| 主权项 |
1.一种绝缘膜的氮化方法,包含: 藉由高频电浆形成氮自由基的制程;以及 将该氮自由基供应到含氧绝缘膜表面,以氮化该绝 缘膜表面的制程。 2.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其中 该绝缘膜系氧化膜。 3.依申请专利范围第2项之绝缘膜的氮化方法,其中 该氧化膜具有0.4nm以下的膜厚。 4.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其中 该绝缘膜系氧氮化膜。 5.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其中 该氮自由基系于沿着该绝缘膜之表面流过而形成 的气体流中载送而供应之。 6.依申请专利范围第5项之绝缘膜的氮化方法,其中 该气体流系从该绝缘膜所形成的待处理基板的第 一侧、流向直径方向上相对的第二侧。 7.依申请专利范围第6项之绝缘膜的氮化方法,其中 于该待处理基板的该第二侧对该气体流进行排气 。 8.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其中 该形成氮自由基的制程包含: 藉由高频电浆激发氮气的制程;与 将随着氮气的激发而产生的氮离子,藉由扩散板或 离子过滤器予以除去的制程。 9.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其中 该高频电浆系藉由以约400kHz之频率激发氮气所形 成。 10.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其 中氮化该绝缘膜表面的制程系于0.67Pa~1.33kPa之范 围的压力下进行。 11.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,包 含: 冲洗制程,在将氮自由基供应到该绝缘膜表面的制 程之前,先将保持该绝缘膜之制程空间,冲洗至比 该绝缘膜表面之氮化制程中所使用者更低的压力 。 12.依申请专利范围第11项之绝缘膜的氮化方法,其 中该冲洗制程系将该制程空间排气到1.3310-1~1.331 0-4Pa的压力为止。 13.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其 中该绝缘膜具有约0.4 nm之膜厚。 14.依申请专利范围第1项之绝缘膜的氮化方法,其 中该绝缘膜系藉由将矽基板表面以紫外光激发氧 自由基处理所形成的氧化膜。 15.一种半导体装置的制造方法,包含: 于矽基板表面上形成绝缘膜的制程; 藉由高频电浆形成氮自由基的制程; 将该氮自由基供应到该绝缘膜表面上,以氮化该绝 缘膜表面的制程;与 于该表面已氮化处理之绝缘膜上形成高介电质膜 的制程。 16.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该绝缘膜系氧化膜。 17.依申请专利范围第16项之半导体装置的制造方 法,其中该氧化膜具有0.4nm以下的膜厚。 18.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该绝缘膜系氧氮化膜。 19.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该氮自由基系于沿着该绝缘膜之表面流过 而形成的气体流中载送而供应之。 20.依申请专利范围第19项之半导体装置的制造方 法,其中该气体流系从该绝缘膜所形成的待处理基 板的第一侧、流向直径方向上相对的第二侧。 21.依申请专利范围第20项之半导体装置的制造方 法,其中于该待处理基板的该第二侧对该气体流进 行排气。 22.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该形成氮自由基的制程包含: 藉由高频电浆激发氮气的制程;与 将随着氮气的激发而产生的氮离子,藉由扩散板或 离子过滤器予以除去的制程。 23.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该高频电浆系藉由以约400kHz之频率激发氮 气所形成。 24.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中氮化该绝缘膜表面的制程系于0.67Pa~1.33kPa 之范围的压力下进行。 25.依申请专利范围第15之半导体装置的制造方法, 包含: 冲洗制程,在将氮自由基供应到该绝缘膜表面的制 程之前,先将保持该绝缘膜之制程空间,冲洗至比 该绝缘膜表面之氮化制程中所使用者更低的压力 。 26.依申请专利范围第25项之半导体装置的制造方 法,其中该冲洗制程系将该制程空间排气到1.3310-1 ~1.3310-1Pa的压力为止。 27.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该绝缘膜具有约0.4nm的膜厚。 28.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中形成该绝缘膜的制程包含: 以紫外光激发氧自由基处理矽基板表面。 29.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该绝缘膜的形成制程与该绝缘膜的氮化制 程,系于同一处理装置内连续地进行,半途中并未 将该矽基板露出至大气中。 30.依申请专利范围第15项之半导体装置的制造方 法,其中该绝缘膜的形成制程与该绝缘膜的氮化制 程,系于同一处理装置内连续地进行,半途中并未 将该矽基板露出至大气中,且在该绝缘膜的形成制 程与该绝缘膜的氮化制程之间,保持该绝缘膜之制 程空间的冲洗制程进行0~4次。 31.一种基板处理装置,包含: 氮自由基形成部,藉由高频电浆形成氮自由基;与 处理容室,用以保持形成有绝缘膜的待处理基板, 其中 该处理容室系从该氮自由基形成部供应该氮自由 基,并藉由将该氮自由基供应至该绝缘膜表面而将 该绝缘膜表面氮化。 32.依申请专利范围第31项之基板处理装置,其中该 处理容室系于侧面上具有该氮自由基形成部,而以 沿着该绝缘膜之表面流过的方式形成气体流,且该 氮自由基系于沿着该绝缘膜之表面流过而形成的 气体流中载送而供应到该绝缘膜之表面。 33.依申请专利范围第32项之基板处理装置,其中该 气体流系于该处理容室内、从该绝缘膜所形成的 待处理基板的第一侧、流向直径方向上相对的第 二侧。 34.依申请专利范围第33项之基板处理装置,其中该 处理容室系于待处理基板的该第二侧进行排气。 35.依申请专利范围第31项之基板处理装置,其中该 自由基形成部包含: 气体通路; 高频电浆形成部,其系形成在该气体通路的一部分 上,用以对通过该气体通路的氮气进行电浆激发。 36.依申请专利范围第35项之基板处理装置,其中该 高频电浆形成部系以400~500kHz的频率对氮气进行电 浆激发。 37.依申请专利范围第31项之基板处理装置,其中该 处理容室结合一排气系统,其可以将该处理容室内 部减压至比该绝缘膜表面之氮化制程中所使用者 更低的压力。 38.一种基板处理装置,包含: 处理容室,其定义出处理空间,并具有一保持台,用 以将待处理基板保持于该处理空间中; 第一自由基源,设置于该处理容室上,其面对该保 持台的第一端部侧; 第二自由基源,设置于该处理容室上,其面对该保 持台的该第一端部侧; 第一排气路径,设置于该处理容室上,其面对与该 保持台之该第一端部对向之第二端部侧,并将该处 理空间排气至第一处理压力;以及 第二排气路径,位于该处理容室上、相对于该保持 台之该第二端部的一侧,并将该处理空间排气至第 二处理压力。 39.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中: 该第一排气路径,在驱动该第一自由基源的情况下 驱动之;且 该第二排气路径,在驱动该第二自由基源的情况下 驱动之。 49.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中: 该第一自由基源包含紫外光源,用以激发供应至该 处理容室中的氧气;且 该第二自由基源包含遥隔电浆源,用以供应氮气并 激发之。 41.依申请专利范围第40项之基板处理装置,其中: 该第一自由基源包含喷嘴,其令氧气沿着该保持台 上的待处理基板的表面流动;且 该紫外光源系设置在该喷嘴与待处理基板之间的 位置,并经由光学窗部将从该喷嘴放出的氧气活化 。 42.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中该 第一排气路径包含涡轮分子泵。 43.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中该 第二排气路径包含机械式升压泵。 44.依申请专利范围第42项之基板处理装置,其中该 涡轮分子泵系藉由机械式升压泵进行升压。 45.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中该 处理容室系于该第二端部具有基板移入、移出口 。 46.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中该 第一排气路径与该第二排气路径之任一者皆是经 由形成于该处理容室中、该第一端部附近之排气 口而将该处理空间排气。 47.依申请专利范围第42项之基板处理装置,其中该 第一排气路径包含涡轮分子泵,其经由该排气口结 合至该处理空间。 48.依申请专利范围第38项之基板处理装置,其中该 保持台系转动自如地设置,且更设置有用以转动该 保持台的转动机构。 49.一种基板处理装置,包含: 处理容室,其定义出处理空间,并具有一保持台,用 以将待处理基板保持于该处理空间中; 第一自由基源,设置于该处理容室上; 第二自由基源,设置于该处理容室上; 第一排气路径,设置于该处理容室上,且将该处理 空间排气至第一处理压力;与 第二排气路径,设置于该处理容室上,且将该处理 空间排气至第二处理压力,其中 该第一排气路径设置如下:于面对该第一自由基源 而将该保持台上的待处理基板夹于其间的相反侧 上,将该处理空间排气,且 该第二排气路设置如下:于面对该第二自由基源而 将该保持台上的待处理基板夹于其间的相反侧上, 将该处理空间排气。 50.一种组合型基板处理装置,系由基板搬送室及与 该基板搬送室相结合的复数处理室所构成,其中该 复数处理室之其一包含: 处理容室,其于第一端部具有与该基板搬送室相结 合的基板移入、移出口、于相对的第二端部具有 第一自由基源、并于内部定义出制程空间; 基板保持台,转动自如地设置于该制程空间中、于 该第一端部与第二端部之间,用以保持待处理基板 ; 第一处理气体导入部,设置于该制程空间中、于该 第一端部与该基板保持台之间,将第一处理气体导 入该制程空间中; 第二处理气体导入部,将第二处理气体导入该第一 自由基源中; 第二自由基源,设置于该处理容室上、于该第一处 理气体导入部与该基板保持台之间,用以活化该第 一处理气体; 第一排气口,设置于该制程空间中、于比该基板保 持台更接近该第一端部的部分; 第二排气口,设置于该制程空间中、于比该基板保 持台更接近该第二端部的部分; 第一泵,与该第一排气口结合,用以将该制程空间 排气至第一处理压力;与 第二泵,与该第二排气口结合,用以将该制程空间 排气至较低的第二处理压力,其中 该第二泵系配设于该处理容室的第二端部附近。 51.一种半导体装置,包含: 矽基板;与 形成于该矽基板上之2~4原子层之厚度的绝缘膜。 52.依申请专利范围第51项之半导体装置,其中该绝 缘膜系于2~4原子层之范围内具有均匀的膜厚。 53.依申请专利范围第51项之半导体装置,其中该绝 缘膜系由氧化矽膜所构成。 54.依申请专利范围第51项之半导体装置,其中该绝 缘膜系由氧氮化矽膜所构成。 55.依申请专利范围第51项之半导体装置,更包含: 形成于该绝缘膜上之高介电质膜;与 形成于该高介电质膜上的闸极电极。 56.一种半导体装置,包含: 矽基板;与 形成于该矽基板上之绝缘膜,其中 该绝缘膜系将形成于矽基板上之1~4原子层之厚度 的氧化膜氮化所形成。 57.一种基板处理方法,包含: 于矽基板表面上、利用使用具有133~13310-4mPa之范 围之分压的氧自由基的氧化处理、形成氧化膜的 制程。 58.依申请专利范围第57项之基板处理方法,其中该 氧化处理制程的持续时间为约5分钟以下。 59.依申请专利范围第57项之基板处理方法,其中该 氧化处理制程系于紫外光激发氧自由基的存在下 、将波长为172nm之紫外光的功率设定为于紫外光 源正下方的区域系5~50mW/cm2的范围中、氧分压设定 为133mPa~133Pa的范围之下进行。 60.一种半导体装置的制造方法,包含: 于矽基板表面上形成基底氧化膜的制程; 于该基底氧化膜上形成高介电质膜的制程;与 于该高介电质膜上形成闸极电极层的制程,其中 形成该基底氧化膜的制程包含藉由使用分压为133~ 13310-4mPa范围内之浓度的氧自由基进行氧化处理 而于该矽基板表面上形成氧化膜的制程。 61.依申请专利范围第60项之半导体装置的制造方 法,其中该氧化处理制程的持续时间为约5分钟以 下。 62.依申请专利范围第60项之半导体装置的制造方 法,其中该氧化处理制程系于紫外光激发氧自由基 的存在下、将波长为172nm之紫外光的功率设定为 于紫外光源正下方的区域系5~50mW/cm2的范围中、氧 分压设定为133mPa~133Pa的范围之下进行。 63.一种基板处理方法,包含: 于矽基板表面上供应NO气体的制程;与 藉由紫外光激发该NO气体、于该矽基板表面上形 成氧氮化膜的制程。 64.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中该 紫外光具有约172nm的波长。 65.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中该 紫外光系由封入有氙的介电质阻隔放电管所形成 者。 66.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中该 氧氮化膜系形成为约0.5nm的厚度。 67.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中形 成该氧氮化膜的制程系于约450℃的基板温度下进 行。 68.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中形 成该氧氮化膜的制程系200秒以下。 69.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中形 成该氧氮化膜的制程系于1.33~1.33103Pa之范围的处 理压力下进行。 70.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中供 应该NO气体的制程系于该矽基板开始升温之前即 开始。 71.依申请专利范围第63项之基板处理方法,其中在 形成该氧氮化膜的制程之前,进行除去该矽基板表 面之自然氧化膜的制程。 72.一种半导体装置的制造方法,包含: 于矽基板表面上供应NO气体,藉由以紫外光激发该 NO气体,而于该矽基板表面上形成氧氮化膜的制程; 于该氧氮化膜上形成高介电质膜的制程;与 于该高介电质膜上形成闸极电极的制程。 73.依申请专利范围第72项之半导体装置的制造方 法,其中该紫外光具有172nm的波长。 图式简单说明: 图1系显示具有高介电质闸极绝缘膜之半导体装置 之装置构造的图; 图2系显示习知之UV-O2自由基基板处理装置之构造 的图; 图3系说明依照本发明第一实施例之基板处理装置 之构成的图; 图4A、4B系分别显示使用图3之基板处理装置所进 行之基板的氧化处理的侧面图与平面图; 图5系显示使用图3之基板处理装置所进行之基板 的氧化处理制程的图; 图6系显示本发明中所使用之藉由XPS之膜厚测定方 法的图; 图7系显示本发明中所使用之藉由XPS之膜厚测定方 法的另一图; 图8系显示藉由图3之基板处理装置形成氧化膜时 所观测到之氧化膜厚成长的停滞现象的概略图; 图9A、9B系显示矽基板表面中之氧化膜形成过程的 图; 图10系显示本发明之第一实施例中所得到之氧化 膜的漏电流特性的图; 图11A、11B系说明图10之漏电流特性之原因的图; 图12A~12C系显示于图3之基板处理装置中所产生之 氧化膜形成制程的图; 图13系显示于图3之基板处理装置中所使用之遥隔 电浆源的构造图; 图14A~14C系分别为比较RF遥隔电浆与微波电浆之特 性的图、与标准遥隔电浆源与微波电浆源之构造 的图; 图15系显示比较RF遥隔电浆与微波电浆之特性的另 一图; 图16A、16B系分别显示使用图3之基板处理装置所进 行之氧化膜氮化处理的侧面图与平面图; 图17A、17B系显示以RF遥隔电浆所氮化之氧化膜中 的氮浓度与膜厚的关系、与以微波电浆进行氮化 的情况作比较的图; 图18系显示于本发明中所使用之XPS的示意图; 图19系显示依照氧化膜之遥隔电浆的氮化时间与 膜中氮浓度的关系的图; 图20系显示氧化膜的氮化时间与氮之膜内分布的 关系的图; 图21系显示氧化膜藉由氮化处理所形成之氧氮化 膜的每晶圆的膜厚变化的图; 图22系显示依照本发明第一实施例之氧化膜的氮 化处理所伴随的膜厚增加的图; 图23A、23B系显示于图3之基板处理装置中所实现之 氮化处理的表面内均一性的图; 图24系显示UV-O2氧化膜或UV-NO氧氮化膜的RF氮化处 理所伴随之膜厚增加与膜中氮浓度的关系的图; 图25系显示UV-O2氧化膜的RF氮化处理的流程图; 图26A~26C系显示于本发明之第一实施例中所得到之 氧氮化膜上形成高介电质膜时所伴随之Si2p轨道的 XPS频谱所显现之化学偏移的图; 图27系显示本发明之第一实施例中所得到之氧氮 化膜中所产生之膜厚增加,于高介电质膜形成的前 后进行比较的图; 图28A、28B系显示依照本发明之第二实施例的基板 处理方法的流程图; 图29A、29B系分别显示藉由图28A、28B的制程所形成 之氧氮化膜之膜厚与膜中氮浓度的图; 图30A、30B系显示依照本发明第二实施例的比较例 之基板处理方法的流程图; 图31A、31B系分别显示藉由图30A、30B的制程所形成 之氧氮化膜之膜厚与膜中氮浓度的图; 图32系显示依照本发明之第三实施例之基板处理 方法的流程图; 图33A、33B系显示藉由本发明第三实施例之基板处 理方法所形成之氧氮化膜之膜厚、与依照比较例 之氧氮化膜之膜厚的图; 图34系显示NO分子之各种激发状态下之电位曲线的 图; 图35系显示依照本发明之第四实施例之UV-NO氧化膜 的RF氮化处理的流程图; 图36系显示图35的制程中所得到之氧氮化膜中的氮 原子分布的图; 图37A、37B系显示氧氮化膜中之氮原子之分布状态 之例子的图; 图38系说明使用图3之基板处理装置构成组合型基 板处理系统之情况的问题点的图; 图39A、39B系依照显示本发明之第五实施例之组合 型基板处理系统的构造的图; 图40A、40B系显示藉由图39之基板处理系统之基板 的氧化处理的图; 图41A、41B系显示藉由图39之基板处理系统之基板 的氮化处理的图; 图42系显示依照本发明之第六实施例之半导体装 置的构造的图; 图43系显示依照本发明之第六实施例之基板处理 方法的流程图; 图44系说明本发明之第六实施例中所使用之初期 氧化膜之膜厚分布的图; 图45A~45C系说明藉由本发明之第六实施例所形成之 氧氮化膜之膜厚分布的图; 图46A~46D系说明依照本发明之第六实施例之氧氮化 膜形成制程的动力学的图; 图47A~47D系说明依照本发明之第六实施例之氧氮化 膜形成制程的动力学的另一图; 图48A、48B系显示依照本发明之第六实施例之氧氮 化膜形成中、氧化膜的氮掺杂机制的图; 图49A、49B系显示依照本发明之第六实施例所形成 的氧氮化膜中的氮原子的分布、与氧原子及Si原 子的分布一同显示的图; 图50A、50B系显示依照本发明之第六实施例所形成 之氧氮化膜中的氮原子的分布、与氧原子及Si原 子的分布一同显示的另一图; 图51系显示本发明之第七实施例中所使用之基板 处理装置的构造的图; 图52A~52C系显示使用图51之基板处理装置所形成之 氧化膜之膜厚分布的图; 图53系显示使用图51之基板处理装置所形成之氧化 膜中、处理时间与膜厚的关系的图; 图54A~54E系显示使用图51之基板处理装置所形成之 氧化膜的膜厚分布的另一图; 图55A~55E系显示使用图51之基板处理装置所形成之 氧化膜之膜厚分布的再另一图; 图56A、56B系依照比较对照例之氧化膜之膜厚分布 的图; 图57系显示图51之基板处理装置的最佳扫瞄范围决 定程序的流程图; 图58系显示图51之基板处理装置的最佳光源驱动能 量决定程序的流程图; 图59系显示依照本发明之第八实施例之半导体装 置的构造的图; 图60系显示本发明之第八实施例中所使用之组合 型基板处理系统的构造的图; 图61系用以确定本发明之第八实施例中所使用之 制程条件的图; 图62A、62B系显示本发明之第九实施例中、于矽基 板表面所形成之氧化膜以UV-NO氮化处理之情况之 膜厚分布的图; 图63A、63B系显示本发明之第九实施例中、于矽基 板表面藉由UV-NO氮化处理直接形成氧氮化膜的情 况之膜厚分布的图; 图64A、64B系显示依照本发明之第九实施例之藉由 UV-NO氮化处理于矽基板表面上形成氧氮化膜之动 力学的图; 图65A、65B系显示依照本发明之第九实施例之藉由 UV-NO氮化处理于矽基板表面上形成氧氮化膜之动 力学的另一图; 图66A、66B系显示依照本发明之第九实施例之藉由 UV-NO氮化处理于矽基板表面上形成氧氮化膜之动 力学的再另一图; 图67系显示紫外光源之例子的图; 图68A、68B系显示本依照本发明之第十实施例之藉 由基板处理制程所得到之氧氮化膜的膜厚分布的 图; 图69A、69B系显示依照本发明之第十一实施例之NO 气体导入程序的图; 图70A、70B系显示使用图69A、69B之NO气体导入程序 所形成之氧氮化膜之膜厚与膜中氮浓度的图; 图71A~71E系说明依照本发明之第十二实施例之半导 体装置的制程的图; 图72系显示本发明之第一实施例中之较佳RF-N2处理 条件的图; 图73系显示本发明之第六实施例中之制程条件与 膜厚分布之关系的图; 图74A、74B系分别显示氧化矽膜的XPS频谱、与于XPS 频谱中所显现之化学偏移与膜厚之关系的图; 图75系显示将藉由UV-NO处理而形成在直径为200mm之 晶圆上之氧氮化膜之膜厚分布改良后、以椭圆计 法所测定之结果的图。 |
