特許 6993395 遠隔プラズマ源を使用する低温での選択的な酸化のための装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-13

(45)【発行日】2022-01-13

(54)【発明の名称】遠隔プラズマ源を使用する低温での選択的な酸化のための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20220105BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20220105BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 E

H01L21/316 S

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019211351

(22)【出願日】2019-11-22

(62)【分割の表示】P 2018080657の分割

【原出願日】2013-07-25

(65)【公開番号】P2020061555

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2019-12-23

(31)【優先権主張番号】61/678,452

(32)【優先日】2012-08-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】13/869,208

(32)【優先日】2013-04-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】パン， ホン

(72)【発明者】

【氏名】ロジャーズ， マシュー スコット

(72)【発明者】

【氏名】ジャンドラ， アグス エス．

(72)【発明者】

【氏名】オルセン， クリストファー エス．

【審査官】田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１７６３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６０４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０６２９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２４７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５４４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５２９４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３２２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１６５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３３８９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０６３９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２９４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０９８３００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００６／０９５７５２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコンの表面の選択的な酸化のための方法であって：
基板を処理チャンバの中に位置決めすること；
水素をホットワイヤ装置の近傍に流して活性化水素ガスを発生させること；
前記活性化水素ガスを第１の管類を通して前記処理チャンバの中へ流すこと、ここで前記第１の管類は石英材料を備え、前記水素は、処理チャンバの圧力を１Ｔｏｒｒと２Ｔｏｒｒとの間に維持するために前記処理チャンバの中に流され；
酸素ラジカルを含む遠隔プラズマを発生させること；
前記遠隔プラズマを石英材料を備える第２の管類を通して前記処理チャンバの中へ流すこと；
前記処理チャンバの中で前記遠隔プラズマを前記活性化水素ガスと混合して活性化された処理ガスを生成すること；
前記基板を前記活性化された処理ガスに晒してシリコンを酸化すること、ここで前記活性化された処理ガスはシリコンの表面を酸化しかつ金属の表面を還元する；及び
前記基板を冷却することを含む、方法。

【請求項2】

水素は、酸素と水素との合計と比較して前記活性化された処理ガスの少なくとも７０原子パーセント含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

水素は、前記活性化された処理ガスの最大で９５原子パーセントを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

酸素ラジカルを含む遠隔プラズマを発生させることに先立って、前記基板を水素の中に浸すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記浸すことは、少なくとも４５秒の間において、摂氏６００度と摂氏８００度の間の温度で維持される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記浸すことは水素の圧力が約４５０Ｔｏｒｒと約５５０Ｔｏｒｒの間に維持される請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記活性化された処理ガスを生成する前にアルゴン、ヘリウムまたはクリプトンを前記処理チャンバの中に流すことにより前記処理チャンバから水素ガスを除去することをさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記水素ガスの流量は、約３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ^２から約３３．３ｓｃｃｍ／ｃｍ^２までである、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記水素ガスの流量は、約３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ^２から約１６．６７ｓｃｃｍ／ｃｍ^２までである、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

水素は、前記活性化された処理ガスの最大で９５原子パーセントを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

シリコンの表面の選択的な酸化のための方法であって：
基板を処理チャンバの中に位置決めすること；
水素をホットワイヤ装置の近傍に流して活性化水素ガスを発生させること；
前記活性化水素ガスを第１の管類を通して前記処理チャンバの中へ流すこと、ここで前記第１の管類は石英材料を備え、前記水素は処理チャンバの圧力を１Ｔｏｒｒと２Ｔｏｒｒとの間に維持するために前記処理チャンバの中に流され；
酸素ラジカルを含む遠隔プラズマを発生させること；
前記遠隔プラズマを前記処理チャンバの中へ石英材料を備える第２の管類を通して流すこと；
前記処理チャンバの中で前記遠隔プラズマを前記活性化水素ガスと混合して、活性化された処理ガスを生成すること；
前記基板を前記活性化された処理ガスに晒してシリコンを酸化すること、ここで前記活性化された処理ガスはシリコンの表面を酸化しかつ金属の表面を還元し、水素は、酸素と水素との合計と比較して前記活性化された処理ガスの少なくとも７０原子パーセントを含む、酸化すること；及び
前記基板を冷却することを含む、方法。

【請求項12】

水素は、活性化された処理ガス最大で９５原子パーセントを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

酸素ラジカルを含む遠隔プラズマを発生させることに先立って、前記基板を水素の中に浸すことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記浸すことは、少なくとも４５秒、摂氏６００度と摂氏８００度の間の温度で維持される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記浸すことは水素の圧力が約４５０Ｔｏｒｒと約５５０Ｔｏｒｒの間に維持される請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記活性化された処理ガスを生成する前にアルゴン、ヘリウムまたはクリプトンを前記処理チャンバの中に流すことにより前記処理チャンバから水素ガスを除去することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

シリコンの表面の選択的な酸化のための方法であって：
基板を処理チャンバの中に位置決めすること；
水素をホットワイヤ装置の近傍に流して活性化水素ガスを発生させること；
前記活性化水素ガスを第１の管類を通して前記処理チャンバの中へ流すことであって、前記第１の管類は石英材料を備え、前記水素は前記処理チャンバに流され、プロセスチャンバの圧力を１Ｔｏｒｒと２Ｔｏｒｒとの間に維持すること；
酸素を含む遠隔プラズマを発生させることに先立って、前記基板を水素の中に浸すこと；
酸素ラジカルを含む遠隔プラズマを発生させること；
前記遠隔プラズマを前記処理チャンバの中へ石英材料を備える第２の管類を通して流すことと；
前記処理チャンバの中で前記遠隔プラズマを前記活性化水素ガスと混合して、活性化された処理ガスを生成すること；
前記基板を前記活性化された処理ガスに晒してシリコンを酸化することにおいて、前記活性化された処理ガスはシリコンの表面を酸化しかつ金属の表面を還元し、水素は、酸素と水素との合計と比較して少なくとも７０原子パーセントの前記活性化された処理ガスを含む、酸化すること；及び
前記基板を冷却することを含む、方法。

【請求項18】

水素は、最大で９５原子パーセントの前記活性化された処理ガスを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記浸すことは、少なくとも４５秒の間において、摂氏６００度と摂氏８００度の間の温度で維持され、かつ前記浸すことは水素の圧力が約４５０Ｔｏｒｒと約５５０Ｔｏｒｒの間に維持される請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記活性化された処理ガスを生成する前にアルゴン、ヘリウムまたはクリプトンを前記処理チャンバの中に流して前記処理チャンバから水素ガスを除去することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、概して、選択的にシリコンを酸化するための装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンの酸化は、集積回路の始まりまでさかのぼる、ＣＭＯＳ製造に対して基本的な技術である。シリコンの酸化のための最も一般的な方法は、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ／Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ／Ｏ_２、Ｏ_２／Ｈ_２、又はそれらの組み合わせの雰囲気の中の熱処理をよりどころにしている。ＩＣ製造においてシリコン酸化処理を提供するために使用されるハードウェアは、バッチ熱炉及びＲＴＰである。従来の酸化システム及び処理において、高温（摂氏７００より高い）は、シリコン又はポリシリコンの上の酸化物成長のための活性化エネルギーを提供するために必要とされる。

【0003】

進化した集積回路の製造は、酸化ケイ素の薄膜がシリコン又はポリシリコンの構造体の上で成長する、任意の数の処理ステップを必要とする。いくつかの用途に対して、タングステンを含む他の材料が酸化されないよう、酸化処理は選択的でなければならない。高温（摂氏７００度より高い）におけるＯ_２、Ｈ_２Ｏ／Ｈ_２、又はＨ_２Ｏ／Ｏ_２のいずれかの雰囲気の中での最近の熱処理は、この酸化処理を実行するために使用される。

【0004】

高温は、処理を実用的にするような酸化物成長速度を得るために必要であり、かついくつかの場合においては酸化物の質のために必要とされる。しかしながら、次世代のデバイスの多くは、高温及び酸化環境の組み合わせに晒される場合、酸化物成長が必要とされる処理のための流れの中のポイントにおいて重大な損傷を経験するだろう。それ故、他の表面物質を酸化することなく低い温度でのシリコンの選択的な酸化を可能にする、方法及び装置に対する技術面での必要性が存在する。

【発明の概要】

【0005】

本発明の実施形態は、概して、シリコンの選択的な酸化の方法に関する。一実施形態において、露出されているシリコンの表面の選択的な酸化のための装置は、第１の入口接続部及び第２の入口接続部を有する複数の壁を有する熱処理チャンバを含むことができ、ここで、複数の壁は、処理チャンバの範囲内の処理領域、処理チャンバの範囲内の基板支持体、処理チャンバの第１の入口接続部と流体接続している水素源、水素源と接続している熱源、処理チャンバの第２の入口接続部と流体接続している遠隔プラズマ源、及び遠隔プラズマ源と流体接続している酸素源を画定する。いくつかの実施形態において、流体接続は、不活性物質を含む管類を備えることができる。

【0006】

別の実施形態において、非金属の表面の選択的な酸化のための方法は、基板を処理チャンバの中に位置決めすることであって、処理チャンバは摂氏８００度より低い温度において維持される、位置決めすること、水素を処理チャンバの中へ流すこと、酸素を含む遠隔プラズマを発生させること、遠隔プラズマを処理チャンバの中へ流すことであって、遠隔プラズマは水素ガスと混合して活性化された処理ガスを生成する、流すこと、及び基板を活性化されたガスに晒すことを含むことができる。

【0007】

別の実施形態において、非金属の表面の選択的な酸化のための方法は、基板を処理チャンバの中に位置決めすることであって、処理チャンバは摂氏８００度より低い温度において維持される、位置決めすること、水素をホットワイヤ装置の近傍に流して活性化水素を発生させること、活性化水素を処理チャンバの中へ流すこと、酸素を含む遠隔プラズマを発生させること、処理チャンバの中で遠隔プラズマを水素ガスと混合して活性化された処理ガスを生成すること、基板を活性化されたガスに晒して望ましい量のシリコンを酸化することであって、活性化されたガスはシリコンの表面を酸化しかつ金属の表面を還元する、酸化すること、及び基板を冷却することを含むことができる。

【0008】

本発明の上述の特徴が詳細に理解され得るやり方において、上で短く要約された本発明のより具体的な説明が、実施形態に言及することによって認識され、それらのうちのいくつかは、添付の図面の中において示される。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態による、遠隔プラズマ源を有する熱処理チャンバの概略的な表現である。

【図2】図２は、一実施形態による、選択的な酸化の方法のブロック図である。

【図3A】図３Ａ及び図３Ｂは、予備焼きなましを用いる場合及び用いない場合の両方において取得される選択的な酸化及び還元のグラフ表示である。

【図3B】図３Ａ及び図３Ｂは、予備焼きなましを用いる場合及び用いない場合の両方において取得される選択的酸化及び還元のグラフ表示である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照符号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくても、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。

【0011】

本発明の実施形態は、概して、シリコンの選択的な酸化の方法に関する。実施形態は、より具体的には、シリコンの選択的な酸化、及び自然酸化物を除去するためのタングステンの選択的な還元に関する。

【0012】

タングステンを覆うＳｉの選択的な酸化は、進化したＣＭＯＳデバイスにおけるＳｉＯ_２誘電体の上のタングステンゲート電極の周りのイオン注入又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってもたらされる酸化ケイ素の損傷を修繕するための、重要な処理である。本明細書の中において説明される実施形態は、遠隔プラズマ及び熱処理の組み合わせを使用することによって、急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ又は熱炉の中の非金属を覆うシリコンを選択的に酸化するために採用されることができる。

【0013】

理論によってしばられることなく、シリコンの酸化の間に誘発されるギブスの自由エネルギーの変化は、タングステンの酸化の間のそれよりも大きく、それ故、タングステンを覆うシリコンの選択的な酸化をもたらす。酸化処理の関連技術として、反応は、高い温度及び圧力において基板に送られる水蒸気又は水素及び酸素の燃焼を含む。高温は、タングステンのウィスカリング（ｗｈｉｓｋｅｒｉｎｇ）をもたらす可能性があり、それは、デバイスの性能に対して有害となり得るタングステンからの、長い結晶性の構造体の形成である。タングステンのウィスカリングを考慮すると、より低い温度での選択的な酸化の使用は、デバイスの全体的な性能に対してより好ましいものとなる。

【0014】

本発明の実施形態は、以下の図面を参照してより明快に説明することができる。

【0015】

図１は、一実施形態による、遠隔プラズマ源を有するＲＴＰチャンバである。本発明の実施形態を用いて採用されるＲＴＰチャンバは、カリフォルニア州のサンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から購入できる、Ｃｅｎｔｕｒａ熱処理システム又はＶａｎｔａｇｅ ＲＴＰシステムなどの、基板の周りの雰囲気状態を維持している間に基板を加熱及び冷却することができる、任意のタイプのものであり得る。他の製造者からのチャンバを含む他の熱処理チャンバは、本発明の範囲から逸脱することなしに本発明の実施形態を用いて採用され得ることが想定される。

【0016】

ＲＴＰチャンバは、基板支持体の中で形成される抵抗加熱要素などの抵抗加熱器から、加熱ランプなどから、又はレーザアニーリングシステムなどからの放射エネルギーからの、加熱を採用することができる。

【0017】

処理チャンバ１００は、概して、基板１０２が熱的に処理され得る処理領域１１０を画定するチャンバ本体１０１を備える。基板１０２は、処理領域１１０を画定する助けとなることができる基板支持体１１２の上に位置決めされる。エネルギー源１０３は、放射エネルギー１０５を処理領域１１０に向けるように構成される。センサ１０８は、チャンバ本体１０１の内装の中の構成要素の特性を測定するための位置に配置される。一実施形態において、センサ１０８は、基板１０２からの放射エネルギーを取得しかつ測定することによって、基板１０２の温度を測定するように構成される。センサ１０８は、システムコントローラ１０９に接続され得、システムコントローラ１０９は、センサ１０８からの測定値にしたがってエネルギー源１０３を調整するために使用され得る。

【0018】

遠隔プラズマ源１２０は、処理チャンバ１００に接続される。本発明の実施形態を用いて採用される遠隔プラズマ源は、マサチューセッツ州のアンドーバーにあるＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから購入できる、Ｒ^＊ｅｖｏｌｕｔｉｏｎＩＩＩ遠隔ＲＦプラズマ源などの、少なくとも酸素を含む遠隔プラズマを生成するために使用されることができる任意のタイプのものであり得る。他の製造者からのチャンバを含む他の遠隔プラズマチャンバは、本発明の範囲から逸脱することなしに本発明の実施形態を用いて採用され得ることが想定される。

【0019】

遠隔プラズマ源１２０は、第１の管類１２２を介して処理チャンバ１００に流体結合され、第１の管類１２２は見通し可能な管類であり得る。酸素ガス源１２６はまた、誘導的に結合される遠隔プラズマ源などの、遠隔プラズマ源１２０に流体結合される。さらなる実施形態は、処理チャンバ１００の処理領域１１０に送られることができる酸素／不活性ガスプラズマを生成するために、遠隔プラズマ源１２０と結合される不活性ガス源１２８を含むことができる。

【0020】

第１の管類１２２は、遠隔プラズマ源１２０を処理チャンバ１００に流体結合する。本明細書の中で使用される用語「見通し可能」は、ラジカル再結合又は管類の表面への吸着の可能性を最小化するために、遠隔プラズマ源１２０と処理チャンバ１００との間の短い距離を伝達することを意味する。第１の管類１２２は、遠隔プラズマ源１２０によって提供される酸素ラジカルの吸着及び／又は再結合を妨げるために、サファイア、クオーツ、又は他のセラミック材料などの不活性物質を含むことができる。第１の管類１２２は、遠隔プラズマ源１２０の中で発生される酸素ラジカルの、処理チャンバ１００の中への直接的かつ短い経路を提供するように構成されることができる。

【0021】

水素ガス源１２４は、処理チャンバ１００に接続される。水素ガス源１２４は、水素ガスが遠隔プラズマ源１２０から送られる酸素を含む遠隔プラズマによって活性化される、処理領域１１０へ水素ガスを送る。ホットワイヤ装置１３０は、随意に、水素ガス源１２４と処理チャンバ１００との間に位置決めされることができる。ホットワイヤ装置１３０を有する実施形態において、水素ガスは、水素をチャンバの中へ送るのに先立って、水素を活性化するホットワイヤ装置１３０のホットフィラメントを覆って流されることができる。さらに、ホットワイヤ装置１３０は、見通し可能な管類などの、第２の管類１３２を使用して、処理チャンバに接続されることができる。第１の管類１２２の組成及びパラメータは、第２の管類１３２に使用されることができる。

【0022】

温度制御は、酸化ケイ素の形成のために重要であり、一方、同時に、タングステンの上にウィスカー構造体は形成されない。そのようにして、本明細書の中において説明される実施形態の中で使用されるＲＴＰチャンバは、チャンバの中の基板の急速な加熱及び冷却を用いて摂氏５００度から摂氏１１００度の間の範囲で温度を制御することができるべきである。そのような加熱及び冷却は、基板支持体の中の加熱要素及び／又は冷却ポートなどの、構造体を使用して実行され得る。

【0023】

図２は、一実施形態による、選択的な酸化の方法のブロック図である。方法２００は、熱処理チャンバの中に基板を位置決めすることを含むことができ、ここで、基板は、ステップ２０２において、摂氏８００度より低い温度に維持される。摂氏８００度より高い温度では、基板の表面上に堆積するタングステンの特徴の上にタングステンウィスカーが生じる。タングステンウィスカーが成長すると、それらは基板の不均質な表面を生成するのと同様に、隣接する特徴と接触し得る。さらに、摂氏約８００度より低い温度を維持することは、低いサーマルバジェットを伴う用途に対して有益である。それ故、摂氏約８００度より低い温度、及び好ましくは摂氏約７００度以下における基板の管理は、半導体デバイスの全体的な機能性に対して有益となり得る。

【0024】

方法２００はさらに、ステップ２０４において、処理チャンバの中へ水素を流すことを含むことができる。シリコンは、ふつう非常に高い温度及び長い時間を必要とするＯ_２又はＨ_２Ｏの中の従来型の熱酸化によって酸化することは難しい。それは、酸素プラズマによって発生する核種を含む、原子状酸素の中で酸化することが知られている。プラズマによって活性化するＯ_２を含む、Ｏ_２及びＨ_２の混合の使用はまた、シリコンの酸化を可能にし、一方でまた、シリコン並びにタングステンなどの他の材料の酸化の速度及び／又は相対速度を変化させる。

【0025】

適切なサイズのチャンバの中の３００ミリメートルの基板に対して、Ｈ_２の流量は、約１ｓｌｍから約１０ｓｌｍ（約３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ^２から約３３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ^２）の範囲内に含まれ得る。水素は、チャンバの中へ流れ、チャンバ全体の圧力を、１．５Ｔｏｒｒなどの、１Ｔｏｒｒから２Ｔｏｒｒの間の圧力に維持することができる。基板の温度は、摂氏約６００度まで低減される基板などのように、摂氏約５５０度から摂氏約６５０度の間に低減されることができる。いくつかの実施形態において、チャンバは、基板と同じ温度に維持されることができる。

【0026】

さらなる実施形態は、予浸／予備焼きなましの処理を含み得る。一実施形態において、水素（Ｈ_２）は、その中に配置される基板を有する処理チャンバの中へ流される。その後、基板は、基板を摂氏約７００度に維持する一方で、約４５０Ｔｏｒｒから約５５０Ｔｏｒｒの間のＨ_２の中に浸される。その後、基板は、６０秒などの、約４５秒から約７５秒の間などの短い期間に対してＨ_２溶液の中に維持される。関連データは、Ｈ_２の中の予浸は、同時にタングステンの表面上に形成される自然酸化物を還元する一方で、酸化ケイ素の形成という利益をもたらし得ることを示している。

【0027】

またさらなる実施形態は、Ｈ_２をチャンバの中へ流す前に、ホットワイヤを使用してＨ_２を活性化することを含み得る。この実施形態において、Ｈ_２は、ホットフィラメントを覆って流される。フィラメントは、タングステン又はルテニウム‐タングステンなどの、耐食性の金属又は合金から成ることができる。ホットフィラメントは、プラズマを生成しないで水素を活性化することができ、それによって水素をプラズマとして使用する場合に見られることができる、より酷い悪影響のうちのいくつかを妨げることができる。活性化水素は、Ｈ_２及び電離水素を含み、処理チャンバの中へ流され、そこでは、活性化水素は、タングステンなどの露出金属の表面上に形成される自然酸化物から酸素を抽出するとともに、シリコンの上に酸素を堆積する。タングステンの還元は、７０原子パーセントから９５原子パーセントの範囲内に含まれる水素で見られた。

【0028】

方法２００はさらに、ステップ２０６において、酸素を含む遠隔プラズマを発生させることを含むことができる。遠隔プラズマとしてのＨ_２の生成に関する任意の数の問題が存在する。何よりも、Ｈ_２は、プラズマに変換される場合、電源、及び陽極酸化アルミ、クオーツ、及びサファイアからなる構成要素などの他のチャンバ構成要素に到達することができる。この反応は、時期尚早な電源の故障をもたらし得る。さらに、Ｈ_２を伴う反応は、金属水素化物などの堆積前駆体を生成することができ、それは基板上に堆積することができる。酸素だけの遠隔プラズマを生成することによって、活性化された酸素の核種は、基板に対する最小の損傷を伴って、かつチャンバの他の部分に接触する場合に水素プラズマの悪影響を有することなしに、生成されることができる。さらに、活性化酸素は、基板に対する電離した／ラジカル化した水素の影響を制限するために、基板の存在の中で水素を活性化するために使用されることができる。

【0029】

酸素ガスは、３００平方センチメートルの基板に対して約１ｓｌｍから約５ｓｌｍの範囲内に含まれる流量（約３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ^２から約１６．６７ｓｃｃｍ／ｃｍ^２）で、遠隔プラズマ源の中へ流される。酸素ガスは、不活性ガスと混合し、酸素混合ガスを生成することができる。不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、又はクリプトンなどのガスを含むことができる。その後、酸素ガス又は混合ガスのいずれも、エネルギー源を使用してプラズマに変換されることができる。エネルギー源は、容量性、誘導性、又はマイクロ波のエネルギー源であり得る。

【0030】

方法２００はさらに、ステップ２０８において、遠隔プラズマを処理チャンバの中へ流すことを含むことができ、ここで、遠隔プラズマは水素ガスと混合し、活性化された処理ガスを生成することができる。プラズマは、プラズマとして見通し可能な管を通ってチャンバの中へ流れる前に急冷されることも、又はプラズマとして見通し可能な管を通ってチャンバの中へ流されることもできる。プラズマは、基板を覆う水素と混合して、Ｈ、Ｏ、及びＯＨ分子を生成する。基板の温度は、摂氏６００度などの、摂氏５５０度から摂氏６５０度の間に維持され、酸化ケイ素の形成という利益をもたらす。

【0031】

一実施形態において、予備焼きなましステップの中でチャンバの中に流された水素は、活性化された処理ガスに対する水素ガスとして再使用され得る。さらなる実施形態は、活性化されたガスを生成するために水素の中へ流れるのに先立って、不活性ガス又は水素を用いて、チャンバを清掃することを含むことができる。これらのステップは、酸素プラズマの生成と同時に生じ得る。同様に、水素は、酸素プラズマが遠隔プラズマ源から流れる前に、又は酸素プラズマが基板を覆う酸素プラズマと混合するために同時に流される前に、チャンバの中へ流され得る。

【0032】

方法２００はさらに、ステップ２１０において、基板を活性化されたガスに晒して、シリコンを酸化しかつタングステンなどの露出金属を還元することを含むことができる。シリコンのプラズマ酸化は、概して、アレニウスの様な温度への依存性に従うが、プラズマの中で生成される酸素ラジカルの存在のおかげで、熱酸化よりもかなり低い活性化エネルギーを伴う。酸素の活性化、及びそれに引き続いて若しくはそれと同時に起きる水素の活性化のために、シリコンは酸化される。さらに、水素及び酸素の活性化された核種は、同じ条件の下にタングステンの還元をもたらす。

【0033】

図３Ａは、シリコン基板上の増加した酸化ケイ素の成長を示す実験データである。全てのデータは、３００ミリメートルのベアシリコン基板から収集された。基板は、最初に摂氏７００度まで加熱され、次に随意の予備焼きなましステップが行われた。随意の予備焼きなましステップは、５３０Ｔｏｒｒの圧力においてＨ_２の中に６０秒間だけ浸すことを含む。予備焼きなましステップの後に、温度は摂氏６００度まで下げられ、かつ圧力は１．５Ｔｏｒｒまで下げられた。選択的な酸化の部分の間、温度は摂氏６００度に維持された。遠隔プラズマは、６０秒の間だけ３０００ワットに固定されたソース電力を用いて酸素から生み出され、かつその後チャンバに流されて、そこでは、遠隔プラズマは別々にチャンバの中に流されるＨ_２と混合された。チャンバの中のＨ_２及びＯ_２の全圧力は、１．５Ｔｏｒｒであった。

【0034】

グラフ表示は、８０原子パーセントから１００原子パーセントの間のＨ_２原子パーセントの範囲内に含まれる酸化ケイ素の厚さを示している。シリコン成長は、８０原子パーセントから９０原子パーセントの範囲内に含まれる水素（それぞれ、２０原子パーセント及び１０原子パーセントの酸素）ではより高かった。（本明細書の中においては示されない）さらなる類似の実験の中で示されるように、７０原子パーセントから９５原子パーセントの範囲内に含まれる水素（それぞれ、３０原子パーセント及び５原子パーセントの酸素）は、シリコン上の最適な酸化物成長を提供する。酸化ケイ素の厚さは、一貫して、予備焼きなましされたシリコン基板が焼かれていないシリコン基板よりも高く、温度の増加を必要とせずに０．２Åから０．８Åの間の増加された厚さを提供している。予備焼きなましされた酸化ケイ素は、自然酸化物の存在の中の水素によって再分配される隔離された酸素からの酸化物成長であり得る、１００パーセントのＨ_２のサンプルの中において著しくより高い。

【0035】

図３Ｂは、自然タングステン酸化物の還元を示している実験データである。全てのデータは、ＣＶＤ処理によって堆積したタングステンを伴う３００平方ミリメートルのシリコン基板から収集された。基板は、最初に摂氏７００度まで加熱され、次に随意の予備焼きなましステップが行われた。随意の予備焼きなましステップは、５３０Ｔｏｒｒの圧力においてＨ_２の中に６０秒間だけ浸すことを含む。予備焼きなましの後に、温度は摂氏６００度まで下げられ、かつ圧力は１．５Ｔｏｒｒまで下げられた。選択的な酸化の部分の間、温度は摂氏６００度に維持された。遠隔プラズマは、６０秒の間だけ３０００ワットに固定されたソース電力を用いて酸素から生み出され、かつその後チャンバに流されて、そこでは、遠隔プラズマは別々にチャンバの中に流されるＨ_２と混合された。チャンバの中のＨ_２及びＯ_２の全圧力は、１．５Ｔｏｒｒであった。

【0036】

グラフ表示は、酸素が無い場合と比較して、水素及び酸素の両方の存在の中の自然タングステン酸化物の厚さにおける全般的な減少を示している。酸素濃度は、Ｘ‐線の光電子分光法（ＸＰＳ）を使用して測定された。ＸＰＳ測定は、堆積したタングステン（自然ＷＯｘ）の中の３８パーセントから３９パーセントの範囲内に含まれる酸素パーセントを示している。自然ＷＯｘ含有量における減少は、８０原子パーセントから９０原子パーセントの範囲に含まれる水素（それぞれ、２０原子パーセント及び１０原子パーセントの酸素）ではより高かった。（本明細書の中においては示されない）さらなる類似の実験の中で示されるように、７０原子パーセントから９５原子パーセントの範囲に含まれる水素（それぞれ、３０原子パーセント及び５原子パーセントの酸素）は、自然ＷＯｘの減少のために使用されることができる。酸化ケイ素の厚さに関連して、自然ＷＯｘは、一貫して、焼かれていないタングステン被覆基板よりも予備焼きなましされたタングステン被覆基板の方がより低く、温度の増加を必要とせずに０．２パーセントから０．８パーセントの間の酸化物の還元を提供している。予備焼きなましされた自然ＷＯｘは、酸素処理を伴って相乗的にふるまう自然ＷＯｘの全体的な還元における予備焼きなましに対する利益を証明する、１００パーセントＨ_２のサンプルの中でより低い。

【0037】

ここまで議論してきたが、タングステンは、チャンバの間での移送の間などに、雰囲気と接触することによって酸化物を形成し得る。これらの酸化物は、基板上に形成されるタングステンの特徴の機能をおとしめかつ寿命を短くする。そのようにして、これらの欠点を取り除くことは重要である。それ故、自然ＷＯｘ形成を低減する利益は、低温酸化ケイ素の生成に対して教示されたのと同じ処理及び条件を使用して取得されることができる。さらに、同じ処理によるタングステンの還元及びシリコンの酸化の組み合わせは、酸素を自然ＷＯｘの層から隔離してかつ露出したシリコンの上に酸化ケイ素を形成することによって、さらに相乗的になり得ることが信じられている。

【0038】

８０パーセントよりも高い水素の濃度を伴って、タングステン膜の中のＸＰＳ測定された酸素パーセントは、温度、予備焼きなましの条件、及びＲＰ電力に応じる還元の結果として、３１パーセントから３３パーセントの範囲に下がった。それ故、選択的な酸化は、摂氏６００度における少なくとも８０原子パーセントのチャンバの中の水素濃度を用いて実現されることができると結論付けられる。本明細書の中において説明される実験パラメータは、上述されたのとは異なる、他の温度、圧力、流量、及びデバイスパラメータが本明細書の中で開示されるのと同じ利益を提供し得るように、限定的であることを企図しない。

【0039】

本明細書の中において説明される実験は、自然ＷＯｘを還元する一方で露出されたシリコンを選択的に酸化する装置及び方法に関する。ＮＡＮＤフラッシュデバイス（ｆｌａｓｈ ｄｅｖｉｃｅｓ）の形成の間などの、基板の処理の間、酸化ケイ素の層は、エッチングなどの処理によって損傷を受け得る。さらに、上述されたように、タングステンなどの堆積した金属は、デバイスの性能に対して有害であり得る自然酸化物を含む。上述された装置及び方法は、堆積した金属の上の自然酸化物を還元し、その一方で同時に、摂氏８００度より高い温度を必要とせずに、露出されたシリコンから酸化ケイ素を形成することができる。

【0040】

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
露出されたシリコンの表面の選択的な酸化のための装置であって：
第１の入口接続部及び第２の入口接続部を有する、複数の壁を有する熱処理チャンバにおいて、前記複数の壁は前記処理チャンバの範囲内の処理領域を画定する、熱処理チャンバ；
前記処理チャンバの範囲内の基板支持体；
前記処理チャンバの前記第１の入口接続部と流体接続する水素源；
前記水素源と接続する熱源；
前記処理チャンバの前記第２の入口接続部と流体接続する遠隔プラズマ源；及び
前記遠隔プラズマ源と流体接続する酸素源を備える、装置。
（態様２）
前記熱源は、前記水素源を前記処理チャンバの前記第１の入口接続部に接続する、態様１に記載の装置。
（態様３）
水素ガスが前記処理チャンバの中へ入る前にホットワイヤ装置によって活性化されるように、前記水素源と前記処理チャンバの間の流体連通内に形成される前記ホットワイヤ装置をさらに備える、態様１に記載の装置。
（態様４）
前記水素源との流体接続は、不活性物質を含む管類を備える、態様１に記載の装置。
（態様５）
非金属の表面の選択的な酸化のための方法であって：
基板を処理チャンバの中に位置決めすることにおいて、前記処理チャンバは摂氏８００度より低い温度において維持される、位置決めすること；
水素を前記処理チャンバの中へ流すこと；
酸素を含む遠隔プラズマを発生させること；
前記遠隔プラズマを前記処理チャンバの中へ流すことにおいて、前記遠隔プラズマは水素ガスと混合して活性化された処理ガスを生成する、流すこと；及び
前記基板を前記活性化された処理ガスに晒すことを含む、方法。
（態様６）
水素は、酸素と比較して少なくとも７０原子パーセントの水素を含む、態様５に記載の方法。
（態様７）
酸素を含む遠隔プラズマを発生させることに先立って、前記基板を水素の中に浸すことをさらに含む、態様５に記載の方法。
（態様８）
浸す処理は、少なくとも４５秒の間において、摂氏６００度と摂氏８００度の間の温度で維持される、態様７に記載の方法。
（態様９）
水素ガスの流量は、約３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ ^２ から約３３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ ^２ までである、態様７に記載の方法。
（態様１０）
非金属の表面の選択的な酸化のための方法であって：
基板を処理チャンバの中に位置決めすることにおいて、前記処理チャンバは摂氏８００度より低い温度において維持される、位置決めすること；
水素をホットワイヤ装置の近傍に流して活性化水素を発生させること；
前記活性化水素を前記処理チャンバの中へ流すこと；
酸素を含む遠隔プラズマを発生させること；
前記処理チャンバの中で前記遠隔プラズマを水素ガスと混合して活性化された処理ガスを生成すること；
前記基板を前記活性化された処理ガスに晒して望ましい量のシリコンを酸化することにおいて、前記活性化された処理ガスはシリコンの表面を酸化しかつ金属の表面を還元する、酸化すること；及び
前記基板を冷却することを含む、方法。
（態様１１）
水素は、酸素と比較して少なくとも７０原子パーセントの水素を含む、態様１０に記載の方法。
（態様１２）
水素は、最大で９５原子パーセントの前記活性化された処理ガスを含む、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
酸素を含む遠隔プラズマを発生させることに先立って、前記基板を水素の中に浸すことをさらに含む、態様１０に記載の方法。
（態様１４）
浸す処理は、少なくとも４５秒の間において、摂氏６００度と摂氏８００度の間の温度で維持される、態様１３に記載の方法。
（態様１５）
水素ガスの流量は、約３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ ^２ から約３３．３３ｓｃｃｍ／ｃｍ ^２ までである、態様１０に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】