TW512461B - Single-substrate-heat-processing apparatus and method for performing reformation and crystallization - Google Patents

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512461 A7 ______B7 五、發明説明（1 ~" — 背景技術 本發明係有關用於除去配設在被處理基板上含於薄膜 内之有機不純物改質處理與使薄膜結晶化之結晶化處理之 枚葉式熱處理裝置及方法，特別是用於以金屬（金屬有機物 化學汽相沈積）堆積的金屬氧化膜之熱處理裝置及方法。 當製造半導體裝置時，對半導體晶圓重覆施行膜形成 處理或圖案蚀刻處理。膜形成處理係半導體裝置隨著高密 度化及高集成化其規格年年趨向嚴格。譬如即使面對電容 器的絕緣膜或閘門絕緣膜那樣非常薄的絕緣膜等也要求到 更為薄膜化與更高的絕緣性。 作為該等的絕緣膜，從習知的使用氧化石夕膜或氮化石夕 膜。可是，最近，作為絕緣特性更良好的材料，金屬氧化 膜，·#如使用氧化鈕（Ta2〇5)膜。這樣的膜係由金屬有機物 化學汽相沈積，亦即藉使用有機金屬化合物氣體化能夠堆 積ϋ亥金屬氧化膜係藉堆積後表面之改質處理，更能提高 絕緣性。特開平2-283022號公報係揭露該種之改質處理技 術。 氧化鈕膜之形成係在化學汽相沈積裝置施行。作為處 理氣體，譬如，使用含烷氧化鈕（Ta(〇C2H5)5)原料氣體與 氧氣。處理壓力係〇·2〜〇·3托程度，處理溫度係設定於攝 氏250〜450度程度。在這樣的條件下，藉原料氣體的離散 產生以激發種與氧氣含有反應，非晶質狀態（非結晶形態） 的氧化鈕膜堆積於半導體晶圓上。 堆積後之氧化鈕膜之改質處理係在改質裝置施行。配 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

訏- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明説明（2 ) 設氧化组膜之晶圓係配置於含臭氧大氣壓之環境氣體中。 可發生活性氧原子那樣的，自水銀燈照射紫外線至臭氧。 藉活性氧原子使含於氧化鈕膜中之碳-碳結合等之有機不 純物即分解且脫離。此外，改質處理係維持氧化鈕膜之非 晶質狀悲那樣的，以結晶化溫度以下的溫度，譬如攝氏425 度程度施行。 接著，搬送晶圓至結晶化用之熱處理裝置。在此，氧 氣存在下氧化鈕膜在結晶化溫度以上，譬如加熱至攝氏700 度藉°亥退火，氧化组膜會結晶化在分子水平緻密化，更 提高氧化鈕膜之絕緣特性。 再者，特開平9-121035號公報係揭露氧化鈕膜由兩層 形成的技術。換言之，首先在半導體晶圓上堆積非晶質狀 態之第1層，實施該層之改質處理。接著，在第丨層上堆積 非晶質狀態之第2層，實施該層之改質處理。然後，在最後 以高溫熱處理晶圓，第丨及第2層會能一起的結晶化。依該 技術’只有各層變薄的部份個別之改f處理時能有效的脫 離有機不純物，變成可能更加的提高氧化㈣之絕緣特性 。不過，該方法由於處理步驟數或搬送步驟數變多，會降 低生產力，-方面伴隨著所謂增加設備成本或生產成本之 問題。 有關本發明者等發明的特平10_79377號公報（美國專 利申請08/m，·)係揭露將堆積裝置、改f裝置及結晶化 用熱處理裝置以共同搬送室連結之組件工具型之膜形成系 統。透過這樣的組件工具型之膜形成系統，可解除相當程 M2461 A7 _______B7__ 五、發明説明（3 ) 度上述之生產力等之問題。不過，期望更進一步改善。 發明概述 本發明之目的係提供一種用於改質及結晶化之枚葉式 熱處理裝置及方法，可提高生產力，一方面可降低設備成 本或生產成本。 本發明之第1觀點係用於除去配設於被處理基板上含 於薄膜内之有機不純物之改質處理，使前述薄膜結晶化之 結晶化處理之牧葉式熱處理裝置，在此，前述薄膜係由金 屬氧化物、金屬氮化物及金屬所構成之群中選出的材料構 成者，該處理裝置包含有： 處理室，呈氣密狀態； 載運台，配設於前述處理室内，用以載置前述被處理 基板； 排氣機構，用以將前述處理室内排氣； 處理氣體供給機構，用以供應含氧氣原子之處理氣體 至前述處理室内； 加熱機構，係於前述載置台上載置有前述被處理基板 之狀態下，用以加熱前述薄膜者，以及 控制部，用以控制前述加熱機構； 又，該控制部係控制前述加熱機構，使其於一第丨期間 内將前述薄膜加熱至比前述材料之結晶化溫度低之第丨溫 度，以進行前述改質處理，隨之將前述薄膜升溫至比前^ 結晶化溫度高之第2溫度後並將之冷卻至比前述結晶化溫 度低之溫度以進行前述結晶化處理； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 A7 ___ —_B7_ 五、發明説明（4 ) 而，前述第1期間則比前述薄膜處於前述結晶化溫度以 上溫度之第2期間長。 本發明之第2觀點係用以在被處理基板上形成結晶化 的薄膜之膜形成系統，在此，前述薄膜係由金屬氧化物、 金屬氮化物、金屬所構成之群中選出之材料構成者，該系 統它包含有： 共同搬送室，呈氣密狀態； 搬送機構，配設於前述共同搬送室内，係用以搬送前 述被處理基板者； 枚葉式化學汽相沈積裝置，以閘閥連結於前述共同搬 送室’係用以藉化學汽相沈積而於前述被處理基板上堆積 非晶質狀態之薄膜者； 枚葉式熱處理裝置，以閘閥連結於前述共同搬送室； 係用以遂行除去含於前述薄膜内之有機不純物的改質處理 及將前述薄膜結晶化之結晶化處理者； 而該熱處理裝置並包含： 處理室，呈氣密狀態； 載置台，配設於前述處理室内，用以載置前述被處理 基板； 排氣機構，用以使前述處理室内排氣； 處理氣體供給機構，用以供應含氧氣原子之處理氣體 至前述處理室内； 加熱機構，係於前述載置台上載置有前述被處理基板 之狀態下，用以加熱前述薄膜者，以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公复） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 却| 五、發明説明（5 ) 控制部’用以控制前述加熱機構； 低之/里度以進行刖述結晶化處理；而，前述第1期間則比前 述薄膜處於前述結晶化溫度以上溫度之第2期間長。 又’該控制部係控制前述加熱機構，使其於一第丨期間 内將前述薄膜加熱至比前述材料之結晶化溫度低之第^溫 度以進行前述改質處理，隨之將前述薄膜升溫至比前述結 日日化’皿度兩之第2溫度後並將之冷卻至比前述結晶化溫度 本發月之第3觀點係在被處理基板上形成結晶化之薄 膜的方法，在此，前述薄膜係由金屬氧化物，金屬氮化物 及金屬所構成之群中選出之材料構成者，該方法包含有： 堆積步驟，係藉化學汽相沈積堆積非晶質狀態之薄膜 至前述被處理基板上； 载置步驟，係將配設前述薄膜的前述被處理基板載置 於氣密處理室内之載置台上； 改質處理步驟，係一邊將前述處理室内排氣，一邊供 應含氧原子之處理氣體至前述處理室内，同時，於一第丄 』間内將別述载置台上之前述被處理基板的前述薄膜加熱 至比前述材料的結晶化溫度低的第i溫度，以去除含於前述 薄膜内之有機不純物；及 、、、’口 ΒΘ化處理步驟，係緊接於前述改質處理之後，將前 述載置口上之則述被處理基板的前述薄膜升溫至比前述化 ’皿度還@的第2溫度a將之冷卻至比前述結晶化溫度低的 溫度，使前述薄膜結晶化； 又則述第1期間則比前述薄膜處於前述結晶化溫度以

本發明之第4觀點係在被處理基板上形成結晶化之薄 膜的方法，在此，前述薄膜要具有由金屬氧化物、金屬氮 化物、金屬所構成之群中選出之材料構成之第丨及第2層， 該方法包含有： 堆積第1層之步驟，係藉化學汽相沈積將非晶質狀態之 第1層堆積於前述被處理基板上； 改質處理步驟，在含有活性氧原子之環境氣體中將前 辻第1層加熱至比刖述材料的結晶化溫度低的溫度，以除去 含於前述第1層内之有機不純物； 堆積第2層之步驟’係藉化學汽相沈積將非晶質狀態之 第2層堆積於經前述改質處理後之第1層上； 載置步驟，將已配設有前述第2層之前述被處理基板載 置於氣密處理室内之載置台上； 2 另一改質處理步驟’係一邊將前述處理室内排氣，一 邊供應含有氧原子之處理氣體至前述處理室内，同時在第ι 期間内將前述載置台上之前述被處理基板之前述第2層加 熱至比前述結晶化溫度低之第丨溫度，以除去含於前述第 層内的有機不純物；以及 緊接於前述第2層之改質處理之後，將前述載置台上之 前述被處理基板之前述第丨及第2層升溫至比前述結晶化溫 度同之第2溫度且將之冷卻至比前述結晶化溫度低之溫度 ，將前述第1及第2層結晶化； 而’别述第1期間則比前述第1及第2層處於前述結晶化 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） A7 A7

溫度以上溫度之第2期間長。 圖式之簡單的說明 第1圖表示有關本發明之實施形態工具組型之膜形成 系統主要部份概略構成圖。 第2A〜D圖係有關本發明之實施形態膜形成方法步驟 順序的表示圖。 第3圖表示熱處理裝置的處理溫度之變化圖表。 第4圖表示氧化鈕膜之絕緣耐壓特性圖表。 第5A〜D圖係有關本發明之另外的實施形態膜形成方 法步驟順序的表示圖。 第6A、B圖係有關本發明又一另外的實施形態膜形成 方法步驟順序的表示圖。 第7圖表示第1圖所圖式的膜形成系統熱處理裝置之主 要部份之概略構成圖。 第8圖表示第7圖所圖示的裝置之蓮蓬頭之平面圖。 第9圖表示有關本發明之另外的實施形態熱處理裝置 之主要部份概略構成圖。 第10圖表示有關本發明之另外的實施形態組件工具型 膜形成系統主要部份概略構成圖。 第11圖表示有關本發明又一另外的實施形態熱處理裝 置之主要部份概略構成圖。 第12圖表不只以紫外線施行改質的習知方法與使用紫 外線及紅㈣施行改質之本發明枝比較結果之圖形。 第13圖表示本發明又一另外的實施形態熱處理裝置之 512461 A7 B7 五、發明説明（8 ) 主要部份之概略構成圖。 第14圖係表示於第13圖裝置之概略上面圖。 第15圖係表示光線的掃描速度之變化圖形。 第16圖表示有關本發明又一另外的實施形態處理裝置 之主要部份概略構成圖。 第17圖表示有關本發明之又一另外的實施形態熱處理 裝置之主要部份概略構成圖。 第18圖表示有關本發明之又一另外的實施形態熱處理 裝置之主要部份概略構成圖。 第19圖係表示於第18圖裝置之概略上面圖。 <主要符號〉 1···膜形成系統 20···第1氧化钽層 1M…膜形成系統 22···第2氧化钽層 2…處理室 24…氧化组層 3···共同搬送室 32…處理室 4···化學汽相沈積裝置 34…處理室 6···化學汽相沈積裝置 36…密封構件 8···改質裝置 38…底板 10…熱處理裝置 42…天花板 14A—^ S 室 44…載置台 14B···卡匣室 45…基台 16…臂機構 46…基台之蓋子 18…紫外線照射裝置 47…插銷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 Α7Β7 五、發明説明（9 ) 48…夾子 50…加熱燈 51…調整控制器 52…反射鏡 54…排氣口 55…真空排氣機構 56…蓮蓬頭 58…總管 59…氣體源 60A…環型管 60B…内側管 61…氣體噴射孔 62···0型環等的構件 64…窗 66…紫外線燈 72…熱處理裝置 74…處理室 76…等離子模槽 78…喷嘴 80…微波電源 82…分配板 84…開口 102…熱處理裝置 104…處理室 2224 024682468 3 3 3 3 3 4 4 4 4 54 •底部 •真空泵 真空排氣機構 排氣口 載置台 旋轉軸 密封構件 電阻加熱元件 電極 靜電夾頭 孔 頂件銷 銷升降桿 伸縮波紋管 蓮蓬頭 環狀的管 内側管 總管 氣體源 開口 透射窗 密封構件 固定柜 光線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 12 512461 A7 B7五、發明説明（1G ) 156…光線放射機構 188…密封構件 158…水銀燈 190…透射窗 158A···水銀燈 192…掃描機構 160···紅外線燈 194…掃描機構導執 160A···紅外線燈 196…驅動執道 162…微波發生機構 198…驅動馬達 164···導波管 W…晶圓 166…電源 C…匣 168…導線 G1…閘閥 170，170A，170B···反射鏡 G2…閘閥 172…入口 G3…閘門 174···裝料室 G4…閘門 178…筐體 G5…閘閥 180···反射鏡 G6…閘閥 182···鏡機構 G7…閘閥 184…旋動轴 G8…閘閥 186···開口 PF···處理空間 發明之詳細的說明 關於本發明之實施形態參照圖式說明於後。此外，在 以下的說明其中，關於具有大致同一的機能及構成之構成 要素係附上同一符號，僅在需要的時候作重複的說明。 第1圖表示關於本發明之實施形態組件工具型膜形成 系統之主要部概略構成圖。 如第1圖所示，膜形成系統1其中，共同搬送室3係連結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -13 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 A7 ______ B7_ 五、發明説明（11 ) 兩台的化學汽相沈積裝置4, 6、改質裝置8與熱處理裝置1〇 。為提高晶圓之搬出入效率，共同搬送室3還連結兩台的卡 匣至14A’ 14B。在各裝置4，6，8，10及室14A，14B間， 一面維持真空狀態，一面通過共同搬送室3搬送晶圓。為搬 送晶圓，在共同搬送室3内配設臂機構16係由可能伸縮及旋 轉的多關節臂所構成。 共同搬送室3與卡匣室14A，14B係分別透過閘閥G1、 G2相連結。卡匣室14Α，14β係分別配設閘門G3、G4用以 開關與外部作業室環境氣體之間，使下氣可能開放。共同 搬送室3與化學汽相沈積裝置4，6、改質裝置8、熱處理裝 置1〇係分別透過閘閥G5、G6、G7、G8相連結。 共同搬送室3及卡匣室14A，14B係分別氣密構造的構 成。卡匣室14A ’ 14B係構成該膜形成系統全體之晶圓搬出 入口。通過開放之閘門G3、G4，用以收容複數的半導體晶 圓之匣C對著卡匣室14A、14B搬出入。卡匣室14A、14B係 刀另〗具有升降及^^轉自如的卡匣台（圖未表示）。卡！室14 a 、14B係在收容匣c狀態變成真空。 化學汽相沈積裝置4、6係被處理基板譬如面對半導體 晶圓W ’使用於為形成在氣化狀態的金屬氧化膜原料與氧 氣存在之真空環境氣體中非晶質狀態的金屬氧化膜。改質 裝置8係使用於施行金屬氧化膜在真空環境氣體下曝曬於 活性氧原子之改質處理。熱處理裝置1〇係使用於為連續施 行金屬氧化膜之改質處理與將金屬氧化膜加熱至結晶化溫 度以上將其結晶化之結晶化處理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) # 、野— 512461 A7 __B7 —_ 五、發明説明^ ~~ — 各裝置^小職^⑽係内部分別連接以 惰性氣體譬如以氮氣清洗之氣體供應機構（圖未表示）及用 以使内部抽成真空之真空排氣機構（圖未表示）。各裝置4， 6 ’ 8 ’ 10及至3 ’ 14A ’ 14B之氮氣供應及真空排氣變成可 能互相獨立的控制。 作為氣相澱積裝置4，6或改質裝置8，可使用在特開平 10-79377號公報（美國專利申請〇8/889,59〇，該主旨特此併 入藉以參考）揭露者。 各化學汽相沈積裝置4，6，作為在晶圓表面非晶質狀 態之金屬氧化膜，譬如藉化學汽相沈積堆積氧化鈕（Ta2〇5) 層作為金屬氧化膜原料的有機化合物之一的液狀金屬烧 氧化物，譬如烷氧基鈕係譬如以氦氣精餾供應。該處理氣 體與氧氣〇2等在處理室内混合氣體，在該環境氣體下施行 化學汽相沈積成膜反應。設置兩台同樣構造之化學汽相沈 積裝置的理由係為提高生產生力。作為氧氣〇2以外，可使 用臭氧、一氧化二氮、一氧化氮、氣化狀態之乙醇等。 改夤裝置8係在加熱器内藏的載置台上設置之晶圓表 面曝曬於活性氧原子，形成於晶圓表面之金屬氧化膜會改 質，活性氧原子係由外部導入臭氧（Os)，由裝置在天花板 部的燈18照射紫外線而獲得。此外，代替臭氧，使用一氧 化一氮氣體發生活性氧原子也可。藉活性氧原子，存在於 金屬氧化膜中之碳-碳結合或碳氫化合物等之有機不純物 會分解且脫離。該改質處理係為使有機不純物完全的脫離 在金屬氧化膜的結晶化溫度以下之溫度施行。 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 512461 A7 _B7_ 五、發明説明（13 ) 熱處理裝置10係活性氧原子的存在下晶圓由金屬氧化 膜的結晶化溫度以下升溫至結晶化溫度以上。由此，連續 的施行形成於晶圓最上層的金屬氧化膜之改質處理與成膜 於0¾圓全部的金屬氧化膜之結晶化處理，或者，活性氧原 子的存在下使晶圓升溫，大體上也可同時達成改質處理與 結晶化處理。 第7圖表示作為第1圖圖示的膜形成系統1之熱處理裝 置10使用之裝置32之主要部份概略構成圖。 如第7圖所示，該熱處理裝置32,譬如，具有表面以防 蝕鋁覆蓋之鋁形成的處理室34。在處理室34的底部係通過 0型環等的密封構件36氣密的配設底板38。 處理室34内配設載置台44，用以載置半導體晶圓W。 載置台44係具有基台45與透過夾子48可裝拆的安裝於基台 45之蓋子46。蓋子46係由光透過性之石英構成的，在其上 面為載置晶圓W配設複數的石英製之插銷47。基台45與蓋 子46之間係形成由處理室34内環境氣體隔離之氣密的空間 〇 載置台44之氣密空間内係配設複數個由鹵素燈等構成 之加熱燈50。可將晶圓W由其裏面侧加熱。各燈50係藉控 制器51可能控制著各自的投入電力，配設於晶圓W及其上 面的金屬氧化膜之溫度變成可能設定於任何的溫度。各燈 50的下面係配設斷面略為橢圓形狀或呈拋物線形狀的曲線 之反射鏡52。由此，來自燈50之放射光可有效的照射至晶 圓裏面。 16 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 512461 A7 B7 五、發明説明（14 ) 處理34之底板38係形成連結在真空排氣機構55之複數 的排氣口 54。藉真空排氣機構55變成可能使處理室34内排 氣且設定於真空處堙室34之側壁係配設搬入晶圓W時開關 之閘閥G7。載置台44的上方係對向配設蓮蓬頭56。蓮蓬頭 56透過貫通處理室54側壁之總管5 8，連結於處理氣體（臭氧 或氧氣）之氣體源59。 蓮蓬頭56具有如第8圖所示那樣格子狀的形狀。亦即， 蓮蓬頭56係連結於總管58之環形管60A與連結於其内側， 具有格子狀組成之内側管60B。内側管60B係在下側以等間 距形成多數的氣體噴射孔61。 處理室34之天花板42係形成比晶圓直徑還要大直徑的 開口。閉鎖該開口那樣，透過0型環等的構件62氣密的配 設由光透過性的石英構成之窗64。窗64的上方係配設多數 的紫外線燈66。由燈66譬如發生254毫微米之紫外線，通過 窗64照射至處理氣體及晶圓W之被處理面。由此，由處理 氣體生成活性氧原子。 第9圖表示熱處理裝置10另外的實施形態72之主要部 份之概略構成圖。 如第9圖的圖示，該熱處理裝置72，譬如具有表面以防 蝕鋁覆蓋的鋁形成之處理室74。熱處理裝置72未配設如第7 圖所圖示的裝置之蓮蓬頭56、窗64、紫外線燈66。代替的 係處理室74之天花板42連結透過等離子模槽76連結於處理 氣體（〇2)的氣體源59之喷嘴78。等離子模槽176中，藉微波 電源80的電力，處理氣體即等離子化。由此，由噴嘴78供 17 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 512461 A7 —B7 五、發明説明（15 ) 應活性氧原子至處理室72内。在喷嘴78對面，配設具有多 數開口 84之分配板82。藉分配板82，可均一的分配供應活 性氧原子至晶圓之表面。 接著，就使用第1圖所圖示之膜形成系統1施行本發明 之膜形成方法說明之。在此，取作為絕緣膜由兩層所構成 形成薄的金屬氧化膜的情形為例說明之。 首先，就半導體晶圓W，譬如8吋晶圓全部的流程作說 明。未處理之晶圓W譬如將收容25張的匣C載置於第1卡匣 室14A内之卡匣台（圖未表示）上。接著關閉閘門，將該 室内作成氮氣的惰性氣體環境，同時使該室14内抽成真空 〇 接著’開啟閘閥G1，將卡匣室14 A内事先抽真空與成 為惰性氣體環境之共同搬送室3内連通，使用共同搬送室3 内的臂機構16由卡匣室14A搬入晶圓W。 接著，透過閘閥G5，將晶圓W搬入事先抽成真空的一 方之化學八相沈積裝置4内，在此，堆積作為絕緣薄膜之第 1層言如氧化組（丁&2〇5)層。結束第1層之堆積步驟後，使用 臂機構16能在維持真空狀態的共同搬送室3内取出晶圓w。 接著’透過開啟的閘閥G6將晶圓W搬入事先作成真空 狀態之改質裝置8内。在此，使用自紫外線照射裝置18發出 的紫外線或臭氧脫離含於晶圓表面之第丨氧化鈕層中的碳 氫化合物或碳_碳結合等之有機不純物，施行改質處理。 結束改質處理後，使用臂機構在維持真空狀態的共同 搬送至3内取出晶圓w。接著，透過開啟的閘閥G8將晶圓w

A7 五、發明説明（16 搬入事先維持在真空狀態之第2化學汽相沈積裝置6内，在 此以與先前的第1化學汽相沈積裝置4内之成膜處理是同樣 條件，堆積第2氧化鈕層。 結束第2層之堆積步驟後，使用臂機構在維持真空狀態 之共同搬送室3内取出晶圓W。接著，通過開啟的閘閥G7 將晶圓W搬入事先作成真空狀態之熱處理裝置1〇内。在此 ’首先’紫外線或臭氧的環境氣體下將含有第1及第2氧化 鈕層之晶圓W，以低溫（約攝氏450度）改質處理，接著，升 溫到氧化鈕的結晶化溫度以上溫度之後，能在60秒以内降 酿。由此，與施行第2氧化鈕層之改質處理接連，使第工及 第2氧化鈕層結晶化，結束結晶化步驟後，在同搬送室3内 取出已經處理之晶圓w，收容於第2卡匣室14B内之匣c内 接著，就上述各步驟參照第2A〜D圖說明之。 圓 此 首先，如第2圖所示，在第丨化學汽相沈積裝置4内晶 W上以一定的厚度形成第丨氧化鈕層加作為金屬氧化膜。… 時的原料氣體係液狀之金屬烧氧化物之烧氧基㈣以氛氣 精顧供應。再者’同時供應氧〇2等的氧化氣。金屬烧氧化 物的供應量雖也依成膜率，但譬如有數毫克/分程度。 然 20 態 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 該化學汽相沈積之處理壓力係G.2〜0.3托程度，處理溫 度係攝氏250〜450度之範圍内，譬如設定於攝氏働度。 後，譬如厚度U可堆積3.5~5.〇毫微米程度之第淖化组層 。在結束第1層20之堆積步驟時，第i層戰在非晶質狀似 。此外，由於使用有機物作為原料，無法避免有機不純物

發明説明（17 混入於第1層20中。 接著，將晶圓w搬入改f裝置8内，在第❻化组層加 施行改質處理。該改質處理其中，如第2b圖所示，供應作 為提供活性氧原子之處理氣體譬如臭氧，更且自紫外線照 射裝置18照射多量的紫外線。由此，臭氧藉由紫外線的照 射更加激發，發生了多量的活性氧原子。活性氧原子係氧 化形成於晶圓表面的^氧化纽層2()中之有機不純物，同時 ，藉紫外線的能量能切斷並分解有機不純物之碳-碳結合等 。該結果，可大略完全的脫離第丨氧化鈕層2〇中之有機不純 物0 改質處理其中，作為紫外線係多量的照射波長185毫微 米、254亳微米為主體之紫外線。再者，處理壓力係^600 托程度之範圍内，處理溫度係作為氧化鈕之結晶化程度的 攝氏600度以下，譬如設定於攝氏32〇〜6〇〇度之範圍内的攝 氏425度程度。處理溫度比攝氏32〇度小時，第i氧化鈕層川 之絕緣耐壓變成不充分，超過攝氏600度時，第1氧化鈕層 20開始結晶化，不能施行充分的改質。再者，雖改質時間 也依膜厚，但施行10分鐘以上較為理想。此外，第丨氧化鈕 層20的厚度ti比4.5毫微米薄時，沒有紫外線照射只供給臭 氧施行改質處理也可。 2 結束改質處理之後，將晶圓W搬入第2化學汽相沈積裝 置6内，如第2C圖所示，在第1氧化鈕層20上堆積第2氧化 鈕層22。原料氣體，其流量、處理壓力、處理溫度等的第 層22之堆積條件係與第1層2〇之堆積條件完全有相同的設 20 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） )12461 A7 ~~____B7_____ 五、發明説明（18 ) 定。第2層22的膜厚t2也與tl相同，譬如可設定於3 5〜5 〇亳 微米程度。結束第2層22之堆積步驟時，第丨及第2氧化鈕層 2〇 ’ 22係在非晶質狀態。 接著，把晶圓W搬入熱處理裝置10，實施以下的處理 亦即，如第2D圖所示，與先前的改質處理同樣譬如能供 給臭氧作為活性氧原子，處理壓力設定於丨〜⑹料七程度之 範圍内。再者，處理溫度係夾持氧化鈕之結晶化溫度變化 。以下含有第1及第2之氧化鈕層20，22的晶圓W之溫度（ 以下簡稱為晶圓w之溫度）的控制係藉調整控制器51(參照 第7圖）投入各燈50的電力施行。 首先，為實施第2氧化组層22之改質處理，將晶圓w的 溫度設定於比氧化钽之結晶化溫度（攝氏7〇〇度以上）還要 低，理想的係比改質溫度的上限（攝氏6〇0度）低的第}溫度 。接著，用於第1及第2氧化钽層20, 22之結晶化處理，將 晶圓W的溫度一次急速的升溫至比結晶化溫度高的第2溫 度，立刻冷卻至比攝氏600度低的溫度。 在此，維持於第1溫度的期間比處於結晶化溫度以上溫 度之期間長。 由此，最上層的金屬氧化膜之第2氧化钽層22係在達到 結晶化溫度期間做改質處理。再者，達到攝氏7〇〇度以上時 全部的氧化鈕層，亦即第1及第2氧化钽層20，22全部結晶 化。換言之，在同一室内，可連續的施行上側第2氧化鈕層 22之改質處理與第1及第2氧化鈕層20，22之結晶化處理。 第3圖表示熱處理裝置1〇的處理溫度之變化圖形。第3 21 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 512461 A7 _B7_ 五、發明説明（19 ) 圖其中橫座標軸係時間T1 (秒）、縱座標軸係表示處理溫度 PT 〇 譬如，以晶圓W的溫度及處理室34(參照第7圖）内的溫 度均攝氏450度程度之狀態將晶圓W搬入處理室34内。將該 溫度狀態維持一定的時間譬如2分鐘程度實施改質處理。接 著，直接增加供應至燈50之電力使晶圓W的溫度急劇的上 升，升溫到攝氏700度以上，譬如在攝氏750度。此時，升 溫速度係攝氏30〜130度/秒，譬如作為攝氏100度/秒。此時 ，直到攝氏600度的升溫期間係對第2氧化鈕層22實施改質 處理。超過攝氏7 0 0度之溫度領域係施行第1及第2氧化钽層 20，22之結晶化處理。 氧化钽層之改質溫度的上限在攝氏600度與結晶化溫 度的攝氏700度之間係存在攝氏100度程度的範圍。該理由 係結晶化非以某一定的溫度作為界限瞬時的產生，係保持 一定的溫度範圍徐徐的進行。因而，該攝氏600度〜700度 之期間也施行第2氧化钽層22之改質，同時也漸漸的開始第 1及第2氧化鈕層20，22之結晶化，可同時並行的進行兩種 處理。 此情形，氧化钽層22之改質時間T1雖依該層的厚度， 但如厚度是在4.5毫微米程度時係設定於120秒程度。對此 ，由於略瞬時的產生結晶化現象，溫度攝氏700度以上之時 間T2的長度譬如設定於60秒程度就可。結晶化溫度係攝氏 22 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） A7 _______B7_ 五、發明説明（2Q ) 700〜800度之範圍較為理想。該溫度比攝氏8〇〇度還要高時 ，氧化鈕層的底子更加氧化，容易增加實際的膜厚。再者 ，會產生所謂對半導體裝置熱的影響很大，劣化特性之不 好的現象。處理後的晶圓係與處理室34内以氮氣清洗，同 時降溫到攝氏425度程度，調整壓力之後搬出。 上述的說明係第2D圖所示步驟其中，可施行只使用臭 氧不照射紫外線之處理。不過，與第2B圖所示步驟同樣的 是照射紫外線UV促進改質處理那樣也可。只要加上紫外線 uv的照射，由於可更加促進第2氧化鈕層22之改質處理， 可縮短第3圖中的改質時間T1。不過，該情形，維持於改 質溫度之期間也變成比處於結晶化溫度以上之期間長。 由本發明方法製作之第i及第2氧化鈕層2〇，22構成的 絕緣膜與由習知的方法製作的第1及第2氧化鈕層構成的絕 緣膜之絕緣性作評價。在此，習知的方法係將各改質處理 與各結晶化處理全都是獨立的實施。 在第4圖表示該實驗結果。第4圖其中橫座標軸係表示 實際膜厚ET、縱座標軸係絕緣耐壓Bv。第4圖其中，直線 LA表示以習知的方法製作的絕緣膜之特性，直線lb表示 沒有紫外線只藉臭氧施行的本發明方法製作之絕緣膜特性 ，直線LC表示使用紫外線及臭氧施行的本發明方法製作之 絕緣膜特性。 如第4圖圖示，比超習知方法之絕緣膜，本發明方法之 23 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） A7 ----一__B7_ 五、發明說" -— 絕緣膜就具有稍微高的絕緣耐壓特性。換言之，本發明方 法即使對習知的方法減少一個步驟數，也比習知的還能出 不良好的特性。再者，以直線LC表示那樣，藉使用臭氧與 糸外線之雙方，可更加的提高絕緣耐壓特性。 第2A〜D圖所示方法係將氧化叙層2〇，22的厚度均設定 於略3.5〜5.0毫微米程度之同樣膜厚。不過，如第5A〜D圖 所示，使下層的第1氧化鈕層2〇之厚度tl厚一點，譬如設定 於5.5〜6.0毫微米程度，相反的使上層的第2氧化鈕層22之 厚度t2薄一點，譬如設定於2.5〜4〇毫微米程度也可。此情 形，由於只有第2氧化鈕層22之膜厚度變薄一點的部份可迅 速的施行改質，第5D圖所示步驟其中，特別是沒有使用紫 外線只藉臭氧處理之薄的氧化鈕層22變成可能充分且在短 時間改質。換言之，可作成比第3圖中之改質時間以短。 再者’在此雖取氧化鈕層係兩層構造時為例說明，但 如第6A、B圖所示，將氧化鈕層24作為一層構造也可。此 情形係如第6A圖所示堆積一定厚度的氧化鈕層24之後，如 第6B圖所示過渡到改質及結晶化步驟。然後，如第2d圖所 說明略同時的實施氧化鈕層24之改質處理及結晶化處理。 此情形’也依靠氧化鈕層24的厚度，只要選擇只利用臭氧 施行處理，或在臭氧加上紫外線照射施行處理就可。該情 形與習知的方法相較，一面同等的維持絕緣耐壓特性，一 面可將步驟減少到兩步驟。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 24 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

M2461 A7 --------- B7 五、發明f£^(22 ) ' "~— ,第1 〇圖表示有關本發明另外的實施形態組件工具型膜 形成系統之主要部份概略構成圖。 第10圖目示之膜形成系統讓係未具有改質裝置8，以 具有兩台的熱處理裝置10這一點與第1圖圖示之膜形成系 統1不同。依第1〇圖圖式之膜形成系統1Μ，兩層構造之薄 的金屬氧化膜，可分別連續的實施接下來的方法形成各層 之改質處理與結晶化處理。 首先，將收容未處理晶圓w譬如25張之匣C載置於第1 卡匣室14Α内之卡匣台（圖未表示）上。接著關閉閘門g3 , 使w亥至内成為氮氣的惰性氣體環境，同時將該室14内抽成 真空。 接著，開啟閘閥G1，使卡匣室14A内事先抽成真空， 與成為惰性氣體環境之共同搬送室3内連通。使用共同搬送 至3内的臂機構16，自卡匣室14 A搬入晶圓w。 接著，通過閘閥G5，把晶圓w搬入事先抽真空之一方 的化學汽相沈積裝置4内。在此，堆積譬如氧化鈕（Ta2〇5) 層作為絕緣薄膜之第1層。結束第1層之堆積步驟之後，使 用臂機構16在維持真空狀態之共同搬送室3内取出晶圓w。 接著，通過開啟的閘閥G6，把晶圓W搬入事先成為真 空狀態之一方的熱處理裝置1 〇内。在此，首先，將紫外線 或臭氧之環境氣體下含第1氧化鈕層之晶圓w，以低溫（約 攝氏450度）改質處理，接著，升溫至氧化鈕之結晶化溫度 以上溫度之後’在60秒以内降溫。由此，與施行第1氧化组 層之改質處理連接，使第1氧化鈕層結晶化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -25 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 A7 五、發明説明（23 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 結束一方的熱處理裝置10内的處理之後，使用臂機構 16在維持於真空狀態之共同搬送室3内取出晶圓w。接著， 通過開啟的閘閥G8把晶圓W搬入事先維持於真空狀能之 第2化學汽相沈積裝置6内，在此，以與先前的第丨化學汽相 沈積裝置4内之成膜處理同樣條件，堆積第2氧化钽層。 .、訂— 結束第2層之堆積步驟後，利用臂機構16在維持於真空 狀態之共同搬送室3内取出晶圓w。接著，通過開啟的閘閥 G 7把晶圓W搬入事先成為真空狀態之另一方的熱處理裝 置10内。在此，首先，將紫外線或臭氧之環境氣體下含第工 及第2氧化鈕層之晶圓w，以低溫（約攝氏45〇度）作改質處 理，接著，升溫到氧化鈕之結晶化溫度以上溫度之後，在 60秒以内降溫。由此，與實施第2氧化鈕層之改質處理接連 ，使第2氧化组層結晶化。結束另一方的熱處理裝置1 〇内的 處理之後，在共同搬送室3内取出已經處理的晶圓w，收容 於第2卡匣室14B内之匣C内。 此外’依第10圖圖示之膜形成系統1M，參照第i圖圖 示之膜形成系統1所述那樣，一方的熱處理裝置1〇内係只實 施第1氧化鈕層之改質處理，另一方的熱處理裝置1〇内係施 行第2氧化鈕層之改質處理與第丨及第2氧化鈕層之結晶化 處理那樣，也可設定程序。 第11圖表示有關本發明又一另外的實施形態熱處理裝 置之主要部份概略構成圖。第11圖圖示之構造即使是作為 第1圖及第10圖圖示的膜形成系統1之改質裝置8及熱處理 裝置10中任一裝置的主要部份也可能使用。 512461 A7 —-----— 67 _____ 五、發明説明（24 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱處理裝置1〇2係如圖示具有譬如表面以防㈣覆蓋 之鋁略為四角形的箱狀成型之處理室1〇4。在處理室ι〇4的 底部106周邊部係配設複數的排氣口 i 12。排&口 i 12係設置 真空泵108連結真空排氣機構11〇，使處理室内部變成可能 抽真空。 在處理室104之側壁係形成入口 172，在此，通過閘閥 176連結可能抽真空之裝料室174。通過裝料室對著處理室 104可搬出入晶圓W。再者，處理室2及裝料室174係連結清 洗用氮氣之供應機構（圖未表示）。 處理室104内係配設非導電性材料，譬如礬土製的圓板 狀之載置台114。在載置台114上變成可能載置作為被處理 體之半導體晶圓W。在載置台114之下面中央部係支撐固定 於上下的貫通處理底部106設置的中空旋轉之先端。與旋轉 軸116之處理室底部1〇6之貫通部係配設磁性流體密封構件 118。疑轉軸116係藉密封構件118氣密且可能旋轉的支撐著 ，配合需要載置台114可能旋轉，此外，旋轉軸116係藉來 自旋轉馬達（圖未表示）等的驅動力旋轉。 載置台114係埋入譬如由矽絕緣化合物塗層之碳製的 電阻熱元件120,載置的半導體晶圓w變成可能加熱至所希 望的溫度。載置台114上面係配設有埋入銅板等電極122的 薄陶瓷製之靜電夾頭124。藉靜電夾頭124發生的彈性力， 能吸附保持晶圓W於該上面。 載置台114之周邊部一定的位置係上下方向的貫通形 成複數的孔126，在孔126内配設可能升降的頂件銷丨28。頂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -27 - M2461 A7 """"-----—-__ 五、發明説明（251 "一 '—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 件銷128係透過處理室底部1〇6的上下動著，銷升降桿13〇 可一體的升降驅動。桿30之貫通部係配設金屬性的伸縮波 紋管132，銷升降桿130一面保持氣密性，一面上下動著。 在晶圓w搬入及搬出時透過頂件銷128藉升降機構（圖未表 示）曰曰圓W可升降。頂件銷128 一般係對應於晶圓周緣部配 設有3只。 再者處理室104之天花板部係配設有對紫外線或紅外 線透明的耐熱材料，譬如由石英構成之蓮蓬頭134。處堙氣 體是由蓮蓬頭134面向處理空間pf放出。 蓮蓬頭134具有與第8圖所示蓮蓬頭56同樣有格子狀的 形狀。亦即，蓮蓬頭134係與比連結於翅管142之晶圓界的 直徑大之環狀的管136連結於其内側，具有格子狀組成之内 側管138。内側管138係在下侧等間距的形成多數的氣體噴 射孔61(參照第8圖）。環管136及内側管138的内徑分別設定 在16公厘及4.35公厘程度、氣體喷射孔61的直徑係〇.3〜〇.5 公厘程度。 對内側管138的載置台114上之晶圓W之投影面積，設 定比晶圓表面面積之20%小較為理想。由此，在内側管13 8 的格子間之空間部，後述之光線容易直接的照射至晶圓面 。不過，蓮蓬頭134係只要紫外線或紅外線透明，不限定於 圖不之構造。 將處理氣體導入蓮蓬頭134之總管142係氣密的貫通處 理室側壁導出至外部。總管142係透過質量流動控制器（圖 未表示）連結於氣體源144。臭氧等的處理氣體自氣體源144 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -28 - 512461 A7 — ______B7 五、發明説明（26 ) 通過總管142導入蓮蓬頭134。 處理室104之天花板部係形成設定比晶圓直徑大的矩 形狀之開口 146。該開口係對紫外線或紅外線透明的材料， 譬如由石英形成的矩形狀之透射窗i 48與天花板部之間透 過Ο型環等的密封構件150由固定框152氣密的安裝。透射 窗148係耐得住大氣壓那樣的厚度設定於譬如2〇公厘程度。 透射窗148的上方係配設光線放射機構，用以向處理室 104内放射光線154。藉處理氣體之一的臭氧被光線154照射 而發生活性氧原子。 具體上’光線放射機構156主要的具有為發生紫外線 UV封入水銀的略球形之水銀燈158與為發生紅外線伙略球 形之紅外線燈160。水銀燈158係譬如發生2.45千兆赫微波 之微波發生機構162透過導波管164連結。再者，紅外線燈 160係電源166透過導線168連結。 紅外線燈160係如後述，使用於為上升被處理膜之金屬 氧化膜的溫度。因而，紅外線燈160的電源166與載置台114 側的電阻發熱元件120的電源120A係藉共同的溫度控制器 51(與第7圖圖示之控制器51同樣任務）控制。 覆蓋各燈158，160之上側，面向處理室1〇4内配設有可 反射由紫外線UV與紅外線IR之混合光構成的光線154之略 圓頂狀的反射鏡170。反射鏡170係譬如鋁圓頂狀的成型所 構成，該曲率係設定光線15 4的反射光略均等的反射至载置 台114之表面。 接著，就使用第11圖圖示之裝置施行熱處理方法說明 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） -29 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 A7 ______ B7_ 五、發明説明（27 ) 之。 首先’將配設氧化姐等的金屬氧化膜作為絕緣膜之半 導體晶圓W，在維持於真空狀態之處理室104内，自裝料室 174側通過入口 172導入。接著，載置晶圓w於載置台U4 上，藉靜電夾頭124之彈性力吸附維持。 藉電阻發熱元件12 0，把晶圓W維持於一定的處理溫度 。再者’藉一邊將處理室104内拍真空，一邊作為處理氣體 含臭氧之氣體自蓮蓬頭134朝向處理室空間pf供應，使處 理至104内維持一定的處理壓力。在該狀態，如參照第1圖 膜形成系統所述，開始改質處理或改質及結晶化處理。 在處理時，自光線放射機構156之微波發生機構162發 生2.45千兆赫的微波，透過導波管164照射於水銀燈158。 藉微波的照射自水銀燈158放出多量的紫外線UV。同時， 藉來自紅外線電源166之電力自紅外線燈16〇放出多量的紅 外線IR。含紫外線UV與紅外線爪之光線154係直接或以圓 頂狀的反射鏡170反射之後透過石英製之透射窗！48進入能 維持一定的真空壓之處理室104内。光線154係更且通過石 英製之蓮蓬頭134注入在處理空間PF臭氧作為主體成份之 處理氣體。 臭氧係藉紫外線UV的照射激發而產生多量的活性氧 原子。活性氧原子係離解作用於金屬氧化膜並含於該膜之 碳·碳結合成碳氫化合物等之有機不純物，以實施改質。此 時，由於晶圓W的表面透過紅外線IR特別的加熱，金屬氧 化膜的結晶格子中之原子之間的熱振動即會更加劇烈的振 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） 30 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 A7 __ B7_ 五、發明説明（28 ) 動。因此’可促進活性氧原子作用時有機不純物之脫離。 處理室104由於維持於真空狀態或減壓狀態，發生之活 性氧原子與其他的氣體原子或氣體分子衝突之機率變成非 常的少。而且由於藉氣體分子吸收光線154也是很少，由於 上述原因，可提高活性氧原子的密度，能迅速的實施處理 。透過該處理，變成可能迅速且大幅的能提高金屬氧化膜 之絕緣性。 光線放射機構156的圓頂狀之反射鏡17〇係設定可將該 4的反射光略均等的分佈於載置台114之表面上那樣適當 的曲率。因此，發生的紫外線UV或紅外線IR不會浪費可使 用有益於產生活性氧原子。 上述的熱處理中，支撐於旋轉軸116之載置台114係把 載置於其上面之晶圓W—體的旋轉。因此，能不發生在晶 圓面上之處理斑點，可略均等的處理金屬氧化膜之前面。 處理壓力係1〜600托之範圍内，譬如設定於3〇托程度 。該範圍外之壓力係處理之進行或太遲、或不充份，就會 降低金屬氧化膜之絕緣耐性。再者，處理溫度在改質處理 時係攝氏320度〜600度之範圍，譬如設定於攝氏425度程度 ，結晶化處理時係攝氏700度〜800度之範圍，譬如作為攝 氏750度。 導入蓮蓬頭134之臭氧專的處理氣體，首先，沿著環形 管136轉進，流入各内側管138。接著，處理氣體係由設置 於内側管138之多數的噴射孔61供應至處理室ι〇4内。因此 ，對晶圓面可均一的供應處理氣體。 31 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 512461 發明説明（29 蓮蓬頭134之格子狀的内側管138之間係形成開口，很 多的紫外線UA或紅外線爪通過該開口。因而，與蓮蓬頭134 内之臭氧等沒有被讀，很多的料或紅外韓變成 直接照射於晶圓表面。因此，在晶圓表面活化種的數量由 於上述原因會變多，可更加有效的施行處理。 由於水銀燈158係能投入很大的電力，可多量的放出波 長185毫微米254亳微米作為主體之紫外線，有助於氣體活 性化。多量的放出。再者，替代於燈158，只要使用準分子 燈多量的放出波長⑽毫微米以下的紫外線，更能有助於氣 體活性化，可期待處理更加迅速化。在處理氣體作為臭氧 之添加氣體可使用氧氣、氮氣等。 只以紫外線施行改質之習知方法與使用紫外線與紅外 線施行改質之本發明方法相較，該等的改質條件，溫度係 攝氏425度，壓力係3〇托，氧氣的流量係1〇標準公升/分， 臭氧的濃度係130克/立克公尺，處理時間作3〇秒。 將該實驗結果表示於第12圖。第12圖其中，橫座標軸 係實際膜厚ET，縱座標軸表示絕緣耐壓B v，第丨2圖其中 線LII表示習知方法之結果，線U2表示本發明方法之結果 。由該圖形明白清楚膜的耐壓電壓係本發明方法的一方比 習知的方法還要大幅度的高。特別是，膜厚在1〇亳微米以 下兩者有顯著的差異，表示本發明方法之一方有特別良好 的特性。 第11圖圖示之實施形態係使用作為光線放射機構156 的水銀燈158與紅外線燈160是不同的兩只電源。替代的， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512461 A7 B7 五、發明説明（3〇 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可使用以一只光源至少含有紫外線領域及紅外線領域波長 之燈，譬如無電極微波方式之發光燈。無電極微波方式的 發光燈係以一只燈放出紫外線領域及紅外線領域雙方區域 之光線（也含可見光領域）。因此，可減少使用的燈數，可 降低運轉費用或購置成本。 再者’弟11圖圖不之貫施形態其中，固定使用大容量 的水銀燈158及紫外線燈160。作為該等的燈使用中容量或 小容量的，以各燈發出的光線掃描半導體晶圓冒上面也可 第13圖表示基於有關於觀點有關本發明又一另外的實 施形態熱處理裝置之主要部份概略構成圖。第14圖係表示 於第13圖的裝置之概略上面圖。 訂丨 如第13圖所示，本實施的形態係使用作為光線放射機 構156之細長棒狀的水銀燈158A與細長棒狀的紅外線燈 160A。在各目的燈158A、160A之背面側，配設斷面略圓 弧狀細長之反射鏡170A、170B，面向下方以很高的指向性 可照射紫外線UV或紅外線IR。 燈158A、160A係收容於下方開放的筐體178。筐體178 係女裝於知描機構192，也如第14圖所示處理室1 〇4的上方 可朝水平方向移動。具體上，掃描機構192係由設置於處理 室104上方之一側的導軌194與設置在另一側，譬如由球螺 樁構成的驅動軌道196所構成。在該等的軌道194、196間掛 上配設有沿著執道可能移動的筐體178。藉由設置於驅動執 道196之一端的步進馬達等構成之驅動馬達198可正反旋轉 33 A7 五、發明説明（31 , 移動，燈158A、ι60Α可一體的沿著執道移動。 藉如上述的掃描機構192,由來自水銀燈158A的紫外 線UV及來自紅外線燈i6〇A的紅外線伙所構成之光線i54 可掃描晶圓W之表面。由此，與第u圖其中的說明是同樣 的，以含有紫外線UV及紅外線IR之雙方的光線154變成可 能有效且迅速的處理晶圓w表面之金屬氧化膜。特別是， 本實施形態的情形，由光線154可掃描照射晶圓表面，變成 可能提向處理之面内均一性。 此外，來自燈158A、160A之光，雖只有些微，但由於 難免擴政至侧部的一方’左掃描方向面對晶圓中心部在晶 圓端部認為可減少些微的光量。所以，如第丨5圖所示，將 知描速度设定於掃描開始端側及掃描結束端其中使掃描速 度稍微的低速。由此，只有變成低速的部份，在掃描開始 端側及掃描結束端側增加了照射光量，以補償減少的部份 ，變成可能更加提高處理之面内均一性。 再者，由於該實施形態只使用那容量並不大的2只燈 158A、160A，在處理室104的天花板部上方全面的設置多 數的燈時，當使用如第11圖所示非常強力的燈時相較，可 大幅的削減設備成本。 第13圖所示實施形態係作為移動含有2只燈158A、 160A之筐體178之構成，替代的，是將自兩燈放射的光線 透過朝晶圓W方向反射之反射鏡實施掃描也可以。 第16圖表示基於有關於的觀點關於本發明又另一實施 形態熱處理裝置之主要部份概略構成圖。 34 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） M2461 A7 " --*---------B7 _____ 五、發明説明（32 ) 該實施形態係具有水銀燈158A、紅外線燈16〇人、兩反 射鏡170A、170B之筐體178朝水平方向配置固定於處理室 104的天花板部上方之一側。此相對之在水平方向上相對略 為45度傾斜之細長的反射鏡18〇，架上配設於掃描機構192 之導軌194(參照第14圖）與驅動軌道196之間。由此，反射 鏡180沿著軌道194、196可能移動。 由兩只燈158A、160A朝水平方向放射之紫外線UV及 紅外線IR構成之光線154係一面移動一面藉反射鏡180略下 方的反射掃描晶圓W之表面。因而，與先前第13圖所示的 情形同樣，可迅速且有效的實施處理。再者，由於藉光線 154掃描晶圓表面，變成可能提高處理之面内均一性。 再者，第16圖圖示的實施形態與移動燈i58A、160A 或筐體178等重量物之第13圖所示實施形態相較，是比較要 移動輕量物之反射鏡180。因此，依第16圖圖示之實施形態 ’不只提高操作性，並可減輕掃描機構192之強度等。 再者，該實施形態的場合，反射鏡180離光源燈158A 、160A越遠，擴散光量變越多。因此，如併述於第J 6圖中 上方之掃描速度圖形，反射鏡180離光源燈158A、160A越 遠’其移動速度的設定越低。由此，只有反射鏡180變遠的 部份可要補償光量，可更加提高處理之面内均一性。 第16圖所示實施形態雖藉反射鏡180朝水平方向移動 ’掃描驅動光線，但替代的，透過旋動反射鏡，掃描驅動 光線那樣也可以。 第17圖表示基於有關觀點有關本發明又一另一實施形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -35 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -、可— 512461 A7 _____B7_ 五、發明説明（33 ) 態熱處理裝置主要部份之概略構成圖。 该實施之形態係替代在第16圖中所示之掃描機構192 ，在處理室104的天花板部上方中央部配沒有反射鏡機構 182。具體上，鏡機構182係由細長的反射鏡180與固定反射 鏡180—體的旋轉之旋動軸184所構成。在旋動軸184的一端 ，·#如配$又步進馬達（圖未表示），反射鏡1在一定的角度 範圍内能正反旋動。具有水銀燈158A及紅外線燈160A及兩 反射鏡170A、170B之筐體178係朝水平方向配置並固定在 處理室104的天花板部上方之一側。 由兩只燈158A、160A朝水平方向放射之紫外線uv及 紅外線IR構成之光線154係藉反射鏡18〇反射掃描晶圓界之 表面，因而，該情形，與先前第16圖所示情形同樣，也可 迅速且有效的施行處理。再者，由於光線154掃描照射晶圓 表面’變成可能提高處理之面内均一性。 再者，本實施的形態由於無需如第13圖或第16圖所示 之大規模的掃描機構，由於上述原因，可謀求裝置簡單化 並降低成本。再者，該實施形態的情形，反射鏡18〇之旋動 速度係反射光正下方的反射時最為快速。隨著反射鏡18〇 朝左右方向之旋動角度逐漸變大，由於光路長逐漸變長， 擴散光量逐漸變多，其旋動速度成低速。由此，晶圓面上 的光量透過擴散滅少的部份可以補償，可更加提高改質處 理之面内均' —性。 第18圖表示有關本發明又一實施形態熱處理裝置之主 要部份概略構成圖。第19圖係表示於第18圖裝置之概略上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 36 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂->»1 512461 A7 ______ B7_ 五、發明説明（34 ) 面圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該實施之形態係在處理室104之天花板部未配設透視 窗，天花板部全體譬如以鋁板構成。在處理室104之一側形 成開口，在此透過密構封構件188配設與第11圖中之透視窗 148同樣材料譬如石英製細長的透視窗190。在透視窗19〇 之外側，將含有與第17圖等其中所示同樣的兩只燈158A、 160A及兩只反射170A、170B之筐體178朝水平方向配置固 定。此情形，設定自兩燈158A、160A放射之光線154可由 水平方向的通過處理空間PF。 此情形，由於自水平方向導入處理空間PF之光線154 會激發含臭氧之處理氣體，可有效的處理晶圓表面之金屬 氧化膜。该實施之形態的場合時，在處理室1 之側面設置 兩燈158A、160A的結果，光線154無需透過設置於天花板 部的蓮蓬頭134之一部份就可解決。因此，照射之光線154 在途中之吸收量會減少，由於上述原因，可投入較多的光 線到處理空間PF。因而，只有投入處理室間pF之光線j 54 的光量多的部份，可迅速的進行處理。 再者，接近兩燈15 8A、160 A部份之光量與藉擴散光量 會滅少之遠離部份相較則稍微變多。不過由於藉載置台114 的旋轉晶圓W在處理中可旋轉，可高度的維持處理之面内 均一性。 此外，第13圖及至第19圖圖示的實施形態其中，作為 載置台114側之加熱器，替代於電阻加熱元件12〇，可使用 如第7圖及第9圖圖示之加熱燈50。特別是，該等的熱處理 本紙張尺度適用中國國家標準（〇jS) A4規格（21〇><297公爱） 37 512461 A7

Claims (1)

1. 丄 丄 A8 B8 C8 D8 修正 補充 、申請專利範圍 種用於改負與結晶化之枚葉式熱處理襞置，係供除 去配設於被處理基板上之薄膜内所含有機不純物以進 行^質處理及將前述薄膜結晶化以進行結晶化處理， 而前述薄膜則係由金屬氧化物、金屬氮化物及金屬所 構成之群中選出之材料構成者，該用於改質與結晶化 之枚葉式熱處理裝置包含有： 處理室，呈氣密狀態； 載置台，配設於前述處理室内，用以載置前述被處 理基板； 排氣機構，用以將前述處理室内排氣； 處理氣體供應機構，用以供應含氧原子之處理氣體 至前述處理室内； 加熱機構，係於前述載置台上載置有前述被處理基 板之狀態下用以加熱前述薄膜者；以及 控制部，用以控制前述加熱機構； 又’該控制部係控制前述加熱機構，使其於一第1 期間内將前述薄膜加熱至比前述材料之結晶化溫度低 之第1溫度以進行前述改質處理，隨之將前述薄膜升溫 至比前述結晶化溫度高之第2溫度後並將之冷卻至比前 述結晶化溫度低之溫度以進行前述結晶化處理；而，前 述第1期間則比前述薄膜處於前述結晶化溫度以上溫度 之第2期間長。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，該裝置更包含有一激發 機構’用以激發前述處理氣體，俾供應活性氧原子至 本紙張尺度適用中國國家標準（⑽）A4規格⑵〇χ297公楚

   -39 熱機構包含 用以自前述載置台相反側對前述薄膜照射紅外線 、申請專利範圍 前述薄膜。 3 •如申請專利範圍第2項之裝置，其中： 則述激發機構具備有用以對前述處理室内之前述 處理氣體照射紫外線之燈。 如申請專利範圍第3項之裝置，其中前述加 有： 用以自前述載置台侧面加熱前述被處理基板之加 熱器；及 之燈 5·如申請專利範圍第4項之裝置，其中： 前述紫外線燈與前述紅外線燈係各別之燈。 6·如申請專利範圍第4項之裝置，其中·· 則述加熱機構具備以前述紅外線掃描前述薄膜之 構件。 7·如申請專利範圍第2項之裝置，其中： 前述激發機構具備將前述處理氣體等離子化之構 件。 8· —種膜形成系統，係用以於被處理基板上形成結晶化 之薄膜’而該薄膜則係由金屬氧化物、金屬氮化物及 金屬所構成之群中選出之材料構成者，該系統包含有 共同搬送室，呈氣密狀態； 搬送機構，配設於前述共同搬送室内，係用以搬送 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 40 512461 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 前述被處理基板者； 枚葉式化學汽相沈積裝置，以閘閥連結於前述共同 搬送室，係用以藉化學汽相沈積而於前述被處理基板上 堆積非晶質狀態之薄膜者； 枚葉式熱處理裝置，以閘閥連結於前述共同搬送室 ，係用以遂行除去含於前述薄膜内之有機不純物的改質 處理及將前述薄膜結晶化之結晶化處理者； 而該熱處理裝置並包含： 處理室，呈氣密狀態； 載置台，配設於前述處理室内，用以載置前述被處 理基板； 排氣機構，用以將前述處理室内排氣； 處理氣體供應機構，用以供應含氧原子之處理氣體 至前述處理室内； 加熱機構，係於前述載置台上載置有前述被處理基 板之狀態下用以加熱前述薄膜者；以及 控制部，用以控制前述加熱機構； 又，該控制部係控制前述加熱機構，使其於一第1 期間將前述薄膜加熱至比前述材料之結晶化溫度低之 第1溫度以進行前述改質處理，隨之將前述薄膜升溫至 比前述結晶化溫度高之第2溫度後並將之冷卻至比前述 結晶化溫度低之溫度以進行前述結晶化處理；而，前述 第1期間則比前述薄膜處於前述結晶化溫度以上溫度之 第2期間長。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -41 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) — 訂 A8 B8 C8 ' -------------^___ 申請專利範園 -- 9·如申請專利範圍第8項之系統，其中： 刖述熱處理裝置更具有一激發機構，用以激發前述 處理氣體’俾供應活性氧原子至前述薄膜。 10·如申請專利範圍第8項之系統，其中： 前述枚葉式化學汽相沈積裝置係用以一面供應含 金屬元素的第1處理氣體與含氧氣的第2處理氣體，並一 面形成金屬氧化膜之裝置。 11 ·種在被處理基板上形成結晶化的薄膜之方法，前述 薄膜係由金屬氧化物，金屬氮化物及金屬所構成之群 中選出之材料構成者，該方法包含有： 堆積步驟，係藉化學汽相沈積堆積非晶質狀態之薄 膜於前述被處理基板上； 載置步驟’係將配設前述薄膜的前述被處理基板載 置於氣密處理室内之載置台上； 改質處理步驟，係一面將前述處理室内排氣，一面 供應含氧原子的處理氣體至前述處理室内，同時，於一 第1期間内將前述載置台上之前述被處理基板的前述薄 膜加熱至比前述材料之結晶化溫度低的第1溫度，以去 除含於前述薄膜内之有機不純物；及 結晶化處理步驟，係緊接於前述改質處理之後，將 前述載置台上之前述被處理基板的前述薄膜升溫至比 前述結晶化溫度高的第2溫度且將之冷卻至比前述結晶 化溫度低的溫度，使前述薄膜結晶化； 又’前述第1期間比前述薄膜處於前述結晶化溫度 42 ------------------·-·-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 申口目專利範圍 以上溫度之第2期間長。 12·如申7專利範圍第11項之方法，其係於 刚述改質處理中激發前述處理氣體，以供應活性氧 原子至前述薄膜。 申明專利範圍第12項之方法，其並於欲生成前述活 氧原子％，對前述處理室内之前述處理氣體照射紫 外線。 、 14·如申請專利範圍第13項之方法，其於 、、、則述改質及結晶化處理中，前述薄膜之加熱係自前 2載置台的側面加熱前述被處理基板，同時自前述載置 台之相反側照射紅外線至前述薄膜而實施之。 15·如申請專利範圍第14項之方法，其中： 月）述I外線與前述紅外線係自各別之燈發射。 16_如申請專利範圍第14項之方法，其中： 别述薄膜係以前述紅外線掃描。 17. 如申請專利範圍第12項之方法，其並於欲： 生成前述活性氧原子時將前述處理氣體等離子化。 18. 如申請專利範圍第11項之方法，其中： 自則述第1溫度到前述第2溫度係以每秒攝氏30〜 130度之升溫速度升溫。 19. 如申請專利範圍第Π項之方法，其中： 前述材料實質上係由氧化组所構成，而前述第认 第2溫度則分別為攝氏32〇〜_度及攝氏7⑼〜卿度。 瓜—種在被處理基板上形成結晶化薄膜之方法，該薄膜 512461 8 8 8 8 A B c D 、申請專利範園 係具備有由金屬氧化物，金屬氮化物、金屬所構成之 群中選出之材料構成之第〗及第2層，該方法包含有·· 堆積第1層之步驟，係藉化學汽相沈積將非晶質狀 態之第1層堆積於前述被處理基板上； 改質處理步驟，在含有活性氧原子之環境氣體中將 别述第1層加熱至比前述材料之結晶化溫度低的溫度， 以除去含於前述第丨層内之有機不純物； 堆積第2層之步驟，係藉化學汽相沈積將非晶質狀 態之第2層堆積於經前述改質處理後之第1層上； 載置步驟，將已配設有前述第2層之前述被處理基 板載置於氣密處理室内之載置台上； 另一改質處理步鄉，係一面將前述處理室内排氣， 一面供應含有氧原子之處理氣體至前述處理室内，同時 在一第1期間内將前述載置台上前述被處理基板之前述 第2層加熱至比前述結晶化溫度低之第1溫度，以除去含 於前述第2層内之有機不純物；以及 結晶化處理步驟，係緊接於前述第2層之改質處理 後’將則述載置台上之前述被處理基板之前述第丨及第2 層升溫至比前述結晶化溫度高之第2溫度且將之冷卻至 比前述結晶化溫度低之溫度，以將前述第丨及第2層結晶 化； 而，前述第1期間則比前述第丨及第2層處於前述結 晶化溫度以上溫度之第2期間長。 21· —種在被處理基板上形成結晶化薄膜之方法，該薄膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公爱）

   T-_ _-·訂丨 丨r— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、申請專利範圍 係/、備有由金屬氧化物，金屬氮化物、金屬所構成之 群中選出之材料構成之第1及第2層，該方法包含有： 第1步驟’係藉化學汽相沈積將非晶質狀態之第1 層堆積於前述被處理基板上； 第2步驟’係連續進行前述第1層之改質處理及結晶 化處理； 第3步驟，係藉化學汽相沈積將非晶質狀態之第2 層堆積於經結晶化之前述第丨層； 第4步’係連續進行前述第2層之改質處理及結晶化 處理； 前述第2及第4步驟分別具有： 載置步驟，係將前述被處理基板載置於氣密式處理 室内之載置台上； 進行前述改質處理之步驟，係一面將前述處理室内 排氣’一面供應含有氧原子之處理氣體至前述處理室内 ，同時在一第1期間内將前述載置台上前述被處理基板 之前述第1或第2層加熱至比前述材料之結晶化溫度低 之第1溫度，以除去含於前述第丨或第2層内之有機不純 物；以及 進行前述結晶化處理之步驟，係緊接於前述改質處 理後，將前述第丨或第2層升溫至比前述結晶化溫度高之 第2溫度且將之冷卻至比前述結晶化溫度低之溫度，以 將前述第1或第2層結晶化； 而，前述第1期間則比前述第丨或第2層處於前述結 512461 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 晶化溫度以上溫度之第2期間為長。22.如申請專利範圍第21項之方法，前述第2步驟及第4步驟 係在別的處理室内進行。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 卜訂丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 46