TWI833141B - 半導體裝置之製造方法、基板處理方法、程式及基板處理裝置 - Google Patents

半導體裝置之製造方法、基板處理方法、程式及基板處理裝置 Download PDF

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TWI833141B
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中山雅則
舟木克典
坪田康寿
井川登
山角宥貴
岸本宗樹
竹島雄一郎
市村圭太
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日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

本發明係當使用經電漿激發的含氧氣體，將基板上所形成的矽膜與矽氮化膜施行氧化時，可將該等膜選擇性氧化形成氧化層。 本發明的解決手段係包括有：(a)將含有氧與氫的處理氣體施行電漿激發而生成反應種的步驟；以及(b)將反應種供應給基板，而將分別依露出於基板上之方式所形成之矽膜與矽氮化膜的表面，施行氧化的步驟；且 處理氣體所含的氧與氫之比率，係依在(b)中對矽氮化膜表面施行氧化所形成之第2氧化層厚度，相對於對矽膜表面施行氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為既定厚度比率之方式進行調整。

Description

半導體裝置之製造方法、基板處理方法、程式及基板處理裝置
本揭示係關於半導體裝置之製造方法、基板處理方法、程式及基板處理裝置。
近年，快閃記憶體等半導體裝置有高集聚化的傾向。隨此，圖案尺寸明顯微細化。形成該等圖案時，製造步驟之一步驟會有對基板實施氧化處理、氮化處理等既定處理步驟的情況。
例如專利文獻1與專利文獻2有揭示：使用經電漿激發的處理氣體，對基板上所形成的圖案表面施行改質處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2016/125606號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-75579號公報
(發明所欲解決之問題)
會有要求將基板上所形成的矽膜與矽氮化膜施行選擇性氧化，而形成氧化層的情況。
本揭示的課題在於提供：當使用經電漿激發的含氧氣體，將基板上所形成的矽膜與矽氮化膜施行氧化時，可將該等膜選擇性氧化形成氧化層的技術。 (解決問題之技術手段)
根據本揭示一態樣所提供的技術，包括有： (a)將含有氧與氫的處理氣體施行電漿激發而生成反應種的步驟；以及 (b)將上述反應種供應給基板，對分別依露出於上述基板上之方式形成矽膜與矽氮化膜的表面，施行氧化的步驟；且 上述處理氣體所含的氧與氫之比率，係依在(b)中對上述矽氮化膜表面施行氧化所形成之第2氧化層厚度，相對於對上述矽膜表面施行氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為既定厚度比率之方式進行調整。 (對照先前技術之功效)
根據本揭示，當使用經電漿激發的含氧氣體，將在基板上所形成之矽膜與矽氮化膜施行氧化時，可將該等膜選擇性氧化而形成氧化層。
＜本揭示一態樣＞ 以下，針對本揭示一態樣參照圖式進行說明。另外，以下說明時所使用的圖式均僅為示意，圖式上各要件的尺寸關係、各要件之比率等未必與實際上一致。又，複數圖式彼此間就各要件的尺寸關係、各要件之比率等亦未必一致
[第1實施形態] (1)基板處理裝置 針對本揭示之第1實施形態的基板處理裝置，使用圖1與圖2說明如下。本實施形態的基板處理裝置主要係構成為對在當作基板用的晶圓200之面上所形成之膜，施行氧化處理。
(處理室) 基板處理裝置100係具備有對晶圓200施行電漿處理的處理爐202。在處理爐202中設有構成處理室201的處理容器203。處理容器203係具備有：屬於第1容器的圓頂形上側容器210、以及屬於第2容器的碗形下側容器211。藉由上側容器210覆蓋於下側容器211上，便形成處理室201。上側容器210係由例如氧化鋁(Al 2O 3)或石英(SiO 2)等非金屬材料形成，下側容器211係由例如鋁(Al)形成。
再者，在下側容器211的下側壁設有閘閥244。閘閥244係構成為在打開時，便使用搬送機構(未圖示)，經由搬入搬出口245，將晶圓200搬入至處理室201內，或將晶圓200搬出處理室201。閘閥244係構成為在關閉時，成為保持處理室201內氣密性的隔閥。
處理室201係具備有：周圍設有共振線圈212的電漿生成空間201a、以及連通於電漿生成空間201a並對晶圓200施行處理的基板處理空間201b。電漿生成空間201a係指生成電漿的空間，為在處理室內較共振線圈212之下端更靠上方、且較共振線圈212之上端更靠下方的空間。另一方面，基板處理空間201b係指對晶圓200使用電漿施行處理的空間，為較共振線圈212之下端更靠下方的空間。本實施形態中，電漿生成空間201a與基板處理空間201b的水平方向直徑係構成為略相同之狀態。
(承載器) 在處理室201的底側中央配置有當作載置晶圓200的基板載置部用之承載器217。承載器217係由例如氮化鋁(AlN)、陶瓷、石英等非金屬材料形成，構成可減輕對晶圓200上所形成之膜等之金屬污染。
在承載器217的內部一體性地埋藏當作加熱機構用的加熱器217b。加熱器217b係構成為若被供給電力，晶圓200表面便被加熱至例如25℃至750℃左右。
承載器217係與下側容器211呈電氣性絕緣。阻抗調整電極217c係為更加提升在承載器217所載置之晶圓200上生成的電漿密度之均勻性，而設置於承載器217內部，經由當作阻抗調整部用的阻抗可變機構275接地。阻抗可變機構275係由線圈或可變電容構成，藉由控制線圈的電感與電阻、以及可變電容的電容值，能使阻抗在約0Ω至處理室201的寄生阻抗值範圍內變化。藉此，經由阻抗調整電極217c與承載器217，便可控制晶圓200的電位(偏壓電壓)。
在承載器217中設有具有使承載器升降的驅動機構之承載器升降機構268。又，在承載器217中設有貫穿孔217a，且在下側容器211的底面設有晶圓上舉銷266。在貫穿孔217a與晶圓上舉銷266相對向之位置處，各至少設置3處。利用承載器升降機構268使承載器217下降時，在晶圓上舉銷266與承載器217呈非接觸之狀態下，突穿貫穿孔217a。主要由承載器217、加熱器217b、及阻抗電極217c，構成本實施形態的基板載置部。
(氣體供應部) 處理室201的上方(即上側容器210的上部)設有氣體供應頭236。氣體供應頭236係具備有：帽狀蓋體233、氣體導入口234、緩衝室237、開口238、屏蔽板240、以及氣體吹出口239，構成能將處理氣體供應給處理室201內。緩衝室237係具有使由氣體導入口234所導入的處理氣體分散之分散空間機能。
在氣體導入口234依供應含氧(O)氣體的含氧氣體供應管232a之下游端、供應含氫(H)氣體的含氫氣體供應管232b之下游端、以及供應惰性氣體的惰性氣體供應管232c合流的方式連接。在含氧氣體供應管232a中，從上游側起依序設有：含O氣體供應源250a、流量控制裝置之質量流量控制器(MFC)252a、以及開關閥之閥253a。在含氫氣體供應管232b中，從上游側起依序設有：含H氣體供應源250b、MFC252b及閥253b。在惰性氣體供應管232c中，從上游側起依序設有：惰性氣體供應源250c、MFC252c及閥253c。在含氧氣體供應管232a、含氫氣體供應管232b及惰性氣體供應管232c合流的下游側設有閥243a，並連接於氣體導入口234的上游端。藉由使閥253a,253b,253c,243a進行開閉，構成在利用MFC252a,252b,252c調整各氣體的流量情況下，經由氣體供應管232a,232b,232c，可將含O氣體、含H氣體及惰性氣體等處理氣體供應給處理室201內。
主要由氣體供應頭236(蓋體233、氣體導入口234、緩衝室237、開口238、屏蔽板240、氣體吹出口239)、含氧氣體供應管232a、含氫氣體供應管232b、惰性氣體供應管232c、MFC252a,252b,252c及閥253a,253b,253c,243a構成本實施形態的處理氣體供應部(處理氣體供應系統)。
再者，由氣體供應頭236、含氧氣體供應管232a、MFC252a及閥253a,243a構成本實施形態的含氧氣體供應系統。又，由氣體供應頭236、含氫氣體供應管232b、MFC252b及閥253b,243a構成本實施形態的含氫氣體供應系統。又，由氣體供應頭236、惰性氣體供應管232c、MFC252c及閥253c,243a構成本實施形態的惰性氣體供應系統。
(排氣部) 在下側容器211的側壁設有將處理氣體從處理室201內排氣的氣體排氣口235。氣體排氣口235連接於氣體排氣管231的上游端。在氣體排氣管231中，從上游側起依序設有：壓力調整器(壓力調整部)之APC(Auto Pressure Controller，壓力自動控制)閥242、開關閥之閥243b、以及真空排氣裝置之真空泵246。主要由氣體排氣口235、氣體排氣管231、APC閥242及閥243b構成本實施形態的排氣部。又，真空泵246亦可包含於排氣部中。
(電漿生成部) 處理室201的外圍部(即上側容器210側壁的外側)，依包圍處理室201之方式，設有當作第1電極用的螺旋狀共振線圈212。共振線圈212連接於RF感測器272、高頻電源273、及供施行高頻電源273之阻抗與輸出頻率整合的整合器274。
高頻電源273係對共振線圈212供應高頻電力(RF電力)。RF感測器272係設置於高頻電源273的輸出側，監視所供應之高頻的進行波與反射波資訊。利用RF感測器272監視的反射波電力被輸入於整合器274，整合器274便根據從RF感測器272輸入的反射波資訊，依反射波成為最小的方式，對高頻電源273的阻抗、或所輸出之高頻電力的頻率進行控制。
高頻電源273係具備有：含有供規定振盪頻率與輸出用之高頻振盪電路與含前置放大器的電源控制手段(控制電路)、以及供放大既定輸出用的放大器(輸出電路)。電源控制手段係根據透過操作面板預設的相關頻率與電力之輸出條件，對放大器進行控制。放大器係經由傳輸線路將一定的高頻電力供應給共振線圈212。
共振線圈212係為能形成既定波長的駐波，便依一定波長進行共振的方式設定線圈直徑、捲繞間距、圈數。即共振線圈212的電氣長度係設定為相當於從高頻電源273所供應之高頻電力，在既定頻率的1波長之整數倍(1倍、2倍、…)長度。
共振線圈212二端電氣接地，其中至少一端係為能在裝置最初設置時、或變更處理條件時，微調整該共振線圈的電氣性長度，便經由可動式插座213接地。圖1中元件符號214係表示另一固定接地。可動式插座213係依共振線圈212的共振特性與高頻電源273略等的方式調整位置。又，在裝置最初設置時、或變更處理條件時，為微調整共振線圈212的阻抗，便在共振線圈212接地的二端間，利用可動式插座215構成供電部。藉由共振線圈212具備有可變式接地部與可變式供電部，如後述般，在調整處理室201的共振頻率與負荷阻抗時，可更加簡便地調整。
屏蔽板223係為屏蔽共振線圈212之外側電場，且為能在與共振線圈212之間形成構成共振電路的必要電容成分(C成分)而設置。屏蔽板223一般係使用鋁合金等導電性材料並構成為圓筒狀。
主要由共振線圈212、RF感測器272及整合器274構成本實施形態的電漿生成部(電漿生成機構)。又，電漿生成部亦可包含高頻電源273。
此處，針對本實施形態裝置的電漿生成原理及所生成電漿的性質，使用圖2進行說明。
由共振線圈212構成的電漿產生電路係由RLC的併排共振電路構成。當由高頻電源273所供應之高頻電力的波長、與共振線圈212的電氣長度相同時，共振線圈212的共振條件會抵消由共振線圈212的電容成分或感應成分製造出的電抗成分，成為純電阻。然而，於上述電漿產生電路中，使電漿產生時，會因共振線圈212的電壓部與電漿間之電容結合變動、電漿生成空間201a與電漿間的感應結合變動、電漿激發狀態等，使實際的共振頻率出現些微變動。
所以，本實施形態具有由電源側補償電漿生成時所出現之共振線圈212的共振偏移，由RF感測器272檢測產生電漿時來自共振線圈212的反射波電力，再根據所檢測到的反射波電力，由整合器274校正高頻電源273輸出的機能。
具體而言，整合器274係根據RF感測器272所檢測到，在產生電漿時來自共振線圈212的反射波電力，依使反射波電力成為最小的方式，使高頻電源273的阻抗或輸出頻率增加或減少。控制阻抗時，整合器274係由校正預設阻抗的可變電容控制電路構成，當控制頻率時，整合器274係由校正預設高頻電源273之振盪頻率的頻率控制電路構成。另外，高頻電源273與整合器274亦可構成為一體。
藉由該構成，本實施形態的共振線圈212，如圖2所示，因為被供給由含有電漿的該共振線圈之實際共振頻率所產生之高頻電力(或者，依整合於含有電漿的該共振線圈之實際阻抗之方式供應高頻電力)，因而形成相位電壓與反相位電壓經常相抵消狀態的駐波。當共振線圈212的電氣長度與高頻電力的波長相同時，在線圈的電氣中點(電壓為零的節點)會產生最高的相位電流。所以，在電氣中點附近，幾乎不會與處理室壁或承載器217出現電容結合，便可形成極低電位的甜甜圈狀感應電漿。
(控制部) 屬於控制部的控制器221係構成為經由訊號線A對APC閥242、閥243b及真空泵246進行控制，經由訊號線B對承載器升降機構268進行控制，經由訊號線C對加熱器電力調整機構276及阻抗可變機構275，經由訊號線D對閘閥244進行控制，經由訊號線E對RF感測器272、高頻電源273及整合器274進行控制，經由訊號線F對MFC252a~252c及閥253a~253c,243a進行控制。
如圖3所示，屬於控制部(控制手段)的控制器221，係由具備有CPU(Central Processing Unit，中央處理器)221a、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)221b、記憶裝置221c、以及I/O埠221d的電腦構成。RAM221b、記憶裝置221c、及I/O埠221d係構成為經由內部匯流排221e，能與CPU221a進行數據交換。控制器221係連接於由例如觸控面板或顯示器等構成的輸出入裝置225。
記憶裝置221c係由例如快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟機)等構成。在記憶裝置221c內，可讀出地儲存著例如：控制基板處理裝置動作的控制程式、以及記載後述基板處理的順序或條件等之程式配方等。製程配方係使控制器221執行後述基板處理步驟的各項順序，並依能獲得既定結果的方式組合而成，具有程式機能。以下，將程式配方或控制程式等亦統稱為「程式」。另外，本說明書中使用「程式」一詞時，係包括有：僅含程式配方單體的情況、僅含控制程式單體的情況、或二者均含有的情況。又，RAM221b係構成為暫時性保持由CPU221a所讀出之程式或數據等的記憶體區域(工作區塊)。
I/O埠221d係連接於上述的MFC252a~252c、閥253a~253c,243a,243b、閘閥244、APC閥242、真空泵246、RF感測器272、高頻電源273、整合器274、承載器升降機構268、阻抗可變機構275、以及加熱器電力調整機構276等。
CPU221a係構成為從記憶裝置221c讀出控制程式並執行，且配合來自輸出入裝置225的操作指令輸入等，從記憶裝置221c中讀出製程配方。然後，CPU221a係依沿襲所讀出之製程配方內容的方式，通過I/O埠221d與訊號線A對APC閥242的開度調整動作、閥243b的開閉動作、及真空泵246的啟動/停止進行控制，經由訊號線B對承載器升降機構268的升降動作進行控制，經由訊號線C對由加熱器電力調整機構276朝加熱器217b的供應電力量調整動作(溫度調整動作)、或由阻抗可變機構275進行的阻抗值調整動作進行控制，經由訊號線D對閘閥244的開閉動作進行控制，經由訊號線E對RF感測器272、整合器274及高頻電源273的動作進行控制，經由訊號線F對由MFC252a~252c進行的各種氣體之流量調整動作及閥253a~253c,243a的開閉動作等進行控制。
控制器221係可藉由將在外部記憶裝置(例如：磁帶、軟碟、硬碟等磁碟；CD、DVD等光碟；MO等光磁碟；USB記憶體、記憶卡等半導體記憶體)226中儲存的上述程式，安裝於電腦中而構成。記憶裝置221c或外部記憶裝置226係由電腦可讀取的記錄媒體構成。以下將該等亦統稱為「記錄媒體」。本說明書中，使用「記錄媒體」一詞時，係包括有：僅含記憶裝置221c單體的情況、僅含外部記憶裝置226單體的情況、或二者均含有的情況。另外，對電腦的程式提供亦可未使用外部記憶裝置226，而是使用網際網路或專用線路等通訊手段進行。
(2)基板處理步驟 接著，針對本揭示一態樣的基板處理步驟，主要使用圖4進行說明。圖4所示係本揭示一態樣的基板處理步驟流程圖。本揭示一態樣的基板處理步驟係例如快閃記憶體等半導體裝置的製造步驟中之一步驟，由上述基板處理裝置100實施。以下說明中，構成基板處理裝置100的各構件動作均由控制器221進行控制。
另外，在本揭示一態樣的基板處理步驟所處理之晶圓200上，例如圖5(A)所示，至少表面預先形成由矽(Si)膜302與矽氮化(SiN)膜303形成的凹部301。即，本基板處理步驟所處理的晶圓200係Si膜302與SiN膜303露出於晶圓200上所形成之凹部301的內側，由Si膜302構成凹部301的底部。凹部301係例如溝渠或洞，凹部301的寬深比達20以上。本基板處理步驟中，對凹部301施行使用電漿進行處理的氧化處理。Si膜302係由例如單晶矽(c-Si)、非晶矽(a-Si)、複晶矽(Poly-Si)中之至少任一者構成。
(基板搬入步驟S110) 首先，將上述晶圓200搬入至處理室201內。具體而言，由承載器升降機構268使承載器217下降至晶圓200的搬送位置，並使晶圓上舉銷266貫穿於承載器217的貫穿孔217a。結果，晶圓上舉銷266便呈現較承載器217表面僅突出既定高度的狀態。
接著，打開閘閥244，從鄰接處理室201的真空搬送室，使用晶圓搬送機構(未圖示)將晶圓200搬入至處理室201內。搬入的晶圓200被依水平姿勢支撐於突出於承載器217表面的晶圓上舉銷266上。若晶圓200搬入至處理室201內，便使晶圓搬送機構退縮於處理室201外，關閉閘閥244而將處理室201內密閉。然後，藉由承載器升降機構268使承載器217上升，晶圓200便被承載器217的上表面支撐。
(升溫・真空排氣步驟S120) 接著，施行已搬入處理室201內的晶圓200升溫。加熱器217b被預先加熱，藉由將晶圓200保持於已埋藏有加熱器217b的承載器217上，而將晶圓200加熱至例如150~700℃範圍內的既定溫度。此處，依晶圓200溫度成為700℃之方式加熱。又，在進行晶圓200升溫之期間，利用真空泵246經由氣體排氣管231將處理室201內施行真空排氣，使處理室201內的壓力成為既定值。真空泵246係至少直到後述基板搬出步驟S160結束為止前均持續動作。另外，本說明書中如「150~700℃」之類的數值範圍表述，係指下限值與上限值涵蓋於該範圍內。所以，例如「150~700℃」便指「150℃以上且700℃以下」。對其他的數值範圍而言亦同。
(處理氣體供應步驟S130) 其次，開始進行處理氣體之含O氣體與含H氣體混合氣體的供應。即，將處理氣體之含O氣體與含H氣體的混合氣體供應給已收容晶圓200的處理室201內。具體而言，打開閥253a與閥253b，一邊利用MFC252a與MFC252b進行流量控制，一邊開始朝處理室201內供應含O氣體與含H氣體。此時，含O氣體的流量係設為例如10~50000sccm、較佳為10~5000sccm範圍內的既定值。又，含H氣體的流量係設為例如10~50000sccm、較佳為10~5000sccm範圍內的既定值。
屬於處理氣體的含O氣體與含H氣體之混合氣體中，所含之O與H的比率係藉由控制含O氣體與含H氣體的流量比而進行調整。藉此，可容易控制處理氣體中所含之O與H的比率。又，所謂「O與H的比率」係處理氣體所含之O原子與H原子的數量比率，例如當含O氣體與含H氣體的混合氣體係使用氧氣(O 2氣體)與氫氣(H 2氣體)的混合氣體時，含O氣體與含H氣體的流量比便直接成為O與H的比率。
此時，處理氣體中所含之O與H的比率，係依在接著的電漿處理步驟(S140)中，將使SiN膜303表面氧化所形成之第2氧化層的SiO層304b之厚度，相對於將凹部301內的Si膜302表面氧化所形成之第1氧化層的SiO層304a之厚度之比率，成為既定厚度比率(例如0.7左右)的方式進行調整。另外，由SiN膜303表面氧化形成的第2氧化層之SiO層304b，亦可想成含有層中殘留既定濃度之氮的Si氧化層(及SiON層)。
例如藉由依使處理氣體中所含之H對O比率增加的方式進行調整，便可縮小SiO層304b之厚度相對於SiO層304a之厚度的比率。
再者，當作處理氣體供應的含O氣體與含H氣體之流量比率，係調整為預先取得，在記憶裝置221c或外部記憶裝置226中所記憶之既定厚度比率的對應值。依此，藉由預先取得並記憶於記憶裝置221c或外部記憶裝置226中，便可輕易地將Si膜302上與SiN膜303上所形成之氧化膜的厚度比率，依成為既定厚度比率之方式，調整含O氣體與含H氣體的流量比率。
此時，處理室201內的壓力係依成為例如1~250Pa、較佳為50~200Pa範圍內的既定壓力、更佳係約150Pa的方式，調整APC閥242的開度，而控制處理室201內的排氣。依此，在將處理室201內適度排氣之情況下，直到後述電漿處理步驟S140結束為止前均持續供應含O氣體與含H氣體。
(電漿處理步驟S140) 若處理室201內的壓力呈安定，便對共振線圈212從高頻電源273經由RF感測器272開始施加高頻電力。本實施形態中，從高頻電源273朝共振線圈212供應13.54~27.12MHz的高頻電力。供應給共振線圈212的高頻電力係例如100~5000W範圍內的既定電力，較佳係100~3500W、更佳係約3500W。當電力低於100W時，不易安定地產生電漿放電。
藉此，在被供給含O氣體與含H氣體的電漿生成空間201a內會形成高頻電場，藉由該電場，在電漿生成空間中相當於共振線圈212電氣中點的高度位置處，具有最高電漿密度的甜甜圈狀感應電漿會被激發。電漿狀含O氣體與含H氣體便解離，生成氧(O)自由基、氧離子、及羥基(OH)自由基等氧活性種、以及氫(H)自由基及氫離子等氫活性種等反應種。
即，朝處理室201內所供應之含O氣體與含H氣體混合氣體的處理氣體被電漿激發，而生成氧活性種、氫活性種等反應種。此處，藉由生成氧活性種等具有氧化作用的反應種、與氫活性種等具有抑制氧化作用的反應種，便可獲得對Si膜與SiN膜的氧化選擇性。
再者，藉由使用由極低電位的感應電漿(ICP、Inductively Coupled Plasma)所生成之活性種施行氧化，針對在達20以上之高寬深比的凹部301表面上所形成之膜，可均勻性佳地形成氧化層。又，例如在對晶圓200之面方向的垂直面形成凹部301時，即使凹部301對晶圓200的面方向非呈垂直形成之情況，仍可對其表面上所形成的膜均勻性佳地形成氧化層。
此時，處理氣體中所含之O與H的比率係依由電漿激發生成具有氧化作用的反應種之量、與具有抑制氧化作用的反應種之量之比率，成為既定之氧化層厚度比率所對應之比率的方式進行調整。例如，藉由對具氧化作用反應種的氧活性種(更具體係例如O自由基)、與具抑制氧化作用反應種的氫活性種(更具體係例如H自由基)之比率進行控制，便可調整SiO層304b之厚度相對於SiO層304a的比率。
然後，藉由將氧活性種等具有氧化作用的反應種、與氫活性種等具有抑制氧化作用的反應種供應給晶圓200，使分別依露出於晶圓200上的凹部301內之方式，形成的Si膜302與SiN膜303表面被氧化，而分別形成SiO層304a與SiO層304b。即，如圖5(B)所示，在構成凹部301底部的Si膜302之露出面上，全體形成均勻厚度的SiO層304a，且在構成凹部301側壁面的SiN層303之露出面上，全體形成均勻厚度的SiO層304b。又，在構成凹部301底部的Si膜302露出面上，形成厚度較在SiN膜303露出面上所形成之SiO層304b大的SiO層304a。即，針對SiN膜303表面，選擇性將Si膜304之表面氧化，便可形成屬於氧化層的SiO層304a。
此處，根據本案發明者的驗證，當對圖5(A)所示之晶圓200，使用處理氣體僅含氧的O 2氣體施行電漿激發並進行氧化處理時，僅能獲得Si膜上所形成之氧化層、與SiN膜上所形成之氧化層的厚度比率超過90%(約93%)的選擇性。相對於此，根據本案發明者的驗證，藉由處理氣體係使用屬於含O氣體與含H氣體之混合氣體的O 2氣體與H 2氣體之混合氣體，並調整混合氣體中所含之O與H的比率，確認到可將Si膜上所形成之氧化層與SiN膜上所形成之氧化層的厚度比率設在90%以下。即，確認到可依當處理氣體係使用含O氣體與含H氣體混合氣體時，SiN膜上的氧化層厚度相對於Si膜上的氧化層厚度之比率，較當處理氣體僅使用O 2氣體時，SiN膜上的氧化層厚度相對於Si膜上的氧化層厚度之比率小之方式進行控制。
即，藉由處理氣體係使用含O氣體與含H氣體的混合氣體，並調整處理氣體中所含之O與H的比率，相較於處理氣體僅使用O 2氣體的情況下，比較能控制SiN膜上的氧化層厚度相對於Si膜上的氧化層厚度之比率。即，藉此可控制在Si膜與SiN膜所形成之氧化層的厚度選擇性。
具體而言，藉由將處理氣體所含的含O氣體與含H氣體之比率，調整為H原子數相對於處理氣體中所含之O原子數與H原子數之合計的比率達5%以上，便可使SiO層304b之厚度相對於SiO層304a之厚度的比率成為90%以下。又，藉由將處理氣體所含的含O氣體與含H氣體之比率，調整為H原子數相對於處理氣體中所含之O原子數與H原子數之合計的比率達10%以上，便可使SiO層304b之厚度相對於SiO層304a之厚度的比率成為80%以下。又，藉由將處理氣體所含的含O氣體與含H氣體之比率，調整為H原子數相對於處理氣體中所含之O原子數與H原子數合計的比率達20%以上，便可使SiO層304b之厚度相對於SiO層304a之厚度的比率成為70%以下。
另外，當處理氣體所含的H原子數比率超過例如80%時，將無法獲得對Si膜的實用氧化率。藉由將處理氣體所含的含O氣體與含H氣體比率，調整為H原子數相對於處理氣體中所含之O原子數與H原子數之合計的比率在80%以下的值，便可在維持對Si膜的實用氧化率之情況下，獲得氧化層的厚度選擇性。另外，當處理氣體係使用O 2氣體與H 2氣體的混合氣體時，處理氣體所含之O原子數與H原子數的比率，將直接成為O 2氣體與H 2氣體的供應量比率。
然後，經既定處理時間(例如10~300秒)後，便停止從高頻電源273的電力輸出，而停止處理室201內的電漿放電。又，關閉閥253a與閥253b，停止朝處理室201內供應含O氣體與含H氣體。依上述般，結束電漿處理步驟S140。
(真空排氣步驟S150) 若含O氣體與含H氣體的供應停止，便經由氣體排氣管231對處理室201內施行真空排氣。藉此，處理室201內的含O氣體與含H氣體、由該等氣體進行反應而產生的排氣等，便會被排出至處理室201外。然後，調整APC閥242的開度，將處理室201內的壓力，調整為與處理室201鄰接的真空搬送室(晶圓200搬出目的處。未圖示)相同壓力。
(基板搬出步驟S160) 若處理室201內成為既定壓力，便使承載器217下降至晶圓200的搬送位置，使晶圓200被支撐於晶圓上舉銷266上。然後，打開閘閥244，使用晶圓搬送機構將晶圓200搬出至處理室201外。依上述般，結束本實施形態的基板處理步驟。
含O氣體係可使用例如：O 2氣體、臭氧(O 3)氣體、水蒸氣(H 2O氣體)、過氧化氫(H 2O 2)氣體、一氧化氮(NO)氣體、氧化亞氮(N 2O)氣體等。又，含O氣體係可使用含有該等中之至少任一者的氣體。
再者，含H氣體係可使用例如：H 2氣體、H 2O氣體、H 2O 2氣體、重氫(D 2)氣體等。又，含H氣體係可使用含有該等中之至少任一者的氣體。
另外，含O氣體與含H氣體係使用互異的氣體。例如含O氣體與含H氣體係使用各氣體每次流量所含的O原子數與H原子數比率互異之氣體。又，含O氣體與含H氣體係使用各氣體組成(分子構造)所含的O原子數與H原子數比率互異的氣體。
(4)其他實施形態 [第2實施形態] 其次，使用圖6，針對本揭示之第2實施形態進行說明。此處，主要針對與上述第1實施形態不同處進行說明，相關其他地方則省略說明。第2實施形態的基板處理裝置構成係不同於第1實施形態。其餘均與第1實施形態相同。以下針對第2實施形態之基板處理裝置的構成進行說明。
基板處理裝置400係具備有對晶圓200施行電漿處理的處理爐402。在處理爐402中設有構成處理室401的處理容器403。
在處理室401的底側中央處，配置當作載置晶圓200的基板載置部用之承載器217。在承載器217的內部一體性埋藏當作加熱機構用的加熱器217b。加熱器217b係構成為若被供給電力，便可將晶圓200表面加熱至例如25℃至750℃左右。
在承載器217中設有具備使承載器升降的驅動機構之承載器升降機構268。
在處理室401的上方設有氣體導入口434a與氣體導入口434b。
氣體導入口434a連接於將具有氧化作用反應種的氧活性種等，供應給處理室401內的供應管406a之下游端。供應管406a的上游端連接於第1電漿激發室404a。第1電漿激發室404a連接於供應含O氣體的含氧氣體供應管232a之下游端。在含氧氣體供應管232a中，從上游側起依序設有含O氣體供應源250a、MFC252a及閥253a。第1電漿激發室404a連接於高頻電源273a。
氣體導入口434b連接於將具抑制氧化作用反應種的氫活性種等，供應給處理室401內的供應管406b之下游端。供應管406b的上游端連接於第2電漿激發室404b。第2電漿激發室404b連接於供應含H氣體的含氫氣體供應管232b下游端。在含氫氣體供應管232b中，從上游側起依序設有含H氣體供應源250b、MFC252b及閥253b。第2電漿激發室404b連接於高頻電源273b。
另外，在第1電漿激發室404a與第2電漿激發室404b上分別捲繞著例如從高頻電源273a或高頻電源273b供應高頻電力的線圈，藉由從線圈產生的電磁場，使分別導入至第1電漿激發室404a與第2電漿激發室404b中的氣體被電漿激發。依此，藉由導入至第1電漿激發室404a中的含O氣體被電漿激發，而生成氧活性種，且藉由導入至第2電漿激發室404b中的含H氣體被電漿激發，而生成氫活性種。另外，氣體的電漿激發手段並不僅侷限於線圈，亦可使用微波供應裝置等其他的電漿激發手段。
主要由含氧氣體供應管232a、MFC252a、閥253a、第1電漿激發室404a及供應管406a構成本實施形態的含氧氣體供應系統。主要由含氫氣體供應管232b、MFC252b、閥253b、第2電漿激發室404b及供應管406b構成本實施形態的含氫氣體供應系統。又，由含氧氣體供應系統與含氫氣體供應系統構成處理氣體供應系統。
在第1電漿激發室404a中，由含氧氣體供應管232a供應的含O氣體會被電漿激發生成氧活性種。又，在第2電漿激發室404b中，由含氫氣體供應管232b供應的含H氣體會被電漿激發生成氫活性種。主要由第1電漿激發室404a與第2電漿激發室404b，構成本實施形態的電漿生成部(電漿生成機構)。又，電漿生成部亦可包含高頻電源273a,273b。
即，分別打開閥253a,253b，在利用MFC252a,252b調整各氣體的流量之情況下，將各氣體供應給第1電漿激發室404a與第2電漿激發室404b。然後，在第1電漿激發室404a與第2電漿激發室404b中，藉由將各氣體電漿激發，然後經由供應管406a,406b，將氧活性種與氫活性種供應給處理室401。
即，從氣體導入口434a,434b分別供應給處理室401內的氧活性種與氫活性種，供應給晶圓200，在如圖5(A)所示之露出Si膜302與SiN膜303的凹部301內，如圖5(B)所示形成既定膜厚比的SiO層304a與SiO層304b。
根據基板處理裝置400，氧活性種與氫活性種的供應量分別可個別進行控制。即，在第1電漿激發室404a中所生成之氧活性種的量、與在第2電漿激發室404b中所生成之氫活性種的量比率，可調整為既定氧化層厚度比率所對應的活性種比率。即，藉由控制供應給晶圓200的氧活性種與氫活性種之量之比率，便可調整SiO層304b相對於SiO層304a的厚度比率。另外，供應給晶圓200的氧活性種與氫活性種之量比率，係藉由對：供應給第1電漿激發室404a的含O氣體、與供應給第2電漿激發室404b的含H氣體之流量比，或將供應給第1電漿激發室404a的含O氣體進行激發之高頻電力、與將供應給第2電漿激發室404b的含H氣體進行激發之高頻電力的電力比中，至少其中一項進行控制而調整。
即，藉由分別控制MFC252a、252b而控制含O氣體與含H氣體的流量比，或藉由分別控制高頻電源273a、273b而控制對第1電漿激發室與第2電漿激發室所施加之高頻電力的電力比，便可分別個別調整朝處理室401內的晶圓200所供應之氧活性種與氫活性種的量。即，藉由調整朝晶圓200所供應之氧活性種與氫活性種的量的比率，便可將由SiN膜303表面氧化所形成之SiO層304b之厚度，相對於由Si膜302表面氧化所形成之SiO層304a之厚度的比率，調整為既定厚度比率。另外，氧活性種與氫活性種的供應量比率，亦可調整O自由基與H自由基的供應量比率等特定之氧活性種與氫活性種之種類間之比率。
即便使用上述基板處理裝置400的情況，仍可依照與上述第1實施形態同樣的基板處理步驟、處理條件施行成膜，可獲得與上述第1實施形態同樣的效果。即，使用基板處理裝置400的情況，亦可在構成露出Si膜與SiN膜的凹部底部之Si膜露出面上，選擇性且均勻性佳地形成氧化層。
含O氣體與含H氣體分別可使用與上述第1實施形態的含O氣體與含H氣體同樣之氣體。又，亦可與第1實施形態同樣地使用含O氣體與含H氣體互異的氣體。
另外，第2實施形態中，含O氣體係可使用未含H的氣體(例如：O 2氣體、O 3氣體、NO氣體、N 2O氣體等)，含H氣體係可使用未含O的氣體(例如：H 2氣體、D 2氣體等)。藉由此種含O氣體與含H氣體的組合，分別從含氧氣體供應系統與含氫氣體供應系統供應的氧活性種與氫活性種的量比率，便可輕易地利用含O氣體與含H氣體的流量比控制、或高頻電源273a、273b控制中之至少其中一項進行調整。
以上，針對本揭示之各種典型的實施形態進行說明，惟本揭示並不僅侷限於該等實施形態，亦可適當組合使用。 [實施例1]
使用圖1所示之基板處理裝置，在圖4所示之基板處理步驟中，相對於屬於處理氣體的含O氣體與含H氣體之混合氣體中所含之O與H之合計，使H比率在5~20%間進行變化，而使晶圓上所形成的Si膜與SiN膜氧化。然後，針對SiN膜上所形成之氧化層之厚度，相對於Si膜上所形成之氧化層厚度的比率(氧化選擇比)進行評價。
如圖7所示，當相對於屬於處理氣體的混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率設為5%時，SiN膜相對於Si膜的氧化比率之氧化選擇比便為87%。所以，確認到藉由相對於混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率調整為5%以上，便可將氧化選擇比調整為90%以下。
當相對於屬於處理氣體的混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率設為10%時，SiN膜相對於Si膜的氧化比率之氧化選擇比便為77%。所以，確認到藉由相對於混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率調整為10%以上，便可將氧化選擇比調整為80%以下。
再者，當相對於屬於處理氣體的混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率設為20%時，SiN膜相對於Si膜的氧化比率之氧化選擇比便為67%。所以，確認到藉由相對於混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率調整為20%以上，便可將氧化選擇比調整為70%以下。
再者，當相對於含O氣體與含H氣體之混合氣體中所含之O與H之合計，將H比率設為大於20%時，推測SiN膜相對於Si膜的氧化選擇比將變為更小。即，確認到藉由依處理氣體中所含之H相對於O與H合計的比率增加方式進行調整，便可降低SiN膜相對於Si膜的氧化選擇比，俾能提升氧化選擇性。
另外，使用圖1所示之基板處理裝置，在圖4所示之基板處理步驟中，針對激發混合氣體的高頻電力大小不同之2種實驗例，評價在晶圓的Si膜上與SiN膜上所形成之氧化膜之厚度比率，任一情況的氧化選擇比均為0.87左右，並未確認到氧化選擇性。又，使用圖1所示之基板處理裝置，在圖4所示之基板處理步驟中，針對處理室內壓力不同的2種實驗例，在晶圓的Si膜上與SiN膜上所形成之氧化膜之厚度比率，任一情況的氧化選擇比均為0.87左右，並未確認到氧化選擇性。又，使用圖1所示之基板處理裝置，在圖4所示之基板處理步驟中，針對晶圓溫度不同的2種實驗例，在晶圓的Si膜上與SiN膜上所形成之氧化膜之厚度比率，氧化選擇比分別為0.87與0.88的微小差距，並未確認到氧化選擇性。又，使用圖1所示之基板處理裝置，在圖4所示之基板處理步驟中，針對晶圓相對於電漿源的高度不同之2種實驗例，在晶圓的Si膜上與SiN膜上所形成之氧化膜之厚度比率，任一情況的氧化選擇比均為0.87左右，並未確認到氧化選擇性。
100、400:基板處理裝置 200:晶圓(基板) 201、401:處理室 201a:電漿生成空間 201b:基板處理空間 202、402:處理爐 203、403:處理容器 210:上側容器 211:下側容器 212:共振線圈 213:可動式插座 214:另一固定接地 217:承載器 217a:貫穿孔 217b:加熱器 217c:阻抗調整電極 221:控制器(控制部) 221a:CPU 221b:RAM 221c:記憶裝置 221d:I/O埠 221e:內部匯流排 225:輸出入裝置 226:外部記憶裝置 231:氣體排氣管 232a:含氧氣體供應管 232b:含氫氣體供應管 233:蓋體 234、434a、434b:氣體導入口 235:氣體排氣口 236:氣體供應頭 237:緩衝室 238:開口 239:氣體吹出口 240:屏蔽板 242:APC閥 243a、243b、253a、253b、253c:閥 244:閘閥 245:搬入搬出口 246:真空泵 250a:含O氣體供應源 250b:含H氣體供應源 250c、232c:惰性氣體供應源 252a:質量流量控制器(MFC) 252b、252c:MFC 266:晶圓上舉銷 268:承載器升降機構 272:RF感測器 273:高頻電源 274:整合器 275:阻抗可變機構 276:加熱器電力調整機構 301:凹部 302:Si膜 303:SiN膜 304a、304b:SiO層 404a:第1電漿激發室 406a:供應管 A〜F:訊號線
圖1係本揭示一態樣較佳使用的基板處理裝置之概略構成圖，處理爐部分的縱剖圖。 圖2係本揭示一態樣的電漿產生原理例示圖。 圖3係本揭示一態樣較佳使用的基板處理裝置之控制器的概略構成圖，其係控制器的控制系統之方塊圖。 圖4係本揭示一態樣的基板處理步驟流程圖。 圖5中，圖5(A)係利用本揭示一態樣的基板處理步驟施行處理，進而形成凹部的基板說明圖；圖5(B)係對圖5(A)所示之基板施行本揭示一態樣之基板處理步驟時的基板說明圖。 圖6係本揭示一態樣較佳使用的基板處理裝置之變化例圖。 圖7係處理氣體所含之氫的比率、與矽氮化膜相對於矽膜的氧化比率關係圖。
200:晶圓
301:凹部
302:Si膜
303:SiN膜
304a:SiO層
304b:SiO層

Claims (22)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，包括有：(a)將含有氧與氫的處理氣體施行電漿激發而生成反應種的步驟；以及(b)將上述反應種供應給基板，對分別依露出於上述基板上之方式形成之矽膜與矽氮化膜的表面，施行氧化的步驟；且相對於上述處理氣體所含的氧與氫之合計，將上述氫之比率設為20%以下，依在(b)中對上述矽氮化膜表面施行氧化所形成之第2氧化層厚度相對於對上述矽膜表面施行氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為67%以上且90%以下的既定厚度比率之方式進行調整。
  2. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，更進一步包括有：(c)依上述第2氧化層厚度相對於上述第1氧化層厚度的比率，成為上述既定厚度比率的方式，調整上述處理氣體所含之氧與氫之比率的步驟。
  3. 如請求項2之半導體裝置之製造方法，其中，在(c)中，藉由依增加上述處理氣體所含之氫相對於氧之比率的方式進行調整，而降低上述第2氧化層厚度相對於上述第1氧化層厚度的比率。
  4. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣體所含之氧與氫的比率，係調整為預先取得之上述既定厚度比率所對應的值。
  5. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，在(a)中，至少生成氧活性種與氫活性種作為上述反應種。
  6. 如請求項5之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣 體所含之氧與氫的比率，係依在(b)中供應給上述基板的上述氧活性種之量與上述氫活性種之量的比率，成為上述既定厚度比率所對應之活性種比率的方式進行調整。
  7. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，當(a)與(b)中所使用之上述處理氣體僅含氧之氣體的情況，相較於上述第2氧化層厚度相對於上述第1氧化層厚度的比率，上述既定厚度比率為較小值。
  8. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣體所含之氧與氫的比率，係依上述第2氧化層厚度相對於上述第1氧化層厚度的比率成為80%以下的方式進行調整。
  9. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣體所含之氧與氫的比率，係依上述處理氣體中所含之氫相對於氧與氫之合計的比率成為10%以上之方式進行調整。
  10. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣體所含之氧與氫的比率，係依上述第2氧化層厚度相對於上述第1氧化層厚度的比率成為70%以下的方式進行調整。
  11. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣體係含氧氣體與含氫氣體的混合氣體。
  12. 如請求項11之半導體裝置之製造方法，其中，上述含氧氣體係氧氣，上述含氫氣體係氫氣。
  13. 如請求項11或12之半導體裝置之製造方法，其中，上述處理氣體所含之氧與氫的比率，係藉由控制上述含氧氣體與上述含氫氣體的流量比而進行調整。
  14. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述矽膜係由單晶矽、非晶矽、複晶矽中之至少其中一者構成。
  15. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，上述矽膜與上述矽氮化膜係露出於在上述基板上所形成之凹部的內側，而上述矽膜係構成為上述凹部的底部；在(b)中，於構成上述凹部之底部的上述矽膜之露出面上，全體形成均勻厚度的上述第1氧化層。
  16. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中，在(a)中，將上述處理氣體供應給已收容上述基板的處理室內，並將供應給上述處理室內的上述處理氣體施行電漿激發。
  17. 一種半導體裝置之製造方法，係包括有：(a)將含氧氣體施行電漿激發而生成氧活性種的步驟；(b)將含氫氣體施行電漿激發而生成氫活性種的步驟；以及(c)將上述氧活性種與上述氫活性種供應給基板，再將分別依露出於上述基板上之方式形成的矽膜與矽氮化膜之表面施行氧化的步驟；且相對於供應給上述基板的上述含氧氣體與上述含氫氣體之合計，將上述含氫氣體之比率設為20%以下，上述氧活性種與上述氫活性種之比率，係依在(c)中由上述矽氮化膜表面氧化所形成之第2氧化層厚度相對於由上述矽膜表面氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為67%以上且90%以下的既定厚度比率之方式進行調整。
  18. 如請求項17之半導體裝置之製造方法，其中，上述氧活性種係在第1電漿激發室中生成，上述氫活性種係在第2電漿激發室中生 成。
  19. 如請求項18之半導體裝置之製造方法，其中，供應給上述基板的上述氧活性種與上述氫活性種的量之比率，係藉由對下述之至少其中一項進行控制而調整：供應給上述第1電漿激發室的上述含氧氣體、與供應給上述第2電漿激發室的上述含氫氣體之流量比，以及將使供應給上述第1電漿激發室的上述含氧氣體激發之高頻電力、與將使供應給上述第2電漿激發室的上述含氫氣體激發之高頻電力的電力比。
  20. 一種基板處理方法，係包括有：(a)將含有氧與氫的處理氣體施行電漿激發，而生成反應種的步驟；以及(b)將上述反應種供應給基板，將分別依露出於上述基板上的方式所形成之矽膜與矽氮化膜之表面施行氧化之步驟；且相對於上述處理氣體所含之氧與氫的合計，將上述氫之比率設為20%以下，依在(b)中對上述矽氮化膜表面施行氧化所形成之第2氧化層厚度相對於對上述矽膜表面施行氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為67%以上且90%以下的既定厚度比率之方式進行調整。
  21. 一種利用電腦使基板處理裝置執行程序的程式，其具有：(a)將基板搬入上述基板處理裝置之處理室內的程序；(b)將含有氧與氫的處理氣體施行電漿激發，而生成反應種的程序；以 及(c)將上述反應種供應給上述基板，將分別依露出於上述基板上的方式所形成之矽膜與矽氮化膜之表面施行氧化的程序；且相對於上述處理氣體所含之氧與氫的合計，將上述氫之比率設為20%以下，依在(c)中對上述矽氮化膜表面施行氧化所形成之第2氧化層厚度相對於對上述矽膜表面施行氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為67%以上且90%以下的既定厚度比率之方式進行調整。
  22. 一種基板處理裝置，係具備有：處理室，其係收容基板；處理氣體供應系統，其係將含有氧與氫的處理氣體供應至上述處理室內；電漿生成機構，其係將供應至上述處理室內的上述處理氣體施行電漿激發；以及控制部，其係構成為可依執行如下處理之方式，對上述處理氣體供應系統與上述電漿生成機構進行控制：(a)將供應至上述處理室內的上述處理氣體施行電漿激發而生成反應種的處理；與(b)將上述反應種供應給收容於上述處理室之上述基板，對分別依露出於上述基板上之方式形成之矽膜與矽氮化膜的表面，施行氧化的處理；且相對於上述處理氣體所含的氧與氫之合計，將上述氫之比率設為20%以下，依在(b)中對上述矽氮化膜表面施行氧化所形成之第2氧化層厚度 相對於對上述矽膜表面施行氧化所形成之第1氧化層厚度的比率，成為67%以上且90%以下的既定厚度比率之方式進行調整。
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