JP4974585B2 - 窒素濃度の測定方法、シリコン酸窒化膜の形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
前記シリコン酸窒化膜およびその下層に残存するシリコン酸化膜の合計膜厚T1Nを計測するステップと、
前記被測定基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後に、前記被測定基板の前記シリコン酸窒化膜、前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2Nを計測するステップと、
別途シリコン酸化膜が形成された比較用基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後に前記比較用基板の前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2を計測するステップと、
前記各合計膜厚T1N、T2NおよびT2から、下記の式(1)に基づき被測定基板の再酸化レート減少率RORRを算出するステップと、
を含む、窒素濃度の測定方法を提供する。
被測定基板表面に形成されたシリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成する工程と、
前記被測定基板表面の前記シリコン酸窒化膜およびその下層に残存するシリコン酸化膜の合計膜厚T1Nを計測するステップと、
前記被測定基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後の前記被測定基板の前記シリコン酸窒化膜、前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2Nを計測するステップと、
別途シリコン酸化膜が形成された比較用基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後に前記比較用基板の前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2を計測するステップと、
前記各合計膜厚T1N、T2NおよびT2から、下記の式(1)に基づき前記被測定基板の再酸化レート減少率RORRを算出するステップと、
決定された窒素濃度に基づき、被処理基板の前記シリコン酸化膜の窒化処理条件を決定するステップと、
決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、
を含む、シリコン酸窒化膜の形成方法を提供する。
上記第1の観点の窒素濃度の測定方法により決定した窒素濃度に基づき、被処理基板の窒化処理条件を決定するステップと、
決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、
が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御する、制御プログラムを提供する。
前記制御プログラムは、実行時に、
上記第1の観点の窒素濃度の測定方法により決定した窒素濃度に基づき、被処理基板の窒化処理条件を決定するステップと、
決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、
が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
前記処理室内にマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記処理室内で、上記第1の観点の窒素濃度の測定方法により決定した窒素濃度に基づき、被処理基板の窒化処理条件を決定するステップと、決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。
また、本発明の窒素濃度の測定方法により測定されたシリコン酸窒化膜の窒素濃度を窒化処理条件の選定にフィードバックすることによって、窒化処理条件の最適化を図ることが可能になる。
従って、本発明の窒素濃度の測定方法によれば、所望の濃度で窒素が導入された良質なシリコン酸窒化膜を形成することができる。
まず、ゲートバルブ26を開にして搬入出口25からシリコン酸化膜が形成されたウエハWをチャンバー1内に搬入し、載置台2上に載置する。そして、ガス供給系16のArガス供給源17およびN2ガス供給源18から、ArガスおよびN2ガスを所定の流量でガス導入部材15を介してチャンバー1内に導入する。具体的には、例えばArなどの希ガスを流量2000mL/min(sccm)、N2ガスを流量150mL/min(sccm)に設定する。また、チャンバー内を127Paの処理圧力に調整し、載置台2を400℃の設定温度に加熱する。
3次元構造デバイスを製造するためには、例えば図3(a)に示すように、SiO2膜などの下地膜201の上に凸状のシリコン壁202を形成し、その表面を例えば酸化雰囲気中で熱処理したり、あるいはO2ガスプラズマを用いてプラズマ処理したりすることにより酸化してシリコン酸化膜を形成し、さらにこのシリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜206を形成する。このように凸状に形成された立体的構造を持つゲート絶縁膜206を有するデバイスにおいては、シリコン壁202の表面に形成されたゲート絶縁膜206の頂部206aと、両側の壁面部206b,206cの各部位において、それぞれシリコン酸窒化膜中に窒素が均一に導入されている必要があり、そのためには各部位ごとにシリコン酸窒化膜中の窒素濃度を把握することが重要である。
窒化処理は、図1のプラズマ処理装置100を用い、Ar流量は2000mL/min(sccm)、N2流量は150mL/min(sccm)、チャンバー1内圧力は127Pa、載置台2の加熱温度は400℃、マイクロ波パワーは1.2kWに設定し、窒化処理時間は4、7、10、30秒で実施した。
また、検量線の作成に際しては3次元構造デバイス自体を用いる必要はなく、平面的形状を有するシリコン酸化膜(SiO2膜)を窒化処理してシリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成した場合の窒素濃度データを使用することができる。従って、検量線を容易に作成できるという利点もある。
図1のプラズマ処理装置100を用いて窒化処理を行なう場合の条件としては、特に制限はないが、例えばArなどの希ガスの流量は100〜5000mL/min(sccm)、N2ガスの流量は5〜500mL/min(sccm)程度とすることが好ましい。また、例えばチャンバー1内の圧力は1〜1333Pa、載置台2の加熱温度は室温〜800℃に設定することが好ましい。マイクロ波発生装置39からのマイクロ波パワーは、例えば1〜5kWとすることが好ましい。
従って、例えば3次元構造デバイスにおけるゲート絶縁膜等としてシリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成する場合に、窒素濃度の測定結果を窒化処理条件にフィードバックすることにより、その目的および部位(平面部であるか壁面部であるかなど)に応じて、形成されるシリコン酸窒化膜中の窒素濃度を所望の値に制御できるよう窒化処理条件を最適化できる。
なお、以上の説明では、シリコン酸窒化膜中の窒素濃度の測定について説明したが、本発明の窒素濃度の測定方法は、例えばHfO2、LaO2、ZrO2、HfSiO、ZrO2、AlHfO3などのアルミネート等の高誘電率金属酸化物の窒化膜にも応用できる。また、本発明の技術思想は、窒素濃度に限らず、種々のドーパントの濃度測定にも適用できる。
例えば、本発明方法は、トランジスタのゲート絶縁膜に限らず、薄膜化や誘電率を高める等の目的でシリコン酸化膜を窒化処理して得られるシリコン酸窒化膜を構成要素とする種々の半導体装置の製造に適用可能である。
2;サセプタ
3;支持部材
5a;ヒータ
15;ガス導入部
16;ガス供給系
17;Arガス供給源
18;N2ガス供給源
23;排気管
24;排気装置
25;搬入出口
26;ゲートバルブ
28;マイクロ波透過板
29;シール部材
31;平面アンテナ部材
32;マイクロ波放射孔
37;導波管
37a;同軸導波管
37b;矩形導波管
39;マイクロ波発生装置
40;モード変換器
50;プロセスコントローラ
100;プラズマ処理装置
W…ウエハ(基板)
Claims (21)
- 被測定基板表面に形成されたシリコン酸化膜を窒化処理して得られたシリコン酸窒化膜中の窒素濃度を測定する窒素濃度の測定方法であって、
前記シリコン酸窒化膜およびその下層に残存するシリコン酸化膜の合計膜厚T1Nを計測するステップと、
前記被測定基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後に、前記被測定基板の前記シリコン酸窒化膜、前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2Nを計測するステップと、
別途シリコン酸化膜が形成された比較用基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後に前記比較用基板の前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2を計測するステップと、
前記各合計膜厚T1N、T2NおよびT2から、下記の式(1)に基づき被測定基板の再酸化レート減少率RORRを算出するステップと、
を含む、窒素濃度の測定方法。 - 前記シリコン酸窒化膜は、立体的構造を有するシリコン層の表面に前記シリコン酸化膜を介して形成されている、請求項1に記載の窒素濃度の測定方法。
- 前記シリコン層には、凸部または凹部が形成されている、請求項2に記載の窒素濃度の測定方法。
- 前記シリコン層は、被処理基板上に凸状に形成されている、請求項2に記載の窒素濃度の測定方法。
- 前記再酸化処理は、熱酸化により行なわれる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の窒素濃度の測定方法。
- 前記検量線は、平面的に形成されたシリコン酸窒化膜中の窒素濃度と前記再酸化レート減少率RORRに基づき作成されたものである、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の窒素濃度の測定方法。
- 前記被測定基板の前記シリコン酸窒化膜は、3次元構造デバイスにおける絶縁膜である、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の窒素濃度の測定方法。
- 複数のスロットを有する平面アンテナにて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させるプラズマ処理装置を用いて前記窒化処理を行なう、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の窒素濃度の測定方法。
- 被処理基板表面に形成されたシリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜の形成方法であって、
被測定基板表面に形成されたシリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成する工程と、
前記被測定基板表面の前記シリコン酸窒化膜およびその下層に残存するシリコン酸化膜の合計膜厚T1Nを計測するステップと、
前記被測定基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後の前記被測定基板の前記シリコン酸窒化膜、前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2Nを計測するステップと、
別途シリコン酸化膜が形成された比較用基板を再酸化処理するステップと、
再酸化処理後に前記比較用基板の前記シリコン酸化膜および再酸化処理により形成されたシリコン酸化膜の合計膜厚T2を計測するステップと、
前記各合計膜厚T1N、T2NおよびT2から、下記の式(1)に基づき前記被測定基板の再酸化レート減少率RORRを算出するステップと、
決定された窒素濃度に基づき、被処理基板の前記シリコン酸化膜の窒化処理条件を決定するステップと、
決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、
を含む、シリコン酸窒化膜の形成方法。 - 前記シリコン酸窒化膜は、立体的構造を有するシリコン層の表面に前記シリコン酸化膜を介して形成されている、請求項9に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 前記シリコン層には、凸部または凹部が形成されている、請求項10に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 前記シリコン層は、被処理基板上に凸状に形成されている、請求項10に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 前記再酸化処理は、熱酸化により行なわれる、請求項9から請求項12のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 前記検量線は、平面的に形成されたシリコン酸窒化膜中の窒素濃度と前記再酸化レート減少率RORRに基づき作成されたものである、請求項9から請求項13のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 前記シリコン酸窒化膜は、3次元構造デバイスにおける絶縁膜である、請求項9から請求項14のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 複数のスロットを有する平面アンテナにて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させるプラズマ処理装置を用いて、前記窒化処理を行なう、請求項9から請求項15のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
- 請求項9から請求項16のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法によりシリコン酸窒化膜を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
- 前記半導体装置が、3次元構造のトランジスタである、請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
- コンピュータ上で動作し、実行時に、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載された窒素濃度の測定方法により決定した窒素濃度に基づき、被処理基板の窒化処理条件を決定するステップと、
決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、
が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御する、制御プログラム。 - コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載された窒素濃度の測定方法により決定した窒素濃度に基づき、被処理基板の窒化処理条件を決定するステップと、
決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、
が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。 - プラズマを用いて被処理基板を処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内にマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平面アンテナと、
前記処理室内で、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載された窒素濃度の測定方法により決定した窒素濃度に基づき、被処理基板の窒化処理条件を決定するステップと、決定された前記窒化処理条件に基づき、被処理基板表面に形成された前記シリコン酸化膜を窒化処理してシリコン酸窒化膜を形成するステップと、が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
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