半导体装置以及制造方法

专利名称：半导体装置以及制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置以及制造方法。
技术背景以往，半导体器件具有各种绝缘膜。在这些绝缘膜中，有IC的层间 绝缘膜(例如，低介电常数膜(以下称为"Low-k膜")、形成在布线之 间的布线材料的阻挡层绝缘膜、和高介电常数栅极绝缘膜(以下称为 "High-k膜")等。另夕卜，关于绝缘膜的材料，使用SiN、 SiON、 SiOCH、 SiOCNH、 SiCH、 SiCNH、 SiOCF、 SiCF等。Low-k膜要求具有低介电常数和高机械强度。用于实现低介电常数的 一种方法是，对Low-k膜进行热退火处理。用于实现高机械强度的一种方 法是，如专利文献l所记载的那样，进行紫外光照射处理。具体是，上述热退火处理需要在40(TC以上的温度下进行30分钟以上 的退火。而且，上述紫外光照射处理需要照射200nm以下波长的紫外光。而且阻挡层绝缘膜要求均匀且高密度，而且还要求薄膜化。并且，High-k膜(HfOj莫)要求质地致密，且不容易流过泄漏电流。 为此，在形成High-k膜后进行的退火处理成为关键。以往，High-k膜是 采用有机金属化学气相蒸镀法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)等来形成。具体是，在形成High-k膜之前，通过一边对硅供给 02气，一边以425"C的温度进行加热，来形成边界层。然后，通过在450 。C 55(TC的温度下进行有机金属化学蒸镀，来形成Hgih-k膜。然后，通 过在700°C到900°C的温度下，供给N2、N2/02气体、或NH3气体，对High-K 膜中的Si-O结合的硅进行氮化(N化)，形成SiN结合。然后，在氩(Ar) 中进行退火处理(非专利文献l、 2)。专利文献1:特开004-356508号公报非专利文献l: IEEE Electron Devices 52， p1839 (2005)非专利文献2: The Electrochemical Society Interfece,Summer 2005,p30 (2005)但是，如果进行以往的紫外光照射处理，则存在的问题是，Low-k膜 虽然可提高其机械强度，但也增大了介电常数。例如，如果对介电常数为 2.4的Low-k膜照射2分钟的波长为172nm、照度为14mW/cm2的紫外光， 则虽然作为机械强度的杨氏模量成为8GPa，但介电常数却增大为2.6以上。另外，对于通过热退火处理可实现2.3以下的介电常数的旋转涂敷 (Spin on Deposition: SOD)膜，如果照射4分钟的波长为172nm、照度 为14mW/cn^的紫外光，则虽然作为机械强度的杨氏模量成为8GPa，但 介电常数却增大为2.5。并且，上述热退火处理，如上述那样，由于以40(TC的高温进行30 分钟以上的退火处理，所以，例如在半导体器件中使用的铜(Cu)等布线 材料向Low-k膜扩散，导致布线之间的泄漏电流增大。另夕卜，相对上述热 退火处理需要30分钟以上的时间，而半导体器件的其他制造工序只需要5 分钟左右。因此，存在的问题是，如果进行上述热退火处理，则存在半导 体器件的制造产量下降。另外，难以把阻挡层绝缘膜做得很薄，并且提高其密度。以往，根本 不存在提高阻挡层绝缘膜的密度的具体方法。并且，在High-k膜的情况下，存在着在High-k膜中存在大量电荷， 源-漏极电流变小，High-k膜的泄漏电流增大的问题。这些问题是因High-k 膜中的氧(O)缺失而产生的空穴所引起的。这样，对于绝缘膜，要求进行对应其用途的改质。发明内容因此，本发明的目的是提供一种能够对绝缘膜进行改质的半导体制造 装置。为了解决上述问题，本发明的半导体制造装置，包括反应室，具有 照射机构，其对绝缘膜照射光，该光的波长在与该绝缘膜的吸收端对应的 波长以上，且在为了切断与该绝缘膜的氢相关的结合基所需要的波长以 下；加热器，其加热具有上述绝缘膜的晶片；和防止除去机构，其用于防止基于通过从上述照射机构照射光而在上述晶片与上述加热器之间产生 的静电所造成的、该晶片相对该加热器的位置偏移，和在进行上述光的照 射时，使上述反应室内形成氮气气氛或惰性气体气氛的机构。具体是，在上述绝缘膜是SiOCH膜的情况下，上述照射装置照射156nm以上500nm以下波长的光，在上述绝缘膜是SiOCNH膜、SiCH膜、 SiCNH膜的情况下，上述照射装置照射180nm以上500nm以下波长的光。 在上述绝缘膜是SiN膜的情况下，上述照射装置照射240nm以上500nm以下波长的光。另外，本发明的半导体制造装置，还包括搬送具有上述绝缘膜的晶片 的搬送装置。并且，本发明的半导体器件在利用化学气相蒸镀装置制造的情况下， 具有介电常数为2.4以下、杨氏模量为5GPa以上的绝缘膜。本发明的半导体器件在利用旋转涂敷成膜装置制造的情况下，具有介 电常数为2.3以下、杨氏模量为6GPa以上的绝缘膜。另外，本发明的半导体制造方法包括照射步骤，其对绝缘膜照射光， 该光的波长在与该绝缘膜的吸收端对应的波长以上，且在为了切断与该绝 缘膜的氢相关的结合基所必要的波长以下；在进行上述照射时，使上述绝 缘膜处于氮气气氛或惰性气体气氛的步骤；在进行上述照射时，加热具有 上述绝缘膜的晶片的步骤；和防止基于在上述晶片与上述加热器之间产生 的静电所造成的、该晶片相对该加热器的位置偏移的步骤。


图1是本发明的实施方式1的半导体制造装置的示意结构图。图2是图1的第1室1的示意结构图。图3是表示照射光的波长与物质的结合能量的关系的图。图4是表示照射光的波长、吸收端、结合能量之间的关系的图。图5是图2所示的晶片7的一部分的示意剖面图。图6是本发明的实施方式2的半导体制造装置的示意结构图。图7是图6的室15的示意结构图。图8是图2所示的晶片7的一部分的示意剖面图。图9是图8所示的晶片7的除去了 SiN膜57的一部分后的示意剖面图。图10是本发明的实施方式4的第1室1的示意结构图。 图11是本发明的实施方式5的半导体制造装置的示意结构图。 图12是本发明的实施方式6的成为半导体器件的晶片7的一部分的 示意剖面图。图13是本发明的实施例的半导体器件的一部分的剖面图。 图14是本发明的实施例的半导体器件的一部分的剖面图。 图15是本发明的实施例的半导体器件的一部分的剖面图。 图16是本发明的实施例的半导体器件的一部分的剖面图。 图17是用于防止设在第1室1和第2室2内的晶片7的位置偏离的 防止环的示意结构图。图18是表示图17的变形例的图。图19是表示图8、图9所示的晶片7的制造工序的变形例的图。 图20是表示图8、图9所示的晶片7的制造工序的变形例的图。 图21是表示图8、图9所示的晶片7的制造工序的变形例的图。图中1-第l室；2-第2室；3-灯；4-石英管；5-惰性气体； 7-晶片；6-加热器；8-销；9-受光传感器；11-配管；12-配管； 13-流量控制器；14-阀；41-环筒；42-晶片校准器；43-载入锁定 室；44-输送室。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中，对 于相同的部分标记相同的符号。 (实施方式1)图1是本发明的实施方式1的半导体制造装置的示意结构图。在本实施方式中，主要说明对Low-k膜进行改质的装置。在图1中，图示出了收纳晶片的环筒(hoop) 41、对从环筒41取出 的晶片进行定位的晶片校准器(waferalighment) 42、具有载入锁定(load lock)机构的作为减压室的载入锁定室(load lock chamber) 43、对晶片照射波长相对长的光的第1室1、对晶片照射波长相对短的光的第2室2、和输送室44，其具有在载入锁定室43、第1室1和第2室2之间搬送晶 片的机械臂。图2是图1的第1室1的示意结构图。在图2中，示出了由Low-k膜 的材料决定的、如高压汞灯那样照射300nm以上波长的光、或如卤素灯那 样照射400nm以上770nm以下波长的光的多个(例如4个)灯3;为了保 护各个灯3不受减压时的应力，并防止氧气与各个灯3接触的石英管4; 被供给到石英管4内的氮气(N2)等惰性气体5;被绝缘物覆盖的成为半 导体器件的晶片7;位于升降台上对晶片7进行加热的由绝缘物(A1N) 构成的加热器6;支撑由输送室44搬送来的晶片7的销8;受光传感器9， 其被安装在石英管4内或第1室1的内壁上，用于对来自灯3的照射光的 照度迸行连续、定期、间断地测定；用于向第1室1内供给氮气的配管11; 用于供给氧气(02)的配管12，该氧气(02)用于在对晶片7进行了处理 后清洁第l室l内；设置在各配管ll、 12与储气罐之间的阀14;以及测 量流过各个配管ll、 12的气体流量，并且根据测量结果控制14的开闭的 流量控制器(mass flow) 13。另夕卜，根据需要也可以构成为能够把氮气以 外的惰性气体供给到第1室1内。另外，第2室2的结构也和第1室1同样，但取代各个灯3，而使用 低压汞灯或Xe、 Kr、 I、 KrBr等的准分子灯。低压汞灯，在其灯的基部温 度在6(TC附近时，186nm波长的光相对强，在其灯的基部温度在4CTC附 近时，254nm波长的光相对强。另外，也可以在第1室1和第2室2的双方中设置照射相同波长的光 的灯。在这种情况下，在图l所示的半导体制造装置中被进行了处理的晶 片7，由于加热时间比以往增加了2倍，所以在提高绝缘膜的机械强度的 方面，获得了改质效果。另外，对于第1室1的灯3，也可以使用可视光灯、氙灯、氩激光器、 和碳酸气体激光器。并且，对于第2室2的灯，也可以使用XeF、 XeCl、 XeBr、 KrF、 KrCl、 ArF、 ArCl等准分子激光器。另外，为了切断绝缘膜 内的非稳定状态的结合基，需要使灯3能够照射波长为770nm以下的光， 即，可视光。换言之，作为灯3，在使用了照射红外区域的波长范围的光的灯的情况下，绝缘膜内的非稳定状态的结合基的大部分发生振动，但这些在限定的时间内未被切断。另外，实验证明，如果是770nm以下的可视 光，贝U， Si-H结合以及C-H结合的结合基的大部分可被有效地切断，如 果是500nm以下的可视光，可被更有效地切断。图3是表示照射光的波长与物质的结合能量的关系的图。图3的横轴 表示波长(nm)，纵轴表示结合能量(eV)。例如，对于Low-k膜的材 料，可以使用SiOCH、 SiCF等，而且对于Cu的阻挡层膜，可以使用SiN、 SiOCH、 SiON、 SiOCNH、 SiCNH膜等。例如，在SiOCH膜中，存在C-H结合和Si-CH3结合。它们在被照射 300nm以上波长的光时，结合基被切断。因此，在把SiOCH膜作为绝缘 膜采用的情况下，通过照射350nm以下波长的光，可切断上述结合基。同样，在SiN膜中，存在N-H结合和Si-H结合。这些在分别被照射 300nm、 400nm左右的波长的光时，结合基被切断。因此，在把SiN膜作 为绝缘膜采用的情况下，通过照射400nm以下波长的光，可切断上述结合 基。这里，本发明的发明者发现了通过降低Low-k膜内处于不稳定的结合 状态的氢成分、和氟成分等，可降低Low-k膜的介电常数。因此，通过照射来自灯3的350nm以下波长的光，可除去SiOCH膜 内的C-H结合和Si-CH3结合。其结果，可降低SiOCH膜内的氢成分等， 从而使SiOCH膜的介电常数降低。另外，本发明的发明者发现，通过切断布线间绝缘膜或阻挡层绝缘膜 的氢成分的结合基，能够使布线间绝缘膜等均匀且高密度。并且，本发明 的发明者还发现，通过向High-k膜照射过渡金属的氧化所必要的波长或者 为了切断C-H结合所需要的波长以下的光，对High-k膜在惰性气体或包 含1~2%左右、最好是1%以下的02气体的惰性气体气氛中进行UV退火， 能够使High-k膜质地致密，而且不容易流过漏电流。因此，如果使用根据上述各个绝缘膜的材料所选择的波长的灯，就能 够把绝缘膜改质成满足了其要求条件的状态。图4是表示照射光的波长、吸收端、结合能量的关系的图。图4的横 轴表示波长(nm)，左纵轴表示吸收端(eV)，右纵轴表示结合能量(eV)。例如，与Si03的吸收端对应的波长是156nm。因此，如果对SiON膜照 射156nm以上波长的光，则光进入膜内，其结果，光被膜内的构造(结合 的结构)吸收，使Si02膜或SiON膜的密度提高，从而提高了机械强度。 同样，由于与SiN的吸收端对应的波长为275.6nm，所以如果对SiN膜照 射275.6nm以上波长的光，则SiN膜的密度提高，或者氢成分被除去。图5是图2所示的晶片7的一部分的示意剖面图。在图5中，图示了 传送半导体器件内的信号的布线层31、形成在布线层31上的阻挡布线层 31的成分的泄漏的阻挡层绝缘膜32、形成在阻挡层绝缘膜32上的Low-k 膜33，其与在之后的工序中形成在LoW-k膜本身上的层绝缘。布线层31选择使用Cu等材料，其厚度为200~300nm左右。阻挡层 绝缘膜32选择使用SiOC、SiCH、SiOCH、SiOCNH等材料，厚度为20 30nm 左右。Low-k膜33选择使用SiOCH等材料，厚度为200~300nm左右。下面，以选择了 SiOCH膜作为Low-k膜33的晶片7为例，说明Low-k 膜33的改质处理的步骤。在本实施方式中，首先，从未图示的洁净室内 的CVD装置，以被收纳在环筒41的状态搬送来晶片。然后把晶片7从环 筒41中取出，搬送到晶片校准器42侧。在晶片校准器42中进行该晶片的定位。然后，在被搬送到第1室1 之前，把晶片7搬送到载入锁定室43中。然后，载入锁定室43内被减压。然后，在载入锁定室43内达到所希 望的压力时，打开把载入锁定室43与输送室44之间分隔的阀门。然后，把晶片7搬送到输送室44内。然后，由输送室44内的机械臂， 把晶片7从载入锁定室43内搬送到第1室1内。在第1室1内，把晶片7放置在突出在加热器6上部的销8上。然后， 使加热器6上升，使被载置在销8上的晶片7与加热器6直接接触。然后， 在对晶片7进行来自灯3的光的照射之前，利用加热器6进行例如约90 秒的35(TC 40(TC的加热。另外，在该加热的同时，利用未图示的排气装置，对第l室l内进行 排气，并且利用流量控制器13打开氮气侧的阀门14，使第l室l内成为 氮气气氛。上述加热是在第1室1内成为例如1Torr的条件下进行，阀门 14的开闭控制是在使对第1室1的氮气供给量成为例如100cc/分钟的条件下进行的。另外，第l室l内也可以不是减压状态，而是常压状态。另外，根据 需要，也可以取代N2气体而向第1室1内供给其他惰性气体，也可以使 用N2气体与其他惰性气体的混合气体。进行加热器8的上升，使从灯3照射的光无强度不均地到达晶片7， 使晶片7与灯3的距离成为例如100 200mm的范围。然后从灯3向晶片7照射光。此时，由受光传感器9测定光的照度， 对灯3进行控制，在高压汞灯的情况下，使该照度成为例如8mW/cm2，在 卤素灯的情况下，使该照度成为例如15mW/cm2。此时，在以上述照度对晶片7照射光时，可能出现在晶片7内的绝缘 膜中发生基于脱离气体的龟裂、或发生该绝缘膜的剥离的情况。因此，根 据受光传感器9的测定结果，以5 10秒左右的时间，连续地、或阶段性 地提高灯3的照度。照度的上升例如可以是线性上升、指数函数上升、也 可以其他形态的上升。然后，在从照射开始经过了规定时间(例如1 2分钟)后，在结束照 射的同时，关闭氮气侧的阀门14。这样，除去阻挡层绝缘膜32和Low-k 膜33内的不稳定的C-H结合、Si-CH3结合、以及H-CH2Si (CH3) 3结合 等，降低Low-k膜33的介电常数。接下来， 一边维持例如1Torr的减压下， 一边打开氧气侧的阀门14， 通过以100cc/分钟的比例，向第1室1内进行约1分钟的02气体供给， 对第1室1内进行清洗。然后，由输送室44把晶片7从第1室1搬送到第2室2。在第2室2 中，晶片7虽然也被实施与第1室1中的处理相同的处理，但从低压汞灯 向晶片7照射光的条件是，使其照度为3 mW/cm2。另外，照射时间例如 是1 4分钟。通过该照射，可抑制Low-k膜33的介电常数的上升，并可 提高机械强度。从第2室2取出的晶片7，例如其Low-k膜33的杨氏模量约为5GPa 以上，介电常数为2.5以下。另外，阻挡层绝缘膜32的杨氏模量约为60GPa， 介电常数约为4.0、密度约为2.5g/cm3。(实施方式2)图6是本发明的实施方式2的半导体制造装置的示意结构图。图7是图6的室15的示意结构图。在本实施方式中，用1个室15来实现图1所 示的第1室1和第2室2。室15具有多个(例如5个)灯3、和多个(例如4个)灯21。这里， 灯21与晶片7的距离，在使用室15时约为100mm。另一方面，灯3与晶 片7的距离约为120mm。灯3与低压汞灯21的数量可以相同，也可以把 灯3和灯21进行二维排列。可以从灯3和灯21的任意一方先向晶片7照射紫外光。但是须注意， 即使同时进行照射，也不能降低Low-k膜33的介电常数、提高机械强度。关于半导体器件的制造工序，与实施方式l相同。灯3和灯21的各 个照射时间只要与实施方式l相同即可。只要是该条件，由于照射前的晶 片7的加热时间为1分钟，照射时间的总计为5分钟，清洗时间为1分钟， 所以，只要其他工序也是7分钟，则不会降低制造产量。(实施方式3)在实施方式l、 2中，主要说明了对Low-k膜33的处理。在本实施方 式中，对增大变形硅器件的SiN膜的应力的处理进行说明。在使用半导体器件中的绝缘膜的技术中，有一种变形硅技术。所谓变 形硅技术是，通过在源-漏极设置硅锗(SiGe)层来提高电子密度，利用栅 极下的沟道区域中的硅原子的晶格趋向相互整齐排列的性质，扩展硅原子 的间隔，减少作为形成源漏电流的电子与硅原子的冲突，增大电子的移动 度的技术。根据此技术，由于电子流过时的阻抗减小，所以能够使电子高速移动。 因此，如果把变形硅技术应用在晶体管中，则可以实现能够高速动作的晶 体管。为了把变形硅技术应用在晶体管中，可采用在N沟道晶体管上形成 例如SiN膜，然后，例如实施热退火或照射卤素光，对硅基板赋予变形的 方法。在本实施方式中，也可以使用图l或图6所示的半导体制造装置。其 中，取代灯3而使用照射例如341nm波长的光的l2灯，取代灯21而使用 照射例如282nm波长的光的XeBr灯、或照射例如308nm波长的光的XeCl灯。在本实施方式中，利用来自l2灯的照射光，使氢从SiN膜中脱离，然后，利用来自XeBr灯的照射光，增加SiN膜的应力。图8是图2所示的晶片7的一部分的示意剖面图。在图8中，图示出 了P型硅层51、在P型硅层51内做成的N型阱区域52、形成在N型阱 区域52内的SiGe等的源极区域53和漏极区域54、形成在N型阱区域52 上的栅极绝缘膜62、形成在栅极绝缘膜62上的栅电极55、形成在P型硅 层51上的SiGe等的源极区域58和漏极区域59、形成在硅层51上的栅极 绝缘膜63、形成在栅极绝缘膜63上的栅电极60、形成在栅电极55、 60 上的Si02膜56、 61、和形成在SiOJ莫56、 61上的成为侧壁的SiN膜57。源极区域53和漏极区域54侧的晶体管是P沟道晶体管，源极区域58 和漏极区域59侧的晶体管是N沟道晶体管。这样的晶片7是利用扩散炉、 离子注入装置、以及化学气相蒸镀(Chemical Vapor Deposition System: CVD)装置来形成。该晶片7，由来自上述12灯的照射光，把SiN膜57内的氢成分等降 低70%左右，由来自XeBr灯的照射光，进一步除去残留在SiN膜57内的 氢，在SiN膜57内，成为几乎完全没有氢的状态。其结果，提高了 SiN 膜57的机械强度。图9是除去了图8所示的晶片7的SiN膜的一部分后的示意剖面图。 在上述光照射处理之后，除去SiN膜57中的P沟道晶体管侧。这样，做 成了变形硅器件。另外，如果在与本实施方式的情况相同的条件下，使用半导体制造装 置进行处理，还可降低SiN覆盖层绝缘膜的氢浓度，从而可降低DRAM 的因覆盖层膜中的氢造成的栅-漏极漏电流，可减少不良保留。(实施方式4)图10是本发明的实施方式4的第1室1的示意结构图。该第1室1 适合在使用了波长为400nm以上的卤素灯的情况下使用。如图10所示，本实施方式为了冷却卤素灯3而使用了冷却水22。这 里，卤素灯3利用灯光在短时间内将Si晶片上的绝缘膜加热，来除去氢。然后，在第2室2中，通过从308nm的XeCl灯照射UV光，来增大应力。(实施方式5)图11是本发明的实施方式5的半导体制造装置的示意结构图。这里， 对用SOD膜做成Low-k膜的情况的例进行说明。首先，在具有旋转涂敷SOD膜的涂敷装置的室101内，在形成于例 如300nm厚的晶片上的布线上，涂敷例如500nm的SOD膜。然后，把该晶片移动到具有用于使SOD膜的溶剂挥发的烘干台的室 102中，通过在约20(TC的温度下进行烘干，从而使溶剂挥发。然后，把该晶片移动到具有用于使溶剂和造孔剂(poregen)挥发、或 者使膜强化的固化台的室103中。以约40(TC的温度，进行5分钟的烘干。 这样，通过使SOD膜中的溶剂或造孔剂挥发等，使膜的质地致密化。然 后，进行与实施方式l等相同的处理。在此情况下，Low-k膜的介电常数 为2.3以下，杨氏模量为6GPa以上。 (实施方式6)图12是本发明的实施方式6的成为半导体器件的晶片7的一部分的 示意剖面图。这里，说明对晶片7内的High-k膜73进行UV退火处理的示例。该晶片7在硅晶片71上形成例如lnm厚度的富含Si02的边界层72。 边界层72上形成有例如5nm厚度的由Hf02等构成的High-k膜73。在 High-k73膜上形成有由多晶硅等构成的电极74。另夕卜，High-k膜73是通 过在例如80(TC的温度下，进行约10分钟的N2气体/02气体来形成。在第1室1中，从距离晶片100~200mm的，波长约为308nm的XeCl 灯4，以约5 15mW/cm"的照度，进行2 4分钟左右的光照射。然后，在第2室2中，从距离晶片100 200rnrn的波长约为172nm的 Xe灯4，以约4 8mW/cn^的照度，进行1~3分钟左右的光照射。在第1室1和第2室2中，压力约为1Torr的减压状态，温度约为500 °C，包含氮气的各种惰性气体气氛。并且，清洗处理是在约1Torr的减压下，以例如100cc/分钟的比例的供给量供给氧气，点亮UV灯来进行处理。然后，在例如425。C的温度下， 进行30分钟左右的成型(forming)气体(^气体氾2气体)处理。其结果，可以把边界层72中的电荷密度减少到lX10。/cm3，而且还 可以减少Hf02膜的漏电流。(实施方式7)但是，在上述各个实施方式中，说明了使用了照射2种波长的光的灯 的半导体制造装置，但如结合图3、图4说明的那样，通过规定灯的波长， 可进行绝缘膜的改质。在SiN膜的情况下，存在H-N、 H-Si等的与氢相关的结合基。为了切 断这些结合基所必要的波长分别是353nm、 399nm。另外，约240nm是与 吸收端对应的波长。由此，对于SiN膜，如果照射180nm以上400nm以 下波长的光，则可提高绝缘膜的机械强度，而且可降低介电常数。在SiCH膜的情况下，存在H-N、 C-H、 H-Si等的与氢相关的结合基。 为了切断这些结合基所必要的波长分别是353nm、 353nm、 399nm。另夕卜， 约265nm是与吸收端对应的波长。由此，对于SiCH膜，如果照射180nm 以上400nm以下波长的光，则可提高绝缘膜的机械强度，而且可降低介电 常数。在SiCNH膜的情况下，存在H-N、 C-H、 H-Si等的与氢相关的结合基。 为为了切断这些结合基所必要的波长分别是274nm、 353nm、 353nm， 399nm。另外，约265nm是与吸收端对应的波长。由此，对于SiCNH膜， 如果照射274nm以上400nm以下波长的光，则可提高绝缘膜的机械强度， 而且可降低介电常数。在SiOCNH膜的情况下，存在H-O、 H-N、 C-H、 H-Si等的与氢相关 的结合基。为了切断这些结合基所必要的波长分别是280nm、 353nm、 353nm、 399nm。另外，约156至263nm是与吸收端对应的波长，但考虑 到C和N的浓度在一定的百分比以上，所以认为与吸收端对应的波长为 180nm左右。因此，对于SiOCNH膜，如果照射180nm以上400nm以下 波长的光，则可提高绝缘膜的机械强度，而且可降低介电常数。在SiOCH膜的情况下，存在H-O、 H-N、 C-H、 H-Si等的与氢相关的结合基。为了切断这些结合基所必要的波长分别是280nm、 353nm、 353nm、 399nm。另夕卜，约156nm是与吸收端对应的波长。由此，对于SiOCH膜， 如果照射156nm以上400nm以下波长的光，则可提高绝缘膜的机械强度， 而且可降低介电常数。在SiON膜的情况下，存在H-O、 N-H、 H-Si等的与氢相关的结合基。 为了切断这些结合基所必要的波长分别是280nm、 353nm、 399nm。另夕卜， 约263nm是与吸收端对应的波长。由此，对于SiON膜，如果照射263nm 以上400nm以下波长的光，则可提高绝缘膜的机械强度，而且可降低介电 常数。(实施方式8)图17是设置在第1室1和第2室2内的用于防止晶片7的位置偏移 的防止环8A的示意结构图。另外，在图17中，还示出了上述的晶片7和 加热器6。本发明的实施方式8的第1室1和第2室2可以防止晶片7因带有静 电而发生位置偏移的情况。另外，为了除去静电，也可以把环8A做成为 除电环。防止环8A是在位于加热器6上且包围晶片7的周边的状态下使 用。这里，在从灯3向晶片7照射紫外光光时，由此在晶片7与加热器6 之间产生正负电荷，即静电。其结果，使晶片7与加热器6相互吸引。在 此状态下，在规定的处理后为了把晶片7从加热器6分离而使升降台下降 时，由于该静电会导致晶片7相对加热器6产生位置偏移。通常，在室中设有检测该位置偏移的传感器。因此，当位置偏移达到 规定量时，该传感器做出反应，停止制造工序。这样，不能进行连续的处 理，使得制造产量下降。因此，如上述那样在第1室1和第2室2中设置防止环8A，使得即 使晶片7发生偏移上述传感器也没有反应，并且利用防止环8A的内壁固 定晶片7。另外，在做成除电环8A的情况下，只要至少把表面使用多晶 硅、单晶硅或铝等做成即可。另外，除电环8A的形状不限于图17所示的形状，例如也可以是直方体、立方体等形状。只要把这种除电体配置在加热器6上的不妨碍晶片7 的搬入/搬出的位置即可。不过，如果如图18所示那样，采用大致彩虹状的多个除电环片8B，则由于容易把晶片7搬入由除电环片8B所包围的位 置，所以不容易产生晶片7的位置偏移。无论是直方体等除电体还是除电 环片8B，都比除电环8A容易制作。另外，只要能够除去所产生的静电，不是必须具有除电环8A等。例 如，也可以取代除电环8A等或在具有除电环8A的同时，设置销8作为 除电销。除电销只要至少把表面使用多晶硅、单晶硅或铝等制作即可。同样，在加热器6等的表面上，也可以形成多晶硅薄膜、非结晶硅薄 膜、SiN薄膜、SiC膜或SiOC膜。对于薄膜的厚度没有限定，作为一例， 可以是500-10000埃左右。例如，对于多晶硅薄膜，采用等离子CVD法、溅射法或减压CVD法， 对加热器6施加例如562W的380KHz的高频波，在基板表面温度为350 °C 、压力为0.6Torr的环境下，以100cc/min流过SiH4，可形成约5000~10000 埃厚度。对于SiN薄膜，采用等离子CVD法、溅射法或减压CVD法，对 加热器6施加例如562W的380KHz高频波，在基板表面温度为350°C、 压力为0.6Torr的环境下，以100cc/min流过SiH4，以5000cc/min流过NH3， 可形成3000 5000埃厚度。在加热器6等的表面上形成了 SiN薄膜的情况下，如果使用富含硅的 薄膜，则由于容易流过电流，所以希望晶片7不容易被吸在加热器6上。 特别是在加热器6等的表面上形成了 SiC膜或SiOC膜的情况下，还可以 获得能够防止加热器6或除电环8A的铝成分等污染晶片7的附带效果。(实施方式9)图19 图21是表示图8、图9所示的晶片7的制造工序的变形例的 图。这里，对在P沟道晶体管做成压縮膜，在N沟道晶体管做成拉伸膜的 方法进行说明。在本实施方式中，首先，在晶片7的源极区域53和漏极区域54侧的 晶体管，即，P沟道晶体管上形成紫外光吸收材料的约100nm厚度的多晶 硅薄膜64。在此状态下，对P沟道晶体管和N沟道晶体管，在例如400°C的温度下，照射5分钟的照度为14mW/cm2的低压汞灯的UV光(图19)。由此，N沟道晶体管侧的SiN膜57具有约1.5GPa的拉伸应力。另夕卜， 关于紫外光吸收材料，只要具有用于实现该吸收的带隙，且能耐受约400 'C的加热，则不限于多晶硅。然后，除去形成在P沟道晶体管上的多晶硅薄膜64 (图20)。由此， 只有N沟道晶体管侧的SiN膜57具有拉伸应力。然后，使用厚的抗蚀膜65覆盖N沟道晶体管，使用离子注入机向P 沟道晶体管侧的SiN膜57的中心，以例如5X10"的剂量注入N+离子(图 21)。此时，N沟道晶体管侧的SiN膜57由于被抗蚀膜65保护，所以不 发生应力的变化。另一方面，P沟道晶体管侧的SiN膜57，其应力被压縮， 成为约lGPa的大小。然后，通过除去覆盖N沟道晶体管的抗蚀膜65，成为图8所示的晶 片7。实施例 (实施例1)使用图1或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过 Low-k膜33的处理，实际制造了半导体器件。第1室1的灯3:使用4个波长约为约300nm以上770nm以下的高压 汞灯，照度约为8mW/cm2，照射时间约4分钟，第2室2的低压汞灯使用4个波长约为186nm、和约254nm的灯， 照度约为3mW/cm2，照射时间约1分钟，第1室1和第2室2: 1Torr的减压状态，温度约为400°C、包含氮气 的各种惰性气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟 的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，形成厚度约为300nm的SiOCH膜。 其结果，表示晶片7的机械强度的杨氏模量成为8GPa，介电常数成 为2.4。(实施例2)使用图6或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过Low-k膜33的处理，实际制造了半导体器件。灯3:使用4个波长约为300nm以上770nm以下的高压汞灯，照度约 为4mW/cm2，照射时间约4分钟，灯21:使用4个波长约为186nm、和约254nm的低压汞灯，照度约 为3mW/cm2，照射时间.约1分钟，室1Torr的减压状态，温度约为25(TC、包含氮气的各种惰性气体气 氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，形成厚度约为300nm的SiOCH膜。其结果，表示晶片7的机械强度的杨氏模量成为8GPa，介电常数成 为2.4。(实施例3)使用图1或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过 Low-k膜33的处理，实际制造了半导体器件。第1室1内的灯3:使用4个波长约为341nm的12灯，照度约为 13mW/cm2，照射时间约2分钟，第2室2内的灯使用4个波长约为282的XeBr灯，照度约为 13mW/cm2 ，照射时间约2分钟，第l室l: 1Torr的减压状态，温度约为40(TC、包含氮气的各种惰性 气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟的氧气供给第2室2: 1Torr的减压状态，温度约为40(TC、包含氮气的各种惰性 气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟的氧气供给晶片7:直径约为300mm，形成DRAM，在覆盖层Si02上形成厚度 约为300nm的覆盖层SiN膜。其结果，可降低覆盖层SiN膜57的氢浓度，可减少DRAM的栅漏区 域的漏电流，可延长数据保留时间，并可减少次品率。(实施例4)使用图1或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过 SiN膜57的处理，实际制造了半导体器件。第1室1内的灯3:使用4个波长约为341nm的12灯，照度约为 13mW/cm2，照射时间约2分钟， '第2室2内的灯使用4个波长约为308的XeCl灯，照度约为 13mW/cm2，照射时间约2分钟，第1室1: lTorr的减压状态，温度约为250°C、包含氮气的各种惰性 气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟的氧气供给第2室2: 1Torr的减压状态，温度约为350°C、包含氮气的各种惰性 气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟的氧气供给晶片7:直径约为300mm，形成DRAM，在晶体管上形成厚度约为 300nm的侧壁SiN膜。测定半导体制造装置的处理前后的机械强度的结果，相对在处理前的 2X10^yne/cr^的拉伸应力，在处理后是2X 101Qdyne/cm2的拉伸应力。其 结果，栅漏电流增大。(实施例5)使用图1或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过 Low-k膜33的处理，实际制造了半导体器件。第1室1的卤素灯使用4个波长约为400nm以上、770nm以下的灯， 照度约为15mW/cm2，照射时间约2分钟，第2室2的低压汞灯使用4个波长约为186nm和254nm的灯，照 度约为3mW/cm2，照射时间约2分钟，第1室1和第2室2: 1Torr的减压状态，温度约为400°C、包含氮气 的各种惰性气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟 的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，形成厚度约为300nm的SiOCH膜。 其结果，表示晶片7的机械强度的杨氏模量成为8GPa，介电常数成为2.4。(实施例6)使用图1或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过 SOD膜33的处理，实际制造了半导体器件。第1室1内的灯3:使用4个波长约为308nm的XeCl的灯，照度约 为10mW/cm2，照射时间约4分钟，第2室2内的灯使用4个波长约为172nm的Xe灯，照度约为 4mW/cm2，照射时间约1分钟，第1室1和第2室2: 1Torr的减压状态，温度约为35(TC、包含氮气 的各种惰性气体气氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟 的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，形成厚度约为300nm的SOD膜。 其结果，表示晶片7的机械强度的杨氏模量成为8GPa，介电常数成 为2.3。(实施例7)使用图1或图17等所示的半导体制造装置，在以下的条件下，经过 Hf02膜33的处理，实际制造了半导体器件。第1室1内的灯3:使用4个波长约为308nm的XeCl的灯，照度约 为10mW/cm2，照射时间约4分钟，第2室2内的灯使用4个波长约为172nm的Xe灯，照度约为 4mW/cm2，照射时间约1分钟，第1室1和第2室2: 1Torr的减压状态，温度约为500°C、包含氮气 的各种惰性气体气氛、并且，清洗条件为在lTorr的减压下，100cc/分钟 的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，形成厚度约为lnm的富含Si02的边界层、 和形成在边界层上的厚度约5nm的Hf02膜。其结果，能够把边界层中的电荷浓度减少到lX1012/cm2，而且还降低 了Hf02膜的漏电流。(实施例8)使用图6或图17等所示的半导体制造装置，实际制造了半导体器件。在本实施例中，对把形成在图13所示的Cu布线层21上的阻挡层绝缘膜 (SiOC膜)22做成高密度的例进行说明。灯使用4个波长约为222nm的KrCl2灯，照度约为4~15mW/cm2， 照射时间约1~2分钟，与晶片7的距离约为10 20cm，室1Torr的减压状态，温度约为300-400°C、包含氮气的各种惰性气 体气氛、并且，清洗条件为在lTorr的减压下，100cc/分钟的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，如图13所示，在Cu布线层21上形成厚 度约为30nm的作为阻挡膜的SiOC膜22。对于这样改质的SiOC膜22，即使进行约40(TC的温度下3小时的加 热处理，由于SiOC膜22为高密度，所以从SiOC膜22几乎没有漏电流 流过。(实施例9)使用图6或图17等所示的半导体制造装置，实际制造了半导体器件。 在本实施例中，对把PE-CVDSiN膜24做成高密度的例进行说明，该 PE-CVDSiN膜24，是在把隔着Low-k膜(SiOC膜)22形成在图14所示 的Cu布线层21上的阻挡层绝缘膜23开口后，堆积而成。灯使用4个波长约为308nm的XeCl灯，照度约为4~15mW/cm2， 照射时间约1~2分钟，与晶片7的距离约为10 20cm，室1Torr的减压状态，温度约为300 40CTC、包含氮气的各种惰性气 体气氛、并且，清洗条件为在lTorr的减压下，100cc/分钟的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，如图14所示，从基板侧形成Cu布线层 21、厚度约为30nm的作为Low-k膜的SiOC膜22、阻挡层绝缘膜23、和 PE-CVDSiN膜24。对于这样改质的PE-CVDSiN膜24，即使对如图15所示那样形成了 作为扩散防止金属25、 26的钽/氮化钽(Ta/TaN)膜，并且在通孔内形成 了Cu布线层27的晶片7，进行约40(TC的温度下3小时的加热处理，由于形成通孔的侧面的PE-CVDSiN膜24为高密度，所以扩散防止金属25、 26内的Ta不会扩散到SiOC膜22中。(实施例0)另外，在具有浅沟道构造的元件分离(Shallow Trench Isolation: STI) 区域的DRAM中，如果对字线施加负偏置电压，则栅极-漏极之间的漏电 流增大，因此发生数据的不良保留。而且，在进行25(TC的封装处理时， 也会产生这些现象。可知这样的现象的原因是因为覆盖层SiN膜中的氢。由于该氢在栅极 与漏极重合的区域的沟道区域的禁止带中产生阱。在本实施例中，使用图6或图17等所示的半导体制造装置，实际制 造了半导体器件。这里，对把覆盖层PE-CVDSiN膜84做成高密度的例进 行说明，该覆盖层PE-CVDSiN膜84，对形成在图16所示的硅晶片81中 的晶体管82上的覆盖层Si02膜83进行覆盖。灯使用4个波长约为308nm的XeCl灯，照度约为4 15mW/cm2， 照射时间约1~2分钟，与晶片7的距离约为10 20cm，室1Torr的减压状态，温度约为300 400°C、包含氮气的各种惰性 气体气氛、并且，清洗条件为在lTorr的减压下，100cc/分钟的氧气供给晶片7:直径约为300mm，如图15所示，形成有晶体管82等。 对这样改质的覆盖层PE-CVDSiN膜84内的氢浓度的测定结果，相对 改质前的约30%，在改质后成为10%。并且，如果通过变更覆盖层 PE-CVDSiN膜84在CVD工序中的压力，从而换成覆盖层LP-CVDSiN膜 时，则相对改质前为约25%，在改质后成为约1%。(实施例11)在本实施例中，对实施例4的变形例进行说明。使用图6或图17等 所示的半导体制造装置，在以下的条件下经过Hf02膜33的处理，实际制 造了半导体器件。灯使用4个波长约为282nm的XeBr灯，照度约为5~13mW/cm2，照射时间约3分钟，室1Torr的减压状态，温度约为250。C、包含氮气的各种惰性气体气 氛、并且，清洗条件为在1Torr的减压下，100cc/分钟的氧气供给量，晶片7:直径约为300mm，形成有厚度约300nm的成为侧壁的LP-SiN膜。半导体制造装置的处理前后的机械强度的测定结果表明，与实施例4 同样，相对处理前的2X 109dyne/cm2的拉伸应力，在处理后是2X 10"dyne/cr^的拉伸应力。其结果，源极-漏极电流增大。
权利要求
1. 一种半导体制造装置，包括反应室，具有照射机构，其对绝缘膜照射光，该光的波长在与该绝缘膜的吸收端对应的波长以上，且在为了切断与该绝缘膜的氢相关的结合基所需要的波长以下；加热器，其加热具有上述绝缘膜的晶片；和防止除去机构，其用于防止基于通过从上述照射机构照射光而在上述晶片与上述加热器之间产生的静电所造成的、该晶片相对该加热器的位置偏移，和在进行上述光的照射时，使上述反应室内形成氮气气氛或惰性气体气氛的机构。
2. 根据权利要求l所述的半导体制造装置，其特征在于， 上述绝缘膜是SiOCH膜，上述照射机构照射156nm以上500nm以下波长的光。
3. 根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于， 上述绝缘膜是SiOCNH膜，上述照射机构照射180nm以上500nm以下波长的光。
4. 根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于， 上述绝缘膜是SiCH膜或者SiCNH膜， 上述照射机构照射180nm以上500nm以下波长的光。
5. 根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于， 上述绝缘膜是SiN膜，上述照射机构照射240nm以上500nm以下波长的光。
6. —种半导体制造装置，还具有搬送具有上述绝缘膜的晶片的搬送装置。
7. —种半导体制造方法，包括照射步骤，对绝缘膜照射光，该光的波长在与该绝缘膜的吸收端对应 的波长以上，且在为了切断与该绝缘膜的氢相关的结合基所需要的波长以 下；在进行上述照射时，使上述绝缘膜处于氮气气氛或惰性气体气氛下的 步骤；在进行上述照射时，加热具有上述绝缘膜的晶片的步骤；和 防止基于在上述晶片与上述加热器之间产生的静电所造成的、该晶片 相对该加热器的位置偏移的步骤。
全文摘要
本发明提供一种能够把绝缘膜改质的半导体制造装置。在照射装置中具有对绝缘膜照射光的照射机构，该光的波长在与该绝缘膜的吸收端对应的波长以上，且在为了切断与该绝缘膜的氢相关的结合基所必要的波长以下。
文档编号H01L21/316GK101283442SQ200680037849
公开日2008年10月8日 申请日期2006年4月24日 优先权日2005年10月14日
发明者盐谷喜美 申请人:盐谷喜美