特表 2025-503896 デュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-06

(54)【発明の名称】デュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/316 20060101AFI20250130BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20250130BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20250130BHJP

   H01L 21/223 20060101ALI20250130BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20250130BHJP

【ＦＩ】

H01L21/316 S

H01L21/02 Z

H01L21/318 A

H01L21/223

H01L21/31 E

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024543157

(86)(22)【出願日】2023-01-10

(85)【翻訳文提出日】2024-07-19

(86)【国際出願番号】 KR2023000428

(87)【国際公開番号】W WO2023140552

(87)【国際公開日】2023-07-27

(31)【優先権主張番号】10-2022-0009706

(32)【優先日】2022-01-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522494798

【氏名又は名称】エイチピエスピ カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＰＳＰ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】２６， Ｓａｍｓｕｎｇ １－ｒｏ １－ｇｉｌ， Ｈｗａｓｅｏｎｇ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， １８４４９， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】チョ ソンギル

【テーマコード（参考）】

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

5F045AA20

5F045AB06

5F045AB32

5F045AB33

5F045AC07

5F045AC11

5F045AC12

5F045AC15

5F045AC16

5F045AC17

5F045AD08

5F045AD09

5F045AD10

5F045AE30

5F045AF03

5F045BB14

5F045BB17

5F045DP19

5F045DQ17

5F045EK06

5F045EN05

5F045HA24

5F058BA09

5F058BA20

5F058BC02

5F058BC09

5F058BF54

5F058BF55

5F058BF58

5F058BF62

5F058BF64

5F058BJ01

(57)【要約】

本発明は、第１高圧ウエハ処理モジュールの第１処理室にウエハを配置する段階；前記第１処理室において前記ウエハに対して、高圧酸化、高圧窒化、高圧炭素ドープ、及び高圧熱処理のうちいずれか１つである第１工程を行う段階；第２高圧ウエハ処理モジュールの第２処理室に前記ウエハを移動させる段階、及び前記第２処理室において前記ウエハに対して前記高圧酸化、前記高圧窒化、圧力炭素ドープ、及び前記高電圧熱処理のうち他の１つである第２工程を行う段階を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１高圧ウエハ処理モジュールの第１処理室にウエハを配置する段階；
前記第１処理室において前記ウエハに対して、高圧酸化、高圧窒化、高圧炭素ドープ、及び高圧熱処理のうちいずれか１つである第１工程を行う段階；
第２高圧ウエハ処理モジュールの第２処理室に前記ウエハを移動させる段階；及び
前記第２処理室において前記ウエハに対して、前記高圧酸化、前記高圧窒化、前記高圧炭素ドープ、及び前記高圧熱処理のうちの他の１つである第２工程を行う段階を含み、
前記第１高圧ウエハ処理モジュール及び前記第２高圧ウエハ処理モジュールは１つの収容空間内に配置され、前記ウエハは前記収容空間内において前記第１処理室から前記第２処理室に移動され、
前記第１工程及び前記第２工程は大気圧より高い反応圧力で行われる、デュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項2】

前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧炭素ドープの反応圧力は、
５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項3】

前記高圧熱処理の反応圧力は、
３ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項4】

前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧熱処理の反応温度は、
４００℃ないし６００℃の範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項5】

前記高圧酸化及び前記高圧窒化それぞれのソースガスは、
酸素ガス、水蒸気、及びアンモニアガスのいずれか１つを含む、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項6】

前記高圧炭素ドープは、
炭素ドープ用ソースガスの熱分解温度未満の反応温度で行われて、前記ソースガスを分子状態で前記ウエハの絶縁膜と化学反応させる、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項7】

前記高圧炭素ドープの反応温度は、
４００℃ないし６００℃の範囲内で決定される、請求項６に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項8】

前記炭素ドープ用ソースガスは、
エチレンガス及びプロピレンガスのいずれか１つを含む、請求項６に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項9】

前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧炭素ドープのいずれか１つを行った後に、インシチュー方式で前記ウエハに対して前記高圧熱処理を行う段階をさらに含む、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項10】

前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧炭素ドープのいずれか１つと前記高圧熱処理の間にパージを行う段階をさらに含み、
前記パージは、以前の工程での反応圧力及び反応温度を維持した状態で行われる、請求項９に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項11】

前記第１高圧ウエハ処理モジュール及び前記第２高圧ウエハ処理モジュールそれぞれは、
前記第１処理室及び第２処理室のいずれか１つを収容し、保護圧力に維持される保護室をさらに含み、
前記保護室の保護圧力は、
前記反応圧力より高い関係を有するように前記反応圧力と連携して調節される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項12】

前記収容空間の圧力は、
大気圧より高い圧力に維持される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項13】

前記第２高圧ウエハ処理モジュールの第２処理室に前記ウエハを移動させる段階は、
前記ウエハを前記第１処理室においてアンロードした後に冷却過程を排除して前記第２処理室にロードする段階を含む、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項14】

前記第２処理室において前記ウエハに対して、前記高圧酸化、前記高圧窒化、前記高圧炭素ドープ、及び前記高圧熱処理のうちの他の１つである第２工程を行う段階は、
前記第１工程の完了後の待機時間を考慮して工程条件を確定する段階を含む、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項15】

前記第１工程は前記高圧酸化であり、前記第２工程は前記高圧炭素ドープであり、
前記高圧酸化及び前記高圧炭素ドープの反応圧力は、
５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項16】

前記第２工程は、
前記高圧炭素ドープ以後にインシチュー方式で行われる前記高圧熱処理をさらに含み、
前記高圧熱処理の反応圧力は、
５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１５に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項17】

前記第１工程は前記高圧熱処理であり、前記第２工程は前記高圧酸化であり、
前記高圧熱処理及び前記高圧酸化の反応圧力は、
５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項18】

前記第１工程は前記高圧熱処理であり、前記第２工程は前記高圧窒化であり、
前記高圧熱処理及び前記高圧窒化の反応圧力は、
５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項19】

前記第１工程は前記高圧酸化であり、前記第２工程は前記高圧熱処理であり、
前記高圧酸化の反応圧力は、
５ＡＴＭから２０ＡＴＭの範囲で決定され、
前記高圧熱処理の反応圧力は、
３ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【請求項20】

前記第１工程は前記高圧窒化であり、前記第２工程は前記高圧熱処理であり、
前記高圧窒化の反応圧力は、
５ＡＴＭから２０ＡＴＭの範囲で決定され、
前記高圧熱処理の反応圧力は、
１０ＡＴＭから２０ＡＴＭの範囲で決定される、請求項１に記載のデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、半導体製造工程は大きく前工程と後工程に大別される。前工程は酸化、蒸着、露光、エッチング、イオン注入、配線などの工程を含む。

【0003】

酸化工程または蒸着工程により、ウエハには絶縁膜が形成される。絶縁膜は回路パターンが形成された後も漏洩電流が発生しないようにする。絶縁膜は続くエッチング工程などにおいて保護膜の役割もする。従って、絶縁膜の質的特性、例えば、密度などは一定水準以上に確保されなければならない。

【0004】

しかしながら、従来の蒸着工程または酸化工程によって形成された絶縁膜は、十分な水準の質的特性を備えていない。これは、絶縁膜ではない他の薄膜にも現れる現象である。

【0005】

また、ウエハに対する複数の処理、例えば、酸化、窒化、熱処理などが行われる場合、各処理は別途の装備で行われている。これにより、ウエハが別途の装備間を移動して、待機時間（Ｑｕｅｕｅ ｔｉｍｅ）が長くなる。前記待機時間中にウエハは大気（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）に露出して自然酸化されることもある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一目的は、ウエハが自然酸化することを抑制しながらも、処理されたウエハの質的特性を向上できる、デュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の課題を実現するための本発明の一側面によるデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法は、第１高圧ウエハ処理モジュールの第１処理室にウエハを配置する段階；前記第１処理室において前記ウエハに対して、高圧酸化、高圧窒化、高圧炭素ドープ、及び高圧熱処理のうちいずれか１つである第１工程を行う段階；第２高圧ウエハ処理モジュールの第２処理室に前記ウエハを移動させる段階；及び第２処理室において前記ウエハに対して、前記高電圧酸化前記高電窒化、前記高圧炭素ドープ及び前記高圧熱処理のうち他の１つである第２工程を行う段階を含み、前記第１高圧ウエハ処理モジュール及び前記第２高圧ウエハ処理モジュールは１つの収容空間内に配置され、前記ウエハは前記収容空間内において前記第１処理室から前記第２処理室に移動され、前記第１工程及び前記第２工程は大気圧より高い反応圧力で行われることができる。

【0008】

ここで、前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧炭素ドープの反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭ範囲で決定されてもよい。

【0009】

ここで、前記高圧熱処理の反応圧力は、３ＡＴＭないし２０ＡＴＭ範囲で決定されてもよい。

【0010】

ここで、前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧熱処理の反応温度は、４００℃ないし６００℃の範囲で決定されてもよい。

【0011】

ここで、前記高圧酸化及び前記高圧窒化のそれぞれのソースガスは、酸素ガス、水蒸気、及びアンモニアガスのいずれか１つを含んでもよい。

【0012】

ここで、前記高圧炭素ドープは、炭素ドープ用ソースガスの熱分解温度未満の反応温度で行われて、前記ソースガスが分子状態で前記ウエハの絶縁膜と化学反応するようにする。

【0013】

ここで、前記高圧炭素ドープの反応温度は、４００℃ないし６００℃の範囲内で決定されてもよい。

【0014】

ここで、前記炭素ドープ用ソースガスは、エチレンガス及びプロピレンガスのいずれか１つを含んでもよい。

【0015】

ここで、前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧炭素ドープのいずれか１つを行った後に、インシチュー方式で前記ウエハに対して前記高圧熱処理を行う段階がさらに含まれてもよい。

【0016】

ここで、前記高圧酸化、前記高圧窒化、及び前記高圧炭素ドープのうちいずれか１つと前記高圧熱処理の間にパージを行う段階がさらに含まれ、前記パージは、以前の工程での反応圧力及び反応温度を維持した状態で行われてもよい。

【0017】

ここで、前記第１高圧ウエハ処理モジュール及び前記第２高圧ウエハ処理モジュールのそれぞれは、前記第１処理室及び第２処理室のいずれか１つを収容し、保護圧力に維持される保護室をさらに含み、前記保護室の保護圧力は、前記反応圧力より高い関係を有するように前記反応圧力と連携して調節されることができる。

【0018】

ここで、前記収容空間の圧力は、大気圧より高い圧力に維持されることができる。

【0019】

ここで、前記第２高圧ウエハ処理モジュールの第２処理室に前記ウエハを移動させる段階は、前記ウエハを前記第１処理室においてアンロードした後に冷却過程を排除し、前記第２処理室にロードする段階を含んでもよい。

【0020】

ここで、前記第２処理室において前記ウエハに対して、前記高圧酸化、前記高圧窒化、前記高圧炭素ドープ、及び前記高圧熱処理のうちの他の１つである第２工程を行う段階は、前記第１工程の完了後の待機時間を考慮して工程条件を確定する段階を含んでもよい。

【0021】

ここで、前記第１工程は前記高圧酸化であり、前記第２工程は前記高圧炭素ドープであり、前記高圧酸化及び前記高圧炭素ドープの反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されてもよい。

【0022】

ここで、前記第２工程は、前記高圧炭素ドープ以後にインシチュー方式で行われる前記高圧熱処理をさらに含み、前記高圧熱処理の反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されてもよい。

【0023】

ここで、前記第１工程は前記高圧熱処理であり、前記第２工程は前記高圧酸化であり、前記高圧熱処理及び前記高圧酸化の反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されてもよい。

【0024】

ここで、前記第１工程は前記高圧熱処理であり、前記第２工程は前記高圧窒化であり、前記高圧熱処理及び前記高圧窒化の反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されてもよい。

【0025】

ここで、前記第１工程は前記高圧酸化であり、前記第２工程は前記高圧熱処理であり、前記高圧酸化の反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定され、前記高圧熱処理の反応圧力は、３ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されてもよい。

【0026】

ここで、前記第１工程は前記高圧窒化であり、前記第２工程は前記高圧熱処理であり、前記高圧窒化の反応圧力は、５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定され、前記高圧熱処理の反応圧力は、１０ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されてもよい

【発明の効果】

【0027】

前記のように構成される本発明によるデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法によれば、第１処理室においてウエハに対して高圧の第１工程を行った後に収容空間内においてウエハを第２処理室に移動させて高圧の第２工程を行うことにより、ウエハに対しては待機時間（Ｑｕｅｕｅ ｔｉｍｅ）がほとんど発生しない。これにより、ウエハが大気（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）に露出される時間が最小になるため、ウエハに対する自然酸化は強力に抑制される。また、第１工程及び第２工程が両方とも高圧で行われることにより、処理されたウエハの質的特性が大きく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施例によるウエハ高圧処理方法の実行に利用されるデュアル高圧ウエハ処理設備に対する概念図である。

【図2】図１の第１高圧ウエハ処理モジュール１００をより具体的に示した概念図である。

【図3】図１の第１高圧ウエハ処理モジュール１００の制御的作動を説明するためのブロック図である。

【図4】本発明の一実施例によるウエハ高圧処理方法を示したフローチャートである。

【図5】第２工程の具体的な進行方法を示したフローチャートである。

【図6】高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の作用メカニズムを説明するためのフローチャートである。

【図7】高圧酸化（ＨＰＯ）によって製造された絶縁膜の段差被覆性に対する比較グラフである。

【図8】高圧酸化（ＨＰＯ）及び高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）によって製造された絶縁膜の屈折率に対する比較グラフである。

【図9】高圧酸化（ＨＰＯ）及び高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）によって製造された絶縁膜の誘電率に対する比較グラフである。

【図10】高圧熱処理（ＨＰＡ）を追加で行ってドープされた絶縁膜の誘電率変化を示した比較グラフである。

【図11】高圧熱処理（ＨＰＡ）及び高圧酸化（ＨＰＯ）を順次に経たウエハの水素濃度に対する比較グラフである。

【図12】高圧熱処理（ＨＰＡ）及び高圧酸化（ＨＰＯ）による境界面での水素濃度に対する比較グラフである。

【図13】高圧熱処理（ＨＰＡ）及び高圧窒化（ＨＰＮ）による境界面での水素濃度に対する比較グラフである。

【図14】高圧酸化（ＨＰＯ）及び高圧熱処理（ＨＰＡ）による絶縁膜の湿式エッチング率に対する比較グラフである。

【図15】高圧窒化（ＨＰＮ）による酸化ハフニウム膜の窒素濃度に対する比較グラフである。

【図16】高圧窒化（ＨＰＮ）及び高圧熱処理（ＨＰＡ）による酸化ハフニウム膜の窒素濃度の変化を示した比較グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の好ましい実施例によるデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法について添付の図面を参照して詳しく説明する。本明細書では、異なる実施例であっても同一・類似の構成に対しては同一・類似の参照番号を付与し、その説明は最初の説明に置き換える。

【0030】

図１は、本発明の一実施例によるウエハ高圧処理方法の実行に利用されるデュアル高圧ウエハ処理設備に対する概念図である。

【0031】

本図を参照すると、デュアル高圧ウエハ処理設備は、第１高圧ウエハ処理モジュール１００、第２高圧ウエハ処理モジュール２００、ケース３００、及び搬送ロボット４００を含む。

【0032】

第１高圧ウエハ処理モジュール１００と第２高圧ウエハ処理モジュール２００のそれぞれはウエハ（図示せず）に対する高圧処理を行う装置である。モジュール１００及び２００のそれぞれは高圧酸化（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ、ＨＰＯ）、高圧窒化（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ、ＨＰＮ）、高圧炭素ドープ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｏｐｉｎｇ、ＨＰＣＤ）、及び高圧熱処理（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｎｅａｌｉｎｇ、ＨＰＡ）を行うように構成されたものである。

【0033】

ケース３００は１つの収容空間３５０を形成する構成である。収容空間３５０にはモジュール１００及び２００が配置される。前記ウエハが第１高圧ウエハ処理モジュール１００から第２高圧ウエハ処理モジュール２００に移動される時、前記ウエハは収容空間３５０内において搬送される。収容空間３５０は、大気圧より若干高い圧力に維持される。収容空間３５０にはファンフィルタユニット（ＦＦＵ）で濾過された空気が充填される。

【0034】

搬送ロボット４００は、前記ウエハをモジュール１００及び２００間に搬送する構成である。例えば、搬送ロボット４００は前記ウエハを第１高圧ウエハ処理モジュール１００においてアンロードして、第２高圧ウエハ処理モジュール２００にロードすることができる。

【0035】

このような構成によれば、前記ウエハは、第１高圧ウエハ処理モジュール１００から第２高圧ウエハ処理モジュール２００にロードされる過程で、大気に露出せず収容空間３５０にのみ留まることになる。前記ウエハは、フープ（ＦＯＵＰ）に入れる必要がないため、常温に冷却される冷却過程を経なくても良い。

【0036】

図２及び図３を参照して、第１高圧ウエハ処理モジュール１００について説明する。

【0037】

図２は、図１の第１高圧ウエハ処理モジュール１００をより具体的に示した概念図である。

【0038】

本図を参照すると、第１高圧ウエハ処理モジュール１００は、内部チャンバ１１０、外部チャンバ１２０、給気ユニット１３０、及び排気ユニット１４０を含んでもよい。

【0039】

内部チャンバ１１０は、ウエハを高圧処理するための処理室１１５を有する。内部チャンバ１１０は、工程環境で汚染物（パーティクル）が発生する可能性を減らすために非金属材、例えば、石英で製作されてもよい。図面上には簡略化されているが、内部チャンバ１１０の下端には処理室１１５を開放するドア（図示せず）が備えられる。前記ドアが下降することにより処理室１１５が開放され、ウエハはホルダー（図示せず）に装着されたまま処理室１１５に投入される。内部チャンバ１１０の外側に配置されるヒーター（図示せず）の作動により、処理室１１５の温度は数百℃に達することができる。前記ホルダーは、ウエハを複数層に積層できるウエハボート（ｗａｆｅｒ ｂｏａｔ）であってもよい。前記ウエハボートも石英材質で形成されてもよい。

【0040】

外部チャンバ１２０は内部チャンバ１１０を収容する構成である。外部チャンバ１２０は、内部チャンバ１１０とは異なってウエハに対する汚染問題から自由であるため、金属材で製作されてもよい。外部チャンバ１２０は、内部チャンバ１１０を収容する保護室１２５を有する。外部チャンバ１２０も下部にはドア（図示せず）を備えるが、前記ドアは内部チャンバ１１０のドアと共に下降して保護室１２５を開放する。

【0041】

給気ユニット１３０は、チャンバ１１０、１２０に対してガスを供給する構成である。給気ユニット１３０は、半導体工場のユーティリティに連通するガス供給器１３１を有する。ガス供給器１３１は内部チャンバ１１０、具体的に処理室１１５に対して、ソースガス、パージガス、及び雰囲気ガスを供給することができる。前記ソースガスは、例えば、酸素ガス、水蒸気、アンモニアガス、エチレンガス、またはプロピレンガスを含んでもよい。前記パージガスは、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、またはヘリウムガスを含んでもよい。前記雰囲気ガスは、例えば、水素ガス、重水素ガス、三重水素ガス、窒素ガス、またはアルゴンガスを含んでもよい。ガス供給器１３１は、保護室１２５に対しては保護ガスとして、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、またはヘリウムガスを提供することができる。前記保護ガスは、前記パージガスと同種のガスが選定されてもよい。保護室１２５に注入された前記保護ガスは、具体的に保護室１２５中に内部チャンバ１１０を除いた領域に充填される。これらのガスは、それぞれ内部ガスライン１３３または外部ガスライン１３５を介して処理室１１５または保護室１２５に注入される。

【0042】

前記ソースガス、前記パージガス、及び前記雰囲気ガスは、大気圧より高い圧力、例えば、数気圧ないし数十気圧に達する高圧の反応圧力を形成するように内部チャンバ１１０に供給される。本明細書において、「高圧」は大気圧（１ＡＴＭ）より高い圧力を指す。前記保護ガスは、前記反応圧力に対して一定の関係を有する保護圧力を形成するように外部チャンバ１２０に供給される。例えば、前記保護圧力は前記反応圧力より多少高く設定されて、前記ソースガス、前記パージガス、及び前記雰囲気ガスが処理室１１５から漏れないようにする。前記保護圧力は、前記反応圧力との関係に順応して、前記反応圧力に連携調節される。

【0043】

排気ユニット１４０は、前記ソースガス、前記パージガス、前記雰囲気ガス、及び前記保護ガスをチャンバ１１０、１２０から排気するための構成である。内部チャンバ１１０、具体的に処理室１１５から前記ソースガス、前記パージガス、及び前記雰囲気ガスを排気するために、内部チャンバ１１０の上部には排気管１４１が連結される。排気管１４１にはガス排出器１４３が設置される。ガス排出器１４３は、前記ソースガス、前記パージガス、及び前記雰囲気ガスの排気を断続するバルブであってもよい。

【0044】

外部チャンバ１２０、具体的に保護室１２５から前記保護ガスを排出するためにも、外部チャンバ１２０に連通する排気管１４５とそれに設置されるガス排出器１４７が備えられる。これらの排気管１４１及び１４５は互いに連通するため、前記ソースガス及び前記雰囲気ガスは前記保護ガスに希釈されて排気される。

【0045】

第１高圧ウエハ処理モジュール１００の制御的作動は、図３を参照して説明する。図３は、図１の第１高圧ウエハ処理モジュール１００の制御的作動を説明するためのブロック図である。

【0046】

本図（及び図２）を参照すると、第１高圧ウエハ処理モジュール１００は、前述の給気ユニット１３０などに加えて、ヒーティングユニット１５０、感知ユニット１６０、制御ユニット１７０、及び格納ユニット１８０をさらに含んでもよい。

【0047】

ヒーティングユニット１５０は、前述の前記ヒーターを含む構成である。前記ヒーターは保護室１２５に配置されてもよい。前記ヒーターは、前記ソースガス、前記パージガス、及び前記雰囲気ガスを加熱して反応温度に達するようにする。

【0048】

感知ユニット１６０はチャンバ１１０、１２０の環境を感知するための構成である。感知ユニット１６０は圧力ゲージ１６１と温度ゲージ１６５を備えてもよい。圧力ゲージ１６１及び温度ゲージ１６５は、チャンバ１１０、１２０ごとに設置してもよい。

【0049】

制御ユニット１７０は、給気ユニット１３０、排気ユニット１４０などを制御する構成である。制御ユニット１７０は、感知ユニット１６０の感知結果に基づいて、給気ユニット１３０などを制御することができる。

【0050】

格納ユニット１８０は、制御ユニット１７０が制御のために参照できるデータ、プログラムなどを格納する構成である。格納ユニット１８０は、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ）、磁気ディスク、光ディスクのうち少なくともいずれか１つのタイプの格納媒体を含んでもよい。

【0051】

このような構成によれば、制御ユニット１７０は本発明の一実施例によるウエハ高圧処理方法を実行するために、給気ユニット１３０などを制御することができる。

【0052】

具体的に、制御ユニット１７０は、圧力ゲージ１６１により得られたチャンバ１１０、１２０の圧力に基づいて、給気ユニット１３０の作動を制御することができる。給気ユニット１３０の作動によって、内部チャンバ１１０には前記ソースガス、前記パージガス、または前記雰囲気ガスが前記反応圧力で充填される。外部チャンバ１２０には前記保護ガスが前記保護圧力で充填される。

【0053】

制御ユニット１７０は、温度ゲージ１６５により得られたチャンバ１１０、１２０の温度に基づいて、ヒーティングユニット１５０の作動を制御することができる。ヒーティングユニット１５０の作動によって前記ソースガス、前記パージガス、または前記雰囲気ガスは前記反応温度に達することができる。

【0054】

制御ユニット１７０はまた、圧力ゲージ１６１により得られたチャンバ１１０、１２０の圧力に基づいて、排気ユニット１４０の作動を制御することができる。排気ユニット１４０の作動によって、内部チャンバ１１０から前記ソースガス、前記パージガス、または前記雰囲気ガスが排気される。外部チャンバ１２０からは前記保護ガスが排気されることができる。

【0055】

第２高圧ウエハ処理モジュール２００の具体的構成は、第１高圧ウエハ処理モジュール１００の具体的構成と概ね同じである。これにより、第２高圧ウエハ処理モジュール２００の具体的な構成に関する説明は省略する。必要な場合に、第２高圧ウエハ処理モジュール２００の具体的な構成要素は、第１高圧ウエハ処理モジュール１００の対応する構成要素と類似した参照番号で言及することができる。

【0056】

以上の第１高圧ウエハ処理モジュール１００を利用してウエハを処理する具体的方法は、図４ないし図６を参照して説明する。

【0057】

図４は、本発明の一実施例によるウエハ高圧処理方法を示したフローチャートである。

【0058】

本図（及び図１ないし図３）を参照すると、第１高圧ウエハ処理モジュール１００の第１処理室１１５にはウエハが配置される（Ｓ１）。前記ウエハは、例えば、シリコンウエハであってもよい。前記ウエハは、絶縁膜または金属酸化膜を有するものであるか、ベアウエハ自体であってもよい。

【0059】

第１処理室１１５においては、前記ウエハに対して第１工程が行われる（Ｓ３）。前記第１工程は、前記高圧酸化（ＨＰＯ）、前記高圧窒化（ＨＰＮ）、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）、及び前記高圧熱処理（ＨＰＡ）のいずれか１つである。

【0060】

前記第１工程の完了後に、前記ウエハは第２高圧ウエハ処理モジュール２００の第２処理室２１５に移動される（Ｓ５）。前記ウエハは収容空間３５０において搬送されるため、大気に露出しない。前記ウエハが第２処理室２１５にロードされるまでの待機時間（Ｑｕｅｕｅ ｔｉｍｅ）も長くない。

【0061】

第２処理室２１５においては、前記ウエハに対して第２工程が行われる（Ｓ７）。前記第２工程は、前記高圧酸化（ＨＰＯ）、前記高圧窒化（ＨＰＮ）、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）、及び前記高圧熱処理（ＨＰＡ）のうちの他の１つである。

【0062】

前記第１工程及び前記２工程それぞれの反応圧力は、大気圧より高い圧力（高圧）である。それにより、前記ウエハは前記第１工程及び前記第２工程で順次高圧処理を受けることになる。

【0063】

前記第２工程の進行に対する具体的方法は、図５を参照して説明する。図 ５は、第２工程の具体的な進行方法を示したフローチャートである。

【0064】

本図をさらに参照すると、制御ユニット２７０は前記第１工程完了後、前記第２工程開始までの待機時間（Ｑｕｅｕｅ ｔｉｍｅ）を把握する（Ｓ１１）。

【0065】

制御ユニット２７０は、把握された待機時間に対比して、前記第２工程の既に設定された工程条件が適正か否かを判断する（Ｓ１３）。前記工程条件は、例えば、反応圧力等になり得る。

【0066】

前記工程条件が適正である場合、制御ユニット２７０は前記工程条件を確定する。制御ユニット２７０は確定した工程条件で前記第２工程が行われるようにする（Ｓ１５）。

【0067】

前記工程条件が適正でない場合、制御ユニット２７０は前記待機時間を反映して前記第２工程の工程条件を再設定する（Ｓ１７）。例えば、前記待機時間が予定より長くなった場合、制御ユニット２７０は前記反応圧力を既に設定された値より高く再設定してもよい（図１０参照）。制御ユニット２７０は再設定された工程条件を確定し、確定された工程条件で前記第２工程が行われるようにする（Ｓ１５）。

【0068】

前記高圧酸化（ＨＰＯ）、前記高圧窒化（ＨＰＮ）、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）、及び前記高圧熱処理（ＨＰＡ）のうち前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の作用メカニズムについて図６を参照して説明する。図６は、高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の作用メカニズムを説明するためのフローチャートである。前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）は、第２高圧ウエハ処理モジュール２００において行われることを基準に説明される。

【0069】

本図（及び図２ないし図３）を参照すると、第２処理室２１５には絶縁膜を有するウエハが配置される。前記絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）として、第１処理室１１５において前記高圧酸化（ＨＰＯ）により形成されたものであってもよい。第２処理室２１５の圧力を反応圧力に到達させるために、第２処理室２１５には雰囲気ガスが供給される。第２処理室２１５の温度を反応温度に到達させるために、第２処理室２１５は加熱される。

【0070】

炭素ドープ用ソースガスとしては、前述のとおり、エチレンガス又はプロピレンガスなどが使用されてもよい。前記ソースガスは第２処理室２１５において分子状態を維持する（Ｓ２１）。このために、前記反応温度は前記ソースガスの熱分解温度未満に維持される。具体的に、前記エチレンガスまたは前記プロピレンガスに対して、前記反応温度は４００℃ないし６００℃の範囲内で決定されてもよい。

【0071】

前記ソースガスは分子状態で前記絶縁膜と化学反応する（Ｓ２３）。これは、前記反応温度により、前記ソースガスが分子状態に維持されるため可能である。

【0072】

前記ソースガスと前記絶縁膜の化学反応、具体的に化学的吸収（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａbｓｏｒｐｔｉｏｎ）により、前記ソースガスのうち炭素は前記絶縁膜に吸収される（Ｓ２５）。

【0073】

炭素は加圧力により前記絶縁膜内に深く浸透する（Ｓ２７）。前記加圧力は、前記反応圧力に応じた力をいう。前記加圧力を作るために、前記反応圧力は前記高圧になる。

【0074】

前記第１工程と前記第２工程は多様な組み合わせで行われる。これからは、各組み合わせの内容、工程条件などについて実験結果に基づいて説明する。

【0075】

前記第１工程としての前記高圧酸化（ＨＰＯ）及び前記第２工程としての前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の組み合わせについて図７ないし図１０を参照して説明する。

【0076】

図７は、高圧酸化（ＨＰＯ）によって製造された絶縁膜の段差被覆性に対する比較グラフである。

【0077】

本図を参照すると、前記第１工程として前記高圧酸化（ＨＰＯ）は湿式酸化（Ｗｅｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）方式で行われた。前記高圧酸化（ＨＰＯ）による絶縁膜（ＳｉＯ）は１０ｎｍの厚さで形成された。酸化用ソースガスとしては水蒸気が２０ｓｃｃｍで第１処理室１１５に供給され、前記反応圧力は１ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で調節された。湿式エッチングに使われた溶液は、純水１００重量部に対してフッ酸１重量部を混合したものである。

【0078】

前記高圧酸化（ＨＰＯ）の反応温度は４００℃ないし９５０℃の範囲内で決定される。本実験で前記反応温度は５００℃で行われた。前記反応圧力が高圧として作用するため、前記反応温度は６００℃以下に決定されてもよい。前記高圧酸化（ＨＰＯ）の反応温度は一般的な真空蒸着工程の反応温度に比べて相対的に低い。

【0079】

再び、前記反応圧力に注目しよう。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭまで高くなると、前記絶縁膜の段差被覆性（Ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）も高くなる。

【0080】

例えば、１ＡＴＭにおいて前記絶縁膜の段差被覆性は８２％であり、２ＡＴＭにおいては８５.４％である。前記段差被覆性は３ＡＴＭにおいて８５.９％に増加するが、その増加幅は微々たるものである。

【0081】

しかしながら、５ＡＴＭにおいて前記段差被覆性は大幅に増加して９６.７％に達する。前記第１圧力が１０ＡＴＭ、１５ＡＴＭ、２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記段差被覆性は９７.１％、９８.２％、９８.９％になる。

【0082】

このような結果を考慮すると、前記反応圧力は５ＡＴＭ以上であることが前記段差被覆性の観点から好ましい。最高の段差被覆性を得るためには、前記反応圧力は２０ＡＴＭに設定されなければならない。

【0083】

図８は、高圧酸化（ＨＰＯ）及び高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）により製造された絶縁膜の屈折率に対する比較グラフである。

【0084】

本図を参照すると、前記第２工程として前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）は、先の高圧酸化（ＨＰＯ）（２０ＡＴＭ）で生成された絶縁膜に対して行われた。炭素ドープ用ソースガスとしてはエチレンガスが５Ｋｓｃｃｍで第２処理室２１５に供給され、前記反応圧力は１ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で調節された。

【0085】

前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の反応温度は４００℃ないし９５０℃の範囲内で決定されてもよい。本実験において前記反応温度は４００℃で行われた。前記反応圧力が高圧として作用するため、前記反応温度は６００℃以下に決定されることができる。

【0086】

再び、前記反応圧力の変化に注目しよう。前記高圧酸化（ＨＰＯ）のみを経た絶縁膜（ＨＰＯ ｏｎｌｙ）に比べて、１ＡＴＭでも炭素ドープされた絶縁膜の屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）は低くなる。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記屈折率は全体的に低くなる傾向を示す。

【0087】

このような傾向を勘案すれば、前記反応圧力は高いほど好ましい。２０ＡＴＭにおいて前記屈折率は１.３１として最低値を記録する。また、５ＡＴＭにおいて前記屈折率は大幅に低くなる。このような点を考慮すれば、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の反応圧力は５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されることが好ましい。

【0088】

図９は、高圧酸化（ＨＰＯ）及び高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）によって製造された絶縁膜の誘電率に対する比較グラフである。

【0089】

本図を参照すると、前記絶縁膜の誘電率（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）の変化は、前述の前記屈折率の変化と類似した傾向性を有する。

【0090】

具体的に、前記高圧酸化（ＨＰＯ）のみを経た絶縁膜（ＨＰＯ ｏｎｌｙ）に比べて、１ＡＴＭでも炭素ドープされた絶縁膜の誘電率はやはり低くなる。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記誘電率も全体的に低くなる傾向を示す。

【0091】

このような傾向を勘案すれば、前記反応圧力はやはり高いほど好ましい。２０ＡＴＭにおいて前記誘電率は３.２５として最低値を記録する。また、５ＡＴＭにおいて前記誘電率は大幅に低くなる。このような点を考慮すれば、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の反応圧力はやはり５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されることが好ましいという点がもう一度確認される。

【0092】

図１０は、高圧熱処理（ＨＰＡ）を追加で進行してドープされた絶縁膜の誘電率変化を示した比較グラフである。

【0093】

本図（及び図２ないし図３）をさらに参照すると、第２処理室２１５において前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）が行われた後、第２処理室２１５においてはインシチュー（Ｉｎ－ｓｉｔｕ）方式で高圧熱処理（ＨＰＡ）が追加で行われることができる。前記高圧熱処理（ＨＰＡ）は、先に行われた高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）（２０ＡＴＭ）によりドープされた絶縁膜に対して行われた。前記高圧熱処理（ＨＰＡ）は前記第２工程に含まれるとみなされる。

【0094】

インシチュー方式で前記高圧熱処理（ＨＰＡ）を行うために、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）と前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の間にはパージ（Ｐｕｒｇｅ）工程が行われる。前記パージ工程の反応温度及び反応圧力は、以前の工程である前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）の時と同様に維持できる。制御ユニット２７０は、給気ユニット２３０と共に排気ユニット２４０を制御して、前記パージガスが第２処理室２１５に供給されるようにし、前記ソースガスはパージされて第２処理室２１５から排気されるようにする。前記パージ工程にかかる時間は、前記高圧炭素ドープ（ＨＰＣＤ）工程より短くてもよい。

【0095】

前記高圧熱処理（ＨＰＡ）のために、熱処理用雰囲気ガス、例えば、水素ガスが第２処理室２１５に供給された。前記雰囲気ガスの反応圧力は、１ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で調節された。前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応温度は前記パージ工程と同様に４００℃に維持された。前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応温度も４００℃ないし９５０℃の範囲内で決定されてもよく、本実験では４００℃に決定された。前記反応圧力が高圧として作用するため、前記反応温度は６００℃以下に決定されることができる。

【0096】

再び、前記反応圧力の変化に注目しよう。まず、待機時間の増加によって前記絶縁膜の誘電率は概ね増加する傾向が現れる。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記待機時間の増加による前記誘電率の増加幅は小さくなる。

【0097】

このような傾向性を勘案すると、前記反応圧力は高いほど好ましい。２０ＡＴＭにおいては、前記待機時間が変化しても前記誘電率はほとんど変わらず３.２５を維持する。また、５ＡＴＭにおいて前記誘電率の変化は大幅に小さくなる。このような点を考慮すると、前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応圧力は５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されることが好ましい。

【0098】

前記第１工程としての前記高圧熱処理（ＨＰＡ）及び前記第２工程としての前記高圧酸化（ＨＰＯ）の組み合わせについて図１１ないし図１２を参照して説明する。

【0099】

図１１は、高圧熱処理（ＨＰＡ）及び高圧酸化（ＨＰＯ）を順次に経たウエハの水素濃度に対する比較グラフである。

【0100】

本図（及び図２）を参照すると、ウエハは５ｎｍ厚さの酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ）を有するものである。前記酸化ハフニウム膜はＡＬＤ装備を利用して、１ｔｏｒｒ、４５０℃の工程条件で形成されたものである。

【0101】

前記ウエハに対して、高圧熱処理（ＨＰＡ）は２０ＡＴＭ、４００℃の工程条件で行われた。前記雰囲気ガスとして水素ガスが５Ｋｓｃｃｍで第１処理室１１５に供給された。前記ウエハは２つが用意された。

【0102】

前記高圧熱処理（ＨＰＡ）のみが行われた場合、２つのウエハは両方とも前記酸化ハフニウム膜からシリコン基板（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に行くほど水素濃度が低くなる傾向を見せる。具体的に、前記水素濃度は、前記酸化ハフニウム膜の表面付近、そして、前記酸化ハフニウム膜と前記基板の間の境界面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、５ｎｍ深さ）以後においておおよそ階段状に減少する。

【0103】

前記２つのウエハ両方ともに対しては前記高圧酸化（ＨＰＯ）が追加で行われた。前記高圧酸化（ＨＰＯ）は、前記２つのウエハのうち１つに対しては本実施例によってチャンバツーチャンバ（Ｃｈａｍｂｅｒ ｔｏ Ｃｈａｍｂｅｒ）方式で行われ、また他の１つはそれぞれツールツーツール（Ｔｏｏｌ ｔｏ Ｔｏｏｌ）方式で行われた。２つの方式ともにおいて、前記高圧酸化（ＨＰＯ）は２０ＡＴＭ、４５０℃の工程条件で行われた。前記ソースガスとして水蒸気は２０ｓｃｃｍで第２処理室２１５に供給された。

【0104】

前記ツールツーツール方式の場合に、水素濃度のグラフ形態は前記高圧熱処理（ＨＰＡ）のみを行った場合と似ている。しかしながら、前者の水素濃度は特に前記酸化ハフニウム膜領域において後者より大幅に低い値を有する。

【0105】

これとは異なり、前記チャンバツーチャンバ方式において、水素濃度は前記境界面前後において上昇した値を有する。このような結果は、前記酸化ハフニウム膜の水素が前記境界面に移動されたことと理解される。

【0106】

図１２は、高圧熱処理（ＨＰＡ）及び高圧酸化（ＨＰＯ）による境界面での水素濃度に対する比較グラフである。

【0107】

本図を追加で参照すると、前記チャンバツーチャンバ方式の反応圧力による前記境界面での水素濃度変化が現れる。前記反応圧力は１ＡＴＭから２０ＡＴＭまで調節された。

【0108】

前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記境界面での水素濃度は概ね高くなる。このような傾向を勘案すれば、前記反応圧力は高いほど好ましい。

【0109】

２０ＡＴＭにおいては、前記水素濃度は最大値である２．８０Ｅ＋２１ａｔｏｍ％となる。また、５ＡＴＭにおいて前記水素濃度は大幅に高くなる。このような点を考慮すれば、前記高圧酸化（ＨＰＯ）の反応圧力は５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されることが好ましい。

【0110】

前記第１工程としての前記高圧熱処理（ＨＰＡ）及び前記第２工程としての前記高圧窒化（ＨＰＮ）の組み合わせについて図１３を参照して説明する。図１３は、高圧熱処理（ＨＰＡ）及び高圧窒化（ＨＰＮ）による境界面での水素濃度に対する比較グラフである。

【0111】

本図（及び図２）を参照すると、ウエハは、先の実施例と同様に、５ｎｍ厚の酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ）を有するものである。前記ウエハに対する高圧熱処理（ＨＰＡ）も先の実施例と同じ工程条件で第１処理室１１５に行われた。

【0112】

前記の第２工程として前記ウエハに対して前記高圧窒化（ＨＰＮ）が行われた。窒化用ソースガスとしてはアンモニアガスが２Ｋｓｃｃｍで第２処理室２１５に供給され、前記反応圧力は１ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で調節された。

【0113】

前記の反応温度は４００℃ないし９５０℃の範囲内で決定されてもよく、本実験では４５０℃に決定された。前記反応圧力が高圧として作用するため、前記反応温度は６００℃以下に決定されることができる。

【0114】

再び、前記反応圧力に注目しよう。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記境界面での水素濃度は概ね高くなる。このような傾向を勘案すれば、前記反応圧力は高いほど好ましい。

【0115】

２０ＡＴＭにおいては、前記水素濃度は最大値である８．６６Ｅ＋２０ａｔｏｍ％となる。また、５ＡＴＭにおいて前記水素濃度は大幅に高くなる。このような点を考慮すれば、前記高圧窒化（ＨＰＮ）の反応圧力は５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されることが好ましい。

【0116】

前記第１工程としての前記高圧酸化（ＨＰＯ）及び前記第２工程としての前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の組み合わせについて図１４を参照して説明する。図１４は、高圧酸化（ＨＰＯ）及び高圧熱処理（ＨＰＡ）による絶縁膜の湿式エッチング率に対する比較グラフである。

【0117】

本図を参照すると、前記第１工程として前記高圧酸化（ＨＰＯ）は、先の実施例と同じ工程条件で湿式酸化（Ｗｅｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）方式で行われた。前記第２工程として前記高圧熱処理（ＨＰＡ）も、先の実施例と同じ工程条件で行われた。

【0118】

前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応圧力は１ＡＴＭないし２０ＡＴＭで調節された。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭまで高くなると、前記高圧酸化（ＨＰＯ）で生成された絶縁膜（ＳｉＯ）（２０ＡＴＭ）の湿式エッチング率は低くなる傾向を見せる。

【0119】

前記反応圧力が１ＡＴＭないし２ＡＴＭである場合、前記湿式エッチング率は１オングストローム／ｓｅｃより高い。１ オングストローム／ｓｅｃより低い湿式エッチング率を得るために、前記反応圧力は３ＡＴＭ以上に設定される必要がある。具体的に、３ＡＴＭにおいて前記湿式エッチング率は０．９７２オングストローム／ｓｅｃであって、希望する範囲内に入る。

【0120】

さらに、前記反応圧力が５ＡＴＭ、１０ＡＴＭ、１５ＡＴＭ、２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記ウェットエッチング率は０．９０６ オングストローム／ｓｅｃ, ０．８８６オングストローム／ｓｅｃ, ０．８６６ オングストローム／ｓｅｃ, ０．８２６ オングストローム／ｓｅｃとなる。

【0121】

このような結果を考慮すると、前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応圧力は３ＡＴＭ以上であることが前記湿式エッチング率の観点から好ましい。最高のウェットエッチング率を得るためには、前記反応圧力は２０ＡＴＭに設定できる。

【0122】

前記第１工程としての前記高圧窒化（ＨＰＮ）及び前記第２工程としての前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の組み合わせについて図１５ないし図１６を参照して説明する。

【0123】

図１５は、高圧窒化（ＨＰＮ）による酸化ハフニウム膜の窒素濃度に対する比較グラフである。

【0124】

本図を参照すると、前記第１工程として前記高圧窒化（ＨＰＮ）は、先の実施例と同じ工程条件で行われて、酸化ハフニウム膜を生成した。その場合、反応圧力は１ＡＴＭから２０ＡＴＭまで調節された。

【0125】

前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記酸化ハフニウム膜の窒素濃度は概ね高くなる。ここで、前記窒素濃度は前記酸化ハフニウム膜の厚さ範囲内での平均濃度である。

【0126】

このような傾向を勘案すれば、前記反応圧力は高いほど好ましい。２０ＡＴＭにおいては、前記窒素濃度は最大値である１．１２Ｅ＋２１ａｔｏｍ％となる。また、５ＡＴＭにおいて前記窒素濃度は大幅に高くなる。このような点を考慮すれば、前記高圧窒化（ＨＰＮ）の反応圧力は５ＡＴＭないし２０ＡＴＭの範囲で決定されることが好ましい。

【0127】

図１６は、高圧窒化（ＨＰＮ）及び高圧熱処理（ＨＰＡ）による酸化ハフニウム膜の窒素濃度の変化を示した比較グラフである。

【0128】

本図を参照すると、前記第２工程として前記高圧熱処理（ＨＰＡ）もやはり、先の実施例と同じ工程条件で行われた。前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応圧力は１ＡＴＭから２０ＡＴＭまで調節された。

【0129】

まず、待機時間の増加によって前記酸化ハフニウム膜の窒素濃度は概ね低くなることが確認できる。前記反応圧力が１ＡＴＭから２０ＡＴＭに高くなるにつれて、前記待機時間の増加による前記窒素濃度の減少幅は小さくなる。このような傾向を勘案すれば、前記反応圧力は高いほど好ましい。

【0130】

２０ＡＴＭにおいては、前記待機時間が変化しても前記窒素濃度の減少幅は最も小さい。また、１０ＡＴＭにおいて前記窒素濃度の減少幅は大幅に小さくなる。このような点を考慮すれば、前記高圧熱処理（ＨＰＡ）の反応圧力は１０ＡＴＭないし２０ＡＴＭ範囲で決定されることが好ましい。

【0131】

前記のようなデュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理方法は、前述の実施例の構成と作動方式に限定されるものではない。前記実施例は、各実施例の全部または一部が選択的に組み合わされて多様な変形が行われるように構成されることもできる。

【産業上の利用可能性】

【0132】

本発明は、デュアル高圧ウエハ処理設備を利用したウエハ高圧処理分野に産業上利用可能性がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【国際調査報告】