TWI543259B - 半導體裝置之製造方法及基板處理裝置 - Google Patents

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Description

半導體裝置之製造方法及基板處理裝置
本發明係關於包含在基板上形成薄膜之製程的半導體裝置之製造方法、及基板處理裝置。
快閃記憶體具備以絕緣膜所包圍的電子累積區域(浮置閘極(floating gate))，其動作原理，係與藉由透過薄隧道氧化膜之電子交換來進行寫入資訊同時地，利用該薄氧化膜的絕緣性而長時間地保持電子來保有記憶。已記憶在快閃記憶體的資訊，必須是即使不執行來自外部的動作亦能保持長達十年的時間，使得對被稱為浮置閘極之圍繞電荷累積區域的絕緣膜之要求十分嚴格。已設置在用於控制記憶胞元(memory cell)動作的浮置閘極及控制閘極之間的層間絕緣層，係使用一般稱為ONO氧化膜(SiO2)/氮化膜(Si3N4)/氧化膜(SiO2)之積層構造，其被認為具有高漏電流特性。
過去以來，ONO積層構造中之SiO2絕緣膜形成，係使用例如SiH2Cl2氣體及N2O氣體、利用CVD法、在800℃附近的高溫所進行，但是隨著裝置(device)進一步微細化，造成ONO積層膜中之氮化膜的電容低 下，因此從確保電容的觀點，正在檢討採用高介電體膜來取代氮化膜層。由於在高介電體膜上形成SiO2絕緣膜會抑制高介電體膜的結晶化，所以必須以低於高介電體膜形成溫度的低溫來予以形成。
在形成SiO2絕緣膜的情況，有下述傾向：在形成膜時所使用的原料中所包含之矽(Si)及氧(O)以外的原子會隨著形成溫度的低溫化而殘留在膜中作為不純物。因此，使用有機原料氣體在低溫形成SiO2絕緣膜的情況，有下述問題：被包含在有機原料氣體分子之碳(C)、氫(H)、氮(N)等會殘留在SiO2絕緣膜中作為不純物。又，即使是在使用無機原料氣體的情況，亦有下述問題：被包含在原料的氫(H)、氯(Cl)等會殘留在膜中作為不純物。由於該等不純物會使所形成的絕緣膜膜質顯著地劣化，所以必須有將膜中不純物濃度低的良質絕緣膜以低溫予以形成的技術。
因此，本發明的目的在於提供一種半導體裝置之製造方法及基板處理裝置，其能夠解決上述課題，能夠將膜中之碳、氫、氮、氯等不純物濃度極低的絕緣膜以低溫予以形成。
本發明之一態樣係提供一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由交替地重複進行以下製程來在基板上形成既定膜厚的氧化膜的製程：利用將含有既定元素 的原料氣體供給至已收納前述基板的處理容器內，在前述基板上形成含有既定元素層的製程；及利用將含氧氣體及含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含有既定元素層改質為氧化層的製程；前述含氧氣體為氧氣或臭氧氣體，前述含氫氣體為氫氣或氘氣，在形成前述氧化膜的製程中，將前述基板溫度定為400℃以上、700℃以下。
本發明之其他態樣係提供一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由交替地重複進行以下製程來在基板上形成既定膜厚的氧化矽膜的製程：利用將含有矽的原料氣體供給至已收納前述基板的處理容器內，在前述基板上形成含矽層的製程；及利用將含氧氣體及含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含矽層改質為氧化矽層的製程；前述含氧氣體為氧氣或臭氧氣體，前述含氫氣體為氫氣或氘氣，在形成前述氧化矽膜的製程中，將前述基板溫度定為400℃以上、700℃以下。
本發明之另一態樣係提供一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板；加熱器，係加熱前述處理容器內；原料氣體供給系統，係將含有既定元素之原料氣體供給至前述處理容器內；含氧氣體供給系統，係作為含氧氣體將氧氣或臭氧氣體供給至前述處理容器內；含氫氣體供給系統，係作為含氫氣體將氫氣或氘氣供給至前述處理容器內；壓力調整部，係調整前述處理容器內的壓力；及控制器，係藉由交替地重複進行： 利用將前述原料氣體供給至已收納基板的前述處理容器內，在前述基板上形成含有既定元素層，利用將前述含氧氣體及前述含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含有既定元素層改質為氧化層，來在前述基板上形成既定膜厚的氧化膜，同時以使形成前述氧化膜時之前述基板的溫度成為400℃以上、700℃以下的方式控制前述原料氣體供給系統、前述含氧氣體供給系統、前述含氫氣體供給系統、前述壓力調整部、及前述加熱器。
藉由本發明，便能提供一種半導體裝置之製造方法及基板處理裝置，其能膜中之碳、氫、氮、氯等不純物濃度極低的絕緣膜以低溫予以形成。
121‧‧‧控制器
200‧‧‧晶圓
201‧‧‧處理室
202‧‧‧處理爐
203‧‧‧反應管
207‧‧‧加熱器
231‧‧‧氣體排氣管
232a‧‧‧第1氣體供給管
232b‧‧‧第2氣體供給管
232c‧‧‧第3氣體供給管
第1圖係在本實施形態所適用之基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，係縱剖面顯示處理爐部分的圖。
第2圖係在本實施形態所適用之基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，係第1圖之A-A’線剖面顯示處理爐部分的圖。
第3圖係顯示本實施形態中之成膜流程之圖。
第4圖係顯示本實施形態之成膜程序中之供給氣體的時序的圖，(a)顯示間斷地供給H2氣體的例子，(b)顯示連續地供給H2氣體的例子。
第5圖係顯示藉由先前技術的程序成膜之氧化矽 膜、及藉由本實施形態的程序成膜之氧化矽膜之成膜速度比率的圖。
第6圖係顯示藉由先前技術的程序成膜之氧化矽膜、及藉由本實施形態的程序成膜之氧化矽膜之膜厚分布均勻性比率的圖。
第7圖係顯示先前技術之程序中之SiO2堆積模式的概略圖。
第8圖係顯示本實施形態之程序中之SiO2堆積模式的概略圖。
第9圖(a)係顯示在藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)濃度的圖表，(b)係顯示在藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)濃度的圖表。
第10圖(a)係顯示在藉由本實施形態之程序形成氧化矽膜之前的晶圓狀態之SEM畫像，(b)係顯示在藉由本實施形態之程序形成氧化矽膜之後的晶圓狀態之SEM畫像。
第11圖係顯示晶圓面內膜厚均勻性與晶圓溫度的關係之圖表。
第12圖係顯示氧化矽膜的膜厚與晶圓溫度的關係之圖表。
第13圖係顯示氧化矽膜的膜厚與晶圓溫度的關係之圖表。
第14圖(a)係顯示在使用N2氣體作為清潔氣體的情況，氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)濃 度的圖表，(b)係顯示使用Ar氣體作為清潔氣體的情況，氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)濃度的圖表。
第15圖(a)係在本發明之其他實施形態所適用之基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，(b)係於第15圖(a)所顯示之處理爐的A-A’剖面圖。
[用於實施發明之最佳形態]
過去，向來是在氧化膜之低溫成膜中使用有機系原料，但是本發明人等針對使用無機系原料以低溫來形成氧化膜的方法進行專心研究。其結果是得知如下知識，藉由將下列製程設為1循環：利用將含有既定元素的原料氣體供給至經收納基板的處理容器內，在基板上形成原料之吸附層或既定元素之層(以下稱為含有既定元素層)的製程；及利用在將處理容器內的壓力設定為比大氣壓低的壓力之狀態下將含氧氣體及含氫氣體供給至處理容器內，將經形成在基板上之含有既定元素層改質為氧化層的製程；執行該循環至少1次以上，可在基板上形成既定膜厚的氧化膜。在此，「原料之吸附層」係指除了原料分子之連續的吸附層以外，亦包含不連續的吸附層。「既定元素之層」係指除了由既定元素所構成之連續的層以外，亦包含不連續的層、及其重疊而成的薄膜。又，亦有將由既定元素所構成之連續的層稱為薄膜的情況。
在基板上形成含有既定元素層(原料之吸附 層或既定元素之層)之製程，係在產生CVD(Chemical Vapor Deposition)反應的條件下進行，此時在基板上形成低於1原子層至約數原子層之含有既定元素層。又，所謂的「低於1原子層的層」意指不連續地予以形成之原子層。
又，在將含有既定元素層改質為氧化層的製程，係在處於低於大氣壓之壓力氣體環境下的處理容器內，使含氧氣體及含氫氣體反應而生成含有氧的氧化物種(Oxidizing species)，藉由該氧化物種來氧化含有既定元素層而改質為氧化層。相較於單獨供給含氧氣體的情況，藉由該氧化處理的話，便能大幅度地提升氧化力。即，在減壓氣體環境下，相較於單獨供給含氧氣體的情況，藉由將含氫氣體添加至含氧氣體能獲得大幅度的氧化力提升效果。將含有既定元素層改質為氧化層的製程係在非電漿(non-plasma)的減壓氣體環境下進行。
於是，清楚得知：藉由本手法形成氧化膜的話，便會使成膜率、在基板面內之膜厚均勻性比藉由使用有機系原料之CVD法來成膜的情況來得良好。
又，清楚得知：相較於藉由使用有機系原料之CVD法來成膜的情況，藉由本手法所形成之氧化膜膜中的不純物濃度會變得極低。又，清楚得知：只要藉由本手法，即使是在使用有機系原料的情況下，亦使成膜率、在基板面內之膜厚均勻性、膜中的不純物濃度變得良好。
本發明係基於發明人等所獲得的相關知識而 完成者。以下，針對本發明之一實施形態一邊參照圖式一邊說明。
第1圖係在本發明之一實施形態所適用之基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，係縱剖面圖顯示處理爐202部分。又，第2圖係第1圖所示之處理爐的A-A’剖面圖。又，本發明不限於本實施形態所提之基板處理裝置，亦能適用於具有單片式、熱壁(Hot Wall)型、冷壁(Cold Wall)型之處理爐的基板處理裝置。
如第1圖所示，處理爐202具有作為加熱手段(加熱機構)之加熱器207。加熱器207為圓筒形狀，由作為保持板之加熱器底座(heater base，未圖示)所支撐而予以垂直地安裝。
在加熱器207的內側，與加熱器207成同心圓狀地配設有作為反應管之加工管(process tube)203。加工管203係由例如石英(SiO2)或碳化矽(SiC)等耐熱性材料所構成，形成為上端閉塞、下端開口的圓筒形狀。在加工管203之筒中空部形成有處理室201，構成為可藉由後述的晶舟217、以水平姿勢、以在垂直方向上多段地整列的狀態收納作為基板之晶圓200。
在加工管203的下方，與加工管203成同心圓狀地配設有歧管209。歧管209係由例如不銹鋼等所構成，形成為上端及下端開口之圓筒形狀。歧管209銜接於加工管203，以支撐加工管203的方式予以設置。又，在歧管209與加工管203之間設置有作為密封材之O型環220a。歧管209係由加熱器底座所支撐，藉以使 加工管203成為被垂直地安裝的狀態。藉由加工管203及歧管209來形成反應容器(處理容器)。
在歧管209，係以作為第1氣體導入部之第1噴嘴233a、作為第2氣體導入部之第2噴嘴233b、及作為第3氣體導入部之第3噴嘴233c貫通歧管209的側壁的方式予以設置，第1氣體供給管232a、第2氣體供給管232b、第3氣體供給管232c係各自連接於第1噴嘴233a、第2噴嘴233b、第3噴嘴233c。如此，設置有3條氣體供給管，作為朝處理室201內供給複數種類(在此為3種類)之處理氣體的氣體供給通路。
在第1氣體供給管232a，從上游方向依序設置有：流量控制器(流量控制手段)之質量流動控制器241a、及開關閥之閥243a。又，在比第1氣體供給管232a的閥243a更下游側處，連接著供給非活性氣體之第1非活性氣體供給管234a。在該第1非活性氣體供給管234a，從上游方向依序設置有：流量控制器(流量控制手段)之質量流動控制器241c、及開關閥之閥243c。又，在第1氣體供給管232a之前端部，連接著上述第1噴嘴233a。第1噴嘴233a，係在構成處理室201之加工管203的內壁與晶圓200之間中之圓弧狀的空間，以由加工管203內壁的下部沿著至上部，朝晶圓200之積載方向的上方聳立之方式予以設置。在第1噴嘴233a的側面設置有氣體供給孔248a，係供給氣體的供給孔。該氣體供給孔248a，係從下部橫跨至上部各自具有相同的開口面積，進一步以相同的開口間距(pitch)予以設置。第1氣 體供給系統主要是由第1氣體供給管232a、質量流動控制器241a、閥243a、第1噴嘴233a所構成，第1非活性氣體供給系統主要是由第1非活性氣體供給管234a、質量流動控制器241c、閥243c所構成。
在第2氣體供給管232b，從上游方向依序設置有：流量控制器(流量控制手段)之質量流動控制器241b、及開關閥之閥243b。又，在比第2氣體供給管232b的閥243b更下游側處，連接著供給非活性氣體之第2非活性氣體供給管234b。在該第2非活性氣體供給管234b，從上游方向依序設置有：流量控制器(流量控制手段)之質量流動控制器241d、及開關閥之閥243d。又，在第2氣體供給管232b之前端部，連接著上述第2噴嘴233b。第2噴嘴233b，係在構成處理室201之加工管203的內壁與晶圓200之間中之圓弧狀的空間，以由加工管203內壁的下部沿著至上部，朝晶圓200之積載方向的上方聳立之方式予以設置。在第2噴嘴233b的側面設置有氣體供給孔248b，係供給氣體的供給孔。該氣體供給孔248b，係從下部橫跨至上部各自具有相同的開口面積，進一步以相同的開口間距予以設置。第2氣體供給系統主要是由第2氣體供給管232b、質量流動控制器241b、閥243b、第2噴嘴233b所構成，第2非活性氣體供給系統主要是由第2非活性氣體供給管234b、質量流動控制器241d、閥243d所構成。
在第3氣體供給管232c，從上游方向依序設 置有：流量控制器(流量控制手段)之質量流動控制器241e、及開關閥之閥243e。又，在比第3氣體供給管232c更下游側處，連接著供給非活性氣體之第3非活性氣體供給管234c。在該第3非活性氣體供給管234c，從上游方向依序設置有：流量控制器(流量控制手段)之質量流動控制器241f、及開關閥之閥243f。又，在第3氣體供給管232c之前端部，連接著上述第3噴嘴233c。第3噴嘴233c，係在構成處理室201之加工管203的內壁與晶圓200之間中之圓弧狀的空間，以由加工管203內壁的下部沿著至上部，朝晶圓200之積載方向的上方聳立之方式予以設置。在第3噴嘴233c的側面設置有氣體供給孔248c，係供給氣體的供給孔。該氣體供給孔248c，係從下部橫跨至上部各自具有相同的開口面積，進一步以相同的開口間距予以設置。第3氣體供給系統主要是由第3氣體供給管232c、質量流動控制器241e、閥243e、第3噴嘴233c所構成，第3非活性氣體供給系統主要是由第3非活性氣體供給管234c、質量流動控制器241f、閥243f所構成。
從第1氣體供給管232a，將作為含有氧的氣體(含氧氣體)，例如氧(O2)氣，透過質量流動控制器241a、閥243a、第1噴嘴233a而供給至處理室201內。即，第1氣體供給系統係構成為當作含氧氣體供給系統。與此同時，亦可使從第1非活性氣體供給管234a，將非活性氣體透過質量流動控制器241c、閥243c而供給至第1氣體供給管232a內。
又，從第2氣體供給管232b，將作為含有氫的氣體(含氫氣體)，例如氫(H2)氣，透過質量流動控制器241b、閥243b、第2噴嘴233b而供給至處理室201內。即，第2氣體供給系統係構成為當作含氫氣體供給系統。與此同時，亦可使從第2非活性氣體供給管234b，將非活性氣體透過質量流動控制器241d、閥243d而供給至第2氣體供給管232b內。
又，從第3氣體供給管232c，將作為原料氣體，即含有作為既定元素的矽的氣體(含矽氣體)，例如六氯矽烷(Si2Cl6，簡稱HCD)氣體，透過質量流動控制器241e、閥243e、第3噴嘴233c而供給至處理室201內。即，第3氣體供給系統係構成為當作原料氣體供給系統(含矽氣體供給系統)。與此同時，亦可使從第3非活性氣體供給管234c，將非活性氣體透過質量流動控制器241f、閥243f而供給至第3氣體供給管232c內。
又，雖然在本實施形態係以分別從各自的噴嘴將O2氣體、H2氣體、HCD氣體供給至處理室201內的方式來進行，但是亦可，例如，以從相同的噴嘴將H2氣體及HCD氣體供給至處理室201內的方式來進行。又，亦可以從相同的噴嘴將O2氣體及H2氣體供給至處理室201內的方式來進行。如此，以複數種類的氣體共用噴嘴的話，便有能減少噴嘴的數量、能減低裝置成本、又使維修變得容易等優點。又，因為考量到在後述的成膜溫度帶，雖然HCD氣體與H2氣體不會反應，但是HCD氣體與O2氣體會反應，所以較佳為HCD氣體與O2氣體 係從各自的噴嘴供給至處理室201內。
在歧管209設置有：將處理室201內之氣體環境排氣的氣體排氣管231。氣體排氣管231係透過作為壓力檢測器的壓力感測器245、及作為壓力調整器(壓力調整部)的APC(Auto Pressure Controller)閥242，連接至作為真空排氣裝置的真空幫浦246。又，APC閥242係以能將閥加以開關而進行處理室201內之真空排氣/停止真空排氣，進一步還可調節開閥度而調整壓力的方式予以構成之開關閥。構成為：藉由使真空幫浦246動作，同時根據由壓力感測器245所檢測的壓力來調節APC閥242的閥之開啟程度，而能進行使處理室201內的壓力成為既定壓力(真空度)的真空排氣。排氣系統主要是由氣體排氣管231、壓力感測器245、APC閥242、真空幫浦246所構成。
在歧管209的下方設置有：作為可將歧管209的下端開口氣密地閉塞的爐口蓋體之密封蓋(seal cap)219。密封蓋219係以從垂直方向下側被抵接至歧管209的下端的方式予以構成。密封蓋219係由例如不銹鋼等金屬所構成，形成為圓盤狀。在密封蓋219的上面設置有：作為與歧管209的下端抵接之密封構件的O型環220b。在密封蓋219之處理室201的相反側設置有：使作為後述基板保持具之晶舟217旋轉之旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255係貫通密封蓋219而被連接至晶舟217。旋轉機構267係以藉由使晶舟217旋轉來使晶圓200旋轉的方式予以構成。密封蓋219，係 以藉由作為被垂直地設置在加工管203外部的升降機構之晶舟升降機115，而可在垂直方向上升降的方式予以構成。晶舟升降機115係以可藉由使密封蓋219升降而將晶舟217對處理室201內進行搬入/搬出的方式予以構成。
作為基板保持具之晶舟217，係由例如石英及碳化矽等耐熱性材料所構成，以將複數片晶圓200，以水平姿勢且以中心相互地對齊的狀態，加以整列而多段地保持之方式予以構成。又，在晶舟217的下部設置有：由例如石英及碳化矽等耐熱性材料所構成的隔熱構件218，係以使來自加熱器207的熱難以傳遞至密封蓋219側的方式予以構成。又，隔熱構件218亦可利用：由石英及碳化矽等耐熱性材料所構成的複數片隔熱板、及以水平姿勢多段地支持該等隔熱板之隔熱板保持器(holder)來構成。在加工管203內設置有：作為溫度檢測器之溫度感測器263，係以根據由溫度感測器263所檢測之溫度資訊來調整對加熱器207的通電狀況，藉以使處理室201內的溫度成為所希望的溫度分布之方式予以構成。溫度感測器263係與第1噴嘴233a、第2噴嘴233b、及第3噴嘴233c同樣地，沿著加工管203的內壁予以設置。
控制部(控制手段)之控制器280被連接至質量流動控制器241a、241b、241c、241d、241e、241f；閥243a、243b、243c、243d、243e、243f；壓力感測器245；APC閥242；加熱器207；溫度感測器263；真空 幫浦246；旋轉機構267；晶舟升降機115等。藉由控制器280，能進行以下的控制：由質量流動控制器241a、241b、241c、241d、241e、241f所產生之氣體流量調整；閥243a、243b、243c、243d、243e、243f之開關動作；APC閥242之開關及根據壓力感測器245的壓力調整動作；根據溫度感測器263的加熱器207之溫度調整；真空幫浦246之起動/停止；旋轉機構267之旋轉速度調節；及由晶舟升降機115所執行之晶舟217的升降動作等。
接著，針對使用上述基板處理裝置的處理爐，作為半導體裝置(device)之製造程序之一製程，在基板上形成作為絕緣膜之氧化膜的方法之例子加以說明。又，在以下的說明中，構成基板處理裝置之各部動作係藉由控制器280予以控制。
在第3圖，顯示本實施形態中之成膜流程圖；在第4圖，顯示本實施形態之成膜程序(sequence)中之供給氣體的時序(timing)圖。在本實施形態的成膜程序，藉由將下列製程：利用將含有作為既定元素之矽的原料氣體供給至已收納基板的處理容器內，在基板上形成原料之吸附層或矽層(以下稱為含矽層)的製程；及利用將含氧氣體及含氫氣體供給至已設定為壓力低於大氣壓之處理容器內，將經形成在基板上之含矽層改質為氧化層的製程，設為1循環，執行該循環至少1次以上，在基板上形成既定膜厚的氧化矽膜。在此，「原料之吸附層」係指除了原料分子之連續的吸附層以外，亦包含 不連續的吸附層。「矽層」係指除了由矽所構成之連續的層以外，亦包含不連續的層、及其重疊而形成的矽薄膜。又，亦有將由矽所構成之連續的層稱為矽薄膜的情況。
在基板上形成含矽層(原料之吸附層或矽層)之製程，係在產生CVD反應的條件下進行，此時在基板上形成低於1原子層至約數原子層之含矽層。又，所謂的「低於1原子層的層」意指不連續地予以形成之原子層。
又，在將含矽層改質為氧化矽層的製程，係於處在低於大氣壓之壓力氣體環境下的處理容器內，使含氧氣體及含氫氣體反應而生成含有氧的氧化物種，藉由該氧化物種來氧化含矽層而改質為氧化矽層。相較於單獨供給含氧氣體的情況，藉由該氧化處理的話，便能大幅度地提升氧化力。即，在減壓氣體環境下，相較於單獨供給含氧氣體的情況，藉由將含氫氣體添加至含氧氣體能獲得大幅度的氧化力提升效果。將含矽層改質為氧化矽層的製程係在非電漿的減壓氣體環境下進行。又，含氫氣體，可如第4圖(a)所示般間斷地，即，只在將含矽層改質為氧化層的製程中供給，亦可如第4圖(b)所示般連續地，即，在重複進行：在基板上形成含矽層的製程與將含矽層改質為氧化矽層的製程之期間中，成為時常性供給。
以下，對此加以具體說明。又，在本實施形態，使用含有矽的原料氣體之HCD氣體作為原料氣體， 使用O2氣體作為含有氧的氣體，使用H2氣體作為含有氫的氣體，針對藉由第4圖(a)之程序，在基板上形成氧化矽膜(SiO2膜)作為絕緣膜的例子加以說明。
一旦將複數片晶圓200裝填(wafer charge)於晶舟217，如第1圖所示，已保持複數片晶圓200的晶舟217係藉由晶舟升降機115而被提起、搬入(boat load)處理室201內。在此狀態，密封蓋219會成為透過O型環220b而密封歧管209之下端的狀態。
以使處理室201內成為所希望的壓力(真空度)的方式藉由真空幫浦246予以真空排氣。此時，處理室201內的壓力係以壓力感測器245予以測定，根據該所測定的壓力來回饋控制APC閥242(調整壓力)。又，以使處理室201內成為所希望的溫度之方式藉由加熱器207予以加熱。此時，以使處理室201內成為所希望的溫度分布之方式、根據溫度感測器263所檢測的溫度資訊來回饋控制對加熱器207的通電狀況(調整溫度)。接下來，利用旋轉機構267旋轉晶舟217來旋轉晶圓200。之後，依序實施後述的4個步驟。
[步驟1]
打開第3氣體供給管232c的閥243e、第3非活性氣體供給管234c的閥243f，將HCD氣體流入第3氣體供給管232c，將非活性氣體(例如N2氣體)流入第3非活性氣體供給管234c。非活性氣體從第3非活性氣體供給管234c流出，藉由質量流動控制器241f予以調整流量。HCD氣體，係從第3氣體供給管232c流出，藉由質量 流動控制器241e予以調整流量。經調整流量的HCD氣體會在第3氣體供給管232c內與經調整流量的非活性氣體混合，從第3噴嘴233c之氣體供給孔248c被供給至經加熱的減壓狀態之處理室201內，同時從氣體排氣管231被排出(HCD氣體供給)。
此時，適當地調整APC閥242，將處理室201內的壓力維持為低於大氣壓，例如10~1000Pa範圍內的壓力。以質量流動控制器241e控制之HCD氣體的供給流量，定為例如10~1000sccm範圍內的流量。將晶圓200曝露在HCD氣體的時間，定為例如1~180秒的範圍內的時間。加熱器207的溫度，係以使處理室201內成為可產生ALD反應或CVD反應的溫度之方式設定。即，以使晶圓200的溫度成為例如300~700℃，較佳為350~650℃範圍內的溫度之方式設定加熱器207的溫度。又，一旦使晶圓200成為低於300℃，則HCD會變得難以吸附在晶圓200上。又，一旦晶圓200的溫度超過650℃，尤其是超過700℃，則CVD反應會變強，容易使均勻性惡化。因此，較佳為將晶圓200的溫度定為300~700℃。
藉由以上述條件將HCD氣體供給至處理室201內，來在晶圓200(表面的基底膜)上形成低於1原子層至數原子層之HCD吸附層或矽層(以下稱為含矽層)。又，HCD會在晶圓200上進行表面吸附而形成HCD吸附層。又，藉由HCD自行分解，矽分子會堆積在晶圓200上而形成矽層。
一旦在晶圓200上所形成之含矽層的厚度超過數原子層，便會使在後述步驟3的氧化作用無法到達整體含矽層。又，可在晶圓200上形成的含矽層的最小值係低於1原子層。因此，較佳為將含矽層的厚度定為低於1原子層至數原子層。
作為含Si原料，除了HCD以外，不限於TCS(四氯矽烷，SiCl4)、DCS(二氯矽烷，SiH2Cl2)、SiH4(單矽烷(monosilane))等無機原料，也可使用胺基矽烷系的4DMAS(肆二甲基胺基矽烷，Si(N(CH3)2)4)、3DMAS(參二甲基胺基矽烷，Si(N(CH3)2)3H)、2DEAS(雙二乙基胺基矽烷，Si(N(C2H5)2)2H2)、BTBAS(雙三級丁基胺基矽烷，SiH2(NH(C4H9))2)等有機原料。
作為非活性氣體，除了N2氣體以外，也可使用Ar、He、Ne、Xe等稀有氣體。又，能藉由使用不含氮(N)的氣體之Ar及He等稀有氣體作為非活性氣體，來減低所形成的氧化矽膜膜中N不純物濃度。因此，較佳為使用Ar、He等稀有氣體來作為非活性氣體。在後述步驟2、3、4亦可謂為同樣的情況。
[步驟2]
在晶圓200上形成含矽層後，關閉第3氣體供給管232c的閥243e，停止供給HCD氣體。此時，使氣體排氣管231的APC閥242保持為打開的狀態，藉由真空幫浦246來將處理室201內真空排氣，將殘留的HCD氣體從處理室201排除。此時，一旦將非活性氣體供給至處理室201內，則進一步提高排除所殘留的HCD氣體的效 果(除去殘留氣體)。此時加熱器207的溫度，係以使晶圓200的溫度成為與供給HCD氣體時相同地300~700℃，較佳為350~650℃範圍內的溫度的方式來設定。
[步驟3]
除去處理室201內的殘留氣體後，打開第1氣體供給管232a的閥243a、第1非活性氣體供給管234a的閥243c，使O2氣體流入第1氣體供給管232a，使非活性氣體流入第1非活性氣體供給管234a。非活性氣體，係流自第1非活性氣體供給管234a，藉由質量流動控制器241c予以調整流量。O2氣體，係流自第1氣體供給管232a，藉由質量質量流動控制器241a予以調整流量。經調整流量之O2氣體，係在第1氣體供給管232a內與經調整流量的非活性氣體混合，從第1噴嘴233a的氣體供給孔248a，供給至經加熱之減壓狀態的處理室201內同時從氣體排氣管231予以排氣。在此同時，打開第2氣體供給管232b的閥243b、第2非活性氣體供給管234b的閥243d，使H2氣體流入第2氣體供給管232b，使非活性氣體流入第2非活性氣體供給管234b。非活性氣體，係流自第2非活性氣體供給管234b，藉由質量流動控制器241d予以調整流量。H2氣體，係流自第2氣體供給管232b，藉由質量流動控制器241b予以調整流量。經調整流量之H2氣體，係在第2氣體供給管232b內與經調整流量的非活性氣體混合，從第2噴嘴233b的氣體供給孔248b，供給至經加熱之減壓狀態的處理室201內 同時從氣體排氣管231予以排氣(供給O2氣體及H2氣體)。又，O2氣體及H2氣體不須借助電漿活性化而供給至處理室201內。
此時，適當地調整APC閥242，將處理室201內的壓力維持為低於大氣壓，例如1~1000Pa範圍內的壓力。以質量流動控制器241a控制的O2氣體的供給流量，係定為例如1sccm~20slm範圍內的流量。以質量流動控制器241b控制的H2氣體的供給流量，係定為例如1sccm~20slm範圍內的流量。又，將晶圓200曝露在O2氣體及H2氣體的時間，係定為例如1~180秒的範圍內的時間。加熱器207的溫度，係以使晶圓200的溫度成為例如350~1000℃範圍內溫度之方式來設定。又，已確認只要是此範圍內的溫度，便可獲得由在減壓氣體環境下向O2氣體添加H2氣體所造成之提高氧化力的效果。又，也確認一旦晶圓200的溫度過低便無法獲得提高氧化力的效果。但是一旦考慮產能(throughput)，則較佳為以使晶圓200的溫度為可獲得提高氧化力效果的溫度、成為與步驟1之供給HCD氣體時相同的溫度之方式，即以在步驟1及步驟3將處理室201內溫度保持為同一溫度之方式，來設定加熱器207的溫度。此情況下，以使在步驟1及步驟3晶圓200的溫度，即處理室201內溫度成為350~700℃，較佳為350~650℃範圍內之固定溫度之方式來設定加熱器207的溫度。再者，更佳為以在步驟1~步驟4(後述)將處理室201內的溫度保持為同一溫度之方式來設定加熱器207的溫度。
此情況下，以在步驟1~步驟4(後述)使處理室201內的溫度成為350~700℃，較佳為350~650℃範圍內之固定溫度之方式來設定加熱器207的溫度。又，為了獲得由在減壓氣體環境下向O2氣體添加H2氣體所造成之提高氧化力的效果，必須將處理室201內溫度定為350℃以上，較佳為處理室201內溫度定為400℃以上，更佳為定為450℃以上。將處理室201內溫度定為400℃以上的話，便能獲得超過由以400℃以上的溫度所進行之O3氧化處理所產生之氧化力的氧化力；將處理室201內溫度定為450℃以上的話，便能獲得超過由以450℃以上的溫度所進行之O2電漿氧化處理所產生之氧化力的氧化力。
藉由以上述條件將O2氣體及H2氣體供給至處理室201內，O2氣體及H2氣體係在經加熱的減壓氣體環境下以無電漿(non-plasma)予以活性化而反應，藉此生成含有原子狀氧等之O的氧化物種。然後，主要藉由此氧化物種，對已在步驟1形成在晶圓200上的含矽層予以進行氧化處理。然後，利用此氧化處理，將含矽層改質為氧化矽層(SiO2層，以下亦簡稱為SiO層)。
作為含氧氣體，除了氧(O2)氣體以外，亦可使用臭氧(O3)氣體等。又，在上述溫度帶中，嘗試了測試向一氧化氮(NO)氣體及亞氧化氮(N2O)氣體添加含氫氣體的效果，結果確認了相較於單獨供給NO氣體及單獨供給N2O氣體，無法獲得提高氧化力的效果。即，較佳為使用不含氮之含氧氣體(不含有氮而含有氧的氣體) 作為含氧氣體。除了氫(H2)氣體以外，亦可使用氘(D2)氣體等作為含氫氣體。又，一旦使用氨(NH3)氣體及甲烷(CH4)氣體等，便要考量到氮(N)不純物及碳(C)不純物會混入膜中。即，較佳為使用不含其他元素之含氫氣體(不含有其他元素而含有氫或氘的氣體)來作為含氫氣體。即，能使用選自於由O2氣體及O3氣體所構成之群組的至少一氣體來作為含氧氣體，能使用選自於由H2氣體及D2氣體所構成之群組的至少一氣體來作為含氫氣體。
[步驟4]
經將含矽層改質成氧化矽層後，關閉第1氣體供給管232a的閥243a，停止供給O2氣體。又，關閉第2氣體供給管232b的閥243b，停止供給H2氣體。此時，在氣體排氣管231之APC閥242保持為打開的狀態下，藉由真空幫浦246將處理室201內真空排氣，將殘留的O2氣體及H2氣體從處理室201內排除。此時，一旦將非活性氣體供給至處理室201內，則排除所殘留的O2氣體及H2氣體的效果會進一步提高(除去殘留氣體)。此時加熱器207的溫度，係設定為如下的溫度：使晶圓200的溫度成為與供給O2氣體及H2氣體時相同地350~700℃，較佳為350~650℃範圍內的溫度。
以上述步驟1~4作為1循環，藉由重複複數次該循環，能在晶圓200上形成既定膜厚的氧化矽膜。
一旦形成既定膜厚的氧化矽膜，則藉由將非活性氣體供給至處理室201內同時予以排氣，來以非活性氣體清潔處理室201內(清潔，purge)。之後，處理室 201內的氣體環境被取代為非活性氣體，處理室201內的壓力回復為常壓(回復大氣壓)。
之後，藉由晶舟升降機115降下密封蓋219，歧管209的下端被開啟，同時處理完畢的晶圓200，在被保持在晶舟217的狀態下從歧管209的下端被搬出至加工管203的外部(卸載晶舟，boat unload)。之後，藉由晶舟217取出處理完畢的晶圓200(排出晶圓，wafer discharge)。
在上述步驟3，在經加熱的減壓氣體環境下使O2氣體與H2氣體反應而生成包含原子狀氧等之O的氧化物種，使用該氧化物種，進行將含矽層改質為氧化矽層的改質製程，藉此，氧化物種所持有的能量會切斷含矽層中所含的Si-N、Si-Cl、Si-H、Si-C鍵結。由於用以形成Si-O鍵結的能量比Si-N、Si-Cl、Si-H、Si-C的鍵結高，所以藉由對氧化處理對象的含矽層賦予形成Si-O鍵結所需的能量，來切斷Si-N、Si-Cl、Si-H、Si-C鍵結。經切斷與Si的鍵結的N、H、Cl、C會被從膜中除去，成為N2、H2、Cl2、HCl、CO2等而被排出。又，因與N、H、Cl、C的鍵結被切斷而留下的Si的未鍵結電子會與氧化物種所含的O連接而被改質成SiO2層。已確認：根據本實施形態的成膜程序所形成之SiO2膜膜中氮、氫、氯、碳的濃度極低，Si/O比率極接近化學計量組成的0.5，成為品質良好的膜。
又，比較該步驟3的氧化處理、O2電漿氧化處理、及O3氧化處理，已確認其結果為在450℃以上、 700℃以下之低溫氣體環境下，該步驟3的氧化處理的氧化力最強。正確地說，已確認：在400℃以上、700℃以下，由步驟3的氧化處理所產生的氧化力超過由O3氧化處理所產生的氧化力，在450℃以上、700℃以下，由步驟3的氧化處理所產生的氧化力超過由O3氧化處理及O2電漿氧化處理所產生的氧化力。藉此，清楚地明白：該步驟3的氧化處理在這種低溫氣體環境下是非常有效的。
又，在O2電漿氧化處理的情況必須有電漿產生器，在O3氧化處理的情況必須有臭氧產生器，但採用該步驟3的氧化處理的話，便不需要電漿產生器及臭氧產生器，而有能降低裝置成本等之優點。但是，在本實施形態中，亦有所謂使用O3及O2電漿作為含氧氣體的選擇方案，並未否定該等氣體之使用。亦可考量：能藉由添加含氫氣體至O3及O2電漿而生成能量更高的氧化物種，藉由以該氧化物種進行氧化處理而提高裝置特性等的效果。
又，已確認：藉由本實施形態的成膜程序形成氧化矽膜的話，則成膜率、在晶圓面內的膜厚均勻性也會比以一般的CVD法來形成氧化矽膜的情況良好。又，一般的CVD法，係指同時供給無機原料的DCS及N2O，採用CVD法形成氧化矽膜(HTO(High temperature Oxide)膜)的方法。又，已確認：相較於以一般的CVD法所形成的氧化矽膜，藉由本實施形態的成膜程序所形成的氧化矽膜膜中的氮、氯等不純物的濃度會變得極 低。又，已確認：相較於使用有機系矽原料、以一般的CVD法所形成的氧化矽膜，藉由本實施形態的成膜程序所形成的氧化矽膜膜中的不純物濃度也變得極低。又，已確認：藉由本實施形態之成膜程序的話，即使是在使用有機系矽原料的情況，成膜率、在晶圓面內的膜厚均勻性、膜中的不純物濃度會成為良好的。
雖然在上述實施形態，係針對作為含氫氣體的H2氣體，係如第4圖(a)所示般間斷地，即只在步驟3中供給的例子加以說明，但是亦可以如第4圖(b)所示般連續地，即在重複步驟1~4之期間中，時常性持續供給的方式來進行。又，即使是在間斷地供給H2氣體的情況下，亦可以只在步驟1及3供給的方式來進行，亦可以從步驟1到步驟3供給的方式來進行。
又，亦可以只在步驟2及3供給的方式來進行，亦可以從步驟3到步驟4供給的方式來進行。
考量藉由在步驟1，即當供給HCD氣體時供給H2氣體，來抽出HCD氣體中的Cl，而考量成膜率提高、膜中Cl不純物降低的效果。又，考量藉由在步驟2，即在停止供給HCD氣體後，比O2氣體先開始供給H2氣體，來有效地控制膜厚均勻性。又，考量藉由在步驟2，即比O2氣體先開始供給H2氣體，來使得對例如金屬及矽露出的部分，能選擇性地在矽形成氧化膜。又，考量在步驟4，即在停止供給O2氣體之後，在開始供給HCD氣體之前，供給H2氣體，藉以使在步驟3所形成的SiO層表面形成氫的末端而予以改質，能使在接下來的步驟 1所供給之HCD氣體變得容易吸附在SiO層表面。
[實施例]
(第1實施例)
接著針對第1實施例加以說明。
藉由本實施形態的程序及先前技術的程序形成氧化矽膜，測定成膜速度及膜厚分布均勻性。又，先前技術的程序，係指在本實施形態之程序的步驟3中，使用包含由電漿激發O2氣體所製得之氧活性種(O*)的氣體來取代使用O2氣體及H2氣體的程序。又，在本實施形態之程序的成膜條件(在各步驟的處理條件)為上述實施形態所記載之條件範圍內的條件。在先前技術的程序中成膜條件(在各步驟的處理條件)為在步驟1、2、4的處理條件與本實施形態的程序相同，在步驟3的處理條件為處理室內的壓力：10~100Pa範圍內的壓力、O2氣體的供給流量：100~10000sccm範圍內的流量、O2氣體供給時間：1~180秒範圍內的時間、晶圓溫度：350~650℃範圍內的溫度、高頻率電力：50~400W範圍內的電力。
將其結果顯示在第5圖、第6圖。第5圖表示在藉由先前技術的程序成膜之氧化矽膜的成膜速度為1的情況下，藉由本實施形態的程序成膜之氧化矽膜的成膜速度比率。第6圖表示在藉由先前技術的程序成膜之氧化矽膜在晶圓面內之膜厚分布均勻性為1的情況下，藉由本實施形態的程序成膜之氧化矽膜在晶圓面內之膜厚分布均勻性比率。又，膜厚分布均勻性顯示在晶圓面內之膜厚分布參差不齊的程度，該值越小表示在晶 圓面內之膜厚分布均勻性越好。
如第5圖所示，瞭解到：相較於藉由先前技術的程序所形成的氧化矽膜，藉由本實施形態的程序所形成的氧化矽膜，成膜速度特別高。瞭解到：藉由本實施形態之程序的話，便可獲得以先前技術的程序所達成之成膜速度的5倍之成膜速度。又，藉由本實施形態之程序來形成氧化矽膜時的成膜速度為約2Å/循環。
又，如第6圖所示，瞭解到：相較於藉由先前技術的程序所形成的氧化矽膜，藉由本實施形態的程序所形成的氧化矽膜，膜厚分布均勻性也大幅改善。瞭解到：藉由本實施形態之程序的話，便可獲得藉由先前技術的程序所形成的氧化矽膜的膜厚分布均勻性之約1/20、非常良好的膜厚分布均勻性。又，藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜的膜厚分布均勻性為約1.5%。
在此，針對在本實施形態的程序，並不是如先前技術的程序般是以由電漿激發O2氣體所製得的O*來將已形成在基板上的含矽層(HCD的吸附層或矽層)氧化，而是以由在經加熱的減壓氣體環境下使O2氣體及H2氣體反應所製得之含有O的氧化物種來將已形成在基板上的含矽層(HCD的吸附層或矽層)氧化的優點加以說明。
在第7圖顯示先前技術之程序中之SiO2堆積模式，在第8圖顯示本實施形態之程序中之SiO2堆積模式。又，任一程序皆顯示於步驟1在矽晶圓表面形成作 為原料的HCD的吸附層的情況。
在第7圖之先前技術的程序的情況，一旦首先供給作為原料氣體的HCD氣體，則如第7圖(a)所示，HCD會吸附在矽晶圓表面而在矽晶圓上形成HCD的吸附層。
一旦在此狀態下供給含有由電漿激發O2氣體所製得之氧活性種(O*)的氣體，則如第7圖(b)所示，在晶圓面內之從O2氣體(O*)氣流的上游朝向下游，已吸附在矽晶圓表面之HCD分子開始逐漸氧化。另一方面，在晶圓面內之O2氣體氣流的下游的HCD分子則會發生從矽晶圓表面脫離。認為這是因為藉由電漿激發O2氣體所製得之O*不僅使HCD分子氧化，而且存在著會切斷Si-O鍵結及Si-Si鍵結的能量。即，在此情況，Si不能充分固定至矽晶圓表面上，使得在矽晶圓表面上產生Si不被固定的區域。進一步地，如第7圖(c)所示，O*也會將已形成SiO2層之基底的矽晶圓表面氧化。
因此，一旦使矽晶圓旋轉同時藉由先前技術的程序形成SiO2膜，則該SiO2膜的外周部膜厚變厚，在晶圓面內的膜厚分布均勻性會惡化(參照第6圖)。又，考量到已從矽晶圓表面脫離的HCD分子會朝處理室內的下游流動，而再吸附於處理室內中之O2氣體氣流的下游、即晶圓排列區域下部的晶圓而進行氧化，所以在晶圓間之膜厚分布均勻性也會惡化。
對此，在第8圖之本實施形態的程序之情 況，一旦首先供給HCD氣體，則如第8圖(a)所示，HCD會吸附在矽晶圓表面，在矽晶圓上形成HCD的吸附層。
一旦在此狀態下、在經加熱的減壓氣體環境下，供給包含由使O2氣體及H2氣體反應所製得之含有O的氧化物種之氣體，則如第8圖(b)所示，在晶圓面內之從O2氣體及H2氣體(氧化物種)氣流的上游朝向下游，已吸附在矽晶圓表面之HCD分子開始逐漸氧化。此時在晶圓面內之O2氣體及H2氣體氣流的下游的HCD分子不會從矽晶圓表面脫離。即，抑制了在先前技術的程序中所發生之HCD分子從矽晶圓表面脫離之情事。這是因為，相對於在使用由電漿激發O2氣體所製得之O*及O3的情況，施加至矽晶圓之多餘的能量會切斷Si-O鍵結及Si-Si鍵結，在使用由在經加熱的減壓氣體環境下使O2氣體及H2氣體反應所製得之氧化物種的情況下，並不是對矽晶圓施加新的能量，而是利用由在矽晶圓附近之O2氣體與H2氣體的反應所生成之氧化物種來使HCD分子開始逐漸氧化。即，在本實施形態之氧化處理的情況，雖然是利用超過由O2電漿氧化處理及O3氧化處理所產生的氧化力之氧化力來進行氧化，但是會切斷Si-O鍵結及Si-Si鍵結的多餘能量不會產生。在此情況下，能充分地進行矽對矽晶圓表面上的固定，而使得Si被均勻地固定至矽晶圓表面上。因此，如第8圖(c)所示，已吸附在矽晶圓表面的HCD分子係在整個晶圓面內均勻地被氧化而被改質成SiO2層，在矽晶圓表面上SiO2層被均勻地形成在整個晶圓面內。於是，藉由重複該等處理， 使得形成在晶圓上的SiO2膜之在晶圓面內的膜厚均勻性良好(參照第6圖)。又，在已添加H2至O2電漿的情況，是以由O2與H2的反應所生成之氧化物種的氧化為主。又，在已添加H2至O3的情況，是以由O3與H2的反應所生成之氧化物種的氧化為主。換言之，即使是在使用O2電漿及O3的情況，亦可藉由添加H2來獲得與在本實施形態之氧化處理同樣的效果。
又，雖然在第7圖之先前技術的程序及第8圖之本實施形態的程序，係針對在第1步驟在矽晶圓表面形成HCD的吸附層的情況加以說明，但是對於在第1步驟所供給之HCD氣體會自行分解而在矽晶圓表面形成矽層的情況亦可說是相同的情況。在該情況下，將第7圖、第8圖的HCD分子取代為Si分子的話，便能同樣地說明。
(第2實施例)
接著針對第2實施例加以說明。
藉由本實施形態的程序及一般的CVD法來形成氧化矽膜，測定膜中不純物的濃度。又，一般的CVD法，係指同時供給DCS與N2O而以CVD法形成氧化矽膜(HTO膜)的方法，成膜溫度為780℃。又，在本實施形態之程序的各步驟中成膜溫度固定為600℃，除此之外的成膜條件(在各步驟的處理條件)為上述實施形態所記載之條件範圍內的條件。又，膜中不純物的測定是使用SIMS來進行。
於第9圖顯示其結果。第9圖(a)顯示在藉由 一般的CVD法所形成的氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)濃度。第9圖(b)係顯示在藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)濃度。任一圖的橫軸皆表示距離SiO2膜表面的深度(nm)，縱軸皆表示H、C、N、Cl的濃度(原子/cm3)。
如第9圖(a)、第9圖(b)所示，瞭解到在藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜膜中所包含的不純物當中H濃度，係與在藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜膜中所包含的H濃度相等。然而，瞭解到在藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜膜中所包含的不純物當中Cl濃度，係比在藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜膜中所包含的Cl濃度低3位數左右。又，瞭解到在藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜膜中所包含的不純物當中N濃度，係比在藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜膜中所包含的N濃度約低1位數。又，膜中不純物當中的C濃度，不論是藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜、或者是藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜皆在檢出下限以下。即，瞭解到相較於藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜，藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜之不純物當中Cl、N的濃度特別低，其中尤其是Cl濃度極低。又，在第2實施例所使用的實驗裝置的限制上，在藉由本實施形態之程序所形成的氧化矽膜膜中發現ppm等級的N不純物混入，但是已確認：能藉由將清潔氣體從N2氣體改變成Ar氣體等之稀有氣 體，來使N濃度成為背景等級(background level)，即未檢出。
(第3實施例)
接著針對第3實施例加以說明。
藉由本實施形態的程序，對於在表面露出包含矽原子的膜及包含金屬原子的膜之晶圓，形成氧化矽膜，進行其剖面構造的SEM觀察。作為晶圓(Si sub)，係使用在表面形成作為閘極氧化膜(Gate Ox)的氧化矽膜，在其上形成作為閘電極的多晶矽膜(Poly-Si)及鎢膜(W)，在其上形成氮化矽膜(SiN)的晶圓。又，包含矽原子的膜係指氧化矽膜、多晶矽膜及氮化矽膜，包含金屬原子的膜係指鎢膜。對該晶圓，即在氧化矽膜、多晶矽膜、鎢膜及氮化矽膜上，藉由本實施形態形成作為側壁間隔物(sidewall spacer)的氧化矽膜。在本實施形態的程序之成膜條件(在各步驟的處理條件)為上述實施形態所記載之條件範圍內的條件。又，O2氣體及H2氣體，係富氫(hydrogen-rich)的條件，即，以使H2氣體的供給流量比O2氣體的供給流量大的方式供給至處理室內。
該SEM畫像顯示於第10圖。第10圖(a)顯示在藉由本實施形態之程序形成氧化矽膜之前的晶圓狀態，第10圖(b)顯示在藉由本實施形態之程序形成氧化矽膜之後的晶圓狀態。根據第10圖的話，便可瞭解到藉由本實施形態之程序，利用上述處理條件形成氧化矽膜，不會使鎢膜的側壁氧化，一樣地能使氧化矽膜堆積在氧化矽膜、多晶矽膜、鎢膜及氮化矽膜上。
(第4實施例)
接著針對第4實施例加以說明。
分別藉由本實施形態的程序及一般的CVD法來形成氧化矽膜，測定晶圓面內膜厚均勻性(WIW Unif)。又，一般的CVD法係指同時供給DCS及N2O，以CVD法形成氧化矽膜(HTO膜)的方法，成膜溫度為800℃。又，使本實施形態之成膜溫度在450~800℃之間變化。除此之外的成膜條件(在各步驟的處理條件)為上述實施形態所記載之條件範圍內的條件。
其結果顯示在第11圖。第11圖係顯示晶圓面內膜厚均勻性與成膜溫度(晶圓溫度)的關係之圖表。第11圖的橫軸顯示成膜溫度(℃)，縱軸顯示晶圓面內膜厚均勻性(任意單位)。第11圖的黑色圓圈(●)表示藉由本實施形態的程序成膜的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性。又，白色圓圈(○)表示藉由一般的CVD法成膜的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性。又，晶圓面內膜厚均勻性顯示在晶圓面內的膜厚分布的參差不齊程度，該值越小顯示在晶圓面內的膜厚均勻性越良好。
根據第11圖，瞭解到藉由本實施形態的程序所形成的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性，一旦成膜溫度超過700℃，便會比藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性差，在700℃以下的話，則變得比藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性好。又，瞭解到藉由本實施形態的程序所形成的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性，成膜溫度在 650℃以下的話，則成為藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性的約1/2，成膜溫度在630℃以下的話，則成為藉由一般的CVD法所形成的氧化矽膜之晶圓面內膜厚均勻性的約1/3，為極良好。尤其是，可得知一旦成膜溫度為650℃以下，特別是630℃以下，則晶圓面內膜厚均勻性會急遽地成為良好而且穩定化。
由此可知，從所形成之氧化矽膜的晶圓面內膜厚均勻性的觀點而言，在本實施形態之程序的成膜溫度(晶圓溫度)較佳為700℃以下，為了進一步確保均勻性，更佳為650℃以下，特佳為630℃以下。
(第5實施例)
接著針對第5實施例加以說明。
比較下述氧化處理的氧化力：在本實施形態之程序的步驟3的氧化處理(以下稱為添加O2+H2氧化處理)、併用電漿來進行在本實施形態之程序的步驟3的氧化處理(以下稱為添加O2+H2電漿氧化處理)、O2電漿氧化處理、O3氧化處理、O2氧化處理。又，添加O2+H2電漿氧化處理，係指以電漿將已將H2添加至O2者活性化而進行氧化處理的狀況。氧化力係以對矽的氧化量，即藉由對矽的氧化處理所形成之氧化矽膜的膜厚來判定。使氧化處理溫度(晶圓溫度)在30~600℃之間變化。除此之外的氧化處理條件為上述實施形態所記載之步驟3的氧化處理條件範圍內的條件。
其結果顯示在第12圖。第12圖係顯示氧化 矽膜的膜厚與氧化處理溫度(晶圓溫度)的關係之圖表。第12圖的橫軸表示氧化處理溫度(℃)，縱軸表示氧化矽膜的膜厚(Å)。第12圖的黑色圓圈(●)表示由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化量，黑色三角形(▲)表示由添加O2+H2電漿氧化處理所產生的氧化量。又，黑色菱形(◆)、黑色方形()、白色圓圈(○)分別表示由O2電漿氧化處理、O3氧化處理、O2氧化處理所產生的氧化量。
根據第12圖，瞭解到在300℃以下的溫度，由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化量比由O2電漿氧化處理及O3氧化處理所產生的氧化量小，而與由單獨以O2進行之O2氧化處理所產生的氧化量相等。然而，在超過300℃的溫度，特別是350℃以上的溫度，由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化量會超過由單獨以O2進行之O2氧化處理所產生的氧化量。又，在400℃以上的溫度，由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化量會超過由O3氧化處理所產生的氧化量。再者，瞭解到在450℃以上的溫度，由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化量，會超過由O3氧化處理所產生的氧化量及由O2電漿氧化處理所產生的氧化量。
由此可知，從添加O2+H2氧化處理之氧化力的觀點而言，在本實施形態之程序的成膜溫度(晶圓溫度)為300℃以上，較佳為350℃以上，為了進一步提高氧化力，更佳為400℃以上，特佳為450℃以上。又，藉由該氧化處理的話，只要是450℃以上，便能獲得超過由O3氧化處理所產生的氧化力及由O2電漿氧化處理所產生 的氧化力之氧化力。又，已確認：藉由該氧化處理的話，即使在650℃、700℃，也能獲得超過由O3氧化處理所產生的氧化力及由O2電漿氧化處理所產生的氧化力之氧化力。
認為在超過300℃的溫度下，會因下列因素而具有強氧化力：由O2與H2反應所形成之水分(H2O)；及具有當時所生成之高能量的氧；及在氧化矽膜中，由擴散速度快的氫離子(H+)之在氧化矽膜中之擴散所造成的促進氧離子(O2-)擴散。又，相較於氧分子(O-O)的鍵能及氫分子(H-H)的鍵能，水(H-O-H)的鍵能較大。這個現象可說是相較於氧原子彼此鍵結而成為氧分子的狀態，氧原子與氫分子鍵結而成為水分子的狀態是更安定的狀態。又，應明白的是根據爐內壓力特性，O2與H2反應會產生水。由此可知，認為藉由對O2添加H2來提高氧化力。
又，在300℃以上的溫度，由添加O2+H2電漿氧化處理所產生的氧化量超過由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化量、由O3氧化處理所產生的氧化量、及由O2電漿氧化處理所產生的氧化量，為該等之中最大的。因此，在本實施形態之程序的步驟3的氧化處理可說是即使在併用電漿來進行的情況下也會有效。又，已確認即使在650℃、700℃，由添加O2+H2電漿氧化處理所產生的氧化力超過由添加O2+H2氧化處理所產生的氧化力、由O3氧化處理所產生的氧化力、及由O2電漿氧化處理所產生的氧化力。又，不只是利用電漿來將 將H2添加至O2者活性化而進行氧化處理的情況，亦可將H2添加至O2電漿而進行氧化處理，亦可將H2電漿添加至O2而進行氧化處理。
即，亦可利用電漿來將O2及H2之中任一者或兩者活性化而進行氧化處理。在該等情況下，亦可獲得與添加O2+H2電漿氧化處理相同的效果。
(第6實施例)
接著針對第6實施例加以說明。
比較下述情況的氧化力：以N2O來進行在本實施形態之程序的步驟3的氧化處理之情況(以下稱為N2O氧化處理)、將H2添加至N2O來進行的情況(以下稱為N2O+H2氧化處理)、將H2添加至NO來進行的情況(以下稱為NO+H2氧化處理)。氧化力的比較係以與第5實施例相同的方法來進行。氧化處理溫度為600℃，除此之外的氧化處理條件為上述實施形態所記載之步驟3的氧化處理條件範圍內的條件。
將其結果顯示在第13圖。第13圖係顯示氧化矽膜的膜厚與氧化處理溫度(晶圓溫度)的關係之圖表。第13圖的橫軸表示氧化處理溫度(℃)，縱軸表示氧化矽膜的膜厚(Å)。第13圖的白色方形(□)表示由N2O氧化處理所產生的氧化量，白色菱形(◇)表示由N2O+H2氧化處理所產生的氧化量，白色三角形(△)表示由NO+H2氧化處理所產生的氧化量。又，在第13圖，為了比較，也一併記錄第12圖的實驗結果。即黑色圓圈(●)、黑色三角形(▲)、黑色菱形(◆)、黑色方形()、白色圓 圈(○)分別表示由下列氧化處理所產生的氧化量：添加O2+H2氧化處理、添加O2+H2電漿氧化處理、O2電漿氧化處理、O3氧化處理、O2氧化處理。
由第13圖瞭解到即使將H2添加至N2O及NO氧化力也不會提高，與由單獨以O2進行之O2氧化處理所產生的氧化力、及由單獨以N2O進行之N2O氧化處理所產生的氧化力相同。又，確認了即使在氧化處理溫度為300℃、450℃、650℃、700℃，也顯示同樣的傾向。
由此可知，在如此的溫度帶，作為含氧氣體，即使使用N2O及NO亦無氧化力提高的效果，為了獲得氧化力提高的效果，必須使用O2等之不含氮的含氧氣體(不含有氮而含有氧的氣體)。作為不含氮的含氧氣體，除了O2以外可舉出O3等之單獨以氧原子所構成的物質。又，如已在第5實施例所說明般，作為含氧氣體，亦可使用已以電漿將O2活性化的氣體。
(第7實施例)
接著針對第7實施例加以說明。
藉由本實施形態的程序形成氧化矽膜，測定膜中不純物的濃度。又，比較使用N2氣體作為清潔氣體的情況、與使用Ar氣體作為清潔氣體的情況之膜中不純物的濃度，特別是N濃度。在本實施形態之程序的各步驟的成膜溫度固定為600℃，除此之外的成膜條件(在各步驟的處理條件)為上述實施形態所記載之條件範圍內的條件。又，膜中不純物的測定是使用SIMS來進行。
將其結果顯示於第14圖。第14圖(a)顯示在 使用N2氣體作為清潔氣體的情況，氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)的濃度。第14圖(b)顯示使用Ar氣體作為清潔氣體的情況，氧化矽膜之膜中所包含的不純物(H、C、N、Cl)的濃度。任一圖式的橫軸表示距離SiO2膜表面的深度(nm)，縱軸表示H、C、N、Cl的濃度(原子/cm3)。
如第14圖(a)、第14圖(b)所示，瞭解到相較於使用N2氣體作為清潔氣體的情況，能藉由使用Ar氣體作為清潔氣體，來減低氧化矽膜中的N濃度。又，亦確認了藉由處理條件，來使N濃度成為背景等級(未檢出)。
藉由本實施形態之程序所形成之氧化矽膜，如上所述，不純物少，相較於藉由一般的CVD法所形成之氧化矽膜(HTO膜)等，為品質良好，考量活用該等特性，能適合應用於半導體製程之IPD及SWS等製程。
又，一般而言在使用3DMAS、BTBAS等胺系原料來形成氧化矽膜的情況，在已形成的氧化矽膜中C及N等之膜中不純物變多。在該情況亦有如下的方法：藉由對晶圓供給胺系原料氣體，在晶圓上形成含矽層，藉由對該含矽層供給以電漿及熱活性化的含氮氣體，將該含矽層加以氮化而暫時改質成SiN層，藉由對該SiN層供給以電漿等活性化的含氧氣體，將該SiN層改質成SiO層，藉由重複上述製程來形成SiO膜，但是在該情況，容易在SiO膜中殘留N等不純物。藉由本實施形態的程序的話，即使是在使用胺系原料的情況，也能形成 膜中不純物N、C少的SiO膜。又，如上述，能形成膜中不純物Cl比以一般的CVD法所形成的SiO膜(HTO膜)低約3位數的SiO膜。又，在使用如下手法：藉由對晶圓供給原料氣體，而在晶圓上形成含矽層，藉由對該含矽層供給以電漿及熱活性化的含氮氣體，將該含矽層加以氮化而暫時改質成SiN層，藉由對該SiN層供給以電漿等加以活性化的含氧氣體，將該SiN層氧化而改質成SiO層，藉由重複上述製程來形成SiO膜的情況，當將SiN層氧化而改質成SiO層時，亦可採用進行本實施形態之程序的步驟3的氧化處理之方式。如此一來，也能形成膜中不純物N、C少的SiO膜。
又，在閘極的加工，例如，在蝕刻閘極側壁後，藉由電漿氧化及高溫下的減壓氧化來進行修復氧化/選擇氧化，之後，使以ALD法及CVD法堆積當作側壁間隔物的SiO膜，已確認藉由使用本實施形態的程序，將在步驟3的氧化處理條件中之氫的供給量、時間最適化，而可以在原位(In-Situ)連續地進行修復氧化及堆積當作側壁間隔物的SiO膜。
又，雖然謀求不使阻障膜的SiN膜氧化而使SiO膜堆積，但是在該情況下，只要使用本實施形態的程序，將在步驟3的氫供給條件及氧化處理時間加以最適化，以只將在步驟1所供給的Si源加以氧化的條件來使SiO膜堆積即可。又，在該情況下速率(rate)是必要的情況下，以不會影響基底SiN膜程度的軟性條件來使SiO膜堆積，再以速率快的條件，即氧化力強的條件來形成 SiO膜。即，亦可使用本實施形態的程序，以速率慢的軟性條件對基底SiN膜上形成第一SiO膜的第1製程(初期成膜製程)、及速率快的條件形成第二SiO膜的第2製程(本成膜製程)的2階段，形成SiO膜。
又，雖然在STI的襯墊(liner)及埋入的形成，也同樣地分別進行擴散系統的氧化及CVD系統的SiO成膜，但是亦可藉由使用本實施形態的程序，在原位變更包含在各步驟的成膜溫度的條件，而連續進行該等製程。
又，亦可在藉由本實施形態的程序來形成SiO膜後，設置對該SiO膜進一步進行高溫氧化、退火(anneal)，改質SiO膜的膜質的製程，形成品質更良好的SiO膜。
又，雖然在本實施形態的程序，係針對在步驟1，形成含矽層，最終形成SiO膜的例子加以說明，但是亦可取代含矽層(含有半導體元素的層)而形成含有Ti、Al、Hf等金屬元素的層，最終形成金屬氧化膜。例如，在形成TiO膜的情況，亦可考量在步驟1將含Ti層(Ti原料的吸附層或Ti層)形成在晶圓上，在步驟3將含Ti層改質成TiO層。又例如，在形成AlO膜的情況下，亦可考量在步驟1將含Al層(Al原料的吸附層或Al層)形成在晶圓上，在步驟3將含Al層改質成AlO層。又例如，在形成HfO膜的情況下，亦可考量在步驟1將含Hf層(Hf原料的吸附層或Hf層)形成在晶圓上，在步驟3將含Hf層改質成HfO層。如此，本實施形態的程序也 能適用於形成金屬氧化物的製程。即，本實施形態的程序，不僅適用於既定元素為半導體元素的情況，也能適用於金屬元素的情況。
但是，對於在步驟3所進行的氧化處理，即，對於在經加熱的減壓氣體環境下使含氧氣體及含氫氣體反應而生成包含原子狀氧等的O的氧化物種，使用該氧化物種，進行氧化處理，處理室內的溫度(晶圓溫度)至少必須是350℃以上的溫度。在低於350℃的溫度，會使得氧化處理不能充分進行。
雖然在上述實施形態，係就分別從各自的噴嘴將O2氣體、H2氣體、HCD氣體供給至處理室201內的例子加以說明，但是如第15圖所示，亦可從相同的噴嘴將O2氣體及H2氣體供給至處理室201內。
第15圖(a)係在本發明之其他實施形態所適用之基板處理裝置的縱型處理爐的概略構成圖，以縱剖面圖顯示處理爐202部分。又，第15圖(b)係於第15圖(a)所顯示之處理爐的A-A’剖面圖。
本實施形態之基板處理裝置與第1、2圖的基板處理裝置的相異點為：在本實施形態，將第1、2圖的第1噴嘴233a及第2噴嘴233b定為共用噴嘴233a，將第2氣體供給管232b連接至第1氣體供給管232a。其他方面與第1、2圖相同。又，在第15圖(a)、第15圖(b)，就已在第1、2圖說明的元件及實質上同一的元件賦予同一符號，省略其說明。
在本實施形態，在第1氣體供給管232a及噴 嘴233a內使O2氣體及H2氣體混合，然後供給至處理室201內。在該情況下，噴嘴233a內被加熱至與處理室201內相同的溫度。因此，O2氣體及H2氣體係在處於已加熱之低於大氣壓的壓力氣體環境下的噴嘴233a內反應，使得在該噴嘴233a內生成包含氧的氧化物種。又，使噴嘴233a內的壓力變得比處理室201內高。因此，能促進在噴嘴233a內的O2氣體及H2氣體的反應，可使由O2氣體及H2氣體的反應所產生的氧化物種生成更多，使氧化力更加提高。又，能在將O2氣體及H2氣體供給至處理室201內之前，使其在噴嘴233a內均勻地混合，然後能在噴嘴233a內使O2氣體及H2氣體均勻地反應，能將氧化物種的濃度均勻化，使得謀求在晶圓200間的氧化力均勻性亦成為可能。
由此可知，為了獲得更高的氧化力提升效果及氧化力均勻化效果，較佳為從相同的噴嘴將O2氣體及H2氣體供給至處理室201內。
以下附記本發明的較佳形態。
本發明之一態樣，係提供一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由交替地重複進行以下製程來在基板上形成既定膜厚的氧化膜的製程：利用將含有既定元素的原料氣體供給至已收納前述基板的處理容器內，在前述基板上形成含有既定元素層的製程；及利用將含氧氣體及含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含有既定元素層改質為氧化層的製程；前述含氧氣體為氧氣或臭氧氣體，前述含氫氣體為 氫氣或氘氣，在形成前述氧化膜的製程中，將前述基板溫度定為400℃以上、700℃以下。
較佳地，在形成前述氧化膜的製程中，將前述基板溫度定為450℃以上、700℃以下。
更佳地，在形成前述氧化膜的製程中，將前述基板溫度定為450℃以上、650℃以下。
更佳地，在形成前述氧化膜的製程中，將前述基板溫度保持在固定的溫度。
更佳地，在將前述含有既定元素層改質為氧化層的製程中，將含氧氣體及含氫氣體透過同一噴嘴供給至前述處理容器內。
更佳地，在將前述含有既定元素層改質為氧化層的製程中，在處於低於大氣壓之壓力氣體環境的前述處理容器內，使含氧氣體及含氫氣體反應而生成包含氧的氧化物種，藉由該氧化物種來氧化前述含有既定元素層而改質為氧化層。
更佳地，前述既定元素為半導體元素或金屬元素。
更佳地，在交替地重複形成前述含有既定元素層的製程、與將前述含有既定元素層改質為氧化層的製程之間，具有使用不含氮的非活性氣體而在前述處理容器內進行氣體清潔(gas purge)的製程。
更佳地，前述不含氮的非活性氣體為稀有氣體。
更佳地，在形成前述含有既定元素層的製程 中，將前述含氫氣體與前述原料氣體一起供給至前述處理容器內。
更佳地，在形成前述氧化膜的製程中，將前述含氫氣體時常性供給至前述處理容器內。
更佳地，前述含氧氣體為氧氣，前述含氫氣體為氫氣。
本發明之其他態樣，係提供一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由交替地重複進行以下製程來在基板上形成既定膜厚的氧化矽膜的製程：利用將含有矽的原料氣體供給至已收納前述基板的處理容器內，在前述基板上形成含矽層的製程；及利用將含氧氣體及含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含矽層改質為氧化矽層的製程；前述含氧氣體為氧氣或臭氧氣體，前述含氫氣體為氫氣或氘氣，在形成前述氧化矽膜的製程中，將前述基板溫度定為400℃以上、700℃以下。
本發明之其他態樣，係提供一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由交替地重複進行以下製程來在基板上形成既定膜厚的氧化矽膜的製程：利用將含有矽的原料氣體供給至已收納有在表面露出包含矽原子的膜及包含金屬原子的膜之基板的處理容器內，在前述基板上形成含矽層的製程；及利用以使前述含氫氣體的供給流量比前述含氧氣體的供給流量大的方式，來將含氧氣體及含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含矽層改質為氧化矽層的製程；前述 含氧氣體為氧氣或臭氧氣體，前述含氫氣體為氫氣或氘氣，在形成前述氧化矽膜的製程中，將前述基板溫度定為400℃以上、700℃以下。
較佳地，包含前述金屬原子的膜為鎢膜。
本發明之另一態樣係提供一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板；加熱器，係加熱前述處理容器內；原料氣體供給系統，係將含有既定元素之原料氣體供給至前述處理容器內；含氧氣體供給系統，係作為含氧氣體將氧氣或臭氧氣體供給至前述處理容器內；含氫氣體供給系統，係作為含氫氣體將氫氣或氘氣供給至前述處理容器內；壓力調整部，係調整前述處理容器內的壓力；及控制器，係藉由交替地重複進行：利用將前述原料氣體供給至已收納基板的前述處理容器內，在前述基板上形成含有既定元素層，利用將前述含氧氣體及前述含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含有既定元素層改質為氧化層，來在前述基板上形成既定膜厚的氧化膜，同時以使形成前述氧化膜時之前述基板的溫度成為400℃以上、700℃以下的方式控制前述原料氣體供給系統、前述含氧氣體供給系統、前述含氫氣體供給系統、前述壓力調整部、及前述加熱器。
本發明之另一態樣係提供一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板；加熱器，係加熱前述處理容器內；原料氣體供給系統，係將含有矽之原料氣體供給至前述處理容器內；含氧氣體供給系統，係 作為含氧氣體將氧氣或臭氧氣體供給至前述處理容器內；含氫氣體供給系統，係作為含氫氣體將氫氣或氘氣供給至前述處理容器內；壓力調整部，係調整前述處理容器內的壓力；及控制器，係藉由交替地重複進行：利用將前述原料氣體供給至已收納基板的前述處理容器內，在前述基板上形成含有既定元素層，利用將前述含氧氣體及前述含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含矽層改質為氧化矽層，來在前述基板上形成既定膜厚的氧化矽膜，同時以使形成前述氧化矽膜時之前述基板的溫度成為400℃以上、700℃以下的方式控制前述原料氣體供給系統、前述含氧氣體供給系統、前述含氫氣體供給系統、前述壓力調整部、及前述加熱器。
本發明之另一態樣係提供一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板；加熱器，係加熱前述處理容器內；原料氣體供給系統，係將含有矽之原料氣體供給至前述處理容器內；含氧氣體供給系統，係作為含氧氣體將氧氣或臭氧氣體供給至前述處理容器內；含氫氣體供給系統，係作為含氫氣體將氫氣或氘氣供給至前述處理容器內；壓力調整部，係調整前述處理容器內的壓力；及控制器，係藉由交替地重複進行：利用將前述原料氣體供給至已收納有在表面露出包含矽原子的膜及包含金屬原子的膜之基板的前述處理容器內，在前述基板上形成含有既定元素層，利用以使前述含氫氣體的供給流量比前述含氧氣體的供給流量大的方式， 來將前述含氧氣體及前述含氫氣體供給至已設定為低於大氣壓壓力的前述處理容器內，將前述含矽層改質為氧化矽層，來在前述基板上形成既定膜厚的氧化矽膜，同時以使形成前述氧化矽膜時之前述基板的溫度成為400℃以上、700℃以下的方式控制前述原料氣體供給系統、前述含氧氣體供給系統、前述含氫氣體供給系統、前述壓力調整部、及前述加熱器。

Claims (22)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由在將處理容器內、第1噴嘴內及第2噴嘴內加熱至與基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下製程，來在該基板上形成既定膜厚的氧化膜的製程：藉由將含有既定元素的原料氣體經由該第1噴嘴供給至已收納該基板的該處理容器內，而在該基板上形成含有既定元素層的製程；及藉由對已設定為低於大氣壓之壓力的該處理容器內，經由與該第1噴嘴不同的該第2噴嘴供給含氧氣體，同時經由與該第1噴嘴相同的噴嘴供給含氫氣體，而在該處理容器內使含氧氣體及含氫氣體在無電漿的氣體環境下混合並反應而生成原子狀氧(atomic oxygen)，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的製程。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在形成該含有既定元素層的製程中，藉由在該原料氣體自行分解的條件下，將該原料氣體供給至已收納該基板的該處理容器內，來在該基板上形成數原子層以下的含有既定元素層。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在形成該含有既定元素層的製程中，藉由在產生CVD反應且該原料氣體自行分解的條件下，將該原料氣體供給至已收納該基板的該處理容器內，來在該基板上形成數原子層以下的含有既定元素層。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在交替地重複形成該含有既定元素層的製程、與將該含有既定元素層改質為氧化層的製程之間，具有利用非活性氣體對該處理容器內進行氣體清潔(gas purge)的製程。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在交替地重複形成該含有既定元素層的製程、與將該含有既定元素層改質為氧化層的製程之間，具有利用不含氮的非活性氣體對該處理容器內進行氣體清潔的製程。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在交替地重複形成該含有既定元素層的製程、與將該含有既定元素層改質為氧化層的製程之間，具有利用稀有氣體對該處理容器內進行氣體清潔的製程。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中該含有既定元素層係包含Si-Si鍵結、Si-O鍵結、Si-Cl鍵結、Si-N鍵結、Si-H鍵結及Si-C鍵結的任一者，在將該含有既定元素層改質為氧化層的製程中，不用切斷該Si-Si鍵結及該Si-O鍵結，而將切斷該Si-Cl鍵結、該Si-N鍵結、該Si-H鍵結及該Si-C鍵結的能量賦予至該含有既定元素層。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中該既定元素為半導體元素或金屬元素。
  9. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其 中該既定元素為矽。
  10. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在形成該氧化膜的製程中，將該基板溫度定為400℃以上、700℃以下。
  11. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在形成該氧化膜的製程中，將該基板溫度定為450℃以上、700℃以下。
  12. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中在形成該氧化膜的製程中，將該基板溫度定為450℃以上、650℃以下。
  13. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中該含氧氣體包括氧氣及臭氧氣體當中至少任一者，該含氫氣體包括氫氣及氘氣當中至少任一者。
  14. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中將該含有既定元素層改質為氧化層的製程，係在無電漿(non-plasma)的氣體環境下進行。
  15. 一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由在將處理容器內、第1噴嘴內及第2噴嘴內加熱至與基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下製程，來在該基板上形成既定膜厚的氧化膜的製程：藉由將含有既定元素的原料氣體經由該第1噴嘴供給至已收納該基板的該處理容器內，而在該基板上形成含有既定元素層的製程；及以藉由對已設定為低於大氣壓之壓力的該處理容器內，經由與該第1噴嘴不同的該第2噴嘴同時供給 含氧氣體和含氫氣體，而在處於低於大氣壓之壓力下的該第2噴嘴內使該含氧氣體及該含氫氣體混合後，供給至該處理容器內的方式進行，且在該處理容器內使該含氧氣體及該含氫氣體在無電漿的氣體環境下反應而生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的製程。
  16. 如申請專利範圍第15項之半導體裝置之製造方法，其中在將該含有既定元素層改質為氧化層的製程中，係在處於低於大氣壓之壓力下的該第2噴嘴內使該含氧氣體及該含氫氣體反應而在該第2噴嘴內生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層。
  17. 如申請專利範圍第15項之半導體裝置之製造方法，其中在將該含有既定元素層改質為氧化層的製程中，係在處於低於大氣壓之壓力下的該第2噴嘴內及該處理容器內使該含氧氣體及該含氫氣體反應，而在該第2噴嘴內及該處理容器內生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層。
  18. 一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由在將處理容器內、第1噴嘴內、第2噴嘴內及第3噴嘴內加熱至與基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下製程，來在該基板上形成既定膜厚的氧化膜的製程：藉由將含有既定元素的原料氣體經由該第1噴嘴供給至已收納該基板的該處理容器內，而在該基板上 形成含有既定元素層的製程；藉由對已設定為低於大氣壓之壓力的該處理容器內，經由與該第1噴嘴不同的該第2噴嘴供給含氧氣體，同時經由與該第1噴嘴及該第2噴嘴不同的該第3噴嘴供給含氫氣體，而在該處理容器內使含氧氣體及含氫氣體在無電漿的氣體環境下混合並反應而生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的製程。
  19. 一種半導體裝置之製造方法，其具有藉由在將處理容器內、第1噴嘴內及第2噴嘴內加熱至與基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下製程，來在基板上形成既定膜厚的氧化膜的製程：藉由在含有既定元素的原料氣體自行分解的條件下，將該原料氣體經由該第1噴嘴供給至已收納該基板的該處理容器內，在該基板上形成數原子層以下之厚度的含有既定元素層的製程；及藉由對已設定為低於大氣壓壓力的該處理容器內，經由與該第1噴嘴不同的該第2噴嘴供給含氧氣體，同時經由與該第1噴嘴相同的噴嘴供給含氫氣體，而在該處理容器內使含氧氣體及含氫氣體在無電漿的氣體環境下混合並反應而生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的製程。
  20. 一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板； 加熱器，係加熱該處理容器內的基板；原料氣體供給系統，係將含有既定元素之原料氣體經由第1噴嘴供給至該處理容器內；含氧氣體供給系統，係將含氧氣體經由與該第1噴嘴不同的第2噴嘴供給至該處理容器內；含氫氣體供給系統，係將含氫氣體經由該第1噴嘴供給至該處理容器內；壓力調整部，係調整該處理容器內的壓力；及控制器，係構成為藉由在將該處理容器內、該第1噴嘴內及該第2噴嘴內加熱至與該基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下處理，來在該基板上形成既定膜厚的氧化膜之方式，控制該原料氣體供給系統、該含氧氣體供給系統、該含氫氣體供給系統、該壓力調整部、及該加熱器：藉由將該原料氣體經由第1噴嘴供給至已收納基板的該處理容器內，在該基板上形成含有既定元素層的處理；及藉由對已設定為低於大氣壓之壓力的該處理容器內，經由該第2噴嘴供給該含氧氣體，同時經由與該第1噴嘴相同的噴嘴供給該含氫氣體，而在該處理容器內使該含氧氣體及該含氫氣體在無電漿的氣體環境下混合並反應而生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的處理。
  21. 一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板； 加熱器，係加熱該處理容器內的基板；原料氣體供給系統，係將含有既定元素之原料氣體經由第1噴嘴供給至該處理容器內；含氧氣體供給系統，係將含氧氣體經由與該第1噴嘴不同的第2噴嘴供給至該處理容器內；含氫氣體供給系統，係將含氫氣體經由該第2噴嘴供給至該處理容器內；壓力調整部，係調整該處理容器內的壓力；及控制器，其係構成為以藉由在將該處理容器內、該第1噴嘴內及該第2噴嘴內加熱至與該基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下處理，來在該基板上形成既定膜厚的氧化膜之方式，控制該原料氣體供給系統、該含氧氣體供給系統、該含氫氣體供給系統、該壓力調整部、及該加熱器：藉由將該原料氣體經由該第1噴嘴供給至已收納該基板的該處理容器內，而在該基板上形成含有既定元素層的處理；及以藉由對已設定為低於大氣壓之壓力的該處理容器內，經由第2噴嘴同時供給該含氧氣體和該含氫氣體，而在處於低於大氣壓之壓力下的該第2噴嘴內使該含氧氣體及該含氫氣體混合後，供給至該處理容器內的方式進行，且在該處理容器內使該含氧氣體及該含氫氣體在無電漿的氣體環境下反應而生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的處理。
  22. 一種基板處理裝置，其具有：處理容器，係收納基板；加熱器，係加熱該處理容器內的基板；原料氣體供給系統，係將含有既定元素之原料氣體經由第1噴嘴供給至該處理容器內；含氧氣體供給系統，係將含氧氣體經由與該第1噴嘴不同的第2噴嘴供給至該處理容器內；含氫氣體供給系統，係將含氫氣體經由與該第1噴嘴及該第2噴嘴不同的第3噴嘴供給至該處理容器內；壓力調整部，係調整該處理容器內的壓力；及控制器，係構成為以藉由在將該處理容器內、該第1噴嘴內、該第2噴嘴內及該第3噴嘴內加熱至與該基板的溫度相同的溫度之成膜溫度的狀態下交替地重複進行以下處理，來在該基板上形成既定膜厚的氧化膜之方式，控制該原料氣體供給系統、該含氧氣體供給系統、該含氫氣體供給系統、該壓力調整部、及該加熱器：藉由將該原料氣體經由該第1噴嘴供給至已收納該基板的該處理容器內，而在該基板上形成含有既定元素層的處理；藉由對已設定為低於大氣壓之壓力的該處理容器內，經由該第2噴嘴供給該含氧氣體，同時經由該第3噴嘴供給該含氫氣體，而在該處理容器內使該含氧氣體及該含氫氣體在無電漿的氣體環境 下混合並反應而生成原子狀氧，利用此原子狀氧來氧化該含有既定元素層而改質為氧化層的處理。
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