基板处理装置和基板处理方法制造方法及图纸

一种基板处理装置，其特征在于，具有：形成处理空间的处理容器；保持所述处理空间中的被处理基板的转动自由的保持台；所述保持台的转动机构；在所述处理容器上，相对所述保持台在第一侧的端部设置的氮自由基形成部，其通过高 频等离子体形成氮自由基，使得所述氮自由基沿着所述被处理基板表面从所述第一侧向隔着所述被处理基板相对的第二侧流动，提供给所述处理空间；氧自由基形成部，设置在所述第一侧的端部，通过高频等离子体来形成氧自由基，使得所述氧自由基沿着所述被处 理基板表面从所述第一侧向所述第二侧流动地提供给所述处理空间；和在所述第二侧的端部设置的、对所述处理空间排气的排气路径，所述氮自由基和氧自由基，分别从所述氮自由基形成部和氧自由基形成部，向着所述排气路径，沿着所述被处理基板的表 面形成氮自由基流路和氧自由基流路而流动。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，特别是涉及一种用于制造具有高电介质膜的、超细微化高速半导体装置的。
技术介绍
在现在的超高速半导体装置中，细微处理有了发展，同时0.1微米以下的栅极长度成为可能。通常，细微化的同时提高了半导体装置的动作速度，但在这样非常细微化的半导体装置中，随着细微化导致的栅极长度的缩短，需要按比例减少栅极绝缘膜的膜厚。但如果栅极长度为0.1微米以下，栅极绝缘膜的厚度在使用现有的热氧化膜的情况下，需要设定为1～2nm或者以下，但利用这样的非常薄的栅极绝缘膜，就不能回避隧道电流增大，导致栅极泄漏电流增大的问题。这样，相对介电常数与现有的热氧化膜相比过大，为此，提出了对于栅极绝缘膜适用的、实际膜厚大但换算成SiO2膜的情况下膜厚小的Ta2O5或者Al2O3、ZrO2、HfO2、以及ZrSiO4或者HfSiO4这样的高电介质材料(所谓的高-K材料)。通过使用这样的高电介质材料，如果栅极长度为0.1微米以下，在非常短的超高速半导体装置中，也能够使用10nm左右的物理膜厚的栅极绝缘膜，能够抑制隧道效果导致的栅极泄漏电流。例如，已经知道，一直以来，Ta2O5膜能够通过以Ta(OC2H5)5和O2为气相原料的CVD方法来形成。在典型的情况下，CVD工序在减压环境下，在约480℃或者以上的温度来进行。这样形成的Ta2O5膜还在氧气中进行热处理，结果，消除了膜中的氧缺损，而膜本身结晶。这样，结晶化的Ta2O5膜显示了大的相对介电常数。从提高沟道领域中的载流子流动性的观点，优选，在高电介质栅极氧化膜和硅基板之间，插入1nm以下，优选0.8nm以下厚度的非常薄的基底氧化膜。基底氧化膜需要非常薄，如果厚度厚，与在栅极绝缘膜上使用高电介质膜的效果就会相互抵消。另一方面，该非常薄的基底氧化膜同样地需要覆盖硅基板表面，另外，要求不形成界面能级等缺陷。一直以来，通常薄的栅极氧化膜通过硅基板急速热氧化(RTO)处理来形成，但如果将热氧化膜形成希望的1nm以下的厚度，需要降低膜形成时的处理温度。但是，在这样的低温所形成的热氧化膜容易包含界面能级等缺陷，作为高电介质栅极绝缘膜的基底氧化膜是不合适的。而且，作为相关的非专利文献，具有Bruce E.Deal，J.Electrochem.Soc.121.198C(1974)。
技术实现思路
但是，将基底氧化膜以1nm以下、例如0.8nm以下，甚至0.3～0.4nm左右的厚度同样且稳定地形成，一直以来是非常困难的。例如，在膜厚是0.3～0.4nm的情况下，氧化膜仅有2～3个原子层的膜厚。另外，指出了下述内容，一直以来，如果在原子间结合键数大的、从某种意义上说“刚性高的”硅单结晶基板表面上，直接形成原子间结合键数小的、从某种意义上说“刚性低的”金属氧化膜，硅基板和金属氧化膜的界面可能发生力学不稳定的缺陷(例如，G.Lucovisky，etal.，Appl.Phys.Lett.74，pp.2005，1999)，为了避免该问题，提出了在硅基板和金属氧化膜的界面上形成导入1原子层的氮的氮氧化层来作为迁移层。另外，考虑到，作为高电介质栅极绝缘膜的基底氧化膜，这样形成氮氧化膜，对于抑制高电介质栅极绝缘膜中的金属元素或者氧与构成硅基板的硅的相互扩散，同时抑制来自电极的掺杂物的扩散是有效的。图1表示了在硅基板上形成氧化膜后形成氮氧化膜的基板处理装置100的例子。参照图1，具有通过干燥泵等排气部件104所连接的排气口103来对内部排气的处理容器101的基板处理装置100，具有在其内部保持作为被处理基板的晶片W0的基板保持台。载置在基板保持台102上的晶片W0，通过在处理容器101侧壁面上所设置的远程等离子体自由基源105所提供的自由基，进行氧化或者氮化，在晶片W0上形成氧化膜或者氮氧化膜。所述远程等离子体自由基源，通过高频等离子体，分解氧气或者氮气，将氧自由基或者氮自由基提供到晶片W0上。一面形成这样的氮氧化膜，一面在处理容器内氧化硅基板，之后，在该处理容器内进行氮化处理的情况下，不能忽视在所述处理容器等中所残留的氧或者水分等微量杂质的影响，在氮化处理时产生氧化反应，将氧化膜增膜。这样，如果在氮氧化处理时氧化膜增膜，使用高电介质栅极绝缘膜的效果就会抵消。一直以来，稳定地、再现性好地、而且不伴随着由氧化导致的增膜的氮化这样非常薄的氮氧化膜，是非常困难的。另外，也提出了这样的基板处理装置，其将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离。图2表示了具有2个自由基生成部的基板处理装置110的例子。参照图2，通过干燥泵等排气部件120所连接的排气口119对内部排气的、具有设置基板保持台118的处理容器111的基板处理装置110，为这样的构造，将载置在基板保持台118上的晶片W0，由氧自由基进行氧化，之后通过氮自由基来进行氮化。构造为，在所述处理容器111上，在上壁部设置紫外光源113和透过紫外光的透过孔114，通过紫外光分解从喷嘴115提供的氧气，生成氧自由基。通过这样形成的氧自由基，硅基板表面形成氧化的氧化膜。此外，在所述处理容器111的侧壁上设置远程等离子体自由基源116，通过高频等离子体来分解氮气，将氮自由基提供给所述处理容器111，氮化晶片W0上的氧化膜，形成氮氧化膜。这样，提出了分离氧自由基生成部、氮自由基生成部的基板处理装置。通过使用这样的基板处理装置，可在硅基板上形成膜厚0.4nm左右的氧化膜，还对其进行氮化，形成氮氧化膜。另一方面，在连续进行这样的硅基板的氧化处理和氮化处理的基板处理装置中，希望使用远程等离子体自由基源来进行氧化处理和氮化处理。另外，既使在使用图2的基板处理装置的情况下，在抑制所述残留氧的影响，努力排出由氧化导致的增膜影响的过程中，需要在氧化处理后，例如真空排气处理容器内，由非活性气体充满，还重复真空排气和充满非活性气体的作业的清洗作业等、用于降低残留氧的处理，具有生产率降低、生产性降低这样的问题。这里，本专利技术的总的课题在于，提供一种解决上述课题的、新颖有用的。本专利技术的具体的课题在于，提供一种生产性好的，其能够在硅基板表面形成非常薄的、典型的2～4原子层以下厚度的氧化膜，还对其进行氮化，在该氮化时抑制所述氧化膜的增膜量，来形成氮氧化膜。本专利技术为了解决上述课题，如权利要求1所述那样，一种基板处理装置，其特征在于，具有形成处理空间的处理容器；保持所述处理空间中的被处理基板的转动自由的保持台；所述保持台的转动机构；在所述处理容器上，相对所述保持台在第一侧的端部设置的氮自由基形成部，其通过高频等离子体形成氮自由基，使得所述氮自由基沿着所述被处理基板表面从所述第一侧向隔着所述被处理基板相对的第二侧流动，提供给所述处理空间；氧自由基形成部，设置在所述第一侧的端部，通过高频等离子体来形成氧自由基，使得所述氧自由基沿着所述被处理基板表面，从所述第一侧向所述第二侧流动，提供给所述处理空间；和在所述第二侧的端部设置的、对所述处理空间排气的排气路径，所述氮自由基和氧自由基，分别由所述氮自由基形成部和氧自由基形成部，向着所述排气路径，沿着所述被处理基板的表面形成氮自由基流路和氧自由基流路来流动。另外，如权利要求2所述，本专利技术还提供一种根据权利要求1所述的基板处理装置。优选，所述氮自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基板处理装置，其特征在于，具有形成处理空间的处理容器；保持所述处理空间中的被处理基板的转动自由的保持台；所述保持台的转动机构；在所述处理容器上，相对所述保持台在第一侧的端部设置的氮自由基形成部，其通过高频等离子体形成氮自由基，使得所述氮自由基沿着所述被处理基板表面从所述第一侧向隔着所述被处理基板相对的第二侧流动，提供给所述处理空间；氧自由基形成部，设置在所述第一侧的端部，通过高频等离子体来形成氧自由基，使得所述氧自由基沿着所述被处理基板表面从所述第一侧向所述第二侧流动地提供给所述处理空间；和在所述第二侧的端部设置的、对所述处理空间排气的排气路径，所述氮自由基和氧自由基，分别从所述氮自由基形成部和氧自由基形成部，向着所述排气路径，沿着所述被处理基板的表面形成氮自由基流路和氧自由基流路而流动。2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，所述氮自由基形成部包括第一气体通路；在所述第一气体通路的一部分上形成的、等离子体激励通过所述第一气体通路的氮气的第一高频等离子体形成部，所述氧自由基形成部包括第二气体通路；在所述第二气体通路的一部分上形成的、等离子体激励通过所述第二气体通路的氧气的第二高频等离子体形成部，所述第一气体通路和所述第二气体通路与所述处理空间连通。3.根据权利要求1所述的基板处理装置，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.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，设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处理基板的中心间的距离为40nm以下。5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，设置所述氧自由基源，使得所述氧自由基流路的中心和所述被处理基板的中心间的距离为40nm以下。6.根据权利要求1所述的基板处理装置，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，在所述被处理基板的大致中心交叉。7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，设置冲突所述氮自由基流路而改变所述氮自由基流路的方向的整流板。8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，设置冲突所述氧自由基流路而改变所述氧自由基流路的方向的整流板。9.一种基板处理方法，其由基板处理装置来进行，该基板处理装置具有形成处理空间，具有在所述处理空间中保持被处理基板的保持台的处理容器；第一自由基形成部，向所述处理容器提供第一自由基，使得所述第一自由基沿着所述被处理基板表面，从所述处理容器的第一侧向隔着所述被处理基板相对的第二侧流动；第二自由基形成部，向所述处理空间提供第二自由基，使得所述第二自由基沿着所述被处理基板表面，从所述第一侧向所述第二侧流动，其特征在于，该基板处理方法包括第一工序，从所述第一自由基形成部向所述处理空间提供第一自由基，进行所述被处理基板的处理，一面从所述第二自由基形成部，将清洗所述第二自由基形成部的清洗气体导入到所述处理空间中；和第二工序，从所述第二自由基形成部向所述处理空间导入所述第二自由基，进行所述被处理基板的处理。10.根据权利要求9所述的基板处理方法，其特征在于，所述被处理基板是硅基板，在所述第一工序，由作为所述第一自由基的氧自由基来氧化所述硅基板表面，来形成氧化膜。11.根据权利要求10所述的基板处理方法，其特征在于，在所述第二工...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎和良，青山真太郎，井下田真信，神力博，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：