半导体处理用的热处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体处理用的热处理方法，在处理容器的处理区域内以隔开间隔层叠的状态收纳多个被处理基板。被处理基板在表面具有处理对象层。接着，对上述处理区域供给氧化性气体和还原性气体，同时将处理区域进行加热，由此使氧化性气体和上述还原性气体反应而产生氧活性种和羟基活性种，使用上述氧活性种和上述羟基活性种对被处理基板上的上述处理对象层进行氧化。接着，在由臭氧或者氧化性活性种构成的退火气体的氛围中将氧化后的处理对象层进行加热，由此对处理对象层进行退火。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体处理用的热处理方法和装置，在半导体晶 片等被处理基板上施行用于形成氧化膜或者氮氧化膜的热处理。在此， 所谓半导体处理是指为了通过以规定的图案在半导体晶片或者LCD(Liquid Crystal Display (液晶显示器))等FPD (Flat panel Display (平板显示器))用的玻璃基板等被处理基板上形成半导体层、绝缘层、导 电层等，制造在该被处理基板上包含半导体器件以及连接于半导体器 件的配线、电极等的结构物而实施的各种处理。
技术介绍
通常，为了制造半导体集成电路，对由硅晶片等构成的半导体基 板进行成膜、蚀刻、氧化、扩散、改性等各种处理。例如在氧化时， 在对单结晶硅膜或者多晶硅膜的表面等进行氧化时，有时会将金属膜 进行氧化。特别是由氧化形成的硅氧化膜，应用于元件分离膜、栅极 氧化膜、电容器等绝缘膜。在进行该氧化处理的方法中，从压力的观点来考虑，有在与大气 压大致相同的氛围下的处理容器内进行的常压氧化处理方法和在真空 氛围下的处理容器内进行的减压氧化处理方法。另外，从用于氧化的气体种类的观点来考虑，有如下湿氧化处理方法例如用外部燃烧装 置使氢和氧燃烧，由此产生水蒸气，使用该水蒸气进行氧化(例如参照曰本特开平3-140453号公报(专利文献l))。另外，有如下干氧化 处理方法仅将臭氧或氧流入处理容器内等，不使用水蒸气进行氧化 (例如参照日本特开昭57-1232号公报(专利文献2))。这样，氧化的方法有使用氧气的干氧化和使用水蒸气的湿氧化。 通常，利用湿氧化成膜的氧化膜与利用干氧化成膜的氧化膜相比，膜 质良好。即，作为绝缘膜，当考虑耐压性、耐腐蚀性、可靠性等膜质 特性时，湿氧化膜一方优异。另外，形成的氧化膜(绝缘膜)的成膜速度以及晶片面内的均匀性也是重要的因素。从该观点来考虑， 一般来讲，利用常压的湿氧化形成的膜，其氧化速度大，但膜厚的面內均匀性差。另一方面，利用减压的湿氧化形成的膜，相反其氧化速度小，但膜厚的面內均匀性优异。在半导体器件或者半导体集成电路的设计规律不是很严格时，适当考虑应用氧化膜的用途以及工艺条件、装置成本等，使用如上所述 的各种氧化方法。但是，近年来半导体器件的线幅(线宽)和膜厚进 一步变小，设计规律变得严格。与此同时，关于氧化膜的膜质的特性 和膜厚的面内均匀性等，要求更高的结构。因此，在现有的氧化方法 中，存在不能充分地对应于该要求这样的问题。在日本特开平4-18727号公报(专利文献3)中，公开有使用晶片 氧化处理方法的一例的氧化装置。在该装置中，在立式的石英反应管 內的下端分别导入氢气(H2)和氧气(02)，利用在石英间隙內配置有 其的燃烧部使上述气体燃烧而产生水蒸气。沿晶片的排列方向使该水 蒸气上升，同时进行氧化。该情况下，由于在上述燃烧部使氢气燃烧， 因此，在其附近的处理容器的下端水蒸气丰富。另外，随着水蒸气上 升，其被消耗，在处理容器的上端相反有水蒸气不足的倾向。因此， 有时产生在晶片面上形成的氧化膜的厚度，因晶舟上的晶片的支撑位 置而存在较大不同，并且该氧化膜的厚度的面间均匀性劣化。在上述日本特开昭57-1232号公报(专利文献2)的装置中，使用 并列设置有多个半导体晶片的横型(卧式)的分批式反应管。从该反 应管的一端侧导入氧气，或者同时导入氧气和氢气，在减压氛围气化 中形成氧化膜。但是，对于该装置的情况而言，使用氢燃烧氧化法在 比较高的压力氛围下进行成膜，所以，水蒸气成分成为反应的主体。 因此，如上所述，有可能在处理容器內的气体流的上游侧和下游侧之 间水蒸气的浓度差变得过大，并且氧化膜的厚度的面间均匀性劣化。在美国专利第6037273号说明书(专利文献4)中，公开有其他氧 化装置。在该氧化装置中，向利用灯加热的单片式的处理腔室内供给 氧气和氢气。在设置于处理腔室内的半导体晶片表面的附近使这两种 气体反应从而生成水蒸气，利用该水蒸气使晶片表面的硅氧化而形成 氧化膜。但是，在该装置的情况中，从距离晶片20 30mm左右的气体入 口将氧气和氢气导入到处理腔室內，在半导体晶片表面的附近使这些 氧气和氢气反应而产生水蒸气。而且，处理压力也在较高的区域进行， 因此，有可能使膜厚的面內均匀性劣化。在日本特开2002-176052号公报(专利文献5)中，公开有其他氧 化方法。在该方法中，在每个处理容器中同吋供给02等氧化性气体和 H2等还原性气体，在真空氛围下使其反应而形成以氧活性种和羟基活 性种为主体的氛围，在该氛围中将硅晶片等进行氧化。在日本特开2000-183055号公报(专利文献6)中，公开有作为氧 化膜以外的绝缘膜的膜质特性良好的氮氧化膜(SiON膜)的形成方法。 在该方法中，例如相对于如上述那样形成的Si02，使用氨(ammonia)、 一氧化氮(NO)、 一氧化二氮(N20)等而施行氮化处理，由此形成 SiON膜。在该氮化处理后，为了除去过剩的N成分，利用氧气等进行 再氧化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种半导体处理用的热处理方法以及装 置，能够形成具有良好的电特性的氧化膜或者氮氧化膜。本专利技术的第一方面提供一种用于在半导体处理中形成氧化膜的热处理方法，其具有如下工序在处理容器的处理区域内以隔开间隔层 叠的状态下收纳多个被处理基板的工序，其中，上述被处理基板在表 面具有处理对象层；向上述处理区域供给氧化性气体和还原性气体，同时对上述处理区域进行加热，由此使上述氧化性气体和上述还原性 气体反应而产生氧活性种和羟基活性种，使用上述氧活性种和上述羟基活性种对上述被处理基板上的上述处理对象层进行氧化的工序；和 在由臭氧或者氧化性活性种构成的退火气体的氛围中对上述氧化后的 上述处理对象层进行加热，由此对上述处理对象层进行退火的工序。本专利技术第二方面提供一种在半导体处理中用于形成氮氧化膜的热 处理方法，其具有如下工序在处理容器的处理区域內以隔开间隔层 叠的状态下收纳多个被处理基板的工序，其中，上述被处理基板在表 面具有处理对象层；向上述处理区域供给氧化性气体和还原性气体，同时对上述处理区域进行加热，由此使上述氧化性气体和上述还原性 气体反应而产生氧活性种和羟基活性种，使用上述氧活性种和上述羟 基活性种对上述被处理基板上的上述处理对象层进行氧化的工序；在 氮化气体的氛围中对上述氧化后的上述处理对象层进行加热，由此对 上述处理对象层进行氮化的工序；和在由臭氧或者氧化性活性种构成的退火气体的氛围中对上述氮化后的上述处理对象层进行加热，由此 对上述处理对象层进行退火的工序。本专利技术第三方面提供一种半导体处理用的热处理装置，其包括 具有在隔开间隔层叠的状态下收纳有多个被处理基板的处理区域的处 理容器；配置在上述处理容器周围的、对上述处理区域进行加热的加 热器；对上述处理区域进行排气的排气系统；对上述处理区域供给氧 化性气体的氧化性气体供给系统；对上述处理区域供给还原性气体的 还原性气体供给系统；以及对上述处理区域供给由臭氧或者氧化性活 性种构成的退火气体的退火气体供给系统。本专利技术第四方面提供一种用计算机能够读取的介质，其包含用于 在处理器上执行的程序指令，其中，上述程序指令在通过处理器执行 时，控制半导体处理用的热处理装置而执行热处理方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在半导体处理中形成氧化膜的热处理方法，其特征在于，包括：在处理容器的处理区域内以隔开间隔层叠的状态收纳多个被处理基板的工序，其中，所述被处理基板在表面具有处理对象层；向所述处理区域供给氧化性气体和还原性气体，同时对所 述处理区域进行加热，由此使所述氧化性气体和所述还原性气体反应而产生氧活性种和羟基活性种，使用所述氧活性种和所述羟基活性种对所述被处理基板上的所述处理对象层进行氧化的工序；和在由臭氧或者氧化性活性种构成的退火气体的氛围中对所述氧化后的 所述处理对象层进行加热，由此对所述处理对象层进行退火的工序。

【技术特征摘要】
JP 2007-2-14 2007-033983;JP 2007-12-5 2007-3152551.一种用于在半导体处理中形成氧化膜的热处理方法，其特征在于，包括在处理容器的处理区域内以隔开间隔层叠的状态收纳多个被处理基板的工序，其中，所述被处理基板在表面具有处理对象层；向所述处理区域供给氧化性气体和还原性气体，同时对所述处理区域进行加热，由此使所述氧化性气体和所述还原性气体反应而产生氧活性种和羟基活性种，使用所述氧活性种和所述羟基活性种对所述被处理基板上的所述处理对象层进行氧化的工序；和在由臭氧或者氧化性活性种构成的退火气体的氛围中对所述氧化后的所述处理对象层进行加热，由此对所述处理对象层进行退火的工序。2. 如权利要求l所述的热处理方法，其特征在于 所述退火通过向所述处理区域供给所述退火气体，同时对所述处理区域进行加热，在所述处理区域内进行。3. 如权利要求l所述的热处理方法，其特征在于 所述退火气体是臭氧。4. 如权利要求3所述的热处理方法，其特征在于所述退火使用500 120(TC的处理温度和0.1Torr(13.3Pa) 76Torr (10130Pa)的处理压力。5. 如权利要求1所述的热处理方法 所述氧化性气体包含选自02、 N20上的气体，所述还原性气体包含选自H2 种以上的气体。6. 如权利要求5所述的热处理方法，其特征在于 所述氧化使用500 120(TC的处理温度和0.02Torr (2.7Pa) 3.0，其特征在于、NO、 N02禾卩03中的1种以 、NH3、 CH4、 HC1和氖中的1Toit (400Pa)的处理压力。7. 如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述处理对象层具有硅。8. —种用于在半导体处理中形成氮氧化膜的热处理方法，其特征在于，包括在处理容器的处理区域内以隔开间隔层叠的状态收纳多个被处理 基板的工序，其中，所述被处理基板在表面具有处理对象层；向所述处理区域供给氧化性气体和还原性气体，同时对所述处理 区域进行加热，由此使所述氧化性气体和所述还原性气体反应而产生 氧活性种和羟基活性种，使用所述氧活性种和所述羟基活性种对所述 被处理基板上的所述处理对象层进行氧化的工序；在氮化气体的氛围中对所述氧化后的所述处理对象层进行加热， 由此对所述处理对象层进行氮化的工序；和在由臭氧或者氧化性活性种构成的退火气体的氛围中对所述氮化 后的所述处理对象层进行加热，由此对所述处理对象层进行退火的工9. 如权利要求8所述的热处理方法，其特征在于 所述氮化通过向所述处理区域供给所述氮化气体，同时对所述处理区域进行加热，在所述处理区域內进行，所述退火通过对所述处理区域供给所述退火气体，同时对所述处 理区域进行加热，在所述处理区域內进行。10. 如权利要求8所述的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴田哲弥，梅泽好太，池内俊之，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]