JP2011066367A - Method for treating substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、基板を処理する工程を有する基板処理方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing method including a step of processing a substrate.
従来、基板上に形成した酸化膜の誘電率を向上させたり、不純物拡散や酸化に対する該酸化膜の信頼性を向上させたりする目的で、該酸化膜中に窒素を導入して窒化させる基板処理工程が、基板処理工程の一工程として行われてきた。例えば、酸化膜を窒化させることで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ電極に添加したボロンが酸化膜を突き抜けてしまう現象を抑制できる。 Conventionally, a substrate process in which nitrogen is introduced into the oxide film for the purpose of improving the dielectric constant of the oxide film formed on the substrate or improving the reliability of the oxide film against impurity diffusion or oxidation. The process has been performed as one process of the substrate processing process. For example, by nitriding the oxide film, the phenomenon that boron added to the Poly-Si electrode penetrates the oxide film can be suppressed.
酸化膜を窒化させる第１の方法として、シリコン（Ｓｉ）からなる基板を酸素（Ｏ）含有雰囲気中にて加熱し、該基板表面に例えば５０Åのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成した後、該基板を酸化窒素（ＮＯ）ガス雰囲気中にて加熱する方法が行われていた。しかしながら、かかる方法では、基板とシリコン酸化膜との界面にしか窒素を導入できず、酸化膜の誘電率や信頼性を十分に増大させることは困難であった。 As a first method of nitriding an oxide film, a substrate made of silicon (Si) is heated in an oxygen (O) -containing atmosphere, and a silicon oxide film (SiO 2 film) having a thickness of, for example, 50 μm is formed on the substrate surface. A method of heating the substrate in a nitrogen oxide (NO) gas atmosphere has been performed. However, in this method, nitrogen can be introduced only at the interface between the substrate and the silicon oxide film, and it has been difficult to sufficiently increase the dielectric constant and reliability of the oxide film.
また、酸化膜を窒化させる第２の方法として、上記と同様に基板表面に例えば５０Åのシリコン酸化膜を形成した後、窒素を含有するガスプラズマによりシリコン酸化膜を窒化処理し、その後に該基板をＮＯガス雰囲気中にて加熱する方法が行われていた。係る方法によれば、基板とシリコン酸化膜との界面だけでなく、シリコン酸化膜の表面にも窒素を導入できる。しかしながら、係る方法においても、シリコン酸化膜の中心部（バルク）中に窒素を導入することは困難であった。そのため、次世代の製造プロセス（例えば３０ｎｍプロセス）に要求されるような誘電率や耐久性の向上を実現することが困難であった。 Further, as a second method of nitriding the oxide film, a silicon oxide film of, eg, 50 nm is formed on the substrate surface in the same manner as described above, and then the silicon oxide film is nitrided with nitrogen-containing gas plasma, and then the substrate Is heated in a NO gas atmosphere. According to this method, nitrogen can be introduced not only to the interface between the substrate and the silicon oxide film but also to the surface of the silicon oxide film. However, even in such a method, it is difficult to introduce nitrogen into the central portion (bulk) of the silicon oxide film. Therefore, it has been difficult to improve the dielectric constant and durability required for the next generation manufacturing process (for example, 30 nm process).
また第３の方法として、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）ガスを用いたＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、窒素を含有する酸化膜をシリコンウエハ上に直接に形成する方法が行われていた。しかしながら、係る方法では、形成した膜中における欠陥や不純物が増加してしまい、膜の信頼性が損なわれてしまう場合があった。 As a third method, for example, an LP-CVD (Low Pressure-Chemical Vapor Deposition) method using silicon nitride (Si 3 N 4 ) gas or an ALD (Atomic Layer Deposition) method is used to form an oxide film containing nitrogen. There has been a method of forming directly on a wafer. However, in such a method, defects and impurities in the formed film increase, and the reliability of the film may be impaired.
本発明は、酸化膜中への窒素の導入を促し、酸化膜の誘電率や信頼性を向上させることが可能な基板処理方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a substrate processing method capable of promoting the introduction of nitrogen into an oxide film and improving the dielectric constant and reliability of the oxide film.
本発明の一態様によれば、基板上に形成された酸化膜を第１の処理部により窒化する第１の工程と、窒化された前記酸化膜上に第２の処理部によりシリコン酸化膜を形成する第２の工程と、前記シリコン酸化膜を前記第１の処理部により窒化する第３の工程と、を有し、前記第１の工程を実施した後、前記第２の工程と前記第３の工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する基板処理方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first step of nitriding an oxide film formed on a substrate by a first processing unit, and a silicon oxide film by a second processing unit on the nitrided oxide film A second step of forming, and a third step of nitriding the silicon oxide film by the first processing unit, and after performing the first step, the second step and the first step There is provided a substrate processing method in which the three steps are defined as one cycle and this cycle is performed a predetermined number of times.
本発明に係る基板処理方法によれば、酸化膜中への窒素の導入を促し、酸化膜の誘電率や信頼性を向上させることが可能となる。 According to the substrate processing method of the present invention, it is possible to promote the introduction of nitrogen into the oxide film and improve the dielectric constant and reliability of the oxide film.
＜本発明の一実施形態＞
本実施形態に係る基板処理工程は、基板上に形成された酸化膜を窒化する第１の工程と、窒化された前記酸化膜上にシリコン酸化膜を形成する第２の工程と、前記シリコン酸化膜を窒化する第３の工程と、を有している。そして、前記第１の工程を実施した後、前記第２の工程と前記第３の工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。
<One Embodiment of the Present Invention>
The substrate processing step according to the present embodiment includes a first step of nitriding an oxide film formed on the substrate, a second step of forming a silicon oxide film on the nitrided oxide film, and the silicon oxide A third step of nitriding the film. Then, after the first step is performed, the second step and the third step are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times.
上述の第１の工程及び第３の工程は、図１に例示する第１の処理部としてのＭＭＴ装置１００により実施される。また、上述の第２の工程は、図２に例示する第２の処理部としての縦型処理炉２００により実施される。以下では、基板処理工程の説明に先立ち、ＭＭＴ装置１００及び縦型処理炉２００の構成について順に説明する。 The first process and the third process described above are performed by the MMT apparatus 100 as the first processing unit illustrated in FIG. Moreover, the above-mentioned 2nd process is implemented by the vertical processing furnace 200 as a 2nd process part illustrated in FIG. Hereinafter, prior to the description of the substrate processing step, the configurations of the MMT apparatus 100 and the vertical processing furnace 200 will be described in order.
（１）ＭＭＴ装置１００の構成
図１に、第１の工程及び第３の工程を実施する第１の処理部としてのＭＭＴ装置１００の断面概略図を示す。ＭＭＴ装置１００は、変形マグネトロン型プラズマ処理装置（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）として構成されており、電界と磁界とにより生成したプラズマにより活性化した酸素含有ガスや窒素含有ガスにより、基板としてのウエハ３００の表面等を酸化させたり、窒化させたりするように構成されている。
(1) Configuration of MMT Apparatus 100 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an MMT apparatus 100 as a first processing unit that performs the first process and the third process. The MMT apparatus 100 is configured as a modified magnetron type processing system (Modified Magnetron Type Processing System), and a wafer 300 as a substrate is formed by an oxygen-containing gas or a nitrogen-containing gas activated by plasma generated by an electric field and a magnetic field. The surface or the like is oxidized or nitrided.
図１に示すように、ＭＭＴ装置１００は処理容器１０３を備えている。処理容器１０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器１１０と、第２の容器である碗型の下側容器１１１と、を備えている。上側容器１１０が下側容器１１１の上に被せられることにより、処理容器１０３が構成される。処理容器１０３内には、基板としてのウエハ３００を収容する処理室としてのプラズマ処理室１０１が構成されている。上側容器１１０は、例えば酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料により構成されており、下側容器１１１は、例えばアルミニウムにより構成されている。 As shown in FIG. 1, the MMT apparatus 100 includes a processing container 103. The processing container 103 includes a dome-shaped upper container 110 that is a first container and a bowl-shaped lower container 111 that is a second container. The processing container 103 is configured by covering the upper container 110 on the lower container 111. In the processing container 103, a plasma processing chamber 101 as a processing chamber for accommodating a wafer 300 as a substrate is configured. The upper container 110 is made of a non-metallic material such as aluminum oxide or quartz, and the lower container 111 is made of aluminum, for example.
プラズマ処理室１０１内の底側中央には、ウエハ３００を保持する基板保持手段としてのサセプタ１１７が配置されている。サセプタ１１７は、ウエハ３００上に形成する膜の金属汚染を低減することが出来るよう、例えば、窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料により構成されている。 A susceptor 117 serving as a substrate holding unit for holding the wafer 300 is disposed at the bottom center in the plasma processing chamber 101. The susceptor 117 is made of, for example, a non-metallic material such as aluminum nitride, ceramics, or quartz so that metal contamination of a film formed on the wafer 300 can be reduced.
サセプタ１１７の内部には、第１の加熱部としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。係るヒータは、サセプタ１１７上に載置されたウエハ３００を加熱するように構成されている。ヒータに電力を供給することで、ウエハ３００の温度を所定の温度（例えば３５０℃〜７００℃）に昇温できるように構成されている。 A heater (not shown) as a first heating unit is integrally embedded in the susceptor 117. The heater is configured to heat the wafer 300 placed on the susceptor 117. By supplying electric power to the heater, the temperature of the wafer 300 can be raised to a predetermined temperature (for example, 350 ° C. to 700 ° C.).
処理容器１０３（上側容器１１０）の天井部には、透光性を有する光透過性窓部１７８が設けられている。光透過性窓部１７８の上方であってプラズマ処理室１０１の外側には、第２の加熱部としてのランプ加熱ユニット（光源）１８０が設けられている。ランプ加
熱ユニット１８０から放射される熱線は、光透過性窓部１７８を介してサセプタ１１７上に（ウエハ３００上に）照射されるように構成されている。ランプ加熱ユニット１８０は、第１の加熱部としてのヒータとは実質的に反対側からウエハ３００を加熱するように構成されている。
A light transmissive window 178 having a light transmissive property is provided on the ceiling of the processing container 103 (upper container 110). A lamp heating unit (light source) 180 as a second heating unit is provided above the light transmissive window 178 and outside the plasma processing chamber 101. The heat rays radiated from the lamp heating unit 180 are configured to be irradiated onto the susceptor 117 (on the wafer 300) through the light transmissive window 178. The lamp heating unit 180 is configured to heat the wafer 300 from a side substantially opposite to the heater as the first heating unit.
サセプタ１１７は、下側容器１１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ１１７の内部には、インピーダンスを変化させる電極としての第２の電極（図中省略）が装備されている。この第２の電極は、インピーダンス可変手段１７４を介して接地されている。インピーダンス可変手段１７４は、コイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、第２の電極（図中省略）及びサセプタ１１７を介して、ウエハ３００の電位を制御できるように構成されている。 The susceptor 117 is electrically insulated from the lower container 111. Inside the susceptor 117, a second electrode (not shown) as an electrode for changing impedance is provided. The second electrode is grounded via the impedance variable means 174. The impedance variable means 174 is composed of a coil and a variable capacitor. By controlling the number of patterns of the coil and the capacitance value of the variable capacitor, the wafer 300 is connected via the second electrode (not shown) and the susceptor 117. It is comprised so that the electric potential of can be controlled.
サセプタ１１７には、サセプタ１１７を昇降させるサセプタ昇降手段１６８が設けられている。サセプタ１１７には、貫通孔１１７ａが設けられている。一方、前述の下側容器１１１底面には、ウエハ３００を突上げるウエハ突上げピン１６６が、少なくとも３箇所設けられている。サセプタ昇降手段１６８によりサセプタ１１７が下降させられた時には、ウエハ突上げピン１６６がサセプタ１１７とは非接触な状態で貫通孔１１７ａを突き抜けるように構成されている。 The susceptor 117 is provided with susceptor elevating means 168 for elevating the susceptor 117. The susceptor 117 is provided with a through hole 117a. On the other hand, on the bottom surface of the lower container 111, at least three wafer push-up pins 166 for pushing up the wafer 300 are provided. When the susceptor 117 is lowered by the susceptor lifting / lowering means 168, the wafer push-up pin 166 is configured to penetrate the through-hole 117a without contacting the susceptor 117.
下側容器１１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ１４４が設けられている。ゲートバルブ１４４を開けることにより、搬送手段（図中省略）を用いてプラズマ処理室１０１内外にウエハ３００を搬送することができるように構成されている。ゲートバルブ１４４を閉めることにより、プラズマ処理室１０１を気密に封止することができるよう構成されている。 A gate valve 144 as a gate valve is provided on the side wall of the lower container 111. By opening the gate valve 144, the wafer 300 can be transferred into and out of the plasma processing chamber 101 using transfer means (not shown). By closing the gate valve 144, the plasma processing chamber 101 can be hermetically sealed.
プラズマ処理室１０１の上部には、プラズマ処理室１０１内へ反応ガスや不活性ガスを供給するシャワーヘッド１３６が設けられている。シャワーヘッド１３６は、キャップ状の蓋体１３３、ガス導入口１３４、バッファ室１３７、開口１３８、遮蔽プレート１４０、及びガス吹出口１３９を備えている。ガス導入口１３４には、ガス供給管１３２が接続されている。ガス供給管１３２には、処理ガス１３０や不活性ガスを供給する図示しないガス供給源、マスフローコントローラ１４１、バルブ１４３ａが設けられている。バッファ室１３７は、ガス導入口１３４より導入される処理ガスや不活性ガスを分散してプラズマ処理室１０１内へ供給する分散空間として機能する。 A shower head 136 for supplying a reactive gas or an inert gas into the plasma processing chamber 101 is provided above the plasma processing chamber 101. The shower head 136 includes a cap-shaped lid 133, a gas inlet 134, a buffer chamber 137, an opening 138, a shielding plate 140, and a gas outlet 139. A gas supply pipe 132 is connected to the gas inlet 134. The gas supply pipe 132 is provided with a gas supply source (not shown) for supplying the processing gas 130 and the inert gas, a mass flow controller 141, and a valve 143a. The buffer chamber 137 functions as a dispersion space that disperses the processing gas and the inert gas introduced from the gas inlet 134 and supplies them into the plasma processing chamber 101.
後述するウエハ表面の酸化工程（Ｓ１０）においては、プラズマ励起用ガスとしてのクリプトン（Ｋｒ）ガス、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスが、ガス導入口１３４からプラズマ処理室１０１内に供給されるように構成されている。また、第１の工程（Ｓ２０）及び第３の工程（Ｓ４０）においては、プラズマ励起用ガスとしてのＫｒガス、及び窒素含有ガスとしてのＮＯガスやＮ２Ｏガスが、ガス導入口１３４からプラズマ処理室１０１内に供給されるように構成されている。また、プラズマ処理室１０１内のガス置換を行う際には、Ｎ２ガス等の不活性ガスが、ガス導入口１３４からプラズマ処理室１０１内に供給されるように構成されている。 In the wafer surface oxidation step (S10) described later, krypton (Kr) gas as plasma excitation gas and oxygen (O 2 ) gas as oxygen-containing gas are supplied into the plasma processing chamber 101 from the gas inlet 134. It is configured to be. Further, in the first step (S20) and the third step (S40), Kr gas as the plasma excitation gas, and NO gas or N 2 O gas as the nitrogen-containing gas are supplied from the gas inlet 134 to the plasma. It is configured to be supplied into the processing chamber 101. In addition, when performing gas replacement in the plasma processing chamber 101, an inert gas such as N 2 gas is supplied into the plasma processing chamber 101 from the gas inlet 134.
下側容器１１１の側壁下方にはガス排気口１３５が設けられている。ガス排気口１３５には、ガス排気管１３１が接続されている。ガス排気管１３１には、圧力調整器であるＡＰＣ１４２、開閉弁であるバルブ１４３ｂ、排気装置である真空ポンプ１４６が、上流から順に接続されている。主に、ガス排気管１３１、ＡＰＣ１４２、バルブ１４３ｂ、及び真空ポンプ１４６により、プラズマ処理室１０１内のガスを排気するガス排気ラインが構成されている。真空ポンプ１４６を作動させ、バルブ１４３ｂを開けることにより、プラズマ処理室１０１内を排気することが可能なように構成されている。また、ＡＰＣ１４２
の開度を調整することにより、プラズマ処理室１０１内の圧力値を調整自在に構成されている。
A gas exhaust port 135 is provided below the side wall of the lower container 111. A gas exhaust pipe 131 is connected to the gas exhaust port 135. To the gas exhaust pipe 131, an APC 142 as a pressure regulator, a valve 143b as an on-off valve, and a vacuum pump 146 as an exhaust device are connected in order from the upstream. A gas exhaust line for exhausting the gas in the plasma processing chamber 101 is mainly configured by the gas exhaust pipe 131, the APC 142, the valve 143b, and the vacuum pump 146. The plasma processing chamber 101 can be exhausted by operating the vacuum pump 146 and opening the valve 143b. APC142
By adjusting the degree of opening, the pressure value in the plasma processing chamber 101 is adjustable.
処理容器１０３（上側容器１１０）の外周には、プラズマ処理室１０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、第１の電極としての筒状電極１１５が設けられている。筒状電極１１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極１１５には、インピーダンスの整合を行う整合器１７２を介して、高周波電力を発生する高周波電源１７３が接続されている。 A cylindrical electrode 115 as a first electrode is provided on the outer periphery of the processing vessel 103 (upper vessel 110) so as to surround the plasma generation region 224 in the plasma processing chamber 101. The cylindrical electrode 115 is formed in a cylindrical shape, for example, a cylindrical shape. A high frequency power source 173 that generates high frequency power is connected to the cylindrical electrode 115 via a matching unit 172 that performs impedance matching.
また、筒状電極１１５の外側表面の上下端側には、上部磁石１１６ａ及び下部磁石１１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石１１６ａ及び下部磁石１１６ｂは、筒状、例えばリング状に形成された永久磁石によりそれぞれ構成されている。上部磁石１１６ａ及び下部磁石１１６ｂは、プラズマ処理室１０１の半径方向に沿った両端（すなわち、各磁石の内周端と外周端）にそれぞれ磁極を有している。そして、上部磁石１１６ａ及び下部磁石１１６ｂの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石１１６ａ及び下部磁石１１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極１１５の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成される。 Further, an upper magnet 116a and a lower magnet 116b are attached to the upper and lower ends of the outer surface of the cylindrical electrode 115, respectively. The upper magnet 116a and the lower magnet 116b are each configured by a permanent magnet formed in a cylindrical shape, for example, a ring shape. The upper magnet 116a and the lower magnet 116b have magnetic poles at both ends (that is, the inner peripheral end and the outer peripheral end of each magnet) along the radial direction of the plasma processing chamber 101, respectively. The magnetic poles of the upper magnet 116a and the lower magnet 116b are arranged so as to be opposite to each other. In other words, the magnetic poles on the inner periphery of the upper magnet 116a and the lower magnet 116b are different from each other. Thereby, a magnetic force line in the cylindrical axis direction is formed along the inner surface of the cylindrical electrode 115.
主に、筒状電極１１５、整合器１７２、高周波電源１７３、上部磁石１１６ａ、下部磁石１１６ｂにより、プラズマ発生機構が構成される。なお、筒状電極１１５、上部磁石１１６ａ、及び下部磁石１１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する遮蔽板１２３が設けられている。 The plasma generation mechanism is mainly configured by the cylindrical electrode 115, the matching unit 172, the high-frequency power source 173, the upper magnet 116a, and the lower magnet 116b. In addition, the electromagnetic field is effectively shielded around the cylindrical electrode 115, the upper magnet 116a, and the lower magnet 116b so that the electromagnetic field formed by these does not adversely affect the external environment and other processing furnaces. A shielding plate 123 is provided.
プラズマ処理室１０１内に例えばＫｒガスとＯ２ガスとを導入した後、筒状電極１１５に高周波電力を供給することにより、筒状電極１１５からの電界、及び筒状磁石２１６ａ，２１６ｂからの磁界の影響を受けて、プラズマ処理室１０１内にマグネトロン放電が発生するように構成されている。そして、ウエハ３００の上方空間に電荷がトラップされ、プラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成されるように構成されている。そして、プラズマにより活性されたＯ２ガスや原子状酸素（Ｏ）がウエハ３００上に供給されると、ウエハ３００の表面に酸化膜が形成されるように構成されている。 After introducing, for example, Kr gas and O 2 gas into the plasma processing chamber 101, high frequency power is supplied to the cylindrical electrode 115, so that an electric field from the cylindrical electrode 115 and a magnetic field from the cylindrical magnets 216a and 216b are obtained. Under the influence of this, a magnetron discharge is generated in the plasma processing chamber 101. Then, charges are trapped in the upper space of the wafer 300, and high-density plasma is generated in the plasma generation region 224. When an O 2 gas or atomic oxygen (O) activated by plasma is supplied onto the wafer 300, an oxide film is formed on the surface of the wafer 300.
同様に、プラズマ処理室１０１内に例えばＫｒガスとＮＯガスとを導入した後、筒状電極１１５に高周波電力を供給することにより、筒状電極１１５からの電界、及び筒状磁石２１６ａ，２１６ｂからの磁界の影響を受けて、プラズマ処理室１０１内にマグネトロン放電が発生するように構成されている。そして、ウエハ３００の上方空間に電荷がトラップされ、プラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成されるように構成されている。そして、プラズマにより活性されたＮＯガスや原子状窒素（Ｎ）がウエハ３００上に供給され、ウエハ３００の表面に形成されている酸化膜中に窒素が導入され、該酸化膜が窒化されるように構成されている。 Similarly, after introducing, for example, Kr gas and NO gas into the plasma processing chamber 101, high-frequency power is supplied to the cylindrical electrode 115, so that the electric field from the cylindrical electrode 115 and the cylindrical magnets 216a and 216b are supplied. The magnetron discharge is generated in the plasma processing chamber 101 under the influence of the magnetic field. Then, charges are trapped in the upper space of the wafer 300, and high-density plasma is generated in the plasma generation region 224. Then, NO gas or atomic nitrogen (N) activated by plasma is supplied onto the wafer 300, nitrogen is introduced into the oxide film formed on the surface of the wafer 300, and the oxide film is nitrided. It is configured.
制御手段としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ１４２、バルブ１４３ｂ、及び真空ポンプ１４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降手段１６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ１４４を、信号線Ｄを通じて整合器１７２、及び高周波電源１７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ１４１、バルブ１４３ａを、信号線Ｆを通じてランプ加熱ユニット１８０を、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータやインピーダンス可変手段１７４を、それぞれ制御するように構成されている。 The controller 121 as the control means includes the APC 142, the valve 143b, and the vacuum pump 146 through the signal line A, the susceptor lifting / lowering means 168 through the signal line B, the gate valve 144 through the signal line C, and the matching unit 172 through the signal line D. The high-frequency power source 173 controls the mass flow controller 141, the valve 143a through the signal line E, the lamp heating unit 180 through the signal line F, and the heater and impedance variable means 174 embedded in the susceptor through the signal line (not shown). It is configured as follows.
（２）縦型処理炉２００の構成
図２に、上述の第２の工程を実施する第２の処理部としての縦型処理炉２００の断面概略図を示す。縦型処理炉２００は、基板としてのウエハ３００の表面に処理ガスを供給し、ＣＶＤ法やＡＬＤ法により、ウエハ３００上に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の薄膜を形成することが可能なように構成されている。
(2) Configuration of Vertical Processing Furnace 200 FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a vertical processing furnace 200 as a second processing unit that performs the second process described above. The vertical processing furnace 200 supplies a processing gas to the surface of a wafer 300 as a substrate, and can form a thin film such as a silicon oxide film (SiO 2 film) on the wafer 300 by a CVD method or an ALD method. It is configured as follows.
図２に示すように、縦型処理炉２００は、反応管２０３とマニホールド２０９とを有している。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に構成されている。マニホールド２０９は、例えばＳＵＳ等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状に構成されている。反応管２０３は、マニホールド２０９により下端部側から縦向きに支持されている。反応管２０３とマニホールド２０９とは、同心円状に配置されている。マニホールド２０９の下端部は、上述したボートエレベータ２１５が上昇した際に、シールキャップ２１９により気密に封止されるように構成されている。マニホールド２０９の下端部とシールキャップ２１９との間には、成膜室２０１内を気密に封止するＯリングなどの封止部材２２０ａが設けられている。 As shown in FIG. 2, the vertical processing furnace 200 includes a reaction tube 203 and a manifold 209. The reaction tube 203 is made of a heat-resistant non-metallic material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end open. The manifold 209 is made of, for example, a metal material such as SUS, and has a cylindrical shape with an upper end portion and a lower end portion opened. The reaction tube 203 is supported vertically by the manifold 209 from the lower end side. The reaction tube 203 and the manifold 209 are arranged concentrically. The lower end portion of the manifold 209 is configured to be airtightly sealed by the seal cap 219 when the above-described boat elevator 215 is raised. Between the lower end of the manifold 209 and the seal cap 219, a sealing member 220a such as an O-ring that hermetically seals the inside of the film forming chamber 201 is provided.
反応管２０３及びマニホールド２０９の内部には、基板としてのウエハ３００を複数積層して収容する処理室としての成膜室２０１が形成されている。成膜室２０１内には、基板支持手段としてのボート２１７が下方から挿入されるように構成されている。反応管２０３及びマニホールド２０９の内径は、ウエハ３００を装填したボート２１７の最大外径よりも大きくなるように構成されている。 Formed inside the reaction tube 203 and the manifold 209 is a film forming chamber 201 as a processing chamber for storing a plurality of stacked wafers 300 as substrates. In the film forming chamber 201, a boat 217 as a substrate supporting means is inserted from below. The inner diameters of the reaction tube 203 and the manifold 209 are configured to be larger than the maximum outer diameter of the boat 217 loaded with the wafers 300.
ボート２１７は、複数枚（例えば７５枚から１００枚）のウエハ３００を、略水平状態で所定の隙間（基板ピッチ間隔）をもって多段に保持するように構成されている。ボート２１７は、ボート２１７からの熱伝導を遮断する断熱キャップ２１８上に搭載されている。断熱キャップ２１８は、回転軸２５５により下方から支持されている。回転軸２５５は、成膜室２０１内の気密を保持しつつ、シールキャップ２１９の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ２１９の下方には、回転軸２５５を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７により回転軸２５５を回転させることにより、成膜室２０１内の気密を保持したまま、複数のウエハ３００を搭載したボート２１７を回転させることが出来るように構成されている。 The boat 217 is configured to hold a plurality of (for example, 75 to 100) wafers 300 in multiple stages with a predetermined gap (substrate pitch interval) in a substantially horizontal state. The boat 217 is mounted on a heat insulating cap 218 that blocks heat conduction from the boat 217. The heat insulating cap 218 is supported from below by the rotating shaft 255. The rotation shaft 255 is provided so as to penetrate the center portion of the seal cap 219 while maintaining airtightness in the film formation chamber 201. A rotation mechanism 267 that rotates the rotation shaft 255 is provided below the seal cap 219. By rotating the rotation shaft 255 by the rotation mechanism 267, the boat 217 on which the plurality of wafers 300 are mounted can be rotated while maintaining the airtightness in the film formation chamber 201.
反応管２０３の外周には、反応管２０３と同心円状に加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。 A heater 207 as a heating means (heating mechanism) is provided on the outer periphery of the reaction tube 203 concentrically with the reaction tube 203. The heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の成膜室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持しており、回転機構２６７を作動させることでウエハ３００を回転させることが可能なように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に配置された昇降機構としてのボートエレベータ２１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート２１７を成膜室２０１内外に搬送することが可能となっている。 Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is brought into contact with the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring 220b is provided as a seal member that comes into contact with the lower end of the manifold 209. A rotation mechanism 267 that rotates the boat 217 is installed on the side of the seal cap 219 opposite to the film formation chamber 201. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 is configured to pass through the seal cap 219 and support the boat 217 from below, and the wafer 300 can be rotated by operating the rotation mechanism 267. The seal cap 219 is configured to be moved up and down in the vertical direction by a boat elevator 215 as a lifting mechanism vertically disposed outside the reaction tube 203, thereby transporting the boat 217 into and out of the film forming chamber 201. It is possible to do.
（ガス供給手段）
縦型処理炉２００は、成膜室２０１内にウエハ３００の積層方向に沿って立設され、複数のガス供給口２５０ａを有し、液体原料としてのＴＤＭＡＳを気化させて得られる第１の処理ガス（気化ガス）としてのＴＤＭＡＳ（ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ３）２］３；トリスジメチルアミノシラン）ガスを供給する気化ガス供給ノズル２５０を備えている。また、縦型処理炉２００は、気化ガス供給ノズル２５０と隣接して立設され、複数のガス供給口２５１ａを有し、第２の処理ガス（反応ガス）としてのオゾン（Ｏ３）ガスを供給する反応ガス供給ノズル２５１と、を備えている。
(Gas supply means)
The vertical processing furnace 200 is provided in the film forming chamber 201 along the stacking direction of the wafers 300, has a plurality of gas supply ports 250a, and is a first process obtained by vaporizing TDMAS as a liquid source. A vaporized gas supply nozzle 250 for supplying TDMAS (SiH [N (CH 3 ) 2 ] 3 ; trisdimethylaminosilane) gas as a gas (vaporized gas) is provided. Further, the vertical processing furnace 200 is erected adjacent to the vaporized gas supply nozzle 250, has a plurality of gas supply ports 251a, and supplies ozone (O 3 ) gas as a second processing gas (reaction gas). A reactive gas supply nozzle 251 to be supplied.
気化ガス供給ノズル２５０及び反応ガス供給ノズル２５１は、垂直部と水平部とを有するＬ字形状にそれぞれ構成されている。気化ガス供給ノズル２５０及び反応ガス供給ノズル２５１の垂直部は、反応管２０３の内壁を沿うように鉛直方向にそれぞれ配設されている。気化ガス供給ノズル２５０及び反応ガス供給ノズル２５１の水平部は、マニホールド２０９の側壁をそれぞれ貫通するように設けられている。 The vaporized gas supply nozzle 250 and the reactive gas supply nozzle 251 are each configured in an L shape having a vertical portion and a horizontal portion. The vertical portions of the vaporized gas supply nozzle 250 and the reactive gas supply nozzle 251 are arranged in the vertical direction along the inner wall of the reaction tube 203. The horizontal portions of the vaporized gas supply nozzle 250 and the reactive gas supply nozzle 251 are provided so as to penetrate the side walls of the manifold 209.
気化ガス供給ノズル２５０及び反応ガス供給ノズル２５１の垂直部側面には、複数のガス供給口２５０ａ，２５１ａが鉛直方向に配列するようにそれぞれ設けられている。ガス供給口２５０ａ，２５１ａは、積層されたウエハ３００の間にそれぞれ開口するように構成されている。ガス供給口２５０ａ，２５１ａは、成膜室２０１内の略中心（成膜室２０１内に搬入されたウエハ３００の略中心）を向くようにそれぞれ構成されており、ガス供給口２５０ａ，２５１ａから供給されるガスは、それぞれ成膜室２０１内の略中心に向けて噴射されるように構成されている。ガス供給口２５０ａ，２５１ａは、積層されたウエハ３００の間に開口するように構成されている。なお、ガス供給口２５０ａ，２５１ａの開口径は、それぞれ下部から上部にわたって同一であってもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくされてもよい。 A plurality of gas supply ports 250a and 251a are provided on the vertical side surfaces of the vaporized gas supply nozzle 250 and the reactive gas supply nozzle 251, respectively, so as to be arranged in the vertical direction. The gas supply ports 250a and 251a are configured to open between the stacked wafers 300, respectively. The gas supply ports 250a and 251a are configured to face substantially the center in the film formation chamber 201 (substantially the center of the wafer 300 carried into the film formation chamber 201), and are supplied from the gas supply ports 250a and 251a. Each of the gases is jetted toward the approximate center in the film forming chamber 201. The gas supply ports 250 a and 251 a are configured to open between the stacked wafers 300. The opening diameters of the gas supply ports 250a and 251a may be the same from the lower part to the upper part, or may be gradually increased from the lower part to the upper part.
気化ガス供給ノズル２５０の上流側端（水平端）には、第１の処理ガスとしてのＴＤＭＡＳガスを供給する気化ガス供給管２４１ａが接続されている。気化ガス供給管２４１ａには、液体原料としてのＴＤＭＡＳを貯留した原料タンク２４１ｔと、バルブ２４１ｃと、バルブ２４１ｄとが、上流側から順に設けられている。原料タンク２４１ｔには、Ｎ２ガス等のバブリング用ガスを供給するバブリングガス供給管２４３ａが接続されている。バブリングガス供給管２４３ａの下流端は、原料タンク２４１ｔ内に貯留されたＴＤＭＡＳ中に浸漬されている。バブリングガス供給管２４３ａには、図示しないバブリングガス供給源、マスフローコントローラ２４３ｂ、バルブ２４３ｃが上流側から順に設けられている。マスフローコントローラ２４３ｂにより流量調整しつつ、バルブ２４３ｃを開けることにより、原料タンク２４１ｔ内にバブリング用ガスを供給してＴＤＭＡＳガスを発生させることが可能なように構成されている。そして、バルブ２４１ｃ，２４１ｄを開けることにより、気化ガス供給ノズル２５０を介して成膜室２０１内にＴＤＭＡＳガスを供給することが可能なように構成されている。なお、バルブ２４１ｄを閉めた状態でバルブ２４１ｃを開け、所定時間経過した後にバルブ２４１ｄを開けることにより、バルブ２４１ｃとバルブ２４１ｄの間に蓄えられた高圧のＴＤＭＡＳガスを、成膜室２０１内に短時間で供給（フラッシュ供給）することが可能なように構成されている。 A vaporized gas supply pipe 241 a that supplies a TDMAS gas as the first processing gas is connected to the upstream end (horizontal end) of the vaporized gas supply nozzle 250. The vaporized gas supply pipe 241a is provided with a raw material tank 241t storing TDMAS as a liquid raw material, a valve 241c, and a valve 241d in order from the upstream side. A bubbling gas supply pipe 243a for supplying a bubbling gas such as N 2 gas is connected to the raw material tank 241t. The downstream end of the bubbling gas supply pipe 243a is immersed in TDMAS stored in the raw material tank 241t. In the bubbling gas supply pipe 243a, a bubbling gas supply source, a mass flow controller 243b, and a valve 243c (not shown) are sequentially provided from the upstream side. By opening the valve 243c while adjusting the flow rate by the mass flow controller 243b, the bubbling gas can be supplied into the raw material tank 241t to generate the TDMAS gas. Then, by opening the valves 241c and 241d, the TDMAS gas can be supplied into the film forming chamber 201 through the vaporized gas supply nozzle 250. Note that the valve 241c is opened with the valve 241d closed, and the valve 241d is opened after a predetermined time has elapsed, so that the high-pressure TDMAS gas stored between the valve 241c and the valve 241d can be reduced in the film formation chamber 201. It is configured to be able to supply (flash supply) in time.
反応ガス供給ノズル２５１の上流側端（水平端）には、第２の処理ガスとしてのオゾンガスを供給する反応ガス供給管２４２ａが接続されている。反応ガス供給管２４２ａには、オゾンガスを発生させるオゾナイザ２４２ｏ、バルブ２４２ｃ、マスフローコントローラ２４２ｄ、バルブ２４２ｅが、上流側から順に設けられている。オゾナイザ２４２ｏには、酸素（Ｏ２）ガスを供給する酸素ガス供給管２４４ａが接続されている。酸素ガス供給管２４４ａからオゾナイザ２４２ｏに酸素ガスが供給されると、オゾナイザ２４２ｏによりオゾンガスが生成されるように構成されている。そして、バルブ２４２ｃ，２４２ｅを開けることにより、マスフローコントローラ２４２ｄにより流量制御しながら、反応ガ
ス供給ノズル２５１から成膜室２０１内にオゾンガスを供給可能なように構成されている。
A reaction gas supply pipe 242a for supplying ozone gas as the second processing gas is connected to the upstream end (horizontal end) of the reaction gas supply nozzle 251. The reaction gas supply pipe 242a is provided with an ozonizer 242o for generating ozone gas, a valve 242c, a mass flow controller 242d, and a valve 242e in this order from the upstream side. An oxygen gas supply pipe 244a that supplies oxygen (O 2 ) gas is connected to the ozonizer 242o. When oxygen gas is supplied to the ozonizer 242o from the oxygen gas supply pipe 244a, ozone gas is generated by the ozonizer 242o. Then, by opening the valves 242c and 242e, ozone gas can be supplied from the reaction gas supply nozzle 251 into the film forming chamber 201 while controlling the flow rate by the mass flow controller 242d.
主に、気化ガス供給ノズル２５０、反応ガス供給ノズル２５１、ガス供給口２５０ａ，２５１ａ、気化ガス供給管２４１ａ、原料タンク２４１ｔ、バルブ２４１ｃ、バルブ２４１ｄ、バブリングガス供給管２４３ａ、図示しないバブリングガス供給源、マスフローコントローラ２４３ｂ、バルブ２４３ｃ、反応ガス供給管２４２ａ、オゾナイザ２４２ｏ、バルブ２４２ｃ、マスフローコントローラ２４２ｄ、バルブ２４２ｅ、酸素ガス供給管２４４ａにより、成膜室２０１内に処理ガスを供給するガス供給手段が構成される。 Mainly, a vaporized gas supply nozzle 250, a reactive gas supply nozzle 251, gas supply ports 250a and 251a, a vaporized gas supply pipe 241a, a raw material tank 241t, a valve 241c, a valve 241d, a bubbling gas supply pipe 243a, a bubbling gas supply source (not shown) , A mass supply controller 243b, a valve 243c, a reaction gas supply pipe 242a, an ozonizer 242o, a valve 242c, a mass flow controller 242d, a valve 242e, and an oxygen gas supply pipe 244a constitute gas supply means for supplying a processing gas into the film formation chamber 201. Is done.
（排気手段）
マニホールド２０９の側壁には、排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３ｆ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。真空ポンプ２４６を作動させつつ、ＡＰＣバルブ２４３ｆの開閉弁の開度を調整することにより、成膜室２０１内を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。主に、排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３ｆ、真空ポンプ２４６により、成膜室２０１内の雰囲気を排気する排気手段が構成される。
(Exhaust means)
An exhaust pipe 231 is connected to the side wall of the manifold 209. The exhaust pipe 231 is provided with a pressure sensor 245 as a pressure detector, an APC (Auto Pressure Controller) valve 243f as a pressure regulator, and a vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device in order from the upstream side. While the vacuum pump 246 is operated, the opening of the opening / closing valve of the APC valve 243f is adjusted so that the inside of the film forming chamber 201 can be set to a desired pressure. The exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, the APC valve 243 f, and the vacuum pump 246 constitute an exhaust unit that exhausts the atmosphere in the film formation chamber 201.
（コントローラ）
制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ヒータ２０７、ＡＰＣバルブ２４３ｆ、真空ポンプ２４６、回転機構２６７、ボートエレベータ２１５、オゾナイザ２４２ｏ、マスフローコントローラ２４２ｄ，２４３ｂ、バルブ２４１ｃ、２４１ｄ，２４２ｃ，２４２ｅ，２４３ｃ等に接続されている。コントローラ２８０により、ヒータ２０７の温度調整動作、ＡＰＣバルブ２４３ｆの開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ２１５の昇降動作、気化器２７１の気化動作、オゾナイザ２４２ｏのオゾン生成動作、マスフローコントローラ２４２ｄ，２４３ｂの流量調整動作、バルブ２４１ｃ、２４１ｄ，２４２ｃ，２４２ｅの開閉動作の制御が行われる。
(controller)
The controller 280 as a control unit (control means) includes a heater 207, an APC valve 243f, a vacuum pump 246, a rotation mechanism 267, a boat elevator 215, an ozonizer 242o, mass flow controllers 242d and 243b, valves 241c, 241d, 242c, 242e, and 243c. Etc. are connected. The controller 280 controls the temperature of the heater 207, opens and closes the APC valve 243f and adjusts the pressure, starts and stops the vacuum pump 246, adjusts the rotation speed of the rotating mechanism 267, moves up and down the boat elevator 215, and vaporizes the carburetor 271. The ozone generation operation of the ozonizer 242o, the flow rate adjustment operation of the mass flow controllers 242d and 243b, and the opening / closing operation of the valves 241c, 241d, 242c and 242e are controlled.
（３）基板処理工程
続いて、上述のＭＭＴ装置１００及び縦型処理炉２００により実施される基板処理工程について、図３及び図４を参照しながら説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばＤＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、以下の説明において、ＭＭＴ装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。また、縦型処理炉２００を構成する各部の動作は、コントローラ２８０により制御される。
(3) Substrate Processing Step Next, the substrate processing step performed by the MMT apparatus 100 and the vertical processing furnace 200 described above will be described with reference to FIGS. The substrate processing process according to the present embodiment is performed as one process of manufacturing a semiconductor device such as a DRAM or a flash memory. In the following description, the operation of each part constituting the MMT apparatus 100 is controlled by the controller 121. The operation of each part constituting the vertical processing furnace 200 is controlled by the controller 280.
（ウエハ表面の酸化工程（Ｓ１０））
先ず、プラズマにより活性化した酸素含有ガスや原子状酸素をシリコンからなるウエハ３００の表面に供給し、ウエハ３００の表面に酸化膜を形成する。係る処理は、ＭＭＴ装置１００により行う。
(Oxidation process on wafer surface (S10))
First, an oxygen-containing gas or atomic oxygen activated by plasma is supplied to the surface of the wafer 300 made of silicon, and an oxide film is formed on the surface of the wafer 300. Such processing is performed by the MMT apparatus 100.
具体的には、シリコンからなるウエハ３００を、ＭＭＴ装置１００が備えるプラズマ処理室１０１内に搬入する。具体的には、サセプタ１１７を基板搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン１６６の先端をサセプタ１１７の貫通孔１１７ａに貫通させる。そして、サセプタ１１７表面から突き上げピン２６６上端を突き出した状態とする。次に、下側容器１１１に設けられたゲートバルブ１４４を開き、図中省略の搬送機構によってウエハ突上げピン１６６上にウエハ３００を載置する。搬送機構をプラズマ処理室１０１外へ退避
させ、ゲートバルブ１４４を閉じる。サセプタ１１７をサセプタ昇降機構２６８により上昇させ、ウエハ３００をサセプタ１１７上面に載置させ、更に処理位置まで上昇させる。
Specifically, the wafer 300 made of silicon is carried into the plasma processing chamber 101 provided in the MMT apparatus 100. Specifically, the susceptor 117 is lowered to the substrate transfer position, and the tip of the wafer push-up pin 166 passes through the through hole 117a of the susceptor 117. Then, the upper end of the push pin 266 is protruded from the surface of the susceptor 117. Next, the gate valve 144 provided in the lower container 111 is opened, and the wafer 300 is placed on the wafer push-up pins 166 by a transfer mechanism not shown in the drawing. The transfer mechanism is retracted out of the plasma processing chamber 101, and the gate valve 144 is closed. The susceptor 117 is raised by the susceptor elevating mechanism 268, the wafer 300 is placed on the upper surface of the susceptor 117, and further raised to the processing position.
サセプタ１１７に埋め込まれたヒータにより、搬入されたウエハ３００を例えば１５０〜５００℃の範囲の内、所定の処理温度（例えば４００℃）に加熱する。また、真空ポンプ１４６、及びＡＰＣ１４２を用いてプラズマ処理室１０１の圧力を１〜２００Ｐａの範囲の内、所定の圧力（例えば２０Ｐａ）に維持する。 The loaded wafer 300 is heated to a predetermined processing temperature (for example, 400 ° C.) within a range of 150 to 500 ° C., for example, by a heater embedded in the susceptor 117. Further, the pressure of the plasma processing chamber 101 is maintained at a predetermined pressure (for example, 20 Pa) within the range of 1 to 200 Pa using the vacuum pump 146 and the APC 142.
ウエハ３００の温度が処理温度に達して安定化したら、Ｋｒガス及び酸素ガスをガス導入口１３４からプラズマ処理室１０１内に導入する。このときのＫｒガスの流量は例えば２５０ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量は例えば１０ｓｃｃｍとする。同時に、高周波電源１７３から整合器１７２を介して筒状電極１１５に高周波電力を印加する。印加する電力は例えば１５０〜２００Ｗの範囲（例えば１５０ｓｃｃｍ）とする。このとき、インピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。 When the temperature of the wafer 300 reaches the processing temperature and stabilizes, Kr gas and oxygen gas are introduced into the plasma processing chamber 101 from the gas inlet 134. At this time, the flow rate of Kr gas is, for example, 250 sccm, and the flow rate of oxygen gas is, for example, 10 sccm. At the same time, high frequency power is applied from the high frequency power source 173 to the cylindrical electrode 115 via the matching unit 172. The power to be applied is in the range of 150 to 200 W (for example, 150 sccm). At this time, the impedance variable mechanism 274 is controlled in advance so as to have a desired impedance value.
筒状電極１１５からの電界、及び筒状磁石２１６ａ，２１６ｂからの磁界の影響を受けて、プラズマ処理室１０１内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ３００の上方空間に電荷がトラップされ、プラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、プラズマにより活性されたＯ２ガスや原子状酸素（Ｏ）がウエハ３００上に供給され、ウエハ３００の表面に酸化膜４０１が形成される。ウエハ３００上に酸化膜４０１が形成された様子を、図３（ａ）に示す。なお、プラズマ励起用ガスとしてＫｒガスを用いることにより、活性化された酸素分子や原子状酸素（Ｏ）を効率よく生成することができる。Ｋｒは活性化するエネルギーバンドが低く、酸素分子のラジカル励起エネルギーとよくマッチングするためである。 Under the influence of the electric field from the cylindrical electrode 115 and the magnetic field from the cylindrical magnets 216a and 216b, a magnetron discharge is generated in the plasma processing chamber 101, and charges are trapped in the upper space of the wafer 300, thereby generating a plasma generation region. A high density plasma is generated at 224. Then, O 2 gas and atomic oxygen (O) activated by plasma are supplied onto the wafer 300, and an oxide film 401 is formed on the surface of the wafer 300. A state in which the oxide film 401 is formed on the wafer 300 is shown in FIG. Note that by using Kr gas as the plasma excitation gas, activated oxygen molecules and atomic oxygen (O) can be efficiently generated. This is because Kr has a low energy band to be activated and matches well with the radical excitation energy of oxygen molecules.
所定時間（例えば３０秒）が経過し、ウエハ３００上に所定の厚さ（例えば３０Å）の酸化膜が形成されたら、筒状電極１１５への電力供給を停止すると共に、プラズマ処理室１０１内へのＫｒガス及び酸素ガスの供給を停止する。 When a predetermined time (for example, 30 seconds) elapses and an oxide film having a predetermined thickness (for example, 30 mm) is formed on the wafer 300, power supply to the cylindrical electrode 115 is stopped and the plasma processing chamber 101 is entered. The supply of Kr gas and oxygen gas is stopped.
（第１の工程（Ｓ２０））
次に、プラズマにより活性化した窒素含有ガスや原子状窒素を、ウエハ３００上に形成された酸化膜４０１表面に供給し、酸化膜４０１中に窒素を導入して酸化膜４０１を窒化させる。係る処理も、上述のＭＭＴ装置１００により行う。
(First step (S20))
Next, a nitrogen-containing gas or atomic nitrogen activated by plasma is supplied to the surface of the oxide film 401 formed on the wafer 300, and nitrogen is introduced into the oxide film 401 to nitride the oxide film 401. Such processing is also performed by the MMT apparatus 100 described above.
具体的には、サセプタ１１７に埋め込まれたヒータにより、表面に酸化膜４０１が形成されたウエハ３００を例えば５００℃以上に加熱する。また、真空ポンプ１４６、及びＡＰＣ１４２を用いてプラズマ処理室１０１の圧力を１〜２００Ｐａの範囲の内、所定の圧力（例えば２０Ｐａ）に維持する。 Specifically, the wafer 300 having the oxide film 401 formed on the surface is heated to, for example, 500 ° C. or higher by a heater embedded in the susceptor 117. Further, the pressure of the plasma processing chamber 101 is maintained at a predetermined pressure (for example, 20 Pa) within the range of 1 to 200 Pa using the vacuum pump 146 and the APC 142.
ウエハ３００の温度が処理温度に達して安定化したら、Ｋｒガス及びＮＯガスをガス導入口１３４からプラズマ処理室１０１内に導入する。このときのＫｒガスの流量は例えば２５０ｓｃｃｍとし、ＮＯガスの流量は例えば１００〜５００ｓｃｃｍとする。同時に、高周波電源１７３から整合器１７２を介して筒状電極１１５に高周波電力を印加する。印加する電力は例えば１５０〜２００Ｗの範囲（例えば１５０ｓｃｃｍ）とする。このとき、インピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。 When the temperature of the wafer 300 reaches the processing temperature and stabilizes, Kr gas and NO gas are introduced into the plasma processing chamber 101 from the gas inlet 134. At this time, the flow rate of Kr gas is, for example, 250 sccm, and the flow rate of NO gas is, for example, 100 to 500 sccm. At the same time, high frequency power is applied from the high frequency power source 173 to the cylindrical electrode 115 via the matching unit 172. The power to be applied is in the range of 150 to 200 W (for example, 150 sccm). At this time, the impedance variable mechanism 274 is controlled in advance so as to have a desired impedance value.
筒状電極１１５からの電界、及び筒状磁石２１６ａ，２１６ｂからの磁界の影響を受けて、プラズマ処理室１０１内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ３００の上方空間に電荷がトラップされ、プラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、プ
ラズマにより活性されたＮＯガスや原子状窒素（Ｎ）がウエハ３００上に供給され、ウエハ３００の表面に形成されている酸化膜４０１中に窒素が導入され、該酸化膜４０１が窒化されて窒化酸化膜（ＳｉＯＮ膜）４０１ｎに改質される。ウエハ３００上に形成された酸化膜４０１が窒化された様子を、図３（ｂ）に示す。なお、酸化膜４０１の厚さは例えば３０Åとしているため、酸化膜４０１の膜中にも十分に窒素を導入することができ、酸化膜４０１全体を窒化させることができる。また、ウエハ３００の表面である酸化膜４０１とウエハ３００のバルク部との界面における窒素濃度を１０％以上とすることが出来る。
Under the influence of the electric field from the cylindrical electrode 115 and the magnetic field from the cylindrical magnets 216a and 216b, a magnetron discharge is generated in the plasma processing chamber 101, and charges are trapped in the upper space of the wafer 300, thereby generating a plasma generation region. A high density plasma is generated at 224. Then, NO gas and atomic nitrogen (N) activated by the plasma are supplied onto the wafer 300, nitrogen is introduced into the oxide film 401 formed on the surface of the wafer 300, and the oxide film 401 is nitrided. Thus, the nitrided oxide film (SiON film) 401n is modified. FIG. 3B shows how the oxide film 401 formed on the wafer 300 is nitrided. Since the thickness of the oxide film 401 is, for example, 30 mm, nitrogen can be sufficiently introduced into the oxide film 401 and the entire oxide film 401 can be nitrided. Further, the nitrogen concentration at the interface between the oxide film 401 on the surface of the wafer 300 and the bulk portion of the wafer 300 can be set to 10% or more.
所定時間（例えば１０秒〜２分）が経過し、酸化膜４０１の窒化が完了したら、工程Ｓ１０にて説明したウエハ３００の搬入手順とは逆の手順により、処理後のウエハ３００をプラズマ処理室１０１内から搬出する。 When a predetermined time (for example, 10 seconds to 2 minutes) elapses and nitridation of the oxide film 401 is completed, the processed wafer 300 is processed in the plasma processing chamber by a procedure reverse to the wafer 300 loading procedure described in step S10. Unload from 101.
（第２の工程（Ｓ３０））
次に、工程Ｓ２０にて窒化させて得た窒化酸化膜４０１ｎ上に、ＡＬＤ法を用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）４０２を形成する。シリコン酸化膜４０２の形成は、上述の縦型処理炉２００により行う。
(Second step (S30))
Next, a silicon oxide film (SiO 2 film) 402 is formed on the nitrided oxide film 401n obtained by nitriding in step S20 by using the ALD method. The silicon oxide film 402 is formed by the vertical processing furnace 200 described above.
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の処理ガスを１種類ずつ交互にウエハ３００上に供給し、表面反応を利用して成膜を行う手法である。ＡＬＤ法によりウエハ３００上にＳｉＯ２膜を形成する場合には、例えば３００〜６００℃で、ＴＤＭＡＳガスを供給する工程とオゾンガスを供給する工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。ＳｉＯ２膜の膜厚は、サイクルの繰り返し回数により制御することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、サイクルを２０回行うことで２０ÅのＳｉＯ２膜を形成することができる。 In the ALD method, two kinds (or more) of processing gases used for film formation are alternately supplied onto the wafer 300 one by one under a certain film formation condition (temperature, time, etc.), and surface reaction is used. This is a method for forming a film. When the SiO 2 film is formed on the wafer 300 by the ALD method, for example, at 300 to 600 ° C., the step of supplying the TDMAS gas and the step of supplying the ozone gas are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times. The film thickness of the SiO 2 film can be controlled by the number of cycles repeated. For example, if the deposition rate is 1 cm / cycle, a 20 cm SiO 2 film can be formed by performing the cycle 20 times.
まず、処理後のウエハ３００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、ウエハ３００を保持したボート２１７を、ボートエレベータ２１５によって持ち上げて成膜室２０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。 First, the processed wafer 300 is loaded into the boat 217 (wafer charge). Then, the boat 217 holding the wafer 300 is lifted by the boat elevator 215 and loaded into the film forming chamber 201 (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.
続いて、成膜室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように、ＡＰＣバルブ２４３ｆを開けて成膜室２０１内を真空ポンプ２４６により排気する。この際、成膜室２０１内の圧力を圧力センサ２４５で測定して、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４３ｆの開度をフィードバック制御する。また、成膜室２０１内が所望の温度（例えば６００℃）となるように、ヒータ２０７によって成膜室２０１内を加熱する。この際、成膜室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサが検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構２６７によりボート２１７を回転させ、ウエハ３００を回転させる。 Subsequently, the APC valve 243f is opened and the film formation chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 so that the inside of the film formation chamber 201 has a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the film forming chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the opening degree of the APC valve 243f is feedback controlled based on the measured pressure. Further, the inside of the film forming chamber 201 is heated by the heater 207 so that the inside of the film forming chamber 201 has a desired temperature (for example, 600 ° C.). At this time, feedback control of the power supply to the heater 207 is performed based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the inside of the film forming chamber 201 has a desired temperature distribution. Then, the boat 217 is rotated by the rotation mechanism 267 and the wafer 300 is rotated.
そして、以下に示すステップ１〜４を１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施することにより、窒化酸化膜４０１ｎ上に所定膜厚のシリコン酸化膜４０２を成膜する。 Then, steps 1 to 4 described below are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a silicon oxide film 402 having a predetermined thickness on the nitrided oxide film 401n.
ステップ１では、成膜室２０１内に第１の処理ガス（気化ガス）としてのＴＤＭＡＳガスを流し、窒化酸化膜４０１ｎ表面にＴＤＭＡＳのガス分子を吸着させる。具体的には、ＡＰＣバルブ２４３ｆを閉じて排気を止める。そして、マスフローコントローラ２４３ｂにより流量調整しつつ、バルブ２４３ｃを開けることにより、原料タンク２４１ｔ内にバブリング用ガスを例えば０．７ｓｌｍの流量で供給し、ＴＤＭＡＳガスを発生させる。そして、バルブ２４１ｃ，２４１ｄを順次開けることにより、気化ガス供給ノズル２５０を介して成膜室２０１内にＴＤＭＡＳガスを供給する。成膜室２０１内は、ＴＤＭＡＳガス
が供給されることにより、約７Ｔｏｒｒまで急激に昇圧される。成膜室２０１内に供給されたＴＤＭＡＳガスの分子は、ウエハ３００上の窒化酸化膜４０１ｎに接触して吸着する。所定時間（例えば５秒）が経過したら、バルブ２４１ｃ，２４１ｄを閉じると共に、ＡＰＣバルブ２４３ｆを開ける。
In step 1, a TDMAS gas as a first processing gas (vaporization gas) is caused to flow into the film formation chamber 201 to adsorb gas molecules of TDMAS to the surface of the nitrided oxide film 401n. Specifically, exhaust is stopped by closing the APC valve 243f. Then, by opening the valve 243c while adjusting the flow rate by the mass flow controller 243b, the bubbling gas is supplied into the raw material tank 241t at a flow rate of, for example, 0.7 slm, and TDMAS gas is generated. Then, the valves 241c and 241d are sequentially opened to supply the TDMAS gas into the film forming chamber 201 through the vaporized gas supply nozzle 250. The film formation chamber 201 is rapidly pressurized to about 7 Torr by supplying the TDMAS gas. The molecules of the TDMAS gas supplied into the deposition chamber 201 come into contact with and adsorb on the nitrided oxide film 401 n on the wafer 300. When a predetermined time (for example, 5 seconds) elapses, the valves 241c and 241d are closed and the APC valve 243f is opened.
ステップ２では、ＡＰＣバルブ２４３ｆを開けたまま成膜室２０１内を真空排気し、成膜室２０１内から残留ガスを排除する。このとき、図示しないパージガス管からＮ２等の不活性ガスを成膜室２０１内に供給すると、残留ガスを排除する効果を高めることができる。 In step 2, the inside of the film forming chamber 201 is evacuated while the APC valve 243f is opened, and the residual gas is removed from the film forming chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied into the film forming chamber 201 from a purge gas pipe (not shown), the effect of eliminating the residual gas can be enhanced.
ステップ３では、成膜室２０１内に第２の処理ガス（反応ガス）としてのオゾンガスを流し、窒化酸化膜４０１ｎ上にＳｉＯ２膜を生成する。具体的には、酸素ガス供給管２４４ａからオゾナイザ２４２ｏに酸素ガスを供給し、オゾナイザ２４２ｏによりオゾンガスを生成させる。そして、バルブ２４２ｃ，２４２ｅを開けることにより、マスフローコントローラ２４２ｄにより流量制御しながら、反応ガス供給ノズル２５１から成膜室２０１内にオゾンガスを供給する。このとき、ＡＰＣバルブ２４３ｆの開度を制御して、成膜室２０１内の圧力を例えば４Ｔｏｒｒに調整する。成膜室２０１内に供給されたオゾンガスは、窒化酸化膜４０１ｎ上に吸着しているＴＤＭＡＳのガス分子と反応し、窒化酸化膜４０１ｎ上に１原子層未満から数原子層のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が生成される。所定時間が経過したら、２４２ｃ，２４２ｅを閉じると共に、ＡＰＣバルブ２４３ｆを開ける。 In step 3, ozone gas as a second processing gas (reactive gas) is flowed into the deposition chamber 201 to generate a SiO 2 film on the nitrided oxide film 401 n. Specifically, oxygen gas is supplied from the oxygen gas supply pipe 244a to the ozonizer 242o, and ozone gas is generated by the ozonizer 242o. Then, by opening the valves 242c and 242e, ozone gas is supplied from the reaction gas supply nozzle 251 into the film forming chamber 201 while controlling the flow rate by the mass flow controller 242d. At this time, the opening degree of the APC valve 243f is controlled to adjust the pressure in the film forming chamber 201 to 4 Torr, for example. The ozone gas supplied into the deposition chamber 201 reacts with gas molecules of TDMAS adsorbed on the nitrided oxide film 401n, and a silicon oxide film (SiO2) of less than one atomic layer to several atomic layers on the nitrided oxide film 401n. 2 membranes) are produced. When a predetermined time elapses, 242c and 242e are closed and the APC valve 243f is opened.
ステップ４ではバルブ２４３ｅを閉じ、ＡＰＣバルブ２４３ｆを開けたまま成膜室２０１内を真空排気し、成膜室２０１内から残留ガスを排除する。このとき、図示しないパージガス管からＮ２等の不活性ガスを成膜室２０１内に供給すると、残留ガスを排除する効果を高めることができる。 In step 4, the valve 243 e is closed, the inside of the film formation chamber 201 is evacuated while the APC valve 243 f is open, and residual gas is removed from the film formation chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied into the film forming chamber 201 from a purge gas pipe (not shown), the effect of eliminating the residual gas can be enhanced.
上記ステップ１〜４を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、窒化酸化膜４０１ｎ上に所定膜厚（例えば３０Å）のシリコン酸化膜４０２を成膜する。窒化酸化膜４０１ｎ上にシリコン酸化膜４０２が形成された様子を、図３（ｃ）に示す。所定膜厚のシリコン酸化膜４０２の形成が完了したら、上述の手順とは逆の手順により、成膜後のウエハ３００を成膜室２０１内から搬出する。 The above steps 1 to 4 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a silicon oxide film 402 having a predetermined thickness (for example, 30 mm) on the nitrided oxide film 401n. FIG. 3C shows a state where the silicon oxide film 402 is formed on the nitrided oxide film 401n. When the formation of the silicon oxide film 402 having a predetermined thickness is completed, the wafer 300 after film formation is unloaded from the film formation chamber 201 by a procedure reverse to the above-described procedure.
（第３の工程（Ｓ４０））
次に、プラズマにより活性化した窒素含有ガスや原子状窒素をシリコン酸化膜４０２上に供給し、シリコン酸化膜４０２中に窒素を導入して窒化させる。係る処理は、上述のＭＭＴ装置１００により行う。
(Third step (S40))
Next, nitrogen-containing gas or atomic nitrogen activated by plasma is supplied onto the silicon oxide film 402, and nitrogen is introduced into the silicon oxide film 402 to be nitrided. Such processing is performed by the MMT apparatus 100 described above.
具体的には、工程Ｓ１０と同様に、シリコン酸化膜４０２が形成されたウエハ３００をプラズマ処理室１０１内に搬入する。 Specifically, as in step S <b> 10, the wafer 300 on which the silicon oxide film 402 is formed is carried into the plasma processing chamber 101.
そして、サセプタ１１７に埋め込まれたヒータにより、表面にシリコン酸化膜４０２が形成されたウエハ３００を５００℃以上に加熱する。また、真空ポンプ１４６、及びＡＰＣ１４２を用いてプラズマ処理室１０１の圧力を１〜２００Ｐａの範囲の内、所定の圧力（例えば２０Ｐａ）に維持する。 Then, the wafer 300 having the silicon oxide film 402 formed on the surface is heated to 500 ° C. or higher by a heater embedded in the susceptor 117. Further, the pressure of the plasma processing chamber 101 is maintained at a predetermined pressure (for example, 20 Pa) within the range of 1 to 200 Pa using the vacuum pump 146 and the APC 142.
ウエハ３００の温度が処理温度に達して安定化したら、Ｋｒガス及びＮＯガスをガス導入口１３４からプラズマ処理室１０１内に導入する。このときのＫｒガスの流量は例えば２５０ｓｃｃｍとし、ＮＯガスの流量は例えば１００〜５００ｓｃｃｍとする。同時に、高周波電源１７３から整合器１７２を介して筒状電極１１５に高周波電力を印加する。印
加する電力は例えば１５０〜２００Ｗの範囲（例えば１５０ｓｃｃｍ）とする。このとき、インピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。
When the temperature of the wafer 300 reaches the processing temperature and stabilizes, Kr gas and NO gas are introduced into the plasma processing chamber 101 from the gas inlet 134. At this time, the flow rate of Kr gas is, for example, 250 sccm, and the flow rate of NO gas is, for example, 100 to 500 sccm. At the same time, high frequency power is applied from the high frequency power source 173 to the cylindrical electrode 115 via the matching unit 172. The power to be applied is in the range of 150 to 200 W (for example, 150 sccm). At this time, the impedance variable mechanism 274 is controlled in advance so as to have a desired impedance value.
筒状電極１１５からの電界、及び筒状磁石２１６ａ，２１６ｂからの磁界の影響を受けて、プラズマ処理室１０１内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ３００の上方空間に電荷がトラップされ、プラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、プラズマにより活性されたＮＯガスや原子状窒素（Ｎ）がウエハ３００上に供給され、ウエハ３００の表面に形成されているシリコン酸化膜４０２の表面に窒素が導入され、酸化膜４０１が窒化されて窒化酸化膜（ＳｉＯＮ膜）４０２ｎに改質される。ウエハ３００上に形成されたシリコン酸化膜４０２が窒化された様子を、図３（ｄ）に示す。なお、シリコン酸化膜４０２の厚さは例えば３０Åとしているため、シリコン酸化膜４０２の膜中にも十分に窒素を導入することができ、シリコン酸化膜４０２全体を窒化させることができる。 Under the influence of the electric field from the cylindrical electrode 115 and the magnetic field from the cylindrical magnets 216a and 216b, a magnetron discharge is generated in the plasma processing chamber 101, and charges are trapped in the upper space of the wafer 300, thereby generating a plasma generation region. A high density plasma is generated at 224. Then, NO gas or atomic nitrogen (N) activated by plasma is supplied onto the wafer 300, nitrogen is introduced into the surface of the silicon oxide film 402 formed on the surface of the wafer 300, and the oxide film 401 is nitrided. Thus, the nitrided oxide film (SiON film) 402n is modified. FIG. 3D shows how the silicon oxide film 402 formed on the wafer 300 is nitrided. Since the thickness of the silicon oxide film 402 is, for example, 30 mm, nitrogen can be sufficiently introduced into the silicon oxide film 402 and the entire silicon oxide film 402 can be nitrided.
所定時間（例えば１０秒〜２分）が経過し、シリコン酸化膜４０２の窒化が完了したら、工程Ｓ１０，２０にて説明したウエハ３００の搬入手順とは逆の手順により、処理後のウエハ３００をプラズマ処理室１０１内から搬出する。 When a predetermined time (for example, 10 seconds to 2 minutes) elapses and the nitridation of the silicon oxide film 402 is completed, the processed wafer 300 is processed by a procedure reverse to the wafer 300 loading procedure described in Steps S10 and S20. Unload from the plasma processing chamber 101.
（繰り返し工程）
そして、第２の工程（Ｓ３０）と第３の工程（Ｓ４０）とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。これにより、窒化酸化膜４０１ｎ及び１以上の窒化酸化膜４０２ｎが積層されてなる所定膜厚（例えば５０Å以上）の窒化酸化膜（ＳｉＯＮ膜）４００がウエハ３００上に形成される。
(Repeated process)
The second step (S30) and the third step (S40) are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times. As a result, a nitrided oxide film (SiON film) 400 having a predetermined thickness (for example, 50 mm or more) formed by stacking the nitrided oxide film 401 n and one or more nitrided oxide films 402 n is formed on the wafer 300.
（アニール工程（Ｓ５０））
次に、所定膜厚の窒化酸化膜４００が形成されたウエハ３００を熱処理する。係る工程は、上述のＭＭＴ装置により行う。
(Annealing process (S50))
Next, the wafer 300 on which the nitrided oxide film 400 having a predetermined thickness is formed is heat-treated. Such a process is performed by the MMT apparatus described above.
具体的には、工程Ｓ１０と同様に、シリコン酸化膜４０２が形成されたウエハ３００をプラズマ処理室１０１内に搬入する。そして、サセプタ１１７に埋め込まれたヒータに電力を供給すると共に、ランプ加熱ユニット１８０から熱線を放射させ、ウエハ３００を例えば８５０℃以上、好ましくは９００℃以上に加熱する。加熱時間は例えば５秒間とする。これにより、ウエハ３００上に形成された窒化酸化膜４００を改質する。これにより、窒化酸化膜４００中の欠陥が減少する。また、ウエハ３００とシリコン酸化膜４０２との界面特性が改善する。例えば、ウエハ３００とシリコン酸化膜４０２との界面準位を下げることができる。 Specifically, as in step S <b> 10, the wafer 300 on which the silicon oxide film 402 is formed is carried into the plasma processing chamber 101. Then, power is supplied to the heater embedded in the susceptor 117 and heat rays are emitted from the lamp heating unit 180 to heat the wafer 300 to, for example, 850 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher. The heating time is, for example, 5 seconds. Thus, the nitrided oxide film 400 formed on the wafer 300 is modified. Thereby, defects in nitrided oxide film 400 are reduced. In addition, the interface characteristics between the wafer 300 and the silicon oxide film 402 are improved. For example, the interface state between the wafer 300 and the silicon oxide film 402 can be lowered.
以上の工程を経て、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。 Through the above steps, the substrate processing step according to this embodiment is completed.
（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
(4) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
（ａ）本実施形態によれば、ウエハ表面の酸化工程（Ｓ１０）において、ウエハ３００
表面に形成する酸化膜４１０の厚さを例えば３０Åとしている。そして、第１の工程（Ｓ２０）において、プラズマにより活性化したＮＯガスや原子状窒素（Ｎ）酸化膜４０１の表面に供給し、酸化膜４０１中に窒素を導入して窒化させている。酸化膜４０１の厚さを例えば３０Åとしているため、酸化膜４０１の膜中にも十分に窒素を導入することができ、酸化膜４０１全体を窒化させることができる。また、ウエハ３００表面である酸化膜４０１とウエハ３００バルク部との界面における窒素濃度を１０％以上とすることが出来る
。これにより、ウエハ３００上に形成する例えば５０Å以上の窒化酸化膜４００の誘電率を高めることができ、窒化酸化膜４００中に結合エネルギーの高いＳｉＯＮが形成されることで、窒化酸化膜４００の信頼性、すなわち電気的な耐久性を向上させることが出来る。
(A) According to the present embodiment, the wafer 300 is oxidized in the oxidation step (S10) of the wafer surface.
The thickness of the oxide film 410 formed on the surface is, for example, 30 mm. In the first step (S 20), NO gas activated by plasma or the surface of the atomic nitrogen (N) oxide film 401 is supplied, and nitrogen is introduced into the oxide film 401 to be nitrided. Since the thickness of the oxide film 401 is, for example, 30 mm, nitrogen can be sufficiently introduced into the oxide film 401 and the entire oxide film 401 can be nitrided. Further, the nitrogen concentration at the interface between the oxide film 401 on the surface of the wafer 300 and the bulk portion of the wafer 300 can be set to 10% or more. As a result, the dielectric constant of the nitrided oxide film 400 of, for example, 50 μm or more formed on the wafer 300 can be increased. By forming SiON having high binding energy in the nitrided oxide film 400, the reliability of the nitrided oxide film 400 is increased. Property, that is, electrical durability can be improved.
（ｂ）本実施形態によれば、第２の工程（Ｓ３０）において、窒化酸化膜４０１ｎ上に
形成するシリコン酸化膜４０２の厚さを例えば３０Åとしている。そして、第３の工程（Ｓ４０）において、プラズマにより活性化したＮＯガスや原子状窒素（Ｎ）をシリコン酸化膜４０２の表面に供給し、シリコン酸化膜４０２中に窒素を導入して窒化させている。シリコン酸化膜４０２の厚さを例えば３０Åとしているため、シリコン酸化膜４０２の膜中にも十分に窒素を導入することができ、シリコン酸化膜４０２全体を窒化させることができる。これにより、ウエハ３００上に形成する例えば５０Å以上の窒化酸化膜４００の誘電率を高めることができ、窒化酸化膜４００中に結合エネルギーの高いＳｉＯＮが形成されることで、窒化酸化膜４００の信頼性、すなわち電気的な耐久性を向上させることが出来る。
(B) According to the present embodiment, in the second step (S30), the thickness of the silicon oxide film 402 formed on the nitrided oxide film 401n is, for example, 30 mm. In the third step (S40), NO gas or atomic nitrogen (N) activated by plasma is supplied to the surface of the silicon oxide film 402, and nitrogen is introduced into the silicon oxide film 402 to be nitrided. Yes. Since the thickness of the silicon oxide film 402 is, for example, 30 mm, nitrogen can be sufficiently introduced into the silicon oxide film 402 and the entire silicon oxide film 402 can be nitrided. As a result, the dielectric constant of the nitrided oxide film 400 of, for example, 50 μm or more formed on the wafer 300 can be increased. By forming SiON having high binding energy in the nitrided oxide film 400, the reliability of the nitrided oxide film 400 is increased. Property, that is, electrical durability can be improved.
（ｃ）本実施形態によれば、第１の工程（Ｓ２０）及び第３の工程（Ｓ４０）において
、ウエハ３００を５００℃以上に加熱している。これにより、酸化膜４０１やシリコン酸化膜４０２に含まれるＳｉ原子と、これらの膜中に導入されたＮ原子と、の結合を促進させ、窒化酸化膜４００中の窒素濃度や電気特性を安定させることができる。なお、第１の工程（Ｓ２０）及び第３の工程（Ｓ４０）におけるウエハ３００の温度を５００℃未満としてしまうと、上記のＳｉとＮとの結合が不安定になり、窒化酸化膜４００中の窒素濃度や電気特性が悪化してしまう場合がある。
(C) According to this embodiment, the wafer 300 is heated to 500 ° C. or higher in the first step (S20) and the third step (S40). As a result, the bonding between the Si atoms contained in the oxide film 401 and the silicon oxide film 402 and the N atoms introduced into these films is promoted, and the nitrogen concentration and electrical characteristics in the nitrided oxide film 400 are stabilized. be able to. Note that if the temperature of the wafer 300 in the first step (S20) and the third step (S40) is less than 500 ° C., the above-described bonding between Si and N becomes unstable, and the nitriding oxide film 400 contains Nitrogen concentration and electrical characteristics may deteriorate.
（ｄ）本実施形態によれば、第２の工程（Ｓ３０）において、ウエハ３００の温度を例
えば３００〜６００℃に保ちつつ、ＡＬＤ法を用いてシリコン酸化膜４０２を形成している。これにより、シリコン酸化膜４０２、すなわち窒化酸化膜４００の面内膜圧均一性、ステップカバレッジ特性（段差被覆特性）を向上させることができる。
(D) According to the present embodiment, in the second step (S30), the silicon oxide film 402 is formed using the ALD method while maintaining the temperature of the wafer 300 at, for example, 300 to 600 ° C. Thereby, the in-plane film pressure uniformity and the step coverage characteristic (step coverage characteristic) of the silicon oxide film 402, that is, the nitrided oxide film 400 can be improved.
（ｅ）本実施形態によれば、第１の工程（Ｓ２０）及び第３の工程（Ｓ４０）において
、変形マグネトロン型プラズマ処理装置として構成されたＭＭＴ装置を用いている。変形マグネトロン型プラズマにおいてはウエハ３００の温度を５００℃以上に加熱することが可能であるばかりか、ウエハ３００に入射されるイオンのエネルギー制御も容易である。そのため、酸化膜４０１中やシリコン酸化膜４０２中に窒素を深く導入することが可能となる。すなわち、酸化膜４０１やシリコン酸化膜４０２を厚く形成した場合であっても（３０Å以上とした場合であっても）、これらの膜全体に十分に窒素を導入して窒化させることが可能となる。
(E) According to the present embodiment, in the first step (S20) and the third step (S40), an MMT apparatus configured as a modified magnetron type plasma processing apparatus is used. In the deformed magnetron type plasma, the temperature of the wafer 300 can be heated to 500 ° C. or more, and the energy control of ions incident on the wafer 300 is easy. Therefore, nitrogen can be deeply introduced into the oxide film 401 or the silicon oxide film 402. That is, even when the oxide film 401 and the silicon oxide film 402 are formed thick (even when the thickness is 30 mm or more), it is possible to sufficiently introduce nitrogen into these films and nitride them. .
（ｆ）本実施形態によれば、第１の工程（Ｓ２０）及び第３の工程（Ｓ４０）を実施す
る処理室（プラズマ処理室１０１）と、第２の工程（Ｓ３０）を実施する処理室（成膜室２０１）とは、異なる室として構成されている。これにより、処理室内における異物の発生を抑制でき、窒化酸化膜４００の品質を向上させることが出来る。なお、第１の工程（Ｓ２０）及び第３の工程（Ｓ４０）と、第２の工程（Ｓ３０）とを同一の処理室内にて実施することとすれば（酸化膜の形成とその窒化とを同一の処理室内で実施することとすれば）、処理室内に異物が発生し易くなり、基板処理の品質が低下し易くなる。
(F) According to the present embodiment, the processing chamber (plasma processing chamber 101) in which the first step (S20) and the third step (S40) are performed, and the processing chamber in which the second step (S30) is performed. (Deposition chamber 201) is configured as a different chamber. Thereby, the generation of foreign matter in the processing chamber can be suppressed, and the quality of the nitrided oxide film 400 can be improved. If the first step (S20), the third step (S40), and the second step (S30) are performed in the same processing chamber (the formation of the oxide film and its nitridation). If it is carried out in the same processing chamber), foreign substances are likely to be generated in the processing chamber, and the quality of the substrate processing is likely to deteriorate.
（ｇ）本実施形態によれば、所定膜厚の窒化酸化膜４００が形成されたウエハ３００を熱処理するアニール工程（Ｓ５０）を実施する。また、アニール工程（Ｓ５０）を８５０℃以上、好ましくは９００℃以上の温度で実施する。これにより、これにより、窒化酸化膜４００中の欠陥を減少させることができる。また、ウエハ３００とシリコン酸化膜４０２
との界面特性を改善させることができる。例えば、ウエハ３００とシリコン酸化膜４０２との界面準位を下げることができる。
(G) According to the present embodiment, the annealing step (S50) is performed in which the wafer 300 on which the nitrided oxide film 400 having a predetermined thickness is formed is heat-treated. Further, the annealing step (S50) is performed at a temperature of 850 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher. As a result, defects in the nitrided oxide film 400 can be reduced. Also, the wafer 300 and the silicon oxide film 402
And the interface characteristics can be improved. For example, the interface state between the wafer 300 and the silicon oxide film 402 can be lowered.
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various changes are possible in the range which does not deviate from the summary.
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、 基板上に形成された酸化膜を第１の処理部により窒化する第１の工程と、
窒化された前記酸化膜上に第２の処理部によりシリコン酸化膜を形成する第２の工程と、
前記シリコン酸化膜を前記第１の処理部により窒化する第３の工程と、を有し、
前記第１の工程を実施した後、前記第２の工程と前記第３の工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する
基板処理方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a first step of nitriding an oxide film formed on a substrate by a first processing unit;
A second step of forming a silicon oxide film on the nitrided oxide film by a second processing unit;
A third step of nitriding the silicon oxide film by the first processing unit,
After the first step is performed, a substrate processing method is provided in which the second step and the third step are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times.
好ましくは、 前記第２の工程では、
前記基板を収容した処理室内に第１の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
前記処理室内に第２の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
を１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する。
Preferably, in the second step,
Supplying a first processing gas into a processing chamber containing the substrate;
Exhausting the processing chamber;
Supplying a second processing gas into the processing chamber;
Exhausting the processing chamber;
Is one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times.
また好ましくは、 前記第２工程で成膜する前記シリコン酸化膜の厚さを３０Å以下とする。 Preferably, the thickness of the silicon oxide film formed in the second step is 30 mm or less.
また好ましくは、
前記第２の工程と前記第３の工程とは互いに異なる室内にて行う。
Also preferably,
The second step and the third step are performed in different rooms.
また好ましくは、
前記第１の工程及び前記第３の工程における前記基板の温度を５００℃以上とする。
Also preferably,
The temperature of the substrate in the first step and the third step is set to 500 ° C. or higher.
また好ましくは
前記第２の工程と前記第３の工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施した後、前記基板を熱処理するアニール工程を有する。
Preferably, the second step and the third step are set as one cycle, and after performing this cycle a predetermined number of times, an annealing step is performed in which the substrate is heat-treated.
また好ましくは、
前記アニール工程における前記基板の温度を９００℃以上とする。
Also preferably,
The temperature of the substrate in the annealing step is set to 900 ° C. or higher.
１００ ＭＭＴ装置（第１の処理部）
１０１ プラズマ処理室（処理室）
２００ 縦型処理炉（第２の処理部）
２０１ 成膜室（処理室）
３００ ウエハ（基板）
100 MMT apparatus (first processing unit)
101 Plasma processing chamber (processing chamber)
200 Vertical processing furnace (second processing section)
201 Deposition chamber (processing chamber)
300 wafer (substrate)
Claims (2)
窒化された前記酸化膜上に第２の処理部によりシリコン酸化膜を形成する第２の工程と、
前記シリコン酸化膜を前記第１の処理部により窒化する第３の工程と、を有し、
前記第１の工程を実施した後、前記第２の工程と前記第３の工程とを１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する
ことを特徴とする基板処理方法。 A first step of nitriding the oxide film formed on the substrate by the first processing unit;
A second step of forming a silicon oxide film on the nitrided oxide film by a second processing unit;
A third step of nitriding the silicon oxide film by the first processing unit,
A substrate processing method characterized in that after the first step is performed, the second step and the third step are defined as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times.
前記基板を収容した処理室内に第１の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
前記処理室内に第２の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内を排気する工程と、
を１サイクルとし、このサイクルを所定回数実施する
ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。 In the second step,
Supplying a first processing gas into a processing chamber containing the substrate;
Exhausting the processing chamber;
Supplying a second processing gas into the processing chamber;
Exhausting the processing chamber;
The substrate processing method according to claim 1, wherein one cycle is performed and the cycle is performed a predetermined number of times.
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|---|---|---|---|---|
| KR20140081702A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-01 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Method for depositing a film |
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