專利名稱：基板的氮化處理方法和絕緣膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用等離子體處理半導(dǎo)體基板等被處理基板，而形成 氮化硅膜的基板的氮化處理方法和絕緣膜的形成方法。
背景技術(shù)：
各種半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中，進(jìn)行例如作為晶體管的柵極絕緣膜等的氮化硅膜的形成。作為氮化硅膜的形成方法，除利用CVD (化 學(xué)氣相沉積Chemical Vapor D印osition)堆積氮化硅膜的方法以外， 提出了例如利用等離子體處理向氧化硅膜導(dǎo)入氮，而形成氧氮化硅膜 的方法(例如，專利文獻(xiàn)1)。另一方面，隨著近年來(lái)半導(dǎo)體裝置的精密化，柵極絕緣膜不斷薄 膜化，要求形成膜厚薄至數(shù)nm的柵極絕緣膜。因此，也在討論直接對(duì) 硅進(jìn)行氮化處理形成氮化硅膜。作為向硅基板直接導(dǎo)入氮而在表面上形成氮化硅膜的方法，提出 了在處理室內(nèi)導(dǎo)入氨氣的狀態(tài)下加熱硅基板，并照射紫外線的方法。 (例如，專利文獻(xiàn)2)。而且，此專利文獻(xiàn)2也公開(kāi)了使用平行平板型 的等離子體處理裝置，形成氨氣的等離子體，直接氮化處理硅基板的 方法，但可指出該方法的問(wèn)題由于等離子體的非常高的能量在硅基 板上產(chǎn)生損傷；發(fā)生非目的性的反應(yīng)而損害氮化硅膜的膜質(zhì)。目卩，專 利文獻(xiàn)2中為了避免利用等離子體氮化處理硅基板時(shí)的問(wèn)題，提出不 使用等離子體而利用紫外線進(jìn)行氮化處理的方法。專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)2001—274148號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求的范 圍等)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開(kāi)2003—243387號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求的范 圍，段落0008 — 0015，圖8)發(fā)明內(nèi)容如對(duì)上述專利文獻(xiàn)2所指出的，利用等離子體直接對(duì)硅進(jìn)行氮化 形成氮化膜的方法的情況下，由于將具有非常高能量的離子打入膜中，膜質(zhì)劣化，存在所謂的等離子體損傷(Plasma damage)的問(wèn)題。這樣 的等離子體損傷會(huì)對(duì)例如晶體管等器件的特性產(chǎn)生不良影響，使其性 能下降。此外，直接對(duì)硅進(jìn)行等離子體氮化處理的情況下，存在例如歷時(shí)N 濃度減少(N脫離)和容易產(chǎn)生氧化的課題。特別是膜厚越薄越容易 因N脫離和氧化使膜質(zhì)下降，存在難以形成穩(wěn)定的氮化膜的問(wèn)題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種利用等離體直接對(duì)硅進(jìn)行氮化， 而形成優(yōu)質(zhì)且薄的氮化膜的技術(shù)。為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方面是提供一種基板的氮化處 理方法，在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)，將含氮等離子體作用于基 板表面的硅，從而進(jìn)行氮化處理，使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位(Plasma potential) (Vp)與上述基板的懸浮電位(Floating potential) (Vf)的電位差(Vp —Vf)的上述基板附近的鞘電壓(Sheath voltage) (Vdc)控制在3.5 [eV] 以下，而進(jìn)行利用上述含氮等離子體的氮化處理。上述第一方面的鞘電壓(Vde)優(yōu)選控制在0 2 [eV]。此外，優(yōu)選利用具有多個(gè)縫隙(slot)的平面天線向上述處理室內(nèi) 導(dǎo)入微波而形成上述含氮等離子體。此外，在上述處理室內(nèi)的等離子體生成區(qū)域和上述被處理基板之 間，優(yōu)選隔著具有多個(gè)貫通開(kāi)口的電介質(zhì)板而進(jìn)行處理。此時(shí)，上述 貫通開(kāi)口的孔徑優(yōu)選為2.5 10mm，在對(duì)應(yīng)于上述基板的上述電介質(zhì) 板的區(qū)域內(nèi)，相對(duì)上述基板的面積的上述貫通開(kāi)口的合計(jì)的開(kāi)口面積 比率優(yōu)選為10 50%。此外，處理壓力優(yōu)選為1.33Pa 1333Pa，更優(yōu) 選66.7Pa 266.6Pa。此外，不使用上述電介質(zhì)板的情況下的處理壓力優(yōu)選為93.3Pa 1333Pa。此外，處理溫度優(yōu)選為60(TC 90(TC。此外，上述氮化硅膜的膜 厚優(yōu)選為1 5nm。 此外，本發(fā)明的第二方面是提供一種絕緣膜的形成方法，將露出 硅的基板表面曝露在含氮等離子體中，直接對(duì)硅進(jìn)行氮化處理，而在 上述基板表面形成氮化硅膜，通過(guò)使作為上述含氮等離子體的等離子體電位(Vp)與上述基板的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp—Vf)的上述基板附近的鞘電壓(vdc) 控制在3.5 [eV]以下，而對(duì)上述硅進(jìn)行氮化處理，由此在上述基板表 面形成氮化硅膜。上述第二方面的上述含氮等離子體，優(yōu)選為稀有氣體和氮?dú)獾幕?合氣體的等離子體。此外，上述鞘電壓(Vde)優(yōu)選控制在0 2 [eV]。此外，優(yōu)選利用通過(guò)具有多個(gè)縫隙的平面天線而傳播的微波形成 上述含氮等離子體。此外，上述含氮等離子體，優(yōu)選形成于具有多個(gè)貫通開(kāi)口的電介 質(zhì)板的上方并通過(guò)上述貫通幵口，向上述電介質(zhì)板的下方轉(zhuǎn)移，到達(dá) 上述基板的表面。此時(shí)，在對(duì)應(yīng)于上述基板的上述電介質(zhì)板的區(qū)域內(nèi)， 相對(duì)上述基板的面積的上述貫通開(kāi)口的合計(jì)的開(kāi)口面積比率優(yōu)選為 10 50%。此外，生成上述含氮等離子體的壓力優(yōu)選為1.33Pa 1333Pa。 此外，形成在上述電介質(zhì)板的上方的上述含氮等離子體的電子溫度優(yōu) 選為0.7 2 [eV]，更優(yōu)選為1.5 [eV]以下。此外，轉(zhuǎn)移到上述電介 質(zhì)板的下方的上述含氮等離子體的電子溫度優(yōu)選為1 [eV]以下，更 優(yōu)選為0.7 [eV]以下。此外，上述第二方面中，處理溫度優(yōu)選為600°C 900°C。本發(fā)明的第三方面是提供一種控制程序，在計(jì)算機(jī)上動(dòng)作，執(zhí)行 時(shí)，對(duì)上述等離子體處理裝置進(jìn)行控制，以進(jìn)行基板的氮化處理方法， 該基板的氮化處理方法是，在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)，使作為 等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位(Vp)與上述基板上的懸浮電位 (Vf)的電位差(Vp—Vf)的上述基板附近的鞘電壓(Vde)控制在3.5 [eV]以下，而利用含氮等離子體對(duì)基板表面的硅進(jìn)行氮化處理。本發(fā)明的第四方面是提供一種計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，是存儲(chǔ) 有在計(jì)算機(jī)上動(dòng)作的控制程序的計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，上述控制 程序在執(zhí)行時(shí)，對(duì)上述等離子體處理裝置進(jìn)行控制，以進(jìn)行基板的氮 化處理方法，該基板的氮化處理方法是，在等離子體處理裝置的處理 室內(nèi)，使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位(Vp)與上述基板上的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp—Vf)的上述基板附近的鞘電壓(Vdc) 控制在3.5 [eV]以下，而利用含氮等離子體對(duì)基板表面的硅進(jìn)行氮化 處理。本發(fā)明的第五方面是提供一種等離子體處理裝置，包括 等離子體供給源，產(chǎn)生等離子體；處理容器，內(nèi)設(shè)有載置被處理基板的基板支承臺(tái)并可真空排氣；禾口控制部，控制進(jìn)行基板的氮化處理方法，該基板的氮化處理方法 是，在上述處理容器內(nèi)，使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位 (Vp)與上述基板上的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp — Vr)的上述基 板附近的鞘電壓(Vde)控制在3.5 [eV]以下，而利用含氮等離子體 對(duì)基板表面的硅進(jìn)行氮化處理。本發(fā)明通過(guò)將鞘電壓(Vde)控制在3.5 [eV]以下，利用含氮等 離子體直接對(duì)硅進(jìn)行氮化處理，可以抑制等離子體損傷，形成優(yōu)質(zhì)且 薄的氮化硅膜。艮l]，通過(guò)本發(fā)明方法獲得的氮化硅膜，即使為例如5nm以下的薄 膜，也不易發(fā)生N脫離和氧化，能夠穩(wěn)定地維持高的N濃度。這樣形 成穩(wěn)定的氮化膜的本發(fā)明方法，能夠被有效地利用于在逐漸精密化的 半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中，形成例如l 5nm左右(優(yōu)選l 2nm)的 薄柵極絕緣膜等目的中。此外，通過(guò)將鞘電壓(Vdc)控制在0 2 [eV]，能夠進(jìn)一步提高 氮化硅膜中的N濃度，使膜質(zhì)更優(yōu)異。而且，通過(guò)由具有多個(gè)縫隙的平面天線向處理室內(nèi)導(dǎo)入微波，形 成含氮等離子體，能夠使等離子體的電子溫度和離子能量進(jìn)一步下降， 進(jìn)一步降低對(duì)基板的等離子體損傷。此外，通過(guò)在處理室內(nèi)的等離子體生成區(qū)域和被處理基板之間， 隔著具有多個(gè)貫通開(kāi)口的電介質(zhì)板，能夠容易地進(jìn)行鞘電壓(Vde)的 控制。此時(shí)，通過(guò)從6.7Pa 1333Pa中選擇施加于電介質(zhì)板的處理壓力， 從600 90(TC中選擇處理溫度，能夠更容易地調(diào)整鞘電壓(Vde)至期 望的值。即，通過(guò)組合等離子體處理裝置的硬件結(jié)構(gòu)和處理?xiàng)l件，能 夠更細(xì)致且容易地控制鞘電壓(Vdc)。


圖1是表示可利用于本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個(gè)例子的概 略剖面圖。圖2A是用以說(shuō)明板的平面圖。圖2B是用以說(shuō)明板的主要部分的剖面圖。圖3是用以說(shuō)明平面天線部件的圖。圖4A是用以說(shuō)明等離子體處理裝置的Vde的示意圖。圖4B是用以說(shuō)明配置有板的等離子體處理裝置的Vde的示意圖。圖5A是表示關(guān)于Vde的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，表示板的孔徑與V&的關(guān)系的.圖。圖5B是表示關(guān)于V&的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，表示處理壓力與V&的關(guān)系的圖。圖6A是表示根據(jù)XPS分析，膜中的N濃度與SiN膜厚的關(guān)系的 圖，表示的是放置時(shí)間為3小時(shí)的結(jié)果。圖6B是表示根據(jù)XPS分析，膜中的N濃度與SiN膜厚的關(guān)系的 圖，表示的是放置時(shí)間為24小時(shí)的結(jié)果。圖7是表示根據(jù)XPS分析，在放置時(shí)間為3 24小時(shí)中，膜中的 N濃度的變化率與SiN膜厚的關(guān)系的圖。圖8A是表示根據(jù)XPS分析，SiN膜中的O濃度與膜厚的關(guān)系的 圖，表示的是放置時(shí)間為3小時(shí)的結(jié)果。圖8B是表示根據(jù)XPS分析，SiN膜中的O濃度與膜厚的關(guān)系的 圖，表示的是放置時(shí)間為24小時(shí)的結(jié)果。圖9是表示根據(jù)XPS分析，在放置時(shí)間為3 24小時(shí)中，膜中的 O濃度的變化率與SiN膜厚的關(guān)系的圖。圖10是表示根據(jù)XPS分析，SiN膜中的N濃度與Vde的關(guān)系的圖。圖ll是表示氮化處理時(shí)間和SiN膜厚的關(guān)系的圖。圖12A是表示根據(jù)XPS分析，膜中的N濃度與SiN膜厚的關(guān)系的 圖，表示的是放置時(shí)間為3小時(shí)的結(jié)果。
圖12B是表示根據(jù)XPS分析，膜中的N濃度與SiN膜厚的關(guān)系的 圖，表示的是放置時(shí)間為24小時(shí)的結(jié)果。圖13是表示根據(jù)XPS分析，在放置時(shí)間為3 24小時(shí)中，膜中的 N濃度的變化率與SiN膜厚的關(guān)系的圖。圖14是表示根據(jù)XPS分析，在放置時(shí)間為3 24小時(shí)中，SiN膜 中的O濃度的變化率與膜厚的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照相應(yīng)附圖具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是示意地 表示可適用于本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個(gè)例子的剖面圖。該等 離子體處理裝置100構(gòu)成為RLSA微波等離子體處理裝置利用具有 多個(gè)縫隙(slot)的平面天線，特別是RLSA (徑向線縫隙天線Radial Line Slot Antenna)向處理室內(nèi)導(dǎo)入微波而產(chǎn)生等離子體，由此產(chǎn)生高 密度且低電子溫度的微波等離子體?？梢岳镁哂械入x子體密度為1 X101G 5X1012/cm3，且電子溫度為0.7 2[eV]的等離子體進(jìn)行處理。 由此，能夠適用于例如MOS晶體管、MOSFET (場(chǎng)效應(yīng)管)等的各種 半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中的柵極絕緣膜的形成等。上述等離子體處理裝置100具有，氣密地構(gòu)成且接地的大致圓筒 狀的腔室1。腔室1的底壁la的大致中央部形成有圓形的開(kāi)口部10， 在底壁la上設(shè)有與此開(kāi)口部IO連通并向下方突出的排氣室11。腔室1內(nèi)設(shè)置有用于水平支承作為被處理基板的硅晶片(以下簡(jiǎn) 稱"晶片")W的，由A1N等陶瓷構(gòu)成的載置臺(tái)2。此載置臺(tái)2由從 排氣室11的底部中央向上方延伸的圓筒狀的A1N等由陶瓷構(gòu)成的支承 部件3支承。載置臺(tái)2的外邊緣部設(shè)有用于引導(dǎo)晶片W的導(dǎo)向環(huán)(guide ring) 4。此外，載置臺(tái)2中埋有電阻加熱型的加熱器5，此加熱器5 通過(guò)加熱器電源6供電，由此對(duì)載置臺(tái)2進(jìn)行加熱，利用該熱量對(duì)作 為被處理基板的晶片W加熱。此時(shí)，可以在例如室溫到800'C的范圍 內(nèi)進(jìn)行溫度控制。而且，在腔室1的內(nèi)周設(shè)有由石英構(gòu)成的圓筒狀的 襯圈(liner) 7。此外，在載置臺(tái)2的外周側(cè)，環(huán)狀地設(shè)有用于對(duì)腔室 1內(nèi)進(jìn)行均勻排氣的，具有多個(gè)排氣孔8a的擋板(baffle plate) 8，此 擋板8由多個(gè)支柱9支承。 在載置臺(tái)2上，相對(duì)于載置臺(tái)2的表面可突出或沒(méi)入地設(shè)有用于支承晶片w并使其升降的晶片支承銷(xiāo)(未圖示)。在載置臺(tái)2的上方配備有用于衰減等離子體中的離子能量，降低 相對(duì)于晶片W的V&的板60。此板60由例如石英、藍(lán)寶石、SiN、 SiC、 A1203、 AiN等陶瓷的電介質(zhì)、多晶硅、硅等構(gòu)成，為了防止金屬污染 (metal contamination)，優(yōu)選石英、SiN、多晶硅和硅。然后，板60 通過(guò)其外周部與支承部70結(jié)合而被支承，此支承部70在整個(gè)圓周從 腔室1內(nèi)的襯圈7向內(nèi)側(cè)突起。而且，板60也可以由其他方法支承。板60的安裝位置優(yōu)選接近晶片W的位置，板60和晶片W的距 離(高度H2)優(yōu)選例如3 50mm，更優(yōu)選25 35mm左右。此時(shí)，板 60的上面與透過(guò)板28 (后述)的下面間的距離(高度H,)優(yōu)選例如 30 150mm，更優(yōu)選50 100mm左右。通過(guò)將板60配置在這樣的位 置能夠抑制等離子體損傷，均勻地對(duì)硅進(jìn)行氮化。以板60作為分界，在其上方形成第一等離子體區(qū)域S,，在其下方 形成第二等離子體區(qū)域S2。優(yōu)選將第一等離子體區(qū)域S,和第二等離子 體區(qū)域S2的容積設(shè)定為相同，或是第二等離子體區(qū)域S2的容積較小。 第一等離子體區(qū)域S,的高度H,和第二等離子體區(qū)域S2的高度H2的比 (H,/H2)，優(yōu)選為例如0.6 50，更優(yōu)選1.4 4。板60上形成有多個(gè)貫通孔60a。圖2A和圖2B是詳細(xì)表示板60 的圖。圖2A表示從板60的上方看到的狀態(tài)，圖2B表示板60的主要 部分的剖面。圖2A中，以相對(duì)于虛線所示的晶片W的載置區(qū)域，貫通孔60a 的設(shè)置區(qū)域稍大的方式，大致均勻地配置板60的貫通孔60a。具體而 言，例如圖2A中，相對(duì)于300mm直徑的晶片W，貫通孔60a的配置 區(qū)域的外延所結(jié)成的圓的直徑相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度L，與晶片W的外邊緣相比 向外側(cè)擴(kuò)大至貫通孔60a的間距(pitch)以上，例如大致5 30mm， 而設(shè)置貫通孔60a。而且，貫通孔60a也可以設(shè)置在板60的整個(gè)面上。 通過(guò)如此配置比晶片直徑更廣的貫通孔60a，能夠均勻地進(jìn)行氮化處 理。貫通孔60a的直徑D,能夠任意地設(shè)定，例如優(yōu)選2 15mm，更優(yōu) 選2.5 10mm。而且，圖2A是貫通孔60a的直徑為10mm的例子。也 可以根據(jù)板60內(nèi)的貫通孔60a的位置改變孔的大小，此外，貫通孔60a 的配置也能夠選擇例如同心圓狀、輻射狀、螺旋狀等任意的排列。而 且，板60的厚度(Ti)優(yōu)選例如2 20mm左右，更優(yōu)選設(shè)定為2 5mm 左右。通過(guò)這樣規(guī)定貫通孔60a的直徑，能夠降低Vde，減少對(duì)晶片W 的離子損傷，實(shí)現(xiàn)均勻的氮化處理。此板60作為降低等離子體的離子能量總量的離子能量降低構(gòu)件而 起作用。即通過(guò)配置電介質(zhì)的板60，主要使等離子體中的自由基(Radical) 通過(guò)，能夠阻擋多數(shù)離子。為了達(dá)到此目的，如后述，優(yōu)選綜合考慮 板60的貫通孔60a的開(kāi)口面積、貫通孔60a的直徑D,，及貫通孔60a 的形狀和配置、板60的厚度T,(即壁60b的高度)、板60的設(shè)置位 置(與晶片W的距離)等。例如貫通孔60a的孔徑為2.5 10mm時(shí)， 對(duì)應(yīng)于晶片W的板60的區(qū)域內(nèi)(即與晶片W重合的范圍)，相對(duì)于 晶片W的面積優(yōu)選貫通孔60a的合計(jì)的開(kāi)口面積的比率為10 50%。 通過(guò)控制開(kāi)口面積比率，能夠抑制離子能量，在低V&的狀態(tài)下進(jìn)行氮 化處理。在腔室1的側(cè)壁上設(shè)有形成為環(huán)狀的氣體導(dǎo)入部件15，氣體供給 系統(tǒng)16連接在此氣體導(dǎo)入部件15上。而且，氣體導(dǎo)入部件也可以配 置為噴淋狀。此氣體供給系統(tǒng)16具有例如Ar氣供給源17、 >12氣供給 源18，這些氣體分別通過(guò)氣體管路20到達(dá)氣體導(dǎo)入部件15，從氣體 導(dǎo)入部件15導(dǎo)入至腔室1內(nèi)。各個(gè)氣體管路20上設(shè)有質(zhì)量流量控制 器(mass flow controller) 21和其前后的開(kāi)關(guān)閥22。而且，代替上述 N2氣，作為含氮?dú)怏w，能夠使用例如NH3氣、N2與H2氣的混合氣體、 聯(lián)氨等。而且，代替上述Ar氣，也能夠使用Kr、 Xe、 He等稀有氣體。上述排氣室11的側(cè)面連接有排氣管23，此排氣管23上連接有包 括高速真空泵的排氣裝置24。從而通過(guò)使此排氣裝置24動(dòng)作，使腔室 1內(nèi)的氣體向排氣室ll的空間lla內(nèi)均勻排出，通過(guò)排氣管23排氣。 由此能夠?qū)η皇?高速減壓，達(dá)到規(guī)定的真空度，例如0.133Pa。腔室1的側(cè)壁上設(shè)有用于在與鄰接等離子體處理裝置100的搬送 室(未圖示)之間搬入搬出晶片W的搬入搬出口 25，和幵關(guān)此搬入搬 出口 25的閘閥26。 腔室1的上部為開(kāi)口部，沿著此開(kāi)口部的周邊部，突出設(shè)置有環(huán)
狀的支承部27，此支承部27由電介質(zhì)，例如石英或Ab03、 A1N等陶 瓷構(gòu)成，透過(guò)微波的透過(guò)板28通過(guò)密封部件29氣密地設(shè)置。從而可 以保持腔室l內(nèi)的氣密。
在透過(guò)板28的上方，以相對(duì)載置臺(tái)2的方式，設(shè)有圓板狀的平面 天線部件31。此平面天線部件31卡止在腔室1的側(cè)壁上端。平面天線 部件31例如由表面鍍金或鍍銀的銅板或鋁板構(gòu)成，構(gòu)成為，以規(guī)定圖 案貫通形成有放射微波的多個(gè)縫隙狀的孔32。例如圖3所示，此孔32 成為長(zhǎng)溝狀，典型地配置為相鄰的孔32彼此之間為"T"字狀，這些 多個(gè)孔32配置為同心圓狀?？?2的長(zhǎng)度和排列間隔根據(jù)微波的波長(zhǎng) (入g)而決定，例如孔32的間隔配置為入g/4、 Xg/2或人g。而且，圖3 中用Ar表示形成為同心圓狀的相鄰的孔32彼此之的間隔。而且，孔 32也可以形成為圓形狀、圓弧狀等其他形狀。此外，孔32的配置方式 并無(wú)特別的限制，同心圓狀以外也可以配置為例如螺旋狀、輻射狀。
在此平面天線部件31的上面設(shè)置有，具有大于真空的介電常數(shù)的 滯波件33。由于真空中微波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，因此，該滯波件33具有使微 波的波長(zhǎng)變短，調(diào)整等離子體的功能。而且，平面天線部件31與透過(guò) 板2S之間，滯波件33和平面天線部件31之間，可以分別接觸或分離。
在腔室1的上面以覆蓋這些平面天線部件31和滯波件33的方式， 設(shè)有例如由鋁或不銹鋼等金屬材料構(gòu)成的屏敝(shield)蓋體34。腔室 1的上面和屏敝蓋體34之間由密封部件35密封。屏敝蓋體34上形成 有冷卻水流路34a，冷卻水從此處通流，以冷卻屏敝蓋體34、滯波件 33、平面天線部件31、透過(guò)板28。而且，屏敝蓋體34接地。
在屏敝蓋體34的上壁的中央形成有開(kāi)口部36，在此開(kāi)口部上連接 有波導(dǎo)管37。此波導(dǎo)管37的端部通過(guò)匹配電路38與產(chǎn)生微波的微波 產(chǎn)生裝置39連接。由此，產(chǎn)生于微波產(chǎn)生裝置39的，例如頻率為 2.45GHz的微波通過(guò)波導(dǎo)管37向上述平面天線部件31傳送。微波的 頻率也可以使用8.35GHz、 1.98GHz等。
波導(dǎo)管37具有從上述屏敝蓋體34的開(kāi)口部36向上方延伸的剖面 為圓形的同軸波導(dǎo)管37a;和通過(guò)模式變換器40連接于此同軸波導(dǎo)管 37a的上端部的在水平方向延伸的矩形波導(dǎo)管37b。矩形波導(dǎo)管37b和
同軸波導(dǎo)管37a之間的模式變換器40具有將在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE 模式傳播的微波變換為T(mén)EM模式的功能。在同軸波導(dǎo)管37a的中心延 伸存在內(nèi)導(dǎo)體41，內(nèi)導(dǎo)體41在其下端部與平面天線部件31的中心連 接而固定。由此，通過(guò)同軸波導(dǎo)管37a的內(nèi)導(dǎo)體41向平面天線部件31 輻射狀地高效均勻地傳播微波。等離子體處理裝置100的各結(jié)構(gòu)部與具有CPU的過(guò)程控制器50 連接并被控制。在過(guò)程控制器50上連接有用戶接口 51，此用戶接口 51由，為使工序管理者對(duì)等離子體處理裝置IOO迸行管理操作輸入指 令等的鍵盤(pán)和可視化地顯示等離子體處理裝置100的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的顯示 器等構(gòu)成。此外，過(guò)程控制器50上連接有存儲(chǔ)方案的存儲(chǔ)部52，該方案記錄 有用于實(shí)現(xiàn)以過(guò)程控制器50控制在等離子體處理裝置IOO中實(shí)施的各 種處理的控制程序(軟件)和處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等。根據(jù)需要，根據(jù)來(lái)自用戶接口 51的指令等，從存儲(chǔ)部52中調(diào)出 任意的方案在過(guò)程控制器50中執(zhí)行，從而在過(guò)程控制器50的控制下 在等離子體處理裝置100中進(jìn)行期望的處理。此外，上述控制程序和 處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的方案，以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，例如CD 一ROM、硬盤(pán)、軟盤(pán)、閃存等中的狀態(tài)進(jìn)行使用，或者，也能夠從其 他的裝置例如通過(guò)專用線路隨時(shí)傳送，而在線使用。具有這樣結(jié)構(gòu)的RLSA方式的等離子體處理裝置100，能夠根據(jù)以 下所述順序，直接氮化晶片W的硅層而形成氮化硅膜等的處理。首先打開(kāi)閘閥26從搬入搬出口 25將形成硅層的晶片W搬入腔室 1內(nèi)，載置在載置臺(tái)2上。然后，從氣體供給系統(tǒng)16的Ar氣供給源 17和N2氣供給源18，將規(guī)定流量的Ar氣和N2氣通過(guò)氣體導(dǎo)入部件 15導(dǎo)入至腔室1內(nèi)。具體而言，例如設(shè)定Ar等稀有氣體的流量為250 2000mL/min (sccm) ， N2氣的流量為10 100mL/min (sccm);調(diào)整腔室內(nèi)的處 理壓力為1.33 1333Pa (10mTorr 10Torr)，優(yōu)選為26.6 400 Pa (200mTorr 3Torr)，更優(yōu)選為66.7 266.6 Pa (500mTorr 2Torr); 加熱晶片W，至溫度為300 900°C,優(yōu)選為600 900°C,更優(yōu)選為 600 800'C左右。
而且，未配備板60的情況下，優(yōu)選調(diào)整處理壓力到93.3 1333 Pa (700mTorr 10Torr)。
接著，來(lái)自微波產(chǎn)生裝置39的微波經(jīng)由匹配電路38引導(dǎo)至波導(dǎo) 管37，依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管37b、模式變換器40和同軸波導(dǎo)管37a， 通過(guò)內(nèi)導(dǎo)體41供給至平面天線部件31，通過(guò)透過(guò)板28，由平面天線 部件31的縫隙向腔室1內(nèi)的晶片W的上方空間放射。微波在矩形波 導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳送，此TE模式的微波在模式變換器40中變 換為T(mén)EM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線部件31傳送。利用 從平面天線部件31經(jīng)由透過(guò)板28放射至腔室1內(nèi)的微波，在腔室1 內(nèi)形成電磁場(chǎng)，等離子體化Ar氣、&氣。此微波等離子體是通過(guò)從平 面天線部件31的多個(gè)孔32放射微波，變?yōu)榇笾耹X10l() 5X10l2/cm3 的高密度且在晶片W的附近的大致1.5 [eV]以下的低電子溫度等離 子體。這樣形成的微波等離子體，由朝向基底膜的離子造成的等離子 體損傷很少，但是，通過(guò)在腔室1內(nèi)設(shè)置電介質(zhì)的板60，將生成等離 子體的第一等離子體區(qū)域S,，和由通過(guò)板60的等離子體對(duì)晶片W進(jìn) 行處理的第2等離子體區(qū)域S2分離，能夠使第二等離子體區(qū)域S2內(nèi)的 離子能量大幅度衰減，降低基板附近的鞘電壓Vde，而且能夠使等離子 體的電子溫度降低為1 [eV]以下，優(yōu)選0.7 [eV]以下，進(jìn)一步降低 等離子體損傷。從而，通過(guò)等離子體中的活性種，主要是氮自由基(N^) 等的作用，直接向硅中導(dǎo)入N，形成均勻的SiN膜。
接著，參照?qǐng)D4A和圖4B說(shuō)明本發(fā)明的作用。首先參照?qǐng)D4，等 離子體處理裝置中，Ar/N2混合氣體在從平面天線部件31供給的微波 的電磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的等離子體P，在腔室1內(nèi)的空間中向載置在載 置臺(tái)2的晶片W的方向下降。如圖4A所示，等離子體P的等離子體 電位(空間電位)為Vp，接地的腔室1的壁和載置臺(tái)2的懸浮電位(浮 游電位)為Vf時(shí)，等離子體P與腔室壁和載置臺(tái)2之間形成的分界層 (鞘)Ps的電位(鞘電位Vde)可表示為Vde=Vp—Vf。此Vde與等離 子體的離子能量的大小相關(guān)，Vde的值變大時(shí)，打入硅中(形成的絕緣 膜中)的離子的能量變大(離子的速度被加速)，離子能量的總量也 變大。 從等離子體P向作為被處理基板的晶片W供給能量(例如來(lái)自電 子、離子、自由基等的能量)，是進(jìn)行硅的氮化所不可或缺的。例如在氮化氧化硅膜的情況下，供給超過(guò)Si — 0鍵的鍵能約4.3 [eV]的能 量(作為包含離子能量的總量)，能夠通過(guò)切斷Si—O鍵實(shí)現(xiàn)氮化。 但是，由于Si—N鍵的鍵能約為3.5 [eV]，供給的能量比該值大時(shí)， 可能會(huì)切斷一度形成的Si—N鍵。而且，由于供給需要的能量以上的 高能量，硅自身也可能會(huì)產(chǎn)生缺陷等等離子體損傷。與此相反，由于Si — Si鍵的鍵能約為2.3 [eV]，禾口Si—O鍵的 鍵能相比較小，在直接對(duì)硅進(jìn)行氮化處理時(shí)，在與氮化氧化硅膜的情 況相比較小的能量下進(jìn)行處理，從而可以相應(yīng)地減少離子能量。此外，在直接對(duì)硅進(jìn)行氮化處理時(shí)，供給大大超過(guò)Si — Si鍵的鍵 能的能量時(shí)，產(chǎn)生結(jié)晶缺陷的可能性增大。因此，在本發(fā)明中，在直接由等離子體對(duì)硅(多晶硅或單晶硅) 進(jìn)行氮化處理，而形成氮化硅膜的等離子體處理中，利用降低Vde的構(gòu) 件(例如開(kāi)設(shè)有貫通孔60a的板60)，使Vdc降低至3.5 [eV]以下， 由此能夠不對(duì)膜造成損傷，維持穩(wěn)定的氮濃度，形成具有穩(wěn)定的Si — N 鍵的氮化膜。如圖4B所示，在圖1的等離子體處理裝置100中包括， 一個(gè)作為 降低離子能量的構(gòu)件的具有貫通孔60a的板60。由此，向晶片W的方 向下降的等離子體中的離子通過(guò)板60衰減或消失。特別是等離子體中 包含的氬離子(Ar+)等具有很大能量的帶電粒子，在通過(guò)由石英等電 介質(zhì)構(gòu)成的板60時(shí)衰減或失去活性。即，通過(guò)板60能夠在離子通過(guò) 時(shí)控制離子能量。結(jié)果，板60上方的等離子體P,的等離子體電位Vp, 和板60下方的等離子體P2的等離子體電位Vp2間的關(guān)系為Vp2<Vpl。從而，表示為Vp2 — Vf的晶片W附近的Vde與未配置板60的情況(圖4A)相比變小，能夠在不使加速通過(guò)貫通孔60a的離子和自由基過(guò)度 加速的條件下進(jìn)行等離子體處理，實(shí)現(xiàn)適度(mild)的氮化處理。通過(guò)上述的由電介質(zhì)構(gòu)成的板60，使等離子體的離子能量衰減， 從而能夠減少Vde，控制其為期望的值。接著，參照?qǐng)D5A和圖5B說(shuō)明有關(guān)板60的貫通孔60a與V&和壓 力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是本發(fā)明的基礎(chǔ)。圖5A是表示使用
與圖1同樣結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置100進(jìn)行等離子體處理時(shí)，改變
處理壓力進(jìn)行研究所得到的板60的貫通孔60a的直徑與V&之間關(guān)系 的結(jié)果的圖。圖5A中圖的縱軸為Vdc，橫軸表示貫通孔60a的直徑("無(wú)" 表示未配置板60)。此外，多個(gè)貫通孔60a相對(duì)晶片W的表面均勻地 配置，其貫通孔60a的孔徑為O10mm時(shí)，開(kāi)口面積比率(即對(duì)應(yīng)于晶 片W的板60的區(qū)域內(nèi)，相對(duì)晶片W的面積的貫通孔60a的合計(jì)開(kāi)口 面積比率)為約48%，貫通孔60a的孔徑為(D5mm時(shí)開(kāi)口面積比率為 約28%,貫通孔60a的孔徑為02.5mm時(shí)開(kāi)口面積比率為約13%。
使用經(jīng)由1%的稀氟酸(DHF)溶液清洗過(guò)的晶片W。此實(shí)驗(yàn)的等 離子體處理?xiàng)l件為使用流量為1000/40mL/min (sccm)的作為處理氣 體的Ar/N2氣體，晶片溫度為室溫，壓力為6.7Pa (50mTorr) 、 13.3 Pa U00mTorr) 、 26.6 Pa (200mTorr) 、 40.0 Pa (300mTorr)或66,7 Pa (500mTorr)，向等離子體供給的功率為1.5kW，處理時(shí)間為60秒。 Vdc的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量朗繆爾測(cè)量?jī)x(Langmuir probe)的探針的電流 電壓而計(jì)算得出的。
由圖5A 了解到通過(guò)設(shè)置板60與未設(shè)置的情況("無(wú)")相比， 能夠降低Vde。此外，可觀察到由板60的貫通孔60a的孔徑(開(kāi)口面 積比率)帶來(lái)的不同的降低Vdc的效果，確認(rèn)在相同壓力下孔徑(開(kāi)口
面積比率)越小降低Vde的效果越大。而且，隨著壓力增高Vde會(huì)下降，
這被認(rèn)為是因?yàn)閴毫Φ蜁r(shí)等離子體中的離子比率高，而壓力高時(shí)等離
子體中的自由基比率高。因此可知，為了抑制Vde優(yōu)選高壓力側(cè)的條件。
以上結(jié)果表示，板60是作為使等離子體處理裝置100的板60與
晶片W之間的Vd。降低，降低離子能量的構(gòu)件而被使用的。此外，確
認(rèn)了能夠通過(guò)板60的貫通孔60a的孔徑和開(kāi)口面積比率等硬件結(jié)構(gòu)或
該硬件結(jié)構(gòu)與處理壓力的組合，控制Vde為期望的值。
圖5B表示壓力升高到266.6Pa時(shí)V&的變化。此試驗(yàn)在與圖5A 的試驗(yàn)相同的條件下實(shí)施等離子體處理，測(cè)量Vde。 Vde優(yōu)選控制在3.5 [eV]以下，更優(yōu)選在2 [eV]以下。由圖5B可知，板60的貫通孔 60a的孔徑為10mm時(shí)，為了降低Vde優(yōu)選提高壓力，壓力為133.3Pa 以上時(shí)，Vde可以降低至2 [eV]以下。 這些被認(rèn)為是因?yàn)槿缜八?，壓力低時(shí)等離子體中的離子比率高， 隨壓力變高，等離子體中的自由基的比率升高。因此，通過(guò)在高壓側(cè)
使用板60， Vde的下降效果特別顯著。此外，由圖5A和圖5B可知，
貫通孔60a的孔徑小時(shí)Vde變低。
下面，使用等離子體處理裝置100，直接對(duì)Si基板進(jìn)行氮化處理
形成氮化硅膜，在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后對(duì)其膜中的N濃度和O濃度通過(guò)X
射線光電子能譜法(XPS分析)進(jìn)行測(cè)量。
使用經(jīng)由1%的稀氟酸(DHF)溶液清洗過(guò)的晶片W。 氮化處理的等離子體條件為使用流量為1000/40mL/min (sccm)
的作為處理氣體的Ar/N2氣體，晶片溫度為80(TC，壓力為6.7 266.6Pa (50 2000mTorr)，向等離子體供給的功率為1.5KW，處理吋間為
10 60秒。
本實(shí)施例中，以對(duì)應(yīng)晶片W的載置區(qū)域的方式，均勻地配備板60 的貫通孔60a，輔mm吋為626個(gè)，(D2.5mm吋為2701個(gè)，在板60 上的對(duì)應(yīng)于晶片W的區(qū)域內(nèi)，相對(duì)晶片W的面積，貫通孔60a的合計(jì) 的開(kāi)口面積比率為，①10mm時(shí)為約48%， 02.5mm時(shí)為約14%。而且， 為了進(jìn)行比較，對(duì)不配備板60進(jìn)行氮化處理而形成的膜也進(jìn)行同樣的 N濃度和O濃度的測(cè)量。
將形成的氮化膜，在大氣中放置3小時(shí)后的N濃度與膜厚的關(guān)系 和放置24小時(shí)后的N濃度與膜厚的關(guān)系分別用圖6A和圖6B表示。 圖7表示從圖6A和圖6B的數(shù)據(jù)中，計(jì)算出的放置時(shí)間(Q時(shí)間)為 3 24小時(shí)的N濃度的變化率(AN)與膜厚的關(guān)系。
此外將形成的氮化膜，在大氣中放置3小時(shí)后的O濃度和放置24 小時(shí)后的0濃度分別用圖8A和圖8B表示。圖9表示從圖8A和圖8B 的數(shù)據(jù)中，計(jì)算出的放置時(shí)間(Q時(shí)間)為3 24小時(shí)的0濃度的變 化率(AO)與膜厚的關(guān)系。
圖7表示了通過(guò)配置板60，與未配置的情況相比，具有維持氮化 膜中的高N濃度的傾向。即可確認(rèn)，配置板60的一方與未配置的情況 相比，3 24小時(shí)的放置時(shí)間的N濃度變化率(AN)接近于零，抑制 濃度變化至很小。由圖6A和圖6B的比較可以確認(rèn)，此傾向隨放置時(shí) 間(Q時(shí)間)的增加而變得明確，未配置板60而形成的氮化膜隨時(shí)間
產(chǎn)生N脫離的現(xiàn)象。未配置板60而形成的氮化膜，Vde大時(shí)，由于是 由具有大離子能量的等離子體進(jìn)行的處理，會(huì)切斷一度形成的Si — N
鍵，形成在膜中游離的N，歷時(shí)的N脫離變多。
另一方面，由于本發(fā)明配置板60以降低Vde行氮化處理，因此形
成穩(wěn)定的Si—N鍵，可形成N脫離小的穩(wěn)定的氮化膜。如上所述，考 慮到在等離子體中的離子成分多時(shí)，對(duì)硅進(jìn)行氮化形成Si—N鍵后， 高能量的離子再次切斷Si—N鍵，會(huì)使來(lái)自氮化硅膜的N脫離變多。 與此相對(duì)，考慮等離子體中的自由基成分多時(shí)，自由基不會(huì)切斷氮化 的Si — N鍵，N脫離變小。
此外，由圖7和圖6A、圖6B可知，板60的貫通孔60a的孔徑小 吋，N濃度高，則N脫離小且穩(wěn)定。這些被認(rèn)為是因?yàn)樨炌?0a的 孔徑為2.5mm時(shí)與10mm相比開(kāi)口率小，離子能量的衰減率大，晶片 W附近的Vde進(jìn)一步下降(參照?qǐng)D5A)。從而可以抑制等離子體損傷， 抑制形成例如妨礙Si—N鍵的Si —Ar鍵，抑制Si—N鍵的切斷等。
此外，圖9表示了通過(guò)配置板60與未配置的情況相比，具有維持 氮化膜中的低O濃度的傾向。通過(guò)圖8A和圖8B的比較，此傾向隨放 置吋間(Q時(shí)間)的增加而變得明確。未配置板60而形成的氮化膜， 由于晶片W附近的Vde高，由具有高離子能量的等離子體造成等離子 體損傷，切斷Si—N鍵，在膜中形成缺陷部分(例如Si — Si鍵、Si — 等)，隨時(shí)間大氣中的O侵入并進(jìn)行氧化，增加O濃度。
另一方面，配置板60抑制晶片W附近的Vdc，并由等離子體進(jìn)行 處理時(shí)，由于離子加速小，抑制其切斷Si—N鍵，減少N脫離和損傷， 減少膜中缺陷，Si—N鍵穩(wěn)定。結(jié)果難以被氧化，形成穩(wěn)定的氮化膜。 此外，由于板60的貫通孔60a的孔徑為2.5mm時(shí)與10mm相比較，開(kāi) 口率小，離子能量的衰減率大，控制晶片附近的Vde變低，可形成穩(wěn)定 的Si—N鍵，形成難以被氧化、O濃度低、穩(wěn)定且優(yōu)質(zhì)的氮化膜。
由以上的圖6A、 6B 圖9的結(jié)果可以確認(rèn)，在處理容器內(nèi)配置由 電介質(zhì)構(gòu)成的板60，使離子能量衰減，降低晶片W附近的Vde，能夠 形成穩(wěn)定且致密的氮化膜。此外也表示了由形成于板60上的貫通孔60a 的孔徑能夠控制Vde，使膜質(zhì)提高。氧化硅膜(SiCM莫)的介電常數(shù)S為4，與此相對(duì)的氮化硅膜(SbN4膜)的介電常數(shù)s為7 8，由于氮化硅膜具有大致兩倍的介電常數(shù)，能夠使絕緣膜的膜厚變薄。所以，利用本發(fā)明的適宜的方式，由于能 夠獲得膜厚薄且膜質(zhì)良好的氮化硅膜，對(duì)于形成下一代器件中的薄膜，例如膜厚為5nm以下，優(yōu)選2nm以下厚度的柵極絕緣等特別有用。此外，隨著由一般的等離子體氮化處理形成的氮化硅膜的膜厚變 厚，長(zhǎng)時(shí)間曝露在高離子能量的等離子體中，結(jié)果由于N脫離和損傷 在氮化膜中形成阱(trap)，使得氧容易侵入膜中。與此相反，本發(fā)明 即使是在形成膜厚厚的氮化硅膜的情況下，仍能形成N脫離和損傷少， 穩(wěn)定的氮化硅膜。圖IO表示等離子體氮化處理的Vdc和氮化膜中的N濃度之間的關(guān) 系。此圖IO的縱軸表示根據(jù)膜厚標(biāo)準(zhǔn)化的N濃度，橫軸表示Vde。處 理?xiàng)l件為使用流量為1000/40mL/min(sccm)的作為處理氣體的Ar/N2 氣體，晶片溫度為800。C，壓力為6.7 200Pa (50 1500mTorr)，向 等離子體供給的功率為1.5KW，處理時(shí)間為10 60秒。Vde的測(cè)量是 通過(guò)測(cè)量朗繆爾探針的電流電壓而計(jì)算得出的，N濃度的測(cè)量是通過(guò) XPS分析進(jìn)行的。從圖10可知，將等離子體處理對(duì)象的Vde降低至3.5 [eV]以下，可獲得穩(wěn)定且高的N濃度。而且可知為了形成具有足夠 的N濃度、無(wú)N脫離等、穩(wěn)定且致密的氮化膜，優(yōu)選設(shè)定等離子體處 理的對(duì)象的Vdc為3.5[eV]以下，更優(yōu)選設(shè)定在0 2[eV]的范圍內(nèi)。 接著，參照?qǐng)D11 圖14說(shuō)明針對(duì)氮化處理中溫度和壓力的影響的 研究結(jié)果。首先，使用等離子體處理裝置100，直接氮化處理Si基板形成氮 化膜，研究氮化膜的形成速度(氮化速率)和處理溫度間的關(guān)系。使 用經(jīng)由1%的稀氟酸(DHF)溶液清洗，除去氧化膜的晶片W。氮化處 理的等離子體條件為使用流量為1000/40mL/min (sccm)的作為處理 氣體的Ar/N2氣體，晶片溫度為400'C或800°C ，壓力為6.7 Pa或266.6Pa (50mTorr或2000mTorr)，向等離子體供給的功率為1.5KW，處理時(shí) 間為5 300秒。圖ll中表示其結(jié)果。本實(shí)施例中以對(duì)應(yīng)于晶片W的 載置區(qū)域的方式，均勻配備OlOmm的626個(gè)板60的貫通孔60a，板60上對(duì)應(yīng)于晶片W的區(qū)域內(nèi)，相對(duì)于晶片W的面積貫通孔60a的合 計(jì)的開(kāi)口面積比率為約48%。從圖11可知，通過(guò)以400'C或80(TC的溫度進(jìn)行處理，能夠控制 氮化速率進(jìn)行氮化處理。而且可確認(rèn)在80(TC下進(jìn)行處理時(shí)，氮化速率 快，高溫的一方能夠在短時(shí)間內(nèi)形成期望的膜厚的氮化膜。此外，關(guān) 于壓力，6.7 Pa和266.6 Pa的比較中，壓力低下的氮化速度快，這是因 為低壓側(cè)的離子比率高，容易氮化。可確認(rèn)，通過(guò)這樣調(diào)整氮化處理 的溫度、壓力和時(shí)間，能夠例如圖11所示，控制氮化膜厚在0.6 2.3nm 的范圍內(nèi)。接著基于上述結(jié)果，針對(duì)溫度和壓力對(duì)氮化膜的膜質(zhì)的影響進(jìn)行 評(píng)價(jià)，此評(píng)價(jià)基于由X射線光電子能譜法(XPS分析)對(duì)經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí) 問(wèn)后的其膜中的N濃度和0濃度進(jìn)行的測(cè)量。將形成的氮化膜，在大氣中放置3小時(shí)后的N濃度與膜厚的關(guān)系 和放置24小時(shí)后的N濃度與膜厚的關(guān)系分別用圖12A和圖12B表示。 圖13表示從圖12A和圖12B的數(shù)據(jù)中，計(jì)算出的放置時(shí)間(Q時(shí)間) 為3 24小時(shí)的N濃度的變化率(AN)與膜厚的關(guān)系。進(jìn)一步的，圖 14表示放置時(shí)間(Q時(shí)間)為3 24小時(shí)的O濃度的變化率(AO)與 膜厚的關(guān)系。由圖13可以確認(rèn)，在800。C的高溫處理下，N濃度的變化小，為 穩(wěn)定的氮化膜。關(guān)于壓力，266.6Pa的高壓下的N濃度變化率(AN) 小，形成穩(wěn)定的氮化膜。此外由圖14可知，在80(TC的高溫處理下表示出維持低的氮化膜 中的O濃度的傾向，形成穩(wěn)定的氮化膜。此外關(guān)于壓力，266.6Pa的高 壓下的O濃度變化率(AO)變小，形成不易氧化的穩(wěn)定的氮化膜。以上的圖12A、 12B 圖14的結(jié)果表示，在配置板60抑制晶片附近的Vde由等離子體進(jìn)行氮化處理的情況下，通過(guò)在高溫度、高壓力下進(jìn)行處理，可形成N脫離少且難以氧化的穩(wěn)定的氮化膜，由此更為優(yōu) 選。處理溫度優(yōu)選600 900°C ，更加優(yōu)選600 80(TC。此外處理壓力 優(yōu)選26,6Pa 400Pa，更優(yōu)選66.7Pa 266.6Pa。以上敘述了本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明并不制約于上述實(shí)施方式， 能夠進(jìn)行種種變形。
例如，上述實(shí)施方式中使用由頻率300MHz 300GHz的微波激發(fā) 等離子體的微波等離子體處理裝置100，也能夠使用由頻率為30kHz 300MHz的高頻波激發(fā)等離子體的高頻波等離子體處理裝置。此外，圖1舉出了 RLSA方式的等離子體處理裝置100的例子， 也能夠使用在例如遠(yuǎn)程等離子體(Remote plasma)方式、ICP方式、 ECR方式、表面反射波方式、CCP方式、磁控(Magnetron)方式等的 等離子體處理裝置中配置由電介質(zhì)或Si類(lèi)部件構(gòu)成的板的等離子體處 理裝置。此外，圖1中配置了一塊板60，根據(jù)需要也能夠重合配置兩塊以 上的板。能夠根據(jù)等離子體氮化處理的對(duì)象和處理?xiàng)l件等對(duì)貫通孔60a 等的開(kāi)口面積和其比率等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明適用于在各種半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中，對(duì)硅進(jìn)行氮化處 理而形成氮化硅膜。
權(quán)利要求
1.一種基板的氮化處理方法，是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)，將含氮等離子體作用于基板表面的硅，從而進(jìn)行氮化處理的、基板的氮化處理方法，其特征在于使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位(Vp)與所述基板上的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp-Vf)的所述基板附近的鞘電壓(Vdc)控制在3.5[eV]以下，而進(jìn)行利用所述含氮等離子體的氮化處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 將鞘電壓(Vdc)控制在0 2 [eV]。
3. 如權(quán)利要求1所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 利用具有多個(gè)縫隙的平面天線向所述處理室內(nèi)導(dǎo)入微波而形成所述含氮等離子體。
4. 如權(quán)利要求1所述的基板的氮化處理方法，其特征在于在所述處理室內(nèi)的等離子體生成區(qū)域和所述被處理基板之間，隔 著具有多個(gè)貫通開(kāi)口的電介質(zhì)板而進(jìn)行處理。
5. 如權(quán)利要求4所述的基板的氮化處理方法，其特征在于所述貫通開(kāi)口的孔徑為2.5 10mm，在對(duì)應(yīng)于所述基板的所述電 介質(zhì)板的區(qū)域內(nèi)，相對(duì)所述基板的面積的所述貫通開(kāi)口的合計(jì)的開(kāi)口 面積比率為10 50%。
6. 如權(quán)利要求4所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 處理壓力為1.33Pa 1333Pa。
7. 如權(quán)利要求4所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 處理壓力為66.7Pa 266.6Pa。
8. 如權(quán)利要求1所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 處理壓力為93.3Pa 1333Pa。
9. 如權(quán)利要求1所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 處理溫度為600。C 90(TC。
10. 如權(quán)利要求1所述的基板的氮化處理方法，其特征在于 所述氮化硅膜的膜厚為1 5nm。
11. 一種絕緣膜的形成方法，是將露出硅的基板表面曝露在含氮等 離子體中，直接對(duì)硅進(jìn)行氮化處理，而在所述基板表面上形成氮化硅 膜的絕緣膜的形成方法，其特征在于通過(guò)使作為所述含氮等離子體的等離子體電位(Vp)與所述基板 的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp—Vf)的所述基板附近的鞘電壓(Vdc) 控制在3.5[eV]以下，而對(duì)所述硅進(jìn)行氮化處理，由此在所述基板表 面形成氮化硅膜。
12. 如權(quán)利要求11所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 所述含氮等離子體，為稀有氣體和氮?dú)獾幕旌蠚怏w的等離子體。
13. 如權(quán)利要求11所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 將所述鞘電壓(Vdc)控制在0 2 [eV]。
14. 如權(quán)利要求ll所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于.-利用通過(guò)具有多個(gè)縫隙的平面天線而傳播的微波形成所述含氮等離子體。
15. 如權(quán)利要求ll所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于所述含氮等離子體，形成于具有多個(gè)貫通開(kāi)口的電介質(zhì)板的上方， 并通過(guò)所述貫通幵口，向所述電介質(zhì)板的下方轉(zhuǎn)移，到達(dá)所述基板的表面。
16. 如權(quán)利要求15所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于在對(duì)應(yīng)于所述基板的所述電介質(zhì)板的區(qū)域內(nèi)，相對(duì)所述基板的面積的所述貫通開(kāi)口的合計(jì)的開(kāi)口面積比率為10 50%。
17. 如權(quán)利要求15所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于生成所述含氮等離子體的壓力為1.33Pa 1333Pa。
18. 如權(quán)利要求15所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 形成在所述電介質(zhì)板的上方的所述含氮等離子體的電子溫度為0.7 2 [eV]。
19. 如權(quán)利要求15所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 形成在所述電介質(zhì)板的上方的所述含氮等離子體的電子溫度為1.5 [eV]以下。
20. 如權(quán)利要求15所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 轉(zhuǎn)移到所述電介質(zhì)板的下方的所述含氮等離子體的電子溫度為1[eV]以下。
21. 如權(quán)利要求15所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 轉(zhuǎn)移到所述電介質(zhì)板的下方的所述含氮等離子體的電子溫度為0.7 [eV]以下。
22. 如權(quán)利要求ll所述的絕緣膜的形成方法，其特征在于 處理溫度為600。C 900。C。
23. —種控制程序，其特征在于在計(jì)算機(jī)上動(dòng)作，執(zhí)行時(shí)，對(duì)所述等離子體處理裝置進(jìn)行控制， 以進(jìn)行基板的氮化處理方法，該基板的氮化處理方法是，在等離子體 處理裝置的處理室內(nèi)，使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位 (Vp)與所述基板上的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp — Vf)的所述基 板附近的鞘電壓(Vde)控制在3.5 [eV]以下，而利用含氮等離子體 對(duì)基板表面的硅進(jìn)行氮化處理。
24. —種計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于 是存儲(chǔ)有在計(jì)算機(jī)上動(dòng)作的控制程序的計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，所述控制程序在執(zhí)行時(shí)，對(duì)所述等離子體處理裝置進(jìn)行控制，以 進(jìn)行基板的氮化處理方法，該基板的氮化處理方法是，在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)，使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位(vp)與所述基板上的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp — Vf)的所述基板附近 的鞘電壓(Vdc)控制在3.5 [eV]以下，而利用含氮等離子體對(duì)基板 表面的硅進(jìn)行氮化處理。
25. —種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 等離子體供給源，產(chǎn)生等離子體；處理容器，內(nèi)設(shè)有載置被處理基板的基板支承臺(tái)并可真空排氣；禾口控制部，控制進(jìn)行基板的氮化處理方法，該基板的氮化處理方法 是，在所述處理容器內(nèi)，使作為等離子體生成區(qū)域中的等離子體電位 (Vp)與所述基板上的懸浮電位(Vf)的電位差(Vp—Vr)的所述基 板附近的鞘電壓(Vdc)控制在3.5 [eV]以下，而利用含氮等離子體 對(duì)基板表面的硅進(jìn)行氮化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基板的氮化處理方法，在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)，將含氮等離子體作用于基板表面的硅，從而進(jìn)行氮化處理，使作為等離子體生成區(qū)域的等離子體電位(V_p)與上述基板的懸浮電位(V_f)的電位差(V_p-V_f)的上述基板附近的鞘電壓(V_dc)控制在3.5[eV]以下，而進(jìn)行利用上述含氮等離子體的氮化處理。
文檔編號(hào)H01L21/318GK101156234SQ20068001105
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者中西敏雄, 本多稔 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社