(57)【要約】【課題】効率の良い高誘電率膜の処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】    ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理、有機ＣＶＤ処理あるいはＭＯ−ＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理などの高誘電率膜に所定の処理を施す処理装置であって、マイナスイオンを用いて、高誘電率膜の不純物と酸化反応させる。すなわち、膜中に残った炭素などの有機物と反応し、除去することを特徴とする。マイナスイオンは、酸化物高誘電率膜中の酸素欠陥に、効率良く選択的（優先的）に結合するため、酸化するイオンの量を制御することで、酸化がさらに抑制される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高誘電率膜に所定の処理を施す処理装置であって、マイナスイオンを用いて、前記高誘電率膜の不純物と酸化反応させることを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記マイナスイオンは、酸化物イオンあるいは酸素原子１価のマイナスイオンであり、前記高誘電率膜の不純物は有機物であって、前記酸化反応によって、前記高誘電率膜内から除去されることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記高誘電率膜は、五酸化タンタルあるいはチタン酸バリウムストロンチウムのいずれかを主成分にしていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項４】
前記高誘電率膜は、さらに、酸化イットリウム、酸化ランタン、ランタノイド元素の酸化物、あるいは、これらを含む酸化物高誘電率材料を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項５】
前記高誘電率膜は、さらに、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、あるいは、これらを含むシリコン材料または酸化物高誘電率材料を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
【請求項６】
前記高誘電率膜は、チタン酸ジルコン酸鉛、あるいは、ランタン含有チタン酸ジルコン酸鉛のいずれかを主成分にしていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項７】
前記高誘電率膜は、チタン酸ビスマス、あるいは、ランタン含有チタン酸ビスマスのいずれかを主成分にしていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項８】
前記高誘電率膜は、タンタル酸ストロンチウムビスマスまたはタンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、あるいは、これらを含む酸化物高誘電率材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項９】
前記処理装置は、前記マイナスイオンを発生させるイオン発生手段と、
前記イオン発生手段が発生させたマイナスイオンを、前記高誘電率膜上に供給するイオン供給手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項１０】
前記イオン発生手段は、前記マイナスイオンを含有するマイナスイオンソースを加熱するソース加熱手段と、
前記ソース加熱手段によって加熱された前記マイナスイオンソースに電界を印加することにより、該マイナスイオンソースに含有されているマイナスイオンを取り出す電界印加手段と、を有することを特徴とする請求項９に記載の処理装置。
【請求項１１】
ＣＶＤあるいはＭＯ−ＣＶＤによって成膜された高誘電率膜に酸素マイナスイオン処理を施す処理方法であって、
前記高誘電率膜に供給するマイナスイオンを発生させるイオン発生工程と、
前記高誘電率膜にマイナスイオンを供給するイオン供給工程と、
前記マイナスイオンと、前記高誘電率膜に付着している有機物とを、酸化反応させる反応工程と、
前記反応して生成された気体を排気する排気工程と、を有することを特徴とする高誘電率膜の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはＭＯ−ＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜された高誘電率膜の処理装置および処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素除去を目的とした高誘電率膜の加熱処理および酸化雰囲気を実行するためには、およそ８００℃の高温が必要になっていた。このような高温処理は、目的とする炭素の除去のみならず、高誘電率膜の結晶を必要以上に成長させたり、拡散層の不純物を不要に拡散させ、トランジスタ特性やキャパシタの特性を悪化させる原因になっていた。
【０００３】
そのため、非晶質金属酸化物誘電体を、多結晶金属酸化物誘電体へ変化させて、その中の酸素空位を充填させ、過剰炭素を除去する方法や（たとえば、特許文献１参照）、低温で高品質・高誘電率の誘電膜を形成する方法（たとえば、特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特公表２００２−５２７９０４号公報
【特許文献２】特公表２００２−５１７９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、酸素プラズマやオゾンを用いて、温度を下げているが、未だ十分な低温を実現していない。また、特許文献２に記載の方法では、活性酸素原子を用いて処理温度を下げているが、基板の搬送中に再結合して濃度が下がり、処理時間がかかることがあった。
【０００５】
さらに、高温の熱酸化処理や活性酸化原子が、膜中に深く入り込むことで、処理したい高誘電率膜の下層を、酸化してしまうこともあった。そのため、高誘電率膜の下層を反応しにくくするため、窒化処理する必要が生じた。これにより、工程を複雑にし、半導体装置の製造コストの上昇に繋がる。
【０００６】
本願発明はこのような不都合を解消するために発明されたもので、効率の良い高誘電率膜の処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願における高誘電率膜の処理に関する第一の解決手段として代表的な発明は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはＭＯ−ＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜された高誘電率膜に所定の処理を施す処理装置であって、マイナスイオンを用いて、高誘電率膜の不純物と酸化反応させることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、マイナスイオンは、酸化物イオンあるいは酸素原子１価のマイナスイオンラジカルの少なくとも一方を含むものとする。高誘電率膜の不純物は有機物であってもよい。
【０００９】
前記高誘電率膜は、五酸化タンタルあるいはチタン酸バリウムストロンチウムのいずれかを主成分にしていてもよい。
【００１０】
前記高誘電率膜は、さらに、酸化イットリウム、酸化ランタン、ランタノイド元素の酸化物、あるいは、これらを含む酸化物高誘電率材料を含んでいてもよい。
【００１１】
前記高誘電率膜は、さらに、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、あるいは、これらを含むシリコン材料または酸化物高誘電率材料を含んでいてもよい。
【００１２】
前記高誘電率膜は、チタン酸ジルコン酸鉛、あるいは、ランタン含有チタン酸ジルコン酸鉛のいずれかを主成分にしていてもよい。
【００１３】
前記高誘電率膜は、チタン酸ビスマス、あるいは、ランタン含有チタン酸ビスマスのいずれかを主成分にしていてもよい。
【００１４】
前記高誘電率膜は、タンタル酸ストロンチウムビスマスまたはタンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、あるいは、これらを含む酸化物高誘電率材料を含んでいてもよい。
【００１５】
前記処理装置は、マイナスイオンを発生させるイオン発生手段と、イオン発生手段が発生させたマイナスイオンを、高誘電率膜上に供給するイオン供給手段と、を有するように構成してもよい。
【００１６】
前記イオン発生手段は、マイナスイオンを含有するマイナスイオンソースを加熱するソース加熱手段と、ソース加熱手段によって加熱されたマイナスイオンソースに電界を印加することにより、該マイナスイオンソースに含有されているマイナスイオンを取り出す電界印加手段と、をさらに有してもよい。
【００１７】
また、本願における高誘電率膜の処理に関する第二の解決手段として代表的な発明は、ＣＶＤあるいはＭＯ−ＣＶＤによって成膜された高誘電率膜に酸素マイナスイオン処理を施す処理方法であって、高誘電率膜に供給するマイナスイオンを発生させるイオン発生工程と、高誘電率膜にマイナスイオンを供給するイオン供給工程と、マイナスイオンと、高誘電率膜に付着している有機物とを酸化反応させる反応工程と、反応して生成された気体を排気する排気工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の処理装置および処理方法によれば、ＣＶＤあるいはＭＯ−ＣＶＤによって成膜された高誘電率膜の高い歩留まりを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係る高誘電率膜の処理装置および処理方法について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係るマルチチャンバ型半導体製造装置を示す図である。半導体処理・製造装置１は、半導体ウェハを搬入し加熱、成膜、酸化反応などの一連の処理を行うことができる枚葉式のマルチチャンバ型を採用している。
【００２０】
半導体処理・製造装置１は、特に制限されないが、本実施の形態では、ロードロック室２、搬送室３、処理室４、酸化反応室５、処理室６の５つのチャンバから構成されている。半導体処理・製造装置１は、半導体ウェハを、ロードロック室２から搬送室３を介して、処理室４、酸化反応室５、処理室６のそれぞれのチャンバに搬入し、目的に応じた処理が行われる。そして、処理が完了あるいは別の半導体製造装置へ移送される場合は、ロードロック室２から半導体ウェハを搬出する。
【００２１】
ロードロック室２は、半導体ウェハを半導体処理・製造装置１の外部から搬入し、処理が終了した時に、半導体ウェハを外部へ搬出するロードロック機構を有している。具体的には、半導体ウェハを搬入すると、ロードロック室２は、室内雰囲気を外部および搬送室３から隔離し、大気圧から真空状態に雰囲気を変化させる。そして、真空状態になったら、ロードロック室２は、半導体ウェハを搬送室３へ搬入する。
【００２２】
搬送室３は、ロボットアームなどを有する搬送チャンバである。搬送室３は、特に制限されないが、本図のように各チャンバの中心に配置しており、各チャンバ間の半導体ウェハの移動を行う。
【００２３】
処理室４は、半導体ウェハ上に高誘電率膜または電極となる導電性膜を成膜するチャンバである。処理室４は、有機金属ＣＶＤ成膜処理、金属アルコキシドなどの有機金属を膜の材料として含んだ液体材料を用いて塗布あるいは焼成する処理、プラズマクリーニング処理やスパッタ処理などの、様々な成膜装置やクリーニング装置で構成してもよく、製造する高誘電率膜の種類に応じて変更が可能である。
【００２４】
酸化反応室５は、高誘電率膜の酸化反応を促進させるチャンバである。なお、ここで、高誘電率膜には、五酸化タンタルあるいはチタン酸バリウムストロンチウムのいずれかを主成分にしている。
【００２５】
さらに、酸化イットリウム、酸化ランタン、ランタノイド元素の酸化物、あるいは、これらを含む酸化物高誘電率材料、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、あるいは、これらを含むシリコン材料または酸化物高誘電率材料を含んでいてもよい。
【００２６】
高誘電率膜は、上述の五酸化タンタルあるいはチタン酸バリウムストロンチウムの他に、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタン含有チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ビスマス、あるいは、ランタン含有チタン酸ビスマスのいずれかを主成分にしていてもよい。
【００２７】
さらに、高誘電率膜は、タンタル酸ストロンチウムビスマスまたはタンタル酸ニオブ酸ストロンチウムビスマス、あるいは、これらを含む酸化物高誘電率材料を含んでいてもよい。
【００２８】
なお、酸化反応室５は、本図では、処理室４あるいは処理室６と別個に配置しているが、反応室内に酸化反応機能を持たせるように形成してもよい。このように構成することによって、マイナスイオンの失活を防ぐことができる。
【００２９】
本実施の形態の酸化反応工程においては、マイナスイオンは、酸素マイナスイオンラジカルもしくは酸化物イオンのうち、少なくとも一方を利用している。これにより、炭素（Ｃ）を主成分にする有機物が、半導体ウェハに付着している場合などに高い除去効率を期待することができる。
【００３０】
酸素マイナスイオンラジカルは、膜中に残った炭素などの有機物と反応し、除去する。また、拡散層や下層のポリシリコンなどの電極などに影響を及ぼさない低温（たとえば、３００℃前後）で反応を行える。このマイナスイオンは、さらに、酸化物高誘電率膜中の酸素欠陥に、効率良く選択的（優先的）に結合するため、酸化するイオンの量を制御することで、下層の電極の酸化が、さらに抑制される。なお、酸化反応室５の構成例については、図２に詳述する。
【００３１】
処理室６は、半導体ウェハ上に、たとえば電極となる導電性膜を成膜するチャンバであり、処理室４と同様に、ＣＶＤ成膜処理やプラズマクリーニングやスパッタ処理などの様々な成膜装置やクリーニング装置で構成してもよい。製造する半導体の種類に応じて、処理室４と処理室６の組み合わせは、種々変更が可能である。
【００３２】
なお、本実施形態では、半導体処理・製造装置１をロードロック室２、搬送室３、処理室４、酸化反応室５、処理室６の５つのチャンバから構成したが、成膜する半導体の種類に応じて、種々変更が可能である。また、本実施の形態では、半導体ウェハの加熱用のチャンバを特に設けていないが、加熱用チャンバを別途設けてもよい。
【００３３】
さらに、成膜される対象は、必ずしも半導体ウェハに限られるものではなく、たとえば液晶表示装置用の基板であってもよい。特に、ソーダガラスなどの本質的に有機物などの不純物を多く含んだ基板において、本実施の形態の有機物除去工程によって、歩留まりの向上が期待できる。
【００３４】
図２は、図１に示す酸化反応室５の構成例を示す図である。本図においては、酸化反応室５は、処理室４あるいは６としても機能するように構成にしている。そのため、酸化反応室５は、さまざまな成膜処理を行うとともに、マイナスイオンを半導体ウェハＷに供給して、半導体ウェハＷ上に形成された高誘電率膜中に混入した、有機物の酸化反応を促す処理装置である。
【００３５】
酸化反応室５は、圧力・温度計２２、イオン源５０、接触電極５１、引き出し電極５２、ホットプレート５３、原料ガス注入口５６、排気口５７および高圧電源５８から構成される。
【００３６】
圧力・温度計２２は、酸化反応室５内の圧力を計測し、図示しない半導体処理・製造装置１の制御部へ計測データを出力する。イオン源５０は、酸化物イオンＯ2-のイオン源で、たとえば、マイエナイト（別名として、１２ＣａＯ・７Ａl2Ｏ3、Ｃａ12Ａｌ14Ｏ33、アルミン酸カルシウム）がある。なお、イオン源５０は、シリコン置換型マイエナイト（Ｃａ12Ａｌ10Ｓｉ4Ｏ35）や、マイエナイト型ストロンチウムアルミネート（１２ＳｒＯ・７Ａｌ2Ｏ3、Ｓｒ12Ａｌ14Ｏ33、アルミン酸ストロンチウム）およびこれらの固溶体であってもよい。
【００３７】
他の材料で、イオン源５０となり得るものとして、ジルコニア系として、ＹＳＺ（８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2、イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｓｃ2Ｏ3−１ｍｏｌ％Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2、スカンジア安定化ジルコニア）がある。
【００３８】
また、他の材料で、イオン源５０となり得るものとして、セリア系として、ＧＤＣ（２０ｍｏｌ％ＧｄＯ1.5−ＣｅＯ2、ガドリニウム含有セリア）や、ＳＤＣ（２０ｍｏｌ％ＳｍＯ1.5−ＣｅＯ2、サマリウム含有セリア）がある。
【００３９】
さらに、他の材料で、イオン源５０となり得るものとして、ペロブスカイト型（ＡＢＯ３）であってもよい。ここで、Ａはランタンもしくは希工類元素、Ｂは−３価の金属の複酸化物にドープしたものである。
【００４０】
接触電極５１は、イオン源５０と接触配置された電極で、上述のイオン源５０となり得る材料の全てが、接触電極５１として利用できるが、その中でも上述のペロプスカイト型（ＡＢＯ3）が、特に有効である。
【００４１】
引き出し電極５２は、接触電極５１に対向して配置され、ホットプレート５３は、高誘電率膜が形成された半導体ウェハＷを所定の温度にし、酸化反応を促進させる。なお、ホットプレート５３は、温度を３５０℃以下に保つために、チルプレートを用いる場合がある。
【００４２】
原料ガス注入口５６は、酸化反応室５にガスを供給するための注入口である。
排気口５７は、酸化反応室５からガスを排気する排気口である。
高圧電源５８は、接触電極５１へ電流を印加する電源である。
【００４３】
イオン源５０の温度は、２５０℃〜１，０００℃の範囲が、イオンの引き出しには適しており、好ましくは４００℃〜８００℃、より好ましくは７００℃〜８００℃がよい。
【００４４】
２５０℃以下では、イオン源５０の中のマイナスイオンが活性化せずに、取り出すのが困難となる。一方で、１，０００℃以上では、活性なマイナスイオンが異常発生し、イオン源５０が変性するおそれがある。また、取り付ける部分の耐熱性を維持するための、特殊なセラミックや金属が必要になるなどの制限が多くなる。
【００４５】
そのため、現実的には、イオン源５０として、たとえばＣ１２Ａ７を利用した場合に、４００℃で活性化し、８００℃以下で扱うのであれば、耐熱性のある一般的な金属が使用できる。温度の高い範囲が、マイナスイオンを多く引き出せるので、装置の使用環境に応じ、なるべく高い温度の環境を実現するようにする。
【００４６】
接触電極５１から、イオン源５０に印加する電流は、イオン源５０の面積あたりの電流値２μＡ／ｃｍ２程度が好ましいが、使用するイオン源５０の材料や、酸化反応室５内の圧力によって異なる。
【００４７】
たとえば、イオン源５０として、Ｃ１２Ａ７を利用した場合は、室温７００℃の温度条件および１Ｅ−２Ｐａの圧力で、２０００Ｖ／ｃｍの電界を印加するのがよい。イオン源５０の面積が、直径３００ｍｍの円板状で７００ｃｍ2とすると、室温７００℃の温度、１Ｅ−２Ｐａの圧力、２０００Ｖ／ｃｍの電界印加の諸条件で、およそ１．４ｍＡのイオン流が生成できる。イオン源５０の面積が大きくなれば、イオン電流は増加するので、ある程度電圧を下げることによって、生成量を調節することができる。
【００４８】
本実施の形態では、酸化反応室５の圧力が、１Ｅ−３Ｐａ未満とすると、イオン源５０の圧力も、１Ｅ−２Ｐａ〜１Ｅ−３Ｐａ未満にすることが可能で、この範囲では広い電圧範囲で放電が起きないので、電界は最大５０００Ｖ／ｃｍまで印加してもよい。特に、本実施の形態では、１００〜５０００Ｖ／ｃｍが適しており、１００Ｖ／ｃｍ未満では、イオンが引き出せないこともあるため、好ましくは２００〜５０００Ｖ／ｃｍが適している。
【００４９】
次に、上記した酸化反応室５の動作について説明する。初めに、イオン源５０が、酸化反応室５の図示せぬ搬送口から接触電極５１下にセットされる。また、処理対象の半導体ウエハＷが、例えばマルチチャンバ型半導体製造装置の搬送アームによって、酸化反応室５の図示せぬ搬送口からホットプレート５３上に載置される。
【００５０】
原料ガス注入口５６は、例えばオペレータの処理開始指示に応答して、以下に示す動作をそれぞれ開始する。初めに、原料ガス注入口５６を介して、酸素ガス（または酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス）が酸化反応室５に供給される。続いて、圧力・温度計２２による測定結果を基に、排気口５７を制御して酸化反応室５内の圧力を、所定の圧力（約１０-2〜１０-3Ｐａ）に設定する。
【００５１】
また、圧力・温度計２２による測定結果に基づき、図示しないヒータを制御して接触電極５１下にセットされたイオン源５０を、約７００℃に加熱する。その後、高圧電源５８を制御して、接触電極５１と引き出し電極５２との間に電圧を印加することにより、上記した強さの電界をイオン源５０に印加する。これにより、イオン源５０内のマイナスイオンが、印加された電界によって取り出され、引き出し電極５２が有する開口を介して、半導体ウエハＷに供給される。
【００５２】
供給されたマイナスイオンは、半導体ウエハＷ上に形成された、高誘電率膜に混入した有機物と反応し除去される。高誘電率膜に混入した有機物は、Ｏ-（酸素マイナスイオンラジカル）と酸化反応して、二酸化炭素となって放出される。
【００５３】
処理が終了した半導体ウエハＷは、搬送室３のロボットアームによって、酸化反応室５の図示せぬ搬送口から取り出される。続いて、未処理の半導体ウエハＷが、搬送室３のロボットアームによって、酸化反応室５のホットプレート５３上に載置され、上記と同様に除去処理を施される。
【００５４】
以上のように、酸素を主成分とするマイナスイオンを用いることにより、低誘電率膜などの膜質変化が生じない低い温度で除去処理を実行することが可能となる。このため、製造される半導体装置の高い歩留まりを実現することができる。
【００５５】
また、イオン源５０は、加熱と直流電流を印加するだけで、マイナスイオンを放出するので、処理装置全体の構成が簡単になる。すなわち、特別の構成を備えることなく、膜の表面を選択的に処理することができる。
【００５６】
本実施の形態の酸化反応室５は、必要に応じて種々の変更が可能であって、たとえば酸化反応室５内の温度、圧力や印加する電圧は、使用する環境やマイナスイオンソースや反応させる深さなどに応じてそれぞれ異なる。
【００５７】
図３は、図１に示す酸化反応室５の他の構成例を示す図である。本図においては、酸化反応室５で生成されたマイナスイオンを、不活性ガスなどをキャリアガスとして、処理室４あるいは処理室６へ搬送する。
【００５８】
これらのシステムは、圧力・温度計２２、搬送管３１、圧力・温度計３２、排気口３３、イオン源５０、接触電極５１、引き出し電極５２、ホットプレート５３、シャワーヘッド５４、原料ガス注入口５６、排気口５７および高圧電源５８から、構成されている。
【００５９】
実施形態の説明で、図２と同じ符号の部材は、特に制限されないが、同じ構成を用いるものとする。搬送管３１は、酸化反応室５で生成されたマイナスイオンを、処理室４あるいは６へ搬送するための管である。圧力・温度計３２は、処理室４内あるいは６内の圧力を計測し、図示しない半導体処理・製造装置１の制御部へ計測データを出力する。排気口３３は、処理室４あるいは６からマイナスイオンや不活性反応ガスを排気する排気口である。シャワーヘッド５４は、半導体ウエハＷに、マイナスイオンを、均一に照射するための供給口を有する電極部材である。
【００６０】
酸化反応室５で生成されたマイナスイオンは、不活性ガスなどをキャリアガスとして、搬送管３１を介して、処理室４あるいは６へ供給される。搬送管３１は、処理室４内あるいは６内のシャワーヘッド５４に接続されており、ホットプレート５３の上に配置された半導体ウエハ面に、キャリアガスを均一に供給する。
【００６１】
供給されたマイナスイオンは、半導体ウエハＷ上に形成された、高誘電率膜に混入した有機物と反応し除去される。具体的には、有機物として、炭素（Ｃ）が高誘電率膜に混入している場合には、マイナスイオンとして酸素を主成分にするＯ-（酸素マイナスイオンラジカル）を用いる。すると、半導体ウェハＷに付着している炭素（Ｃ）は、Ｏ-（酸素マイナスイオンラジカル）と酸化反応して、二酸化炭素となって、排気口３３から放出される。
【００６２】
処理が終了した半導体ウエハＷは、搬送室３のロボットアームによって、処理室４あるいは６の図示せぬ搬送口から取り出される。続いて、未処理の半導体ウエハＷが、搬送室３のロボットアームによって、処理室４あるいは６のホットプレート５３上に載置され、上記と同様に除去処理を施される。
【００６３】
本実施の形態のように、発生したイオンを大気圧のキャリアガスを用いて、別室の反応場に運ぶような場合には、大気圧中でのマイナスイオンは失活しやすいため、キャリアガスの線速度を早くする必要がある。そのため、接触電極５１と引き出し電極５２の空間は可能な限り、小さくしておくことが望ましい。
【００６４】
マイナスイオンの失活は、イオンが壁にぶつかったり、他の化学種に結びついたりして、その活性を失わせていくことである。マイナスイオンの失活を防ぐためには、失活するまえに反応場所に届くようキャリアガスの流速を高めること、流路を失活しにくい素材にすること、マイナスイオンが失活しにくいように、マイナスあるいはアースの電位を印加することである。
【００６５】
流路を失活しにくい素材にするためには、マイナスイオンの攻撃を受けにくい、たとえば、フルオロカーボン、テフロン（登録商標）などが好ましい。テフロン（登録商標）は、電気陰性度の高いフッ素により表面が覆われており、架橋結合を保護しているため、マイナスイオンと反応しにくい。特に、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ  ｔｅｔｒａ  ｆｌｕｏｒｏ  ｅｔｈｙｌｅｎｅ）が好ましいが、水分を吸収しやすいので、水分を嫌う膜の材質の場合には使用しない。
【００６６】
本実施の形態では、酸化反応室５を、処理室４あるいは６と個別に配置することによって、半導体処理・製造装置全体の構成をコンパクトにすることができる。また、処理室４あるいは６の設計の自由度を確保することができる。
【００６７】
図４は、図２および図３に示すマイナスイオン発生装置の構成例を示す図である。本実施の形態のマイナスイオン発生装置は、接触電極５１、引き出し電極５２、ホットプレート５３、サセプタ５５、原料ガス注入口５６および高圧電源５８から構成されている。
【００６８】
本実施の形態では、熱と酸素を供給するサセプタ５５を用いており、このサセプタ５５の上に、円盤状に形成されたイオン源５０を載せる構成を採用している。サセプタ５５は、穴の開いた部材でホットプレート５３の上に配置される。
【００６９】
この構造では、厳密に酸素供給側とイオン発生側が区切られておらず、原料気体が混じることが前提となる。そのため、供給雰囲気には、酸素に限定されるが、イオンが生成した後に、原料の酸素ガスと相まって酸化反応などに使用されるため、酸化・分解反応などの効率が上がる。一方で、電極に印加させる電流値によっては、元素量が実用的な時間では不足するため、酸素ガスなどの直接反応を連鎖させるガスを用いることが望ましい。
【００７０】
なお、本実施の形態では、イオン源５０が機械的に支持されているので強度がとりやすく、イオン源５０そのものの温度差が生じにくいので、耐久性が向上する。また、熱膨張による変形も吸収しやすく、大型化や大電流化が容易である。
【００７１】
図５は、図２および図３に示すマイナスイオン発生装置の他の構成例を示す図である。本実施の形態では、加熱方式として、マイクロ波誘電加熱を用いた例である。そのため、ホットプレート５３の代わりに、導波管６０、導波管６１、マイクロ波電源６２、および均熱板６４を設けている。
【００７２】
導波管６０は、円錐型に形成された石英ガラスで、導波管６１は、マイクロ波（図示しない。）を導波管６０へ導く管である。マイクロ波電源６２は、マイクロ波を形成するために必要とされる電源である。均熱板６４は、炭化珪素ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）やムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）などで形成された、供給される熱を均一化させる部材である。クランプは、イオン源５０を機械的に支持する部材である。
【００７３】
マイクロ波誘電加熱を用いた本実施形態では、ホットプレート５３を用いた例に比べ、イオン源５０そのものを直接加熱することができるので、イオン源５０内に含まれるマイナスイオンを活性化するのに、与える温度、エネルギーが少なくて済む特徴がある。
【００７４】
また、炭化珪素ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）やムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）で形成された均熱板６４は、マイクロ波の吸収が高く、熱伝導性が良いので均熱性に優れるという特徴がある。
【００７５】
図６は、図２および図３に示すマイナスイオン発生装置の他の構成例を示す図である。本実施の形態では、加熱方式として、ランプ輻射加熱を用いた例である。そのため、ホットプレート５３の代わりに、石英窓７０およびランプ７１を設けている。
【００７６】
石英窓７０は、イオン源５０に与える熱を輻射させる石英製の窓で、ランプ７１は、石英窓７０に光を照射させることによって、輻射熱加熱を実現させる光源である。クランプは、イオン源５０を機械的に支持する部材である。
【００７７】
ランプ輻射加熱を用いた本実施形態では、ホットプレート５３を用いた例に比べ、イオン源５０そのものを直接加熱することができるので、イオン源５０内に含まれるマイナスイオンを活性化するのに、与える温度、エネルギーが少なくて済む特徴がある。
【００７８】
図７は、図２および図３に示す酸化反応室の引き出し電極の構成を示す図である。引き出し電極５２は、例えば図７（ａ）および（ｂ）に示すように、１以上の開口を有してもよい。このようにすれば、供給されるガスが、イオン源５０の他面（引き出し電極５２に接している面）上にも直接供給される。これにより、イオン源５０への新たなマイナスイオンの補充が上記よりも容易に行われる。
【００７９】
効率のよい酸素イオンの取り込みのためには、接触電極としてＬａＧａＯ3、ＬａＭｎＯ３、固体酸化物燃料電池にしばしば用いられる材料が用いられるが、マイエナイトを用いたイオン源５０と反応しないように、セリア系のＣｅＯ2などの反応しない、別の酸素イオン伝導体を挟み込む必要がある。Ｌａ0.67（Ｔｉ，Ａｌ）Ｏ3は、マイエナイトと同じＡｌ系なので有効である。
【００８０】
なお、本実施の形態では、酸化反応室５の温度条件は７００℃であったが、イオンソースとして、Ｃ１２Ａ７材料を用いた場合でμＡ以上の電流を必要とする場合は、７００〜８００℃の温度範囲が推奨範囲となる。
【００８１】
なお、イオン源５０の電界のかかる範囲を大きくすれば、必然的に取り出せる電流も大きくなる。図８および図９は、印加電界と引き出し電流との関係を示す表である。本実施の形態では、縦軸に単位面積あたりの電流Ｖ／ｃｍ、横軸に印加電界Ｖ／ｃｍ2を取って、単位面積あたりの電流の値を、図８および図９で異ならしている。本実施の形態では、イオン源５０として、Ｃ１２Ａ７材料を用い、キャリアガスとしては、アルゴン（Ａｒ）を用いている。
【００８２】
さらに、イオン源５０としてＣ１２Ａ７材料を１ｐａ〜大気圧付近で使用する場合は、放電を発生しやすい。そのため、最大の電圧が低く制限されており、取り出せる単位面積あたりの電流も小さくなるので、イオン源５０と引き出し電極５２の面積を大きくとる必要がある。また、１Ｅ〜０．２Ｐａ未満の真空条件で、数ｍＡ以上の大電流が必要な場合も同様である。
【００８３】
本実施の形態では、温度条件７００℃、圧力条件１００Ｐａ、印加電圧４００Ｖ／ｃｍの場合に、およそ０．１μＡ／ｃｍ2の引き出し電流となった。そのため、引き出し電流が１μＡが必要な場合は、イオン源５０の面積を１０ｃｍ2程度にする必要があるのが分かる。
【００８４】
なお、本発明においては、必要に応じて種々の変更が可能であって、たとえば、マルチチャンバ型の半導体処理・製造装置構成ではなく、インライン型の半導体製造装置への利用も可能である。
【００８５】
また、マイナスイオンソースとして、本実施形態では、酸素のマイナスイオンソースを用いたが、これに限定される必要はなく、種々変更が可能である。たとえば、マイナスイオンソースとして、水素マイナスイオンを用いた場合には、酸化膜だけではなく、金属膜でも同様の処理を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態に係るマルチチャンバ型半導体製造装置を示す図である。
【図２】図１に示す酸化反応室の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す酸化反応室の他の構成例を示す図である。
【図４】図２および図３に示すマイナスイオン発生装置の構成例を示す図である。
【図５】図２および図３に示すマイナスイオン発生装置の他の構成例を示す図である。
【図６】図２および図３に示すマイナスイオン発生装置の他の構成例を示す図である。
【図７】図２および図３に示す酸化反応室の引き出し電極の構成を示す図である。
【図８】印加電界と引出し電流との関係を示す図である。
【図９】印加電界と引出し電流との関係を示す他の図である。
【符号の説明】
【００８７】
１      半導体処理・製造装置
２      ロードロック室
３      搬送室
４      処理室
５      酸化反応室
６      処理室
２２    圧力・温度計
３１    搬送管
３２    圧力・温度計
３３    排気口
５０    イオン源
５１    接触電極
５２    引き出し電極
５３    ホットプレート
５４    シャワーヘッド
５５    サセプタ
５６    原料ガス注入口
５７    排気口  
５８    高圧電源
６０    導波管
６１    導波管
６２    マイクロ波電源
６４    均熱板
７０    石英窓
７１    ランプ
８０    イオン伝導体
８１    原料ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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