表面处理设备和表面处理方法技术

本发明专利技术提供一种表面处理设备，其中，尽管经由导入孔向处理室供给在等离子体生成室中生成的ＨＦ衍生自由基并且在自由基导入孔附近供给作为处理气体的ＨＦ气体分子、从而抑制激发能量并由此提高Ｓｉ的选择性以去除自然氧化膜的干法处理，但可以实现能够实现与要求高温处理的湿法清洗等同的良好表面平坦性的表面处理，并且可以在表面处理后的基板上生长Ｓｉ单晶膜。在Ｓｉ单晶膜形成之后的基板的表面上，氧和碳等的杂质的量少。在Ｓｉ单晶膜生长表面上溅射Ｈｆ等，之后进行氧化和硝化以形成ＨｆＯ绝缘膜等的介电绝缘膜。然后形成金属电极膜。在未使基板暴露至空气的情况下执行这些步骤，界面上的杂质吸附被抑制，并且可以提供滞后小的Ｃ－Ｖ曲线。因此，在ＭＯＳ－ＦＥＴ中，可以实现良好的器件特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括IV族半导体的表面的处理的半导体器件的制造设备和制造方法。
技术介绍
传统上，对半导体Si基板进行湿法清洗。然而，湿法清洗存在不能够完全去除干 燥状态下的水印、不能够控制对非常薄的氧化膜的蚀刻、并需要大型设备等的问题。此外， 在湿法清洗之后使该半导体基板长时间暴露至大气时，出现在该半导体基板的表面上形成 自然氧化膜并且吸附碳原子从而妨碍Si单晶的成膜、生成膜的凹凸外形、以及在栅极绝缘 膜的界面处生成杂质能级等的问题。因此，在成膜之前，通过施加750°C以上的UHV真空加热或在H2气氛下施加800°C 以上的加热来去除表面氧化膜。然而，随着器件的微型化发展并且使用介电绝缘膜/金属 电极，需要在较低的温度下制造该器件。因而，需要在650°C以下的温度下进行器件制造。 结果，湿法清洗具有限制，并且出现对成膜前在真空下处理半导体基板的干法清洗方法的 需求。使用氩等离子体的逆溅射法是该方法的一个例子(日本特开平10-147877)。然而， 认为所公开的方法还切断半导体基板的表面上的Si-Si键。在这种情况下，出现在Si缺失 的部分上立即形成氧化膜、污染物很可能附着至Si的悬键、以及所溅射的氧化物和污染物 再次附着至基板的侧壁等的问题。这些问题不利地影响后续步骤(如妨碍外延生长和在硅 化物界面上形成高阻抗部分等)。此外，对器件的损坏也成为问题。日本特开2004-63521描述在使用等离子化的F2气体从基板的表面去除氧化硅膜 之后，照射氢自由基以去除附着至该基板的表面的F成分。日本特开平04-96226描述在使 用F2气体从基板的表面去除Si自然氧化膜之后，向该基板照射自由基化的氢以利用氢终 止键合操作。然而，由于等离子化的F2气体不仅包含自由基化的氟气而且包含离子化的氟 气，因此产生在从基板的表面去除氧化硅膜时表面凹凸的问题。另外，可能产生不仅去除基 板的表面上的氧化硅膜、而且还去除了该基板的一部分的问题。日本特开2001-102311描述以下将氟等的清洗气体供给至包括利用具有导入孔 的板与放置基板的成膜室分离开的等离子体形成室的等离子体形成部，由此通过在等离子 体形成部中生成等离子体来生成自由基，并且经由导入孔向包含基板的成膜空间导入氟自 由基，由此将这些自由基照射到基板以清洗该基板。然而，由于半导体基板的表面不能够暴 露至自由基的激发能量被抑制的气氛，因此不能够进行高度选择性的Si蚀刻，这引发了不 能够在未使表面粗糙度劣化的情况下去除自然氧化膜的问题。此外，由于半导体基板被暴露至等离子体，因此Si-Si键也断开。在该状态下，出 现在Si缺失的部分上立即形成氧化膜、污染物很可能附着至Si的悬键、并且所溅射的氧化 物和污染物再次附着至基板的侧壁等的问题。这些问题不利地影响后续步骤(如妨碍外延 生长和在硅化物界面上形成高阻抗部分等)。此外，对器件的损坏也成为问题。根据本公开， 利用等离子体积极地分解气体，以生成氢自由基和氢离子。当利用氢自由基和氢离子去除5基板的表面上的氟残留物时，出现来自室的金属污染、由于基底Si上的蚀刻速度大而发生 过度蚀刻等的问题。此外，由于作为反应生成物的HF很可能再次附着至基板的表面，因此 没有获得充分的F去除效果。日本特开2002-217169公开了用于在同时施加由高速气体流 动所产生的摩擦应力的物理作用的情况下在真空下进行整个去除异物的清洗步骤的设备。 根据本公开，抑制了真空搬送期间的杂质吸附和自然氧化物生成，由此提高了生产效率。然 而，即使可以去除异物，约为原子层厚度的自然氧化物和表面粗糙度也残留在表面上。艮口， 为了通过在真空下连续搬送来实现器件特性提高的效果，需要用于以约原子层厚度控制Si 和自然氧化膜的高度选择性蚀刻的清洗技术，并需要在未使基板暴露至大气的情况下搬送 该基板并在该基板上成膜。该类控制技术和真空操作将提供在半导体和介电绝缘膜之间的 接合处的界面态低、并且膜中的固定电荷少的良好器件特性。
技术实现思路
专利技术要解决的问题根据相关技术的用于从基板表面去除自然氧化膜和有机物的表面处理，在基板到 达下一成膜步骤之前需要在大气中进行搬送。在大气中搬送基板期间，空气中的物质吸附 至基板的表面上，并且界面处残留自然氧化膜和碳原子等的杂质，这产生器件特性劣化的 问题。当为了在界面处不残留自然氧化膜和碳原子等的杂质而在真空下进行基板处理时， 尽管可以去除基板表面上的自然氧化膜以及有机物和碳等的杂质，但基板表面的平坦性劣 化。此外，基板表面的平坦性差引起制造成的器件的特性劣化的问题。用于解决问题的方案作出本专利技术以解决以上问题。根据本专利技术的专利技术人的调查，经由在将等离子体形 成室与处理室分离开的隔板上所形成的多个孔，向处理室导入由等离子体产生的自由基， 使这些自由基与单独导入处理室的处理气体混合，由此抑制自由基的激发能量以使得能够 以高的Si选择性进行基板表面处理，因而发现可以利用在未使基板表面的平坦性劣化的 情况下去除自然氧化膜和有机物的表面处理。本专利技术提供一种基板清洗方法，包括以下步骤将基板放置在处理室中；将等离 子体形成气体变为等离子体；经由等离子体分离用的等离子体约束电极板的自由基通过 孔，向所述处理室导入等离子体中的自由基；向所述处理室导入处理气体，以使所述处理气 体与所述自由基在所述处理室内混合；以及利用所述自由基和所述处理气体的混合气氛， 清洗所述基板的表面。本专利技术提供一种基板清洗方法，其中，所述基板的表面是IV族半导体材料，并且 所述等离子体形成气体和所述处理气体分别包含HF。本专利技术提供一种基板清洗方法，其中，所述等离子体分离用的等离子体约束电极 板包括用于向所述处理室导入等离子体中的自由基的多个自由基导入孔、以及用于向所述 处理室导入所述处理气体的多个处理气体导入孔，由此经由各自的导入孔向所述处理室中 的所述基板的表面排出所述自由基和所述处理气体。本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤根据如上所述的基板清 洗方法，在清洗室中清洗IV族半导体基板的表面；将清洗后的基板在未使该基板暴露至大 气的情况下从所述清洗室经由搬送室搬送至外延室；以及在所述外延室中，在所述基板的表面上外延生长外延单晶层。本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤将根据如上所述的制 造方法所制造的具有外延层的基板在未使该基板暴露至大气的情况下从所述外延室经由 所述搬送室搬送至溅射室；在所述溅射室中，在所述外延层上溅射介电膜；将具有所述介 电膜的基板在未使该基板暴露至大气的情况下从所述溅射室经由所述搬送室搬送至氧 化_硝化室；以及在所述氧化_硝化室中，进行所述介电膜的氧化、硝化或氧硝化。本专利技术提供一种根据以上方法的半导体器件的制造方法，其中，所述介电膜由从 包括Hf、La、Ta、Al、W、Ti、Si和Ge的组中选择出的一个或它们的合金构成。本专利技术提供一种根据以上方法的基板清洗方法，其中，通过向所述等离子体形成 气体施加高频功率来将所述等离子体形成气体变成等离子体，并且所述高频功率的密度为 0. 001 0. 25W/cm2，优选为 0. 001 0. 125W/cm2，更优选为 0. 001 0. 025W/cm2。本专利技术提供一种等离子体分离型的基板处理设备，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基板清洗方法，包括以下步骤：将基板放置在处理室中；将等离子体形成气体变为等离子体；经由等离子体分离用的等离子体约束电极板的自由基通过孔，向所述处理室导入等离子体中的自由基；向所述处理室导入处理气体，以使所述处理气体与所述自由基在所述处理室内混合；以及利用所述自由基和所述处理气体的混合气氛，清洗所述基板的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：清野拓哉，池本学，真下公子，
申请(专利权)人：佳能安内华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]