專利名稱：基片處理裝置及基片處理方法、基片平坦化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件的制造，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)半導(dǎo)體基片進(jìn)行的氫封端處理及氫封端處理裝置。
以往的氫燒結(jié)處理，如上說(shuō)明，通過(guò)在氫氣氛中的熱處理，向所述硅基片和氧化膜的界面提供氫分子。一方面，正在研究，在被稱為亞四分之一微米(sub quarter-micron)元件的、柵極長(zhǎng)為0.1μm以下的超微小化半導(dǎo)體器件中，包含柵極絕緣膜的各個(gè)部分使用氮化膜或者氮氧化膜來(lái)取代以前的熱氧化膜，其中，該氮化膜或者氮氧化膜是通過(guò)等離子體直接氮化法、等離子體直接氧化法或者等離子體CVD(化學(xué)汽相淀積)法形成的。但是，對(duì)于這種使用氮化膜或者氮氧化膜的超微化半導(dǎo)體元件，因?yàn)闅浞肿雍茈y從高密度的氮化膜或者氮氧化膜中通過(guò)，所以，如果采用以前的氫燒結(jié)處理不會(huì)很有效。
同時(shí)，在如薄膜晶體管(TFT)等，將形成在玻璃基片上的非晶硅膜或者聚硅膜作為活性區(qū)域的半導(dǎo)體器件中，雖然也正在研究，作為柵極絕緣膜，使用通過(guò)等離子體直接氮化法、等離子體直接氧化法或者等離子體CVD法形成的氮化膜或者氮氧化膜，但在這種情況下，很難通過(guò)氫燒結(jié)處理對(duì)所述聚硅膜、非晶硅膜中的游離鍵，或者對(duì)存在于聚硅膜、非晶硅膜與它們的絕緣膜的界面中的游離鍵進(jìn)行封端。
以前，在半導(dǎo)體器件的制造工序開端，硅晶片等半導(dǎo)體基片在1200℃的溫度下暴露于H2氣體中，使得凹凸的表面平坦化。即，通過(guò)H2氣體對(duì)基片表面的作用產(chǎn)生了SiH4氣體，其結(jié)果，使基片表面的凸起部分平坦化。但是，在1200℃溫度的高溫下，要想對(duì)基片的整個(gè)表面都進(jìn)行一樣的平坦化處理，尤其在大口徑基片的場(chǎng)合會(huì)很困難。實(shí)際上，在所說(shuō)的平坦化處理中，需要實(shí)現(xiàn)精確到1200±1℃的均勻的溫度分布。鑒于最近傾向于采用大口徑基片，相關(guān)的平坦化處理的溫度希望降低到例如800℃以下。在以往的使用H2分子的基片處理工序中，在如此低的溫度下進(jìn)行處理是很難實(shí)現(xiàn)所期望的平坦化的。
本發(fā)明的具體目的是，提供一種基片處理裝置和半導(dǎo)體器件的制造方法，該基片處理裝置用氫基對(duì)半導(dǎo)體基片表面的游離鍵進(jìn)行封端，而該半導(dǎo)體器件的制造方法包括所說(shuō)的用氫基對(duì)游離鍵進(jìn)行封端的工序。
本發(fā)明提供一種基片處理裝置，其特征在于，它包括處理空間，設(shè)有用來(lái)支承被處理基片的支承臺(tái)；氫催化部件，設(shè)置在所述處理空間內(nèi)、正對(duì)著所述被處理基片的位置，用來(lái)把氫分子分解成氫基H*；氣體供給口，設(shè)置在所述處理空間內(nèi)、相對(duì)于所述氫催化部件正對(duì)所述處理基片的一側(cè)，用于導(dǎo)入至少含有氫氣的處理氣體，
其中，所述氫催化部件和所述支承臺(tái)上的被處理基片之間的間隔，被設(shè)定成所述氫基H*能夠到達(dá)的距離以內(nèi)。
另外，本發(fā)明提供一種基片處理方法，其特征在于，它包括將氫氣作為處理氣體導(dǎo)入到處理室的工序；所述氫氣通過(guò)氫催化劑活化，從而產(chǎn)生氫基H*的工序；使所述氫基H*流向被處理基片的工序；利用所述氫基H*，處理所述被處理基片的工序。
還有，本發(fā)明提供一種基片平坦化方法，其特征在于，它包括向處理室導(dǎo)入氫氣的工序；所述氫氣通過(guò)氫催化劑活化，從而產(chǎn)生氫基H*的工序；使所述氫基H*流向被處理基片的工序；利用所述氫基H*，處理所述被處理基片的工序，其中，所述平坦化過(guò)程在大約800℃ 以下的溫度下進(jìn)行。
圖7是用于催化反應(yīng)之后的狀態(tài)下的，催化金屬膜中各種元素的分布示意圖；圖8是用于催化反應(yīng)之后的狀態(tài)下的，催化金屬膜中各種元素的分布示意圖；圖9是用于催化反應(yīng)之后的狀態(tài)下的，催化金屬膜中各種元素的分布示意圖；

圖10A、10B是根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的催化部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的一個(gè)變形例的催化部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明第3實(shí)施例的基片處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明第5實(shí)施例的基片處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是通過(guò)圖2所示的基片處理裝置進(jìn)行處理的玻璃基片的表面示意圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式[原理]本發(fā)明，利用氫基H*(原子氫)，對(duì)被氮化膜、氮氧化膜等絕緣膜所覆蓋的硅基片或者玻璃基片的絕緣膜中生成的游離鍵，以及尤其是對(duì)絕緣膜/基片界面、聚硅膜、非晶硅膜中生成的游離鍵進(jìn)行封端。氫基能在氮化膜、氮氧化膜中通過(guò)。
雖然，例如通過(guò)對(duì)He等離子體中的氫分子進(jìn)行等離子體激發(fā)，能夠很容易地生成氫基H*，但是對(duì)于He等離子體來(lái)說(shuō)，有如下問(wèn)題即，因He的碰撞橫截面積很小而使電子溫度非常高，因此，所生成的氫基H*不僅會(huì)噴射(sputtering)到硅基片上，也會(huì)噴射到進(jìn)行氫基封端處理的基片處理裝置的處理容器側(cè)壁上，從而使之損壞。
本發(fā)明為了避免上述問(wèn)題的發(fā)生，氫基H*是通過(guò)使用金屬的催化效果反應(yīng)而產(chǎn)生的。這時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)生的氫基H*的壽命很短，所以，發(fā)生所述反應(yīng)的催化劑設(shè)置在被處理基片的附近，即，設(shè)置在產(chǎn)生的氫基H*再次結(jié)合的壽命以內(nèi)的距離。作為所說(shuō)的催化劑，使用電子間吸引力很大，從而可以通過(guò)上述的催化作用使氫分子分解成基的金屬。另一方面，所使用的作為催化劑的金屬最好不形成氧化膜，所以，作為所說(shuō)的金屬最好是Pt、Pd、Ir、Au等。同時(shí)，為了通過(guò)增大所述氫基H*的到達(dá)距離來(lái)達(dá)到提高基片處理裝置的設(shè)計(jì)自由度，向所述處理容器提供的氫氣最好經(jīng)過(guò)惰性氣體的稀釋。通過(guò)這種稀釋氫氣的方法，可減小所形成的氫基H*彼此之間發(fā)生再結(jié)合而還原成氫分子的幾率。
而且，在硅基片等半導(dǎo)體基片表面的平坦化處理中，通過(guò)使用這樣形成的氫基，能夠使基片平坦化處理的溫度從原來(lái)的約1200℃下降到800℃以下。
通過(guò)在由具有所述催化作用的催化金屬元素所組成的金屬催化層和裝載所述金屬催化層的載體之間，設(shè)置由TiN、TaN、WN等氮化物所組成的擴(kuò)散阻擋，使得所述催化反應(yīng)即使在含有氫以外，還含有氧的氣氛中進(jìn)行，也能夠控制所述催化金屬元素從所述金屬催化層向所述載體的擴(kuò)散，以及來(lái)自所述載體的金屬元素向所述金屬催化層的擴(kuò)散，從而，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的催化反應(yīng)。另一方面，當(dāng)所述催化反應(yīng)在不含有氧氣的氫氣氣氛中進(jìn)行的時(shí)候，可以省略這種擴(kuò)散阻擋層。[第一實(shí)施例]圖1是根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例，用于進(jìn)行氫燒結(jié)處理的基片處理裝置10的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照?qǐng)D1，基片處理裝置10具有通過(guò)泵11P進(jìn)行在排氣孔11A排氣的處理容器11，在所述處理容器11中的支承臺(tái)(stage)12上，支承有被處理基片13。所述排氣孔11A和支承臺(tái)12設(shè)置在所述處理容器11的底部。同時(shí)，在所述處理容器11的上部具有透明的光學(xué)窗11W，而與所述光學(xué)窗11W毗鄰的位置上形成有燈光加熱裝置14。同時(shí)，所述支承臺(tái)12中設(shè)有被處理基片加熱裝置12A。
同時(shí)，在所述處理容器11中，它的側(cè)壁的上部與從外部氣體源延伸進(jìn)來(lái)的氣體管11L相連；另外，還設(shè)有氣體導(dǎo)入口11B，它將供應(yīng)到所述氣體管11L中的氫氣和Ar等載體氣體一起作為處理氣體導(dǎo)入到所述處理容器11中；當(dāng)通過(guò)所述氣體導(dǎo)入口11B導(dǎo)入的處理氣體充滿沿著所述側(cè)壁內(nèi)周形成的氣體通道11G后，通過(guò)在所述處理容器11內(nèi)分隔形成所述氣體通路11G的內(nèi)側(cè)隔壁11g上的開口部11b向所述處理容器內(nèi)均勻地放出。其中，所述開口部11b均勻形成在所述內(nèi)側(cè)隔壁11g上，所述內(nèi)側(cè)隔壁11g起噴射盤(shower plate)功能。
通過(guò)所述噴射盤11g放出的處理氣體，充滿所述處理容器11中的鄰接所述光學(xué)窗11W的空間11F后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)所述排氣泵11P，經(jīng)過(guò)構(gòu)成所述空間11F下端的氫催化過(guò)濾裝置15A，流向所述被處理基片13的表面。這時(shí)，因?yàn)樗雠艢饪?1A中設(shè)定的壓力比大氣壓低，所以，能夠在所述被處理基片13的表面形成均勻的氣體流。在所述氫催化過(guò)濾裝置15的上面，設(shè)有溫度控制裝置15H。
這里，通過(guò)運(yùn)行所述燈光加熱裝置14及所述溫度控制裝置15H，將所述過(guò)濾裝置15的溫度設(shè)定在期望值上，從而在從所述空間11F經(jīng)過(guò)所述過(guò)濾裝置15、流向所述基片12表面的處理氣體中，通過(guò)Pt催化劑的催化作用，發(fā)生如所示的氫氣成分的分解反應(yīng)，從而生成原子狀態(tài)的氫，或者說(shuō)是氫基。通過(guò)所述支承臺(tái)12中的加熱器12A，所述被處理基片13的溫度被設(shè)為例如400℃。
這樣形成的氫基H*流過(guò)形成在所述被處理基片13的表面上的絕緣膜，對(duì)基片/絕緣膜界面或者絕緣膜內(nèi)部形成的游離鍵進(jìn)行封端。氫基H*對(duì)于所述絕緣膜來(lái)說(shuō)，無(wú)論是氧化膜、氮化膜還是氮氧化膜，都能在膜中自由地通過(guò)。
在圖1的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)管11p經(jīng)過(guò)閥11Q，與所述排氣泵11P和所述排氣孔11A連接；經(jīng)過(guò)所述基片13表面的處理氣體，從所述排氣孔11A經(jīng)過(guò)所述導(dǎo)管11p，通過(guò)泵11P被排放到外部。同時(shí)，在圖1的結(jié)構(gòu)中，在所述處理容器11的側(cè)壁內(nèi)形成有冷卻水通路11C。而且，在所述過(guò)濾裝置15中設(shè)有在前面也說(shuō)明過(guò)的溫度控制裝置15H。作為一個(gè)例子，所述溫度控制裝置15H，構(gòu)成熱交換媒體的通路，從而使所述過(guò)濾裝置15保持在所定溫度上。
圖2A表示所述過(guò)濾裝置15的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D2A，過(guò)濾裝置由格子形的支架部件(枠部件)15A和由所述支架部件15A所支持的多孔過(guò)濾裝置15B構(gòu)成，所述加熱器15H形成在所說(shuō)的支架部件15A上。
所述多孔過(guò)濾裝置15B由通過(guò)燒結(jié)不修鋼絲而成的燒結(jié)體構(gòu)成，而在所述不銹鋼絲的表面上，經(jīng)TiN擴(kuò)散阻擋層層疊有Pt膜。
圖2B是所述多孔過(guò)濾裝置15B結(jié)構(gòu)的掃描型電子顯微鏡照片。
參照?qǐng)D2B，所述多孔過(guò)濾裝置15B是由若干不銹鋼絲集合構(gòu)成的，金屬絲與金屬絲之間形成有由氫氣和惰性氣體構(gòu)成的處理氣體能夠通過(guò)的空間。
圖3表示，在圖1的基片處理裝置中，從所述氣體導(dǎo)入口11B導(dǎo)入氧氣和氫氣的混合氣體后，通過(guò)對(duì)所述排氣導(dǎo)管11p中所排出的氣體的水分含量進(jìn)行測(cè)定、求得的，所述催化過(guò)濾裝置15中氫基H*的產(chǎn)生效率的結(jié)果。如果所述催化過(guò)濾裝置15中氫基H*的產(chǎn)生效率小，那么在所述導(dǎo)管11p中所能觀測(cè)到的水分的含量也減少；相反的，如果所述催化過(guò)濾裝置15中氫基H*的產(chǎn)生效率大，那么在所述導(dǎo)管11p中所能觀測(cè)到的水分的含量也增加。于是，可以認(rèn)為所述導(dǎo)管11p中所能觀測(cè)到的水分的含量表示所述氫基H*的產(chǎn)生效率。在圖3的實(shí)驗(yàn)中，所述硅基片13沒(méi)有導(dǎo)入到處理室11中。
參照?qǐng)D3，縱軸表示反應(yīng)的反應(yīng)率，同時(shí)，橫軸表示所述過(guò)濾裝置15的溫度。在圖3的實(shí)驗(yàn)中，氧氣是以1000sccm的流量導(dǎo)入，而氫氣的流量在50sccm到1000sccm的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變化。
參照?qǐng)D3，無(wú)論氫氣的流量如何變大，當(dāng)所述過(guò)濾裝置的溫度在從室溫到100℃的范圍內(nèi)變化的時(shí)候，反應(yīng)率隨著所述過(guò)濾裝置15溫度的上升而急劇上升，當(dāng)溫度在100℃時(shí)，反應(yīng)率大約達(dá)到90％，當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，能得到98％至100％的反應(yīng)率。
從圖3的結(jié)果可知，通過(guò)使用所述Pt過(guò)濾裝置15，并且過(guò)濾裝置的溫度在100℃以上、最好在200℃以上時(shí)，能夠有效地產(chǎn)生氫基H*。
然而，這樣產(chǎn)生的氫基H*相互間如果發(fā)生碰撞就又會(huì)還原為氫氣H2。從而，如果所述過(guò)濾裝置15和被處理基片13之間的距離H(圖2A)過(guò)大，那么產(chǎn)生的氫基H*在途中就會(huì)消失，不能到達(dá)所述基片13的表面。所述氫基H*能夠到達(dá)的距離也依賴于所述過(guò)濾裝置15和基片13之間的空間內(nèi)的氫基H*濃度，如果氫基濃度高，所述距離H就減小。這里，所述氫基濃度在從所述過(guò)濾裝置15朝基片13的方向上，隨著從所述過(guò)濾裝置15正下方開始測(cè)量的距離，以指數(shù)函數(shù)的形式減少。因此，可以考慮，從所述導(dǎo)入口11B導(dǎo)入到所述處理室11中的氫氣，最好用Ar等惰性氣體稀釋到一定程度。
圖4表示將用Ar稀釋的氫氣作為處理氣體，從所述導(dǎo)入口11B共給到處理室中的時(shí)候，從所述過(guò)濾裝置15的正下方到所述基片13表面方向上的氫基的濃度分布。這里，在圖4的實(shí)驗(yàn)中，所述處理氣體中的氫氣濃度設(shè)定為0.01％、0.1％及1％。圖4中，縱軸表示用單位時(shí)間·單位面積上的氫基H*的流量表示的氫基濃度，同時(shí)，橫軸表示從所述過(guò)濾裝置15下方向所述基片13表面方向測(cè)得的距離。
參照?qǐng)D4，當(dāng)處理氣體中的氫氣濃度為1％的時(shí)候，盡管對(duì)應(yīng)很高的氫氣濃度，在所述催化裝置15正下方能夠?qū)崿F(xiàn)基流量超過(guò)1×1016cm-2秒-1的非常高的氫基濃度，但是，因?yàn)楹芨叩臍浠鶟舛劝殡S著很高的再結(jié)合率，所以，氫基H*的壽命變得極其短，從而，氫基濃度隨距離急劇減小。與此相對(duì)，當(dāng)供給處理氣體中的氫氣濃度為0.01％的時(shí)候，生成的氫基壽命長(zhǎng)，因此，在距離所述催化裝置15正下方30mm的位置上，也能夠?qū)崿F(xiàn)1×1013cm-2秒-1的基流量。另外，所述催化裝置15正下方的基流量小于1×1015cm-2秒-1。同時(shí)，當(dāng)處理氣體中的氫氣濃度為0.10％的時(shí)候，能夠?qū)崿F(xiàn)介于所述兩種情況之間的基流量。
圖5是在向圖1所示的硅基片13的單位面積上供給大于硅結(jié)晶表面中的硅原子面密度(2.7×1015cm-2)的氫基H*量的情況下，在各種處理時(shí)間下求得的，表示所允許的最大的催化裝置-基片間距離H和氫氣濃度之間關(guān)系的結(jié)果。
參照?qǐng)D5可知，當(dāng)處理氣體中的氫濃度比0.1％高的時(shí)候與處理時(shí)間無(wú)關(guān)，所述催化過(guò)濾裝置15相對(duì)于被處理基片13，必須要接近到5mm以下的距離；而當(dāng)處理氣體中的氫氣濃度在0.01％以下的時(shí)候，所述催化過(guò)濾裝置15和被處理基片13之間的距離即使較大，也可以通過(guò)延長(zhǎng)處理時(shí)間，來(lái)提供足夠的氫基H*使得硅原子的游離鍵得到封端。因此可知，例如，如果通過(guò)把氫氣濃度設(shè)定為約0.002％、處理時(shí)間允許為80秒，則可以將所述硅基片13的表面與所述催化過(guò)濾裝置15之間的間隔增加到約60mm。
這樣，在圖1的基片處理裝置10中，向所述氣體導(dǎo)入口11B供應(yīng)氫氣經(jīng)Ar等惰性氣體稀釋過(guò)的處理氣體，將所述催化過(guò)濾裝置的溫度保持在100℃以上，最好在200℃以上，而且，與所述處理氣體中的氫氣濃度相對(duì)應(yīng)，將所述過(guò)濾裝置15和所述被處理基片13之間的距離H設(shè)定在60mm以下的最佳數(shù)值時(shí)，可以有效地對(duì)所述被處理基片13上的Si/SiO2表面上的游離鍵進(jìn)行封端。所說(shuō)的基片處理，可以將所述被處理基片13的溫度設(shè)定在400℃以下進(jìn)行，其結(jié)果，可以避免形成在所述被處理基片13上的超微化半導(dǎo)體器件的特性發(fā)生變化的問(wèn)題。另一方面，當(dāng)所述催化裝置15的溫度超過(guò)550℃時(shí)，可能有氫氣爆炸的危險(xiǎn)，所以，所述催化過(guò)濾裝置的溫度最好控制在550℃以下。
在圖1的基片處理裝置10中，因?yàn)樗鰵浠鵋*不僅是通過(guò)等離子體處理產(chǎn)生的，所以，即使產(chǎn)生氫基H*，也不會(huì)發(fā)生所述硅基片13上的超微小化半導(dǎo)體器件或者處理容器11因離子照射而受損傷的問(wèn)題。
對(duì)于以上說(shuō)明，在所述催化過(guò)濾裝置15中，雖然通過(guò)Pt的催化作用發(fā)生氫分子的分解反應(yīng)，并通過(guò)該反應(yīng)產(chǎn)生了氫基H*，但是，所說(shuō)催化劑并不局限于Pt，可以使用電子間作用力大，能夠有效地把氫分子(H2)分解成基H*，但又不會(huì)輕易地形成氧化物的，即生成氧化物的幾率很小的金屬。所說(shuō)的金屬中包括Pt、Ni、Pd、Ir、Au及它們的合金。并且，也可以使用這些金屬或者合金的化合物。
此外，盡管在以上說(shuō)明中敘述了作為所述被處理基片13使用硅基片的情況，但是，在圖1的裝置中，作為所述被處理基片13也可以使用玻璃基片，例如也可以使用裝載了TFT的玻璃基片。
圖6表示在圖2A、2B所示的多孔過(guò)濾裝置15中，在不銹鋼絲的表面省略所述TiN擴(kuò)散阻擋膜而直接形成Pt膜、并作為催化劑還未使用的狀態(tài)下，通過(guò)光電子光譜法(ESCAR)向Pt膜的深度方向測(cè)得的元素分布結(jié)果。圖中，縱軸表示的是用各元素的原子百分率表示的濃度，橫軸表示的是在進(jìn)行ESCAR分析時(shí)因Ar噴射的蝕刻時(shí)間。
參照?qǐng)D6，在使用前的狀態(tài)下，除了膜表面很有限的部分有很少量的氧氣進(jìn)入以外，可認(rèn)為Pt膜僅由Pt構(gòu)成，并沒(méi)有其他元素。
與此相對(duì)，將這種多孔過(guò)濾裝置15的溫度設(shè)為485℃ 、并在氫氣以2000SCCM、氧氣以1200SCCM的流量進(jìn)行供給的氫氣和氧氣的混合氣氛中，使用663小時(shí)后，其中所述Pt膜中的元素分布由圖7～9所示。這里，圖7表示所述多孔過(guò)濾裝置15中的過(guò)濾裝置外側(cè)變成金色部分的分析結(jié)果；圖8表示過(guò)濾裝置中央銀色部分的分析結(jié)果；還有，圖9表示過(guò)濾裝置內(nèi)側(cè)變成金色部分的分析結(jié)果。
參照?qǐng)D7～9，在任何一個(gè)分析結(jié)果均可知，經(jīng)過(guò)使用后，在Pt膜的表面會(huì)生成高濃度的氧，同時(shí)，F(xiàn)e、Cr、Ni的濃度也增大，即，在所述Pt膜的表面上生成了Fe、Cr、Ni等的氧化物?？梢哉J(rèn)為這些元素不是原Pt膜中所含有的，而其來(lái)源是裝載Pt膜的不銹鋼絲。同時(shí)，因?yàn)镻t的濃度在所述Pt膜表面中明顯減少，所以，可以認(rèn)為Pt隨著氧氣的侵入擴(kuò)散到不銹鋼絲中了。
在本實(shí)施例中，如先前說(shuō)明，通過(guò)使TiN擴(kuò)散阻擋膜介于不銹鋼絲和Pt膜之間，來(lái)抑制這樣的金屬元素的擴(kuò)散及Pt膜的腐蝕。
另一方面，可以看得出，在不含氧氣、濃度為100％的氫氣氛中使用所述多孔過(guò)濾裝置15時(shí)，這樣的金屬元素的擴(kuò)散不會(huì)發(fā)生，因此，即使在使用后，也能夠保持如圖6所示的元素分布。即，在所述多孔過(guò)濾裝置15中，在不銹鋼絲上直接形成Pt膜而構(gòu)成的過(guò)濾裝置，可以作為有效的氫催化過(guò)濾裝置使用于100％的氫氣氛中。當(dāng)然，也可以將設(shè)有TiN擴(kuò)散阻擋層的多孔過(guò)濾裝置作為氫催化過(guò)濾裝置使用于不含氧氣、100％的氫氣氛中。
作為這種擴(kuò)散阻擋層，除TiN以外，還可以使用如TaN、WN等各種氮化物。[第二實(shí)施例]圖10A、10B表示在圖1的所述基片處理裝置10中，代替催化過(guò)濾裝置15使用的本發(fā)明第2實(shí)施例的催化部件25的結(jié)構(gòu)。這里，在圖10A、10B中，對(duì)先前已經(jīng)說(shuō)明的部分使用相同的參考標(biāo)號(hào)，并省略其說(shuō)明。
參照?qǐng)D10A，所述催化部件25包括由金屬等構(gòu)成的圓盤形狀的支承部件15A1，在所述支承部件15A1中形成有若干貫通孔15B1。
如在圖10B中具體表示的那樣，在所述貫通孔15B1的內(nèi)表壁上涂有由Pt等構(gòu)成的催化膜15b，并且在所述貫通孔15B1中插有柱銷(plug)15C。所述柱銷15C如圖10B所示，它的側(cè)表壁有一部分被切除，其結(jié)果，在所述柱銷15C和所述貫通孔15B1之間形成氣體流路15D。而且，在所述柱銷15C的側(cè)表面內(nèi)，分隔形成所述流路15D的部分也涂有由Pt等構(gòu)成的催化膜15c。
如圖10A所示，在所述柱銷15C的下端部分，即，與所述裝載臺(tái)12上的硅基片13面對(duì)的端部，設(shè)有直徑增大了的擴(kuò)散部，并與之相對(duì)應(yīng)，在所述貫通孔15B1的下端部分，形成有收納所述擴(kuò)散部的錐形部分。
在所述結(jié)構(gòu)的催化部件25中，從圖1的噴射開口部11b導(dǎo)入的氫氣，通過(guò)所述貫通孔15B1中的氣體通路15D，向所述基片13的表面進(jìn)行供應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)所述Pt膜15b、15c的催化作用，所述氫氣分解成氫基H*。這樣形成的氫基H*到達(dá)所述被處理基片的表面，對(duì)所述基片13表面的SiO2/Si界面中的游離鍵進(jìn)行封端。
在本實(shí)施例中，作為所述處理氣體最好是將氫氣經(jīng)惰性氣體稀釋后進(jìn)行供給，同時(shí)，所述催化部件25與被處理基片13之間的間隔最好設(shè)定為60mm以下。
作為所述催化膜15b及15c，可以使用先前說(shuō)明的Pt、Ni、Pd、Ir、Au及它們的合金或者它們的化合物。
圖11表示根據(jù)圖10A、10B的催化部件25的一個(gè)變形例的催化部件35的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D11，所述催化部件35具有層疊了如圖10A、10B所示的催化部件35A～35C的結(jié)構(gòu)，氫氣依次通過(guò)所述催化部件35A～35C后，到達(dá)所述被處理基片13的表面。所述催化部件35A～35C分別形成有若干如前所述那樣的貫通孔，氫氣經(jīng)過(guò)所述貫通孔中的流路時(shí)，通過(guò)所述催化膜被分解成氫基H*。[第三實(shí)施例]圖12表示本發(fā)明第3實(shí)施例的基片處理裝置20的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D12，在所述基片處理裝置20中，連接所述氣體管11L的氣體導(dǎo)入口11B被設(shè)置在所述處理容器11的頂部，而在所述處理容器11內(nèi)部，與所述氣體導(dǎo)入口11B對(duì)應(yīng)設(shè)有噴射頭21。這里，從所述氣體管11L經(jīng)過(guò)所述氣體導(dǎo)入11B導(dǎo)入到所述處理容器11中的處理氣體，經(jīng)過(guò)所述催化過(guò)濾裝置15流向所述被處理基片13的表面，通過(guò)在所述催化過(guò)濾裝置15中產(chǎn)生的氫基H*，對(duì)基片13表面上的游離鍵進(jìn)行封端。
還有，在本實(shí)施例中，去掉了圖1的裝置中用于加熱過(guò)濾裝置的燈14。在所述裝載臺(tái)12中設(shè)有用于加熱基片13的加熱裝置12A。[第四實(shí)施例]圖1或者圖12的基片處理裝置，可以使用于如前所述的、已經(jīng)形成半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體基片表面上的游離鍵封端處理，而且，在更高的溫度中，還可以使用于半導(dǎo)體基片的平坦化處理。如在前面也說(shuō)明過(guò)的那樣，半導(dǎo)體基片的平坦化處理在半導(dǎo)體器件的制造工序之前進(jìn)行，其傳統(tǒng)做法是在1200℃的溫度下，通過(guò)氫氣處理，使基片表面的凸起部分平坦化。此時(shí)，因?yàn)閷?duì)溫度的控制要求精確在±1℃，所以對(duì)大口徑基片進(jìn)行平坦化處理的費(fèi)用非常高。
對(duì)此，根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例，使用圖1或者圖12的基片處理裝置10或者20，將所述被處理基片13的溫度設(shè)定為800℃，并通過(guò)所述氣體管11L，將由氫氣和惰性載體氣體組成的處理氣體導(dǎo)入到所述處理容器11內(nèi)。
在這樣導(dǎo)入的處理氣體中，氫氣成分在通過(guò)所述催化過(guò)濾裝置15時(shí)變成氫基，并作用于所述被處理基片13的表面，使得基片表面的凸起部分在放出作為反應(yīng)生成物的SiH4氣體的同時(shí)達(dá)到平坦化。這時(shí)，因?yàn)樵诒緦?shí)施例中，并不是使用氫分子H2而是使用氫基作為反應(yīng)物，所以，即使是在800℃程度的低溫下，也能夠有效地進(jìn)行所述平坦化反應(yīng)。[第五實(shí)施例]圖13表示本發(fā)明第5實(shí)施例的基片處理裝置40的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D13，基片處理裝置40具有延伸到大氣中的、通過(guò)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)41A驅(qū)動(dòng)的基片運(yùn)送路線41，由TFT等形成的玻璃基片42作為被處理基片，在所述基片運(yùn)送路線41上沿著箭頭方向被運(yùn)送。在圖13所示的狀態(tài)下，所述玻璃基片42位于通過(guò)Ar或者氮?dú)獾榷栊詺怏w流從大氣氣氛中分隔出來(lái)的處理空間內(nèi)，并且，在所述處理空間中充滿著所述惰性氣體。同時(shí)，在所述處理空間中排出了大氣成分。
在所述處理空間中，設(shè)有處理頭44，用于從外部氣體源經(jīng)過(guò)通過(guò)氣體管43供應(yīng)由氫氣和Ar氣體組成的處理氣體；所述處理氣體在所述處理頭44中，暫時(shí)滯留在上端由石英窗44A分隔、下端由氫催化過(guò)濾裝置44C分隔成的處理氣體空間44B中。并且，在所述處理頭44中，在所述處理氣體空間44B的外側(cè)形成有一對(duì)排氣口44D。所述氫催化過(guò)濾裝置44C，可以具有在圖2A、2B或者圖10A、10B，及圖11中已經(jīng)說(shuō)明的任意一種結(jié)構(gòu)。
在圖13的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)所述排氣口44D進(jìn)行排氣，在所述處理頭44中形成有處理氣體流，所述處理氣體流從所述處理氣體空間44B經(jīng)過(guò)所述氫催化過(guò)濾裝置44C，沿著被處理基片42的表面流向所述排氣口44D。所說(shuō)的處理氣體在通過(guò)所述氫催化過(guò)濾裝置44C的時(shí)候，氫分子被分解成氫基H*，而形成的氫基H*沿著所述處理氣體流被輸送到所述玻璃基片42的表面，并通過(guò)所述排氣口44D排出。
其中，通過(guò)用設(shè)置在所述石英窗44A外側(cè)的燈45對(duì)所述處理基片42進(jìn)行加熱，可以使氫基H*對(duì)所述玻璃基片42的表面進(jìn)行處理。
圖14放大表示所說(shuō)的基片42表面。
參照?qǐng)D14，在所述玻璃基片42的表面上，對(duì)應(yīng)TFT具有由聚硅或者非晶硅所形成的活性區(qū)域圖臺(tái)(pattern)42A，而所述活性區(qū)域圖臺(tái)42A的表面被由氮化膜或者氮氧化膜所形成的柵極絕緣膜所覆蓋。而且，在所述活性區(qū)域圖臺(tái)42A上，經(jīng)所述柵極絕緣膜42B形成有柵極電極42C。
這里，根據(jù)圖13的結(jié)構(gòu)，通過(guò)向所述玻璃基片42的表面供應(yīng)氫基H*，能夠有效地對(duì)存在于所述活性區(qū)域圖臺(tái)42A中的或者對(duì)存在于所述活性區(qū)域圖臺(tái)42A和柵極絕緣膜42B的界面區(qū)域中的游離鍵進(jìn)行封端。
在圖13的構(gòu)成中，通過(guò)沿著所述運(yùn)送路線41移動(dòng)所述玻璃基片42，使所述處理頭44掃描所述玻璃基片42的表面，其結(jié)果，即使是對(duì)大面積的玻璃基片，也能夠進(jìn)行有效的處理。當(dāng)然，也可以固定所述玻璃基片42，使所述處理頭44與所述處理空間一起移動(dòng)。
而且根據(jù)需要，也可以使所述玻璃基片42旋轉(zhuǎn)。
以上，對(duì)本發(fā)明比較適合的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于所述的特定實(shí)施例，也可以在權(quán)利要求書所述的宗旨內(nèi)，進(jìn)行各種各樣的變形、變化。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，雖然在半導(dǎo)體器件表面上形成了氧化膜、氮氧化膜等致密的絕緣膜，但是，通過(guò)催化過(guò)濾裝置從氫氣中產(chǎn)生氫基H*，能夠有效地使基片/絕緣膜界面中的游離鍵實(shí)現(xiàn)封端。這時(shí)，本發(fā)明中，催化過(guò)濾裝置設(shè)置在被處理基片的附近，并通過(guò)供給經(jīng)惰性氣體稀釋的氫氣，能夠使氫基H*的壽命，以及其到達(dá)范圍達(dá)到最大。同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)使用氫基H*，能夠在低溫狀態(tài)下對(duì)半導(dǎo)體基片進(jìn)行平坦化處理。本發(fā)明中，通過(guò)在具有催化作用的催化金屬元素所組成的金屬催化層和裝載所述金屬催化層的載體之間，設(shè)置由TiN、TaN、WN等氮化物組成的擴(kuò)散阻擋，使得所述催化反應(yīng)即使在含有氫以外，還含有氧的氣氛中進(jìn)行，也能夠抑制所述催化金屬元素從所述金屬催化層向所述載體的擴(kuò)散，以及來(lái)自所述載體的金屬元素向所述金屬催化層的擴(kuò)散，從而，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的催化反應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種基片處理裝置，其特征在于，它具有處理空間，設(shè)有用于支承被處理基片的支承臺(tái)；氫催化部件，與所述被處理基片正對(duì)著設(shè)置在所述處理空間內(nèi)，用于將氫分子分解成氫基H*；氣體供給口，設(shè)置在所述處理空間內(nèi)、相對(duì)于所述氫催化部件與所述處理基片正對(duì)的一側(cè)，用于導(dǎo)入至少含有氫氣的處理氣體，其中，所述氫催化部件和所述支承臺(tái)上的被處理基片之間的間隔，被設(shè)定在所述氫基H*能夠到達(dá)的距離以內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，在所述處理空間內(nèi)、相對(duì)于所述被處理基片與所述氫催化部件正對(duì)的一側(cè)上還設(shè)有排氣口。
3.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件裝載有催化劑，其中，該催化劑由從Ni、Pt、Pd、Ir、Au及這些合金所組成的群中選擇的金屬或者其金屬化合物組成。
4.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件具有催化劑，由從Ni、Pt、Pd、Ir、Au及這些合金所組成的群中選擇的金屬或者其金屬化合物組成；和裝載臺(tái)，裝載所述催化劑；其中，所述催化劑接觸設(shè)置在所述裝載臺(tái)上。
5.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件具有催化劑，該催化劑由從Ni、Pt、Pd、Ir、Au及這些合金所組成的群中選擇的金屬或者其金屬化合物組成；和裝載臺(tái)，裝載所述催化劑；其中，所述催化劑經(jīng)擴(kuò)散阻擋膜設(shè)置在所述裝載臺(tái)上。
6.如權(quán)利要求5所述的基片處理裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋膜由氮化物組成。
7.如權(quán)利要求6所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氮化物可以選擇TiN、TaN及WN中的任意一種。
8.如權(quán)利要求3所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件由具有多孔基材的過(guò)濾裝置組成，所述多孔基材的表面被所述催化劑所覆蓋。
9.如權(quán)利要求8所述的基片處理裝置，其特征在于，所述多孔基材由金屬絲的燒結(jié)體構(gòu)成，并在所述金屬絲的表面上涂有所述催化劑。
10.如權(quán)利要求2所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件由板狀部件和在所述板狀部件中形成的若干貫通孔構(gòu)成，所述催化劑至少要覆蓋所述貫通孔的內(nèi)壁表面。
11.如權(quán)利要求10所述的基片處理裝置，其特征在于，在所述各個(gè)貫通孔中，插有與所述內(nèi)壁表面形成氣體流路的部件，在所述部件的前端部分形成氣體流擴(kuò)散部。
12.如權(quán)利要求3所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件具有層疊若干催化層的結(jié)構(gòu)，各個(gè)催化層由板狀部件和在所述板狀部件中形成的若干貫通孔組成，所述催化劑至少要覆蓋所述貫通孔的內(nèi)壁表面。
13.如權(quán)利要求3所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件包括溫度控制裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述間隔被設(shè)定在60mm以下。
15.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件設(shè)置在與所述支承臺(tái)上的被處理基片基本平行的位置上。
16.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述氫催化部件具有能夠覆蓋所述支承臺(tái)上的被處理基片整個(gè)表面的大小。
17.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，還設(shè)有使所述氫催化部件和所述支承臺(tái)相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求17所述的基片處理裝置，其特征在于，所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)使所述支承臺(tái)相對(duì)于所述氫催化部件平行移動(dòng)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的基片處理裝置，其特征在于，所述處理空間由惰性氣體氣氛所填充的區(qū)域分隔而成。
20.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述處理空間形成在用側(cè)壁分隔成的處理容器內(nèi)。
21.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，從所述氣體供給口，所述氫氣以被裝載氣體稀釋的狀態(tài)被供應(yīng)到所述處理室內(nèi)。
22.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述處理室還具有透光窗，并在所述處理室外側(cè)、對(duì)應(yīng)所述透光窗的位置上設(shè)有燈熱源。
23.如權(quán)利要求1所述的基片處理裝置，其特征在于，所述支承臺(tái)還具有加熱裝置。
24.一種基片處理方法，其特征在于，它具有將所述氫氣作為處理氣體導(dǎo)入到處理室的工序；通過(guò)氫催化劑活化所述氫氣，從而產(chǎn)生氫基H*的工序；使所述氫基H*流向被處理基片的工序；通過(guò)所述氫基H*，對(duì)所述被處理基片進(jìn)行處理的工序。
25.如權(quán)利要求24所述的基片處理方法，其特征在于，所述處理氣體以被惰性氣體稀釋的狀態(tài)含有氫氣。
26.如權(quán)利要求24所述的基片處理方法，其特征在于，所述處理氣體以1％以下的濃度含有氫氣。
27.如權(quán)利要求24所述的基片處理方法，其特征在于，所述被處理基片是裝載絕緣膜的硅基片，而利用所述氫基H*進(jìn)行的處理工序包括對(duì)所述硅基片和所述絕緣膜的界面中存在的游離鍵進(jìn)行封端的工序。
28.如權(quán)利要求24所述的基片處理方法，其特征在于，所述被處理基片是玻璃基片，而利用所述氫基H*進(jìn)行的處理工序包括對(duì)存在于所述玻璃基片表面上的聚硅膜或者非晶硅膜、以及絕緣膜中的游離鍵進(jìn)行封端的工序。
29.如權(quán)利要求24所述的基片處理方法，其特征在于，所述產(chǎn)生氫基H*的工序是在100℃以上的溫度下進(jìn)行的。
30.如權(quán)利要求24所述的基片處理方法，其特征在于，利用所述氫基H*進(jìn)行的處理工序是向所述被處理基片表面供應(yīng)氫基H*，其量與所述被處理基片上的原子面濃度相對(duì)應(yīng)。
31.一種基片平坦化方法，其特征在于，它具有向處理室中導(dǎo)入氫氣的工序；通過(guò)氫催化劑活化所述氫氣，從而產(chǎn)生氫基H*的工序；使所述氫基H*流向被處理基片的工序；利用氫基H*使所述被處理基片平坦化的工序，其中，所述平坦化工序在大約800℃以下的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
一種基片處理裝置，它具有處理空間，設(shè)有用于支承被處理基片的支承臺(tái)；氫催化部件，與所述被處理基片正對(duì)著設(shè)置在所述處理空間中，用于將氫分子分解成氫基H
文檔編號(hào)H01L29/786GK1478296SQ02803238
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2002年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月5日
發(fā)明者大見(jiàn)忠弘, 須川成利, 平山昌樹, 后藤哲也, 也, 利, 樹 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 大見(jiàn)忠弘