TWI437660B - Heat treatment device and processing system - Google Patents

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TWI437660B TW098109965A TW98109965A TWI437660B TW I437660 B TWI437660 B TW I437660B TW 098109965 A TW098109965 A TW 098109965A TW 98109965 A TW98109965 A TW 98109965A TW I437660 B TWI437660 B TW I437660B
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Tadashi Onishi
Shigeki Tozawa
Yusuke Muraki
Takafumi Nitoh
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Tokyo Electron Ltd
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Description

熱處理裝置及處理系統
本發明係關於對矽基板施予熱處理之熱處理裝置，和除去形成在矽基板上面之氧化矽膜之處理系統。
所知的有例如在半導體裝置之製造過程中，不使用電漿而藉由乾蝕刻除去存在於半導體晶圓(矽基板：以下稱為「晶圓」)之表面的氧化矽膜之處理系統(參照專利文獻1)。如此之處理系統具備藉由對晶圓上面供給包含氟化氫氣及氨氣之混合氣體，使形成在晶圓上面之氧化矽膜變質成反應生成物膜之COR處理裝置，和加熱該反應生成物使予以汽化(昇華)之熱處理裝置。
處理系統之熱處理裝置中具備載置晶圓而予以加熱之載置台，以熱傳導性、耐蝕刻性、經濟性等之考量，該載置台之材料使用鋁(Al)。再者，由於提高耐蝕刻性等之理由，也對鋁製之載置台表面執行氧皮鋁處理。
〔專利文獻1〕日本特開2007-180418號公報
但是，在熱處理裝置中，於對鋁製之載置台載置晶圓而予以加熱處理之時，鋁成份轉印至晶圓下面，產生晶圓下面之金屬污染。此時，在載置台之上面設置多數支撐銷，以支撐銷支撐晶圓下面，依此也執行在晶圓下面和載置台上面之間形成間隙。再者，本發明者又試著對施予氧皮鋁處理之鋁製載置台表面施予蒸氣封孔處理，以及OGF(OUT GAS FREE)處理。但是，無法充分抑制晶圓下面之金屬污染。
如此之熱處理裝置中之晶圓下面之金屬污染的問題，當晶圓之加熱溫度高時，則明顯產生。因此，以往藉由將晶圓之加熱溫度抑制成較低，企圖抑制金屬污染。但是，當將晶圓之加熱溫度抑制成較低時，使反應生成物汽化(昇華)而予以除去的時間變長，有處理時間變長之問題。
本發明係鑑於上述點而所研究出，其目的在於即使提高熱處理裝置之加熱溫度，亦可以充分抑制矽基板下面之金屬污染。
為了解決上述課題，若藉由本發明，則提供一種熱處理裝置，屬於對矽基板施予熱處理之熱處理裝置，其特徵為：具備載置矽基板而予以加熱之載置台，在上述載置台之上面配置有由矽、碳化矽、氮化鋁中之任一者所構成之蓋體。若藉由如此之熱處理裝置時，藉由以矽等之蓋體覆蓋載置台上面，依此可以抑制矽基板下面之金屬污染。
在該熱處理裝置中，即使上述蓋體為例如圓板形狀，具有大於被載置在上述載置台上之圓板形狀之矽基板的直徑亦可。再者，即使在上述蓋體上面設置有支撐矽基板之下面的多數支撐銷亦可。再者，即使在上述蓋體下面設置有用以收容被設置在上述載置台上面之多數支撐銷的凹部亦可。
再者，即使在矽基板上面藉由與包含氟化氫氣及氨氣之混合氣體的化學反應，形成使氧化矽膜變質之反應生成物膜亦可。在此，使存在於基板表面之氧化矽膜變質而生成反應生成物之處理，為例如COR(Chemical Oxide Removal)處理(化學性氧化物除去處理)。COR處理為藉由將含有鹵元素之氣體與鹼性氣體當作處理氣體供給至Si基板，使Si基板上之氧化矽膜和處理氣體之氣體分子化學反應，產生反應生成物。含有鹵元素之氣體為例如氟化氫氣(HF)，鹼性氣體為例如氨氣(NH3 )，此時生成主要含有六氟矽酸銨((NH4 )2 SiF6 )或水分(H2 O)之反應生成物。在本案發明之熱處理裝置中，藉由加熱矽基板，可以使六氟矽酸銨等之反應生成物汽化(昇華)而予以除去。
若藉由本發明則提供一種處理系統，屬於除去被形成在矽基板上面之氧化矽膜的處理系統，其特徵為：具備藉由對矽基板上面供給包含氟化氫氣及氨氣之混合氣體，使形成在矽基板上面之氧化矽膜變質成反應生成物膜之COR處理裝置，和上述之熱處理裝置。
若藉由本發明，依據以矽等之蓋體覆蓋載置台上面，可以抑制矽基板下面之金屬污染。再者，即使提高加熱溫度，因亦可以充分抑制矽基板下面之金屬污染，故可以提高處理溫度而縮短處理時間。
以下，說明本發明之最佳實施型態。首先，針對藉由本發明之實施型態所涉及之處理系統1而被處理之屬於矽基板之晶圓W的構造予以說明。第1圖係形成當作半導體裝置之DRAM(Dynamic Random Access Memory)之製造過程途中之晶圓W之概略剖面圖，表示晶圓W表面(裝置形成面)之一部份。晶圓W為構成被形成例如略圓盤狀之薄板狀的矽(Si)晶圓，在矽層100表面上，形成有屬於絕緣膜之BPSG(Boron-Doped Phospho Silicate Glass)膜101。BPSG膜101為加入硼(B)和磷(P)之氧化矽膜(二氧化矽(SiO2 ))。該BPSG膜101係在CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置等藉由熱CVD法而被形成在晶圓W表面上之CVD系之氧化矽膜。在處理系統1中，該BPSG膜101為成為除去處理之對象的氧化矽膜。
在BPSG膜101之上面，排列設置有具有閘極電極之閘極部G。各閘極部G具備有閘極電極102、硬遮罩層103及側壁部(Side wall)104。閘極電極102為例如Poly-Si(多晶矽)層。閘極電極102排列形成在BPSG膜102之上面。在各Poly-Si層(閘極電極102)之上面，形成有例如WSi(鎢矽化)層105。硬遮罩層103係由例如SiN(氮化矽)等之絕緣體所構成。硬遮罩層103各被形成在各WSi層105之上面。側壁部104為例如SiN膜等之絕緣體。側壁部104被形成各覆蓋各Poly-Si層(閘極電極102)、WSi層105以及硬遮罩層103之兩側面。該SiN膜(側壁部104)之下端部被形成至接觸到BPSG膜101上面的位置。
並且，在BPSG膜101之上方，以覆蓋BPSG膜101及各閘極部G全體之方式，形成有例如HDP-SiO2 膜(氧化矽膜)110。該HDP-SiO2 膜110為使用偏壓高密度電漿CVD法(HDP-CVD法)而所形成之CVD系之氧化矽膜(電漿CVD氧化膜)，當作層間絕緣膜使用。並且，HDP-SiO2 膜110和BPSG膜101皆為CVD系氧化膜，但是HDP-SiO2 膜110比起BPSG膜101密度較高，為硬材料。在處理系統1中，該HDP-SiO2 膜110不成為除去處理之對象。在HDP-SiO2 膜110之表面還未形成膜，成為露出之狀態。
在HDP-SiO2 膜110中，於兩個閘極部G彼此之間(被形成在各閘極部G之SiN膜(側壁部104)彼此之間)，形成有接觸孔H。接觸孔H被形成從HDP-SiO2 膜110之上面貫通至BPSG膜101之表面。在接觸孔H之內部側方，使各閘極部G之硬遮罩層103之上面之一部分，及設置成互相相向之SiN膜(側壁部104)各予以露出。在接觸孔H之底部，BPSG膜101之表面露出。接觸孔H係藉由例如電漿蝕刻等，相對於閘極部G之SiN膜(側壁部104)及硬遮罩層103選擇(各向異性)蝕刻HDP-SiO2 膜110，依此所形成者。
接著，針對對上述晶圓W執行露出於接觸孔H之底部之BPSG膜101之蝕刻處理(除去處理)的處理系統1予以說明。第2圖所示之處理系統1具有對處理系統1搬入搬出晶圓W之搬入搬出部2、與搬入搬出部2相鄰接而設置之兩個裝載鎖定室3、各鄰接於各裝載鎖定室3而被設置，執行當作加熱處理之PHT(Post Heat Treatment)處理工程之熱處理裝置的PHT處理裝置4、各鄰接於各PHT處理裝置4而被設置，執行當作變質工程之COR(Chemical Oxide Removal)處理工程之COR處理裝置5、對處理系統1之各部給予控制命令之控制部之控制電腦8。各連接於各裝載鎖定室3之PHT處理裝置4、COR處理裝置5係從裝載鎖定室3側依順序排列在一直線上而被設置。
搬入搬出部2具有搬運室12，該搬運室在內部設置有用以搬運構成例如略圓盤形狀之晶圓W的第一晶圓搬運機構11。晶圓搬運機構11具有將晶圓W略保持水平之兩個搬運臂11a、11b。在搬運室12之側方具備有例如3個用以載置載體13a之載體載置台13，該載體13a係能夠將晶圓W多片排列而予以收容。再者，設置有定位器14，用以使晶圓W旋轉光學性求出偏心量而執行定位。
在如此之搬入搬出部2中，晶圓W藉由搬運臂11a、11b被保持，藉由晶圓搬運機構11之驅動在略水平面內旋轉及前進移動或是升降，依此搬運至所欲之位置。即是，藉由搬運臂11a、11b對載置台10上之載體13a、定位器14、裝載鎖定室3進退，執行晶圓W之搬入搬出。
各裝載鎖定室3經閘閥16各與搬運室12連結。在各裝載鎖定室3內設置有搬運晶圓W之第二晶圓搬運機構17。晶圓搬運機構17具有將晶圓W略保持水平之搬運臂17a。再者，裝載鎖定室3之內部可抽真空。
在如此之裝載鎖定室3中，晶圓W藉由搬運臂17a被保持，藉由晶圓搬運機構17之驅動在略水平面內旋轉及前進移動或是升降，依此被搬運。然後，藉由搬運臂17a對PHT處理裝置4進退，對PHT處理裝置4搬入搬出晶圓W，該PHT處理裝置係被縱列連接於各裝載定室3。並且，經各PHT處理裝置4相對於COR處理裝置5，使搬運臂17a進退，依此對COR處理裝置5搬入搬出晶圓W。
PHT處理裝置4具備有密閉構造之腔室20。腔室20之內部成為收納晶圓W之密閉構造之處理空間21。再者，雖然無圖示，但是設置有用以將晶圓W搬入搬出至處理空間21內之搬入搬出口，設置有開關該搬入搬出口之閘閥22。處理空間21經閘閥22連結於裝載鎖定室3。
如第3圖所示般，在PHT處理裝置4之腔室20內，設置有使晶圓W略水平載置之載置台(PHT載置台)23。載置台23係由例如鋁(Al)所構成，在載置台23之表面，為了提高耐蝕刻性能，施予有例如氧皮鋁處理。並且，具備有氣體供給機構26和排氣機構28，氣體供給機構26具備加熱例如氮氣(N2 )等惰性氣體且供給至處理空間21之供給路25，排氣機構28具備將處理空間21予以排氣之排氣路27。供給路25連接於氮氣之供給源30。再者，在供給路25設置有能夠進行供給路25之開關動作及氮氣之供給流量之調節的流量調整閥31。在排氣路27設置有開關閥32、用以執行強制排氣之排氣泵33。
並且，PHT處理裝置4之閘閥22、流量調整閥31、開關閥32、排氣泵33等之各部動作，藉由控制電腦8之控制命令各被控制。即是，依據氣體供給機構26供給氮氣，依據排氣機構28的排氣等，係藉由控制電腦8被控制。
在該PHT處理裝置4之載置台23之上面，如第4、5圖所示般，配置由矽(Si)所構成之蓋體35，載置台23之上面全體藉由蓋體35被覆蓋。因此，在將晶圓W載置在載置台23上之狀態，晶圓W被載置在配置在載置台23上之蓋體35上。蓋體35為厚度例如1~10mm左右之圓板形狀，具有大於被載置在載置台23上之圓板形狀之晶圓W的直徑。例如，直徑若大約為300mm(12吋)之晶圓W之時，蓋體35為直徑305~310mm程度之圓板形狀。另外，載置台23之上面具有與晶圓W相同程度之直徑，例如直徑大約為300mm(12吋)之晶圓W時，載置台23之上面也為直徑300mm左右之圓板形狀。晶圓W及蓋體35中之任一者係在使中心與載置台23之上面中心一致之狀態下，被載置在載置台23上。
在載置台23之周圍，設置有使升降成晶圓W載置於載置台23上之狀態，晶圓W被抬起至載置台23上方之狀態的晶圓升降機構36。在晶圓升降機構36多處安裝有用以支撐晶圓W下面周緣部之支撐爪37。在載置台23之上面周緣部多處設置收容支撐爪37之缺口部38。晶圓升降機構36下降，晶圓W被載置於載置台23上之狀態下，則如第4圖中之實線所示般，多數支撐爪37各被收容在被設置在載置台23之上面周緣部之多數缺口部38。再者，當晶圓升降機構36上升時，則如第4圖中之一點鏈線所示般，晶圓W之下面周緣部被多數支撐爪37支撐，晶圓W被抬起至載置台23之上方。在蓋體35之周緣部多處設置有用以使支撐爪37通過之缺口部39，於晶圓升降機構36升降之時，多數支撐爪37各通過多數缺口部39。
在蓋體35之上面多處設置有支撐銷40。因此，在將晶圓W載置在載置台23上之狀態，晶圓W係被多數支撐銷40支撐下面，被載置在蓋體35上。並且，蓋體35上面之支撐銷40之高度例如200μm左右。
再者，也在載置台23上面多處設置有與被設置在蓋體35之上面的支撐銷40相同之支撐銷41。在蓋體35之下面，多處設置有用以收容該些載置台23之上面之支撐銷41之凹部42。因此，蓋體35之下面成為密接於載置台23之上面的狀態。
在載置台23之背面設置有加熱器43。藉由該加熱器43加熱被載置在載置台23上之晶圓W。加熱器43連接有被配置在腔室20外部之直流電源44。該直流電源44藉由控制電腦8之控制命令被控制。依此，載置台23上之晶圓W之加熱溫度藉由控制電腦8被控制。
如第6圖所示般，COR處理裝置5具備有密閉構造之腔室45。腔室45之內部成為收納晶圓W之處理空間46。在腔室45之內部設置有在略水平之狀態下載置晶圓W之載置台(COR載置台)47。再者，在COR處理裝置5設置有將氣體供給至處理空間46內之氣體供給機構48、將處理空間46內予以排氣之排氣機構49。
在腔室45之側壁部，設置有用以將晶圓W搬入搬出至處理空間46內之搬入搬出口53，設置有開關該搬入搬出口53之閘閥54。處理空間46經閘閥54連結於處理空間21。在腔室45之天井部具備有具有使處理氣體噴出之多數噴出口之噴淋頭52。
載置台47在俯視構成略圓形，被固定於腔室45之底部。在載置台47之內部設置有調節載置台47溫度之溫度調節器55。溫度調節器55具備有使例如調溫用之液體(例如水等)循環之管路。藉由執行與流動於管路內之液體熱交換，調節載置台47之上面之溫度，並且，藉由在載置台47和載置台47上之晶圓W之間執行熱交換，調節晶圓W之溫度。並且，溫度調節器55並不限定於此，即使利用例如電阻熱，加熱載置台47及晶圓W之電加熱器等亦可。
氣體供給機構48具備有上述噴淋頭52、將氟化氫氣(HF)供給至處理空間46之氟化氫氣供給路61、將氨氣(NH3 )供給至處理空間46之氨氣供給路62、將作為惰性氣體之氬氣(Ar)供給至處理空間46之氬氣供給路63、將作為惰性氣體之氮氣(N2 )供給至處理空間46之氮氣供給路64。氟化氫氣供給路61、氨氣供給路62、氬氣供給路63、氮氣供給路64被連接於噴淋頭52。經噴淋頭52使氟化氫氣、氨氣、氬氣、氮氣被擴散而吐出至處理空間46。
氟化氫氣供給路61連接於氟化氫氣之供給源71。在氟化氫氣供給路61設置有能夠進行氟化氫氣供給路61之開關動作及氟化氫氣之供給流量之調節的流量調整閥72。氨氣供給路62被連接於氨氣之供給源73。在氨氣供給路62設置有能夠進行氨氣供給路62之開關動作及氨氣之供給流量之調節的流量調整閥74。氬氣供給路63被連接於氬氣之供給源75。在氬氣供給路63設置有能夠進行氬氣供給路63之開關動作及氬氣之供給流量之調節的流量調整閥76。氮氣供給路64連接於氮氣之供給源77。在氮氣供給路64設置有能夠進行氮氣供給路64之開關動作及氮氣之供給流量之調節的流量調整閥78。
排氣機構49具備排氣路85，該排氣路具有開關閥82、用以執行強制排氣之排氣泵83。排氣路85之上游端部被開口在腔室45之底部。
並且，COR處理裝置5之閘閥54、溫度調節器55、流量調整閥72、74、76、78、開關閥82、排氣泵83等之各部動作，藉由控制電腦8之控制命令各被控制。即是，依據氣體供給機構48供給氟化氫氣、氨氣、氬氣、氮氣，依據排氣機構49的排氣，依據溫度調節器55調節溫度等係藉由控制電腦8被控制。
處理系統1之各機能要素經信號線被連接於自動控制處理系統1全體之動作的控制電腦8。在此，機能要素係指例如上述晶圓搬運機構11、晶圓搬運機構17、PHT處理裝置4之閘閥22、流量調整閥31、排氣泵33、直流電源44、COR處理裝置5之閘閥54、溫度調節器55、流量調整閥72、74、76、78、開關閥82、排氣泵83等之為了實現特定製程條件而動作之所有要素。控制電腦8為典型上依存於所實行之軟體而可以實現任意機能之泛用型電腦。
如第2圖所示般，控制電腦8具有具備CPU(中央運算裝置)之運算部8a，和連接於運算部8a之輸入輸出部8b，和被插於輸入輸出部8b且儲存有控制軟體之記錄媒體8c。該記錄媒體8c記錄有控制軟體(程式)，該控制程式藉由控制電腦8被實行，依此使處理系統1執行後述之特定之基板處理方法。控制電腦8藉由實行該控制軟體，將處理系統1之各機能要素控制成藉由特定製程處理程式來實現所被定義的各種製程條件(例如處理空間46之壓力等)。即是，如後詳細說明般，給予控制命令，該控制命令係依順序執行COR處理裝置5中之COR處理工程，和PHT處理裝置4中之PHT處理工程。
記錄媒體8c即使為固定性設置於控制電腦8，或是裝卸自如被安裝於設置在控制電腦8之無圖示之讀取裝置而可藉由該讀取裝置予以讀取者亦可。最典型之實施型態，記錄媒體8c為藉由處理系統1之廠商之服務人員安裝控制軟體之硬碟驅動器。在其他實施型態中，記錄媒體8c為寫入控制軟體之CD-ROM或是DVD-ROM般之抽取式磁碟。如此之抽取式磁碟係藉由被設置在控制電腦8之無圖示之光學性讀取裝置而被讀取。再者，記錄媒體8c即使為RAM(random access memory)或ROM(read only memory)中之任一形式為佳。並且，記錄媒體8c即使為卡匣式之ROM般者亦可。即是，能夠將電腦技術領域中所知的任何者當作記錄媒體8c使用。並且，在配置多數處理系統1之工廠中，於統籌性控制各處理系統1之控制電腦8之管理電腦，儲存控制軟體亦可。此時，各處理系統1經通訊線路藉由管理電腦被操作，實行特定製程。
接著，針對構成上述般之處理系統1中之晶圓W之處理予以說明。首先，如第1圖所示般，在載體13a內收納於HDP-SiO2 膜110形成接觸孔H之晶圓W，被搬運至處理系統1。
在處理系統1中，如第2圖所示般，收納多片之晶圓W之載體13a被載置於載體載置台13上。藉由晶圓搬運機構11自載體13a取出一片之晶圓W，被搬入至裝載鎖定室3。當晶圓W被搬入至裝載鎖定室3之時，裝載鎖定室3被密閉，被減壓。之後，閘閥22、54被打開，裝載鎖定室3與相對於大氣壓各被減壓之PHT處理裝置4之處理空間21、COR處理裝置5之處理空間46互相連通。晶圓W藉由晶圓搬運機構17自裝載鎖定室3被搬出，以依照處理空間21之搬入搬出口(無圖示)、處理空間21、搬入搬出口53內之順序予以通過之方式直進移動，搬入至處理空間46。
在處理空間46中，晶圓W在使裝置形成面設為上面之狀態，從晶圓搬運機構17之搬運臂17a被交接至載置台47。當搬運晶圓W時，搬運臂17a從處理空間46退出。搬入搬出口53被關閉，處理空間46被密閉。然後，開始COR處理工程。
於處理空間46密閉之後，處理空間46從氨氣供給路62、氬氣供給路63、氮氣供給路64各供給氨氣、氬氣、氮氣。再者，處理空間46內之壓力被設為比大氣壓低之低壓狀態。並且，載置台47上之晶圓W之溫度藉由溫度調節器55被調節至特定目標值(例如大約35℃左右)。
之後，自氟化氫氣供給路61供給氟化氫氣至處理空間46。在此，在處理空間46因事先被供給氨氣，故藉由供給氟化氫氣，處理空間46之環境成為由含有氟化氫氣和氨氣之混合氣體所構成之處理環境。如此一來，處理空間46內之晶圓W之表面被供給混合氣體，依此對晶圓W執行COR處理。
藉由處理空間46內之低壓狀態之處理環境，存在於晶圓W表面之接觸孔H之底部的BPSG膜101與混合氣體中之氟化氫氣分子及氨氣之分子化學反應，使變質成反應生成物101’(參照第7圖)。作為反應生成物101’，係生成六氟矽酸銨或水分等。並且，該化學反應因等方性進行，故化學反應從接觸孔H之底部進行至Si層之上面，並且在Si層之上方，也從接觸層H之正下方橫方向進行。
COR處理中，藉由調節各處理氣體之供給流量、惰性氣體之供給流量、排氣流量等，被調節成維持處理空間46內之混合氣體(處理環境)之壓力由大氣壓被減壓之一定之壓力(例如，大約80mTorr(大約10.7Pa)左右)。再者，混合氣體中之氟化氫氣之分壓即使調節成大約15mTorr(大約2.00Pa)以上亦可。再者，如上述般，晶圓W之溫度，即是在BPSG膜101中執行化學反應之部份之溫度(BPSG膜101和混合氣體接觸之部分(即是，接觸孔H之底部)之溫度)即使維持例如大約35℃以上之一定溫度亦可。依此，促進化學反應，可以提高反應生成物101’之生成速度，迅速形成反應生成物101’之層。再者，可以充分加深化學反應成為飽和狀態之深度(從BPSG膜101之表面到化學反應停止之位置之間的距離)。即是，反應生成物101’到達至Si層100之上面，化學反應不會在途中停止，可充分執行。並且，反應生成物101’中之六氟矽酸銨之昇華點大約為100℃，當將晶圓W之溫度設為100℃以上時，則有無法良好執行反應生成物101’之生成之虞。因此，晶圓W之溫度以低於大約100℃為佳。
上述化學反應飽和狀態之深度依存於使變質之對象物之氧化矽膜之種類(在本實施型態中為BPSG膜101)、氧化矽膜之溫度(或是接觸於氧化矽膜之混合氣體之溫度)、混合氣體中之氟化氫氣之分壓等。即是，因應氧化矽膜之種類，各調節氧化矽膜之溫度及氟化氫氣之分壓，依此可以控制化學反應呈飽和狀態之深度、反應生成物101’之生成量等，進一步可以控制後述詳細說明之PHT處理後之蝕刻量。化學反應成為飽和狀態之深度，即是蝕刻量於BPSG膜101之時，藉由將BPSG膜101之溫度調節至35℃以上，及將氟化氫氣分壓調節至大約15mTorr(大約為2.00Pa)以上，則能夠設為大約30nm(奈米)以上。
並且，在以往一般所執行之COR處理中，晶圓W之溫度被設為大約30℃以下左右。再者，即使提高混合氣體中之氟化氫氣之分壓，也僅到某程度之深度進行化學反應。因此，可想藉由COR處理之蝕刻量具有範圍，在一次之COR處理中確實可以蝕刻之蝕刻量在例如BPSG膜101中大約低於30nm左右。對此，在本實施型態中，將晶圓W之溫度設為高於以往之溫度之35℃以上，並且將混合氣體中之氟化氫氣之分壓上升至比以往高，大約15mTorr(大約2.00Pa)以上，依此可以提高化學反應成為飽和狀態之深度，即使在一次之COR處理亦可以施予充分之量的變質。
又，在COR處理中，即使在被形成在BPSG膜101之上方之HDP-SiO2 膜110中，亦可以與混合氣體化學反應。因此，有由於COR處理使得HDP-SiO2 膜110變質之虞。為了抑制該HDP-SiO2 膜110之變質，若使混合氣體中之氨氣之分壓小於氟化氫氣之分壓即可。即是，使氨氣之供給流量小於氟化氫氣之供給流量為佳。如此一來，化學反應在BPSG膜101活潑進行之期間，在HDP-SiO2 膜110中，可以防止化學反應進行。即是，可以一面抑制HDP-SiO2 膜110等之變質，一面效率佳選擇性僅使BPSG膜101變質。因此，可以防止HDP-SiO2 膜110損傷。如此一來，藉由調節混合氣體中之氨氣之分壓，BPSG膜101和HDP-SiO2 膜110，即是相同為氧化矽膜但密度、組成、成膜方法等互相不同者之彼此之間，可以使化學反應之反應速度、反應生成物之生成量等成為互相不同之值，進而可以使之後詳細說明之PHT處理後之蝕刻量成為互相不同。並且，使氨氣之分壓小於氟化氫氣之分壓之時的化學反應並非藉由BPSG膜101和混合氣體之化學反應決定反應生成物101’之生成速度的反應速率，應為藉由氟化氫氣之供給流量決定反應生成物101’之生成速度的供給速率反應。
充份形成反應生成物101’，當COR處理結束時，強制排氣處理空間46而被減壓。依此，自處理空間46強制性排出氟化氫氣或氨氣。當結束處理空間46之強制排氣時，搬入搬出口53則開口，晶圓W藉由晶圓搬運機構17自處理空間46被搬出，被搬入至PHT處理裝置4之處理空間21。如上述般，結束COR處理工程。
在PHT處理裝置4中，晶圓W在將表面設為上面之狀態下在處理空間21內被載置在載置台23上。此時，晶圓W係被多數支撐銷40支撐下面之狀態下，被載置在覆蓋載置台23上面之蓋體35上。再者，如上述般，晶圓W與載置台23上面為同程度之直徑，對此蓋體35具有大於晶圓W之直徑。並且，晶圓W及蓋體35中之任一者係在使中心與載置台23之上面中心一致之狀態下，被載置在載置台23上。因此，晶圓W之下面全體完全被蓋體35覆蓋，不成為載置台23之上面對晶圓W之下面曝露的狀態。
如此一來，當晶圓W被搬入至PHT處理裝置4之處理空間21內之後，搬運臂17a自處理空間21退出。之後，處理空間21被密閉，開始PHT處理工程。在PHT處理中，一面排氣處理空間21內，一面對處理空間21內供給高溫之加熱氣體，使處理空間21內升溫。再者，藉由被設置在載置台23之背面的加熱器43之運轉，加熱被載置於載置台23上之晶圓W。此時，載置台23上面之支撐銷41收容於被設置在蓋體35之下面的凹部42，成為蓋體35之下面密接於載置台23之上面的狀態。依此，加熱器43之熱經載置台23上面及蓋體35，效率佳傳達至晶圓W。此時，將蓋體35之厚度設為例如1~10mm左右，若將蓋體35上面之支撐銷40之高度設為200μm左右時，則可以有效率將熱從載置台23上面傳達至晶圓W。
依此，藉由上述COR處理所產生之反應生成物101’被加熱汽化，從接觸孔H之下方通過接觸孔H內，而排出至HDP-SiO2 膜之外側(晶圓W之外部)。即是，如第8圖所示般，藉由從BPSG膜101除去反應生成物101’，在Si層100之上方形成與接觸孔H之底部連通之空間H’。如此一來，於COR處理之後，可以藉由執行PHT處理，除去反應生成物101’，等方性乾蝕刻BPSG膜101。
如此一來，藉由於COR處理之後實施PHT處理，可以將BPSG膜101蝕刻(除去)至特定深度。並且，在上述COR處理中，因即使對屬於矽氧化膜之HDP-SiO2 膜110，亦產生些許與混合氣體之化學反應，故HDP-SiO2 膜110之表面變質產生少量反應生成物。但是，如上述般，BPSG膜101和HDP-SiO2 膜110係反應生成物之生成量互相不同，在HDP-SiO2 膜110中，生成反應生成物之深度，比起在BPSG膜101中生成反應生成物101’之深度非常少。因此，藉由PHT處理自HDP-SiO2 膜110除去反應生成物之深度，即是HDP-SiO2 膜110之蝕刻量，比起BPSG膜110之蝕刻量被抑制非常少量。如此一來，藉由在COR處理中將混合氣體中之氨氣之分壓調節成小於氟化氫氣之分壓，可以各調節各氧化矽膜(BPSG膜101、HDP-SiO2 膜110)之PHT處理後之蝕刻量。即是，可以調節蝕刻選擇比。在本實施型態中，可以使BPSG膜101之蝕刻選擇比相對高於HDP-SiO2 膜110等之其他構造。
當結束PHT處理時，停止加熱氣體之供給，並且停止加熱器43之運轉，打開PHT處理裝置4之搬入搬出口。之後，晶圓W藉由晶圓搬運機構17自處理空間21被搬出，返回至裝載鎖定室3。如此一來，PHT處理裝置4中之PHT處理工程結束。
晶圓W返回至裝載鎖定室3，裝載鎖定室3被密閉之後，裝載鎖定室3和搬運室12連通。然後，藉由晶圓搬運機構11，晶圓W自裝載鎖定室3被搬出，返回至載體載置台13上之載體13a。如上述般，結束處理系統1中之一連串處理工程。
並且，在處理系統1中結束蝕刻處理之後的晶圓W，係在其他處理系統中，被搬入至例如CVD裝置等之成膜裝置，對晶圓W執行藉由例如CVD法等之成膜處理。在如此之成膜處理中，如第9圖所示般，以掩埋接觸孔H及空間H’之方式執行成膜。依此，在接觸孔H及空間H’內形成電容器C。電容器C係在閘極部G之間，被形成貫通HDP-SiO2 膜110及BPSG膜101，電容器C之下端部係在空間H’內被連接於Si層100之上面。
若藉由如此之處理系統1，因PHT處理裝置4之載置台23之上面被矽製之蓋體35覆蓋，故防止鋁成份從載置台23上面轉印至晶圓W之下面。因此，迴避晶圓下面之金屬污染。再者，因防止鋁成份從載置台23上面轉印至晶圓W之下面，故可以提高加熱器43之加熱溫度，可以提高PHT處理裝置4中之晶圓W之處理溫度，縮短處理時間。
以上，雖然針對本發明之最佳實施型態予以說明，但是本發明當然並不限定於此例。若為本項技藝者在記載於申請專利範圍之技術性思想之範疇內應該能夠思及各種變更例或是修正例，針對該些變更例或修正例當然也屬於本發明之技術範圍。
例如，覆蓋PHT處理裝置4之載置台23上面之蓋體35之材質，除矽之外，亦可以利用碳化矽(SiC)、氮化鋁(AlN)、氧化矽(SiO2 )等。但是，氧化矽具有切屑的問題，氮化鋁、碳化矽為高價。因此，蓋體35之材質以矽為適當。再者，矽製之蓋體35之硬度與晶圓W之硬度相同，可想與晶圓W下面接觸之消耗較少。
再者，即使在蓋體35之上面不設置支撐銷40亦可。再者，亦可以省略蓋體35之下面的凹部42。但是，於在載置台23之上面設置支撐銷41之時，為了使蓋體35之下面密接於載置台23之上面，以設置凹部42為佳。
被供給至處理空間46之氣體種類並不限定於氟化氫氣和氨氣之組合。例如，被供給至處理空間46之惰性氣體即使僅為氬氣亦可。再者，如此之惰性氣體即使為其他惰性氣體，例如氦氣(He)、氙氣(Xe)中之任一者亦可，或是即使混合氬氣、氮氣、氦氣、氙氣中之兩種類以上之氣體亦可。
處理系統1之構造並不限定於以上之實施型態所示者。例如，除COR處理裝置、PHT處理裝置之外，即使為具備有成膜裝置之處理系統亦可。即使例如第10圖所示之處理系統90般，為使具備有晶圓搬運機構91之共通搬運室92經裝載鎖定室93與搬運室12連結，在該共通搬運室92之周圍配置COR處理裝置95、PHT處理裝置96、例如CVD裝置等之成膜裝置97的構成亦可。在該處理系統90中，藉由晶圓搬運機構91，對裝載鎖定室92、COR處理裝置95、PHT處理裝置96、成膜裝置97，各搬入搬出晶圓W。共通搬運室92內則能夠抽真空。即是，可以藉由使共通搬運室92內成為真空狀態，而使自PHT處理裝置96搬出之晶圓W不接觸於大氣中之氧，搬入至成膜裝置97。因此，可以防止自然氧化膜附著於PHT處理後之晶圓W，可以適當執行成膜(電容器C之形成)。
再者，處理系統1中被處理之基板之構造，並不限定於上述實施型態中所說明者。並且，在處理系統1中所實施之蝕刻並不限定於實施型態所示般於電容器C形成前對接觸孔H之底部所執行者，本發明可以適用於各種氧化矽膜之除去處理。在處理系統1中，成為施予蝕刻之對象物之氧化矽膜，並不限定於BPSG膜，即使為例如HDP-SiO2 膜等，其他種類之氧化矽膜亦可。此時，可以因應氧化矽膜之種類，藉由調節COR處理工程中之氧化矽膜之溫度，以及混合氣體中之氟化氫氣之分壓，控制反應生成物成為飽和狀態之深度、蝕刻量等。尤其，比起在以往之自然氧化膜或化學氧化膜所執行之蝕刻方法，能夠加深反應生成物成為飽和狀態之深度，再者提高蝕刻量。
再者，針對被形成在基板之CVD系氧化膜，其CVD系氧化膜之成膜所使用之CVD法之種類並不特別限定。例如，即使為熱CVD法、常壓CVD法、減壓CVD法、電漿CVD法等亦可。
並且，本發明亦可以適當使用CVD系氧化膜以外之氧化矽膜，例如自然氧化膜、藉由除去光阻工程等中之藥液處理所產生之化學氧化矽膜、藉由熱氧化法所形成之熱氧化膜等之氧化矽膜之蝕刻。即使在如此之CVD系氧化膜以外之氧化矽膜中，藉由調節COR處理中之氟化氫氣之分壓和氧化矽膜之溫度，可以增減蝕刻量。
例如，在前處理工程(除去光阻工程等)被處理之後，到執行下一個處理工程(成膜工程)之期間，長時間放置晶圓W，即使在晶圓W上形成厚自然氧化膜之時，於執行下一處理工程之前，藉由適用本發明執行自然氧化膜之除去工程，可以充分除去自然氧化膜。因此，能夠延長於結束前處理工程之後，至實施自然氧化膜之除去工程或下一個處理工程之等待時間。因此，可以使管理時間(Q-time)持有自由度。
並且，在晶圓W上混有自然氧化膜和層間絕緣膜等之其他氧化矽膜(BPSG)等，於僅欲除去自然氧化膜之時，在COR處理中，調低晶圓W之溫度，或調低混合氣體中之氟化氫氣之分壓即可。例如，即使使晶圓W之溫度成為大約30℃以下，使混合氣體中之氟化氫氣之分壓成為大約15mTorr(大約2.00Pa)以下亦可。依此，可以一面抑制層間絕緣膜等之其他氧化矽膜之變質，一面效率佳使自然氧化膜變質。即是，可以一面抑制其他構造之損傷，一面效率佳除去自然氧化膜。
作為在晶圓上混合自然氧化膜和其他種類之氧化矽膜等，則有例如第11圖所示之構造。在第11圖中，在晶圓W’之表面上形成Si層150，在其上面設置有兩個排列之具有閘極電極151的閘極部G’。各閘極部G’具備有閘極電極151(SiO2 層)、硬遮罩(HM)層152(SiN層)及側壁部(Side wall)153。即是，在Si層150之上面，形成屬於閘極氧化膜之兩個SiO2 膜155，在各SiO2 膜155之上面，各形成有當作閘極電極151之Poly-Si層，在各Poly-Si層(閘極電極151)之上面，各形成有SiN層(硬遮罩(HM)層152)。然後，在各SiO2 膜155、Poly-Si層(閘極電極151)、SiN層(硬遮罩(HM)層152)之兩側面，各形成有由絕緣體所構成之側壁部153。並且，以覆蓋該些兩個閘極部G’之方式，形成屬於層間絕緣膜之BPSG膜156，在BPSG膜156之上面，形成有PE-SiO2 膜157。該PE-SiO2 膜157，為使用電漿CVD(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法而所形成之CVD系之氧化矽膜。在兩個閘極部G’之間(側壁部153之間)，以貫通PE-SiO2 膜157和BPSG膜156之方式，形成有接觸孔H。在接觸孔H之底部，Si層150露出，在該Si層150形成自然氧化膜160。即是，在該構造中，混合有3種類之氧化矽膜，即是自然氧化膜160、BPSG膜156及PE-SiO2 膜157。於自如此之晶圓W’除去自然氧化膜160之時，亦藉由適當調節晶圓W’之溫度和混合氣體中之氟化氫氣之分壓，則可以一面抑制BPSG膜156及PE-SiO2 膜157之損傷(CD移位)，一面選擇性除去自然氧化膜160。再者，因應自然氧化膜160之厚度，若調節晶圓W’之溫度，和混合氣體中之氟化氫氣之分壓時，即使在被長時間放置被形成較厚的自然氧化膜160亦可以確實除去。並且，藉由在對如此之晶圓W’除去自然氧化膜160之後所執行之電容器之形成(成膜處理)中，自露出於接觸孔H之底部之Si層150除去自然氧化膜160，則可以將電容器之下端部確實連接於Si層150。
〔實施例〕
比較不以蓋體覆蓋PHT處理裝置之載置台上面之時(比較例)，和以蓋體覆蓋之時(實施例)中朝晶圓下面之鋁轉印量。並且，以ICP-Mass測量鋁轉印量。於比較例之時，如第12圖所示般，當載置台之上面之溫度成為100℃左右之時，朝晶圓下面之鋁轉印量則超過3×1010 atoms/cm2 ，產生無法忽視之金屬污染。另外，於實施例之時，如第13圖所示般，當載置台之上面之溫度成為300℃左右之時，朝晶圓下面之鋁轉印量則為5×109 atoms/cm2 左右，僅產生可以忽視之程度的金屬污染。
〔產業上之利用可行性〕
本發明可以適用於矽基板之熱處理。
W．．．晶圓
1．．．處理系統
4．．．PHT處理裝置
5．．．COR處理裝置
8．．．控制電腦
20．．．腔室
21．．．處理空間
23．．．載置台
26．．．氣體供給機構
28．．．排氣機構
35．．．蓋體
36．．．晶圓升降機構
40、41．．．支撐銷
42．．．凹部
43．．．加熱器
第1圖為表示執行BPSG膜之蝕刻之前的晶圓表面之構造的概略縱剖面圖。
第2圖為處理系統之概略平面圖。
第3圖為PHT處理裝置之構成的說明圖。
第4圖為載置台之剖面圖。
第5圖為載置台之平面圖。
第6圖為表示COR處理裝置之構成的說明圖。
第7圖為表示COR處理後之晶圓之狀態的概略縱剖面圖。
第8圖為表示PHT處理後之晶圓之狀態的概略縱剖面圖。
第9圖為表示成膜處理後之晶圓之狀態的概略縱剖面圖。
第10圖為另外之實施型態所涉及之處理系統之概略俯視圖。
第11圖為表示另外實施型態所涉及之晶圓表面之構造的概略縱剖面圖。
第12圖為表示藉由無蓋體之比較例所產生之朝晶圓下面之鋁轉印量的直線圖。
第13圖為表示藉由具有蓋體之實施例所產生之朝晶圓下面之鋁轉印量的直線圖。
20．．．腔室
23．．．載置台
35．．．蓋體
36．．．晶圓升降機構
37．．．支撐爪
38．．．缺口部
39．．．缺口部
40、41．．．支撐銷
42．．．凹部
43．．．加熱器
44．．．直流電源
W．．．晶圓

Claims (6)

  1. 一種熱處理裝置，屬於對矽基板施予熱處理之熱處理裝置，其特徵為：具備載置矽基板而予以加熱之載置台，在上述載置台之上面配置有由矽、碳化矽、氮化鋁中之任一者所構成之蓋體，上述載置台之上面全體藉由上述蓋體被覆蓋，在上述載置台之周圍設置有使上述矽基板升降成載置於該載置台上之狀態，和抬起至該載置台之上方之狀態的升降機構，在上述升降機構複數處安裝有支撐上述矽基板之下面周緣部的支撐爪，在上述載置台之上面周緣部複數處安裝有收容上述支撐爪之缺口部。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之熱處理裝置，其中，上述蓋體為圓板形狀，具有大於被載置在上述載置台上之圓板形狀之矽基板的直徑。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之熱處理裝置，其中，在上述蓋體上面設置有支撐矽基板之下面的複數第1支撐銷。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所記載之熱處理裝置，其中， 在上述蓋體下面設置有用以收容被設置在上述載置台上面之複數第2支撐銷的凹部。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所記載之熱處理裝置，其中，在矽基板上面藉由與包含氟化氫氣及氨氣之混合氣體的化學反應，形成使氧化矽膜變質之反應生成物膜。
  6. 一種處理系統，屬於除去被形成在矽基板上面之氧化矽膜的處理系統，其特徵為：具備藉由對矽基板上面供給包含氟化氫氣及氨氣之混合氣體，使形成在矽基板上面之氧化矽膜變質成反應生成物膜之COR處理裝置，和如申請專利範圍第1或2項所記載之熱處理裝置。
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