TWI440090B - 半導體裝置製造方法、基板處理設備及半導體裝置 - Google Patents

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Description

半導體裝置製造方法、基板處理設備及半導體裝置 [相關申請案之對照參考資料]
本申請案根據及主張2010年10月7日所提出日本專利申請案第2010-227649號及2010年11月11日所提出日本專利申請案第2010-252882號之優先權的利益，在此以提及方式併入該等日本專利申請案之整個內容。
本揭露係有關於一種用以在基板上製造像積體電路(IC)之半導體裝置的基板處理技術，以及尤其是，是有關於一種用以藉由處理像半導體晶圓(以下，稱為晶圓)之基板來製造半導體裝置之半導體製造設備、一種用以處理基板之基板處理設備或一種半導體裝置製造方法。
具有物理氣相沉積(PVD)法、化學氣相沉積(CVD)法及原子層沉積(ALD)法做為一用以在基板上形成薄膜之薄膜形成方法的一範例。
PVD法意指藉由使用以離子撞擊或熱能從固態原料在氣相中實際釋放之原料原子來形成在原料中所包含之元素的薄膜之方法。CVD法意指藉由在氣相中或在一基板表面上使用兩種或更多種原料之反應來形成在原料分子中所包含之原子的薄膜之方法。因為CVD法在氣相中或在該基板表面上使用反應，所以相較於PVD法，它具有絕佳的階梯覆蓋性(step coverage)。ALD法意指在某一薄膜形成條件(溫度或時間)下一個接一個交替地供應用於薄膜形成之兩種或更多種原料至一基板，以原子層之單位在該基板上吸收該等原料，以及藉由使用一表面反應經由一原子層等級控制形成薄膜之方法。例如，如國際專利公開第2007/02874號所揭露，ALD法可在比CVD法低之基板溫度(處理溫度)下實施及可依據薄膜形成循環數來控制薄膜厚度。
此外，做為一在一基板上形成之絕緣層，可以有鉿(Hf)、鋯(Zr)或鋁(Al)之氧化物及氮化物，它們係具有高相對介電常數之高k(高介電常數)薄膜。尤其是，藉由使一包含Hf或Zr之有機或無機材料與一像氧氣(O2 )或臭氧(O3 )之氧化氣體反應，以形成一氧化鉿膜(HfOX )、一氧化鋯膜(ZrOX )等，它們係高k薄膜。
使用這些技術，形成例如動態隨機存取記憶體(DRAM)或電晶體閘極結構之電容器的電容器電極。該電容器具有一疊層結構，其中一絕緣膜係介於電極之間。藉由交替地形成一氮化鈦膜(TiN膜)、一高k膜及一氮化鈦膜，形成一具有一疊層結構之電容器，其中做為一電容絕緣膜之該高k膜係介於做為上下電極之該等氮化鈦膜間。使用一像四氯化鈦(TiCl4 )之含鈦氣體及一像氨(NH3 )之氮化劑(含氮(N)氣體)來形成該氮化鈦。做為該高k膜之一範例，藉由使用一像肆(乙基甲基胺基)鋯(TEMAZ：Zr[N(CH3 )CH2 CH3 ]4 )及臭氧(O3 )之氧化劑(含氧(O)氣體)來形成一氧化鋯膜(ZrO膜)。此外，在該高k膜之形成後，可以實施結晶退火(crystallization annealing)，以便改善該相對介電常數。這是因為該高k膜之相對介電常數係依其晶體結構而定。
例如，在一DRAM電容器之情況中，在一由一氮化鈦膜所製成之下電極上形成一高k膜。由於氧化劑之不良氧化能力、製程條件之不穩定性或低溫之需求，無法完全氧化構成該高k膜之所有原料，以及當實施結晶退火，以便改善該高k膜之相對介電常數時，釋放氧。基於這些理由，在該薄膜中可能發生缺陷。例如，可能在該高k膜中喪失氧氣或碳(C)可能留在該高k膜中。因為這些薄膜缺陷當做一電流流經之路徑，所以可能發生因缺陷所造成之像該電容器之漏電流增加或該電容器之品質變差的現象。此外，如果該結晶退火之最佳化係不夠充分的，以致於無法完全控制該高k膜之晶體結構，則由具有相對低介電常數之晶相支配及產生無法實現所需之相對介電常數的大晶體粒子，此造成漏電流之增加
本揭露提供一種半導體裝置製造方法、一種基板處理設備及一種半導體裝置之一些實施例，它們在一具有一高k膜之半導體裝置的製造製程期間可達成晶體結構之最佳化、結晶之加速、氧缺陷之減少及殘留雜質之減少，及可實施一適用於一絕緣膜之改質製程。
依據本揭露之一實施例，提供一種半導體裝置製造方法，其包括：裝填一上面形成有一高k膜之基板至一處理室中；在該基板上經由微波之照射加熱該高k膜；以及從該處理室排出該基板。
依據本揭露之另一實施例，提供一種基板處理設備，其包括：一處理室；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；一導波管，其建構成用以供應在該微波產生裝置中所產生之微波至該處理室；以及一控制單元，其建構成用以控制該微波產生裝置，從該導波管供應該微波至該處理室，該處理室容納一上面形成有一高k膜之基板。
依據本揭露之另一實施例，提供一種基板處理設備，其包括：一反應容器，其建構成用以容納上面形成有一高k膜之複數個基板；一基板支撐構件，其建構成用以支撐在該反應容器中所堆疊之該等基板；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；以及一導波管，其建構成用以供應在該微波產生裝置中所產生之微波至該反應容器，其中在該基板支撐構件中堆疊該等基板，以致於在該等個別基板之上表面上形成一具有被供應至該反應容器中之該微波的波長之大於一半的高度之空間，以及在該反應容器之一側壁上安裝該導波管。
 (第一實施例)
將根據圖式來描述本揭露之一實施例。
在本實施例中，一基板處理設備系統係一以一用以製造半導體裝置(積體電路(IC))之方法實施一基板處理製程(例如，一薄膜形成製程及一改質製程)之半導體製造設備系統。
該基板處理設備系統包括一薄膜形成處理設備10及一改質處理設備200。
<薄膜形成處理設備之結構>
首先，將描述該薄膜形成處理設備10。
第1圖係依據本揭露之一實施例的薄膜形成處理設備10之立體圖。並且，在下面敘述中，將描述使用一批次式垂直設備做為該薄膜形成處理設備10之情況。
在該薄膜形成處理設備10中，使用一匣盒(cassette)4做為一用以容納晶圓2之晶圓載具，該晶圓2係由矽等所製成的基板。
該薄膜形成處理設備10包括一外殼12。在該外殼12之前壁12a的下部分，形成一前維修開口18，以允許維修。在該前維修開口18上，安裝一可打開/關閉的前維修門20。
在該前維修門20上，形成一匣盒裝載/卸載開口22，以與該外殼12之內部及外部相通。該匣盒裝載/卸載開口22係建構成以一前遮蓋(front shutter)24來打開或關閉。
在該外殼12內安裝一面對該匣盒裝載/卸載開口22之匣盒載物台(cassette stage)26。以一廠內運送裝置(未顯示)將該匣盒4運送至該匣盒載物台26上或從該匣盒載物台運送出來。
藉由該廠內運送裝置將該匣盒4裝填至該匣盒載物台26上。在該匣盒4內以垂直位置保持該晶圓2，以及該匣盒4之晶圓裝填/排出開口朝上。該匣盒載物台26係建構成使該匣盒4朝該外殼12之後面向右轉且順時針旋轉90度，藉此以水平位置設置在該匣盒4內之晶圓2及該匣盒4之晶圓裝填/排出開口朝向該外殼12之後面。
在該外殼12內之前後方向上的近中心之下部分上，安裝一匣盒架28。該匣盒架28係建構成以多階及多行方式儲存複數個匣盒4。在該匣盒架28中，一轉移架30容納做為一稍後所述之晶圓轉移機構36之轉移目標物的匣盒4。在該匣盒載物台26上方，一預備匣盒架32可儲存預備匣盒4。
一匣盒載具裝置34係位於該匣盒載物台26與該匣盒架28之間。該匣盒載具裝置34包括一用以保持及抬起該等匣盒4之匣盒升降機34a及一做為一運送機構之匣盒運送機構34b。該匣盒載具裝置34經由該匣盒升降機34a及該匣盒載具裝置34b之操作在該匣盒載物台26、該匣盒架28及該預備匣盒架32間運送該等匣盒4。
在該匣盒架28之後面，安裝一晶圓轉移機構36。該晶圓轉移機構36包括一能朝水平方向旋轉該晶圓2或直線移動該晶圓2之晶圓轉移裝置36a及一抬起該晶圓轉移裝置36a之晶圓轉移裝置升降機36b。
該晶圓轉移裝置升降機36b係安裝在該外殼12之右端。該晶圓轉移機構36經由該晶圓轉移裝置36a及該晶圓轉移裝置升降機36b之操作以該晶圓轉移裝置36a之鑷子36c拾取該晶圓2、裝填該晶圓2至一晶舟38及從該晶舟38排出該晶圓2。
在該外殼12之後面上部，安裝一處理爐40。該處理爐40之下端係建構成以一爐口遮蓋(furnace throat shutter)42來打開或關閉。
在該處理爐40下方，安裝一晶舟升降機44，以抬起該晶舟38至該處理爐40。使一做為連接工具之臂46連接至該晶舟升降機44，以及在該臂46上水平安裝一做為蓋子之密封蓋48。
該晶舟38具有複數個保持構件，以水平保持複數個晶圓2(例如，約50至150個晶圓)，且使它們的中心垂直地對準。
該密封蓋48係由金屬(例如，不銹鋼)所製成，以及係形成為碟狀。該密封蓋48垂直地支撐該晶舟38及建構成用以關閉該處理爐40之下端。
在該匣盒架28上方，安裝一第一淨化單元50a，以供應潔淨空氣，其係一經淨化的環境氣體。該第一淨化單元50a具有一送風機及一防塵過濾器，以使潔淨空氣流通至該外殼12之內部。
在該外殼12之左端(該左端係相對於該晶圓轉移裝置升降機36b及該晶舟升降機44之側)，安裝一第二淨化單元50b，以供應潔淨空氣。像該第一淨化單元50a，該第二淨化單元50b也具有一送風機及一防塵過濾器。將該第二淨化單元50b所供應之潔淨空氣流通至該晶圓轉移裝置36a、該晶舟38等之附近，以及然後，從一排氣裝置(未顯示)排放至該外殼12之外部。
接下來，將描述該薄膜處理設備10之操作。
在供應該匣盒4至該匣盒載物台26前，以該前遮蓋24打開該匣盒裝填/排出開口22。之後，透過該匣盒裝載/卸載開口22將該匣盒4裝載至該匣盒載物台26。此時，以垂直位置放置該匣盒4內之晶圓2，以及該匣盒4之晶圓裝填/排出開口朝上。
之後，以該匣盒載物台26使該匣盒4向右轉及順時鐘旋轉90度，以便以水平位置設置在該匣盒4內之晶圓2及該匣盒4之晶圓裝填/排出開口朝向該外殼12之後面。
接下來，藉由該匣盒載具裝置34將該匣盒4自動地轉移至該匣盒架28或該預備匣盒架32之一指定架子位置，以暫時儲存於其中，以及藉由該匣盒載具裝置34將該匣盒4從該匣盒架28或該預備匣盒架32轉移至該轉移架30，或者直接轉移至該轉移架30。
當轉移該匣盒4至該轉移架30時，以該晶圓轉移裝置36a之鑷子36c從該匣盒4經由該晶圓裝填/排出開口抬取該晶圓2，以及將它裝填至該晶舟38內。該晶圓轉移裝置36a(它已轉移該晶圓2至該晶舟38)返回至該匣盒4及裝填下一晶圓2至該晶舟38內。
當將事先指定數目之晶圓2裝填至該晶舟38時，打開該爐口遮蓋42及打開該處理爐40之下端部。隨後，藉由以該晶舟升降機44抬起該密封蓋48，將保持一組晶圓2之該晶舟38裝載至該處理爐40中。
在裝載後，在該處理爐40中處理該晶圓2。在處理後，以相反於上述程序之程序將該匣盒4及該晶圓2排出至該外殼12之外部。
接下來，將描述該處理爐40之周圍結構。
第2圖係該處理爐40及其周圍結構之示意圖。第3圖係沿著第2圖之線A-A所取得之剖面圖。
該處理爐40包括一做為一加熱單元(加熱機構)之加熱器72。
該加熱器72具有一圓柱形形狀及藉由以一做為一支撐板之加熱器基台(未顯示)支撐來垂直地安裝該加熱器72。在該加熱器72之內部，以與該加熱器72成同心方式安裝一構成一反應容器(處理容器)之反應管74。
在該反應管74下方，提供一能氣密地封閉該反應管74之下端開口的密封蓋48。該密封蓋48接觸該反應管74之下端部。在該密封蓋48之上表面，安裝一O型環76，做為一接觸該反應管74之下端部的密封構件。
在該處理爐40中，形成一處理室(薄膜形成室)80。該處理室80以至少該反應管74及該密封蓋48實施一薄膜形成製程。
一旋轉機構82旋轉位於該處理室之相對於該密封蓋48之相反側上之晶舟38。該旋轉機構82之旋轉軸84穿過該密封蓋48，以連接至該晶舟38，以及藉由旋轉該晶舟38來旋轉該晶圓2。
當藉由該晶舟升降機44朝垂直方向抬起該密封蓋48時，將該晶舟38裝載至該處理室80或從該處理室80卸載。
使該晶舟38經由一做為一隔熱構件之石英蓋86豎立在該密封蓋48上。該石英蓋86係由一耐熱材料(例如，石英或碳化矽)所製成，以及做為一隔熱單元及同時做為一用以保持該晶舟38之保持體。
在該反應管74中，安裝一排氣管90，以排放在該處理室80內之環境氣體。一做為一真空排氣裝置之真空泵96連接至該排氣管90。在該排氣管90上安裝一壓力感測器92及一自動壓力控制(APC)閥94，該壓力感測器92係一用以偵測該處理室80內之壓力的壓力偵測器(壓力偵測單元)，該自動壓力控制(APC)閥94係一壓力調節器(壓力調節單元)。該真空泵96實施一真空排氣，以便設定該處理室80內之壓力至一預定壓力(真空度)。
此外，該APC閥94係一開/關閥，其可藉由打開或關閉一閥來啟動或停止在該處理室80內之真空排氣，以及亦藉由調整閥之打開程度來調整壓力。
一排氣系統主要是由該排氣管90、該壓力感測器92、該APC閥94及該真空泵96所建構而成。
在該反應管74中，安裝一溫度感測器98做為一溫度偵測器。藉由根據該溫度感測器98所偵測之溫度資訊調整該加熱器72之開/關狀態，以維持該處理室80內之溫度在一期望溫度分佈。該溫度感測器98係形成為L型形狀及沿著該反應管74之內壁來安裝。
在該處理室80中，安裝4個噴嘴100a、100b、100c及100d，穿過該反應管74之下部。
氣體供應管102a、102b、102c及102d分別連接至該等噴嘴100a、100b、100c及100d。
依此方式，在該反應管74中安裝該4個噴嘴100a至100d及該4個氣體供應管102a至102d，以及建構該處理室80，以供應複數個氣體至該反應管74之內部。
在該氣體供應管102a上，從上游方向起依序安裝一做為一流速控制器(流速控制單元)之質量流動控制器(MFC)104a、一做為一汽化裝置(汽化單元)以汽化液體原料及產生一汽化氣體做為一原料氣體之汽化器106a、及一做為開/關閥之閥108a。
藉由打開該閥108a，將在該汽化器106a內所產生之汽化氣體經由該噴嘴100a供應至該處理室80中。
在該氣體供應管102a之汽化器106a與該閥108a間連接一被連接至該排氣管90之彎曲管線110a。在該彎曲管線110a中安裝一為開/關閥之閥118a。如果不供應該原料氣體至該處理室80，則可以經由該閥118a供應該原料氣體至該彎曲管線110a。
因此，藉由關閉該閥108a及打開該閥118a，可停止供應該汽化氣體至該處理室80中，同時在該汽化器106a中持續該汽化氣體之產生。
需要一預定時間，以穩定地產生該汽化氣體，但是在本實施例中，可藉由該閥108a及該閥118a之切換操作在一短時間內在供應與不供應該汽化氣體至該處理室80間做切換。
在該氣體供應管102a上，連接一惰性氣體供應管122a至該閥108a之下游側(靠近該反應管74之側)。在該惰性氣體供應管122a上，從上游方向起依序安裝一MFC 124a及一做為開/關閥之閥128a。
該噴嘴100a連接至該氣體供應管102a之前端。該噴嘴100a係安裝在該反應管74之內壁與該晶圓2間之弧形空間中，以沿著該反應管74之內壁朝該晶圓2之向上堆疊方向延伸。
該噴嘴100a係建構成具有一L形長噴嘴。在該噴嘴100a之側邊上，形成複數個可經此供應氣體之氣體供應孔130a。該等氣體供應孔130a係向該反應管74之中心開放。
該等氣體供應孔130a之形成係從該反應管74之下部至上部。該等個別氣體供應孔130a之開口具有相同面積且亦以相同開口間距來設置。
一第一氣體供應系統主要係由該氣體供應管102a、該彎曲管線110a、該MFC 104a、該汽化器106a、該等閥108a及118a、以及該噴嘴100a所建構而成。
此外，一第一惰性氣體供應系統主要係由該惰性氣體供應管122a、該MFC 124a及該閥128a所建構而成。
在該氣體供應管102b上，從上游方向起依序安裝一MFC 104b及一做為開/關閥之閥108b。
在該氣體供應管102b上，連接一惰性氣體供應管122b至該閥108b之下游側(靠近該反應管74之側)。在該惰性氣體供應管122b上，從上游方向起依序安裝一MFC 124b及一做為開/關閥之閥128b。
該噴嘴100b連接至該氣體供應管102b之前端。該噴嘴100b係安裝在該反應管74之內壁與該晶圓2間之弧形空間中，以沿著該反應管74之內壁朝該晶圓2之向上堆疊方向延伸。
該噴嘴100b係建構成具有一L形長噴嘴。在該噴嘴100b之側邊上，形成複數個可經此供應氣體之氣體供應孔130b，以及該等氣體供應孔130b係開向該反應管74之中心。
該等氣體供應孔130b之形成係從該反應管74之下部至上部。該等個別氣體供應孔130b之開口具有相同面積且亦以相同開口間距來設置。
一第二氣體供應系統主要係由該氣體供應管102b、該MFC 104b、該閥108b及該噴嘴100b所建構而成。
此外，一第二惰性氣體供應系統主要係由該惰性氣體供應管122b、該MFC 124b及該閥128b所建構而成。
在該氣體供應管102c上，從上游方向起依序安裝一MFC 104c、一汽化器106c及一做為開/關閥之閥108c。
藉由打開該閥108c，將在該汽化器106c內所產生之汽化氣體經由該噴嘴100c供應至該處理室80中。
在該氣體供應管102c之汽化器106c與該閥108c間連接一被連接至該排氣管90之彎曲管線110c。在該彎曲管線110c中安裝一為開/關閥之閥118c。如果不供應該原料氣體至該處理室80，則可以經由該閥118c供應該原料氣體至該彎曲管線110c。
因此，藉由關閉該閥108c及打開該閥118a，可停止供應該汽化氣體至該處理室80中，同時在該汽化器106c中持續該汽化氣體之產生。
在一些實施例中需要一預定時間，以穩定地產生該汽化氣體，但是在本實施例中，可藉由該閥108a及該閥118a之切換操作在一短時間內在供應與不供應該汽化氣體至該處理室80間做切換。
在該氣體供應管102c上，連接一惰性氣體供應管122c至該閥108c之下游側。在該惰性氣體供應管122c上，從上游方向起依序安裝一MFC 124c及一做為開/關閥之閥128c。
該噴嘴100c連接至該氣體供應管102c之前端。該噴嘴100c係安裝在該反應管74之內壁與該晶圓2間之弧形空間中，以沿著該反應管74之內壁朝該晶圓2之向上堆疊方向延伸。
該噴嘴100c係建構成具有一L形長噴嘴。在該噴嘴100c之側邊上，形成複數個可經此供應氣體之氣體供應孔130c，以及該等氣體供應孔130c係開向該反應管74之中心。
該等氣體供應孔130c之形成係從該反應管74之下部至上部。該等個別氣體供應孔130c之開口具有相同面積且亦以相同開口間距來設置。
一第三氣體供應系統主要係由該氣體供應管102c、該彎曲管線110c、該MFC 104c、該汽化器106c、該等閥108c及118c、以及該噴嘴100c所建構而成。
此外，一第三惰性氣體供應系統主要係由該惰性氣體供應管122c、該MFC 124c及該閥128c所建構而成。
在該氣體供應管102d上，從上游方向起依序安裝一做為一臭氧(O3 )氣體產生設備之臭氧產生器132、一閥134d、一MFC 104d、一汽化器106d及一做為開/關閥之閥108d。
該氣體供應管102d之上游側連接至一用以供應氧(O2 )氣體之氧氣體供應源(未顯示)。在該臭氧產生器中將被供應至該臭氧產生器132之氧氣體變成臭氧氣體，以及將該臭氧氣體供應至該處理室80中。
在該氣體供應管102d之臭氧產生器132與該閥134d間連接一被連接至該排氣管90之彎曲管線110d。在該彎曲管線110d上，安裝一為開/關閥之閥118d。如果不供應臭氧氣體至該處理室80，則可以經由該閥118d供應臭氧氣體至該彎曲管線110d。
因此，藉由關閉該閥108d及打開該閥134d，可停止供應臭氧氣體至該處理室80中，同時在該臭氧產生器132中持續臭氧氣體之產生。
在一些實施例中需要一預定時間，以穩定地產生臭氧氣體，但是在本實施例中，可藉由該閥108d、該閥134d及該閥118d之切換操作在一短時間內在供應與不供應臭氧氣體至該處理室80間做切換。
在該氣體供應管102d上，連接一惰性氣體供應管122d至該閥108d之下游側。在該惰性氣體供應管122d上，從上游方向起依序安裝一MFC 124d及一做為開/關閥之閥128d。
該噴嘴100d連接至該氣體供應管102d之前端。該噴嘴100d係安裝在該反應管74之內壁與該晶圓2間之弧形空間中，以沿著該反應管74之內壁朝該晶圓2之向上堆疊方向延伸。
該噴嘴100d係建構成具有一L形長噴嘴。在該噴嘴100d之側邊上，形成複數個可經此供應氣體之氣體供應孔130d，以及該等氣體供應孔130d係開向該反應管74之中心。
該等氣體供應孔130d之形成係從該反應管74之下部至上部。該等個別氣體供應孔130d之開口具有相同面積且亦以相同開口間距來設置。
一第四氣體供應系統主要係由該氣體供應管102d、該彎曲管線110d、該MFC 104d、該臭氧產生器132、該等閥108d、134d及118d、以及該噴嘴100d所建構而成。
此外，一第四惰性氣體供應系統主要係由該惰性氣體供應管122d、該MFC 124d及該閥128d所建構而成。
從該氣體供應管102a，將一做為第一原料氣體(處理氣體)之範例的鈦原料氣體(含鈦(Ti)氣體)經由該MFC 104a、該汽化器106a、該閥108a及該噴嘴100a供應至該處理室80。
可以使用四氯化鈦(TiCl4 )做為該含鈦氣體。
該第一原料氣體(第一原料)在常溫及常壓下可以是固體、液體及氣體中之任何一者。然而，在本實施例中，將描述該第一原料為液體之情況。在該第一原料在常溫及常壓下為氣體之情況中，可以省略該汽化器106a。
從該氣體供應管102b，將一做為氮化氣體(氮化劑)之含氮(N)處理氣體(含氮氣體)經由該MFC 104b、該閥108b及該噴嘴100b供應至該處理室80。
可以使用氨(NH3 )氣體、氮(N2 )氣體、三氟化氮(NF3 )或N3 H8 氣體做為該含氮氣體。
從該氣體供應管102c，將做為第二原料氣體(處理氣體)之鋯原料氣體(含鋯氣體)經由該MFC 104c、該汽化器106c、該閥108c及該噴嘴100c供應至該處理室80。
可以使用肆(乙基甲基胺基)鋯(TEMAZ：Zr(N(CH3 )C2 H5 )4 )做為該含鋯氣體。
該第二原料氣體(第二原料)在常溫及常壓下可以是固體、液體及氣體中之任何一者。然而，在本實施例中，將描述該第二原料為液體之情況。在該第二原料在常溫及常壓下為氣體之情況中，可以省略該汽化器106c。
從該氣體供應管102d，經由該閥134d、該MFC 104d及該閥108d供應做為氧化氣體(氧化劑)之臭氧氣體至該處理室80中。藉由供應含氧(O)處理氣體(含氧氣體)至該臭氧產生器132來產生臭氧氣體。該含氧氣體可以使用氧氣體。
此外，在沒有在該臭氧產生器132中產生臭氧氣體之情況下，可供應做為該氧化氣體之O2 氣體至該處理室80中。
從該等惰性氣體供應管122a至122d，經由該等對應MFC 124a至124d、閥128a至128d、氣體供應管102a至102d、及噴嘴100a至100d供應做為惰性氣體之氮(N2 )氣體至該處理室80中。
除了氮氣體之外，還可以使用像氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體及氙(Xe)氣體之惰性氣體。
<改質處理設備之結構>
接下來，將描述一改質處理設備200。
第4圖係依據本揭露之一實施例的改質處理設備200之垂直剖面圖。該改質處理設備200包括一處理室(改質室)210、一轉移室(未顯示)及一微波供應單元(微波產生設備、微波產生器)。該處理室210改質該晶圓2。該微波供應單元包括一微波產生單元220、一導波管221及一導波管開口222。
該微波產生單元220產生例如一固定頻率微波或一可變頻率微波。該微波產生單元220使用例如一磁控管(magnetron)、一速調管(klystron)或一磁旋管(gyrotron)。將該微波產生單元220中所產生之微波從與該處理室210相通之該導波管開口222經由該導波管221引入該處理室210。此外，在第4圖中，雖然將該微波從橫向水平地引進至該晶圓2，但是它並非侷限於此。例如，可以將該微波從該處理室210之上部朝相對於該晶圓2之垂直方向引進。此外，可以具有複數個導波管221，以及將該微波從該複數個導波管221引進至該處理室210。
使被引入該處理室210之微波在該處理室210之壁上重複地反射。因為在該處理室210內朝不同方向反射該微波，所以該處理室210之內部充滿該微波。在該處理室210內接觸該晶圓2之微波被吸入至該晶圓2中，以及藉由該微波來介電加熱該晶圓2。
此外，該微波係電磁波之一般術語，其具有約300MHz至約300GHz之頻帶。在真空中之波長方面，該微波係具有約1m至約1mm波長之電磁波。此微波包括約30GHz至約300GHz之毫米波。
當微波功率係低的時候，該晶圓2之溫度係低的，以及當微波功率係高的時候，該晶圓2之溫度係高的。第5圖係描述在一矽晶圓上照射一微波時，微波功率與晶圓溫度間之相關資料。第5圖係描述微波功率與晶圓溫度間之相互關係的一範例之圖表。如第5圖所示，當微波功率增加時，晶圓溫度上升。
此外，晶圓溫度依據該處理室之大小或形狀、該微波之導波管的位置、及該晶圓之位置而有所不同。此處晶圓溫度值的資料是示範的。然而，晶圓溫度隨微波功率之增加而增加的關係是不變的。
形成該處理室210之處理容器218係由例如像鋁(Al)及不銹鋼(SUS)之金屬材料所製成，以及該處理室210與外界微波隔離。
在該處理室210中，安裝一基板支撐銷(substrate support pin)213，做為一支撐該的晶圓2之基板支撐單元。安裝該基板支撐銷213，以便使該被支撐的晶圓2之中心與該處理室210之中心在垂直方向上大致對準。該基板支撐銷213係建構成具有複數個由例如石英或鐵弗龍(Teflon)(商標)所構成之支撐銷(在本實施例中，3個支撐銷)，以及其上端部支撐該晶圓2。
在該晶圓2下方，安裝一做為一基板溫度控制單元(包括一溫度控制機構)之導電基板支撐台(基板保持台)212。該基板支撐台212係由例如像鋁(Al)等之導電體的金屬材料所製成。該基板支撐台212具有一圓形形狀，在從上表面上方觀看時，該圓形形狀之外徑大於該晶圓2之外徑，以及該基板支撐台212係以碟狀或圓柱形狀所形成。
因為該基板支撐台212係由金屬材料所製成，所以該微波之電位在該基板支撐台212中變成零。因此，如果將該晶圓2直接放置在該基板支撐台212之表面上，則該微波之電場強度會變弱。因而，在本實施例中，將該晶圓2放置在離該基板支撐台212有該微波之1/4波長(λ/4)的位置上或λ/4的奇數倍之位置上。因為電場在λ/4的奇數倍之位置上係強的，所以可藉由該微波有效地加熱該晶圓2。
在本實施例中，例如，使用5.8GHz微波。因為該微波之波長係51.7mm，所以將從該基板支撐台212至該晶圓2之高度設定為12.9mm。
在該基板支撐台212之內部中，形成一可讓冷卻劑流過以冷卻該晶圓2之冷卻劑通道231。在本實施例中，使用水做為該冷卻劑，以及亦可以使用其它像冷卻器(cooling chiller)之冷卻劑。該冷卻劑通道231連接至一冷卻劑供應管232及一冷卻劑排放管236，該冷卻劑供應管232從該處理室210之外部供應該冷卻劑至該冷卻劑通道231，以及該冷卻劑排放管236從該冷卻劑通道231排放該冷卻劑。在該冷卻劑供應管232上，從下游起依序安裝一用以打開/關閉該冷卻劑供應管232之開關閥233、一用以控制冷卻劑流速之流速控制裝置234及一冷卻劑源35。該開關閥233及該流速控制裝置234電連接至一稍後所述之控制器300及受該控制器300控制。
在該晶圓2上方，安裝一用以偵測該晶圓2之溫度的溫度偵測器214及一溫度控制機構(未顯示)於該處理室210中。該溫度偵測器214可以使用例如一紅外線感測器。該溫度偵測器214電連接至該控制器300。如果該溫度偵測器214所偵測之該晶圓2的溫度高於一預定溫度，則該控制器300藉由控制該開關閥233及該流速控制裝置234，調整流經該冷卻劑通道231之冷卻水的流速，以便該晶圓2之溫度變成該預定溫度。相反地，如果該晶圓2之溫度低於該預定溫度，則可以藉由該溫度控制機構加熱該晶圓2，以便改善該改質處理之效果。
在該處理容器218上方，安裝一可經此引入氮(N2 )氣體等之氣體供應管252於該處理室210之上壁。在該氣體供應管252上，從上游起依序安裝一氣體供應源255、一用以調整氣體流速之流速控制裝置254及一用以打開/關閉氣體通道之閥253。藉由打開/關閉此閥253，從該氣體供應管252引入氣體至該處理室210或停止氣體之引入。使用從該氣體供應管252所引入之氣體來冷卻該晶圓2或做為一沖洗氣體，以擠出在該處理室210內之氣體。在該氣體供應管252上，可以安裝一用以均勻地擴散氣體之擴散器。
一氣體供應單元係由該氣體供應源255、該氣體供應管252、該流速控制裝置254及該閥253所建構而成。該流速控制裝置254及該閥253電連接至該控制器300及受該控制器300所控制。
如第4圖所示，例如，在該矩形平行六面體處理容器218之下部中，在該處理室210之側壁上安裝一排氣管262，以排放在該處理室210內之氣體。在該排氣管262上，從上游起依序安裝一壓力調節閥263及一做為排氣裝置之真空泵264，以及藉由調節該壓力調節閥263之打開程度，調節在該處理室210內之壓力至一預定值。
一排氣單元係由該排氣管262、該壓力調節閥263及該真空泵264所建構而成。該壓力調節閥263及該真空泵264電連接至該控制器300及該壓力調節受該控制器300控制。
如第4圖所示，在該處理容器218之一側上，安裝一晶圓轉移開口271，該晶圓2經由該晶圓轉移開口271被轉移至該處理室210之內部及外部。在該晶圓轉移開口271上，安裝一門閥272。當藉由一門閥驅動單元273打開該門閥272時，該處理室210之內部與該轉移室之內部係彼此相通的。
在該轉移室之內部中，安裝一用以轉移該晶圓2之轉移機器人(未顯示)。在該轉移機器人上，提供一轉移臂，以在轉移該晶圓2時，支撐該晶圓2。可藉由打開該門閥272，以該轉移機器人在該處理室210之內部與該轉移室之內部間轉移該晶圓2。
<控制器之結構>
在該基板處理設備系統上，安裝做為一控制單元(控制手段)之該控制器300，以及該控制器300控制該薄膜形成處理設備10及該改質處理設備200之個別組件的操作。
具體地，關於該薄膜形成處理設備10，該控制器300連接至該等MFC 104a至104d及124a至124d、該等閥108a至108d、128a至128d、118a、118c、118d及134d、該等汽化器106a、106c及106d、該臭氧產生器132、該壓力感測器92、該APC閥94、該加熱器72、該溫度感測器98、該真空泵96、該旋轉機構82、該晶舟升降機44等。
該控制器300藉由該等MFC 104a至104d及124a至124d、該等閥108a至108d、128a至128d、118a、118c、118d及134d之打開/關閉操作、該等汽化器106a、106c及106d及該臭氧產生器132之操作、根據該壓力感測器92及該APC閥94之打開/關閉的壓力調節操作、該加熱器72根據該溫度感測器98之溫度調節操作、該真空泵96之啟動及停止、該旋轉機構82之旋轉速度調節操作、及該晶舟升降機44之升降操作來控制各種氣體之流速控制操作。
關於該改質處理設備200，該控制器300控制該微波產生單元220、該門閥驅動單元273、該轉移機械人、該等流速控制裝置254及234、該等閥253及233、該壓力調節閥263等之個別組件的操作。
在該薄膜形成處理設備10及該改質處理設備200上，可以安裝用以控制構成該等個別設備之個別單元的個別控制器。
<處理操作>
接下來，將描述一用以在晶圓2上實施一薄膜形成製程及一改質製程之處理操作，做為使用該基板處理設備系統來製造一半導體設備(半導體裝置)的複數個製程中之一。
將概要地描述該處理操作。
在傳統的薄膜形成方法中，CVD法同時供應複數種氣體，該等氣體包含構成要形成之薄膜的複數個元素。並且，ALD法交替地供應複數種氣體，該等氣體包含構成要形成之薄膜的複數個元素。
藉由在供應氣體時，控制像氣體供應流速、氣體供供應時間、電漿功率等之供應條件，形成一氮化矽膜(SiN膜)或一氧化矽膜(SiO膜)。
在這些薄膜形成方法中，例如，在形成一SiN膜之情況中，控制供應條件，以便薄膜組成比率具有N/Si≒1.33之化學計量組成(stoichiometric composition)，以及在形成一SiO膜之情況中，控制供應條件，以便薄膜組成比率具有O/Si≒2之化學計量組成。
同時，可以控制供應條件，以便一待形成薄膜之組成比率具有一不同於化學計量組成之預定組成比率。亦即，可以控制供應條件，以便相對於化學計量組成，構成一待形成薄膜之複數個元素中的至少一元素變成比其它元素過量。
依此方式，可以實施一薄膜形成，同時控制構成一待形成薄膜之複數個元素的比率(薄膜組成比率)。
此外，術語“金屬膜”意指一由含金屬元素之導電材料所製成之薄膜。除了一由金屬單體所製成之導電金屬單體薄膜之外，該金屬薄膜還包括一導電金屬氮化膜、一導電金屬氧化膜、一導電金屬氮氧化膜、一導電金屬複合膜、一導電金屬合金膜、一導電金屬矽化膜等。
例如，一氮化鈦膜係一導電金屬氮化膜。
下面將描述藉由交替地供應包含不同種元素之複數種氣體來疊層具有化學計量組成之兩種薄膜及改質該疊層膜之順序範例。
在本實施例中，該薄膜形成處理設備10藉由形成一為金屬氮化膜之氮化鈦膜(TiN膜)於一基板上(一金屬膜形成製程)及形成一為絕緣膜之氧化鋯膜(ZrO膜)(一絕緣膜形成製程)，以形成一由金屬氮化膜及絕緣膜所製成之疊層膜。在該基板上之做為下電極的該氮化鈦膜上疊層做為電容器絕緣膜之該氧化鋯膜。下面描述將形成有該疊層膜之該基板引入該改質處理設備200及藉由使用微波改質該疊層膜來實施薄膜之晶體成長(改質製程)的範例。
在下面敘述中，藉由該控制器300來控制構成該基板處理設備系統之個別單元的操作。
<薄膜形成製程>
首先，將描述利用該基板處理設備系統之薄膜形成處理設備10所實施之薄膜形成操作(S10)。
第6圖係利用該薄膜形成處理設備10所實施之薄膜形成操作(S10)的流程圖。
第7圖描述利用在該薄膜形成操作(S10)中之氣體供應時序。
在本實施例中，使用為含鈦(Ti)氣體之TiCl4 氣體做為一第一原料氣體，使用為含氮氣體之NH3 氣體做為一氮化氣體，使用為含鋯(Zr)氣體及有機金屬原料氣體之TEMAZ氣體做為一第二原料氣體，以及使用為含氧(O)氣體之臭氧氣體做為一氧化氣體。
此外，使用氮氣體做為一惰性氣體。
(裝填製程) (步驟102)
首先，將複數個晶圓2裝填至該晶舟38中(晶圓裝填)。
(步驟104)
藉由該晶舟升降機44抬起保持該複數個晶圓2之晶舟38及將該晶舟38裝載至該處理室80(晶舟裝填)。
在此狀態中，該密封蓋48經由該O型環76密封該反應管74之下部。
(步驟106)
藉由該真空泵96排空該處理室80之內部，以便將它設定至一期望壓力(真空度)。此時，藉由該壓力感測器92測量該處理室80內之壓力，以及根據該測量壓力回授控制該APC閥94(壓力調節)。
此外，藉由該加熱器72加熱該處理室80之內部，以便將它設定至一期望溫度。此時，根據該溫度感測器98所偵測之溫度資訊回授控制該加熱器72之帶電狀態，以便將該處理室80之內部設定至一期望溫度分佈(溫度調節)。
接連地，當藉由該旋轉機構82旋轉該晶舟38時，旋轉該晶圓2。
(金屬膜形成製程)
接下來，藉由供應TiCl4 氣體及NH3 氣體至該處理室80中，實施一用以形成為金屬膜之氮化鈦膜的金屬膜形成製程。在該金屬膜形成製程中，依序實施以下4個步驟。
(步驟110)
在步驟110中，供應做為該第一原料氣體之TiCl4 氣體至該處理室80中(第一製程)。
藉由打該氣體供應管102a之閥108a及關閉該彎曲管線110a之閥118a，使TiCl4 經由該汽化器106a流入該氣體供應管102a。藉由該MFC 104a控制流經該氣體供應管102a之TiCl4 氣體的流速。
將該流速受控制的TiCl4 氣體從該噴嘴100a之氣體供應孔130a供應至該處理室80之內部及從該排氣管90排放。
此時，打開該閥128a，使氮氣體流經該惰性氣體供應管122a。藉由MFC 124a控制流經該惰性氣體供應管122a之氮氣體的流速。使該流速受控制的氮氣體與該TiCl4 氣體結合，以供應至該處理室80中，以及從該排氣管90排放。
此時，藉由適當地調整該APC閥94，設定該處理室80內之壓力至例如40至900Pa範圍內。
設定該MFC 104a所控制之該TiCl4 氣體的供應流速至例如0.05至0.3g/min之範圍。
設定該晶圓2暴露至該TiCl4 氣體的時間，亦即，氣體供應時間(照射時間)至例如15至120秒之範圍內。
設定該加熱器72之溫度，以便設定該晶圓2之溫度(薄膜形成處理溫度)至例如300至550℃之範圍。
藉由該TiCl4 氣體之供應，在該晶圓2之表面一基底薄膜(base film)上形成一包含鈦之第一層。亦即，在該晶圓2(基底薄膜)上形成一小於1個原子層至數個原子層之做為含鈦層之鈦層(Ti層)。該含鈦層可以是TiCl4 之化學吸附(表面吸附)層。此外，鈦係本身成為固體之元素。
除了一由鈦所建構而成之連續層之外，該鈦層亦可以包括一不連續層或它的疊層層(laminated layer)。在一些情況中，由鈦所建構而成之連續層稱為“薄膜”。
此外，TiCl4 之化學吸附層包括一不連續化學吸附層以及TiCl4 分子之連續化學吸附層。
如果在該晶圓2上所形成之該含鈦層的厚度超過數個厚子層，則在步驟114中之氮化操作不影響該整個含鈦層。此外，可在該晶圓2上形成之該含鈦層的最小值係小於1個厚子層。
因此，較佳的是，該含鈦層之厚度係在小於1個原子層至數個原子層之範圍內。
藉由調整像在該處理室80內之薄膜形成處理溫度及壓力的條件，可調整在該晶圓2上所形成之層的狀態。
具體地，如果TiCl4 氣體係處於自行分解狀態，則在該晶圓2上沉積鈦，以形成一鈦層。同時，如果TiCl4 氣體不是處於自行分解狀態，在該晶圓2上化學吸附TiCl4 ，以形成TiCl4 氣體之化學吸附層。
相較於在該晶圓2上形成TiCl4 之化學吸附層的情況，在該晶圓2上形成該鈦層之情況中，可增加薄膜形成速率(薄膜形成速度)。
此外，相較於在該晶圓2上形成TiCl4 之化學吸附層的情況，在該晶圓2上形成該鈦層之情況中，可形成一較緻密的層。
(步驟112)
在步驟112中，移除在該處理室80內殘留之氣體(第二製程)。
在形成該含鈦層後，關閉該閥108a及打開該閥118a，以便停止供應TiCl4 氣體至該處理室中及使TiCl4 氣體流入該彎曲管線110a。
此時，該排氣管90之APC閥94保持打開及藉由該真空泵96排空該處理室80之內部。因而，從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應TiCl4 氣體或對該含鈦層之形成有所貢獻後之TiCl4 氣體。此時，該閥128a保持打開及維持氮氣體至該處理室80之供應。
此改善從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應TiCl4 氣體或對該含鈦層之形成有所貢獻後之TiCl4 氣體的效果。
(步驟114)
在步驟114中，供應做為氮化氣體之NH3 氣體至該處理室80中(第三製程)。在移除該處理室80內之殘留氣體後，打開該氣體供應管102b之閥118b，以便使NH3 氣體流入該氣體供應管102b。
藉由該MFC 104b控制流入該氣體供應管102b之該NH3 氣體的流速。從該等氣體供應孔130b供應該流速受控制的NH3 氣體至該處理室80之內部及從該排氣管90排放該流速受控制的NH3 氣體。
此時，打開該閥128b，以便使氮氣體流入該惰性氣體供應管122b。藉由該MFC 124b控制流入該惰性氣體供應管122b之氮氣體的流速。使該流速受控制的氮氣體與該NH3 氣體結合，以供應至該處理室80及從排氣管90排放。
當使該NH3 氣體流動時，設定在該處理室80內之壓力至例如40至900Pa之範圍。
設定該MFC 104b所控制之該NH3 氣體的供應流速至例如6至15slm之範圍。
設定該晶圓2暴露至該NH3 氣體之時間，亦即，氣體供應時間(照射時間)至例如15至120秒之範圍。
像步驟110，設定該加熱器72之溫度，以便設定該晶圓2之溫度至例如300至550℃之範圍。
此時，供應至該處理室80之氣體係NH3 氣體，以及沒有供應TiCl4 氣體至該處理室80中。因此，NH3 氣體沒有引起一汽相反應及與在步驟110中在該晶圓2上所形成之做為第一層的該含鈦層之一部分反應。
因此，氮化該含鈦層，以形成一包含鈦及氮之第二層，亦即，氮化鈦層(TiN層)。
(步驟116)
在步驟116中，移除在該處理室80中殘留之氣體(第四製程)。
藉由關閉該氣體供應管102b之閥108b，停止該NH3 氣體之供應。
此時，該排氣管90之APC閥94保持打開及藉由該真空泵96排空該處理室80之內部。因此，從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應NH3 氣體或對氮化有所貢獻後之NH3 氣體。此時，該閥128b保持打開及維持氮氣體至該處理室80之供應。
此改善從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應NH3 氣體或對氮化有所貢獻後之NH3 氣體的效果。
(步驟118)
在步驟118中，設定步驟110至116為一個循環，以及判定是否實施該循環有一預定次數。如果實施該循環有一預定次數，則該製程進行步驟120，以及如果不是，該製程進行步驟110。
依此方式，藉由實施步驟110至116之循環有至少一次，可以形成包含鈦及氮之該氮化鈦膜有一預定厚度。
較佳的是，重複步驟110至116之循環有複數次。
(絕緣膜形成製程)
接下來，藉由供應TEMAZ氣體及臭氧氣體至該處理室80中，實施一用以形成一氧化鋯膜做為一絕緣膜之絕緣膜形成製程。在該絕緣膜形成製程中，依序實施下面4個步驟。
(步驟120)
在步驟120中，供應做為一第二原料之TEMAZ氣體至該處理室80中(第五製程)。
藉由打開該氣體供應管102c之閥108c及關閉該彎曲管線110c之閥108c，使TEMAZ氣體經由該汽化器106c流入該氣體供應管102c。
藉由該MFC 104c控制流入該氣體供應管102c之TEMAZ的流速。使該流速受控制的TEMAZ氣體從該等氣體供應孔103c供應至該處理室80之內部及從該排氣管90排放。
此時，打開該閥128c，以便使氮氣體流入該惰性氣體供應管122c。藉由該MFC 124c控制流入該惰性氣體供應管122g之該氮氣體的流速。使該流速受控制的氮氣體與該TEMAZ氣體結合，以供應至該處理室80中及從該排氣管90排放。
當使該TEMAZ氣體流動時，設定在該處理室80內之壓力至例如50至400Pa之範圍。
設定該MFC 104c所控制之該TEMAZ氣體的供應流速至例如0.1至0.5g/min之範圍內。
設定該晶圓2暴露至該TEMAZ氣體之時間，亦即，氣體供應時間(照射時間)至例如30至240秒之範圍。
設定該加熱器72之溫度，以便設定該晶圓2之溫度(薄膜形成處理溫度)至例如150至250℃之範圍。
藉由該TEMAZ氣體之供應，在該晶圓2之表面的基底薄膜上形成一包含鋯之第三層。亦即，在該晶圓2(基底薄膜)上形成一小於1個原子層至數個原子層之做為含鋯層之鋯層(Zr層)。該含鋯層可以是TEMAZ之化學吸附(表面吸附)層。此外，鋯係本身成為固體之元素。
除了一由鋯所建構而成之連續層之外，該鋯層亦可以包括一不連續層或它的疊層層。在一些情況中，由鋯所建構而成之連續層稱為“薄膜”。
此外，TEMAZ之化學吸附層包括不連續化學吸附層以及TEMAZ分子之連續化學吸附層。
如果在該晶圓2上所形成之該含鋯層的厚度超過數個厚子層，則在步驟124中之氧化操作不影響該整個含鋯層。此外，可在該晶圓2上形成之該含鋯層的最小值係小於1個厚子層。
因此，較佳的是，該含鋯層之厚度係在小於1個原子層至數個原子層之範圍內。
藉由調整像在該處理室80內之薄膜形成處理溫度及壓力的條件，可調整在該晶圓2上所形成之層的狀態。
具體地，如果TEMAZ氣體係處於自行分解狀態，則在該晶圓2上沉積鋯，以形成一鋯層。同時，如果TEMAZ氣體不是處於自行分解狀態，在該晶圓2上化學吸附TEMAZ，以形成TEMAZ氣體之化學吸附層。
相較於在該晶圓2上形成TEMAZ之化學吸附層的情況，在該晶圓2上形成該鋯層之情況中，可增加薄膜形成速率。
此外，相較於在該晶圓2上形成TEMAZ之化學吸附層的情況，在該晶圓2上形成該鋯層之情況中，可形成一較緻密的層。
(步驟122)
在步驟122中，移除在該處理室80內殘留之氣體(第六製程)。
在形成該含鋯層後，打開該閥108c及打開該閥118c，以便停止供應TEMAZ氣體至該處理室中及使TEMAZ氣體流入該彎曲管線110c。
此時，該排氣管90之APC閥94保持打開及藉由該真空泵96排空該處理室80之內部。因而，從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應TEMAZ氣體或對該含鋯層之形成有所貢獻後之TEMAZ氣體。此時，該閥128c保持打開及維持氮氣體至該處理室80之供應。
此改善從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應TEMAZ氣體或對該含鋯層之形成有所貢獻後之TEMAZ氣體的效果。
(步驟124)
在步驟124中，供應做為氧化氣體之臭氧氣體至該處理室80中(第七製程)。
在移除該處理室80內之殘留氣體後，使氧氣體流入該氣體供應管102d。藉由該臭氧產生器132將流入該氣體供應管102d之該氧氣體變成臭氧氣體。
藉由打開該氣體供應管102d之閥134d及閥108d及關閉該彎曲管線110d之閥118d，以該MFC 106d控制在該臭氧產生器132中所產生之臭氧氣體的流速。使該流速受控制的臭氧氣體從該等氣體供應孔130d供應至該處理室80之內部及從該排氣管90排放。
此時，打開該閥128d，以便使氮氣體流入該惰性氣體供應管122d。藉由該MFC 124d控制流入該惰性氣體供應管122d之氮氣體的流速。使該流速受控制的氮氣體與該臭氧氣體結合，以供應至該處理室80及從排氣管90排放。
當使該臭氧氣體流動時，設定在該處理室80內之壓力至例如50至400Pa之範圍。
設定該MFC 104d所控制之該臭氧氣體的供應流速至例如10至20slm之範圍。
設定該晶圓2暴露至該臭氧氣體之時間，亦即，氣體供應時間(照射時間)至例如60至300秒之範圍。
像步驟120，設定該加熱器72之溫度，以便設定該晶圓2之溫度至例如150至250℃之範圍。
此時，供應至該處理室80之氣體係臭氧氣體，以及沒有供應TEMAZ氣體至該處理室80中。因此，該臭氧沒有引起一汽相反應及與在步驟120中在該晶圓2上所形成之做為第三層的該含鋯層之一部分反應。
因此，氧化該含鋯層，以形成一包含鋯及氧之第四層，亦即，一氧化鋯層(ZrO2 層)。
(步驟126)
在步驟126中，移除在該處理室80中殘留之氣體(第八製程)。
藉由關閉該氣體供應管102d之閥108d及打開該閥118d，停止臭氧至該處理室80之供應，以及使臭氧氣體流入該彎曲管線110d。
此時，該排氣管90之APC閥94保持打開及藉由該真空泵96排空該處理室80之內部。因此，從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應臭氧氣體或對氧化有所貢獻後之臭氧氣體。此時，該閥128d保持打開及維持氮氣體至該處理室80之供應。
氮氣體充當一沖洗氣體，以及從該處理室80移除在該處理室80內殘留之氣體(沖洗)。
此改善從該處理室80移除在該處理室80內殘留之未反應臭氧氣體或對氧化有所貢獻後之臭氧氣體的效果。
(步驟128)
在步驟128中，設定步驟120至126為一個循環，以及判定是否實施該循環有一預定次數。如果實施該循環有一預定次數，則該製程進行步驟132，以及如果不是，該製程進行步驟120。
依此方式，藉由實施步驟120至126之循環有至少一次，可以形成一包含鋯及氧之氧化鋯膜有一預定厚度。
較佳的是，重複步驟110至116之循環有複數次。
(卸載製程) (步驟132)
如果完成該絕緣膜形成製程，則在以氮氣體取代內部環境氣體之該處理室80內的壓力回到正常壓力(大氣壓力返回)。
(步驟134)
之後，藉由升降機44向下移動該密封蓋48，以便打開該反應管74之下端部，以及同時，在該晶舟38中保持該已處理的晶圓2下，從該反應管74之下端部將該已處理的晶圓2卸載至外面(晶舟卸載)。
(步驟136)
接下來，藉由該晶圓轉移裝置36a從該晶舟38排出該已處理晶圓2(晶圓排出)。
此外，雖然使用相同基板處理設備系統之薄膜形成處理設備10，實施該氮化鈦膜之薄膜形成及該氧化鋯膜之薄膜形成，但是可以使用具有同等於該薄膜形成處理設備10之構成的個別的氮化鈦膜形成設備及個別的氧化鋯膜形成設備，實施該疊層膜之薄膜形成。
<改質製程>
接下來，將描述藉由該基板處理設備系統之改質處理設備200所實施之改質操作。
第8圖係藉由該改質處理設備200所實施之改質操作S20的流程圖。
(基板裝載製程) (步驟202)
在裝填形成有該氧化鋯膜之該晶圓2至該處理室210中之基板裝填製程中，先打開該門閥272，以使該處理室210與該轉移室相通。然後，藉由該轉移機器人從該轉移室裝填做為一處理目標之該晶圓2至該處理室210之內部(晶圓裝填)。
(步驟204)
藉由該轉移機器人將被裝載至該處理室210之該晶圓2放置在該基板支撐銷213之上端及以該基板支撐銷213來支撐該晶圓2。之後，如果該轉移機器人從該處理室210之內部返回到該轉移室之內部，則可以關閉該門閥272(晶圓安置)。
(步驟206)
藉由該真空泵(未顯示)排空該處理室210之內部，以便將它設定至一期望壓力(真空度)。當裝填該基板時，在該處理室外面之周圍環境氣體會一起進來。充分排放該處理室之內部，以便在該周圍環境氣體中之水或氧不影響該製程。此時，藉由該壓力感測器(未顯示)測量該處理室210內之壓力，以及根據該測量壓力回授控制該壓力調節閥263(壓力調節)。
(步驟208)
然後，以氮(N2 )環境氣體取代該處理室210之內部。較佳地，以100%氮氣體取代該處理室210之內部。藉由該真空泵264從該排氣管262排放該處理室210內之氣體(環境氣體)，以及同時，從該氣體供應管252引進氮氣體至該處理室210之內部(取代)。此時，在200Pa至200,000Pa之範圍內，調節該處理室210內之壓力至一預定值，例如大氣壓。
(改質製程) (步驟210)
接著，將在該微波產生單元220中所產生之微波從該導波管222引進至該處理室210之內部及照射在該晶圓2之表面側上。藉由該微波之照射，加熱在該晶圓2之表面上的氧化鋯膜至100至450℃，例如，400℃，以及改質該氧化鋯膜，亦即，從該氧化鋯膜釋放像C或H之雜質，以及使該氧化鋯膜緻密化，以便將它改質成一穩定絕緣薄膜。此外，該晶圓2之最佳加熱溫度係依在該晶圓2之表面上所形成之薄膜的種類而有所不同。另外，該最佳加熱溫度係依基底、互連結構等而有所不同。
一像一包括氧化鋯膜之高k膜的絕緣體依介電常數而具有不同的微波吸收率。當該介電常數較高時，它容易吸收該微波。依據本發明者之研究，知道如果藉由在該晶圓上照射一高功率微波來處理該晶圓，則加熱及改質一在該晶圓上之絕緣膜。此外，知道該微波所實施之加熱係一依據介電常數(ε)及介質正切(tanδ)之介電加熱。因此，如果該微波同時加熱具有不同物理特性值之材料，則只有一材料容易被加熱，亦即，可選擇性地加熱一具有較高介電常數之材料至一較高溫度。
將描述該高k膜之退火。該高k膜具有比矽(矽是該晶圓之基板材料)高之介電常數(ε)。例如，當矽之相對介電常數(εr )係3.9，一做為該高k膜之HfO膜的相對介電常數(εr )係25及一ZrO膜之相對介電常數(εr )係35。因此，如果在形成有該高k膜之該晶圓上照射該微波，則選擇性地加熱該高k膜至一較高溫度。此外，顯而易見地，以熱傳遞緩和該矽與該高k膜間之溫差。
依據本發明者之研究，該高功率微波之照射提供較大的薄膜改質效果。如果照射該高功率微波，則可快速地增加該高k膜之溫度。然而，如果照射一具有比該高功率微波相對低之功率的微波有一長時間，則在該改質製程期間增加該整個晶圓之溫度。這是因為，如果時間流逝，則該微波介電加熱該矽本身，以及藉由從該高k膜至該矽之熱傳遞增加矽之溫度。認為可以該介電加熱來加熱該絕緣體至一高溫，直到該晶圓之溫度藉由照射該高功率微波而增加達到上限溫度為止。例如，在該HfO膜之情況中，縱使在該改質期間設定該晶圓之溫度至約400℃，進一步增加該基底之溫度。因此，必須藉由冷卻來抑制溫度上升。
因此，在本實施例中，藉由在該微波之照射期間供應冷卻水至該冷卻劑通道231，抑制該晶圓2之溫度上升。較佳地，在一些實施例中，藉由控制該開關閥233及該流速控制裝置234，控制流經該冷卻劑通道231之冷卻水的流速，以便設定該晶圓2之溫度至一預定溫度。依此方式，藉由固定地維持該晶圓2之處理溫度，可在處理複數個晶圓時改善製程結果之再現性。
此外，在該加熱處理製程中，該控制單元300打開該閥253，以從該氣體供應管252引進氮氣體至該處理室210之內部，以及從該排氣管262同時排放在該處理室210內部之氮氣體，同時使用該壓力調節閥263調節該處理室210內之壓力至一預定值(例如，在本實施例中，大氣壓)。以這種方式，在該改質製程中，維持該處理室210之內部在一預定壓力值。在此範例中，以在100W至2,000W之功率(例如，1600W之功率)下具有0.5至300GHz頻率(較佳的是1.0至50GHz，更佳的是5.8至7.0GHz)之微波(例如，5.8GHz微波)實施該加熱處理有5分鐘，以及設定該晶圓2之溫度至400℃及設定該處理室210內之壓力至大氣壓。此外，可以藉由控制被引入該處理室210之氮氣體的流速，實施該晶圓2之冷卻。
在主動使用氮氣體之冷卻效果的情況中，在該基板支撐台上方安裝該氣體供應管252及氣體在該基板與該基板支撐台間流動。以此方式，可以改善該冷卻效果。藉由控制此氣體之流速，可以實施該基板之溫度控制。
此外，雖然在本實施例中使用氮氣體，但是如果在穩定方面沒有製程問題或麻煩，則可藉由加入其它具有高熱傳遞率之氣體(例如，稀釋的氦氣等)來改善該基板之冷卻效果。
以此方式，關於在該晶圓2上所形成之該氧化鋯膜，藉由以振動或旋轉激發構成該氧化鋯膜之偶極，實施像晶體成長、氧缺陷之恢復或所含雜質(有機材料等)之移除的改質。
另外，在一像氧化鋯膜之高k膜的情況中，一可有效地吸收用於加熱之能量的頻帶存在於一微波區域中。這是因為經由極化現象(polarization phenomena)以配向極化(orientation polarization)造成峰值介電分散(peak dielectric dispersion)，極化現象係在該微波施加一現有電場時發生及變成高介電常數之成因，以及因結晶化而使離子極化之共振型峰值(resonance type peak)移位至一比典型紅外線區域低之頻帶。基於上述理由，藉由適當地選擇用於該高k膜之微波的頻率，可有效率地實施該加熱。
例如，因為該配向極化所造成之介電分散的峰值呈現一相對寬的分散，所以一數個GHz微波之使用可選擇性地且相對容易地加熱一像一可輕易地達到它的配向極化之高k膜的材料。此外，當使用一在一所謂毫米波以上之較高微波區域時，可期望藉由該高k膜之離子極化有效率地使用該加熱效果。
另外，當意欲更有效率地加熱該高k膜時，依據下面指導原則可有效地決定一合適頻帶。亦即，事先測量該高k膜之介電鬆馳(dielectric relaxation)的頻率特性。首先，測量在該高k膜之AC電場及電磁場中之介電鬆馳的虛數項。以此方式，獲得該目標高k膜所特有之峰值頻率(peak frequency)。具有等於或大於該峰值頻率之1/2的頻率之微波的使用在本應用中係有效的。
例如，如果假定為具有陡峭分佈之Debye型鬆馳，則該微波之吸收率係在該峰值頻率時之飽和值的大約一半及在該峰值頻率之1/2時的大約1/4。因此，為了有效率的加熱，較佳的是，在一些實施例中使用一具有等於或大於該峰值頻率之1/2的頻率之微波。此外，該高k膜之鬆馳的峰值傾向於隨著溫度上升朝高頻側移位。因此，如果在該加熱期間期望在溫度上升後有一高效率，則有效的是在室溫下選擇一比該峰值頻率高之頻率(較佳地，在室溫下一比該峰值頻率高10倍或更多倍之頻率)。相反地，如果期望在高溫時防止過熱，則有效的是藉由選擇一比該峰值頻率低之頻率，以在溫度上升後降低該加熱效率。此外，雖然上述已描述關於該Debye型鬆馳之假定，但是此指導原則並非侷限於該Debye型鬆馳，以及顯然其它型態之介電鬆馳或共振盪型或振型分散亦是有效的。
如上所述，在藉由引進該微波有一預定時間來實施該改質處理後，停止該微波之引進(微波引進)。
此外，在本實施例中，在沒有在水平方向上旋轉該晶圓2下實施該加熱處理，但是亦可以實施該加熱處理，同時旋轉該晶圓2。
(排出製程) (步驟212)
在完成該改質處理後，使該處理室210內之壓力返回至大氣壓(大氣壓返回)。
(步驟218)
藉由打開該門閥272，使該處理室210與該轉移室彼此相通。藉由該轉移機器人從在該處理室210內之該基板支撐台212排出該已處理的晶圓2至該轉移室270(晶圓排出)。
此外，在本實施例中設定在該改質處理期間之壓力至大氣壓，但是如果在洩壓下實施該改質處理，則藉由引入例如氮氣體至該處理室210中，使該處理室210內之壓力返回至大氣壓，以及然後，排出該晶圓2。此外，藉由安裝一裝載鎖定室(load lock chamber)鄰接該處理室且具有一介於其間之分隔壁，可在不需返回至大氣壓下交換該晶圓及持續處理該等晶圓。另外，當該處理不是在洩壓下時，藉由安裝一裝載鎖定室鄰接該處理室且具有一介於其間之分隔壁，可抑制來自外面之大氣成分或雜質的混入。在那個情況中，在該轉移期間設定該處理室內之壓力比該裝載鎖定室之壓力高係有效的。
此外，在本實施例中，如果該處理環境等於或低於1大氣壓，建議使用一真空泵，來以洩壓維持該處理室210之內部。然而，如果該處理環境高於一大氣壓，則真空泵係不需要的。此外，在該處理前之排氣步驟中，除了使用真空泵的強制排氣之外，還可應用像使用氮氣之沖洗的各種方法。
另外，雖然在本實施例中已描述一用以一次處理一片基板之單晶圓型設備，但是本揭露並非侷限於此。本揭露亦可應用至一用以一次處理複數個基板之批次型設備或一用以一次處理複數個堆疊基板之批次型垂直設備。可以以對一片基板所施加之功率的數量乘晶圓之片數來決定對該批次型設備所施加之微波的功率(亦即，相較於處理一片基板之情況，與晶圓之片數一樣多)。
此外，雖然在本實施例中已描述在該改質處理期間冷卻該晶圓2之範例，但是可以在該改質製程後冷卻該晶圓2。實施該冷卻，以便控制該薄膜之結晶特性。因為當該晶圓溫度下降時，該晶體成長亦在進行中，所以藉由儘可能快速地冷卻來抑制該晶體成長及淬火該晶體成長，可獲得一期望晶體結構。因此，例如，使該晶圓2冷卻至一預定溫度。
在該晶圓2從該處理室210排出(在一垂直設備之情況中，包括晶舟向下(boat down))後，藉由惰性氣體冷卻該晶圓2。另外，當該晶圓2容納於該處理室210中時，可以藉由停止該微波及供應該惰性氣體至該處理室210之內部(較佳地，至該晶圓之後表面)有一預定時間，以冷卻該晶圓2，以及接著，當它變成一預定溫度時，可以排出該晶圓2。
(第二實施例)
將參考第9圖來描述依據本揭露之第二實施例的基板處理設備系統。第9圖係依據本揭露之第二實施例的基板處理設備系統中所包含之改質處理設備的垂直剖面圖。
在該第二實施例中，藉由改變(隨時間改變)在該改質處理設備中之微波產生單元220所產生之微波的頻率來實施該改質製程。因為其它方面係相同於該第一實施例，所以將省略它們的敘述。
當選擇一適用於薄膜之激化的頻率時，如果唯一決定該頻率，則經由與壁表面之干涉而產生一駐波，以及依位置而有不同的局部有效功率。當該頻率具有複數個離散值(例如，2-循環(2-cycle)或3-循環(3-cycle))時，稍微減輕因該駐波所造成之有效功率的偏差。然而，實質上，發生相似問題。同時，當使頻率在某一帶寬內變動及設定一變動頻帶至一可使一目標極化膜之偶極回應之頻帶時，如果該極化膜之共振頻率在一相對寬頻帶中具有一緩和分佈(gentle distribution)，則該目標極化膜在一具有不同駐波之位置的寬頻帶中吸收該微波之能量。因此，大大地減輕該有效功率之位置相依性及因該位置相依性所造成之該改質效果的偏差。
此外，當改變該微波之頻率時，在一些實施例中以該變動頻帶之一代表頻率的波長較佳地獲得從該基板支撐台212至該晶圓2之高度。例如，當改變該微波之頻率至5.8-7.0GHz時，根據6.4GHz代表頻率之46mm波長，設定該代表頻率為該變動頻帶之中心頻率及設定從該基板支撐台212至該晶圓2之高度至115mm。
(第三實施例)
將參考第10圖來描述依據本揭露之第三實施例的基板處理設備系統。第10圖係依據本揭露之第三實施例的基板處理設備系統中所包含之改質處理設備的垂直剖面圖。
在該第三實施例中，在該改質處理設備中提供一可修改基板與處理室之內壁間的相對位置關係之機構。因為其它方面係相同於該第一實施例或該第二實施例，所以將省略它們的敘述。
當選擇一適用於薄膜之激化的頻率時，如果唯一決定該頻率，則因與壁表面之干涉效應而產生一駐波，以及依位置而有不同的局部有效功率。當一可使一目標極化膜回應之共振頻率具有一陡峭分佈時，此效應係顯著的，以及會有下面情況：縱使改變該微波之頻率，仍無法獲得充分效應。要解決此問題，在本實施例中，提供一可修改晶圓與內壁間之相對位置關係的機構。
此外，每當從該導波管開口222所發射之微波在該處理室210之壁表面上反射時，使能量衰減。在處理該基板之情況中，可藉由在該基板上照射一高能量微波，快速地加熱該基板。在本發明者之研究中，相較於在反射波支配之狀態中處理該晶圓，在該晶圓上直接照射該微波之情況顯示較高的基板改質效果。
然而，在該晶圓上直接照射該微波之情況，該導波管開口之大小比該晶圓之面積小。此外，在該微波從該微波管開口發射後該微波未被展開。因此，不易使在該晶圓之表面上所照射之微波的能量均勻。此外，縱使在該晶圓上直接照射該微波，仍並非所有能量被吸收至該晶圓中，而是該能量之一部分從該晶圓表面反射或該能量之一部分通過該晶圓。此反射的微波在該處理室內產生一駐波。如果在該處理室內產生該駐波，則妥善地加熱該晶圓表面之一部分，以及沒有妥善地加熱該晶圓表面之另一部分。此造成該晶圓之不均勻加熱及降低該薄膜品質之晶圓面內均勻性。
因此，在本實施例中，在該處理室210之上壁中提供該導波管開口222，以及設定該導波管開口222與該基板支撐銷213所支撐之該晶圓2的表面間之距離成比該供應微波之一個波長短。在本實施例中，設定所使用之微波的頻率至5.8GHz，以及設定該微波之波長成比51.7mm短。認為在從該導波管開口起之一個波長距離範圍內，由該導波管開口所發射之直接微波支配。在上述情況中，因為由該導波管開口222所發射之直接微波支配，所以可減少在該處理室內之駐波的影響。因此，可快速地加熱靠近該導波管開口222之晶圓。
然而，此方法單獨降低該晶圓面內均勻性，因為只加熱鄰近該導波管開口222之晶圓2的一部分。
因此，在本實施例中，該導波管開口222面向該基板支撐銷213所支撐之晶圓2的表面，但是該導波管222之中心位置偏離該基板支撐銷213所支撐之晶圓2的中心位置。在此範例中，該晶圓2之直徑係300mm，以及從該導波管開口222之中心位置至該晶圓2之中心位置的距離為90mm。另外，稍後描述以一旋轉驅動單元332來旋轉該晶圓3及以從該導波管開口222所照射之微波掃描該晶圓表面。因此，可更均勻地加熱該晶圓。
以一由像不銹鋼(SUS)之金屬所製成之旋轉軸331支撐該基板支撐台212，以及以該旋轉驅動單元332在水平方向上旋轉該旋轉軸331。因此，可該藉由該旋轉驅動單元332在水平方向上旋轉該旋轉軸331、該基板支撐台212及該晶圓2。該旋轉驅動單元332電連接至該控制單元300及以該控制單元300來控制該旋轉驅動單元332。
當該晶圓靠近導波管開口222時，微波快速地加熱該晶圓表面，但是當該晶圓遠離該導波管開口222時，很難加熱該晶圓表面，所以該晶圓溫度降低了。依此方式，旋轉該晶圓2可抑制該整個晶圓之溫度上升。更佳地，在一些實施例中，藉由在該微波之照射期間冷卻該晶圓2，抑制該晶圓2之溫度上升。要冷卻該晶圓2，例如，增加通過該處理室210之內部的氮氣體量，或者在該基板支撐台212中安裝一用以使冷卻劑循環之冷卻劑通道。
在第10圖中，該導波管開口222偏離該晶圓2之中心位置。然而，在第11A圖中，該導波管開口222可以安裝在面向該晶圓2之中心位置的位置上，以及該旋轉軸331可以安裝在與該基板支撐台212之中心位置隔開之位置上。
在另一情況中，像在第11B圖中，該導波管開口222可以設置在面向該基板支撐台212之中心位置的位置上及該晶圓2可以放置在該基板支撐台之末端位置上，以致於該晶圓2之中心位置與該基板支撐台212之中心位置沒有彼此對準。
在第11A及11B圖之構成中，如第11C圖所示，藉由旋轉該晶圓2，該導波管開口222可以變成偏離該晶圓2之旋轉中心。
(第四實施例)
將參考第12A圖、第12B圖及第12C圖來描述依據本揭露之第四實施例的基板處理設備系統。第12A圖、第12B圖及第12C圖係依據本揭露之第四實施例的基板處理設備系統中所包含之改質處理設備的垂直剖面圖。
該第三實施例揭露本發明藉由提供可修改該基板與該處理室之內壁間之相對位置關係的機構，減少因該駐波在該處理室內之產生所造成之該微波在該基板表面上之激化位置相依性。同時，該第四實施例藉由在該改質處理設備之處理室內安裝一反射機構(擴散機構)來反射及擴散在該處理室中之微波，以減少該微波在該基板表面上之激化位置相依性。因為其它態樣係相同於該第三實施例，所以將省略它們的詳細敘述。
在第12A圖中，該反射機構包括一旋轉機構411及一可移動的反射板(可移動的擴散板)421。例如，在該處理室210之上部的該處理容器218之鄰近側壁的上壁上或在該處理容器218之上壁與側壁間之界面上安裝一具有該旋轉機構411之可移動的反射板421。如果在該處理室210內產生一駐波，則存在具有最大振幅之熱點及具有零振幅之冷點，所以很難在該晶圓2之表面上有均勻激化。然而，藉由安裝該旋轉機構，在該處理室210中反射及擴散該微波，所以可減少該位置相依性。此外，可藉由以該旋轉機構411旋轉該反射機構，進一步改善該微波之擴散效應。
另外，像在第12B圖中，可以在該處理室210之上部中的該處理容器218之上壁的偏離該晶圓2之中心位置的位置上安裝具有一旋轉機構412及一可移動的反射板(可移動的擴散板)422之反射機構。當以此方式在該導波管221與該晶圓2間安裝該可移動的反射板422時，可藉由在該處理室10中反射及擴散該微波，減少該位置相依性。此外，可藉由以該旋轉機構411旋轉該反射機構，進一步改善該微波之擴散效果。
此外，如第12C圖所示，可以在該處理室210之上部中的該處理容器218之上壁的對應於該晶圓2之中心位置的位置上安裝具有一旋轉機構413及一可移動的反射板(可移動的擴散板)423之反射機構。當以此方式在該導波管221與該晶圓2間安裝該可移動的反射板422時，可藉由在該處理室210中反射及擴散該微波，減少該位置相依性。此外，可藉由以該旋轉機構413旋轉該反射機構，進一步改善該微波之擴散效果。
另外，只要可藉由在該處理室10中反射及擴散該微波來減少該微波之激化位置相依性，便亦可應用第12A、12B及12C圖以外之構成。
做為該等可移動的反射板421、422及423之材料，一具有低電阻之金屬係適合的，例如，可以使用銅、SUS及鋁。
(第五實施例)
將參考第13圖來描述依據本揭露之第五實施例的基板處理設備系統。該第五實施例之構成可應用至該第一及第二實施例。在本實施例中，該基板處理設備系統具有一批次型垂直設備做為一改質處理設備。一薄膜形成處理設備係相似於該第一及第二實施例之薄膜形成處理設備。此外，改質處理製程係相似於該第一至第五實施例之改質處理製程。在本揭露之改質處理設備中，處理爐之結構係不同於該薄膜形成處理設備之處理爐的結構，但是其它方面係相似的。因此，將省略它們的敘述。
將參考第13圖來描述本實施例之處理爐635的結構。該處理爐635具有一防護罩(shield)636。該防護罩636係由一能有效防止電磁波洩漏至外面之導電材料所製成。例如，這樣的導電材料可以是銅、鋁、不鏽鋼、鉑、銀等。然而，用以形成該防護罩636之材料並非侷限於該導電材料。該防護罩636可以由一多層防護罩材料所製成。例如，藉由在由導電材料所製成之基板的內表面上形成一用以反射電磁波之反射表面及一用以吸收電磁波之吸收層，可以構成該多層防護罩材料。
該防護罩636係形成為一端開放及另一端封閉的圓柱形形狀。垂直地配置該防護罩636，以便中心線係垂直的，以及因而，被固定地支撐。該防護罩636之圓柱形中空部形成一用以容納複數個晶圓2之處理室637，以及設定該防護罩636之內徑大於該等待處理晶圓2之最大外徑。
在該防護罩636之下端部，安裝一爐口凸緣638。該爐口凸緣638形成該處理爐635之爐口639。在以一子外殼624支撐該爐口凸緣638之狀態中，垂直地安裝該防護罩636。
如第13圖所述，在該處理爐635下方安裝一晶舟升降機630。一在該晶舟升降機630之臂631上所支撐之密封蓋632關閉該爐口639。亦即，該密封蓋632係以具有幾乎等於該爐口凸緣638之外徑的直徑之碟狀所形成，以及以該升降機630向上移動該密封蓋632，以氣密地密封該爐口639。一排氣管640之一端連接至該防護罩636之下端側壁，以及該排氣管640之另一端連接至一排氣裝置(未顯示)。該排氣裝置經由該排氣管640排放該處理室637。
一用以供應氣體至該處理室637之氣體供應管641的一端連接至一與該防護罩636之排氣管640不同的位置。
在該密封蓋632上，豎立及支撐一用以支撐該等晶圓2之晶舟(基板支撐單元，基板支撐構件)642。該晶舟642保持複數個晶圓2及被裝載至該處理室637(晶舟裝填)或從該處理室637卸載(晶舟排出)。使用一像石英之絕緣體來製造該晶舟642。該晶舟642具有一對端板643及644以及3個保持支柱645。該3個保持支柱645在垂直方向上交叉結合該兩個端板643及644。在該3個保持支柱645上，以等間隔垂直地配置複數個保持凹槽646，以及同階之保持凹槽646構成相同平面。亦即，該晶舟642使用同階之保持凹槽646來保持該晶圓2之外周圍，以便在使它們的中心對準下保持該複數個晶圓2。在該晶舟642之下部，配置複數個隔熱板647。該等隔熱板647抑制來自該處理室637之熱輻射。
在該密封蓋632之下中心上，安裝一旋轉致動器648。該旋轉致動器648之旋轉軸649支撐該晶舟642。亦即，該旋轉致動器648以該旋轉軸649旋轉該晶舟642。在該防護罩636之外面，水平地配置一基部651，以及在該基部651上以與該防護罩636同中心構成方式安裝一外殼652。該外殼652係以一圓柱形狀或一多邊圓柱形狀所形成且其上端係封閉的，以及該外殼652大於該防護罩636。該外殼652圍住該防護罩636之外面，以防止電磁波之洩漏，藉此保護該防護罩636及同時保護周圍環境。此外，可以省略該外殼652。
在該防護罩636之側壁上鑽出一電磁波引入埠653。一用以供應電磁波至該處理室637中之導波管654的一端連接至該電磁波引入埠653。該導波管654之另一端連接至一微波產生單元(電磁波源)655，該微波產生單元655做為一用以供應電磁波至該處理室637中及加熱它之加熱源。該微波產生單元655供應一為電磁波之微波(包括毫米波)。該微波產生單元655供應0.5至300GHz之電磁波至該導波管654。
一控制器300連接至該微波產生單元655。一做為用以測量在該處理室637內之上部的溫度之上溫度計的上熱電偶657、及一做為用以測量在該處理室637內之下部的溫度之下溫度計的下熱電偶658連接至該控制器300。為了監控上溫度，在該晶舟642之最上階中所設置之一晶圓2A(稱為一上監控晶圓)上配置一做為該上熱電偶657之偵測元件的熱接點657a，以及為了監控下溫度，在該晶舟642之最下階中所設置之一晶圓2B(稱為一下監控晶圓)上配置一做為該下熱電偶658之偵測元件的熱接點658a。因此，該上熱電偶657測量該上監控晶圓2A之溫度及傳送它至該控制器300，以及該下熱電偶658測量該下監控晶圓2B之溫度及傳送它至該控制器300。
製造該上監控晶圓2A及該下監控晶圓2B，以便熱特性(特別地，溫度特性)變成等於待熱處理之晶圓(以下，在一些情況中，係指產品晶圓)。該上監控晶圓2A及該下監控晶圓2B可以使用要成為廢棄不用物品之產品晶圓2。
在該晶舟642之上監控晶圓2A與下監控晶圓2B間配置複數個產品晶圓2。
較佳的是，在一些實施例中，所配置之產品晶圓2的數目為20至30。這是因為當從單一電磁波引入埠653引進該微波時，它對應於電波之擴散，以及該微波與該產品晶圓2之邊緣間之距離約為150cm。較佳地，在一些實施例中，該等產品晶圓2之數目為25。這是因為它對應於該晶舟642之接受數目及匹配該晶圓轉移機構。
在該防護罩636之內周圍的下部，同心地安裝一用以加熱該下部之輔助加熱器659，且將該輔助加熱器659安裝在該下監控晶圓2B的附近。該輔助加熱器659係由一電阻加熱元件等所製成及連接至一由該控制器300所控制之電源660。該控制器300控制該微波產生單元655及該電源660，以便藉由根據該上熱電耦657之測得的溫度回授控制該微波產生單元655及根據該下熱電耦658之測得的溫度回授控制該輔助加熱器659，使該上熱電耦657之溫度及該下熱電耦658之溫度變成彼此相等。
接下來，將描述一使用一關於本構成之批次型改質處理設備的改質操作。第14圖係該批次型改質處理設備所實施之改質操作(S30)的流程圖。
(基板裝填製程) (步驟302)
如第13及15圖所示，在該晶舟642之最上階及最下階分別配置具有相同於待熱處理之產品晶圓2的熱特性之該上監控晶圓2A及該下監控晶圓2B。如果將一預定數目之晶圓2轉移至該晶舟642，則如第14圖所示(晶圓裝填)，該晶舟升降機630向上移動該晶舟642及將它裝載至該處理爐635之處理室637中(晶舟裝載)。此外，該等產品晶圓2間之間隔等於或大於該照射電磁波(微波或毫米波)之波長的一半。亦即，如果該電磁波之頻率為10GHz，則該等產品晶圓2間之間隔為15cm或更大；如果為6GHz，則間隔為2.5cm或更大；以及如果為3GHz，則間隔為5cm或更大。
(步驟304)
如果該晶舟642到達上限，則該密封蓋632關閉該爐口639及因而，氣密地關閉該處理室637。如果被氣密地關閉，則該排氣管640排放該處理室637(壓力調節)。
(步驟306)
該旋轉致動器648旋轉該晶舟642。此時，從該氣體供應管641供應像氮氣體之惰性氣體(置換)。在200Pa至200,000Pa之範圍內調節在該處理室637內之壓力至一預定值(例如，大氣壓)。
(改質製程) (步驟308)
該微波產生單元655增加該晶圓2之溫度至100至450℃(例如，400℃)。亦即，該微波產生單元655經由該導波管654供應該微波或毫米波至該處理室637之內部。因為被供應至該處理室637中之微波係入射在該晶圓2上及有效率地被吸收，所以非常有效地增加該晶圓2之溫度。此外，被供應至該處理室637中之微波的功率相當於晶圓之片數乘以對單一晶片所供應之功率。
此時，該上熱電偶657及該下熱電偶658分別測量該上監控晶圓2A之溫度及該下監控晶圓2B之溫度，以及傳送該等測得的溫度至該控制器300。該控制器300控制該微波產生單元655及該電源660，以便藉由根據該上熱電耦657之測得的溫度回授控制該微波產生單元655及根據該下熱電耦658之測得的溫度回授控制該輔助加熱器659，使該上熱電耦657之溫度及該下熱電耦658之溫度變成彼此相等。如果一預設處理時間消逝，則停止該晶舟642之旋轉、該氣體之供應、該微波之供應及該排氣管640之排放(微波引入)。
(排出製程) (步驟310)
在完成該改質製程後，使該處理室210內之壓力返回至大氣壓(大氣壓返回)。
(步驟312)
之後，該晶舟升降機630向下移動該密封蓋632，以打開該爐口639及同時從該爐口639卸載該晶舟642至該處理室之外面(晶舟卸載)(晶圓排出)。
藉由重複上述操作，以批次方式處理該複數個晶圓2。
雖然上面已描述提供該單一電源及沒有安裝分配器(distributor)，但是如第16圖所示，可以安裝一固定分配器，以分配該微波給每一晶圓2。
此外，可以安裝複數個電源。例如，如第17圖所示，可以針對每一晶圓安裝複數個電源。在此情況中，在該等個別晶圓間安裝導波管。
像本實施例，相較於一個接一個處理該等晶圓之情況，藉由以批次方式處理複數個晶圓，可顯著地改善生產量。
另外，在該單晶圓型設備中，當相對於該晶圓表面垂直地照射微波時，存在從該晶圓反射之成分。同時，藉由像該垂直型設備水平地照射該微波，可抑制在垂直地照射該微波時從相鄰該導波管之最上晶圓反射。
(第六實施例)
將參考第18圖來描述依據本揭露之第六實施例的基板處理系統。該第六實施例之構成可應用至該第一至第五實施例。在本實施例中，該基板處理設備系統包括一冷卻處理設備，做為一用以冷卻已處理的基板之冷卻機構，該冷卻處理設備係個別的且不同於該改質處理設備。將從該改質處理設備排出之基板裝載至該冷卻處理設備及以該冷卻處理設備來冷卻。薄膜形成處理設備及改質處理設備係相似於該第一至第五實施例的薄膜形成處理設備及改質處理設備。
如第18圖所示，該基板處理設備系統包括一裝載鎖定室510、一轉移室520、一改質處理室(對應於與該第一至第四實施例相關之改質處理室的處理室)530及一具有一冷卻機構之冷卻處理室(冷卻室)540。藉由轉移機器人522將該基板從該裝載鎖定室510經由該轉移室530裝載至該改質處理室530，以及在該基板上實施該改質製程。在該改質處理後，藉由該轉移機器人522將該基板從該改質處理室530經由該轉移室520裝載至該冷卻處理室540。在該冷卻處理室540內快速地冷卻該基板。實施該快速冷卻，以控制該薄膜之結晶特性。因為當該基板溫度下降時，晶體成長亦在進行中，所以可藉由儘可能快速地冷卻來抑制該晶體成長及淬火該晶體成長，可獲得一期望的晶體結構。因此，例如，在該冷卻處理設備540內冷卻該基板，直到該基板之溫度變成100℃或更低為止。此外，以一未顯示之控制器來控制該轉移機器人522所實施之該基板的轉移、該基板之加熱、及該基板之冷卻。
另外，雖然在該冷卻處理設備540內冷卻該基板，但是可藉由在該改質處理室中實施其它基板之改質處理來改善生產量。
(第七實施例)
接下來，將描述依據第七實施例之基板處理設備系統的改質處理設備所實施之改質操作。在該第七實施例中之改質處理設備係相似於該第一實施例之改質處理設備。
第19圖係該改質設備200所實施之改質操作的流程圖。
(裝填製程) (步驟202)
藉由打開門閥262，使處理室216與轉移室270彼此相通。藉由轉移機器人274將一上面形成有一TiN膜及一ZrO2 膜之目標晶圓2從該轉移室270之內部裝填至該處理室216之內部，以致於轉移臂274a支撐該目標晶圓2(晶圓裝填)。
(步驟204)
將裝載至該處理室216中之該晶圓2放置在該支柱232之安置凹槽234中及以該晶舟230來保持。如果使該轉移機器人274之轉移臂274a從該處理室216之內部返回至該轉移室270之內部，則關閉該門閘262(晶圓安置)。
(步驟206)
藉由真空泵(未顯示)排空該處理室216之內部，以便將它設定至一期望壓力(真空度)。此時，藉由壓力感測器(未顯示)測量在該處理室216內之壓力，以及根據該測得的壓力來回授控制閥V2(壓力調節)。
(步驟208)
藉由打開該閥V2，從排氣單元242排放該處理室216內之氣體(環境氣體)，以及同時，藉由打開閥V1，將做為引入氣體之氮從氣體引入單元240引入該處理室216之內部。在以氮環境氣體取代該處理室216之內部後，藉由關閉該等閥V1及V2，停止氣體之排放及引入(置換)。
(改質製程) (步驟210)
藉由打開該閥V1，使氧氣體經由該氣體引入單元240流入該處理室216之內部。將氧氣體供應至該處理室216中及從該排氣單元242排放(氧供應)。
做為該改質氣體，除了氧之外，還可以使用臭氧、水(水蒸汽、H2 O等)等。
(步驟212)
藉由使用該電磁波產生單元220產生電磁波，將該電磁波從該導波管224引入該處理室216中。此外，藉由供應冷卻水至冷卻板254，抑制壁表面252之溫度上升。
在引入該電磁波有一預定時間後，停止該電磁波之引入(微波引入)。
如果溫度偵測器226偵測該晶圓2之溫度高於一預定溫度，則該控制器300打開該等閥V1及V2，以將氮氣體從該氣體引入單元240引入該處理室216及同時從該排氣單元242排放該處理室216內之氮氣體。依此方式，冷卻該晶圓2，以便將它設定至該預定溫度。
此時，藉由適當地調整該閥V2，設定該處理室216內之壓力至例如100至100,000Pa之範圍，例如，5?04Pa。
設定氧氣體之供應流速至0.1至10slm之範圍，例如，3slm。
設定晶圓2暴露至氧氣體之時間，亦即，氣體供應時間(照射時間)至10至300秒之範圍，例如，180秒。
設定該晶圓2之溫度至100至500℃之範圍，例如250℃。
依此方式，關於在該晶圓2上所形成之ZrO2 膜，藉由以振動或旋轉激發構成該ZrO2 膜之偶極，達成像晶體成長、氧缺陷之恢復或所含雜質之移除的改質。
此外，在該改質製程中，可以供應氨(NH3 )氣體及氧氣體。因此，如果在金屬薄膜形成製程中所形成之TiN膜中存有自由的鈦，則可以氮化該鈦。
(卸載製程) (步驟214)
在該改質處理後，從該氣體引入單元240引入做為沖洗氣體之氮氣體。因此，從該處理室216移除在該處理室216內所殘留之像氧氣體的氣體(沖洗)。
(步驟216)
使以氮氣體取代內部環境氣體之該處理室80的內部返回至正常壓力(大氣壓返回)。
(步驟218)
藉由打開該門閥262，使該處理室216與該轉移室270彼此相通。藉由該轉移機器人274將該已處理的晶圓2從該處理室216內之晶舟230卸載至該轉移室270(晶圓排出)。
依據本揭露，以像微波(包括毫米波)之電磁波相對於形成有一具有高介電常數之絕緣薄膜或一極化薄膜之基板供應能量，可實施晶粒成長(crystal particle growth)或結晶配向改善(crystalline orientation improvement)(所謂的改質處理)。
此外，依據本揭露，藉由從一使該薄膜之極化偶極回應或使它振動或旋轉之帶寬選擇在該基板上所照射之微波的波長，可有效率地實施該薄膜之改質處理。
另外，依據本揭露，藉由控制溫度下降曲線，有助於該結晶特性之控制。
此外，依據本揭露，藉由指定該基板與該薄膜之相對膜厚或相對位置，可有效地實施該薄膜之改質處理，同時抑制溫度上升。
另外，依據本揭露，可抑制因該微波反射產生之駐波所引起之局部微波功率的差異造成該薄膜改質效果之面內不均勻分佈的發生。
此外，依據本揭露，可有效地轉移該微波功率至待改質之薄膜。
另外，依據本揭露，在一由極性分子所製成之薄膜上照射微波，以激發在該薄膜中之極性分子，藉此實施像該薄膜之結晶特性的改善、薄膜密度之改善、以及反應氣體所造成之氧化及氮化的薄膜改質。
此外，本揭露並非侷限於該第一至第七實施例，以及可以在不脫離本發明之範圍內實施各種修改。
例如，雖然上面已描述在該改質製程中照射該微波時將氮氣體供應該處理室中之範例，但是可以加入微量之氧氣體來取代氮氣體。氧氣體之加入可支援該高k膜之氧化。
此外，雖然在上述實施例中已描述形成一做為為極化薄膜之絕緣膜的氧化鋯膜的範例，但是本揭露並非侷限於此。本揭露可應用至一具有8或更大之介電常數且包括20atom%或更多之矽(Si)、鋁(Al)、鉿(Hf)、鍶(Sr)、Zr及Ti中之任何一者的化合物或一包括它們之疊層膜。
例如，本揭露可應用至一氧化鉿膜(HfO2 膜)、一氧化鈦膜(TiO2 膜)、一氧化鋯鋁膜(ZrAlO膜)、一氧化鉿鋁膜(HfAlO膜)、一氧化鍶鈦膜(SrTiO膜)等。
另外，該待處理基板並非侷限於在LSI、CMOS等中所使用之半導體晶圓，以及它可以是在LED等中所使用之基板。
此外，當實施該薄膜之改質處理時，可藉由以微波加熱及照射有效地實施該薄膜之改質處理。
另外，當在晶體離子極化(crystal ion polarization)中主動使用加熱時，可以使用在一微波區域中之約30至300GHz之毫米波。’
此外，該高k膜亦可以使用於電容器中。在此情況中，可以進一步使用疊層結構之下金屬電極或上金屬電極。如果針對金屬使用數個GHz之微波，則可能發生電弧(arcing)，而損壞電容器結構。然而，在數十個GHz之微波的情況中，發生電弧之可能性較小。因此，在該電容器應用之情況中，較佳的是在一些實施例中使用例如10至40GHz之微波。
<本揭露之態樣>
以下，將另外陳述本揭露之較佳態樣。
本揭露之第一態樣可以提供一種半導體裝置製造方法及一種使用該半導體裝置製造方法所製造之半導體裝置，該方法藉由以微波之能量供應激發極化材料，實施像薄膜之結晶特性的改善、薄膜密度之改善、以及反應氣體所引起之氧化及氮化的薄膜改質。
依據本揭露之第二態樣，一極化薄膜係一具有8或更大之介電常數且包括20atom%或更多之Si、Al、Zr、Hf、Ti及Sr中之任何一者的化合物或一包括該化合物之疊層膜。
依據本揭露之第三態樣，設定所使用之微波的波長包括使一用以形成目標極化薄膜之材料的偶極反應之共振頻率帶。
依據本揭露之第四態樣，在該改質期間，實施加熱及冷卻中之至少一者，同時照射一微波。
依據本揭露之第五態樣，除了絕緣體之外，在一基板上完全或部分形成至少一絕緣薄膜，以及一目標物件符合該絕緣薄膜相對於該基板之膜厚係1/100或更小的條件，及該絕緣體相對於該目標物件之體積係1/100或更小之條件中之至少一者。
依據本揭露之第六態樣，需要一包括一微波產生機構之基板處理設備，激化在本揭露之第一至第五態樣中所述之半導體裝置製造方法中所使用之目標薄膜。
依據本揭露之第七態樣，為了控制在處理期間形成一薄膜之該基板的溫度，該基板處理設備包括在一處理室中之加熱機構或冷卻機構的之至少一者，或者在一處理室中之溫度控制機構或者在個別室中用以控制在處理後之溫度下降曲線的4種冷卻機構。
本揭露之第八態樣提供一種用於薄膜改質之製造設備，該製造設備在一基板與一處理室間移動一相對位置有至少1/4波長或更大，或者藉由在該處理室內安裝一移動的反射及擴散板來攪動微波，以便解決因在處理室內之駐波的產生所造成之微波激化的基板內位置相依性。
依據本揭露之第九態樣，藉由確保該微波之波長的一半或更大之距離，在該處理室內並列安裝複數個基板，以及藉由一在該基板之橫向所安裝之導波管將該微波引進至該一基板表面上。
依據本揭露之第十態樣，微波之波長具有0.5至300GHz(較佳地，1GHz至50GHz)中之至少一頻率。
本揭露之第十一態樣提供一種半導體裝置製造方法，其包括：裝載一基板至一處理室中，在該基板上形成有一高k膜；藉由以一微波在該基板上之照射加熱該高k膜，實施一改質處理；以及從該處理室卸載該基板。
依據本揭露之第十二態樣，該高k膜係一具有8或更大之介電常數且包括20atom%或更大之Si、Al、Zr、Hf、Ti及Sr中之任何一者的化合物、或一包括該化合物之疊層膜。
依據本揭露之第十三態樣，從一使構成分子之偶極回應之頻帶選擇該微波之頻率。
依據本揭露之第十四態樣，根據該高k膜之介質鬆馳的頻率特性選擇該微波之頻率。
依據本揭露之第十五態樣，從0.5GHz至300GHz之頻帶選擇該微波之頻率。
依據本揭露之第十六態樣，當改質該高k膜時，冷卻或加熱該基板，同時在該基板上照射該微波。
本揭露之第十七態樣提供一種基板處理設備，其包括：一處理室；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；以及一導波管，其建構成用以供應在該微波產生裝置中所產生之該微波至該處理室，其中控制該微波產生裝置，從該導波管供應該微波至該處理室，該處理室容納一形成有一高k膜之基板。
依據本揭露之第十八態樣，該基板處理設備包括：一基板支撐單元，其支撐該基板及具有一基板旋轉機構；以及一控制單元，其控制該微波產生裝置及該基板旋轉機構，以便該導波管之中心位置與在該處理室中所容納之該基板的中心位置間之相對距離隔開有微波之1/4波長以上，同時供應微波至該處理室。
依據本揭露之第十九態樣，在該處理室內提供一具有一建構成用以反射微波之反射板的反射機構及一建構成用以旋轉該反射機構之反射板旋轉機構，以及該控制單元控制該微波產生裝置及該反射機構，以供應一微波至該處理室、旋轉該反射板、及在該處理室內擴散該微波。
本揭露之第二十態樣提供一種基板處理設備，其包括：一反應管或一反應容器，其建構成用以容納複數個基板，在該等基板中形成有一包含極化材料之薄膜；一基板支撐構件，其建構成用以支撐在該反應管或該反應容器中所堆疊之該等基板；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；以及一導波管，其建構成用以供應在該微波產生裝置中所產生之該微波至該反應管或該反應容器，其中在該基板支撐構件中堆疊該等基板，以致於在該等個別基板之上表面上形成具有被供應至該反應管之該微波的波長之一半以上的高度之空間，以及在該反應管之側壁上安裝該導波管。
依據在一些實施例中之本揭露，可提供一種半導體裝置製造方法及一種基板處理設備，其相對於一上面形成有一具有高介電常數之絕緣薄膜的基板實施晶粒成長或結晶配向改善(所謂的改質處理)。
雖然已描述某些實施例，但是這些實施例僅以範例來呈現，以及沒有意欲限定該等揭露之範圍。事實上，可以以各種其它形式來具體化在此所述之新方法及設備；再者，在不脫離該等揭露之精神範圍內可以對在此所述之實施例的形式實施各種刪除、替代及變更。所附申請專利範圍及它們的均等物意欲涵蓋落在該等揭露之範圍及精神內之形式或修改。
2．．．晶圓
2A．．．晶圓
2B．．．晶圓
4．．．匣盒
10．．．薄膜形成處理設備
12．．．外殼
12a．．．前壁
18．．．前維修開口
20．．．前維修門
22．．．匣盒裝填/排出開口
24．．．前遮蓋
26．．．匣盒載物台
28．．．匣盒架
30．．．轉移架
32．．．預備匣盒架
34．．．匣盒載具裝置
34a．．．匣盒升降機
34b．．．匣盒運送機構
36．．．晶圓轉移機構
36a．．．晶圓轉移裝置
36b．．．晶圓轉移裝置升降機
36c．．．鑷子
38．．．晶舟
40．．．處理爐
42．．．爐口遮蓋
44．．．晶舟升降機
46．．．臂
48．．．密封蓋
50a．．．第一淨化單元
50b．．．第二淨化單元
72．．．加熱器
74．．．反應管
76．．．O型環
80．．．處理室
82．．．旋轉機構
84．．．旋轉軸
86．．．石英蓋
90．．．排氣管
92．．．壓力感測器
94．．．自動壓力控制閥、APC閥
96．．．真空泵
98．．．溫度感測器
100a．．．噴嘴
100b．．．噴嘴
100c．．．噴嘴
100d．．．噴嘴
102a．．．氣體供應管
102b．．．氣體供應管
102c．．．氣體供應管
102d．．．氣體供應管
104a．．．質量流動控制器(MFC)
104b．．．MFC
104c．．．MFC
104d．．．MFC
106a．．．汽化器
106c．．．汽化器
106d．．．汽化器
108a．．．閥
108b．．．閥
108c．．．閥
108d．．．閥
110a．．．彎曲管線
110c．．．彎曲管線
110d．．．彎曲管線
118a．．．閥
118c．．．閥
118d．．．閥
122a．．．惰性氣體供應管
122b．．．惰性氣體供應管
122c．．．惰性氣體供應管
122d．．．惰性氣體供應管
124a．．．MFC
124b．．．MFC
124c．．．MFC
124d．．．MFC
128a．．．閥
128b．．．閥
128c．．．閥
128d．．．閥
130a．．．氣體供應孔
130b．．．氣體供應孔
130c．．．氣體供應孔
130d．．．氣體供應孔
132．．．臭氧產生器
134d．．．閥
200．．．改質處理設備
210．．．處理室(改質室)
212．．．導電基板支撐台
213．．．基板支撐銷
214．．．溫度偵測器
216．．．處理室
218．．．處理容器
220．．．微波產生單元
221．．．導波管
222．．．導波管開口
226．．．溫度偵測器
230．．．晶舟
231．．．冷卻劑通道
232．．．冷卻劑供應管
232．．．支柱
233．．．開關閥
234．．．流速控制裝置
234．．．安置凹槽
235．．．冷卻劑源
236．．．冷卻劑排放管
240．．．氣體引入單元
242．．．排氣單元
252．．．氣體供應管
252．．．壁表面
253．．．閥
254．．．流速控制裝置
254．．．冷卻板
255．．．氣體供應源
262．．．排氣管
262．．．門閥
263．．．壓力調節閥
264．．．真空泵
270．．．轉移室
271．．．晶圓轉移開口
272．．．門閥
273．．．門閥驅動單元
274．．．轉移機器人
274a．．．轉移臂
300．．．控制器
331．．．旋轉軸
332．．．旋轉驅動單元
411．．．旋轉機構
412．．．旋轉機構
413．．．旋轉機構
421．．．可移動的反射板
422．．．可移動的反射板
423．．．可移動的反射板
510．．．裝載鎖定室
520．．．轉移室
522．．．轉移機器人
530．．．改質處理室
540．．．冷卻處理室
624．．．子外殼
630．．．晶舟升降機
631．．．臂
632．．．密封蓋
635．．．處理爐
636．．．防護罩
637．．．處理室
638．．．爐口凸緣
639．．．爐口
640．．．排氣管
641．．．氣體供應管
642．．．晶舟
643．．．端板
644．．．端板
645．．．保持支柱
646．．．保持凹槽
647．．．隔熱板
648．．．旋轉致動器
649．．．旋轉軸
651．．．基部
652．．．外殼
653．．．電磁波引入埠
654．．．導波管
655．．．微波產生單元
657．．．上熱電偶
657a．．．熱接點
658．．．下熱電偶
658a．．．熱接點
659．．．輔助加熱器
660．．．電源
V1．．．閥
V2．．．閥
第1圖係依據本揭露之第一實施例的薄膜形成處理設備之立體圖。
第2圖係依據本揭露之第一實施例的處理爐及其周圍結構之示意圖。
第3圖係沿著第2圖之線A-A所取得之剖面圖。
第4圖係依據本揭露之第一實施例的改質處理設備之垂直剖面圖。
第5圖係描述微波功率與基板溫度間之相互關係的一範例之圖表。
第6圖係依據本揭露之第一實施例的薄膜形成處理設備之薄膜形成操作的流程圖。
第7圖係描述在一薄膜形成操作中之氣體供應時序的圖表。
第8圖係依據本揭露之第一實施例的改質處理設備之改質操作的流程圖。
第9圖係依據本揭露之第二實施例的改質處理設備之垂直剖面圖。
第10圖係依據本揭露之第三實施例的改質處理設備之垂直剖面圖。
第11A圖、第11B圖及第11C圖係說明依據本揭露之第三實施例的改質處理設備之另一範例的示意圖。
第12A圖、第12B圖及第12C圖係說明依據本揭露之第四實施例的改質處理設備之一範例的示意圖。
第13圖係說明依據本揭露之第五實施例的改質處理設備之一範例的示意圖。
第14圖係依據本揭露之第五實施例的改質處理設備之改質操作的流程圖。
第15圖係說明依據本揭露之第五實施例的改質處理設備之另一範例的示意圖。
第16圖係說明依據本揭露之第五實施例的改質處理設備之另一範例的示意圖。
第17圖係說明依據本揭露之第五實施例的改質處理設備之另一範例的示意圖。
第18圖係說明依據本揭露之第六實施例的改質處理設備之另一實施例的示意圖。
第19圖係依據本揭露之第七實施例的改質處理設備之改質操作的流程圖。
2．．．晶圓
4．．．匣盒
10．．．薄膜形成處理設備
12．．．外殼
12a．．．前壁
18．．．前維修開口
20．．．前維修門
22．．．匣盒裝填/排出開口
24．．．前遮蓋
26．．．匣盒載物台
28．．．匣盒架
30．．．轉移架
32．．．預備匣盒架
34．．．匣盒載具裝置
34a．．．匣盒升降機
34b．．．匣盒運送機構
36．．．晶圓轉移機構
36a．．．晶圓轉移裝置
36b．．．晶圓轉移裝置升降機
36c．．．鑷子
38．．．晶舟
40．．．處理爐
42．．．爐口遮蓋
44．．．晶舟升降機
46．．．臂
48．．．密封蓋
50a．．．第一淨化單元
50b．．．第二淨化單元

Claims (14)

  1. 一種半導體裝置製造方法，包括：裝載一基板至一處理室中，在該基板上形成有一高k膜；一面經由照射一微波在該基板上而加熱該高k膜，一面改變該微波的頻率；以及從該處理室卸載該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該高k膜係一具有8或更大之介電常數且包括20atom%或更多之Si、Al、Zr、Hf、Ti及Sr中之任何一者的化合物、或一包括該化合物之疊層膜。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該微波之頻率係等於或大於該高k膜之峰值頻率之1/2。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中從0.5GHz至300GHz之頻帶選擇該微波之頻率。
  5. 一種半導體裝置製造方法，包括：裝載一基板至一處理室中，在該基板上形成有一高k膜；經由照射一微波在該基板上而加熱該高k膜；當在加熱該高k膜之際該基板的溫度超過預定溫度時，冷卻該基板至該預定溫度；及從該處理室卸載該基板。
  6. 一種半導體裝置，係藉由如申請專利範圍第1項之半導體裝置製造方法所製造。
  7. 一種基板處理設備，包括： 一處理室；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；一導波管(waveguide)，其建構成用以供應在該微波產生裝置中所產生之該微波至該處理室；以及一控制單元，其建構成用以控制該微波產生裝置，一面從該導波管供應該微波至容納一形成有一高k膜之基板的該處理室，一面改變該微波的頻率。
  8. 如申請專利範圍第7項之設備，進一步包括：一具有一建構成用以反射該微波之反射板的反射機構及一建構成用以旋轉該反射機構之反射板旋轉機構，該反射機構係設置在該處理室中，以及其中該控制單元控制該微波產生裝置及該反射機構，以供應該微波至該處理室、旋轉該反射板、及在該處理室內擴散該微波。
  9. 一種基板處理設備，包括：一處理室，其建構成用以容納上面形成有高k膜之複數個基板；一基板支撐構件，其建構成用以支撐在該處理室中所堆疊之該等基板；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；一導波管，其建構成用以供應在該微波產生裝置中所產生之該微波至該處理室；以及一控制單元，其建構成將該微波產生裝置控制為一面從該導波管供應該微波至容納形成有該高k膜之該複數個基板的該處理室，一面改變該微波的頻率。
  10. 如申請專利範圍第9項之基板處理設備，其中該基板 支撐構件支撐該等基板，使得該等基板係以該等基板彼此隔開一等於或大於該微波的波長之1/2的距離的方式堆疊。
  11. 如申請專利範圍第9項之基板處理設備，其中該導波管係安裝在該處理室的側壁上。
  12. 一種半導體裝置，係使用如申請專利範圍第7項之基板處理設備所製造。
  13. 一種半導體裝置，係使用如申請專利範圍第9項之基板處理設備所製造。
  14. 一種基板處理設備，包括：一處理室；一基板支撐構件，其建構成用以支撐形成有高k膜之基板；一冷卻劑通道，其建構成使供冷卻該基板用的冷卻劑流過，該冷卻劑通道係形成在該基板支撐構件中；一微波產生裝置，其建構成用以產生一微波；一導波管，其建構成用以供應從該微波產生裝置所產生之該微波至該處理室；以及一控制單元，其建構成實施經由照射該微波在該基板上而加熱該高k膜的控制，及當在加熱該高k膜之際該基板的溫度超過預定溫度時，利用流過該冷卻劑通道的該冷卻劑來冷卻該基板至該預定溫度的控制。
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