TW520538B - Method for manufacturing semiconductor device, substrate treater, and substrate treatment system - Google Patents

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TW520538B
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Shintaro Aoyama
Hiroshi Shinriki
Masanobu Igeta
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Tokyo Electron Ltd
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Description

520538 A7 ________B7 五、發明説明（彳） 技術領域 本發明係有關半導體裝置，特別是關於具有高電介質膜 之超微小化高速半導體裝置之製造方法。 在今日的超高速高速半導體裝置中，隨著微小化製程之 進步的同時，0.丨以下之閘極長逐漸成為可能。一般隨 著微小化之同時，半導體裝置之動作速度亦提高，但於如 此相當微小化之半導體裝置中，隨著微小化使閘極長之縮 短，有必要使閘極絕緣膜之膜厚按照比例原則減少。 背景技術 但閘極長一旦成為H 以下，閘極絕緣膜之厚度於使 用Si〇2之時，亦必須設定為丨〜2 nm或之下。但在如此極薄 之閘極絕緣膜中，會增大通道電流，其結果是無法回避閘 極漏電電流增大之問題。 如此之情況，自以往，介電常數係較以〇2膜甚大，因此 儘官實際之膜厚大但換算成Si〇2膜之時膜厚即小，對於閘 極絕緣膜，建議適用1^〇5及八12〇3、Zr〇2、沿〇2此外如 ZrS^〇4或HfSi〇4等之高電介質材料。藉由使用如此之高電 介負材料，一旦閘極長為〇丨以下則儘管是在非常短 之超高速半導體裝置，亦可使用1〇 nm左右之物理上的膜 厚《閘極絕緣膜，並可控制通道效果所造成之閘極漏電電 流。 例如以往所知之Τ^〇5膜，係可藉由CVD法將 及〇2作為氣相原料而形成。典型之場合為，CVD製 在減壓裱蟯下，約480°C、或在其以上之溫度來實行。如 -4 - 本纸張尺度適用中a國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公f y ---------— 520538
AT B7 五、發明説明（2 ) 此形成之Ta2〇5膜，係進一步在氧氣中被熱處理，其結果， 解除了膜中之氧欠缺的情形，又膜本身亦結晶化。如此結 晶化之Ta^Os膜，顯示出了大的介電常數β 對閘極絕緣膜使用如此之高電介質膜之半導體裝置，將 向電介質膜直接形成於S i基板上時，因可減少絕緣膜之 Si〇2換算有效膜厚而較為理想的，如此將高電介質膜直接 形成於Si基板上之場合，金屬元素由高電介質膜向si基板 中擴散’在通道區域產生載波電流散亂之問題。 由提昇通道區域中之載波電流移動性之觀點，可在高電 介免閘極氧化膜及s i基板間，隔著1 nm以下，較佳為〇 · 8 nm以下厚度之極薄的基底氧化膜之間。前述基底氧化膜必 須為非常薄’其厚度若厚，則與閘極絕緣膜使用高電介質 膜之效果相抵消。另一方面，如此非常薄的基底氧化膜， 必須一致地覆蓋住S i基板表面，且須要求不會形成界面位 準等之缺陷。， 從以往’薄基底氧化膜一般係藉由s丨基板之急速熱氧化 (RTO)處理所形成，但若想形成期望之1 ηπι以下厚度之熱 氧化膜’則必須降低膜形成時之處理溫度。但是，以如此 低溫所形成之熱氧化膜，容易含有界面水位等之缺陷，不 適合作為高電介質閘極氧化膜之基底氧化膜。 特別是基底氧化膜之場合，於形成高電介質閘極氧化膜 時，本發明之發明者發現基底氧化膜之稍微的膜厚變動， 會影響南電介質閘極氧化膜時之生成時間，但此於基底氧 化膜不均一或有膜厚變動時，如此之膜厚變動會對於其上 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 520538 A7 ----------B7_ 五、發K 明（3~) ^' 所形成之高電介質閘極絕緣膜有很大的影響，其意味著將 造成半導體裝置之特性不良。由此種情況可知，^高電介 質閘極絕緣膜之下之基底氧化膜，不單只要求薄，2須形 成相同之厚度^ " 發明之_击 因此，本發明係以解決上述之課題，提供新的有用之基 板處理方法，作為具體之課題。 本發明之其他更具體之課題，係提供一種以同樣厚度， 且不會造成界面水位等缺陷，在基板及高電介質閘極絕緣 膜之間，形成特定厚度之絕緣膜之基板處理方法及基板處 理裝置。 本發明之其他課題，係提供一種在基板上具有疊層氧化 膜及高電介質閘極絕緣膜構造之半導體裝置之製造方法， 其特徵在於，提供以供給含氧之處理氣體至前述基板表 面之步驟、由紫外線源對前述基板表面照射紫外線以活性 化前述處皮氣體之步驟、及使前述基板及紫外線源作相對 移動之步驟，以形成前述氧化膜之半導體裝置之製造方法。 本發明之其他課題，係提供一種在基板及高電介質閘極 絕緣膜之間，形成氧化膜之基板處理裝置， 其特徵在於，具有供給含氧處理氣體至前述基板表面之 氣體供給手段、對前述基板表面照射紫外線以活性化前述 處理氣體之紫外線源、及在前述基板表面上特定之高度搖 動前述紫外線源光源移動機構之基板處理裝置。 本發明之其他課題，係提供一種具有在基板上形成高電 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 520538 A7 _______ B7 五、發明説明（4 ) 介負膜之成膜裝置、在前述基板表面形成由前述高電介質 膜與前述基板夾住之絕緣膜之基板處理裝置、及藉由真空 空氣連結前述堆積裝置與前述基板處理裝置之間且具備基 板搬送機構之真空搬送室之基板處理系統， 其特徵在於，前述基板處理裝置具有供給含氧處理氣體 至劬述基板表面之氣體供給方法、對前述基板表面照射紫 外線以活性化前述處理氣體之紫外線源、及在前述基板表 面上特定之高度搖動前述紫外線源之光源移動機構之基板_ 處理系統。 本發明之其他課題，係提供一種具有在基板表面形成絕 緣膜之基板處理裝置、在前述基板表面進行電漿氮化處理 之電漿氮化處理裝置、及藉由真空空氣連結前述堆積裝置 與前述基板處理裝置之間且具備基板搬送機構之真空搬送 室之基板處理系統， 其特徵在於，前述基板處理裝置具有供給含氧處理氣體 至前述基板表面提供之氣體供給方法、對前述基板表面照 射紫外線以活性化前述處理氣體之紫外線源、及在前述基 板表面上特定之高度搖動前述紫外線源之光源移動機構之 基板處理系統。 本發明之其他課題，係提供一種在基板上形成絕緣膜之 成膜方法， 其特徵在於，包含以一個或多數之自由基發生源供給處 理氣體之步驟、在前述各個一個或多數之自由基發生源中 由前述處理-氣體形成活性自由基之步驟、供給前述基板表 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 520538 A7 ________B7 五、發明説明（5 ) 面前述活性自由基之步驟、友藉由在前述基板表面之前述 活性自由基之反應以形成絕緣膜之步驟， 形成則述活性自由基之步驟，係一面使前述一個或多數 之自由基發生源之各個狀態變化，一面夾音 2包含··此外對前述一個或多數之=貫基;生源，根據 月’J逑緣膜《狀怨，求取在前述絕緣膜内之膜狀態之變動 最小化之最適合狀態之步驟、 及將前述一個或多數之自由基發生源之各個狀態，設定一 在前述最適合狀態，而於基板表面形成絕緣膜之步騾。 本發明之#他課冑，係冑供一種為纟基板上形成絕緣膜 之基板處理裝置， 其特徵在於，設置有具有保持被處理基板之保持台的處 理室、 鄰接前述處理室，設定於其各自之位置，供給有處理氣' 體’而供給活性自由基於前述處理室中之多數自由基源、 及設定前述多數自由基源狀態之自由基源設定部、 前述自由基源設定部，係設定為前述多數之自由基源之 狀態’與前述絕緣膜具有相同膜狀態。 根據本發明，因以基板及高電介質閘極絕緣膜間形成氧 化膜之基板處理裝置，藉由設置供給含氧處理氣體至前述 基板表面之氣體供給方法、對前述基板表面照射紫外線以 活性化前述處理氣體之紫外線源、及在前述基板表面上特 定之高度搖動前述紫外線源之光源移動機構，而可最適地 進行由前述紫外線源之紫外光對前述基板表面之照射，於 本紙張尺度適iiTfia家標^^NS) A4規格(21〇><297公爱) 520538
徵在於：具有 同樣厚度之氧化膜。又若根據本 之基板處理裝置上，藉由使遠距 可形成同樣之膜質之絕緣膜。 ，在於提供一種基板處理裝置，其特 保持被處理基板之保持台的處理容器、 設置於前述處理容器第1邊緣部之處理氣體導入部、 隔著前述處理容器之前述保持台，而與前述第丨邊緣部一 相對之第2邊緣部處形成之排氣口、 於前述處理容器中，較前述保持台靠近前述第丨邊緣部 處所設置之自由基發生源、及 使前述保持台作迴轉之迴轉機構。 本發明之其他課題，在於提供一種基板處理裝置，其特 徵在於：具有 於保持被處理基板之處理室内，使前述被處理基板作迴 轉之步驟/ 於前述處理室内沿著前述被處理基板表面，形成由第1 側流向第2側之自由基流之步驟、及 藉由前述自由基流，處理前述被處理基板表面步騾。 若根據本發明，藉由沿著迴轉之被處理基板表面，形成 由第1側流向第2側之自由基流，而使自由基流之流速最適 化，則可於前述被處理基板表面進行同樣之基板處理β 本發明之其他之特徵及益處，可藉由參照以下圖面而詳 細說明之有·關發明之較為理想之實施例，更為明確了解。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 520538
周面之簡單說明 圖1係顯示含有高電介質閘極絕緣膜之半導體裝置構成 剖面圖。 圖2係說明本發明之原理剖面圖。
圖3係顯示依據本發明第1實施例之基板處理裝置構成 面圖。 J 圖4A〜4C係顯示使用圖3之基板處理裝置而形成氧化膜 之膜厚分佈剖面圖。 圖5係顯tf關於使用圖3之基板處理裝置而形成氧化膜之 處理時間及膜厚之關係剖面圖。 圖6Α〜6Ε係顯示使用圖3之基板處理裝置而形成氧化膜 之膜厚分佈之其他剖面圖。 圖7Α〜7Ε係顯示使用圖3之基板處理裝置而形成氧化膜 之膜厚分佈之其他剖面圖。 圖8Α、8Β係顯示依據比較對照例之氧化膜之膜厚分佈 剖面圖。 圖9係顯示依據本發明第！實施例最適掃描區域決定順序 之流程圖。 圖1 0係顯示依據本發明第i實施例最適光源驅動能量決 定順序之流程圖。 圖11係顯示依據本發明第2實施例叢集型基板處理裝芰 構成剖面圖。 圖12係顯示依據本發明第3實施例分組型基板處理裝置 構成剖面圖。 -10-
520538 A7 ______B7 五、發明説明（8 ) 圖1 3係顯示依據圖1 2之基·板處理裝置所製造之半導體 裝置構成剖面圖。 圖1 4係顯示圖3之基板處理裝置之一變形例剖面圖。 圖1 5 A、B係顯示圖3之基板處理裝置之其他之變形例剖 面圖。 圖1 6係顯示圖3之基板處理裝置之其他變形例剖面圖。 圖1 7係顯示依據本發明第4實施例，藉由紫外線活性化 氧化處理步騾之氧化膜之膜厚及紫外光照射量之關係剖面 圖。 圖1 8 A〜1 8 F係顯示關於在圖i 7之實驗所得到之各試料 ，於基板上之氧化膜之膜厚分体剖面圖。 圖19係說明圖17階段狀圖案之產生機構剖面圖。 圖20A、20B係顯示圖1 6之基板處理裝置應用於3〇〇 mm 墊片之情形時，於被處理基板上之紫外光照射強度剖面圖^ 圖21A、21B係顯示依據本發明第5實施例，基板處理裝 置及紫外光照射強度分佈剖面圖。 圖22係顯示依據本發明第6實施例之基板處理裝置構成 剖面圖。 圖23係顯示於圖22之基板處理裝置之紫外光照射強度 分佈剖面圖 圖24係顯不俵據本發明第7實施例之基板處理裝置構成 剖面圖。 圖2 5係顯不圖2 4之基板處理裝置之紫外光照射強度分 佈剖面圖。_
520538 A7 五、發明説明
圖2 6係顯示依據本發明第8•杂 豕+贫Λ弟8實施例之基板處理裝置構成 剖面圖。 圖27係顯示擴大圖26之甚扣南 固 <暴板處理裝置的一部份之斜視 圖。 圖28係顯示圖26之基板處理裝置之紫外光照射強度分 佈剖面圖。
裝 圖29A、29B係顯示使用遠距離電衆源之先前之基板處理 裝置構成’及其問題點之剖面圖。 圖3 0係顯示先前之遠距離電漿源之構成剖面圖。 圖31A、31B係顯示依據本發明第9實施例之基板處理裝 置構成剖面圖。 圖32A、32B係顯示出於圖31A、31B之基板處理裝置所進 行之基板處理例之剖面圖。 圖33係顯示圖31人、318之基板處理裝置之最適合化順序 剖面圖。 圖34係頬示設置為進行圖33之最適合化之機構剖面圖❶ f 圖3 5係顯示圖3 1A、3 1B之基板處理裝置之最適合化順序 之其他剖面圖。 圖36係顯示為進行圖35之最適合化之構成之剖面圖。 圖37Α、37Β係顯示本發明第9實施例之一之變形例剖面 圖。 圖3 8係顯示本發明第9實施例之其他變形例剖面圖。 圖3 9係顯示依據本發明第1 〇實施例之基板處理裝置構 成剖面圖， -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（10 ) 圖4 0½說明圖3 9之基板處瑄裝置之原理剖面圖。 圖41A、41B係說明圖39之基板處理裝置之原理之其他剖 面圖。 圖42Α、42Β係說明圖39之基板處理裝置之原理之其他剖 面圖。 圖43 A、43Β係說明圖39之基板處理裝置之原理之此外之 其他剖面圖。 圖44A、44B係顯tf依據圖3 9之基板處理裝置之成膜例剖 面圖。 圖45A、45B係顯示依據本發明第丨丨實施例之基板處理裝 置構成剖面圖。 圖4 6係顯示圖45 A、B之基板處理裝置之一之變形例剖面 圖 圖47係顯示依據本發明第12實施例之基板處理裝置構 成剖面圖。 圖48係痛示使用圖47之基板處理裝置之分組型基板處 理系統之構成剖面圖。 圖49係顯示使用圖47之基板處理裝置所形成之半導體 裝置構成剖面圖。 圖5 0係顯示使用圖4 8之分組型基板處理系統，於製造 圖49之半導體裝置時之製程流程圖。 圖5 1係顯示對應圖5 〇之製程流程的基板處理裝置之控 制計時圖。 實_施發明之·最佳$丨鈸 13· 本紙張尺度制巾國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)— 520538
[原理] - 圖1係表示含有高電介質閘極絕緣膜之高速半導體裝置 10之構成，圖2則顯示出使用於圖i之半導體裝置製造時 之本發明原理之剖面圖。 參照圖1 ’半導體裝置1 0係形成於s i基板丨丨上，於s i基 板11上，隔著薄基底氧化膜12，形成τ^〇5、A12〇3、Zr〇2 、Hf〇2 ' ZrSi〇4、HfSi〇4等之高電介質閘極絕緣膜丨3，此 外於前述高電介質閘極絕緣膜丨3上形成閘極電極1 4。 如之前所說明，於如此之高速半導體裝置中，前述薄 的基底氧化膜12之厚度在可能範圍中越薄越理想，典型之 前述薄基底氧化膜12為1 nm以下，其理想型態為〇·8 nm以 下之厚度。另一方面，前述薄的基底氧化膜12係與於。基 板表面同樣的，即須以同樣之膜厚覆蓋。 圖2係顯示於前述矽基板11上形容一樣厚度之基底氧化 膜12之基板處理裝置20之概略構成。 參照圖2，基板處理裝置2 〇具有在減壓環境下保持被處 理基板22之處理容器21，前述被處理基板22則被保持於 含有加熱器21a之處理容器21A上。此外於前述保持處理 容器21中，設置有與前述保持台2ia上之被處理基板22 相對之沖淋噴嘴2 1 B。前述沖淋噴嘴1 B係提供〇2、〇3、 N20、NO，或由此類混合物所構成之氧化氣體。 前述沖淋噴嘴2 1 B係由石英等對紫外光透明之材料所構 成，此外於前述處理容器21處，形成有可透過紫外光之石 英等窗21C，其使前述保持台21A上之被處理基板22露出 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝 訂
520538 A7 B7 五、發明説明（12 ) 。又前述窗2 1 C之外側，沿銮前述窗2 1 C之面形成可移動 之紫外光源23。 導入Si基板於圖2之處理容器21中，作為前述被處理基 板22，將處理容器21之内部排氣、減壓後，導入〇2等之 氧化氣體驅動前述紫外光源2 3，於前述氧化氣體中形成活 性之0 *等之自由基。如此之紫外線活性化自由基，氧化所 露出之Si基板22之表面’結果於前述si基板22之表面， 形成0.5〜0.8 nm左右相當薄之氧化膜。 本發明中，因使前述紫外光源2 3沿著前述光學窗2 1 C， 按照特定之程式作移動，所以可以一定之厚度形成前述氧 化膜。更為具體的說明，例如依據裝置固有之特性，於被 處理基板22之特定區域，即使所形成之氧化膜膜厚變薄時 ，只要依據本發明之裝置，預先由實驗找出之最適合之基 板區域或最適合之紫外線照度，控制前述紫外光源2 3之位 置或驅動能量，即可補償如此膜厚的不均一。因此，在如 此之氧化膜上堆積高電介質閘極絕緣膜，所形成之半導體 裝置之場合，可有效控制高電介質閘極絕緣膜之膜厚變動 問題，且得到具安定特性之半導體裝置。 如此所形成之氧化膜，由於係因利用紫外線活性氧化處 理而形成，故如Zhang等（Zhang, J-Y，et al，Appi phys Leu 71(20)，17 November 1997, ΡΡ·2964〜2966)所報告之界面位準 等之缺陷較少’就做為圖1所示之高電介質閘極絕緣膜之 下之基底乳化1 2為最合適的。 [第1實施例·] ^ 、 -15-
520538 A7 B7 五、發明説明（13 圖3係顯示依據本發明之第· 1實施例基板處理裝置3 〇之 構成。 ， 參照圖3 ’前述基板處理裝置3 〇，係包含具有保持被處 理基板32之保持台31A之處理容器31，於前述處理容器 31中’在前述保持台31A上之被處理基板32之相對方向 ’設置有使透過石英等紫外光之材料所構成之沖淋喷嘴 31B。前述處理容器31，係通過排氣口 31C排氣，另一方 面前述沖淋噴嘴31B處供給有由外部之氣體源而來之〇2等--之氧化性氣體。 於前述處理容器31處，更於前述沖淋噴嘴31B之上方， 露出沖淋噴嘴31B及在其下之被處理基板32，形成由透過 石英等紫外光之材料所構成之光學窗31D。於前述保持台 31A中’設置有加熱前述被處理基板32之加熱器3ΐ&β 此外於前述處理容器31上，透過對應前述光學窗31D而、 設置之結合部33，設有紫外光曝光裝置34。 前述紫外~光曝光裝置34，係包含對應前述光學窗311)之 石英光學窗34A、及透過前述石英光學窗34八與光學窗 3 1 D而照射紫外光於前述被處理基板3 2上之紫外光源$ 4 B ’前述紫外光源34B係藉由自動裝置34C，如圖3中箭頭 之方向，可保持於與前述光學窗34A平行方向上做移動。 於圖示之例中，前述紫外光源34B ,係由對前述移動方向 設定為大略於直角方向延伸之線狀光源所構成。作為如此 之線狀光源’例如可使用波長為172 nm之激勵燈。 另外於圖3之構成中，為避免前述紫外光源34B所形成 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（14 ) 之紫外線於通過前述光學窗31D導入前述處理容器31中， 先被空氣中之氧所吸收，由外部之氣體源（未圖示）’經由 管路33A供給N2等之不活性氣體至前述結合部33，前述 不活性氣體則經由形成於前述紫外光曝光裝置3 4之光學窗 34A之安裝部之間隙，而流入前述紫外光曝光裝置34中之 空間3 4 D。 此外隨著前述紫外光源之驅動，為控制空氣中之氧被捲 入流入前述紫外光源3 4 B之正下方，而於紫外光源3 4 B之-， 兩側面設有遮蔽板34F，又在遮蔽板34F之下’與前述紫 外光源34B相對之光學窗34A及遮蔽板34F間形成之最多 高度1 mm左右之狹窄區域處，通過管路34b供給N2等之不 活性氣體。於該區域亦透過管路3 3 A供給不活性氣體，結 果，可有效排除吸收紫外線之氧氣。 通過前述遮蔽板3 4 F下之區域之不活性氣體’係流出至、 前述空間34D，又通過形成於前述紫外光曝光裝置34中之 排氣口 3 4 向外部排出。 圖3之基板處理裝置中，在前述紫外光曝光裝置34，藉 由前述自動裝置34C可控制前述紫外光源34B之移動、掃 描，結果，在前述被處理基板3 2之表面以紫外線活性化氧 化處理形成氧化膜之際，可藉由控制紫外線曝光照射量， 而控制膜厚之分佈。前述自動裝置34C係藉由電腦等之控 制裝置3 5來控制。又前述控制裝置3 5亦可控制前述紫外 光源3 4 B之驅動。 圖4A〜4C係利用圖3之基板處理裝置3〇，在各式各樣之 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（15 ) 條件下，於Si基板上形成Si〇2膜之場合，藉由所求得si〇2 膜之偏振光分析測定法以A單位表示所求 但於一C中，係以8英忖之Si基板，藉由之 表面前處理步驟除去表面自然氧化膜之狀態下作為被處理 基板3 2使用β又在圖4A〜4C各圖中，前述處理容器31中之 内壓’約設定為0·7 kPa (5 Torr)，基板溫度則設定為3(rc。 圖示之結果，係在前述處理容器31中，以i sim之流量 供給5分鐘之場合者，圖4A係顯示沒進行紫外光照射之場 合，又圖4B、4C係顯示藉由前述紫外光源，在光源 正下方照射30mW/cm2照度之紫外光之場合。圖4B係顯示 前述紫外光源34B於41〇mm之範圍，即前述被處理基板32 之全面可同樣地被曝光而進行同樣掃描之場合。 參照圖4A ,未進行紫外光照射之場合，在^基板表 所形成之Si〇2膜的厚度為〇·2〜〇·3ηιη左右，實質上並沒有 形成，而相對的，於圖4Β之場合可知，在前述。基板 面形成約0.8 nm之Si〇2膜。此外於圖48之場合儘管前 紫外光源34B在400 mm之範圍内同樣的進行掃描，但可 在前述8英忖之Si基板32之中央部，所形成之s叫膜之 厚有減少之跡象。結果，形成於前述W板上之吨膜 膜厚變動有2.72%，為較大之值，但此係Μ出使用基: 處理裝置3 0之固有之特性。 相對於此，圖4 C，係顯示左‘ 4。·分 尔頌不在則述S 1基板3 2中央部附近 ，侷限於100 nm之範圍内，淮捽访·+·此aL , i _ n 延仃則述紫外光源3 4 B掃描時 之Si〇2膜之膜厚分佈。
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五、發明説明（16 ) 參照圖4A ,可知如此形成·之si〇2膜之膜厚，係控制於 〇·92〜0.93 nm之範圍，且膜厚變動減少至1 35%。 圖5係顯示於圖4A〜4C之實驗中，對關於導入於前述處 理容器3 1中足〇2流量作各式各樣變化時，所求得紫外線曝 光時間及所形成Si〇2膜之厚度之關係之結果。
裝 由圖5得知，所形成之si%膜之膜厚係幾乎與〇2流量無 關’經過1分鐘以約1 nm之值達到飽和。另一方面，曝光 時間比1分鐘短之場合，膜厚係與曝光時間共同增加。圖5 係顯示對使用圖3基板處理裝置30之以基板表面，形成基 底氧化膜之薄Si〇2膜之形成步驟，係以極短之時間就足夠。 圖6A〜6E係顯示在圖3基板處理裝置中，設定前述處理 容器内壓约0.7 kPa (5 Torr),基板溫度設定為45(rCg J slm 之流量’一面供給Ο 2氣體一面於100 mm之範圍内，進行掃 描前述紫外光源3 4 B之情形所得S i〇2膜之膜厚分佈，以人 單位表示。為了簡單’ S i基板係以矩形形狀作表示。 f 其中圖6 A係顯示，前述掃描以基板中心作基點，在土 5〇 mm之範圍内進行之情形，於圖6 a之例中得知，由基板中 心向y軸方向上之上方，又向X軸方向上之右方，前述si〇2膜 之膜厚有增大之傾向。該場合8丨〇2膜之膜厚變動為3.73%。 相對於此，圖6 B係顯示前述掃描以基板中心為基點，向 著y軸方向上之下方錯開12·5 mm場合之Si02膜之膜厚分佈 ’同樣以A早位來表不。由圖6B得知’ Si〇2膜之膜厚變動 減少至3.07%。 此外圖6亡’係將前述掃描基點由基板中心，向著y軸方 -19- 本紙乐尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(210 X 297公釐) 520538
AT ___ B7 五、發明説明（17 ) 向上之下方錯開25·0 mm場合乏Si〇2膜之膜厚分佈，以A單 位來表示。由圖6C得知’ Si02膜之膜厚變動係與圖6 B之 情形相同為3.07%。 對此’圖6 D係將前述掃描基點由基板中心，向著y軸方 向上之下方錯開37.5 mm場合之Si〇2膜之膜厚分佈，以A單 位來表示。由圖6D得知，該場合Si〇2膜之膜厚變動減少至 2.70% 〇 另一方面，如圖6 E所示，將前述掃描基點由基板中心， 向著y軸方向上之下方錯開50·0 mm之情形時，前述§丨〇2膜 之膜厚變動增加至5.08%。 由此可得’於圖3之基板處理裝置，相對於基板而對前 述紫外線源3 4 B之掃描之基點作最適合化，可使形成於被 處理基板32上之3丨〇2膜之膜厚變動最小化之結論。 其次之圖7A〜7E係在圖3之基板處理裝置3〇 ,設定前述 紫外線源3 4 B之掃描幅寬為1 〇〇 mm ’設定掃描基點由被處 理基板32乏中心，向y軸方向上之下方錯開37 5 之位置 ，其各自之照射量設定為3 mW/cm、6 mW/cm2、12 mW/cm2、18 mW/cm2及24 mW/cm2，形成 Si〇2膜之膜厚分佈 以A單位來表示。 參照圖7A〜7E，得知膜厚之偏差，係設定圖7 A之照射 量為3 mW/cm2時為最小’隨著照射量增加膜厚之偏差亦增 圖7A〜7E之結果’顯示在圖3之基板處理裝置3〇，即使 藉由將紫外線源3 4 B之照射量作最適化，亦可最小化所得 -20- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 520538 A7 ------ - B7 五、發明説明^ —一 之Si〇2膜之膜厚之偏差。 · 圖8 A、8 B係表示比較對照例，圖8 A係顯示與圖 7A〜7E於同一條件下，未進行紫外光照射而形成Si02膜之 ^ Β又圖8 B係藉由以往之急速熱氧化（RT〇）處理，形成 之Si〇2膜之場合’無論何者之場合，可知所觀測到之膜厚 變動皆超過4 %。 圖9 1 0係依據上述之結果，探索圖3之基板處理裝置 3 〇之基板處理方法之最適合條件之流程圖。其中，圖9係一- 為取適合進行掃描區域之探索流程圖，圖i 0係為最適合進 行照射量之探索流程圖。 參照圖9，最初於階段丨，指定被處理基板上之任意區域 ，其次於階段2 ,導入被處理基板32於前述基板處理裝置 3 〇中’在被處理基板上之被指定區域掃描紫外線源3 4 b， 形成Si〇2膜。此外，藉著重覆前述階段1及階段2 ,於每次、- 重覆時，在新的被處理基板32上錯開前述區域之狀態下形 成3丨02膜。一 接著於階段3評估各實驗所得之Si〇2膜之膜厚分布，於 階段4找出膜厚變動最小之最適掃描區域。 探索圖9之最適掃描條件後，於圖1 〇顯示出進行最適照 射條件之探索^ 〜 參照圖1 0，最初於階段1 1 ,藉由圖9之順序指定探索最 適合之掃描區域，其次於階段12，指定紫外光源34Β之驅 動能量。此外於階段13，將被處理基板32導入於前述基 板處理裝直30中，在被處理基板32上之被指定最適區域 -21 - ¥紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公爱) " ------ 520538 A7 ------ B7 五、發明説明（19 ) "~' 一~-- ，藉由階段1 2以被指定之驅·動能量，掃描前述紫外線源 3 4B，形成膜。此外，藉著重覆前述階段12及階段13 ，於每次重覆時，在新的被處理基板32上錯開前述驅動能 量之狀態下形成Si〇2膜。 此外於階段14，評價在各實驗所得之si〇2膜之膜厚分佈 ，找出使膜厚變動最小之紫外光源3 4 B之最適合驅動能量 。又於階段1 5 ,在如此最適驅動能量可使膜形成之情況下 ’決定控制前述基板處理裝置3 〇之紫外光源3 4 B之程式。一 依照如此決定之程式，前述控制裝置3 5使前述自動裝置 3 4 C及紫外線源3 4 B動作，結果前述紫外線源3 4 B以最適 之驅動能量掃描最適之基板區域，結果，於前述前述被處 理基板34上’形成〇·3〜1.5 nm，較佳為1 nm以下，更佳為 0.8 nm以下之厚度之相當薄且膜厚相同之以〇2膜。 [第2實施例] _ 圖11係顯示根據加入圖3之基板處理裝置30之本發明第 2實施例之i板處理系統4 0之構成。 參照圖1 1，前述基板處理系統4 0係叢集型處理裝置， 具有以真空搬送室46連結基板搬入/搬出用之裝載閉鎖室 41、以氮自由基N*、氫自由基H*及NF3氣體處理基板表面 ，而將基板表面之自然氧化膜變換成Ν-0-Si-H系之揮發性 膜並去除之前處理室42、由圖3之基板處理裝置30所構成 之UV-02處理室43、堆積於基板上之Ta2〇5、Al2〇3、Zr〇2 、Hf〇2、ZrSi04、HfSi04等高電介質膜之堆積CVD處理室 44、及冷知基板之冷卻室45之構成，於前述真空搬送室 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
46中設置有搬送臂桿（未圖示）。 於動作時，被導入前述裝載閉鎖室4 1之被處理基板，係 沿著路徑（1 )導入於前述前處理室4 2，除去自然氧化膜。 在前述前處理室42除去自然氧化膜之被處理基板42，係 沿著路徑（2)導入於前述UV-〇2處理室43，依據圖3之基板 處理裝置30，藉由前述紫外光源34B，以最適之驅動能量 掃描最適區域，而形成於圖1所示之基底氧化膜1 2， 其為厚度為1 nm以下之相同膜厚。 此外，於前述UV-〇2處理室43形成前述Si〇2膜之被處理 基板’係沿著路徑（3)導入CVD處理室44，在前述3丨〇2膜 上’形成圖1所示之高電介質閘極絕緣膜1 4。 又前述被處理基板，係由前述C V D處理室4 4沿著路徑 (4)被移至冷卻室45，在前述冷卻室45冷卻後，沿著路徑 (5 )送回到裝載閉鎖室4 1，而被搬出外部。 [第3實施例] 圖1 2係韻示依據本發明之第3實施例之基板處理系統 4 0 A之構成。 參照圖1 2 ’基板處理系統4 〇 a，係具有與前述基板處理 系統4 0類似之構成，但設置有電漿氮化處理室4 4 a，以取 代前述CVD處理室44。 前述電漿氮化處理室44A，係於前述UV-02處理室43中 ’沿著路徑（3)供給形成有Si〇2膜之被處理基板，並藉由在 表面之電漿氮化處理形成Si〇N膜。 如此之步·驟，藉由在前述υν_〇2處理室43及電漿氮化處 ___ -23· 本紙浪尺度適用中國國豕標準(CMS) Α4規格(210X297公爱) 520538 A7 _______B7 五、發明説明（21 ) — 理室44A間重覆實施，可形成-圖13所示之含有刪閘極絕 緣膜13A之半導體裝置1〇A。但圖13中，對先前說明之部 分附上同一參照符號，並省略其說明。 於圖13之構造10A中，前述Si〇N閘極絕緣膜13八之厚度 係形成為1.5〜2·5 nm，此時藉由使用圖12之基板處理裝置 40A ,可在前述SiON閘極絕緣膜13A之底部近旁形成〇高 比例，或在上部近旁形成可成為N高比例之組成斜率。° [變形例] 另外，在圖3之基板處理裝置3〇，前述線狀紫外光源 34B之移動，並不限於圖3所示之箭頭方向作往返運動， 如圖14所示，亦可使其對前述被處理基板32作迴轉，再 使其與往返運動組合〇又，對如此之光源3 4 B之被處理基 板32之迴轉，可使光源34B自身作迴轉，或使被處理基板 3 2作迴轉亦可。 另外，在圖3之基板處理裝置30中，可使用圖15A所示 之點狀糸外光源3 4 B ’取代前述線狀紫外光源3 4 B，使其於 特定方向作往返運動亦可。此外，如圖15B所示，亦可令 如此之點狀紫外光源34B，，在前述被處理基板32上，向著 縱橫方向作掃描亦可。 圖16係顯示依據圖3之基板處理裝置30之其他變形例之 基板處理裝置3(^。但圖16中，對先說明之部分附上同一 參照符號，省略其說明。 參照圖16，於前述基板處理裝置，除去前述石英 沖淋噴嘴3ίΒ，相對的將〇2導入於前述處理容器31中之多 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐） 520538 A7 B7 五、發明説明（22 ) 數之氣體導入部31B·，則於避開前述基板32上之區域而形 成。此外於圖14之構成中，圖3構成中之前述紫外光曝光 裝置3 4中對應觔述結合部3 3所形成之石英窗3 4 A則被去 依據如此之構成’石英窗34A或沖淋嗜嘴31B對前述紫 外光源3 4 B所形成之紫外線之吸收為最小。 另外’於圖3或圖16之構成中，必要時亦可連接排氣導 管於前述排氣口 34E，而將由紫外光曝光裝置34之排氣作一-無害化處理後排放出於環境中。 [第4實施例] 本發明之發明者，先使用在圖3所說明之基板處理裝置 3 0，於S 1基板3 2之（1〇〇)面上，對作各式各樣變化紫外光 源34B之驅動力量而形成得到之^〇2膜，藉由xps (χ.光光 電光睹學）法而進行膜厚測定之實驗。藉由以X p S進行膜、-厚測定，與在空氣中進行膜厚測定之偏振光分析測定法之 場合相比較，可排除大氣中之吸附成分（η2〇及有機物）所 造成之Si〇2膜之膜厚變化效果，而可進行更為正確之膜厚 測定。 圖1 7係顯示如此所得到之Si〇2膜之膜厚及紫外光力量之 關係。但圖1 7之實驗，係將紫外光之力量，於光源之正下 方以50 mW/cm2之照度作基準，而於前述基準照度之 10〜45%間使照度作變化之情形者，其氧化時間定為5分鐘 。又於圖17之實驗中，先依據之前圖9所說明之順序，將 紫外光源34B之位置作最適合化。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐) 520538 A7 ___ _B7 五、發明説明（23 ) 參照圖1 7，以X P S法所作測定之3丨〇2膜之膜厚，可得知 於照射紫外光之照度在基準照度約15〜25%之範圍中，隨著 照度大略成直線地由0.66 nm至0.72 nm增加成略直線，又於 基準照度之約35%〜40%之範圍中，亦大略成呈直線而由 〇·73 nm增加至0.78 nm。此外圖1 7中可知前述照射紫外光 之照度於前述基準照度約25〜35%的範圍中，8丨〇2膜之膜厚 僅由0.72 nm至0.73 nm，只有0·01 nm—點點變化。 圖18A〜18F係顯示於圖17之實驗所使用之si基板上，藉--由前述紫外線活性化氧化處理步驟所形成之Si〇2膜之膜厚 分佈。 參照圖18A〜18F可知，Si02膜之膜厚變動，係於減少如 此之紫外光之照度而將Si02膜之膜厚變為ι·〇 nm以下之場 合，得知去除圖1 8 C之照度設定基準照度2 5 % ,可控制其 於2 %以下。特別是如圖1 8 D、1 8 E所示，設定紫外光照度. 為基準照度之3 0 %或3 5 %之場合，即設定紫外光照度於圖 17之SiC^m之膜厚增加為小之照度區域之場合，得知si〇， 膜之膜厚變動可抑制至1.21〜1.31 %。 如此之Si〇2膜之膜厚減少為1.0 nm以下時所見之膜厚分 佈之均一性顯著提昇，及特別是對於圖1 7所見之照射紫外 光照度之SiC^膜厚之階段變化，暗示了於紫外線活性化氧 化處理步驟中之自我控制效果之存在。即圖1 7所見之si〇2 膜厚之階段狀變化，係觀察紫外光照射力所得，同樣的階 段狀變化，亦可於觀察處理溫度或處理時間得到。 圖1 9係顯示出關於如此之自我控制效果所推測之機械裝 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（24 置之一 〇 參照圖1 9，被處理S i基板表面於氧化處理之時，由於氧 之入侵而形成含有3次元Si — 〇 —Si網路構造之Si 02膜。s i 基板之氧化進行，係由Si〇2原子結合之微弱部分開始。然 而基板結晶之一原子層，其全部氧化在如圖1 9之狀態下， 可認為以如此微弱之結合部分變少。因此為引起新的氧化 則有必要使氧原子入侵增加之膜厚部份，造成更需要多量 之活性化氧，結果，於如此之紫外線活性化氧化處理步驟一 · ’因伴隨紫外線強度之活性氧濃度增加，也會產生氧化膜 成長促進鈍化之區域。隨著如此之氧化膜成長之原子層氧 化所引起之自我控制效果，會產生圖1 7所示之階段狀之氧 化膜成長。 如此之均一性係維持至Si〇2*子層之5〜6層。 由圖17、18之結果，於圖3之基板處理裝置30，紫外光·、· 線活性化氧化處理，其Si〇2膜係於含有5〜6分子層以下， 更佳為3分丰層以下之厚度來實行。 [第5實施例] 其次，為更加發展先前之實施例之基板處理裝置30，， 使其對應應到來之大口徑被處理基板，一面參照圖2 0 A、 20B及圖21A、21B，一面說明關於依據本發明之第5實 施例基板處理裝置50。 參照圖2 0 A ' 2 0 B，圖2 0 B係顯示在圖1 6所說明之基板 處理裝置30’之平面圖，又圖20A係顯示前述被處理基板 3 2於具有盍徑300 mm時之前述基板3 2上之紫外線照射強 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 520538 A7 __ B7_ I、發明説明（25 ) ' 度分佈β但圖2 0 Α之照射強皮分佈，係顯示藉由長度33〇 mm之線狀紫外線源3 4B由高度1〇〇 mm之位置照射前述直 徑300 mm之被處理基板32之場合，其前述紫外線源正下方 之照射紫外光強度分佈。圖2 〇 A、B中，附上對應之前所 說明之部分之參照符號，省略其說明。 由圖20可知，將圖16之基板處理裝置30,使用於直徑超 過300 mm之大口徑基板處理之場合，在被處理基板32之邊 緣部，其照射光強度減衰30%左右。於如此之大口徑被處― 理基板之處理時’為提昇紫外光強度分佈之均一性，當然 可能前述線狀紫外線源3 4 B之長度會更加延長，如此之手 ί又係會引來基板處理裝置之大型化，並不理想。 對此，圖21Α、21Β係顯示解決上述之課題之依據本發 明之第5實施例之基板處理裝置50之構成。但圖21八、 2 1 Β中，對應之前所說明之部分，附上相同之參照符號省‘ 略其說明。與圖20Α、20Β相同，圖21Β顯示基板處理裝 置50之平‘圖’圖21Α則顯示在被處理基板32上之紫外 光強度分佈。 參照圖2 1 Β，於本實施例中，將前述線狀紫外光源3 4 β 由於單一之直線上配列成一直線狀之多數線狀紫外光源 3%、3扣2及34Β;構成，以對應之驅動裝置35丨、^及巧驅 動各個紫外光源。 圖2 1 Α係顯示於控制前述紫外光源34Βι、34β2及34Β3之 光輸出比為1 : 1·55: 1之場合，被處理基板32上於紫外光 源正下方之區域之·光的強度分布。 -28 - 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（26 ) 由圖21 A可知，紫外光強度之變動對於圖2〇A所示约達 到3 0 %之變動’改善至約3 · 5 %之變動幅度。即之前圖3所 說明之本發明第1實施例之基板處理裝置3 0，或圖丨6所說 明之基板處理裝置30,，將線狀紫外光源34]B藉由多數支 線狀紫外光源要素構成，以個別驅動各個紫外光源要素， 並全體移動如述多數紫外光源要素，掃猫被處理基板3 2之 表面，而可在被處理基板32上形成非常均一厚度之氧化膜。 此外與如圖9所示之流程圖相同，將探索對應最適膜厚一· 分佈之驅動條件之最適值探索順序，用於前述紫外光源要 素之輸出比，而求最適合之輸出比，可補正對基板處理裝 置之固有不均一之要因，謀求膜厚之更加均一化。亦即在 本實施例中，於圖9之階段1中變化紫外光源34Bi〜34B3i 驅動力比而取代掃描區域之指定，在階段3評價成膜結果 ’在階段4選擇最適合之驅動力比以取代最適合之掃描區二 域。 [第6實施例] 其次，一面參照圖2 2，一面說明依據本發明之第6實施 例足基板處理裝置6 〇之構成。基板處理裝置6 〇係對應即 將來臨之更加微小化之半導體裝置，組合被處理基板之迴 轉機構’及單數或多數之線狀紫外線源。 圖22係顯示依據本實施例之基板處理裝置之構成。 圖中’對先說明之部分係附上相同之參照符號，省略其說 明。 參照圖2 >，前述基板處理裝置6 0，係與在之前第1實施 L_____ -29- 本國 X 297公釐） 520538 A7 B7 27 五、發明説明（ 例中所說明之基板處理裝置30處理容器31相同之處理容 σ。61中’含有保持直徑300 mm之被處理基板62W之保持 台62 ’前述保持台62係藉由迴轉驅動部63作迴轉驅動。 又於前述處理容器61之上方，係設置包含有單一的，其長 度為330 mm之線狀之紫外光源64 A之光源裝置64，前述紫 外光源6 4 A係通過紫外線透過窗6 5，照射前述保持台6 2 上之被處理基板。前述處理容器6 i係藉由真空幫蒲6 i p排 氣’此外前述處理容器6 1中，係在通過與前述被處理基板一· 成相反方向之管路61a，設置有提供〇2之沖淋噴嘴6ia。 又削述光源裝置64設置有冷卻水通路，通過管路64W藉由 循環冷卻水令水冷卻。前述保持台62中設置有加熱器等之 熱源6 2 Η，控制被處理基板6 2 W之溫度。 於圖22之構成中，結合於前述保持台62之迴轉軸62Α 處，係設置有樹酯製0環，或更為理想的由磁氣流體密封、-材所構成之真空封口 62Β，密封住前述處理容器61内部。 又前述紫外光源64Α，係設置於如圖22所示，錯開被處理 基板中心。驅動前述迴轉保持台62中之熱源62Η之驅動管 路6 2 h，係在前述處理容器6 1之外部，通過觸點6 2 C被引 出。 圖23係顯示在圖22之基板處理裝置60中，對迴轉被處 理基板62W之場合時之被處理基板62貿上紫外線強度之徑 向分佈，各式各樣變化前述紫外光源64A及被處理基板 6 2 W之相對配置所求得之結果。但圖2 3中，橫軸係顯示被 處理基板6^W之半徑方向之距離，縱軸則顯示於各點平均 -30-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公复) 520538 A7 — —_____B7___ ^、發明説明（28 ) 紫外線照射強度。又於圖2 3中·，前述被處理基板6 2 W及光 源6 4 A間之高度方向距離（work distance)，係設為1 〇〇 mm。 參照圖2 3可知，若使前述光源6 4 A位於被處理基板6 2 W 之中央附近（例如〇 mm)，見其對應之偏移量之曲線，即可 清楚的瞭解到在中心（橫軸之〇 mm)位置之照射強度為最大 ’向著被處理基板週邊部之紫外照射強度則減少。另一方 面，將前述光源64A由被處理基板62W之中心加大其半徑 方向，例如於在只是錯開150 mm的地方，則於前述被處理--基板6 2 W上之照射強度分佈顯示出在基板中心部變小，而 向著基板邊緣部則有增加之傾向。特別是將前述光源6 4 A 置放於由被處理基板62W之中心半徑方向11〇 mm之位置， 得知照射紫外光強度之變化為最小，大概保持於1 〇%以内。 如此可知，於圖22之基板處理裝置60中，將前述光源 64A配置於如圖22中所示之被處理基板62W之半徑方向， 由被處理基板62W之中心只錯開110 mm，此外再將前述光 源64 A之高度配置於100 mm之高度，藉由一面使被處理基 板6 2 W，及紫外線源6 4 A作相對的迴轉，一面進行紫外線 活性化氧化處理步驟，在矽基板上可形成非常均一厚度之 氧化膜。 此外，由如此之最適合位置將前述紫外光源64A ,於圖 2 2中以箭頭所示之限定範圍内，例如藉由由前述被處理基 板64A之中心，從75 mm至125 mm之範圍使其變位，可變 化在前述被處理基板64A上所形成氧化膜之膜厚分佈。又 藉由使用之前圖9所說明之探索最適合之膜厚分佈之流程 -31 - 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 520538
:其：：前述紫外光源64A求取最適合之偏移量，可補正 •^處理裝置6G固有之膜厚不均-化之要因，而可謀求 膜旱化。此外，在本實施例之基板處理裝置60中， /、、則第1貝施例之基板處理裝置3〇，或基板處理裝置3〇, 相比較，紫外光源64A之移動範圍被限^，因此可縮小其 裝置之全體大小。 [弟7實施例] 圖4係·，，’員示依據本發明之第7實施例之基板處理裝置 之構成。但圖24中，對於對應先所說明之部分係附上相同 之參照符號，省略其說明。 參照圖2 4，在本實施例中，於之前之實施例含有與基板 處理裝置60相同之構成，對單一之紫外光源64A，為取代 可動地設置之光源裝置64，偏離前述被處理基板62W之中 心而設置多數之固定紫外光源74Αι、74a2，以對應其各自 之則述固定紫外光源74心及74八2之驅動裝置74ai&74a2來驅 動"於圖不之例中，前述紫外光源74At，係設置於由被處 理基板6 2 W之中心僅於半徑方向上偏移25 min之外側之位 置’又紫外光源74A2，係設置於由被處理基板6 2 W之中心 僅於半fe方向上偏移17 5 mm之外側之位置。此外，前述光 源裝置7 4中係設置有對應前述紫外光源74Ai，及74A2之紫 外光透過窗74B。 圖25係顯示於圖24之基板處理裝置70，僅藉前述紫外 光源74At之被處理基板62 W上之紫外光強度分佈，及僅藉 前述紫外光源74A2之被處理基板62W上之紫外光強度分佈 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 520538 A7
’及驅動前述紫外光源74Αι及74\雙方場合之紫外光強度 分佈。但於圖25之實驗，前述紫外光源74〜係設置於由被 處理基板6 2 W之中心，分離於只有25 mm半徑方向上之外 側’前述紫外光源74八2係設置於由被處理基板62W之中心 ’分離於175 mm半徑方向上之外側。此外於圖2 5中，前述 糸外光源74A[係藉由對應驅動裝置74at以7 3 %之輸出來驅 動，另一方面，前述紫外光源74A2係藉由對應驅動裝置 74a2« 2 7 0/〇之輸出來驅動。 由圖25得知，前述紫外光源74\及74八2，係於被處理基 板6 2 W上形成單獨且變化單純的紫外光強度分佈，因其變 化方向成為相反’故藉由最適合化各自之驅動力，可於被 處理基板62W上實現非常相同之紫外光強度分佈。於圖25 例中’前述紫外光照射強度變化係控制於2 %左右。如此 最適合之驅動力，係藉由之前所說明圖9之最適值探索順 序，於階段1使其變化前述驅動74at、74a2之驅動輸出，於 階段3評價^膜結果，於階段4則決定最適值而可求得。 [第8實施例] 圖26係顯示依據本發明之第8實施例之基板處理裝置 之構成。但圖2 6中，對於對應先前所說明之部分係附上相 同之參照符號，省略其說明。 參照圖2 6，本實施例之基板處理裝置8 〇係具有與依據 之前之實施例之基板處理裝置70類似之構成，但對於基板 處理裝置7 0之光源裝置7 4，則設置有由膨脹形狀之鋁鐘 罩所構成乏光源裝置84加以取代，於前述光源裝置84上 -33-本紙張尺度通用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 520538 A7 __— B7 五、發明説明（31 ) ’其前述紫外光源74At，及74A2在不同之高度，即被安裝 在由被處理基板6 2 W之表面所測不同之距離處。 圖27係顯示於圖26之基板處理裝置80之中，被處理基 板62 W及紫外光源74'、74a2之關係。 參照圖27，前述紫外光源74八^系由被處理基板62 W之中 心0向半徑方向，在距離只離開r〖之位置，設置第1工作間 隔WD〖’另一方面，前述紫外光源74a2，係由被處理基板 62W之中心〇向半徑方向，在較大之距離只離開。之位置一 ，設置較小之第2工作間隔WD2。與之前之基板處理裝置 70相同，前述紫外光源74Αι係藉由驅動裝置74^，又前述 紫外光源74八2係藉由驅動裝置74a2，獨立來驅動。 圖28係顯示在圖26之基板處理裝置80，設定其距離Γι 、r2各為50 mm及165 mm，而設定其工作間隔WDi、WD2& 為100 mm及60 mm之場合，於前述被處理基板62W上之紫.. 外光源74Ai之紫外光強度分佈，紫外光源74a2之紫外光強 度分佈，再'加上前述紫外光源74A!，及74A2之合成紫外光 強度分佈者。但於圖2 8中，前述紫外光源74Ai係以6 4 %之 輸出，又前述紫外光源74A2係以3 6 %之輸出來驅動。 參照圖28，藉由前述紫外光源74八1及74八2之紫外光強度 分佈，係藉由單調且以相反方向變化，而重疊紫外光源 紫外光強度分佈及紫外光源74A2之紫外光強度分佈 ，而可控制紫外光照射強度變化於2 %以下。 於本實施例，藉由與之前之實施例相同的之圖9之最適 值探索順序、可求得紫外光源74人1及74人2之最適驅動力。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（32 ) [第9實施例] · 其次，說明關於依據本發明之第9實施例之使用遠距離 電漿源之基板處理裝置。 圖29A係顯示通常之遠距離電漿基板處理裝置90之構成 。但於圖示之例中，基板處理裝置90係使用於在Si基板上 所形成之Si〇2膜之表面上藉由氮化反應形成氮化膜之氮化 處理中。 參照圖2 9 A，基板處理裝置9 0具有在排氣阜9 1 A被排氣--之處理容器91中，保持被處理基板W之石英保持台92，此 外於前述處理容器91上，與前述被處理基板W成相對方向 而供給N 2氣體，將此藉由電漿作活性化而形成可形成活性 之N2g由基之遠距離電漿源93。又於前述石英保持台92 之下方係對應前述被處理基板W形成加熱器94。又於圖 29A中，顯示出在前述遠距離電漿源93所形成iN2自由基·.、· 之濃度分佈。當然，N2自由基之濃度，係於前述遠距離電 漿源9 3之i£下方，即前述遠距離電漿源9 3形成於被處理 基板W之中心位置之場合，在前述被處理基板w之中心成 為最大® 圖3 0係詳細顯示前述遠距離電漿源9 3之構成。 參照圖3 0，前述遠距離電漿源9 3係於一端裝著前述基 板處理容器91，另一端則形成導入Ν2*Αγ等之電漿氣體 之入口 93a，並包含具有石英襯裏93b之本體93Α，形成 於前述本體93A上之前述另一端且供給有微波之天線93B ，及形成於_前述本體93A上之前述另一端且通過多數開口 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 520538
五、發明説明（33 ) 部將在前述遠距離電漿源9 3所形成之活性自由基，供給前 述處理容器91之石英擴散板93C，前述本體93A之外側於 前述一端及另一端之中間，配設有磁石93D。於如此之遠 距離電漿源93中，藉由通過前述導入口 93a於前述本體 93A中導入N2氣體及Ar氣體，並對前述天線93B供給微 波，可於前述本體93Α中對應前述磁石93D之位置形成電 漿，並將由電漿活性化之Ν 2氣體所形成之氮自由基Ν *，
裝 通過前述擴散板93C導入於前述處理容器91中。 一 圖29Β係顯示藉由圖29Α之基板處理裝置90，在形成 Si〇2膜之Si被處理基板W上，以各式各樣條件所形成Si〇N 膜之場合，基板表面之N之濃度分怖。但於圖29B中，N 之濃度分佈，係顯示以被處理基板W之中心為原點，對半 徑方向作測定之輪廓。
參照圖2 9 B，於被處理基板W上產生N之非同樣的濃度.-分佈，而在前述被處理基板W之中心，其濃度為最大。此 外前述N的漠度分佈，係對於被處理基板w之中心為略對 稱的。產生如此之對稱的濃度分佈之場合，儘管迴轉基板 亦無法令前述非同樣之濃度分佈成為相同的。 對此，圖31A、B係顯示依據本發明之第9實施例之基板 處理裝置100之構成。又圖31B係顯示平面圖。圖31A、 3 1 B中，先前所說明之部分係附上相同之參照符號，省略 其說明。 參照圖31A、31B，於本實施例中，多數之遠距離電衆 源931及93/，係避開被處理基板W之中心，形成於其各’ -36- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X 297公釐)
之，置t，0)、&，〇)，其結果於前述被處理某 重疊該等各個遠距離電装源 一 由m八h 成〈自由基濃度分佈之自 由基/辰度刀佈係形成於基板…
.,〇 4干仫万向。在此如圖3 1 A 所不’猎由使被處理基板⑽ 均化自由基之濃度分^ W ^板W上千 、二=示使用於表面形成Μ膜之Si基板以作為前 述被處理基板W，固定被處理基㈣ 迴轉時之氮化處理後之某板矣而>Μ·“ ^ 王侥之悬板表面又N)農度分佈。另一方面 ’圖32B係顯示出前述^基板在做氮化處理之時，令基板 在中。周圍作迴轉之於基板表面之…農度分佈。但圖 3 2 A、3 2 B中，以圓、♦及△所示之點，分別對應僅使用 遠距離电桌源93丨之場合，僅使用遠距離電漿源％之場合 ，及使用遠距離電漿源93ι及932雙方之條件下，形成Si0N 膜之場合。 參照圖3 2 A ’得知令前述基板w不作迴轉之場合時，可 於基板（半徑方向得到緩慢變化之N濃度分佈，相對的令 月|J述基板W作迴轉之場合時，如圖3 2 B所示，可得非常相 同之N濃度分佈。 於圖31A、31B之基板處理裝置1〇〇中，如同使前述被 處理基板作迴轉之場合可得如圖32B所示之N濃度分佈， 將前述遠距離電漿源93ι、932如於圖3 1 a、3 1B中以箭頭 所示’可變位的著裝於前述處理容器91上，前述遠距離電 漿源93丨、93] ’係可得如圖3 2 B所示相同之N濃度分佈之最 適合之位置，而被固定於前述處理容器91上。 -37- 10X297 公釐） 本紙張尺度適用中画固家標準(CNS) A4規格(2 520538 A7 B7 五、發明説明（35 ) 圖3 3係顯示求取如此之最遂位置之順序之流程圖。 參照圖3 3，最初於階段2 1被處理基板上之任意位置， 係是對於遠距離電漿源93 i、932的指定，前述遠距離電漿 源93i、93z，係於前述指定位置被固定於前述處理容器9工 上。其次於階段22將被處理基板w導入於前述基板處理裝 置100中，藉由一面使前述被處理基板w作迴轉，一面驅 動前述遠距離電漿源93i、932，形成Si0N膜。此外，藉由 重複前述階段21及階段22之動作，於每次重複時，於新-- 的被處理基板W上，以錯開前述遠距離電漿源“I、之 位置，形成SiON膜。 此外於階段2 3，評價在各實驗所得到之si〇N膜之N濃度 分佈’於階段24找出關於前述遠距離電漿源93!、Μ:之濃 度分佈的變動為最小之最合適位置。 圖3 4係顯示出將如此之前述遠距離電漿源,於、-前述處理容器91上，作變位可能的著裝之機構。但圖34中 ’先前所說明之部分係附上相同之參照符號，省略其說明。 參照圖34 ’前述本體93A上形成有與前述處理容器91 足外壁卡合之安裝凸緣9 3 c，前述本體9 3 A係藉於螺絲孔 9 3 E以螺絲9 3 F鎖住前述安裝凸緣9 3 c而被固定於前述處 理谷器91。此時，於圖34之構成中，將前述螺絲孔93E形 成為比前述螺絲9 3 F大，可使前述螺絲9 3 f於鬆弛狀態下 ’將前述本體93A向箭頭方向移動。 於圖3 4之構成’省略前述螺絲9 3 ρ及前述螺絲孔9 3 E， 將前述凸緣· 93c對於前述處理容器91之外壁，亦可形成摺 ___-38-
本紙張尺度適用中固困玄进進VPXro、a , X 520538 A7 — B7 五、明（—36 1 ~-— 動可能。 · 此外於本實施例中，接著圖3 3之遠距離電衆源％ ％ 之位置最適化，而如圖35所示進行驅動力之最適化。1 2 參照圖3 5，最初於階段3 1，由圖3 3之順序所探索之最 適位置，係對前述遠距離電漿源93〖、931 2而指定，其次於 1¾段32指定前述遠距離電漿源93t、93,之驅動能量。又於 階段33，將被處理基板W導入於前述基板處理裝置iq〇中 ’前述遠距離電漿源93!、93z在前述被處理基板w上之被—· 指定其各自之最適合位置，以階段3 2所指定之驅動能量來 驅動，形成SiON膜。此外，藉由重複前述階段32及階段 3 3之動作，於每次重複時，於新的被處理基板w上，以錯 開前述驅動能量之狀態，形成si〇N膜。 此外於階段3 4，評價在各實驗所得到之Si〇N膜中之氮濃 度分佈’找出關於前述遠距離電漿源93t、932之濃度變動.、-為最小之最合適驅動能量。又於階段35，在如此之最合適 驅動能量可成為膜形成，決定控制前述基板處理裝置1〇〇 之遠距離電漿源93i、932之程式。 圖3 6係顯示前述遠距離電漿源931、932之驅動電路9 5之 構成。 參照圖3 6，驅動電路9 5係包含藉由微波電源9 5 A所驅 動之微波發生器95B，在前述微波發生器95B所形成之典 型的周波數2.45 GHz之微波係通過導波管95C，而供給至 阻抗整合器95D，並供給至前述天線9333。前述驅動電路 95係具備肴可整合前述阻抗整合器95E)之阻抗至前述天線 1 ___ -39- 2 本紙尺度適Wig家料(CNS) 公^ 520538 A7 B7 五、發明説明（37 ) -—_ 93B之阻抗之同步電路95E。· 於如此之構成之驅動電路95中，a国， • 社_35 之階 由控制前述微波發生器9 5 B，可將前· $、土 、 9
932之驅動能量最適合化。 t I 圖37A、37B係藉由本實施例之一夕 <欠形例，海+其# 處理裝置_人之構成。但圖37B係擴大圖37 板 擴大剖面圖。 $ % & 參照圖37A、37B，於本實施例中’於前述處理容器91 上，含有凸緣邵96A及96B之膜盒96藉由 而安裝’此外於前述膜盒96上，前述遠距離電漿源 932之本禮93A ’係藉由使前述著裝凸緣部叹而與凸 部96B卡合而安裝。 、 於如此之構成之基板處理裝置__，藉由使前述膜各 96變形’可使對於前述遠距離„源之前述被處理基板ς 之角度作變化，因此在之前所說明之圖33之步驟，除對前 述最適位置之決定外，亦可針斜前述遠距離電衆、 932之而決定其最適角度β 1 圖38係藉由本實施例之此外之其他變㈣，顯示基 理裝置画之構成。但圖38中’先前所說明之部分係附上 相同之參照符號，省略其說明。 參照圖38，於基板處理裝置咖中，對前述遠距離電聚 源93,、932增加第3之遠距離電漿源％，係同樣的以箭頭 表示且設為可能變位。本發明係對含有如此3個以上之遠 距離電漿源之基板處理裝置有效β又本發明亦對只含有單 -40-
520538 A7 _ B7 五、發明説明（38 )~~" 一之遠距離電漿源之基板處理裝置有效。 另外本實施例不僅對於表面形成Si〇2膜之Si基板之氮化 反應而促進SiON膜之形成有效，另對藉由氧化反應之⑽， 膜的形成及SiN膜的形成’此外，藉由電漿法而形成
TaA膜、Zr〇2膜、Hf〇2膜、ZrSi〇4、卿〇4膜等高電介質膜 之形成也有效。 [第1 0實施例] 圖3 9係顯示藉由本發明之第i 〇實施例，基板處理裝置… 1 1 0之構成。但圖3 9中，為對應先前所說明之部分係附上 相同之參照符號，省略其說明。 參照圖39，於本實施例中，遠距離電漿自由基源”係 設置於處理容器91之側壁面上，由前述遠距離電漿自由基 源9 3所導入之自由基，係沿著處理容器9 i中之前述被處 理基板w之表面流動，並由設置在處理容器91之前述遠距、_ 離電漿自由基源93之相對方向之邊緣部之排氣阜排出 。如此於基板處理裝置110，形成沿著前述被處理基板w 之表面流動之自由基流》 另外於前述處理容器91中，前述被處理基板w係可自由 轉動地保持著，於前述被處理基板w之下部，設置有為測 定溫度分佈之多數的熱電極對TC，其相互定位於不同之 半徑位置。於本實施例中，前述被處理基板W係藉由不圖 示之回轉機構，使其做轉動。 圖40係在圖39之基板處理裝置110，顯示於處理容器 91内之自由基分佈之表現形式。 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 520538 A7 B7
五、發明説明（39 ) 參照圖4 0，由前述自由基源9 3所放出之自由基，於前 述處理容器91内不產生流動之場合，通常可認為是具有接 近高斯分佈之濃度分佈，於本實施例中，如之前亦曾說明 在處理容器91中，前述被處理基板w上形成由前述電漿自 由基源9 3流向排氣阜9 1 A之自由基流。在此，為考慮如此 之流動給予自由基分佈之效果，於本發明中將如圖4 〇所示 ’藉由使用與流動方向平行之座標軸X，及與其成直角之 座標軸y之座標系，擴張一般之高斯分佈，藉下式而表現— 自由基之濃度分佈"
Neon. = Intensity * exp (文-尤0)2 七 Base Int·
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但於式1中，σ1、σ2係使實際之濃度參數適合於式丨之場 合之特性參數、甚至是濃度分佈參數，而表示分別於叉軸 及y軸方向之自由基濃度分佈之擴散。藉由使用濃度分佈 參數σΐ、σ2，可得如圖40所示之在被處理基板W由垂直 方向所見之橢圓形等高線之自由基濃度分佈。式1中， Base—Int係自由基濃度分佈之基底濃度，自由基濃度之最 大值係由前述Base—Int及高斯分佈所表現之濃度之和所得 ，如此所示之自由基之濃度分佈，係與使用前述基板處理 裝置110之亂處理後之濃度分佈達成一致β 圖41Α、41Β係顯示關於在圖39之基板處理裝置110， 將供給至前述電漿自由基源9 3之A r電漿氣體之流量分別 設定為 2SL；M ( = 〇·27 Pa · m3/sec)及 3.2 SLM ( = 〇.43Pa · -42- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 520538
基又/農度分佈所求得濃度分佈參數σ 1、 σ 2足值。但圖4 ! a、 m w 1 ϋ中，於被處理基板W表面形成
Si〇2膜，精由氮自由基虛 丞處理將虱導入於前述Si07膜之一部 份中，變換為氧g化腔。 - 圖4 1 A、4 1 B係顯示如此於前述 被處理基板W之表面所形士、。. 一 衣面所形成又Si〇2膜或氧氮化膜之膜厚， 藉由偏振光分析測定法I思k 、 ^ . x 古1^诗外硯又膜厚分佈。使用偏振光 分析測定法之場合，在壤A备、， 在等入虱<邵分產生屈折率變化，其 結果在外觀上觀測到更大之膜厚。 參照圖41A ’設定^氣體流量為2 SLM之場合，氮自由 基係到達則逑被處理基板w之中央部近旁，於該狀態下所 實現义氮自由基分佈，得知參數（71含有將近2〇〇 mm之值 ，相對的參數σ2則含有80 mm左右之值。另一方面，得知 超越前述被處理基板W之中央部而到達基板w之相反側區 域之自由基’ κ貝上已不存在，在前述相反側區域中，自 由基早已藉由再結合等消失了。 相對於此，如圖4 1 B所示，設定ΑΓ氣體流量為3.2 SLM 之場合，因流速大，故氮自由基於再結合之前，橫越被處 理基板W表面流動，其結果參數σι比圖4ia所示之場合 更加的大，又參數σ2則出現與前述圖41Α相同程度之8〇 Am左右之自由基濃度分佈。 圖42A、42B係顯示出，其各自在圖41A、41B令前述被處 理基板W作迴轉之場合，在前述被處理基板W表面藉由偏 振光分析測定法求得氮自由基之濃度分佈之膜厚分佈。 與圖42A' 42B做比較，得知圖41A之氮自由基濃度分怖 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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，係如圖4 2 A所示之，藉由迴轉前述被處理基板w而被平 均化’氮自由基濃度之均一性改善至變動率為2·4%。對此 ，圖41Β之自由基濃度分佈，因在被處理基板w之中央部 產生貫質的自由基之濃度分佈，令前述被處理基板W迴轉 時’利用在基板中央部出現高自由基之峰值，其變動率增 大至5.9%。 但是，前述參數¢7 2成為300 左右之場合，因在前述 被處理基板W表面上，平均的作自由基分佈，所以參數j 1大’儘管自由基達到前述相反側區域，利用回轉前述被 處理基板w，可平均化自由基濃度分佈，並可將變動率控 制於3 %以下。 圖43A係顯示提供給前述電漿自由基源93之αγ氣體之 流量，及前述濃度分佈參數σ1、σ 2之關係。但圖4 3 A， N2氣體之流量，係設定於5〇SCcm，基板處理則在ITorr (133 Pa)之壓力下進行丨2〇秒鐘。 由圖4 3 A得知，前述濃度分佈參數σ 2儘管於使A r流量 作變化時也幾乎沒變化，而前述濃度分佈參數σ i則變化 相當大。 圖4 3 B係顯示如圖42 A、B中令前述被處理基板W回轉場 合之濃度分佈參數cr 1與氮自由基濃度之均一性之關係。 但與圖42 A、B之場合相同，氮自由基濃度之均一性，係以 濃度變動率來表示。於〇%之場合實現了理想的濃度均一 性。又於圖4 3 B中，濃度分佈參數σ 1及σ 2之關係僅為2 點作圖。於圖43Β，Ν2氣體之流量係設定於50SCCM，基板 -44- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐）
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520538 A7 B7 五、發明説明（42 ) 處理則在ΙΤοιτ (133 Pa)之壓力下繼續進行1 20秒鐘。 參照圖4 3 B可知，前述濃度變動率係濃度分佈參數σ 1 在圖示之例中於未滿80 mm之場合，採用非常大之值，又 濃度分佈參數σ 1於150 mm以上之場合採用約4 0 %之值， 相對的前述濃度分佈參數σ 1於約80 mm之場合，其前述濃 度變動率存在2〜3 %之最小點。由圖4 3 A之關係得知，對 應前述濃度變動率作最小化之濃度分佈參數σ 1之Ar氣體 流里’約為1 · 8 S L Μ。 — 圖44Α、44Β係顯示如此在被處理基板W上，氮自由基之 濃度變動率於成為最小之條件下，將前述被處理基板W表 面之氧化膜作氮化之場合，求取其形成氧氮化膜之膜厚分 佈之結果。右圖44 Α係顯示藉由偏振光分析測定法求得膜 厚分佈，又圖44B係顯示所求得之氧氮化膜之膜厚分佈剖 面及氮濃度分佈。但圖44B中，氮濃度分佈係藉由XPS分、~ 析而求得。 參照圖4 4 A，氧氮化膜之膜厚分佈係對應圖4 2 A之分佈 ，由圖4 4 B之膜厚分佈剖面，及氮濃度分佈剖面，得知於 前述被處理基板上，形成同樣組成之氧氮化膜。 如此，於本實施例之基板處理裝置，於處理容器中沿著 被處理基板之表面，形成流動之氮自由基流，藉由將如此 之氮自由基流之流速作最適合化，於處理容器中保持被回 轉之被處理基板之表面，可形成同樣之氧氮化膜。 另外，根據本實施例之基板處理裝置1 1 〇，係藉由提供 氧至前述電漿自由基源93，亦可進行氧電漿處理。 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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[第1 1實施例] 圖45A 45B如刀別顯不依據本發明之第} ^實施例之基板 處理裝置120之構成之平面圖及剖面圖。但圖中，先前所 說明之部分係附上相同之參照符號，省略其說明。 參”?、圖45 A、45B，反應容器6丨係在其一端通過連接幫蒲 61P之排氣孔61p排氣，於另一端，由管路通過噴嘴 61 A供給氧氣體。又前述處理容器61上係由前述被處理基 板62W，於靠近設置前述噴嘴61A之邊緣部，形成有光學 窗74B ,對應前述光學窗74B設置有線狀之紫外光源以八^ 於圖45A、45B之基板處理裝置12〇中，前述處理容器61 内設置有内部反應器610以作為處理氣體之通路，由前述 噴嘴61A所導入之氧氣體係沿著内部反應器61〇底面露出 之被處理基板62W之表面流向著排氣阜61p而於前述内部 反應器610中，在通過前述光學窗74B正下方之區域時， 藉由前述紫外光源7 4 A被活性化而形成氧自由基〇 * ^此時 ’與之前的實施例相同，使前述被處理基板62W作迴轉， 又藉由在前述喷嘴61A將氧氣之流速最適化，可於前述被 處理基板62W之表面形成同樣之氧化膜。 圖46係顯示出在圖45之基板處理裝置120，以多數之紫 外光源74At〜74A3取代線狀之紫外光源74 A之變形例。 於本實施例中，使前述被處理基板6 2 W作迴轉，又藉由 在噴嘴61A將氧氣體之流速做最適合化，可於前述被處理 基板62W之表面形成同樣之氧化膜。 [第1 2實施例] -46- 本紙張尺度適·用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂 _ 520538 A7 B7 五、發明説明（44 ) 圖47係顯示依據本發明之第12實施例之基板處理裝置 130之構成。但圖47中，先前所說明之部分係附上相同之 參照符號，省略其說明。 參照圖4 7，於本實施例中，在處理容器6丨之第丨邊緣部 設置有通過連接幫浦61P之排氣阜61p，又相對方向之第2 邊緣部上形成有連接供給氧氣之管路61a之噴嘴6iA，此 外在第2邊緣部上設置供給有氮氣及不活性氣體以形成氮 電漿之電漿源9 3。 _ 前述被處理基板62W，係露出於處理容器61中所設置之 内部反應器610之底面，由噴嘴61A所供給之氧氣或由前 述電漿源93所供給之氮自由基或氧自由基，係於前述内部 反應器610中’由前述第1邊緣部向前述第2邊緣部沿著被 處理基板62W之表面流動，並由前述排氣阜61p排出。又 在削述處理容器6 1上，係設置有較前述被處理基板6 2 w更： 接近前述第2邊緣部之紫外光源74A，藉由通過光學窗 7 4 B知、射在如述紫外光源7 4 A所形成之紫外光，可激發在 前述氧氣流中之氧自由基。 如此，圖47之基板處理裝置13〇 ,係按其所需可不受拘 束的進行被處理基板62W之氮化處理及氧化處理，因此之 前在圖12所說明之適用於叢集型半導體製造裝置之場合， 可統合處理室43及處理室44。 圖48係顯示於如此統合處理室43及處理室44之處理室 44B中，更組合圖11之高電介質膜形成中所使用之cvd 處理室44之叢集型基板處理系統140之構成。但圖48中， -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂
^20538 A7 B7 為對應先前所說明之部分係附上相同之參照符號，省略其 說明。 八 參照圖4 8，於前述處理室4 4 b可按其所需作紫外線活性 化自由基氧化處理、電漿活性化自由基氧化處理、電漿活 性化自由基氮化處理，或組合這些之自由基氧氮化處理。 如圖49所不之，在Si基板表面形成疊層構造之閘極絕緣膜 ，其疊層了具有與圖13相同之組成斜率之义〇1^膜丨3及圖i 所說明之高電介質膜13，於其上可容易地製造形成閘極電 極14之構成之半導體裝置。 圖50係顯示使用圖48之叢集型基板處理系統14〇於製造 圖49之半導體裝置時之製程流程圖。 參照圖50，最初於階段41，以基板係在前述前處理室 42/被洗淨，由基板表面除去自然氧化膜。如此被除去自 然氧化膜之Si基板11，係在前述處理室44B中之基板處理 裝置130 ’作為前述被處理基板62w而送出β 其次於前述處理室44Β中之製程進入階段42Α或42β之 步驟，但前進至前述階段42Α之場合，在前述基板處理裝 置130中之内部反應器61〇中，由管路6u導入氧氣體驅 動紫外光源74 A。藉由如此之氧氣之紫外光活性化所形成 之氧自由基，於前述Si基板11表面形成氧化膜。 另一方面，前進至前述階段42B之場合，係在前述處垤 室44B驅動前述電衆源93，又藉由供給氧氣或Ar等之不 活性氣體及氧氣至前述電漿源93，產生氧自由基。藉由如 此之氧自由基
裝 t 於前述Si基板11之表面形成氧化膜。 -48-
520538 A7 B7 46 五、發明説明（ 其次製程向階段4 3前進，在前述電漿源9 3導入氮氣以 取代氧氣°結果，於前述内部反應器61〇中產生氮自由基 ’藉由如此之氮自由基，於前述氧化膜之表面導入氮。如 此之氮化處理之結果，前述氧化膜係變化為圖4 9所示之氧 氮化膜1 3 A ◊ 其次前述基板11被送至前述CVD室44，而高電介質閘 極絕緣膜13形成於前述氧氮化膜13A上，在前述。基板 1 1上，形成高電介質閘極絕緣膜。 此外於階段4 5進行基板冷卻處理後，前述基板1 1係經過 高電介質閘極絕緣膜之退火步驟，而往閘極電極形成步驟。 圖5 1係顯示對應圖5 0之階段4 2 A或4 2 B及階段4 3之氧 氮化膜形成步驟，對前述基板處理裝置13〇中之氧氣及氮 氣之供給時機，係與紫外光源7 4 A及電漿源9 3之驅動時機 之重疊。 參照圖51，最初對應前述階段42A或42B之氧化膜形成 步驟’在前述基板處理裝置130中導入氧氣於内部反應器 610，又驅動紫外光源74A或電漿源93。此外在完成驅動 前述紫外光源74A或電漿源93時，也完成氧化膜之成膜， 之後停止導入氧氣。 此外前述階段42A或42B之氧化膜形成步驟完成後，對 應前述階段43而導入氮氣於前述内部反應器61〇，又驅動 電漿源93。此外在完成驅動電漿源93時，也完成氧化膜 之亂化步驟’之後停止導入氮氣。另外，於進行前述階段 43前，藉i真空抽氣及氮氣清除之重覆動作，除去滞留於 -49- 本紙張又度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐) 520538 A7 B7 五、發明説明（47 ) 前述基板處理裝置130中之氧，可迴避電漿氮化、氧化之 同時進行，並迴避階段43中之底層膜的膜厚增大。 如此，藉由使用之前在圖47所說明之基板處理裝置130 ，於本實施例中，係將基板之自由基氧化處理及自由基氮 化處理，在同一基板處理裝置内，以連續而不使被處理基 板接觸空氣，且於叢集型基板處理系統中亦不需送回搬送 室46而可進行，除可提升基板處理效率，並可減少基板污 染之機會，提昇半導體裝置製造之步伐 - 以上，說明關於本發明之理想實施例，但不限於本發明 如此之特定的實施例，於申請專利範圍所記載之要旨内， 會有各式各樣之變形、變更。 產業上利用之可能柹 依據本發明，於在基板及高電介質閘極絕緣膜之間形成 氧化膜之基板處理裝置中，藉由設置供給前述基板表面含、— 氧處理氣體之氣體供給手段，於前述基板表面照射紫外線 以活性化前述處理氣體之紫外線源，及在前述基板表面上 特定之高度移動前述紫外線源之光源移動機構，可對前述 基板表面最適地進行由前述紫外光源來之紫外光，而於前 述基板上’可形成相同厚度且非常薄之氧化膜。另外依據 本發明，在使用遠距離電漿之基板處理裝置中，藉由將遠距 離電漿源之狀態做最適合化，可形成相同膜質之絕緣膜。 此外依據本發明，亦可藉由沿著作迴轉之被處理基板表 面形成由第1側向第2側流動之自由基流，將自由基流之流 速作最適合化，而對前述被處理基板表面，進行同樣之基 _____ -50- 本紙張尺度適財@ s家標(膨297公爱) 520538 A7 B7 五、發明説明（48 ) 板處理。 如此依據本發明，於被處理基板表面可形成相同厚度且 非常薄之氧化膜，在如此之非常薄且相同之絕緣膜上，形 成例如高電介質閘極絕緣膜，可實現高速動作之半導體裝 置。 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 經濟部中央樣率局貝工消費合作社印«. 520538 A8 Β8 C8 — —_ D8 六、申請專利範圍 1· 一種半導體裝置之製造方-法，其特徵為製造在基板上 具有疊層氧化膜及高電介質閘極絕緣膜構造之半導體 裝置，其藉由 於前述基板表面供給含氧處理氣體之步驟； 由紫外線源對前述基板表面照射紫外線，以活性化 前述處理氣體之步驟； 及使前述基板及紫外線源作相對性移動之步驟； 而形成前述氧杷膜。 2·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 前述氧化膜具有0.3〜1.5 nm範圍之厚度。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 前述氧化膜具有約1.0 nm以下之厚度。 4. 如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 前述氧化膜具有約5〜6分子層以下之厚度。 八 5 ·如申請.專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 前述氧化膜具有約3分子層以下之厚度。 、 6·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 前述處理氣體係包含〇2、〇3、N^o及NO之群中之i個 或自該等組合中選擇。 7·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 使前述基板及紫外線源作相對性移動之+ 、 〜歹驟，係包本 使前述紫外線源於前述基板表面上，於姑 ° W符疋万向作往 返運動之步驟。 8·如申請春利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 -52 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 •Γ
    520538 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 使前述基板及紫外線源作相對性移動 > 此 砂助 < 步驟，係包含 使前述紫外線源於前述基板表面上，柏机& ^ 稍對前述基板作 迴轉運動之步驟。 9·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 使前述基板及紫外線源作相對性移動之步驟，係包本 使前述基板於前述基板表面上’相對前述紫外線源& 迴轉運動之步驟。 10·如申請專利範圍第8項之半導體裝置之製造方法，其中 使前述基板及紫外線源作相對性移動之步驟，係包各 使前述紫外線源於前述基板表面上，更藉前述紫外線 源及基板間之迴轉角於所規定之特定方向作往返運動 之步騾。 11.如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 使前述基板及紫外線源作相對性移動之步騾，係包含 使前述紫外線源於前述基板表面上，掃描第1及第2方 向之步驟。 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 12·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 '使前述基板及紫外線源作相對性移動之步驟，係在前 述基板所限定的區域中實行，前述限定之區域係選擇 使。 13.如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 活性化前述處理氣體之步驟，係使於前述基板表面之 前述氧化膜之膜厚變動為最小之能源為最小來驅動前 述紫外螓源。 -53- 本纸張尺度適用中國國家揲準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 520538 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印5L A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 14. 一種基板處理裝置，其特徵係為在基板及高電介質閘 極絕緣膜之間，形成氧化膜之基板處理裝置、其具有 供給前述基板表面含氧處理氣體之氣體供給手段； 對前述基板表面照射紫外線，以活性化前述處理冬 體之紫外線源； I 及在前述基板表面上之特定高度，移動前述紫外線 源之光源移動機構。 15. 如申請專利範圍第1 4項之基板處理裝置，其中前述基 板處理裝置更包含控制裝置，以使前述紫外線源在前 述基板表面之被指定區域上移動，而控制前述光源移 動機構，前述控制裝置係根據程式，使前述基板表面 之如述氧化膜之膜厚變動為最小而選擇前述被指定區 域。 16·如申請專利範圍第i 5項之基板處理裝置，其中前述程 式係在前述基板處理裝置中，藉由探索使前述氧化膜 之膜厚變動最小之區域之步驟而決定。 17·如申請專利範圍第1 4項之基板處理裝置，其中前述基 板處理裝置更包含驅動前述紫外線源之控制裝置，前 述控制裝置係根據程式，使前述基板表面之前述氧化 膜之膜厚變動為最小，而控制前述紫外線源而來之前 述紫外線之照射量。 18·如申請專利範圍第1 7項之基板處理裝置，其中前述程 式係在前述基板處理裝置中，藉由探索使前述氧化膜 之膜厚變動為最小之紫外線照射量之步驟而決定。 -54- 本纸張Λ度適用中國國家梂準（CNS ) M規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ ·· 520538 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19·如申請專利範圍第1 4項之名板處理裝置，其中前述氣 體供給手段係由可透過紫外線之材料所構成，遣包含 於前述紫外線源及基板間所配設之沖淋頭。 20·如申請專利範圍第1 4項之基板處理裝置，其中前述氣 體供給手段係包含由前述基板周圍供給前述處理氣體 至前述基板表面之多數之噴嘴。 21·如申請專利範圍第14項之基板處理裝置，其中前述紫 外線源係線狀光源。 22·如申請專利範圍第14項之基板處理裝置，其中前述紫 外線源係點狀光源。 23.如申請專利範圍第14項之基板處理裝置，其中前述紫 外線源係單數或多數之光源。 24·如申請專利範圍第14項之基板處理裝置，其中前述紫 外線源係具有排出前述紫外線源週邊空氣之排氣管路。、_ 25. 如申請.專利範圍第1 4項之基板處理裝置，其中前述紫 外線源係具有供給不活性空氣至前述紫外線源週邊之 不活性氣體供給管路。 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 26. —種基板處理系統，其特徵為該基板處理系統具備： 在基板上形成高電介質膜之成膜裝置；在前述基板表 面’藉由以前述高電介質膜與前述基板挾持而形成絕 緣膜之基板處理裝置；及藉由真空空氣連結前述堆積 裝置與前述基板處理裝置之間，且具備基板搬送機構 之真空搬送室， 前述基板處理裝置，係具有 -55- 本紙張XJt適用中國國家揉率（CNS ) A4说格（210X297公董） 520538 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 供給前述基板表面含氧處理氣體之氣體供給手段； 對前述基板表面照射紫外線，以活性化前述處理氣 體之紫外線源； 及在前述基板表面上之特定高度，移動前述紫外線 源之光源移動機構。 27·如申請專利範圍第2 6項之基板處理系統，其中更將冷 卻前述基板之冷卻裝置連結前述真空搬送室而設置。 28.如申请專利範圍第2 6項之基板處理系統，其中更將對 前述基板進行前處理之前處理裝置連結前述真空搬送 室而設置。 29· —種基板處理系統，其特徵為該基板處理系統具備： 在基板表面形成絕緣膜之基板處理裝置；在前述基板 表面進行電漿氮化處理之電漿氮化處理裝置；及藉由 真空空氣連結前述堆積裝置與前述基板處理裝置之間.： ，且具.備基板搬送機構之真空搬送室， 前述基板處理裝置，係具有 供給前述基板表面含氧處理氣體之氣體供給手段； 對前述基板表面照射紫外線，以活性化前述處理氣 體之紫外線源； 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印装 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 及在前述基板表面上之特定高度，移動前述紫外線 源之光源移動機構。 30· —種絕緣膜之形成方法，其特徵為在基板上形成絕緣 膜，其包含 供給處理氣體至一個或多數之自由基發生源之步驟； -56- 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） 申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於各個前述一個或多數之自由基發生源，由前述處 理氣體形成活性自由基之步驟； 供給活性自由基至前述基板表面之步驟； 及藉由在前述基板表面之前述活性自由基之反應， 形成絕緣膜之步驟， 形成前述活性自由基之步騾，係一面使各個前述一 個或多數之自由基發生源之狀態變化，一面進行， 此外更包含對各個前述一個或多數之自由基發生源 ，根據前述絕緣膜之狀態，求取在前述絕緣膜内之膜 狀態之變動作最小化之最適狀態之步驟； 及將前述一個或多數之自由基發生源之各個狀態， 設定於前述最適狀態，而在基板表面形成絕緣膜之步 驟。 31·如申請專利範圍第3 0項之絕緣膜之形成方法，其中各 個前述一個或多數之自由基發生源，係包含電漿源， 及可通過由前述電漿源分離所形成之前述活性自由基 之開口部。 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印裂 32·如申請專利範圍第3 〇項之絕緣膜之形成方法，其中各 個前述一個或多數之自由基發生源之最適狀態，係選 擇為使前述絕緣膜之膜厚變動為最小β 33·如申請專利範圍第3 0項之絕緣膜之形成方法，其中各 個前述一個或多數之自由基發生源之最適狀態，係選 擇為使前述絕緣膜之組成變動為最小。 34.如申請專利範圍第3 0項之絕緣膜之形成方法，其中使 -57- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 520538 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 _ 〜 各個前述一個或多數之自由基發生源之狀態變化步驟 ，係包含使前述一個或多數之自由基發生源之位置對 前述基板作相對的變位之步驟。 35♦如申請專利範圍第3 〇項之絕緣膜之形成方法，其中使 各個前述一個或多數之自由基發生源之狀態變化步驟 ’係包含變化前述基板電漿源之驅動力量之步驟。 36. 如申請專利範圍第3 〇項之絕緣膜之形成方法，其中使 各個前述一個或多數之自由基發生源之狀態變化步驟 ，係包含使前述電漿源之角度對前述基板作變化之步 驟。 37. 如申請專利範圍第3 〇項之絕緣膜之形成方法，其中形 成前述絕緣膜之步驟，係一面迴轉前述基板一面進行。 38· —種基板處理裝置，其特徵為在基板上形成絕緣膜， 其包含· $又置有保持被處理基板之保持台的處理室； 鄰接前.述處理室，設定於其各自之位置，供給有處理 乳體且供給活性自由基至前述處理室中之多數自由基源 ;及設定前述多數自由基源狀態之自由基源設定部， 經_部中夬樣隼局貝工消費合作社印SL (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 前述自由基源設定部係將前述多數之自由基源之狀 態’設定成前述絕緣膜具有相同之膜狀態。 39.如申請專利範圍第38項之基板處理裝置，其中各個前 述多數自由基源具有供給有前述處理氣體之電漿發生 源’及由前述電漿發生源分離而設置，且供給前述活 性自由基至前述處理室中之開口部。 40·如申請專利範圍第38項之基板處理裝置，其中前述自 -58- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（21 〇 X 297公釐） 520538 經濟部中央搮隼局貝工消費合作社印装 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 由基源設定部係將前述多數之自由基源之狀態’設定 成前述絕緣膜具有相同之膜厚。 41·如申請專利範圍第3 8項之基板處理裝置，其中前述自 由基源設定部係將前述多數之自由基源之狀態，設定 成前述絕緣膜具有相同之組成。 42·如申請專利範圍第38項之基板處理裝置，其中前述自 由基源設定部係將各個前述多數之自由基源，保持為 可對前述處理室之移動。 43·如申請專利範圍第3 8項之基板處理裝置，其中前述自 由基源設定部，係將各個前述多數之自由基源保持為 對於前述被處理基板之角度為可變的。 44·如申請專利範圍第39項之基板處理裝置，其中前述自 由基源設定部，係包含驅動前述電漿發生源之驅動電 路，前述驅動電路係使前述絕緣膜具有相同之膜狀態 而驅動_前述電漿發生源。 45· —種基板處理裝置，其特徵係包含··具有保持被處理 基板之保持台的處理容务，設置於前述處理容器之第1 邊緣部之處理氣體導入部；前述處理容器之隔著前述 保持台而與前述第1邊緣部相對之第2邊緣部處形成之 排氣口；前述處理容器中，較前述保持台靠近前述第i 邊緣部處設置之自由基發生源；及使前述保持台迴轉 之迴轉機構。 46.如申請專利範圍第45項之基板處理裝置，其中前述自 由基發生源係電漿發生裝置。 -59- 尺度逋用中國國家樣準(CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 争. 520538 8 8 8 8 ABCD 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 申請專利範圍 47·如申請專利範圍第46項之.基板處理裝置，其中前述電 榮:發生裝置係設置於前述處理容器之側壁面。 48·如申請專利範圍第4 7項之基板處理裝置，其中前述電 聚發生裝置係構成前述處理氣體供給部。 49·如申請專利範圍第45項之基板處理裝置，其中前述電 漿發生裝置係紫外光源。 ％ 50·如申請專利範圍第4 9項之基板處理裝置，其中前述紫 =光源係設置在處理容器上，前述處理氣體導入部及 =述保持台上之被處理基板間，通過形成於前述處理 谷器上之光學窗，而將紫外光導入於前述處理容器中。 51·如申請專利範圍第49項之基板處理裝置，其中前述紫 外光源係由線狀光源所構成。 52·如申請專利範圍第49項之基板處理裝置，其中前述繁 外光源係由多數之點狀光源所構成。 53·如申請專利範圍第4 5項之基板處理裝置，其中於前迷、、 處理容器中，設置有分劃前述處理氣體通路之内部及 應器’前述被處理基板於載置於前述保持台上之場合 時，係露出於前述内部反應器之底面。 54·如申請專利範圍第45項之基板處理裝置，其中前述電 衆發生源係由電漿發生裝置及紫外光源所構成。 :>5·如申請專利範圍第54項之基板處理裝置，其中前述電 漿發生裝置係設置於前述處理容器之側壁面，前述繁 外光源則設置於處理容器上，前述處理氣體導入部及 前述保#台上之被處理基板間，前述紫外光源係通過 前述處理容器上所形成之光學窗，將紫外光導入於前 -60- 本纸張ΛΑϋ用巾Η B家揉準I CNS ) ( 21〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
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