓移載裝置 避至處理室1 1 1之外時，晶圓搬入口 1 1 7藉由閘 - 3個該1 之氧化鈴 成真空， Π內被導 搬送位置 圓搬入口 13自第1 11 (晶圓 第2處理 圓載入（ RTP裝置 程。 .閘閥1 1 8 圓搬入口 之上端間 :13被退 閥1 1 8被 -21 - 200913062 關閉。 升降軸12〇藉由升降驅動裝置119被下降 122之上的晶圓2被傳送至承受器140之上，成 所示狀態。 於處理室1 1 1關閉爲密閉狀態下，處理室1 : 排氣口 1 1 6進行徘氣成爲1〜4 0 0 0 P a、例如口 1 範圍內之特定壓力。 晶圓2被傳送至承受器140之後，晶圓2因 140所保持之旋轉台131藉由內齒平齒輪133及 齒輪134，藉由承受器旋轉裝置136被旋轉。 承受器140所保持之晶圓2藉由承受器旋轉 被旋轉之同時，藉由第1加熱燈具群125及第2 群126急速被加熱至例如650〜850 °C範圍內之特 承受器1 40所保持之晶圓2之溫度’於到達特定 度後，被保持於該溫度。 於該旋轉及加熱中，由退火氣體供給管1 42 1 1 1內供給氮氣體等惰性氣體。 承受器140藉由承受器旋轉裝置136被旋轉 承受器140所保持之晶圓2藉由第1加熱燈具群 2加熱燈具群1 2 6被均勻加熱’因此晶圓2之全 句施予熱處理。 藉由該熱處理，晶圓2上形成之氧化給膜與 矽晶圓2之間產生固相反應’於晶圓2之表面形 鹽膜（HfSiOx膜）。 ，升降銷 爲如圖4 .1內經由 〜1 OOOPa 爲承受器 原動側平 裝置136 加熱燈具 定溫度。 熱處理溫 對處理室 之同時’ 1 25及第 面可被均 矽基板之 成飴矽酸 -22- 200913062 預先設定於RTP裝置1 1 0之特定處理時間經過後，控 制器37結束第1加熱燈具群125及第2加熱燈具群126 之加熱，開始晶圓2之急速冷卻。 處理室111藉由排氣口 116被排氣成爲特定負壓之後 ’閘閥1 1 8被開放。之後，熱處理實施後之晶圓2，藉由 負壓移載裝置13以和搬入時相反手續自處理室111被搬 出至負壓移載室11 (晶圓載出）。 負壓移載裝置13於真空下再度將熱處理後之晶圓2 搬送至第1處理單元31，再度搬入第1處理單元31之 ALD裝置40之處理室41 (晶圓載入）。 以下，ALD裝置40之氧化鈴膜形成工程與RTP裝置 11〇之熱處理工程，如圖2所示被重複特定次數。 藉由重複該氧化铪膜形成工程與熱處理工程，可於晶 圓2之表面形成極薄、具有良好特性之作爲接面層的給矽 酸鹽膜（以下稱極薄給矽酸鹽膜）。 又，氧化鉛膜形成工程與熱處理工程之重複次數，如 後述之理由，較好是5次。 預先設定次數之重複結束之後，被形成有極薄給矽酸 鹽膜的晶圓2，係藉由負壓移載裝置13自第2處理單元 32之RTP裝置110之處理室ill被搬出至負壓移載室11 (晶圓載出），再於真空下被搬送至第1處理單元31’被 搬入第1處理單元31之ALD裝置40之處理室41 (晶圓 載入）。 於作爲如圖1所示高介電係數絕緣膜形成工程的氧化 -23- 200913062 給膜形成工程中，作爲高介電係數絕緣膜的氧化給膜，係 於作爲接面層的極薄給矽酸鹽膜上，藉由ALD裝置40被 形成。 於極薄給矽酸鹽膜上形成作爲高介電係數絕緣膜的氧 化給膜之ALD裝置40之形成順序，係和上述ALD裝置 4〇之形成作爲金屬氧化膜的氧化鈴膜之工程之ALD順序 相同。 亦即，高介電係數絕緣膜之必要膜厚的氧化給膜被形 成之前，以上述1循環之步驟（1 )〜（4 )作爲A L D循 環被重複進行。 於高介電係數絕緣膜形成工程重複進行特定次數之 ALD循環，形成特定膜厚的氧化耠膜。之後，處理室41 內之殘留氣體被排除時，ALD裝置40之閘閥44被開放， 成膜後之晶圓2，係藉由負壓移載裝置13自第1處理單元 31被搬出至維持負壓的負壓移載室11 (晶圓載出）。 在群組裝置1 0之高介電係數絕緣膜形成工程、亦即 氧化給膜形成工程後之圖1所示晶圓載出步驟中，搬出室 1 5之負壓移載室1 1側被閘閥1 8B設爲開放狀態。負壓移 載裝置13，係於真空下將晶圓2自負壓移載室11搬送至 搬出室15，移至搬出室15之搬出室用暫置台。 此時，事前使搬出室1 5之正壓移載室1 6側被閘閥 1 8 A設爲關閉狀態，搬出室1 5藉由排氣裝置（未圖示） 排氣成爲負壓。搬出室15被減壓至事先設定之壓力値時 ，搬出室1 5之負壓移載室1 1側被閘閥1 8B設爲開放狀態 -24- 200913062 ’被執行晶圓載出。 晶圓載出步驟之後，閘閥18B設爲關閉狀態。 自搬入室14至第1處理單元31，自第1處理單元31 至第2處理單元32，自第2處理單元32至第1處理單元 31，自第1處理單元31至搬出室15，分別搬送晶圓2時 ，搬送作業之任一搬送路徑均於維持真空狀態下被實施。 因此，其間晶圓2未被曝曬於大氣中，晶圓2上形成之膜 之表面不會產生自然氧化膜，可防止有機物等雜質或異物 之附著。 藉由重複以上動作，對一次被搬入搬入室14的25片 晶圓2依序執行，重複進行第1處理單元3 1之氧化給膜 形成工程，及第2處理單元32之熱處理工程、亦即接面 層之鉛矽酸鹽膜形成工程，第1處理單元31之作爲高介 電係數絕緣膜的氧化給膜形成工程。 於圖1所示晶圓排出步驟，氮氣體被供給至維持負壓 的搬出室15內，搬出室15內成爲大氣壓後，搬出室15 之正壓移載室1 6側藉由閘閥1 8 A被開放。 之後，載置於載置台25的空的POUP1之蓋部藉由 POUP開啓器24之帽蓋裝拆機構26被打開。 之後，正壓移載室16之正壓移載裝置19自搬出室15 取出晶圓2搬出至正壓移載室16’經由正壓移載室16之 晶圓搬入口 23收納（charge )於POUP1。 處理完畢之25片晶圓2被收納於POUP1結束後， POUP1之蓋部藉由Ρ〇ϋΡ開啓器24之帽蓋裝拆機構26被 -25- 200913062 安裝於晶圓出入口，POUP1被關閉。 本實施形態中，群組裝置1 0中之一連串工程結束後 之晶圓2，係以氣密收納於P0UP 1之狀態下，在實施閘極 膜形成步驟的成膜裝置，藉由如圖1所示P0UP之工程內 搬送步驟被搬送。 實施閘極膜形成步驟的成膜裝置，可爲例如批次式縱 型熱壁型CVD裝置，葉片式ALD裝置，葉片式CVD裝置 等。 經由如圖1所示之圖案化步驟，於晶圓2形成閘極構 造之電極。 依據本實施形態，藉由熱處理矽基板上形成之金屬氧 化膜與矽基板使產生固相反應而形成矽酸鹽膜，如此則， 可形成良好之作爲接面層之矽酸鹽膜，而也可形成極薄、 平坦之膜。 另外，使金屬氧化膜與矽基板產生固相反應，可減少 懸空鍵，而且和Si02膜比較，因爲矽酸鹽膜而可以提升 其之介電係數，可兼顧EOT縮尺（scaling )及良好之接 面特性。 特別是介藉由ALD法形成金屬氧化膜時，在1〜3循 環以內之每一成膜進行熱處理，則可形成良好之矽酸鹽膜 。亦即，在1原子層程度以下之每一成膜進行熱處理，可 形成良好之矽酸鹽膜。 以下說明在1原子層程度以下（1〜3循環ALD )之 每一次成膜進行熱處理，而產生固相反應之優點。 -26- 200913062 金屬氧化膜之Hf02膜之性質爲’膜中之〇 (氧原子 )容易脫離。膜厚越厚則有更多之0由膜中脫離，膜厚越 薄則由膜中脫離之〇之量變少。 因此，設爲在較厚之膜厚、例如數十原子層之成膜之 每一次產生熱處理之固相反應’如此則’在產生矽酸鹽化 反應之前，由Hf〇2膜脫離之Ο會使矽基板、亦即矽晶圓 氧化，導致低介電係數膜（SiOx膜及/或富含Si之 HfSiOx膜）被形成。 相對於此，設爲在約1原子層以下（1〜3循環ALD )之成膜之每一次產生熱處理之固相反應時，由Hf〇2膜 中脫離之〇之量變少，低介電係數膜不會被形成’而產生 矽酸鹽化反應，因此可形成適當之Hf02膜。 另外，金屬氧化膜之膜厚越厚，則即使進行金屬氧化 膜與矽基板之熱處理時亦難以產生矽酸鹽化。因此，欲充 分實現矽酸鹽化時，某一程度下須使金屬氧化膜形成爲較 薄，至少1原子層程度以下爲較好，更好爲小於1原子層 〇 依據ALD法，藉由2〜3循環可形成1原子層程度。 因此，藉由ALD法成膜時，在1〜3循環以內之成膜 之每一次進行熱處理，如此則，可形成1原子層程度之良 好矽酸鹽膜。特別是，在1循環之成膜之每一次進行熱處 理，則可以更有效使晶圓搬送位置與矽基板反應，可形成 良好矽酸鹽膜。因此，藉由 ALD法成膜時，較好是在1 循環之成膜之每一次進行熱處理。 -27- 200913062 (實施例） 以下參照圖Π ' 12說明，使用上述實 ’於矽基板、亦即矽晶圓表面形成極薄給砂 層，於其上形成高介電係數閘極絕緣膜之氧 成MOSFET之實施例。 首先’藉由HF潔淨洗淨矽晶圓（HF-cl HF潔淨之後，於矽晶圓表面形成極薄 爲接面層（HfSiOx-IL形成）。
亦即，於洗淨後之矽晶圓上藉由ALD 循環之金屬氧化膜、亦即氧化給膜之成膜 〇 處理條件爲，成膜溫度：1 5 0〜3 5 (TC 30Pa，1循環單位之膜厚：1 A。 之後，藉由RTP裝置，於氮氣體環境 Rapid Thermal Anneal)之熱處理，使氧化 產生固相反應，形成鈴矽酸鹽膜（RTA )。 但是，ALD法成膜之成膜溫度、例如 低溫時，氧化給膜與矽晶圓之間未能產生固 ，於 900 °C高溫雖能產生固相反應，但1 HfSiOx之0脫離而成爲HfSi)而無法作爲 。亦即，欲使氧化鈴膜與矽晶圓之間產生固 ，能形成給矽酸鹽膜時’熱處理溫度需要廣 膜之成膜溫度、低於矽化物化之溫度。 施形態之方法 ^酸鹽膜之接面 ,化給膜，而形 eaning )。 給矽酸鹽膜作 裝置僅進行1 (ALD-Hf02) ，成膜壓力： 下實施RTA ( 給膜與矽晶圓 150 〜350。(：之 相反應。反之 t矽化物化（ ,絕緣膜之功能 相反應之同時 丨於 ALD法成 -28- 200913062 因此，熱處理溫度爲600〜8 5 0 °C，較好是爲例如650 〜8 5 0°C，本實施形態中設爲75 0°C。 1循環之藉由ALD法之氧化給膜成膜工程及熱處理工 程被重複進行5次，於矽晶圓表面形成作爲接面層之極薄 給矽酸鹽膜（HfSiOx-IL形成）。 以下參照圖14說明形成極薄紿矽酸鹽膜（HfSiOx) 膜時，矽晶圓上形成之氧化铪（Hf02 )膜與矽晶圓之間產 生固相反應之機制。 圖14(a)之HF潔淨工程結束後， 於圖1 4 (b)之氧化鈴膜形成工程（第1次），係於矽 晶圓上藉由1循環ALD而形成氧化給（Hf02)膜。 於圖14(c)之熱處理工程（第1次），Hf02膜中之Hf 原子朝矽晶圓內擴散。此時，矽晶圓中之Si原子被放出 ，而形成H f- Ο · S i結合。另外，一部分之〇使矽晶圓氧化 ，同時放出矽晶圓中之Si。 如此則，於矽晶圓表面形成HfSiOx膜。於此階段形 成小於（未滿）1原子層之HfSiOx膜。 於圖14(d)之氧化給膜形成工程（Hf〇2膜與矽晶圓之 間產生固相反應，而形成HfSiOx膜。 於圖l4(e)之熱處理工程（第2次），Hf〇2膜中之Hf 原子朝矽晶圓內擴散。此時’矽晶圓中之S i原子被放出 ，而形成Hf-O.Si結合。另外，一部分之〇使矽晶圓氧化 ，同時放出矽晶圓中之S i。於此階段，於矽晶圓表面形成 1原子層程度之HfSiOx膜。 -29- 200913062 第3次以後係成爲HfSiOx膜與矽晶圓之反應，以及 Hf02膜與則3丨0；£膜之反應，因此自矽晶圓中朝HfSiOx膜 中之Si擴散會被抑制，另外，自HfSiOx膜中朝HfO膜中 之Si擴散亦同樣被抑制。因此，該固相反應於數次後結 束，超過某一次數即不產生。 本實施形態中，重複5次之固相反應。 如上述說明，於Hf02膜與矽晶圓之間產生固相反應 ，而形成HfSiOx膜。 又’重複5次之1循環ALD之氧化鈴膜形成工程以 及熱處理工程可形成極薄給矽酸鹽膜，但是即使重複6次 ’亦僅於極薄給矽酸鹽膜上被形成氧化給膜。 其理由如下。 亦即，Hf02膜與矽晶圓之間熱處理引起之矽酸鹽化， 於第1次及/或第1次’主要由Hf02膜與矽晶圓之間之 純粹之固相反應產生’第3次以後則由以前形成之H fS i Ο x 膜、矽晶圓、以及Hf02膜間之固相反應產生。原本Hf02 膜與HfSi〇x膜不容易產生反應，矽晶圓與HfSiOx膜亦不 容易產生反應’因此第3次以後較之前更難產生固相反應 (Si難以被吸附於Hf〇2膜）。因此隨重複次數增加， HfSiOx膜之最表面之Si濃度降低，該最表面成爲富含Hf 之HfSiOx膜。本實施形態中，重複5次數後，HfSiOx膜 與HfO2膜之間之各元素之濃度斜率幾乎成爲不存在之狀 態（極微小之狀態）’而成爲無法產生固相反應、亦即矽 酸鹽化。 -30- 200913062 因此，1循環之ALD法之氧化給膜成膜工程及熱處理 工程被重複進行之次數5次以下即可。以膜厚而言〇.4nm 以下即可。 又，砂晶圓爲單結晶。單結晶爲Si原子互以整齊之 規則結合而配列的結晶，結晶方位之規則整齊而成爲一定 方向。因此，矽晶圓之缺陷少、雜質之混入量少、陷阱（ trap )亦少。藉由熱處理使該矽晶圓與Hf02膜直接產生固 相反應時，因爲矽晶圓之該特性，而可形成缺陷或雜質或 陷阱少、膜中之Hf、Si濃度分布變動少的良好之HfSiOx 膜。 如上述說明，矽晶圓與Hf02膜之熱處理之固相反應 ，重複5次後（膜厚成爲0.4nm時）即可以不產生，因此 優點爲可控制Hf Si Ox膜之膜厚成爲較薄。 相對於此，SiON (氧氮化矽）膜或Si3N4 (氮化砂） 膜或Si3 02膜爲非晶質膜。非晶質膜爲Si原子不規則配列 I: 之分散狀態，缺陷或雜質或陷阱較多。使Hf02膜與此種
SiON (氧氮化砂）膜或Si3N4(氮化矽）膜反應時，因爲 - SiON膜或Si3N4膜之上述特性，會形成缺陷或雜質或陷阱 , 多、甚而膜中之Hf、Si濃度分布變動多的膜質之膜。 又，於矽晶圓上形成Si3N4膜，於其上形成含氫之 Hf〇2膜後（此時Si3N4膜因爲氧化劑之故而成爲SiON) ，進行熱處理，依此而使Si由矽晶圓側擴散至Hf02膜中 ，而形成含Si之Hf02膜之方法存在。
但是，此方法時，因爲熱處理會使氫（H)由 SiON -31 - 200913062 膜及/或Hf02膜脫離，而形成孔洞（void )。矽晶圓或 SiON膜中含有之Si會介由該孔洞擴散至Hf02膜中， Hf02膜含有之Hf會擴散至SiON膜中。因此由個別之膜 被放出Si或Hf之處，會形成該Si或Hf放出部分（亦即 氫之放出部分）之孔洞、亦即陷阱。另外，氫以隨機方式 存在個別之膜中，因而個別之膜中之Hf濃度或Si濃度分 布會產生變動。 相對於此，本實施例中並非利用氫脫離所形成孔洞而 擴散Si及/或Hf，而是利用Hf02膜與矽晶圓之間之固相 反應、亦即利用Hf02膜與矽晶圓之原子彼等間擴散置換 之反應，因此和上述方法比較，具有陷阱少、膜中之Hf 、S i濃度分布變動少的優點。 極薄給矽酸鹽膜形成後，於極薄給矽酸鹽膜上形成作 爲高介電係數絕緣膜的氧化給膜（高介電係數膜之形成） 〇 亦即，於矽晶圓表面被形成有極薄飴矽酸鹽膜上，藉 由ALD裝置40形成作爲高介電係數絕緣膜的氧化給膜。 處理條件爲，成膜溫度：1 5 0〜3 5 0 °C，成膜壓力： 30Pa，循環數；20〜40循環，膜厚：2〜4nm。 形成作爲高介電係數絕緣膜的氧化給膜之後，於氧化 給（Hf02)膜上形成作爲閘極的鎳矽化物（NiSi)進行圖 案化（Ni、Si之沈積、圖案化）之後，經由配線工程等形 成 MOSFET。 測試如此形成之MOSFET之特性。 -32- 200913062 圖5爲本實施例中形成Hf Si Ox層（接面層）後 XPS分析觀察之光譜分布圖。 圖6爲以本實施例之極薄鈴矽酸鹽膜作爲接面層 時之高介電係數閘極堆疊（gate stack )構造之斷面 照片。 圖7〜10分別爲MOSFET之特性。 又，關於MOSFET之特性，亦作成不具備本實施 HfSiOx層之構造之比較例，記載其結果。 由圖5之XPS光譜分布可確認，依據本實施例， 化鈴膜與矽晶圓之間產生固相反應，形成給矽酸鹽膜 由圖6之斷面TEM照片可確認，形成極薄、約〇 之平坦給矽酸鹽膜。 圖7表示使用本實施例之HfSiOx膜作爲接面層 介電係數（High-k)閘極堆疊構造MOS電容器之CV 分布圖。由圖7可知，依據使用本實施例之極薄紿矽 膜的高介電係數閘極堆疊構造，可獲得大容量，可獲 0 6nm 之 EOT。 圖8爲EOT相對於氧化鈴物理膜厚之關係分布圖 由表示接面層之EOT之切片可確認以下。 使用給砂酸鹽膜的高介電係數聞極堆疊構造，接 部分之EOT爲〇.24ηιη，使用斷面TEM照片之觀察之 結果所得物理膜厚（約〇.4nm )計算介電係數時，本 例之極薄給矽酸鹽膜具有約7之介電係數，可形成具 30%之鉛之給矽酸鹽膜。
藉由 使用 TEM 例之 在氧 D .4 nm 的商 特性 酸鹽 得約 面層 觀察 實施 有約 -33- 200913062 另外’不具備極薄給矽酸鹽膜的高介電係數閘極堆疊 構造’其具有EOT爲〇.38nm部分之接面層，可想像爲形 成低介電係數之SiOx膜。 圖9表示使用本實施例之HfSiOx膜作爲接面層的高 介電係數閘極堆疊構造MOS電容器之EOT_Jg特性之分布 圖。 和使用氧化矽膜（Si〇2膜）作爲閘極絕緣膜的閘極堆 疊比較’使用本實施例之極薄鉛矽酸鹽膜的高介電係數閘 極堆疊構造中’具有接近約1 〇6倍Jg之優點。 另外，和不具有本實施例之極薄給矽酸鹽膜的高介電 係數閘極堆疊構造比較，亦可獲得接近約1 〇3倍Jg之優點 〇 圖10爲使用本實施例之HfSiOx膜作爲接面層的高介 電係數閘極堆疊MOSFET的有效電子移動度與電場相關係 之分布圖。 和不具有本實施例之極薄給矽酸鹽膜的高介電係數閘 極堆疊構造比較，可獲得較高之有效電子移動度。 如上述說明，以本實施例之極薄飴矽酸鹽膜作爲接面 層使用的高介電係數閘極堆疊構造，可獲得極薄之EOT , 就漏電流而言具有極佳優點，可獲得良好之MOSFET特性 〇 又，本發明不限定於上述實施形態，在不脫離其要旨 之情況下可做各種變更實施。 例如，於上述實施形態說明，使用集合ALD裝置與 -34- 200913062 RTP裝置而成之群組裝置進行氧化給膜形成工程及熱處理 工程之例，但本發明不限定於此，亦適用氧化給膜形成工 程及熱處理工程在同一處理室進行之例。 又，不限定於使用葉片式成膜裝置及熱處理裝置，亦 適用批次式成膜裝置及熱處理裝置。 例如，於上述實施形態中，說明閘極絕緣膜，但絕緣 膜不限定於此閘極絕緣膜，亦適用於電容器絕緣膜。 例如，於上述實施形態中，接面層形成用的金屬氧化 膜，和接面層之上形成的高介電係數絕緣膜設爲同一膜， 但亦可爲不同之膜。 又，接面層形成用的金屬氧化膜及/或高介電係數絕 緣膜，不限定於使用氧化給膜。 金屬氧化膜及/或高介電係數絕緣膜之形成材料可爲 ，含有由Hf、Ta、A1、Zr、La及Y構成之群所選擇之單 數或多數元素的氧化物，或者具有彼等氧化物上下配置之 堆疊構造的氧化物。 例如可爲 HfSiOx 、 Ta205 、 AL203 、 Zr02 、 HfAlOx 、 HfAlON、HfON、La203、Y203、Hf02 / AL203、Hf02 / Zr02、Hf02/AL203/Hf02 等。 電容器絕緣膜之形成材料可爲BST(Ba-Sr-Ti〇3)、 STO ( Sr-TiO3 )。 被處理基板不限定於晶圓，可爲LCD裝置之製程中 的玻璃基板或液晶面板等基板。 本發明之較佳態樣。 -35- 200913062 依本發明之一態樣提供之半導體裝置之製造方法，係 具有：於矽基板上形成金屬氧化膜，藉由熱處理使該金屬 氧化膜與上述矽基板產生固相反應而形成矽酸鹽膜的工程 ;及於該矽酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜的工程。 較好是上述矽酸鹽膜，係藉由重複上述金屬氧化膜之 形成、及上述熱處理引起之上述固相反應，而加以形成。 較好是上述矽酸鹽膜，係藉由重複1原子層以內之上 述金屬氧化膜之形成、及上述熱處理引起之上述固相反應 ，而加以形成。 較好是上述矽酸鹽膜，係藉由重複1〜3循環之ALD 法之上述金屬氧化膜之形成、及上述熱處理之上述固相反 應，而加以形成。 較好是上述熱處理，係在較上述金屬氧化膜形成時之 溫度爲高、較上述矽酸鹽膜被矽化物化時之溫度爲低的溫 度下進行。 較好是上述金屬氧化膜，係和上述高介電係數絕緣膜 爲相同之膜。 較好是上述金屬氧化膜及上述高介電係數絕緣膜爲氧 化給（Hf)膜，上述矽酸鹽膜爲鈴矽酸鹽膜。 依本發明之另一態樣提供之半導體裝置之製造方法， 係具有：於矽基板上形成高介電係數絕緣膜，藉由熱處理 使該高介電係數絕緣膜與上述矽基板產生固相反應，重複 其而形成矽酸鹽膜的工程；及於該矽酸鹽膜上形成高介電 係數絕緣膜的工程。 -36- 200913062 依本發明之再另一態樣提供之半導體裝置之製造方法 ，係具有：於矽基板上形成氧化給膜，藉由熱處理使該氧 化飴膜與上述矽基板產生固相反應，重複其而形成鈴砂酸 鹽膜的工程；及於該鈴矽酸鹽膜上形成氧化給膜的工程。 依本發明之再另一態樣提供之基板處理裝置，係具有 :第1處理室，用於在矽基板上形成高介電係數絕緣膜； 第2處理室，用於進行上述矽基板之熱處理；搬送室，設 於上述第1處理室與上述第2處理室之間，在上述第1處 理室與上述第2處理室之間搬送上述矽基板；搬送機器手 臂’設於上述搬送室內，用於搬送上述矽基板；及控制器 ’進行以下控制：藉由上述搬送機器手臂將上述矽基板搬 送至上述第1處理室內，在上述第1處理室內於上述矽基 板上形成上述高介電係數絕緣膜，藉由上述搬送機器手臂 將形成有上述高介電係數絕緣膜的上述矽基板，由上述第 1處理室內搬送至上述第2處理室內，在上述第2處理室 內對形成有上述高介電係數絕緣膜的上述矽基板進行熱處 理’使上述高介電係數絕緣膜與上述矽基板產生固相反應 而形成矽酸鹽膜，重複進行該動作而於上述矽基板表面形 成特定膜厚之矽酸鹽膜，之後，將上述特定膜厚之矽酸鹽 膜形成後的上述矽基板，由上述第2處理室內搬送至上述 第1處理室內’在上述第1處理室內於上述特定膜厚之矽 酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜。 (發明效果） -37- 200913062 依據上述手段，所提供的半導體裝置之製造方法及基 板處理裝置，可防止對電氣特性之影響’而且可以薄膜化 EOT。 【圖式簡單說明】 圖1爲本發明之一實施形態之MOSFET之閘極絕緣膜 形成工程的流程圖。 圖2爲本發明之一實施形態之群組（cluster)裝置之 平面斷面圖。 圖3爲本發明之一實施形態之群組裝置中之ALD裝 置之正面斷面圖。 圖4爲本發明之一實施形態之群組裝置中之RTP裝置 之正面斷面圖。 圖5爲實施例中形成HfSiOx層後藉由XPS分析觀察 之光譜分布圖。 圖6爲以實施例之飴矽酸鹽膜作爲接面層使用時之高 介電係數閘極堆疊（gate stack )構造之斷面TEM照片。 圖7爲實施例及比較例中之MOSFET之電容器之CV 特性分布圖。 圖8爲實施例及比較例中，EOT相對於氧化鉛物理膜 厚之關係分布圖。 圖9爲實施例及比較例中，EOT-Jg特性之分布圖。 圖1 〇爲實施例及比較例中，有效電子移動度之電場 相關係之分布圖。 -38- 200913062 圖1 1爲形成實施例之MO SFET之工程之流程圖。 圖12爲形成實施例之MOSFET之閘極絕緣膜爲止的 工程之流程圖及其斷面圖。 圖13爲ALD法之成膜過程之斷面圖。 圖1 4爲固相反應產生之過程及機制說明用流程圖及 其斷面圖。 【主要元件符號說明】
1 ： POUP 2 :晶圓（被處理基板） 1 〇 :群組裝置（基板處理裝置） 11:負壓移載室（基板移載室） 12:負壓移載室框體 13:負壓移載裝置（晶圓移載裝置） 14:搬入室（搬入用預備室） 15:搬出室（搬出用預備室） 16:正壓移載室（晶圓移載室） 19:正壓移載裝置（晶圓移載裝置） 24: POUP開啓器 25 :載置台 3 1 :第1處理單元 3 2 :第2處理單元 3 3 :第3處理單元 3 4 :第4處理單元 -39- 200913062 3 7 :控制器 40 : ALD裝置 1 10 : RTP 裝置
Claims (1)
- 200913062 十、申請專利範圍 1· 一種半導體裝置之製造方法，其特徵爲具有： 於矽基板上形成金屬氧化膜，藉由熱處理使該金屬氧 化膜與上述矽基板產生固相反應而形成矽酸鹽膜的工程； 及 於該矽酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜的工程。 2 ·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述矽酸鹽膜，係藉由重複上述金屬氧化膜之形成、 及上述熱處理之上述固相反應，而加以形成。 3-如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述矽酸鹽膜，係藉由重複1原子層以內之上述金屬 氧化膜之形成、及上述熱處理之上述固相反應，而加以形 成。 4.如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述矽酸鹽膜，係藉由重複1〜3循環之ALD法之上 述金屬氧化膜之形成、及上述熱處理之上述固相反應，而 加以形成。 5 ·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述熱處理，係在較上述金屬氧化膜形成時之溫度爲 高、較上述矽酸鹽膜被矽化物化時之溫度爲低的溫度被進 -41 - 200913062 行。 6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述金屬氧化膜，係和上述高介電係數絕緣膜爲相同 之膜。 7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法 ，其中 上述金屬氧化膜及上述高介電係數絕緣膜爲氧化給（ Hf)膜，上述矽酸鹽膜爲給矽酸鹽膜。 8. —種半導體裝置之製造方法，其特徵爲具有： 於矽基板上形成高介電係數絕緣膜，藉由熱處理使該 高介電係數絕緣膜與上述矽基板產生固相反應，重複其而 形成矽酸鹽膜的工程；及 於該矽酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜的工程。 9. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵爲具有： 於矽基板上形成氧化鈴膜，藉由熱處理使該氧化給膜 與上述矽基板產生固相反應，重複其而形成給矽酸鹽膜的 工程；及 於該給矽酸鹽膜上形成氧化給膜的工程。 10. —種基板處理裝置，其特徵爲具有： 第1處理室，用於在矽基板上形成高介電係數絕緣膜 第2處理室，用於進行上述矽基板之熱處理； 搬送室，設於上述第1處理室與上述第2處理室之間 -42- 200913062 ’在上述第1處理室與上述第2處理室之間搬送上述矽基 板； 搬送機器手臂，設於上述搬送室內，用於搬送上述矽 基板；及 控制器’進行以下控制：藉由上述搬送機器手臂將上 述矽基板搬送至上述第1處理室內，在上述第1處理室內 於上述矽基板上形成上述高介電係數絕緣膜，藉由上述搬 送機器手臂將形成有上述高介電係數絕緣膜的上述矽基板 ，由上述第1處理室內搬送至上述第2處理室內，在上述 第2處理室內對形成有上述高介電係數絕緣膜的上述矽基 板進行熱處理，使上述高介電係數絕緣膜與上述矽基板產 生固相反應而形成矽酸鹽膜，重複進行該動作而於上述政 基板表面形成特定膜厚之矽酸鹽膜，之後，將上述特定膜 厚之矽酸鹽膜形成後的上述矽基板，由上述第2處理室內 搬送至上述第1處理室內，在上述第1處理室內於上述特 定膜厚之矽酸鹽膜上形成高介電係數絕緣膜。 -43 -
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Cited By (2)
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