(57)【要約】【課題】一つの処理室において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という２つの処理を行う場合に、プラズマ窒化を連続して行った場合の成膜速度とプラズマ酸化の後にプラズマ窒化を行った場合の成膜速度との間でのばらつきを抑制することができる基板処理方法を提供する。【解決手段】処理室２０２内で第１の基板をプラズマ酸化処理し（ステップ２０）、その後第１の基板を処理室２０２から取り出し（ステップ２１）、その後処理室２０２内に基板を設けない状態で処理室２０２内をプラズマ窒化処理し、その後第２の基板を処理室２０２内に導入して、第２の基板にプラズマ窒化処理する。【選択図】図４
2005045075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内で第１の基板をプラズマ酸化処理し、その後前記第１の基板を前記処理室から取り出し、その後前記処理室内でプラズマ窒化処理し、その後第２の基板を前記処理室内に導入して、前記第２の基板にプラズマ窒化処理することを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法に関し、特に、半導体製造装置の１つの処理室において、複数の処理をそれぞれの処理性能を確保しながら遂行可能にするための基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１つの処理室において複数の処理を行う場合の従来のシーケンスを図６に示す。半導体メモリのメモリセルに使用するキャパシタの誘電体膜を成膜する場合の前処理と誘電体膜の成膜と後処理の３つの処理を１台のクラスター装置で連続して行う場合を例に挙げる。
【０００３】
まず、前処理としての窒化処理を処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２で行い、次に、キャパシタ誘電体膜を処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜し、次に、後処理としての酸化処理を再び処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２で行う場合のシーケンスである。
【０００４】
すなわち、まず、一枚目の半導体ウエハにつき、予備室１２２の基板置き台を昇降させて所定の位置に一枚目の半導体ウエハを位置させ（ステップ１１）、次に、予備室１２２から搬送室１０３のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ１２）、次に、搬送室１０３のウエハ移載機１１２から処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ１３）、次に、処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２で前処理としてのプラズマ窒化処理を行い（ステップ１４）、次に、処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から搬送室１０３のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ１５）、次に、搬送室１０３のウエハ移載機１１２から処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ１６）、次に、キャパシタ誘電体膜を処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜し（ステップ１７）、次に、処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７から搬送室１０３のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ１８）、次に、搬送室１０３のウエハ移載機１１２から処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ１９）、次に、処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２で後処理としてのプラズマ酸化処理を行い（ステップ２０）、次に、処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から搬送室１０３のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ２１）、次に、搬送室１０３のウエハ移載機１１２からクーリングユニット（ＣＳ１）１３８に一枚目の半導体ウエハを移載し（ステップ２２）、次に、クーリングユニット（ＣＳ１）１３８で一枚目の半導体ウエハの温度を所定の温度まで降下させ（ステップ２３）、次に、クーリングユニット（ＣＳ１）１３８から予備室１２３の基板置き台に一枚目の半導体ウエハを移載する（ステップ２４）。
【０００５】
二枚目以降の半導体ウエハについても同様に処理を行う。なお、二枚目以降の半導体ウエハについては、その一枚前の半導体ウエハにキャパシタ誘電体膜を処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜している（ステップ１７）間に、上記ステップ１１〜ステップ１５までを行う。そして、二枚目以降の半導体ウエハについてステップ１５を行った後、すなわち、処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から搬送室１０３のウエハ移載機１１２にその二枚目以降の半導体ウエハを移載した（ステップ１５）後、その一枚前の半導体ウエハを処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７から搬送室１０３のウエハ移載機１１２に移載し（ステップ１８）、その後、その二枚目以降の半導体ウエハを搬送室１０３のウエハ移載機１１２から処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７に移載し（ステップ１６）、その後、その一枚前の半導体ウエハを搬送室１０３のウエハ移載機１１２から処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）１３７に移載し（ステップ１９）、その後、その二枚目以降の半導体ウエハにキャパシタ誘電体膜を処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜している間（ステップ１７）に、その一枚前の半導体ウエハについて、上記ステップ１９〜ステップ２４までを行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この場合、プラズマ窒化とプラズマ酸化という２つの処理を１つの処理室で行うこととなり、処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２ではプラズマ窒化（一枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ窒化（二枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ酸化（一枚目のウエハのステップ２０）→プラズマ窒化（三枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ酸化（二枚目のウエハのステップ２０）→プラズマ窒化（四枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ酸化（三枚目のウエハのステップ２０）→…という処理が継続する。この場合、プラズマ酸化処理した後にプラズマ窒化処理を行う場合と、プラズマ窒化処理した後のプラズマ窒化処理では成膜速度にばらつきが生じるという問題があった。
【０００７】
本発明の主な目的は、一つの処理室において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という２つの処理を行う場合に成膜速度がばらつくという問題を解決し、成膜速度のばらつくを抑制できる基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、処理室内で第１の基板をプラズマ酸化処理し、その後前記第１の基板を前記処理室から取り出し、その後前記処理室内でプラズマ窒化処理し、その後第２の基板を前記処理室内に導入して、前記第２の基板にプラズマ窒化処理することを特徴とする基板処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一つの処理室において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という２つの処理を行う場合に、プラズマ窒化を連続して行った場合の成膜速度とプラズマ酸化の後にプラズマ窒化を行った場合の成膜速度との間でのばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の一実施例の基板処理方法を図面に参照して説明する。
まず、図１および図２を参照して、本実施例の基板処理方法が好適に実施される基板処理装置の概要を説明する。
なお、この基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。すなわち、図１が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００１１】
図１および図２に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。前記第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００１２】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４、１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００１３】
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクアチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００１４】
図１に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリエンテーションフラット合わせ装置１０６が設置されている。また、図２に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
【００１５】
図１および図２に示されるように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、前記ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および搬出されるようになっている。
【００１６】
図１に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２はコールドウォール式の処理炉によって構成され第二の処理炉１３７はホットウォール式の処理炉によって構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット１３８と、第四の処理炉としての第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
【００１７】
次に、図３を参照して、本実施例の基板処理方法が好適に実施される基板処理装置の処理炉２０２について説明する。このプラズマ処理炉２０２は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ基板処理装置（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、機密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１８】
図３に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第２の容器である下側容器２１１と、下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１９】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられ、シャワーヘッド上壁にガス導入用の導入口２３４が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０からなっており、前記ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管である供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器である圧力自動制御装置（ＡＰＣ）２４２に接続され、その後、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００２０】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００２１】
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっている。筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁極線を形成するようになっている。
【００２２】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウエハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００２３】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、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って、上記電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００２４】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００２５】
筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を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、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽盤２２３が設けられている。
【００２６】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるための基板突上手段であるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６が設けられる。
【００２７】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いているときには図中省略の搬送手段により処理室２０１へウエハ２００が搬入、または搬出され、閉まっているときには処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００２８】
また、制御手段であるコントローラ１２１は高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。
【００２９】
上記のような構成において、ウエハ２００表面を、又はウエハ２００に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
【００３０】
ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウエハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウエハ２００をウエハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００３１】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲内でウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
【００３２】
ウエハ２００を処理温度に加熱したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲内の出力値を投入する。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に制御しておく。
【００３３】
筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手段で処理室２０１外へ搬送される。
【００３４】
なお、コントローラ１２１により高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれ制御している。
【００３５】
次に、上記構成をもつ基板処理装置のＭＭＴ装置の処理炉２０２を使用して、連続プラズマ窒化処理の中にプラズマ酸化処理が入る場合の影響を調べた。
【００３６】
図７は、プラズマ窒化処理を行った後にプラズマ窒化処理を行って形成した窒化膜の膜厚と、プラズマ酸化処理を行った後にプラズマ窒化処理を行って形成した窒化膜の膜厚を示したものであり、プラズマ窒化処理の後にプラズマ酸化処理（処理Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）を行い、その後にプラズマ窒化処理を行うと、プラズマ酸化処理後の１バッチは膜厚が２０Åターゲットの場合、０．５Åの膜厚増加が見られる（点ａ１、ａ２、ａ３、ａ４参照）。プラズマ酸化処理後にプラズマ窒化処理を２回以上連続して行うとターゲット膜厚に戻るため（点ｂ、ｃ参照）、プラズマ酸化処理の後に、ウエハを処理炉２０２内に設けない状態でのプラズマ窒化処理（空デポ処理）を一度行ったところ、その後のウエハのプラズマ窒化処理において、膜厚のバラツキを押えることができた。プラズマ酸化処理後は、処理室内２０１に酸素が残留するため、プラズマ酸化処理後のプラズマ窒化処理に影響を与えていると考えられ、プラズマ酸化処理後に空デポ処理を実施することにより、残留酸素成分が無くなり、空デポ処理後は残留酸素の影響が無くなるのではないかと考えられる。なお、図８に示すように、同じ処理炉（プロセスモジュール）でプラズマ窒化処理のみを行う場合、膜厚にばらつきはない。
【００３７】
次に、上記構成をもつ基板処理装置を使用した、本発明の一実施例の基板処理方法について説明する。
【００３８】
本実施例においては、半導体メモリの一種であるＤＲＡＭのメモリセルに使用するキャパシタの誘電体膜としてのＴａ２Ｏ５膜を成膜する。図５に示すように、このキャパシタ４６は、シリコン基板４１に形成されたトレンチ４５に埋め込まれたキャパシタ下部電極４２と、誘電体膜としてのＴａ２Ｏ５膜４３と、キャパシタ上部電極４４とを備えている。キャパシタ４６はＭＯＳ電界効果型トランジスタと接続されてＤＲＡＭのメモリセルを構成する。キャパシタ下部電極４２としては、ＰＨ３を使用して燐がドーピングされたＨＳＧ（Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｇｒａｉｎ）シリコン電極を使用し、キャパシタ上部電極４４として、ＴｉＮを使用する。
【００３９】
そして、本実施例では、上記構成をもつ基板処理装置を使用して、シリコン基板４１に形成されたトレンチ４５に埋め込まれたキャパシタ下部電極４２上に誘電体膜としてのＴａ２Ｏ５膜４３を成膜する。本実施例においては、まず、前処理としてのプラズマ窒化処理をＭＭＴ装置の処理炉２０２で行い、次に、キャパシタ誘電体膜としてのタンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）膜４３を熱ＣＶＤ装置である処理炉１３７で成膜し、次に、後処理としてのプラズマ酸化処理を再びＭＭＴ装置の処理炉２０２で行った。このように、Ｔａ２Ｏ５膜の成膜前にプラズマ窒化処理によってキャパシタ下部電極４２上に窒化膜を形成することにより、Ｔａ２Ｏ５成膜時にＴａ２Ｏ５膜中の酸素（Ｏ）がキャパシタ下部電極４２へ拡散するのを防止することができる。キャパシタ下部電極４２に酸素が拡散するとキャパシタ下部電極４２が酸化され電極の役割を果たさなくなるからである。また、キャパシタ誘電体膜としてのＴａ２Ｏ５膜成膜後、プラズマ酸化処理を行うことにより、Ｔａ２Ｏ５膜中の不純物成分（Ｃ：炭素）をプラズマ酸化処理により除去してＴａ２Ｏ５膜の膜質を改善することができる。
【００４０】
次に、上記構成をもつ基板処理装置を使用する本実施例の基板処理方法について、図１、２４を参照して、さらに具体的に説明する。
【００４１】
未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図１および図２に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。
【００４２】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。
【００４３】
次に、一枚目の半導体ウエハにつき、予備室１２２の基板置き台１４０を昇降させて所定の位置に一枚目の半導体ウエハ２００を位置させる（ステップ１１、図４参照）。次に、予備室１２２から第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハ２００を移載（ステップ１２、図４参照）する。次に、搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２から第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２に一枚目の半導体ウエハ２００を移載する（ステップ１３、図４参照）。次に、第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２で前処理としてのプラズマ窒化処理を行う（ステップ１４、図４参照）。この際に、第一の処理炉２０２内に処理ガスとしてのＮ２ガスが供給され、高周波電力（ＲＦｐｏｗｅｒ）２５０Ｗ、圧力３０Ｐａ、温度６３０℃で、燐がドーピングされたＨＳＧシリコン電極からなるキャパシタ下部電極４２が形成されたシリコン基板４１（半導体基板２００）をプラズマ窒化処理する。
【００４４】
第一の処理炉２０２でプラズマ窒化処理が完了すると、第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハ２００を移載する（ステップ１５、図４参照）。次に、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２から第２の処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７に一枚目の半導体ウエハ２００を移載する（ステップ１６、図４参照）。次に、キャパシタ誘電体膜４３（図５参照）としてのＴａ２Ｏ５膜を第２の処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜する（ステップ１７、図４参照）。この際に、第二の処理炉１３７（プロセスモジュールＰＭ２）内に液体原料ペンタエトキシタンタル（ＰｅＴａ：Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５）０．１ｃｃ／ｍｉｎ、酸素ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎ、キャリアＮ２ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎ供給し、圧力３０Ｐａ、成膜温度４３０℃で燐がドーピングされたＨＳＧシリコン電極からなるキャパシタ下部電極４２上にキャパシタ誘電体膜４３としてのＴａ２Ｏ５膜を熱ＣＶＤ法により成膜した（図５参照）。
【００４５】
第二の処理炉１３７でキャパシタ誘電体膜４３としてのＴａ２Ｏ５膜の成膜が完了すると、第二の処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７から第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハ２００を移載する（ステップ１８、図４参照）。次に、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２から第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２に一枚目の半導体ウエハを移載する（ステップ１９、図４参照）。次に、第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２で後処理としてのプラズマ酸化処理を行う（ステップ２０、図４参照）。
この際に、第一の処理炉２０２内に処理ガスとしてのＯ２ガスが供給され、高周波電力（ＲＦｐｏｗｅｒ）３００Ｗ、圧力１０Ｐａ、温度６３０℃で、キャパシタ誘電体膜４３としてのＴａ２Ｏ５膜が形成された一枚目の半導体ウエハ２００をプラズマ酸化処理する。
【００４６】
第一の処理炉２０２でプラズマ酸化処理が完了すると、第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２に一枚目の半導体ウエハ２００を移載する（ステップ２１、図４参照）。次に、搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２からクーリングユニット（ＣＳ１）１３８に一枚目の半導体ウエハを移載する（ステップ２２、図４参照）。このステップ２２と同時に、第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２において、半導体ウエハ２００を処理炉２０２（プロセスモジュールＰＭ１）内に設けない状態でプラズマ窒化処理（空デポ処理）を行う（ステップ３０、図４参照）。この空デポ処理によって、その後の半導体ウエハ２００のプラズマ窒化処理において、膜厚のバラツキを押えることができる。この際に、第一の処理炉２０２内に処理ガスとしてのＮ２ガスが供給され、高周波電力（ＲＦｐｏｗｅｒ）２５０Ｗ、圧力３０Ｐａ、温度６３０℃で、プラズマ窒化処理を行った。この条件は、上述したキャパシタ下部電極４２が形成されたシリコン基板４１（半導体基板２００）のプラズマ窒化処理と同じ条件である。
【００４７】
クーリングユニット（ＣＳ１）１３８で一枚目の半導体ウエハの温度を所定の温度まで降下させ（ステップ２３、図４参照）、次に、クーリングユニット（ＣＳ１）１３８から予備室１２３の基板置き台１４１に一枚目の半導体ウエハ２００を移載する（ステップ２４、図４参照）。二枚目以降の半導体ウエハ２００についても同様に処理を行う。なお、二枚目以降の半導体ウエハ２００については、その一枚前の半導体ウエハ２００にキャパシタ誘電体膜を第二の処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜している（ステップ１７）間に、上記ステップ１１〜ステップ１５（図４参照）までを行う。そして、二枚目以降の半導体ウエハ２００についてステップ１５を行った後、すなわち、第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２にその二枚目以降の半導体ウエハ２００を移載した（ステップ１５、図４参照）後、その一枚前の半導体ウエハ２００を第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２から第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２に移載し（ステップ１８、図４参照）、その後、その二枚目以降の半導体ウエハ２００を第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２から第二の処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７に移載し（ステップ１６、図４参照）、その後、その一枚前の半導体ウエハ２００を第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２から処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）１３７に移載し（ステップ１９、図４参照）、その後、その二枚目以降の半導体ウエハ２００にキャパシタ誘電体膜を処理炉（プロセスモジュールＰＭ２）１３７で成膜している間（ステップ１７、図４参照）に、その一枚前の半導体ウエハ２００について、上記ステップ１９〜ステップ２１、ステップ３０、ステップ２２〜２４（図４参照）までを行う。
【００４８】
このようにして処理された半導体ウエハ２００が予備室１２３の基板置き台１４１に載置された後、第二の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１から半導体ウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００４９】
本実施例において、プラズマ窒化とプラズマ酸化という２つの処理を１つの処理室（第一の処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２）で行うが、この処理炉（プロセスモジュールＰＭ１）２０２では、プラズマ窒化（一枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ窒化（二枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ酸化（一枚目のウエハのステップ２０）→プラズマ窒化（ウエハを設けない状態での空デポ）（一枚目のウエハのステップ３０）→プラズマ窒化（三枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ酸化（二枚目のウエハのステップ２０）→プラズマ窒化（ウエハを設けない状態での空デポ）（二枚目のウエハのステップ３０）→プラズマ窒化（四枚目のウエハのステップ１４）→プラズマ酸化（三枚目のウエハのステップ２０）→プラズマ窒化（ウエハを設けない状態での空デポ）（三枚目のウエハのステップ３０）→…という処理が継続する。このようにして、プラズマ窒化処理の前には、ウエハを設けない状態での空デポ（プラズマ窒化）が行われることになるので、本実施例による装置運用を実施することにより、窒化膜厚のばらつきを目標の２０Å±３％以内に押えることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の基板処理方法の一実施例を実施するための基板処理装置の一例を説明するための概略横断面図である。
【図２】本発明の基板処理方法の一実施例を実施するための基板処理装置の一例を説明するための概略縦断面図である。
【図３】図１、図２に示す処理炉２０２を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の基板処理方法の一実施例を説明するための成膜処理シーケンス図である。
【図５】本発明の基板処理方法の一実施例において製造される半導体装置を説明するための概略縦断面図である。
【図６】従来の基板処理方法の一例を説明するための成膜処理シーケンス図である。
【図７】窒化処理の中に酸化処理を挿入した場合の窒化膜厚のばらつきを示す図である。
【図８】窒化処理を連続して行った場合の膜厚と均一性のデータを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０３…搬送室
１２２、１２４…予備室
１３７、２０２…処理炉
１３８…クーリングユニット
２００…ウエハ
２０１…処理室
【図１】
2005045075.tif 000003
【図２】
2005045075.tif 000004
【図３】
2005045075.tif 000005
【図４】
2005045075.tif 000006
【図５】
2005045075.tif 000007
【図６】
2005045075.tif 000008
【図７】
2005045075.tif 000009
【図８】
2005045075.tif 000010