專利名稱：基板處理裝置和基板處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基板處理裝置和基板處理方法，特別是涉及一種用于制造具有高電介質(zhì)膜的、超細(xì)微化高速半導(dǎo)體裝置的基板處理裝置和基板處理方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)在的超高速半導(dǎo)體裝置中，細(xì)微處理有了發(fā)展，同時(shí)0.1微米以下的柵極長度成為可能。通常，細(xì)微化的同時(shí)提高了半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作速度，但在這樣非常細(xì)微化的半導(dǎo)體裝置中，隨著細(xì)微化導(dǎo)致的柵極長度的縮短，需要按比例減少柵極絕緣膜的膜厚。
但如果柵極長度為0.1微米以下，柵極絕緣膜的厚度在使用現(xiàn)有的熱氧化膜的情況下，需要設(shè)定為1～2nm或者以下，但利用這樣的非常薄的柵極絕緣膜，就不能回避隧道電流增大，導(dǎo)致柵極泄漏電流增大的問題。
這樣，相對介電常數(shù)與現(xiàn)有的熱氧化膜相比過大，為此，提出了對于柵極絕緣膜適用的、實(shí)際膜厚大但換算成SiO2膜的情況下膜厚小的Ta2O5或者Al2O3、ZrO2、HfO2、以及ZrSiO4或者HfSiO4這樣的高電介質(zhì)材料(所謂的高-K材料)。通過使用這樣的高電介質(zhì)材料，如果柵極長度為0.1微米以下，在非常短的超高速半導(dǎo)體裝置中，也能夠使用10nm左右的物理膜厚的柵極絕緣膜，能夠抑制隧道效果導(dǎo)致的柵極泄漏電流。
例如，已經(jīng)知道，一直以來，Ta2O5膜能夠通過以Ta(OC2H5)5和O2為氣相原料的CVD方法來形成。在典型的情況下，CVD工序在減壓環(huán)境下，在約480℃或者以上的溫度來進(jìn)行。這樣形成的Ta2O5膜還在氧氣中進(jìn)行熱處理，結(jié)果，消除了膜中的氧缺損，而膜本身結(jié)晶。這樣，結(jié)晶化的Ta2O5膜顯示了大的相對介電常數(shù)。
從提高溝道領(lǐng)域中的載流子流動(dòng)性的觀點(diǎn)，優(yōu)選，在高電介質(zhì)柵極氧化膜和硅基板之間，插入1nm以下，優(yōu)選0.8nm以下厚度的非常薄的基底氧化膜?；籽趸ば枰浅１?，如果厚度厚，與在柵極絕緣膜上使用高電介質(zhì)膜的效果就會相互抵消。另一方面，該非常薄的基底氧化膜同樣地需要覆蓋硅基板表面，另外，要求不形成界面能級等缺陷。
一直以來，通常薄的柵極氧化膜通過硅基板急速熱氧化(RTO)處理來形成，但如果將熱氧化膜形成希望的1nm以下的厚度，需要降低膜形成時(shí)的處理溫度。但是，在這樣的低溫所形成的熱氧化膜容易包含界面能級等缺陷，作為高電介質(zhì)柵極絕緣膜的基底氧化膜是不合適的。
而且，作為相關(guān)的非專利文獻(xiàn)，具有Bruce E.Deal，J.Electrochem.Soc.121.198C(1974)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，將基底氧化膜以1nm以下、例如0.8nm以下，甚至0.3～0.4nm左右的厚度同樣且穩(wěn)定地形成，一直以來是非常困難的。例如，在膜厚是0.3～0.4nm的情況下，氧化膜僅有2～3個(gè)原子層的膜厚。
另外，指出了下述內(nèi)容，一直以來，如果在原子間結(jié)合鍵數(shù)大的、從某種意義上說“剛性高的”硅單結(jié)晶基板表面上，直接形成原子間結(jié)合鍵數(shù)小的、從某種意義上說“剛性低的”金屬氧化膜，硅基板和金屬氧化膜的界面可能發(fā)生力學(xué)不穩(wěn)定的缺陷(例如，G.Lucovisky，etal.，Appl.Phys.Lett.74，pp.2005，1999)，為了避免該問題，提出了在硅基板和金屬氧化膜的界面上形成導(dǎo)入1原子層的氮的氮氧化層來作為遷移層。另外，考慮到，作為高電介質(zhì)柵極絕緣膜的基底氧化膜，這樣形成氮氧化膜，對于抑制高電介質(zhì)柵極絕緣膜中的金屬元素或者氧與構(gòu)成硅基板的硅的相互擴(kuò)散，同時(shí)抑制來自電極的摻雜物的擴(kuò)散是有效的。
圖1表示了在硅基板上形成氧化膜后形成氮氧化膜的基板處理裝置100的例子。
參照圖1，具有通過干燥泵等排氣部件104所連接的排氣口103來對內(nèi)部排氣的處理容器101的基板處理裝置100，具有在其內(nèi)部保持作為被處理基板的晶片W0的基板保持臺。
載置在基板保持臺102上的晶片W0，通過在處理容器101側(cè)壁面上所設(shè)置的遠(yuǎn)程等離子體自由基源105所提供的自由基，進(jìn)行氧化或者氮化，在晶片W0上形成氧化膜或者氮氧化膜。
所述遠(yuǎn)程等離子體自由基源，通過高頻等離子體，分解氧氣或者氮?dú)?，將氧自由基或者氮自由基提供到晶片W0上。
一面形成這樣的氮氧化膜，一面在處理容器內(nèi)氧化硅基板，之后，在該處理容器內(nèi)進(jìn)行氮化處理的情況下，不能忽視在所述處理容器等中所殘留的氧或者水分等微量雜質(zhì)的影響，在氮化處理時(shí)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，將氧化膜增膜。這樣，如果在氮氧化處理時(shí)氧化膜增膜，使用高電介質(zhì)柵極絕緣膜的效果就會抵消。
一直以來，穩(wěn)定地、再現(xiàn)性好地、而且不伴隨著由氧化導(dǎo)致的增膜的氮化這樣非常薄的氮氧化膜，是非常困難的。
另外，也提出了這樣的基板處理裝置，其將生成氧自由基的氧自由基生成部和生成氮自由基的氮自由基生成部分離。
圖2表示了具有2個(gè)自由基生成部的基板處理裝置110的例子。
參照圖2，通過干燥泵等排氣部件120所連接的排氣口119對內(nèi)部排氣的、具有設(shè)置基板保持臺118的處理容器111的基板處理裝置110，為這樣的構(gòu)造，將載置在基板保持臺118上的晶片W0，由氧自由基進(jìn)行氧化，之后通過氮自由基來進(jìn)行氮化。
構(gòu)造為，在所述處理容器111上，在上壁部設(shè)置紫外光源113和透過紫外光的透過孔114，通過紫外光分解從噴嘴115提供的氧氣，生成氧自由基。
通過這樣形成的氧自由基，硅基板表面形成氧化的氧化膜。
此外，在所述處理容器111的側(cè)壁上設(shè)置遠(yuǎn)程等離子體自由基源116，通過高頻等離子體來分解氮?dú)?，將氮自由基提供給所述處理容器111，氮化晶片W0上的氧化膜，形成氮氧化膜。
這樣，提出了分離氧自由基生成部、氮自由基生成部的基板處理裝置。通過使用這樣的基板處理裝置，可在硅基板上形成膜厚0.4nm左右的氧化膜，還對其進(jìn)行氮化，形成氮氧化膜。
另一方面，在連續(xù)進(jìn)行這樣的硅基板的氧化處理和氮化處理的基板處理裝置中，希望使用遠(yuǎn)程等離子體自由基源來進(jìn)行氧化處理和氮化處理。
另外，既使在使用圖2的基板處理裝置的情況下，在抑制所述殘留氧的影響，努力排出由氧化導(dǎo)致的增膜影響的過程中，需要在氧化處理后，例如真空排氣處理容器內(nèi)，由非活性氣體充滿，還重復(fù)真空排氣和充滿非活性氣體的作業(yè)的清洗作業(yè)等、用于降低殘留氧的處理，具有生產(chǎn)率降低、生產(chǎn)性降低這樣的問題。
這里，本發(fā)明的總的課題在于，提供一種解決上述課題的、新穎有用的基板處理裝置和基板處理方法。
本發(fā)明的具體的課題在于，提供一種生產(chǎn)性好的基板處理裝置和基板處理方法，其能夠在硅基板表面形成非常薄的、典型的2～4原子層以下厚度的氧化膜，還對其進(jìn)行氮化，在該氮化時(shí)抑制所述氧化膜的增膜量，來形成氮氧化膜。
本發(fā)明為了解決上述課題，如權(quán)利要求1所述那樣，一種基板處理裝置，其特征在于，具有形成處理空間的處理容器；保持所述處理空間中的被處理基板的轉(zhuǎn)動(dòng)自由的保持臺；所述保持臺的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；在所述處理容器上，相對所述保持臺在第一側(cè)的端部設(shè)置的氮自由基形成部，其通過高頻等離子體形成氮自由基，使得所述氮自由基沿著所述被處理基板表面從所述第一側(cè)向隔著所述被處理基板相對的第二側(cè)流動(dòng)，提供給所述處理空間；氧自由基形成部，設(shè)置在所述第一側(cè)的端部，通過高頻等離子體來形成氧自由基，使得所述氧自由基沿著所述被處理基板表面，從所述第一側(cè)向所述第二側(cè)流動(dòng)，提供給所述處理空間；和在所述第二側(cè)的端部設(shè)置的、對所述處理空間排氣的排氣路徑，所述氮自由基和氧自由基，分別由所述氮自由基形成部和氧自由基形成部，向著所述排氣路徑，沿著所述被處理基板的表面形成氮自由基流路和氧自由基流路來流動(dòng)。
另外，如權(quán)利要求2所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置。
優(yōu)選，所述氮自由基形成部包括第一氣體通路；在所述第一氣體通路的一部分上形成的、等離子體激勵(lì)通過所述第一氣體通路的氮?dú)獾牡谝桓哳l等離子體形成部，所述氧自由基形成部包括第二氣體通路；在所述第二氣體通路的一部分上形成的、等離子體激勵(lì)通過所述第二氣體通路的氧氣的第二高頻等離子體形成部，所述第一氣體通路和所述第二氣體通路與所述處理空間連通。
另外，如權(quán)利要求3所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基板處理裝置，優(yōu)選，所述氮自由基流路和所述氧自由基流路大致平行。
另外，如權(quán)利要求4所述，還提供一種根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任何一個(gè)所述的基板處理裝置，優(yōu)選，設(shè)置所述氮自由基形成部，使得所述氮自由基流路的中心和所述被處理基板的中心的距離為40nm以下。
另外，如權(quán)利要求5所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任何一個(gè)所述的基板處理裝置，優(yōu)選，設(shè)置所述氧自由基源，使得所述氧自由基流路的中心和所述被處理基板的中心的距離為40nm以下。
另外，如權(quán)利要求6所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基板處理裝置，優(yōu)選，所述氮自由基流路的中心，和所述氧自由基流路的中心，在所述被處理基板的大致中心交叉。
另外，如權(quán)利要求7所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任何一個(gè)所述的基板處理裝置，優(yōu)選，設(shè)置沖突所述氮自由基流路而改變所述氮自由基流路的方向的整流板。
另外，如權(quán)利要求8所述，本發(fā)明還提供根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任何一個(gè)所述的基板處理裝置，優(yōu)選，設(shè)置沖突所述氧自由基流路而改變所述氧自由基流路的方向的整流板。
另外，如權(quán)利要求9所述，本發(fā)明提供一種基板處理方法，其由基板處理裝置來進(jìn)行，該基板處理裝置具有
形成處理空間，具有在所述處理空間中保持被處理基板的保持臺的處理容器；第一自由基形成部，向所述處理容器提供第一自由基，使得所述第一自由基沿著所述被處理基板表面，從所述處理容器的第一側(cè)向隔著所述被處理基板相對的第二側(cè)流動(dòng)；第二自由基形成部，向所述處理空間提供第二自由基，使得所述第二自由基沿著所述被處理基板，從所述第一側(cè)向所述第二側(cè)流動(dòng)，其特征在于，包括第一工序，從所述第一自由基形成部向所述處理空間提供第一自由基，進(jìn)行所述被處理基板的處理，并從所述第二自由基形成部，將清洗所述第二自由基形成部的清洗氣體導(dǎo)入到所述處理空間中；第二工序，從所述第二自由基形成部向所述處理空間導(dǎo)入所述第二自由基，進(jìn)行所述被處理基板的處理。
另外，如權(quán)利要求10所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述被處理基板是硅基板，在所述第一工序，由作為所述第一自由基的氧自由基來氧化所述硅基板表面，來形成氧化膜。
另外，如權(quán)利要求11所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的基板處理方法，優(yōu)選，在所述第二工序，由作為所述第二自由基的氮自由基來氮化所述氧化膜表面，形成氮氧化膜。
另外，如權(quán)利要求12所述，還提供一種根據(jù)權(quán)利要求9～11中的任何一個(gè)所述的基板處理方法，所述第一自由基和第二自由基，通過附隨著從所述第一側(cè)向所述第二側(cè)流動(dòng)的氣體流而提供給所述被處理基板的表面，在所述第二側(cè)排氣。
另外，如權(quán)利要求13所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求9～12中的任何一個(gè)所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述第一自由基形成部，通過高頻等離子體來形成氧自由基。
另外，如權(quán)利要求14所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求9～12中的任何一個(gè)所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述第一自由基形成部，包含形成氧自由基的紫外光源。
另外，如權(quán)利要求15所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求9～14中的任何一項(xiàng)所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述第二自由基形成部，通過高頻等離子體來形成氮自由基。
另外，如權(quán)利要求16所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求15所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述第二自由基形成部，包括氣體通路；在所述氣體通路的一部分上所形成的、等離子體激勵(lì)通過所述氣體通路的氮?dú)獾母哳l等離子體形成部。
另外，如權(quán)利要求17所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求16所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述清洗氣體通過所述氣體通路提供。
另外，如權(quán)利要求18所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求9～17中的任何一項(xiàng)所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述清洗氣體是非活性氣體。
另外，如權(quán)利要求19所述，本發(fā)明提供一種基板處理方法，其特征在于，包括在處理容器中進(jìn)行被處理基板的第一處理的第一工序；將所述被處理基板從所述處理容器中搬出的第二工序；進(jìn)行所述處理容器的氧除去處理的第三工序；將所述被處理基板搬入所述處理容器的第四工序；和進(jìn)行所述被處理基板的第二處理的第五工序。
另外，如權(quán)利要求20所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求19所述的基板處理方法，優(yōu)選，在所述氧除去處理中，等離子體激勵(lì)處理氣體，導(dǎo)入到所述處理容器，將該處理氣體從所述處理容器中排氣。
另外，如權(quán)利要求21所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求20所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述處理氣體是非活性氣體。
另外，根據(jù)權(quán)利要求22所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求19～21中的任何一項(xiàng)所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述被處理基板是硅基板，所述第一處理是氧化所述硅基板表面來形成氧化膜的氧化處理。
另外，如權(quán)利要求23所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求22所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述第二處理是氮化所述氧化膜來形成氮氧化膜的氮化處理。
另外，如權(quán)利要求24所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求23所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述處理容器具有氧自由基形成部和氮自由基形成部，通過由所述氧自由基形成部所形成的氧自由基來進(jìn)行所述氧化處理，通過由所述氮自由基形成部所形成的氮自由基來進(jìn)行所述氮化處理。
另外，如權(quán)利要求25所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求24所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述等離子體激勵(lì)在所述氮自由基形成部來進(jìn)行，等離子體激勵(lì)的處理氣體由所述氮自由基形成部導(dǎo)入所述處理容器。
另外，如權(quán)利要求26所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求24或者25所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述氧自由基和所述氮自由基沿著所述被處理基板流動(dòng)，由在所述處理容器的、在載置在所述處理容器內(nèi)的被處理基板的直徑方向上與上述氧自由基形成部和所述氮自由基形成部相對側(cè)所設(shè)置的排氣口來進(jìn)行排氣。
另外，如權(quán)利要求27所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求19～26中的任何一項(xiàng)所述的基板處理方法，優(yōu)選，所述處理容器同多個(gè)基板處理裝置與基板搬送室連接的成組型的基板處理系統(tǒng)相連接。
另外，如權(quán)利要求28所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求27所述的基板處理方法，優(yōu)選，在所述第二工序中，所述被處理基板從所述處理容器被搬送到所述基板搬送室中。另外，如權(quán)利要求29所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求27或者28所述的基板處理方法，優(yōu)選，在所述第三工序中，所述被處理基板載置在所述基板搬送室中。
另外，如權(quán)利要求30所述，本發(fā)明還提供一種根據(jù)權(quán)利要求27～29中的任何一項(xiàng)所述的方法，優(yōu)選，在所述第四工序中，所述被處理基板從所述搬送室被搬送到所述基板處理容器中。
如根據(jù)具有這樣的構(gòu)成的本發(fā)明，當(dāng)在利用處理容器在硅基板上包含氮氧化膜地形成非常薄的基底氧化膜時(shí)，不但對如下現(xiàn)象進(jìn)行抑制在基底氧化膜形成時(shí)所使用的氧或氧化合物等殘留物，在氮氧化膜形成時(shí)因進(jìn)行硅基板的氧化而導(dǎo)致基底氧化膜增膜，而且生產(chǎn)性良好。
結(jié)果，在用于半導(dǎo)體裝置的情況下，能夠生產(chǎn)性良好地形成合適的非常薄的基底氧化膜，和該基底氧化膜上合適的氮濃度的氮氧化膜。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在利用處理容器在硅基板上包含氮氧化膜地形成非常薄的基底氧化膜時(shí)，不但對如下現(xiàn)象進(jìn)行抑制基底氧化膜形成時(shí)所使用的氧或氧化合物等殘留物，在氮氧化膜形成時(shí)因進(jìn)行硅基板的氧化而導(dǎo)致基底氧化膜增膜，而且生產(chǎn)性也良好。
結(jié)果，在用于半導(dǎo)體裝置的情況下，能夠以良好的生產(chǎn)性來形成合適的非常薄的基底氧化膜和該基底氧化膜上的合適濃度的氮氧化膜。


圖1是表示現(xiàn)有的基板處理裝置的概略情況的圖(之一)。
圖2是表示現(xiàn)有的基板處理裝置的概略情況的圖(之二)。
圖3是表示半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的概略圖。
圖4是表示本發(fā)明的基板處理裝置的概略情況的圖(之一)。
圖5是表示圖4的基板處理裝置所使用的遠(yuǎn)程等離子體源的構(gòu)成的圖。
圖6A、圖6B分別是表示使用圖4的基板處理裝置所進(jìn)行的基板的氧化處理的側(cè)面圖(之一)和平面圖(之一)。
圖7A、圖7B分別是表示使用圖4的基板處理裝置所進(jìn)行的氧化膜的氮化處理的側(cè)面圖和平面圖。
圖8是模擬表示被處理基板的氮化狀態(tài)的圖。
圖9是表示被處理基板的氮氧化膜的膜厚分散值的圖。
圖10A、圖10B、圖10C是表示遠(yuǎn)程等離子體源的設(shè)置方法的圖。
圖11是表示氮氧化膜形成時(shí)的殘留氧的影響大的情況和小的情況下的膜厚和氮濃度的關(guān)系的圖。
圖12A、圖12B分別是表示使用圖4的基板處理裝置所進(jìn)行的基板的氧化處理的側(cè)面圖(之二)和平面圖(之二)。
圖13是表示本發(fā)明的基板處理裝置的概略圖(之二)。
圖14A、圖14B分別是表示使用圖13的基板處理裝置所進(jìn)行的基板的氧化處理的側(cè)面圖(之一)和平面圖(之一)。
圖15A、圖15B分別是表示使用圖13的基板處理裝置所進(jìn)行的氧化膜的氮化處理的側(cè)面圖和平面圖。
圖16A、圖16B分別是表示使用圖13的基板處理裝置所進(jìn)行的基板的氧化處理的側(cè)面圖(之二)和平面圖(之二)。
圖17是表示本發(fā)明的第九實(shí)施例的基板處理方法的流程圖。
圖18是表示本發(fā)明的第十實(shí)施例的成組型基板處理系統(tǒng)50的構(gòu)成的概略圖。
圖19是表示由第九實(shí)施例的基板處理方法來形成基底氧化膜，以及氮化基底氧化膜來形成氮氧化膜的情況下的膜厚和氮濃度的關(guān)系的圖。
圖20是表示在使用圖13的基板處理裝置來在硅基板上形成基底氧化膜，以及進(jìn)一步氮化基底氧化膜來形成氮氧化膜的情況下，改變條件的情況下的膜厚和氮濃度的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
首先，圖3表示由本發(fā)明的基板處理裝置和基板處理方法所形成的半導(dǎo)體裝置的例子的圖。
參照圖3，在硅基板201上形成半導(dǎo)體裝置200，在硅基板201上，通過薄的基底氧化膜202，形成Ta2O5、Al2O3、ZrO2、HfO2、ZrSiO4、HfSiO4等高電介質(zhì)柵極絕緣膜203，還在所述高電介質(zhì)柵極絕緣膜203上形成柵極電極204。
在圖3的半導(dǎo)體裝置200中，在所述基底氧化膜202的表面部分，在保持硅基板201和基底氧化膜202之間的界面的平坦性的范圍，摻雜氮(N)，形成氮氧化膜202A。通過在基底氧化膜202中形成與硅氧化膜相比相對介電常數(shù)大的氮氧化膜202A，能夠進(jìn)一步減少基底氧化膜202的熱氧化膜換算膜厚。
下面，在處理容器中形成所述基底氧化膜202后，在該處理容器中形成該氮氧化膜202A時(shí)，排除殘留在所述處理容器中的氧或水分等微量雜質(zhì)的影響，由此能夠抑制氮化處理時(shí)由氧化反應(yīng)導(dǎo)致的氧化膜的增膜，而且能夠有效地進(jìn)行基板處理，關(guān)于本發(fā)明的基板處理裝置和基板處理方法的各個(gè)實(shí)施例，下面進(jìn)行說明。
圖4表示為了在圖3的硅基板201上包含氮氧化膜202A地形成非常薄的基底氧化膜202的本發(fā)明第一實(shí)施例的基板處理裝置20的大致構(gòu)成。
參照圖4，基板處理裝置20具有處理容器21，其收納具有加熱器22A的、在處理位置和基板搬入、搬出位置之間上下自由移動(dòng)地設(shè)置的基板保持臺22，與所述基板保持臺22一起形成處理空間21B，所述基板保持臺22通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22C來轉(zhuǎn)動(dòng)。而且，所述處理容器21的內(nèi)壁面通過由石英玻璃構(gòu)成的內(nèi)部襯墊21G來覆蓋，通過這樣，可將由露出的金屬面導(dǎo)致的被處理基板的金屬污染抑制到1×1010原子/cm2以下的水平。
另外，在所述基板保持臺22和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22C的接合部形成磁密封體28，磁密封體28分離保持為真空環(huán)境的磁密封室22B和形成于大氣環(huán)境的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22C。由于磁密封體28是液體，所以所述基板保持臺22可轉(zhuǎn)動(dòng)自由地保持。
在圖示的狀態(tài)，所述基板保持臺22處于處理位置，在下側(cè)形成用于搬入、搬出被處理基板的搬入、搬出室21C。所述處理容器21通過閘門閥27A與基板搬送單元27結(jié)合，在所述基板保持臺22處于下降到搬入、搬出21C中的狀態(tài)，通過所述閘門閥27A，被處理基板W從基板搬送單元27搬送到基板保持臺22上，另外，處理過的基板W從基板保持臺22搬送到基板搬送單元27中。
在圖4的基板處理裝置20中，在接近所述處理容器21的閘門閥27A的部分形成排氣口21A，在所述排氣口21A通過閘閥23A和APC(自動(dòng)壓力控制裝置)23D連接渦輪分子泵23B。在所述渦輪分子泵23B處，連接干燥泵和機(jī)械升壓泵所構(gòu)成的泵24，也通過閘閥23C來連接，通過驅(qū)動(dòng)所述渦輪分子泵23B和干燥泵24，能夠?qū)⑺鎏幚砜臻g21B的壓力減壓到1.33×10-1～1.33×10-4Pa(10-3～10-6Torr)。
另一方面，所述排氣口21A通過閘閥24A和APC24B也直接地與泵24連接，通過開放所述閘閥24A，所述處理空間可通過所述泵24減壓到1.33Pa～1.33kPa(0.01～10Torr)的壓力。
在所述處理容器21中相對所述被處理基板W與排氣口21A相對的一側(cè)，設(shè)置遠(yuǎn)程等離子體源26和36。
所述遠(yuǎn)程等離子體源36同時(shí)提供Ar等非活性氣體和氧氣，通過對他們等離子體化來進(jìn)行活性化，由此能夠形成氧自由基。這樣形成的氧自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，氧化基板表面。
通過這樣，能夠在所述被處理基板W的表面上形成1nm以下膜厚的、特別是相當(dāng)于2～3原子層厚度的約0.4nm膜厚的自由基氧化膜。
在圖4的基板處理裝置20中，還設(shè)置通過氮?dú)馇逑此霭崛?、搬出?1C的清洗線路21c，此外，還設(shè)置通過氮?dú)馇逑此龃琶芊馐?2B的清洗線路22b和其排氣線路22c。
如更詳細(xì)地說明，渦輪分子泵29B通過閘閥29A與所述排氣線路22c連接，所述渦輪分子泵29B通過閘閥29C與泵24連接。另外，所述排氣線路22c通過閘閥29D與泵24直接連接，由此能夠?qū)⒋琶芊馐?2B保持為各種壓力。
所述搬入、搬出室21C由泵24通過閘閥24C進(jìn)行排氣，或者由渦輪分子泵23B通過閘閥23D進(jìn)行排氣。為了避免在所述處理空間21B中產(chǎn)生污染，所述搬入、搬出室21C維持為與處理空間21B相比還低的低壓，另外，所述磁密封室22B通過差動(dòng)排氣，維持為與所述搬入、搬出室21C相比還低的低壓。
下面，關(guān)于本基板處理裝置所使用的遠(yuǎn)程等離子體源26和36的細(xì)節(jié)，在下面詳細(xì)地說明。
圖5表示在圖4的基板處理裝置20中所使用的遠(yuǎn)程等離子體源26和36的構(gòu)成。在所述處理容器21中，遠(yuǎn)程等離子體源26和遠(yuǎn)程等離子體源36相鄰地設(shè)置。例如，所述遠(yuǎn)程等離子體源36，相對于所述遠(yuǎn)程等離子體源26，相對相鄰的面成為大致線對稱的形狀。
參照圖5，首先，遠(yuǎn)程等離子體源26，包括在內(nèi)部形成氣體循環(huán)通路26a和與之連通的氣體入口26b和氣體出口26c的、典型的由鋁構(gòu)成的塊26A，在所述塊26A的一部分上，形成鐵氧體磁芯26B。
在所述氣體循環(huán)通路26a和氣體入口26b、氣體出口26c的內(nèi)表面施加氟樹脂涂層26d，通過對所述鐵氧體磁芯26B上所卷繞的線圈提供頻率400kHz的高頻波(RF)功率，在所述氣體循環(huán)通路26a內(nèi)形成等離子體26C。
隨著等離子體26C的激勵(lì)，在所述氣體循環(huán)通路26a中形成氮自由基和氮離子，但直進(jìn)性強(qiáng)的氮離子在所述循環(huán)通路26a中循環(huán)時(shí)削減，從所述氣體出口26c主要放出氮自由基N2*。此外，在圖5的構(gòu)成中，通過在所述氣體出口26c設(shè)置接地的離子過濾器26e，首先除去以氮離子為首的帶電粒子，向所述處理空間21B僅提供氮自由基。另外，在所述離子過濾器26e不接地的情況下，由于所述離子過濾器26e的構(gòu)造作為擴(kuò)散板，所以能夠充分地除去以氮離子為首的帶電粒子。而且，在進(jìn)行需要大量的N2自由基的處理的情況下，為了防止在離子過濾器26e的由N2自由基的沖擊導(dǎo)致的削減，也存在去除離子過濾器26e的情況。
同樣的，所述遠(yuǎn)程等離子體源36，包括在內(nèi)部形成氣體循環(huán)通路36a和與之連通的氣體入口36b和氣體出口36c的、典型的由鋁構(gòu)成的塊36A，在所述塊36A的一部分上，形成鐵氧體磁芯36B。
在所述氣體循環(huán)通路36a和氣體入口36b、氣體出口36c的內(nèi)表面施加氟樹脂涂層36d，通過對所述鐵氧體磁芯36B上所卷繞的線圈提供頻率400kHz的高頻(RF)功率，在所述氣體循環(huán)通路36a內(nèi)形成等離子體36C。
隨著等離子體36C的激勵(lì)，在所述氣體循環(huán)通路36a中形成氧自由基和氧離子，但直進(jìn)性強(qiáng)的氧離子在所述循環(huán)通路36a中循環(huán)時(shí)削減，從所述氣體出口36c主要放出氧自由基O2*。此外，在圖5的構(gòu)成中，通過在所述氣體出口36c設(shè)置接地的離子過濾器36e，除去以氧離子為首的帶電粒子，向所述處理空間21B僅提供氧自由基。另外，在所述離子過濾器36e不接地的情況下，由于所述離子過濾器36e的構(gòu)造用作為擴(kuò)散板，所以能夠除去以氧離子為首的電荷粒子。而且，在進(jìn)行需要大量的O2自由基的處理的情況下，為了防止在離子過濾器36e的由O2自由基的沖擊導(dǎo)致的削減，也存在去除離子過濾器36e的情況。
象上述那樣，通過分離形成氧自由基的氧自由基形成部，和形成氮自由基的氮自由基形成部，在氧化作為被處理基板W的硅基板來形成基底氧化膜之后，在氮化該基底氧化膜來形成氮氧化膜的情況下，在氮化工序中殘留的氧的影響小。
例如，如果利用同一個(gè)自由基源，首先利用氧自由基來進(jìn)行硅基板的氧化，連續(xù)地進(jìn)行使用氮自由基的氮化，在該自由基源，殘留氧化時(shí)所使用的氧或者包含氧的生成物，在氮化工序，就進(jìn)行由殘留的氧導(dǎo)致的氧化，具有引起氧化膜的增膜這樣的問題。
在本實(shí)施例的情況下，可抑制由所述那樣的自由基形成部的殘留氧而在氮化工序中進(jìn)行硅基板的氧化所導(dǎo)致的氧化膜的增膜現(xiàn)象，結(jié)果，圖3中的所述基底氧化膜202的增膜少，能夠形成理想的基底氧化膜和氮氧化膜。
另外，在具有所述那樣的殘留氧的影響的情況下，一方面促進(jìn)氧化產(chǎn)生增膜，另一方面，所述氮氧化膜202A的氮濃度變低，具有這種情況，但在所述基板處理裝置20的情況下，由于殘留氧的影響小，所以能夠進(jìn)行氮化，調(diào)整到希望的氮濃度。
另外，在本發(fā)明的基板處理裝置20的情況下，由于生成氮自由基的遠(yuǎn)程等離子體源26和生成氧自由基的遠(yuǎn)程等離子體源36的自由基發(fā)生機(jī)構(gòu)是相同，即使分離自由基源由于其構(gòu)造簡單，能夠降低基板處理裝置的成本。另外，維護(hù)也容易，所以能夠提高基板處理裝置的生產(chǎn)性。
接著，作為本發(fā)明的第二實(shí)施例，針對通過所述基板處理裝置20來在圖3的硅基板202上包含氮氧化膜202A地形成非常薄的基底氧化膜202的方法，基于附圖來進(jìn)行說明。
圖6A、圖6B分別是表示使用圖4的基板處理裝置20來進(jìn)行被處理基板W的自由基氧化的情況的側(cè)面圖和平面圖。
參照圖6A、圖6B，對遠(yuǎn)程等離子體自由基源36提供Ar氣體和氧氣，通過以幾百kHz的頻率來高頻激勵(lì)等離子體，以形成氧自由基。形成的氧自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)，通過所述排氣口21A和泵24來進(jìn)行排氣。結(jié)果，所述處理空間21B設(shè)定為與基板W的自由基氧化相適應(yīng)的1.33Pa～1.33kPa(0.01～10Torr)范圍的處理壓力。特別是，優(yōu)選使用6.65Pa～133Pa(0.05～1.0Torr)的壓力范圍。這樣形成的氧自由基，在沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)時(shí)，氧化轉(zhuǎn)動(dòng)的被處理基板W的表面，在作為所述被處理基板W的硅基板表面上，能夠穩(wěn)定地再現(xiàn)性良好地形成1nm以下膜厚的非常薄的氧化膜，特別是相當(dāng)于2～3個(gè)原子層的大約0.4nm膜厚的氧化膜。
在圖6A、圖6B的氧化工序中，在氧化工序之前也可以進(jìn)行清洗工序。在所述清洗工序，所述閘閥23A和23C開放，閘閥24A閉鎖，所述處理空間21B的壓力減壓到1.33×10-1～1.33×10-4Pa的壓力，處理空間21B中所殘留的水分等被清洗。
而且，在氧化處理中，作為排氣路徑，考慮經(jīng)過渦輪分子泵23B的情況和不經(jīng)過它的情況合計(jì)兩種情況。
閉鎖閘閥23A和23C的情況下，不使用渦輪分子泵23B，打開閘閥24A，僅利用干燥泵24。這種情況下，具有下述優(yōu)點(diǎn)，在清洗時(shí)殘留水分等所附著的區(qū)域小，另外泵的排氣速度大，從而容易排除殘留氣體。
另外，也具有這種情況，開放閘閥23A和23C，閉鎖閘閥24A，將渦輪分子泵23B作為排氣路徑來使用。這種情況下，通過使用渦輪分子泵，能夠提高處理容器內(nèi)的真空度，所以能夠降低殘留氣體分壓。
這樣，通過使用圖4的基板處理裝置20，能夠在被處理基板W的表面上形成非常薄的氧化膜，將該氧化膜表面象圖7A、圖7B所描述的那樣進(jìn)一步氮化。

圖7A、圖7B分別是表示使用作為本發(fā)明的第三實(shí)施例的圖4的基板處理裝置20來進(jìn)行被處理基板W的自由基氮化的情況的側(cè)面圖和平面圖。
參照圖7A，圖7B，向遠(yuǎn)程等離子體自由基源26提供Ar氣體和氮?dú)?，通過以幾百kHz頻率高頻激勵(lì)等離子體，形成氮自由基。形成的氮自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)，通過所述排氣口21A和泵24排氣。結(jié)果，所述處理空間21B設(shè)定為適于基板W的自由基氮化的1.33Pa～1.33kPa(0.01～10Torr)范圍的處理壓力。特別是，優(yōu)選，使用6.65～133Pa(0.05～1.0Torr)的壓力范圍。這樣形成的氮自由基，在沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)時(shí)，氮化轉(zhuǎn)動(dòng)的被處理基板W的表面。
在圖7A、圖7B的氮化工序中，在氮化工序之前也可以進(jìn)行清洗工序。在所述清洗工序，所述閘閥23A和23C開放，閘閥24A閉鎖，所述處理空間21B的壓力減壓到1.33×10-1～1.33×10-4Pa的壓力，處理空間21B中所殘留的氧和水分被清洗。
而且，在氮化處理中，作為排氣路徑，考慮經(jīng)過渦輪分子泵23B的情況和不經(jīng)過它的情況合計(jì)兩種情況。
閉鎖閘閥23A和23C的情況下，不使用渦輪分子泵23B，打開閘閥24A，僅利用干燥泵24。這種情況下，具有下述優(yōu)點(diǎn)，在清洗時(shí)殘留水分等所附著的區(qū)域小，另外泵的排氣速度大，從而容易排除殘留氣體。
另外，也具有這種情況，開放閘閥23A和23C，閉鎖閘閥24A，將渦輪分子泵23B作為排氣路徑來使用。這種情況下，通過使用渦輪分子泵，能夠提高處理容器內(nèi)的真空度，所以能夠降低殘留氣體分壓。
這樣，通過使用圖4的基板處理裝置20，能夠在被處理基板W的表面上形成非常薄的氧化膜，將該氧化膜表面進(jìn)一步氮化。
但是，在所述被處理基板W的氧化膜的氮化工序中，由遠(yuǎn)程等離子體源26所產(chǎn)生的氮自由基，由所述遠(yuǎn)程等離子體源26的所述氣體出口26c提供給所述處理容器21內(nèi)部、所述處理空間21B，沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)，還形成向著所述排氣口21A的氮自由基流路。
作為本發(fā)明的第四實(shí)施例，圖8示意地表示了形成所述那樣的氮自由基流路的情形。但在圖中，對先前說明的部分賦予相同的參考符合，省略了說明。
圖8將所述遠(yuǎn)程等離子體源26和所述被處理基板W的位置關(guān)系，與從所述氣體出口26c所提供的氮自由基形成的氮自由基流路R1和作為其結(jié)果在所述被處理基板W上所形成的自由基分布，同時(shí)概略地表示。
參照圖8，從所述氣體出口26c所提供的氮自由基，形成從該氣體出口26c向著所述排出口21A的氮自由基流路R1。這里，將所述被處理基板W的中心設(shè)為晶片中心C，將通過所述晶片中心C直交的x軸和y軸設(shè)定為，從設(shè)置所述遠(yuǎn)程等離子體源26的所述處理容器21的第一側(cè)向設(shè)置所述排氣口21A的所述處理容器21的第二側(cè)的軸設(shè)為x軸，將直交的軸設(shè)為y軸。
另外，所述氮自由基流路R1，由區(qū)域S1表示氮化所述被處理基板W的氧化膜的范圍。這種情況下，被處理基板W不轉(zhuǎn)動(dòng)。
這種情況下，認(rèn)為所述區(qū)域S1的x軸方向的長度X1，基本上依賴于氮自由基的流量，即導(dǎo)入所述遠(yuǎn)程等離子體源26的氮流量。
另外，所述氮自由基流路R1，如果通過所述被處理基板W時(shí)的所述氮自由基流路R1的中心和所述晶片中心C的距離設(shè)為Y1，認(rèn)為轉(zhuǎn)動(dòng)所述被處理基板W的情況下的所述被處理基板W上的氮氧化膜的膜厚分散值σ，依賴于所述距離X1和距離Y1。
接著，圖9表示了計(jì)算改變所述距離X1和距離Y1的情況下的氮氧化膜的膜厚分散值σ的結(jié)果。而且，圖9是對被處理基板W使用300nm的硅晶片的情況。
參照圖9，橫軸表示所述距離X1，縱軸表示氮氧化膜的膜厚分散值σ。系列1表示所述距離Y1是0mm的情況，同樣的，系列2表示距離Y1是20mm的情況，系列3表示距離Y1是40mm的情況，系列4表示距離Y1是60mm的情況，系列5表示距離Y1是100mm的情況，系列6表示距離Y1是150mm的情況。
首先，距離Y1是0的情況，即是所述氮自由基流路R1的中心通過所述晶片中心C的情況，而且在所述距離X1是100mm的情況下，所述分散值σ最小，氮氧化膜的膜厚分布良好。
下面，在對于各個(gè)距離Y1的值改變距離X1的情況下，連接分散值σ最小的點(diǎn)的曲線由圖中U來表示，但隨著所述距離Y1的值變大，所述分散值σ最小的距離X1的值有變大的傾向。另外，距離Y1是100mm、150mm的情況下，所述自由基流路R1的中心大大地離開所述晶片中心C，所以不適用該傾向，所述分散值σ的值在極端變大。
例如，在考慮將由所述基板處理裝置20所形成的氧化膜和氮氧化膜用于所述半導(dǎo)體裝置200的所述基底氧化膜202和氮氧化膜202A的情況，在所述分散值σ是1％以下的情況下氮氧化膜的膜厚分布良好，能夠用于半導(dǎo)體裝置的形成。
如果看圖9，在距離Y1是40mm以下的情況下，存在σ為1％以下的距離X1的值，考慮能夠得到良好的氮氧化膜的膜厚分布。
這樣，氮氧化膜的膜厚分布，極大地依賴所述氮自由基流路R1的形成方法，即與所述氮自由基流路R1的形成有關(guān)的所述遠(yuǎn)程等離子體源26的設(shè)置方法。象所述那樣，理想的是，設(shè)置所述遠(yuǎn)程等離子體源26，使得所述氮自由基流路R1通過所述被處理基板W的中心。
但是，如果考慮使用遠(yuǎn)程等離子體源36的所述被處理基板W的氧化工序，由下面的理由，考慮遠(yuǎn)程等離子體源36和設(shè)置場所干涉的問題。
氧自由基通過從所述遠(yuǎn)程等離子體源36的氣體出口36c向所述排氣口21A所形成的、沿著被處理基板W的氧自由基流路R2所氧化的區(qū)域，表示了與所述區(qū)域S1相同的傾向。為此，形成的氧化膜的膜厚分布最好的所述遠(yuǎn)程等離子體源36的設(shè)置位置處于所述x軸上，如果將所述遠(yuǎn)程等離子體源26設(shè)置在x軸上，就與所述遠(yuǎn)程等離子體源36干涉。
這里，需要設(shè)置所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36，使得所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36不干涉、而且形成的氧化膜和氮氧化膜兩者膜厚分布良好。
圖10A、圖10B、圖10C是表示作為本發(fā)明的第五實(shí)施例，在所述處理容器21中設(shè)置所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36的設(shè)置方法的圖。但在圖中，對先前說明的部分賦予相同的參考符號，省略了說明。
首先，參照圖10A，設(shè)置所述處理容器21，使得所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36相鄰，所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2平行。
這種情況下，如前面所述，由于所述Y1越小氮氧化膜的膜厚分布越好，所以，通過將所述Y1，即從x軸上開始的所述遠(yuǎn)程等離子體源26的偏移量設(shè)置得盡可能小的40mm以下，能夠?qū)崿F(xiàn)氮氧化膜的膜厚的分散值σ1為1％以下。
另外，同樣的，由于越是將所述氧自由基流路R2的中心和所述晶片中心C的距離X2設(shè)置得盡可能小，氧化膜的膜厚分布越好，所以，可設(shè)想，通過將Y2的值，即從x軸上開始的所述遠(yuǎn)程等離子體源36的偏移量設(shè)置得盡可能小的40mm以下，能夠?qū)崿F(xiàn)氧化膜的膜厚的分散值σ2為1％以下。
接著，參照圖10B，在圖10B的情況下，例如所述遠(yuǎn)程等離子體源36設(shè)置在所述x軸上，所述氧自由基流路R2的中心通過所述晶片中心C，這樣進(jìn)行設(shè)置。所述遠(yuǎn)程等離子體源26離開所述遠(yuǎn)程等離子體源36設(shè)置，象下面所述那樣，使得所述氮自由基流路R1的中心通過所述晶片中心C。
在所述遠(yuǎn)程等離子體源26的氣體出口26c附近，設(shè)置氣體整流板26f，改變氮自由基流路R1的方向。即，使從所述氣體出口26c提供的所述氮自由基流路R1與所述氣體整流板26f沖突，此外所述氮自由基流路R1沿著該氣體整流板26f流動(dòng)，例如如圖所示那樣，作為相對x軸形成θ1角度的流，改變方向后的氮自由基流路R1的中心通過所述晶片中心C。
這種情況下，由于所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2兩者的中心同時(shí)通過所述晶片中心C，所以在所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
另外，由于所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36能夠離開設(shè)置，所以提高了設(shè)計(jì)和布置的自由度，此外，使用了改變所述θ1角度的整流板，能夠?qū)⑺鲞h(yuǎn)程等離子體源26設(shè)置在各種位置。
此外，也能夠?qū)⑺鲞h(yuǎn)程等離子體源26配置在所述x軸上，在所述遠(yuǎn)程等離子體源36的氣體出口36c附近設(shè)置整流板，這種情況也同樣的，所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2兩者的中心也能夠同時(shí)通過所述晶片中心C，使得所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
在上面，也能夠?qū)⑺鲞h(yuǎn)程等離子體源26、36同時(shí)離開x軸配置，在各個(gè)氣體出口26C、36C附近設(shè)置整流板，這種情況下也同樣的，所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2兩者的中心同時(shí)通過所述晶片中心C，使得在所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
如這樣，能夠提高設(shè)計(jì)或者布置的自由度，通過使用改變所述θ1角度的兩個(gè)整流板，能夠在各種位置設(shè)置遠(yuǎn)程等離子體源26、36。
另外，也能夠?qū)⒄靼逶O(shè)置在遠(yuǎn)程等離子體源內(nèi)部、即氣體出口內(nèi)側(cè)。這種情況下，不需要處理容器21的內(nèi)部確保整流板的設(shè)置位置。
此外，作為改變所述氮自由基流路R1的方向的方法的例子，也能夠采用圖10C所示的方法。
參照圖10C，在該圖中與圖10B的情況相同的，例如這樣設(shè)置，所述遠(yuǎn)程等離子體源36設(shè)置在所述x軸上，所述氧自由基流路R2的中心通過所述晶片中心C。使得所述遠(yuǎn)程等離子體源26離開所述遠(yuǎn)程等離子體源36設(shè)置，而如下所示，所述氮自由基流路R1的中心通過所述晶片中心C。
這種情況下，為如下的構(gòu)造從所述遠(yuǎn)程等離子體源26的氣體出口26c提供的所述氮自由基流路R1，相對所述x軸形成例如θ2角度，所述遠(yuǎn)程等離子體源26相對于x軸傾斜設(shè)置，所述氮自由基流路R1的中心通過所述晶片中心C。
為此，所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2兩者的中心同時(shí)通過所述晶片中心C，所以，在所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
另外，由于能夠設(shè)置為所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36離開，所以能夠提高設(shè)計(jì)和布置的自由度，此外，能夠通過改變所述θ2角度來多樣地改變所述遠(yuǎn)程等離子體源26的設(shè)置位置。
此外，也能夠?qū)⑺鲞h(yuǎn)程等離子體源26配置在所述x軸上，將所述遠(yuǎn)程等離子體源36相對所述x軸傾斜設(shè)置，這種情況下也同樣的，所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2兩者的中心同時(shí)通過所述晶片中心C，使得在所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
此外，能夠?qū)⑺鲞h(yuǎn)程等離子體源26、36同時(shí)離開x軸配置，分別相對所述x軸傾斜設(shè)置，這種情況下也同樣的，所述氮自由基流路R1和所述氧自由基流路R2兩者的中心通過所述晶片中心C，使得在所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
如果這樣，能夠進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)和布置的自由度，通過分別改變所述θ2角度，能夠多種多樣地改變所述遠(yuǎn)程等離子體源26、36的設(shè)置位置。
另外，由圖10B和圖10C的所述方法，在改變所述氮自由基流路R1或者氧自由基流路R2的方向的情況下，改變方向后的所述R1或者R2通過所述晶片中心C，所以氮氧化膜和氧化膜的膜厚分布良好，但認(rèn)為，如果所述R1或者R2與所述晶片中心C的距離是40mm以下，能夠確保氮氧化膜或者氧化膜的膜厚分散值σ為1％以下。
另外，也能夠?qū)D10B所示那樣的整流板與圖10C所示的遠(yuǎn)程等離子體源相對x軸傾斜設(shè)置的方法來組合實(shí)施，這種情況下還通過將所述遠(yuǎn)程等離子體源26和36設(shè)置在各種位置，從而在所述被處理基板W上所形成的氧化膜和氮氧化膜兩者的膜厚分布良好。
下面，說明本發(fā)明的第六實(shí)施例。象前述那樣，在處理容器中，氧化硅基板形成氧化膜，在該處理容器中氮化該氧化膜來形成氮氧化膜的情況下，由氧化工序所使用的氧和包含氧的殘留物的影響，在氮化處理時(shí)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，增膜氧化膜。如果在這樣的氮氧化處理時(shí)增膜氧化膜，使用所述圖3所示的高電介質(zhì)柵極絕緣膜的效果就會相互抵消。
這里，形成高電介質(zhì)柵極絕緣膜的基底氧化膜和該氧化膜上的氮氧化膜時(shí)，排除基底氧化膜的增膜的影響來進(jìn)行氮化是重要的。圖11表示了這樣的氮氧化膜形成的殘留氧的影響多和少的情況下的模型的例子。圖11的曲線圖中，橫軸表示在硅基板上所形成的氧化膜和氮氧化膜的厚度，以及所形成的合計(jì)的膜厚，而縱軸表示形成的氮氧化膜的氮濃度。
首先，殘留氧的影響大的情況，即圖中所示的F0的情況如下面這樣。F0上的點(diǎn)中，在硅基板上形成基底氧化膜的時(shí)刻為a，在a處膜厚為T1，氮濃度為C1。由于這種情況下是在氮化工序前，所以氮濃度是測量臨界值之下的值。
接著，氮化所述基底氧化膜，在該基底氧化膜上形成氮氧化膜的狀態(tài)是b’。在b’處膜厚是T2’，氮濃度是C2’。此外，從b’狀態(tài)發(fā)展氮化的狀態(tài)是c’，膜厚是T3’，氮濃度是C3’。
這樣，可預(yù)想到，在F0的情況，氮化氧化膜，氮濃度升高，其膜厚增加，例如T3’-T1的值與后面描述的殘留氧少的情況相比要大。另外，考慮到，氮濃度的上升也與后面描述的殘留氧的影響小的情況相比要小。
下面，殘留氧的影響小的情況，即圖中所示的F1的情況也同樣的，在硅基板上形成基底氧化膜的時(shí)刻為a，氮化的狀態(tài)為b，從b開始進(jìn)一步氮化的狀態(tài)為c。可預(yù)想到，在所述F1的情況下，在b的狀態(tài)膜厚增加的少，此外在直到c的狀態(tài)下的膜厚增加T3-T1的值與所述F0的情況相比，要少。
另外，氮濃度C2和C3與所述的C2’、C3’相比要高。這里，在所述F1的情況下，處理容器中的殘留氧的影響小，所以在氮化工序中，就沒有了由殘留氧導(dǎo)致的對硅基板氧化的促進(jìn)，為此容易進(jìn)行氮化，能夠形成氮濃度高的氮氧化膜。
即，可認(rèn)為，通過排除處理容器中的殘留氧的影響，作為高電介質(zhì)柵極絕緣膜的柵極氧化膜的基底氧化膜，確保優(yōu)選厚度，例如約0.4nm以下，同時(shí)能夠在該基底氧化膜上形成希望值的氮氧化膜。
例如，在所述基板處理裝置20的情況下，形成氧化所用的氧自由基的自由基源和形成氮化所用的氮自由基的自由基源進(jìn)行分離，既使這樣，形成氧自由基時(shí)所使用的氧和包含氧的殘留物的影響也不能完全排除。
下面，關(guān)于抑制殘留氧的影響的方法，在下面具體進(jìn)行說明。
圖12A，圖12B表示作為本發(fā)明的第七實(shí)施例，分別使用圖4的基板處理裝置20來進(jìn)行被處理基板W的自由基氧化的方法的側(cè)面圖和平面圖。但在圖中，對先前說明的部分賦予相同的參考符號，省略了說明。本實(shí)施例的情況具有下述特征，在本圖所示的氧化工序后的氮化工序時(shí)，殘留氧的影響小，基底氧化膜的增膜小。
在本圖中，與所述圖6A、圖6B所示的情況相同，氧化硅基板來形成基底氧化膜，但與所述圖6A、圖6B所示的情況不同之處在于，從所述遠(yuǎn)程等離子體自由基源36向所述處理空間21B提供氧自由基時(shí)，同時(shí)從所述遠(yuǎn)程等離子體源26向所述處理空間21B提供例如Ar等清洗氣體。除了提供所述清洗氣體之外，與圖6A、圖6B的情況相同。
象所述那樣，在氧化硅基板來形成基底氧化膜的工序中，使用氧自由基，所以象所述那樣，從所述遠(yuǎn)程等離子體源36向所述處理空間21B導(dǎo)入氧自由基。此時(shí)，存在這種情況，來自所述遠(yuǎn)程等離子體源26的所述氣體出口26c的氧自由基或者例如H2O等的包含氧的副生成物倒流。
這樣，如果氧自由基或包含氧的副生成物倒流，就存在這樣的情況，例如在圖7A、圖7B所示的氮化工序中，引起基底氧化膜增膜和氮濃度降低的問題。
為此，在本實(shí)施例中，從所述遠(yuǎn)程等離子體源26向所述處理空間21B導(dǎo)入清洗氣體，防止氧或者包含氧的生成物向所述遠(yuǎn)程等離子體源26倒流。
另外，為了排除向所述那樣的遠(yuǎn)程等離子體源26倒流的氧或者包含氧的生成物，具有真空清洗或者由非活性氣體進(jìn)行氣體清洗的方法。
例如真空清洗是這樣的方法，在所述氧化工序結(jié)束后，將所述處理空間排氣到低壓(高真空)狀態(tài)，由此，除去所述處理空間21B或者所述遠(yuǎn)程等離子體源26中所殘留的氧或者包含氧的生成物。
氣體清洗是這樣的方法，同樣在所述氧化工序后，向所述處理空間21B導(dǎo)入非活性氣體，除去所述處理空間21B或者所述遠(yuǎn)程等離子體源26中所殘留的氧。
通常組合進(jìn)行多次所述真空清洗和氣體清洗。但是如果進(jìn)行所述真空清洗和氣體清洗，由于需要處理時(shí)間，具有基板處理裝置20的生產(chǎn)率低下、生產(chǎn)性低下的問題。另外，為了進(jìn)行真空清洗，需要例如渦輪分子泵等排氣速度大的高價(jià)排氣部件，所以具有裝置的成本上升的問題。
在本實(shí)施例中，能夠不降低裝置的生產(chǎn)率、排除所述那樣的殘留氧的影響。
另外，在圖12A、圖12B所示的氧化工序后，進(jìn)行圖7A、圖7B所示的氮化工序，氮化基底氧化膜來形成氮氧化膜。此時(shí)，由于象所述那樣，排除了向所述遠(yuǎn)程等離子體源26倒流氧的影響，可抑制由殘留的氧或包含氧的生成物進(jìn)行氧化而基底氧化膜增膜的現(xiàn)象，且為此能夠進(jìn)行氮化來形成希望氮濃度的氮氧化膜。
結(jié)果，能夠形成與圖3所示的所述半導(dǎo)體裝置200所使用的情況相適應(yīng)的非常薄的、例如0.4nm左右的基底氧化膜202和基底氧化膜上的合適濃度的氮氧化膜202A。
而且，在本實(shí)施例中所使用的清洗氣體，只要是非活性氣體即可，除了能夠使用所述Ar氣體之外，還能夠使用氮?dú)?、氦氣等?br> 另外，在形成所述基底氧化膜時(shí)的氧化工序中使用清洗氣體來減少殘留氧的影響的方法，也能夠在其它裝置中來進(jìn)行。例如，即使是在用于生成氧自由基的自由基源上裝載紫外光源的下面所示的基板處理裝置20A中也能夠?qū)嵤?br> 圖13表示作為本發(fā)明的第八實(shí)施例，用于在圖3的硅基板201上包含氮氧化膜202A地形成非常薄的基底氧化膜202的基板處理裝置20A的大致構(gòu)成。但在圖中，對先前說明的部分賦予相同的參考符號，省略了其說明。
參照圖13，本圖所示的基板處理裝置20A的情況與圖4所示的所述基板處理裝置20的情況相比，不同之處在于，首先，在所述處理容器21中，在隔著被處理基板W與所述排氣口21A相對的側(cè)，設(shè)置提供氧氣的處理氣體提供噴嘴21D，所述處理氣體提供噴嘴21D所提供的氧氣，在所述處理空間21B中沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)，從所述排氣口21A排氣，為這樣的構(gòu)造。
另外，為了活化這樣的從所述處理氣體提供噴嘴21D所提供的處理氣體來生成氧自由基，在所述處理容器21上，與所述處理氣體提供噴嘴21D和被處理基板W之間的區(qū)域?qū)?yīng)地設(shè)置具有石英窗25A的紫外光源25。即通過驅(qū)動(dòng)所述紫外光源25，活化從所述處理氣體提供噴嘴21D導(dǎo)入到處理空間21B中的氧氣，結(jié)果形成的氧自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)。由此，能夠在轉(zhuǎn)動(dòng)的所述被處理基板W的表面上形成1nm以下膜厚的、特別是相當(dāng)于2～3原子層厚度的大約0.4nm膜厚的自由基氧化膜。
另外，在所述處理容器21中，與所述被處理基板W相對，在與排氣口21A相對的一側(cè)，形成遠(yuǎn)程等離子體源26。這里，向所述遠(yuǎn)程等離子體源26提供Ar等非活性氣體的同時(shí)提供氮?dú)?，由等離子體活化它們，由此能夠形成氮自由基。這樣形成的氮自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)，氮化轉(zhuǎn)動(dòng)的被處理基板表面。
而且，在所述基板處理裝置20A中，在氧自由基生成時(shí)使用所述紫外光源25，所以，所述基板處理裝置20不設(shè)置所述遠(yuǎn)程等離子體源36。
圖14A、圖14B分別是表示使用圖13的基板處理裝置20A利用通常的方法來進(jìn)行被處理基板W的自由基氧化的情況的側(cè)面圖和平面圖。
參照圖14A，從處理氣體提供噴嘴21D向所述處理空間21B中提供氧氣，沿著被處理基板W的表面流動(dòng)后，排氣。作為排氣路徑考慮經(jīng)過渦輪分子泵23B的情況和不經(jīng)過的情況兩種情況。
在閉鎖閘閥23A和23C的情況下，不使用渦輪分子泵23B，打開閘閥24A，僅利用干燥泵24。這種情況下，具有因殘留水分等附著的區(qū)域小以及泵的排氣速度大而容易排除氣體的優(yōu)點(diǎn)。
另外，也具有這種情況，開放閘閥23A和23C，閉鎖閘閥24A，將渦輪分子泵23B作為排氣路徑來使用。這種情況下通過使用渦輪分子泵能夠提高處理容器內(nèi)的真空度，所以能夠降低殘留氣體分壓。
與此同時(shí)，優(yōu)選通過驅(qū)動(dòng)發(fā)生172nm波長的紫外光的紫外光源25，這樣，在形成的氧氣流中形成氧自由基。在形成的氧自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)時(shí)，氧化轉(zhuǎn)動(dòng)的基板表面。這樣被處理基板W由紫外光激勵(lì)的氧自由基進(jìn)行氧化(下面的UV-O2處理)，由此能夠在硅基板表面上穩(wěn)定且再現(xiàn)性良好地形成1nm以下膜厚的非常薄的氧化膜、特別是相當(dāng)于2～3原子層的大約0.4nm膜厚的氧化膜。
圖14B表示圖14A的構(gòu)成的平面圖。
參照圖14B，紫外光源25是在與氧氣流的方向交叉的方向延伸的管狀的光源，渦輪分子泵23B通過排氣口21A對處理空間21B進(jìn)行排氣。另一方面，從所述排氣口21A直接到泵24的由圖14B中的虛線所示的排氣路徑，通過閉鎖閘閥23A、23C來實(shí)現(xiàn)。
下面，圖15A、圖15B分別是表示使用圖13的基板處理裝置20A來進(jìn)行被處理基板W的自由基氮化(RF-N2處理)的情況的側(cè)面圖和平面圖。
參照圖15A、圖15B，通過對遠(yuǎn)程等離子體自由基源26提供Ar氣體和氮?dú)?，利用幾百kHz頻率高頻激勵(lì)等離子體，從而形成氮自由基。形成的氮自由基沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)，通過所述排氣口21A和泵24來排氣。結(jié)果所述處理空間21B設(shè)定為適于基板W的自由基氮化的1.33Pa～1.33kPa(0.01～10Torr)范圍的處理壓力。特別是，優(yōu)選，使用6.65～133Pa(0.05～1.0Torr)的壓力范圍。這樣，形成的氮自由基在沿著所述被處理基板W的表面流動(dòng)時(shí)，氮化轉(zhuǎn)動(dòng)的被處理基板W的表面。
在圖15A、圖15B的氮化工序中，優(yōu)選在氮化工序之前進(jìn)行清洗工序。在所述清洗工序中，開放所述閘閥23A和23C，閉鎖閘閥24A，將所述處理空間21B的壓力減壓到1.33×10-1～1.33×10-4Pa的壓力，在處理空間21B中所殘留的氧和水分被清洗，而在氮化處理中，作為排氣路徑，考慮經(jīng)過渦輪分子泵23B的情況和不經(jīng)過的情況兩種情況。
閉鎖閘閥23A和23C的情況下，不使用渦輪分子泵23B，打開閘閥24A，僅利用干燥泵24。這種情況下，具有清洗時(shí)因殘留水分等所附著的區(qū)域小以及泵的排氣速度大而容易排除殘留氣體的優(yōu)點(diǎn)。
另外，也具有這種情況，開放閘閥23A和23C，閉鎖閘閥24A，將渦輪分子泵23B作為排氣路徑來使用。這種情況下，由于通過使用渦輪分子泵能夠提高處理容器內(nèi)的真空度，所以能夠降低殘留氣體分壓。
這樣，通過使用圖13的基板處理裝置20A，能夠在被處理基板W的表面形成非常薄的氧化膜，進(jìn)一步將該氧化膜表面進(jìn)行氮化。
下面表示了使用前述的基板處理裝置20A，使用先前實(shí)施例中所述的清洗氣體，來抑制殘留氧的影響的方法。
圖16A、圖16B是表示本發(fā)明的第八實(shí)施例的分別使用圖13的基板處理裝置20A來進(jìn)行被處理基板W的自由基氧化的方法的側(cè)面圖和平面圖。但在圖中，對先前說明的部分賦予相同的參考符號，省略了說明。本實(shí)施例是這樣的方法，在本圖所示的氧化工序后的氮化工序中，殘留氧的影響小，氧化膜的增膜小。
參照圖16A、圖16B，本實(shí)施例的情況與所述圖14A、圖14B所示的情況同樣，進(jìn)行被處理基板W的表面氧化，但與所述圖14A、圖14B的情況不同之處在于，在從所述處理氣體提供噴嘴21D向所述處理空間21B提供氧氣等用于形成氧自由基的處理氣體時(shí)，從所述遠(yuǎn)程等離子體源26向所述處理空間21B提供例如Ar等清洗氣體。除了提供所述清洗氣體之外，與圖14A、圖14B的情況相同。
象所述那樣，在氧化硅基板的工序中，使用氧自由基，所以在所述處理空間21B中，從所述氣體提供噴嘴21D提供的處理氣體被活性化，形成氧自由基。此時(shí)，具有這種情況，來自所述遠(yuǎn)程等離子體源26的所述氣體出口26c的氧自由基或者包含氧的生成物倒流而進(jìn)入。
這樣，如果氧自由基或包含氧的生成物倒流，具有這種情況，例如在圖15A、圖15B所示的氮化工序中，引起基底氧化膜的增膜或者氮濃度降低的問題。
為此，在本實(shí)施例中，由所述遠(yuǎn)程等離子體源26向所述處理空間21B導(dǎo)入清洗氣體，防止了氧或包含氧的生成物倒流到所述遠(yuǎn)程自由基源26。
另外，為了排除所述那樣倒流到遠(yuǎn)程等離子體源26中的氧或包含氧的生成物，具有進(jìn)行例如利用真空清洗或者非活性氣體的氣體清洗的方法。
例如真空清洗是這樣的方法，在所述氧化工序結(jié)束后，將所述處理空間排氣到低壓(高真空)狀態(tài)，由此，除去所述處理空間21B或者所述遠(yuǎn)程等離子體源26中所殘留的氧。
氣體清洗是這樣的方法，同樣在所述氧化工序結(jié)束后，向所述處理空間21B導(dǎo)入非活性氣體，除去所述處理空間21B或者所述遠(yuǎn)程等離子體源26中所殘留的氧。
通常組合進(jìn)行多次所述真空清洗和氣體清洗。但是如果進(jìn)行所述真空清洗和氣體清洗，由于需要處理時(shí)間，具有基板處理裝置20A的生產(chǎn)率低下、生產(chǎn)性低下的問題。另外，為了進(jìn)行真空清洗，需要例如渦輪分子泵等排氣速度大的高價(jià)排氣部件，所以具有裝置的成本上升的問題。
在本實(shí)施例中，能夠不降低裝置的生產(chǎn)率、生產(chǎn)性好地排除所述那樣的殘留氧的影響。
另外，在圖16A、圖16B所示的氧化工序后，進(jìn)行圖15A、圖15B所示的氮化工序，氮化基底氧化膜來形成氮氧化膜。此時(shí)，象所述那樣，排除了向所述遠(yuǎn)程等離子體源26倒流氧的影響，所以抑制了由殘留的氧或包含氧的生成物進(jìn)行氧化而基底氧化膜增膜的現(xiàn)象，為此能夠進(jìn)行氮化來形成希望氮濃度的氮氧化膜。
結(jié)果，能夠形成與圖3所示的所述半導(dǎo)體裝置200所使用的情況相適應(yīng)的非常薄的、例如0.4nm左右的基底氧化膜202和基底氧化膜上的合適濃度的氮氧化膜202A。
而且，在本實(shí)施例中所使用的清洗氣體，只要是非活性氣體即可，除了能夠使用所述Ar氣體之外，還能夠使用氮?dú)?、氦氣等?br> 接著，作為本發(fā)明的第九實(shí)施例，圖17的流程圖表示了在圖3的硅基板201上包含氮氧化膜202A地形成非常薄的基底氧化膜202時(shí)，抑制氮氧化膜的形成工序中基底氧化膜202的增膜的其它方法。在下面的說明中，作為基板處理的例子，表示了使用所述基板處理裝置20A的情況。
參照圖17，首先，在步驟1(圖中表示為S1，下面同樣)，將作為被處理基板的被處理基板W搬入到所述基板處理容器21，載置到所述基板保持臺22上。
接著，在步驟2，如圖14A、圖14B所示那樣，氧化作為硅基板的被處理基板W的表面，在硅基板表面上穩(wěn)定地再現(xiàn)性好地形成1nm以下膜厚的非常薄的氧化膜、特別是相當(dāng)于2～3個(gè)原子層的大約0.4nm膜厚的基底氧化膜。
接著，在步驟3，將被處理基板W從所述處理容器21向外面搬出。
接著，在步驟4，在搬出所述被處理基板W的基板處理容器21中，進(jìn)行該基板處理容器21內(nèi)的殘留氧的除去。在所述步驟2的氧化工序中，向作為所述處理容器21的內(nèi)部的處理空間21B中提供氧，另外生成氧自由基。為此，氧或例如H2O等包含氧的生成物等，殘留在所述處理空間21B或者與該處理空間21B連通的空間中。
為此，在本步驟中，進(jìn)行所述氧或者包含氧的生成物的除去處理。
具體地說，在從所述處理容器21內(nèi)搬出所述被處理基板W的狀態(tài)，利用與圖15A、圖15B所示的氮化工序同樣的方法，將由所述遠(yuǎn)程等離子體源26分解Ar氣體和氮?dú)舛傻陌珹r自由基和氮自由基的、活性化的Ar氣體和氮?dú)?，提供給所述處理空間21B，通過從所述排氣口21A進(jìn)行排氣，在所述處理空間21B或者與該處理空間21B所連通的空間，例如所述遠(yuǎn)程等離子體源26的內(nèi)部等所殘留的氧或者例如H2O等包含氧的生成物等從所述排氣口21A排出。
接著，在步驟5，被處理基板W再次搬入所述處理容器21，載置在所述基板保持臺22上。
接著，在步驟6，如圖15A、圖15B所示那樣，對在步驟2形成有基底氧化膜的被處理基板W的表面，通過氮自由基來氮化來形成氮氧化膜。這種情況下，由于在所述步驟4中進(jìn)行了氧除去處理，所以可能進(jìn)行抑制氧化膜的增膜影響的氮化。
即，為了除去所述處理容器21內(nèi)部、所述處理空間21B和與該處理空間21B連通的空間、例如所述遠(yuǎn)程等離子體源26的內(nèi)部等所殘留的、步驟2中氧化所使用的氧和包含氧的生成物等，在本步驟的氮化工序中，能夠抑制由步驟2所使用的氧和包含氧的殘留物導(dǎo)致的氧化膜的增膜以及氮化時(shí)氮濃度降低這樣的問題。為此，能夠進(jìn)行氮化來形成希望氮濃度的氮氧化膜。
結(jié)果，能夠形成與圖3所示的所述半導(dǎo)體裝置200所使用的情況相適應(yīng)的非常薄的、例如0.4nm左右的基底氧化膜202和基底氧化膜上的合適濃度的氮氧化膜202A。
接著，在步驟7，將被處理基板W從所述處理容器21搬出，結(jié)束處理。
通常，為了排除所述處理容器21內(nèi)部、所述處理空間21B和與該處理空間21B連通的空間、例如所述遠(yuǎn)程等離子體源26內(nèi)部等所殘留的、步驟2中氧化所使用的氧和包含氧的生成物等，能夠進(jìn)行利用真空清洗或者非活性氣體的氣體清洗。
例如真空清洗是這樣的方法，在所述氧化工序結(jié)束后，將所述處理空間排氣到低壓(高真空)狀態(tài)，由此，除去所述處理空間21B或者與該處理空間21B所連通的空間中所殘留的氧或者包含氧的生成物。
氣體清洗是這樣的方法，同樣在所述氧化工序結(jié)束后，向所述處理空間21B導(dǎo)入非活性氣體，除去所述處理空間21B或者與該處理空間21B所連通的空間中所殘留的氧和包含氧的生成物。
通常組合重復(fù)進(jìn)行多次所述真空清洗和氣體清洗，以達(dá)到其效果。但是如果重復(fù)進(jìn)行所述真空清洗和氣體清洗，需要處理時(shí)間，所以具有基板處理裝置20A的生產(chǎn)率低下、生產(chǎn)性低下的問題。
另外，為了進(jìn)行真空清洗，需要對于真空清洗有效的、排氣速度大的高價(jià)的排氣部件，所以具有裝置的成本上升的問題。
在本實(shí)施例中，能夠不降低裝置的生產(chǎn)率、生產(chǎn)性好地排除所述那樣的殘留氧的影響。
另外，本實(shí)施例中的所述基板處理方法，能夠利用例如下面所示的成組型的基板處理系統(tǒng)來進(jìn)行。
圖18表示本發(fā)明的第十實(shí)施例的成組型的基板處理系統(tǒng)50的構(gòu)成。
參照圖18，所述成組型基板處理系統(tǒng)50具有這樣的構(gòu)成由真空搬送室56連接用于基板搬入/搬出的負(fù)載鎖定室51；除去基板表面的自然氧化膜和碳污染的前處理室52；由圖13的基板處理裝置20A所構(gòu)成的處理室53；在基板上堆積Ta2O5、Al2O3、ZrO2、HfO2、ZrSiO4、HfSiO4等高電介質(zhì)膜的CVD處理室54；和冷卻基板的冷卻室55，在所述真空搬送室56中設(shè)置搬送臂(未圖示)。
在進(jìn)行本實(shí)施例的基板處理方法的情況下，首先，導(dǎo)入所述負(fù)載鎖定室51中的被處理基板W沿著路徑50a導(dǎo)入所述前處理室52，除去自然氧化膜和碳污染。在所述前處理室52中除去自然氧化膜的被處理基板W沿著路徑50b導(dǎo)入所述步驟1中的所述處理室53中，在所述步驟2，通過圖13的基板處理裝置20A，基底氧化膜形成為2～3個(gè)原子層一樣的膜厚。
在所述處理室53中形成基底氧化膜的被處理基板W，在所述步驟3中沿著路徑50c搬送到所述真空搬送室56，在所述被處理基板W保持在所述真空搬送室56期間，在所述步驟4，通過基板處理裝置20A實(shí)施第九實(shí)施例所述的氧除去處理。
之后，在所述步驟5，沿著路徑50d，被處理基板W再次從所述搬送室56搬送到所述處理室53，在所述步驟6，通過所述基板處理裝置20A進(jìn)行基底氧化膜的氮化，來形成氮氧化膜。
之后，在所述步驟7，沿著路徑50e，被處理基板W從所述處理室53搬出，導(dǎo)入到所述CVD處理室54，在所述基底氧化膜上形成高電介質(zhì)柵極絕緣膜。
此外，所述被處理基板從所述CVD處理室54開始沿著路徑50f移動(dòng)到冷卻室55，在所述冷卻室55冷卻后，沿著路徑50g返回到負(fù)載鎖定室51，搬出到外部。
而且，在圖18的基板處理系統(tǒng)50中，還可以設(shè)置其它的前處理室，來在Ar氣體中由高溫?zé)崽幚韥磉M(jìn)行硅基板的平坦化處理。
這樣，通過所述的成組型基板處理系統(tǒng)50，能夠?qū)崿F(xiàn)第九實(shí)施例所述的基板處理方法，在氮化工序中能夠抑制因所述處理容器21中所殘留的氧或包含氧的生成物進(jìn)行氧化而增膜基底氧化膜的現(xiàn)象，為此能夠進(jìn)行氮化，形成希望氮濃度的氮氧化膜。
結(jié)果，能夠形成與圖3所示的所述半導(dǎo)體裝置200所使用的情況相適應(yīng)的非常薄的、例如0.4nm左右的基底氧化膜202和基底氧化膜上的合適濃度的氮氧化膜202A。能夠抑制基底氧化膜的增膜，促進(jìn)氮化，形成希望氮濃度的氮氧化膜。
另外，在所述步驟4中氧除去處理時(shí)，載置所述被處理基板W的位置不限于所述真空搬送室56。例如，所述前處理室52或者所述冷卻室55和所述負(fù)載鎖定室51等可與外界大氣阻斷并能夠防止所述被處理基板W污染且防止氧化的而且能夠搬送、搬出的空間也是可以的。
下面，作為本發(fā)明的第十一實(shí)施例，圖19表示了使用先前的第十實(shí)施例所記載的成組型基板處理系統(tǒng)50，進(jìn)行第九實(shí)施例所述的基板處理方法來形成基底氧化膜，進(jìn)一步氮化該基底氧化膜來形成氮氧化膜的情況下的膜厚和氮濃度的關(guān)系。
另外，為了比較，在圖中，不進(jìn)行第九實(shí)施例所述的氧除去處理，從基底氧化膜的形成開始的連續(xù)進(jìn)行該基底氧化膜的氮化的例子，即從圖14A、圖14B所述的基底氧化膜形成工序開始的連續(xù)進(jìn)行圖15A、圖15B的氮化工序的情況的結(jié)果，也一并記錄。
在圖19中，由試驗(yàn)D1～D3來記載使用所述第九實(shí)施例所記載的基板處理方法的情況，另外，由試驗(yàn)I1～I(xiàn)3來記載從基底氧化膜的形成開始的連續(xù)進(jìn)行該基底氧化膜的氮化的情況。另外，所述實(shí)驗(yàn)D1～D3的基板處理?xiàng)l件和試驗(yàn)I1～I(xiàn)3的基板處理?xiàng)l件在下述(表1)表示。
表1

所述實(shí)驗(yàn)D1～D3和I1～I(xiàn)3的任何一種情況都與形成基底氧化膜的條件相同，通過圖14A、圖14B所述的方法，以表中所述的氧流量、壓力、基板保持臺的溫度、處理時(shí)間來進(jìn)行處理。
此外，在實(shí)驗(yàn)I1～I(xiàn)3的情況下，通過表中所述條件的Ar流量、氮流量、壓力、基板保持臺溫度、處理時(shí)間來進(jìn)行氮化處理。而且，實(shí)驗(yàn)I1～I(xiàn)3的情況下，不進(jìn)行氧除去處理。
在所述實(shí)驗(yàn)D1～D3的情況下，由表中所述的Ar流量、氮流量、處理時(shí)間來進(jìn)行第九實(shí)施例所述的氧除去處理，之后在表中所述的條件下進(jìn)行氮化處理。
參照圖19，可理解，與不進(jìn)行氧除去處理的實(shí)驗(yàn)I1～I(xiàn)3相比，第九實(shí)施例所述的進(jìn)行氧除去處理的實(shí)驗(yàn)D1～D3的情況下，氮化基底氧化膜時(shí)的膜厚增加小。另外，氮濃度高，充分地促進(jìn)了氮化。
這樣可認(rèn)為，如前述那樣，通過進(jìn)行氧除去處理，能夠在氮化工序中抑制由殘留的氧導(dǎo)致的基底氧化膜的增膜現(xiàn)象，促進(jìn)氮化來形成希望氮濃度的氮氧化膜。
接著，作為本發(fā)明的第十二實(shí)施例，將在使用所述基板處理裝置20A，在硅基板上形成基底氧化膜，氮化該基底氧化膜來形成氮氧化膜的情況下，改變條件情況下的膜厚和氮濃度的關(guān)系，針對后面描述的實(shí)驗(yàn)X1～X5由圖20中表示。
另外，將實(shí)驗(yàn)X1～X5情況下的基板處理?xiàng)l件在下述(表2)中表示。
表2

轉(zhuǎn)動(dòng)20rpm
在所述實(shí)驗(yàn)X1的情況下，通過圖16A、圖16B所述的基底氧化膜形成方法，即從所述遠(yuǎn)程等離子體源26導(dǎo)入清洗氣體來防止氧倒流的方法，由表中所述的條件，由作為清洗氣體的Ar流量、氧流量、壓力、基板保持臺溫度、處理時(shí)間來形成基底氧化膜。之后，利用圖15A、圖15B所述的方法，以所述表中的Ar流量、氮流量、壓力、基板保持臺溫度、處理時(shí)間來形成氮氧化膜。
在所述實(shí)驗(yàn)X2～X5的情況下，通過圖14A、圖14B所述的基底氧化膜形成方法，以所述條件的氧流量、壓力、基板保持臺溫度、處理時(shí)間來形成基底氧化膜。利用圖15A、圖15B所述的氮化方法，以所述條件的Ar流量、氮流量、壓力、基板保持臺溫度、處理時(shí)間來形成氮氧化膜。
但是，在所述實(shí)驗(yàn)X2的情況下，根據(jù)第九實(shí)施例所記載的基板處理方法，以所述表中條件的Ar流量、氮流量、處理時(shí)間來進(jìn)行氧除去處理。
另外，所述實(shí)驗(yàn)X3的情況下，在基底氧化膜形成結(jié)束后，臨時(shí)將晶片從所述處理容器21中搬出，就僅原樣地再次搬入到處理容器21中，之后移到氮氧化膜形成工序。
在所述實(shí)驗(yàn)X4的情況下，在基底氧化膜形成結(jié)束后，不搬出被處理基板W，原樣地移到氮化工序。
在所述實(shí)驗(yàn)X5的情況下，為了調(diào)查氮氧化膜形成時(shí)的殘留氧的影響，在基底氧化膜形成后暫時(shí)將被處理基板W搬出，就在所述基板處理裝置20A中，以表中所述的條件導(dǎo)入氧來進(jìn)行氧自由基處理，之后再次搬入被處理基板W來進(jìn)行氮氧化膜的形成。
參照圖20，在觀察相對膜厚增加的氮濃度的傾向的情況下，所示實(shí)驗(yàn)X1的情況與所述實(shí)驗(yàn)X2的情況表現(xiàn)了基本相同的傾向，與后面描述的實(shí)驗(yàn)X3～X5的情況相比，抑制了氮化工序中的基底氧化膜的增膜，另外促進(jìn)了氮化，提高了氮濃度。
在所述實(shí)驗(yàn)X1的情況下，通過進(jìn)行圖16A、圖16B所述的基底氧化膜的形成方法，在氧化硅基板時(shí)，防止了氧或氧自由基和包含氧的生成物向用于氮化的自由基源的所述遠(yuǎn)程等離子體源26的倒流。結(jié)果，在基底氧化膜形成后的氮化工序中，排除了殘留氧或者包含氧的生成物的影響，抑制了基底氧化膜的增加，而且能夠促進(jìn)氮化、形成高氮濃度的氮氧化膜。
另外，在所述實(shí)驗(yàn)X2的情況下，通過所述氧除去處理，由包含Ar自由基和氮?dú)庾杂苫?、活性化的Ar氣體和氮?dú)?，將所述處理空間21B或者與該處理空間21B所連通的空間，例如所述遠(yuǎn)程等離子體源26內(nèi)部等所殘留的氧和例如H2O等包含氧的生成物除去，在基底氧化膜形成后的氮化工序中，能夠排除殘留氧或者包含氧的生成物的影響，抑制基底氧化膜的增加，而且促進(jìn)了氮化，形成高氮濃度的氮氧化膜。
而且，所述實(shí)驗(yàn)X3和X4，其膜厚和氮濃度的關(guān)系，基本上表現(xiàn)出同樣的傾向。為此，認(rèn)為，僅將被處理基板W從所述處理容器21中搬出、再搬入，不具有所述那樣除去殘留氧的效果，需要所述那樣的氧除去處理。
另外，為了確認(rèn)殘留的氧在氮化時(shí)所帶來的影響，在實(shí)驗(yàn)X5的情況下，在基底氧化膜形成結(jié)束后，向所述處理容器21中提供氧自由基。在實(shí)驗(yàn)X5的情況下，考慮到，由于基底氧化膜的增膜變大，以及氮濃度降低，所述處理空間21B和與所述處理空間21B連通的空間中所殘留的氧和包含氧的生成物，成為氮化工序時(shí)氧化硅基板并引起基底氧化膜增膜的原因，為此沒有促進(jìn)氮化、降低了氮濃度。
另外，也能夠使用所述基板處理裝置20來進(jìn)行例如第9～10實(shí)施例所記載的基板處理方法。另外，也能夠?qū)⒌诎藢?shí)施例所記載的使用清洗氣體的防止氧倒流的方法與第九～十實(shí)施例所記載的氧除去處理來組合實(shí)施，即使這種情況也同樣進(jìn)行，在氮氧化膜形成工序中，能夠抑制由氧或者包含氧的生成物來進(jìn)行氧化而使基底氧化膜增膜的現(xiàn)象，為此，能夠進(jìn)行氮化來形成希望氮濃度的氮氧化膜。
結(jié)果，能夠形成與圖3所示的所述半導(dǎo)體裝置200所使用的情況相適應(yīng)的非常薄的、例如0.4nm左右的基底氧化膜202和基底氧化膜上的合適濃度的氮氧化膜202A。
以上，針對優(yōu)選實(shí)施例來說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述特定實(shí)施例，在權(quán)利要求所記載的宗旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變形、改變。
而且，本申請基于作為基礎(chǔ)申請的、平成15年3月17日提交的專利申請2003-72650號，這里引用且組合其內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種基板處理裝置，其特征在于，具有形成處理空間的處理容器；保持所述處理空間中的被處理基板的轉(zhuǎn)動(dòng)自由的保持臺；所述保持臺的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；在所述處理容器上，相對所述保持臺在第一側(cè)的端部設(shè)置的氮自由基形成部，其通過高頻等離子體形成氮自由基，使得所述氮自由基沿著所述被處理基板表面從所述第一側(cè)向隔著所述被處理基板相對的第二側(cè)流動(dòng)，提供給所述處理空間；氧自由基形成部，設(shè)置在所述第一側(cè)的端部，通過高頻等離子體來形成氧自由基，使得所述氧自由基沿著所述被處理基板表面從所述第一側(cè)向所述第二側(cè)流動(dòng)地提供給所述處理空間；和在所述第二側(cè)的端部設(shè)置的、對所述處理空間排氣的排氣路徑，所述氮自由基和氧自由基，分別從所述氮自由基形成部和氧自由基形成部，向著所述排氣路徑，沿著所述被處理基板的表面形成氮自由基流路和氧自由基流路而流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，所述氮自由基形成部包括第一氣體通路；在所述第一氣體通路的一部分上形成的、等離子體激勵(lì)通過所述第一氣體通路的氮?dú)獾牡谝桓哳l等離子體形成部，所述氧自由基形成部包括第二氣體通路；在所述第二氣體通路的一部分上形成的、等離子體激勵(lì)通過所述第二氣體通路的氧氣的第二高頻等離子體形成部，所述第一氣體通路和所述第二氣體通路與所述處理空間連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，所述氮自由基流路和所述氧自由基流路大致平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，設(shè)置所述氮自由基形成部，使得所述氮自由基流路的中心和所述被處理基板的中心間的距離為40nm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，設(shè)置所述氧自由基源，使得所述氧自由基流路的中心和所述被處理基板的中心間的距離為40nm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，所述氮自由基流路的中心，和所述氧自由基流路的中心，在所述被處理基板的大致中心交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，設(shè)置沖突所述氮自由基流路而改變所述氮自由基流路的方向的整流板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理裝置，其特征在于，設(shè)置沖突所述氧自由基流路而改變所述氧自由基流路的方向的整流板。
9.一種基板處理方法，其由基板處理裝置來進(jìn)行，該基板處理裝置具有形成處理空間，具有在所述處理空間中保持被處理基板的保持臺的處理容器；第一自由基形成部，向所述處理容器提供第一自由基，使得所述第一自由基沿著所述被處理基板表面，從所述處理容器的第一側(cè)向隔著所述被處理基板相對的第二側(cè)流動(dòng)；第二自由基形成部，向所述處理空間提供第二自由基，使得所述第二自由基沿著所述被處理基板表面，從所述第一側(cè)向所述第二側(cè)流動(dòng)，其特征在于，該基板處理方法包括第一工序，從所述第一自由基形成部向所述處理空間提供第一自由基，進(jìn)行所述被處理基板的處理，一面從所述第二自由基形成部，將清洗所述第二自由基形成部的清洗氣體導(dǎo)入到所述處理空間中；和第二工序，從所述第二自由基形成部向所述處理空間導(dǎo)入所述第二自由基，進(jìn)行所述被處理基板的處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，其特征在于，所述被處理基板是硅基板，在所述第一工序，由作為所述第一自由基的氧自由基來氧化所述硅基板表面，來形成氧化膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基板處理方法，其特征在于，在所述第二工序，由作為所述第二自由基的氮自由基來氮化所述氧化膜表面，形成氮氧化膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，其特征在于，所述第一自由基和第二自由基，附隨著沿所述被處理基板的表面從所述第一側(cè)向所述第二側(cè)流動(dòng)的氣體流而提供，在所述第二側(cè)排氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，其特征在于，所述第一自由基形成部，通過高頻等離子體來形成氧自由基。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，其特征在于，所述第一自由基形成部，包含形成氧自由基的紫外光源。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，其特征在于，所述第二自由基形成部，通過高頻等離子體來形成氮自由基。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的基板處理方法，其特征在于，所述第二自由基形成部，包括氣體通路；在所述氣體通路的一部分上所形成的、等離子體激勵(lì)通過所述氣體通路的氮?dú)獾母哳l等離子體形成部。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基板處理方法，其特征在于，所述清洗氣體通過所述氣體通路提供。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理方法，其特征在于，所述清洗氣體是非活性氣體。
19.一種基板處理方法，其特征在于，包括在處理容器中進(jìn)行被處理基板的第一處理的第一工序；將所述被處理基板從所述處理容器中搬出的第二工序；進(jìn)行所述處理容器的氧除去處理的第三工序；將所述被處理基板搬入所述處理容器的第四工序；和進(jìn)行所述被處理基板的第二處理的第五工序。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的基板處理方法，其特征在于，在所述氧除去處理中，等離子體激勵(lì)處理氣體，導(dǎo)入到所述處理容器，將該處理氣體從所述處理容器中排氣。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的基板處理方法，其特征在于，所述處理氣體是非活性氣體。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的基板處理方法，其特征在于，所述被處理基板是硅基板，所述第一處理是氧化所述硅基板表面來形成氧化膜的氧化處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的基板處理方法，其特征在于，所述第二處理是氮化所述氧化膜來形成氮氧化膜的氮化處理。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的基板處理方法，其特征在于，所述處理容器具有氧自由基形成部和氮自由基形成部，通過由所述氧自由基形成部所形成的氧自由基來進(jìn)行所述氧化處理，通過由所述氮自由基形成部所形成的氮自由基來進(jìn)行所述氮化處理。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的基板處理方法，其特征在于，所述等離子體激勵(lì)在所述氮自由基形成部來進(jìn)行，等離子體激勵(lì)的處理氣體從所述氮自由基形成部導(dǎo)入所述處理容器。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的基板處理方法，其特征在于，所述氧自由基和所述氮自由基沿著所述被處理基板流動(dòng)，由在所述處理容器的、在載置在所述處理容器內(nèi)的被處理基板的直徑方向上與所述氧自由基形成部和所述氮自由基形成部相對的側(cè)所設(shè)置的排氣口來進(jìn)行排氣。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的基板處理方法，其特征在于，所述處理容器同多個(gè)基板處理裝置與基板搬送室連接的成組型的基板處理系統(tǒng)相連接。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的基板處理方法，其特征在于，在所述第二工序中，所述被處理基板從所述處理容器搬送到所述基板搬送室中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的基板處理方法，其特征在于，在所述第三工序中，所述被處理基板載置在所述基板搬送室中。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的基板處理方法，其特征在于，在所述第四工序中，所述被處理基板從所述搬送室搬送到所述基板處理容器中。
全文摘要
為了將增膜抑制到最小限度地有效地進(jìn)行氮化非常薄的、膜厚0.4nm或以下的氧化膜、氮氧化膜，由氧自由基形成機(jī)構(gòu)來形成氧自由基，利用形成的氧自由基，氧化硅基板，在硅基板上形成氧化膜，進(jìn)一步由氮自由基形成機(jī)構(gòu)來形成氮自由基，氮化所述氧化膜表面來形成氮氧化膜。
文檔編號H01L21/318GK1692477SQ20038010058
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者山崎和良, 青山真太郎, 井下田真信, 神力博 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社