專利名稱：等離子體處理裝置和等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用等離子體對(duì)半導(dǎo)體基板等被處理基板進(jìn)行處理， 進(jìn)行在被處理基板表面形成氧化膜、氮化膜、氮氧化膜等的處理的等 離子體處理裝置和等離子體處理方法。
背景技術(shù)：
在各種半導(dǎo)休裝置的制造過程中，以形成絕緣膜等為目的，進(jìn)行 硅等的氧化處理。硅氧化膜非常穩(wěn)定，具有作為外部保護(hù)膜的功能， 所以其成膜技術(shù)在半導(dǎo)體裝置制造中不可缺少。近年來，伴隨半導(dǎo)體
裝置的精細(xì)化，需要形成薄胰厚度為lmxi以下的優(yōu)質(zhì)的硅氧化膜的技 術(shù)。
以前，在硅表面形成氧化膜吋，在大多情況下使用熱氧化法。但 是，在1000'C左右的高溫下進(jìn)行的熱氧化法中，發(fā)生摻雜的雜質(zhì)的再 擴(kuò)散等因熱而導(dǎo)致?lián)p害的問題。而且，在LP-CVD、RTO(RapidThermal Oxidation)等熱氧化中，在形成數(shù)nm厚的薄膜吋存在有難以控制膜厚 的問題。
另一方面，作為通過等離子體處理形成硅氧化膜的技術(shù)，提案有 在至少含有02和稀有氣體的處理氣體的存在下，使用配置有具有開口 部的分隔板的等離子體處理裝置，對(duì)硅基板的表面進(jìn)行氧化處理的方 法(例如專利文獻(xiàn)l)。
專利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開WO2004/047157號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
一般地，作為在通過等離子體氧化處理形成氧化膜的情況下的課 題，例如列舉由于等離子體中的離子等的作用，會(huì)對(duì)所形成的氧化
膜、基膜等產(chǎn)生等離子體損害。為此，在前述專利文獻(xiàn)1中，通過使 具有開口部的分隔板介于之間存在，使等離子體的離子能量和離子密
度減少，來緩和等離子體損害。但是，尤其是在想要以lnm以下的薄
膜厚度形成氧化膜的情況下，過度氧化使得膜厚變厚等，膜厚很難被
控審a，會(huì)因部位的不同而產(chǎn)生膜厚差。特別是在300mm以上的大型化 基板中擔(dān)心膜厚的均勻性遭到破壞。前述專利文獻(xiàn)1的方法是一種通 過具有開口部的分隔板降低等離子體損害的好方法，但是在以1.5nm 以下(特別是lrim以下)的薄膜厚度形成氧化膜的情況下是否能夠應(yīng) 用還沒有被研究。
因此，本發(fā)明的目的是提供在利用等離子體形成硅氧化膜時(shí)，即 使在薄膜形成中也能夠控制膜厚的等離子體處理裝置和等離子體處理 方法。
為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的第一觀點(diǎn)，提供一種等離子體 處理裝置，該裝置包括容納被處理基板的處理腔室；在前述處理腔 室內(nèi)載置被處理基板的基板保持臺(tái)；和使從前述處理腔室的上部向載 置在前述基板保持臺(tái)上的被處理基板供給的處理氣體的等離子體的流 動(dòng)彎曲的等離子體彎曲單元。
前述等離子體彎曲單元，能夠通過將形成冇多個(gè)貫通開口部的兩 塊以上的板以該貫通孔開口部的位置不重合的方式配置而成。在這樣 的情況下，前述板優(yōu)選是由電介質(zhì)構(gòu)成的板。并且，優(yōu)選在前述兩塊 以上的板之間，配置有調(diào)整板與板之間的間隔的間隔調(diào)整部件。在這 樣的情況下，前述間隔調(diào)整部件優(yōu)選為環(huán)狀部件。
另外，前述等離子體彎曲單元，能夠是由多孔質(zhì)電介質(zhì)構(gòu)成的板。 在這樣的情況下，前述多孔質(zhì)電介質(zhì)的氣孔率優(yōu)選為70 80%。
另外，等離子體處理裝置，優(yōu)選具有用于將微波導(dǎo)入前述處理腔 室內(nèi)的多個(gè)縫隙(slot)的平面天線。
根據(jù)本發(fā)明的第二觀點(diǎn)，提供一種等離子體處理方法，該方法在 等離子體氧化處理裝置的腔室內(nèi)，使含氧等離子體與被處理基板表面 的硅發(fā)生反應(yīng)從而進(jìn)行氧化處理，形成硅氧化膜，使用來使前述等離 子體的流動(dòng)彎曲的等離子體彎曲單元介于前述處理腔室內(nèi)的等離子體 發(fā)生區(qū)域和前述被處理基板之間從而進(jìn)行處理。
前述等離子體彎曲單元，能夠通過將形成有多個(gè)貫通幵口部的兩 塊以上的板以該貫通孔開口部的位置不重合的方式配置而成。在這樣 的情況下，前述板優(yōu)選是通過電介質(zhì)構(gòu)成的板。
另外，前述等離子體彎曲單元，能夠是由多孔質(zhì)電介質(zhì)構(gòu)成的板。
在這樣的情況下，前述多孔質(zhì)電介質(zhì)的氣孔率優(yōu)選為70 80%。
進(jìn)一步，在上述第二觀點(diǎn)中，所形成的氧化膜的膜厚能夠?yàn)閘nm 以下。并且，前述含氧等離子體，優(yōu)選通過具有多個(gè)縫隙的平面天線 向前述處理腔室內(nèi)導(dǎo)入微波而形成。
本發(fā)明的等離子體處理裝置，具有當(dāng)?shù)入x子體通過時(shí)使等離子體 的流動(dòng)彎曲的等離子體彎曲單元。因此，能夠抑制等離子體中的離子 的作用，調(diào)節(jié)氧化反應(yīng)或者氮化反應(yīng)的進(jìn)行。例如，對(duì)于1.5nm，尤其 是lrnn以下的薄的硅氧化膜，能夠在高精度地控制膜厚的同時(shí)形成。 并且，所形成的氧化膜的均勻性也良好，所以在精細(xì)化不斷進(jìn)歩的半 導(dǎo)體裝置的制造過程中具有很高的利用價(jià)值。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的概略截面圖。
圖2A是用于二重板的說明的平面圖。
圖2B是用于二重板的說明的重耍部位的截面圖。
圖3是用于天線部件的說明的圖。
圖4是用于說明二重板的作用的原理圖。
圖5A是表示在晶體管的制造過程中，元件分離后的晶片的截面結(jié) 構(gòu)的圖。
圖5B是表示在晶體管的制造過程中，以形成柵極絕緣膜為目的進(jìn) 行等離子體氧化處理的狀態(tài)的圖。
圖5C是表示形成晶體管后的狀態(tài)的圖。
圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的概略截面圖。
圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的概略截面圖。
圖8是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的概略截面圖。
圖9是表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一
個(gè)示例的概略截面圖。
圖io是表示本發(fā)明的第六實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的概略截面圖。
圖11是表示實(shí)施例I等的等離子體氧化處理的處理時(shí)間和氧化膜 的膜厚的關(guān)系的圖。
圖12是表示實(shí)施例2等的等離子體氧化處理的處理吋間和氧化膜 的膜厚的關(guān)系的圖。
圖13是表示實(shí)施例2等的等離子休氧化處理的處理時(shí)間和氧化膜 的均勻性的關(guān)系的圖。
圖14是表示實(shí)施例3的等離子體氧化處理的處理時(shí)間與氧化膜的 膜厚以及均勻性的關(guān)系的圖。
圖15是表示實(shí)施例4 6等的等離子體氧化處理的氧化股的膜厚 和均勻性的關(guān)系的圖。
圖16是表示實(shí)施例4 6中的等離子體氧化處理的處理時(shí)間和氧 化膜的膜厚的關(guān)系的圖。
圖17是用于間隔環(huán)的說明的圖。
圖18是說明二重板的其他實(shí)施方式的圖。
圖19說明二重板的另一實(shí)施方式的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照適當(dāng)?shù)母綀D對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體的說明。圖1 是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一個(gè)示例的 概略截面圖。該等離子體氧化處理裝置是，通過具有多個(gè)縫隙的平面 天線，特別是RLSA (Radial Line Slot Antenna:徑向線縫隙天線)向處 理腔室內(nèi)導(dǎo)入微波使等離子體產(chǎn)生，構(gòu)成為能夠產(chǎn)生高密度且低電子 溫度的微波等離子體的RLSA微波等離子體氧化處理裝置，例如，在 MOS晶體管、MOSFET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等各種半導(dǎo)體裝置的制造過 程中，以形成硅氧化膜為目的能夠恰當(dāng)使用。并且，通過將供給的處 理氣體轉(zhuǎn)換為含有氮?dú)獾臍怏w，以形成硅氮化膜為目的，也能夠作為 等離子體氮化處理裝置使用。
上述等離子體氧化處理裝置100以密封的形式構(gòu)成，具有接地的
大致圓筒狀的腔室1。在腔室1的底壁la的大致中央部形成有圓形的 開口部10，在底壁la設(shè)置有與該開口部10連通，向下方突出的排氣 室ll。
在腔室1內(nèi)設(shè)置有用于水平支撐作為被處理體的硅晶片(以下簡(jiǎn) 稱"晶片")W的由AIN等陶瓷構(gòu)成的基座2。該基座2被從排氣室li 的底部中央向上方延伸的圓柱狀的由AIN等陶瓷構(gòu)成的支撐部件3支 撐。在基座2的外緣部設(shè)置有用于引導(dǎo)晶片W的引導(dǎo)環(huán)4。并且，在 基座2中埋入有電阻加熱型的加熱器5，該加熱器5通過從加熱器電源 6供電來加熱基座2，利用該熱量加熱作為被處理體的晶片W。這時(shí)， 例如可以在從室溫到800'C的溫度范圍內(nèi)控制溫度。并且，在腔室1 的內(nèi)圈，設(shè)置有由石英構(gòu)成的圓筒狀的襯墊7，用來防止因腔室構(gòu)成材 料引起的金屬污染，將腔室內(nèi)維持在潔凈的環(huán)境。并且，在基座2 的外圈側(cè)，為了對(duì)腔室1內(nèi)進(jìn)行均勻排氣，環(huán)狀地設(shè)置形成有大量未 圖示的貫通孔的擋塊(baffle plate) 8，該擋塊8被多個(gè)支柱9支撐。 擋塊8例如能夠由石英、陶瓷等材料構(gòu)成。
在基座2上設(shè)置有相對(duì)于基座2的表面能夠突出縮進(jìn)的晶片支撐 銷(圖中沒有表示)，該晶片支撐銷用于支撐晶片W使其可升降。
在基座2的上方，作為使等離子體的流動(dòng)彎曲的等離子體彎曲單 元，設(shè)置有二重板60。通過該二重板60，形成迷宮結(jié)構(gòu)的流通路。然 后在二重板60的上方形成第一空間SP在二重板60的下方形成第二 空間S2。如圖1所示，該二重板60由具有貫通孔61a的上側(cè)板61和 具有貫通孔62a的下側(cè)板62構(gòu)成。這些上下的板6、62使通過該板 的等離子體的流動(dòng)彎曲，限制等離子體中的離子向晶片W直線地供給， 捕捉離子，以使離子能量降低的方式起作用。上下的板61和62例如 由石英、藍(lán)寶石、SiN、 SiC、 A1203、 A1N等電介質(zhì)、或單結(jié)晶硅或者 多結(jié)晶硅等硅材料構(gòu)成。
在本實(shí)施方式中，作為上下板61和62的材料，使用金屬、堿金 屬等雜質(zhì)非常少的高純度石英。例如，優(yōu)選石英材料中的雜質(zhì)的合計(jì) 量為50ppm以下。
上側(cè)板61和下側(cè)板62通過設(shè)置在周邊部附近的連結(jié)部件71在多 處被連結(jié)，以規(guī)定的間隔(后述)相互分離地平行配置。該連結(jié)部件
71也作為調(diào)節(jié)上下板61、 62的間隔的間隔調(diào)整墊(spacer)起作用。 并且，下側(cè)的板62，通過其外圈部與分布在整個(gè)周圍的從腔室l內(nèi)的 襯墊7向內(nèi)側(cè)突起的支撐部70卡合而被支撐。
板61和62的安裝位置優(yōu)選與晶片W接近的位置，下側(cè)板62的 下端與晶片W的距離例如優(yōu)選為3 20mm，更加優(yōu)選為10mm左右。 這時(shí)，上側(cè)板61的上端和微波透過板28 (后述)的下端的距離例如優(yōu) 選為20 50mm，更加優(yōu)選為35mm左右。
在二重板60的上側(cè)的板61，形成有多個(gè)貫通孔61a，并且在下側(cè) 的板62同樣也形成有多個(gè)貫通孔62a。圖2A和圖2B是詳細(xì)表示上下 板61、 62的圖。圖2A是表示將上下的板6K 62重疊后從上方看到的 狀態(tài)，圖2B是表示將上下的板6K 62重疊后的狀態(tài)的重要部位的截 面圖。
上側(cè)的板61的厚度(T,)和下側(cè)的板62的厚度(T2)例如都優(yōu)選 為2 10mm左右，更加優(yōu)選分別設(shè)置為5mm左右。并且，上下的板 61、 62的厚度T,和T2不必相同。
另外，兩塊板61、 62的間隔(L,)例如優(yōu)選為3 10mm左右， 更加優(yōu)選設(shè)定為5mm。
上側(cè)板61的貫通孔61a和下側(cè)板62的貫通孔62a，在圖2A中， 以覆蓋虛線表示的晶片W的載置區(qū)域的形式大致均等地配置。并且， 如圖2A和圖2B所示，在兩塊板61、 62重疊的狀態(tài)下，以使下側(cè)板 62的貫通孔62a和上側(cè)板61的貫通孔61a不相互重疊的方式，將位置 相互錯(cuò)開而形成。也就是說，以不形成連結(jié)從上側(cè)的板61的上方至晶 片W的直線開口而形成迷宮結(jié)構(gòu)的方式配置貫通孔61a和貫通孔62a。
貫通孔61a的直徑D,和貫通孔62a的直徑D2能夠任意地設(shè)定，例 如，在本實(shí)施方式中設(shè)定為5mm左右。并且，在同一板內(nèi)根據(jù)貫通孔 61a和62a的位置也可以改變孔的大小，能夠?qū)⑸蟼?cè)板61的貫通孔61a 和下側(cè)板62的貫通孔62a形成為不同的大小。并且，如果在上下的板 6、62中將孔的位置錯(cuò)開，貫通孔61a、 62a的配置，就可以選擇為同 心圓狀、放射狀、螺旋狀、格子狀、鋸齒狀等任意的配置。并且，貫 通孔61a、 62a可以是三角形、四角形等的角形狀，也可以是橢圓狀、 縫隙狀等。并且，貫通孔61a和貫通孔62a的位置的錯(cuò)開，即構(gòu)成上側(cè)板61 的貫通孔61a的壁61b和構(gòu)成下側(cè)板62的貫通孔62a的壁62b的距離 L2，能夠根據(jù)與上下板61、 62的間隔L，的關(guān)系決定最適當(dāng)?shù)臈l件。
艮P，從限制等離子體中的離子的通過的觀點(diǎn)，當(dāng)上下板61、 62的 間隔L,大吋，L2也需要相對(duì)增大。相反地在上下板61、 62的間隔L, 小的情況下，即使使L2相對(duì)減小，也能夠使捕捉等離子體的離子的作 用發(fā)揮出來。并且，在L,和L2的關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過綜合考慮上下板 61、 62的厚度T，、 T2 (即壁61b、 62b的高度)，貫通孔61a、 62a的直 徑D,、 D2，甚至貫通孔61a、 62a的形狀、配置，上下板61、 62的設(shè) 置位置(距晶片W的距離)等，使限制離子通過的作用可以最大限度 地發(fā)揮。
再次參照?qǐng)D1，在二重板60上方的腔室1的側(cè)壁設(shè)置有形成為環(huán) 狀的氣體導(dǎo)入部件15，在該氣休導(dǎo)入部件15上連接有氣休供給系統(tǒng) 16。并且，氣體導(dǎo)入部件可以配置為噴嘴狀或者噴淋狀。該氣體供給 系統(tǒng)16例如具有Ar氣體供給源17、 02氣體供給源18，這些氣體分別 通過氣體流路20到達(dá)氣體導(dǎo)入部件15，從氣體導(dǎo)入部件15被導(dǎo)入腔 室1內(nèi)。在各個(gè)氣體流路20中，設(shè)置有質(zhì)量流量控制器21及其前后 的開閉閥22。并且，能夠用He、 Kr、 Xe等稀有氣體代替前述Ar氣體。
在前述排氣室11的側(cè)面連接有排氣管23，在該排氣管23上連接 有包含高速真空泵的排氣裝置24。然后，通過使該排氣裝置24動(dòng)作， 腔室1內(nèi)的氣體通過擋塊8向排氣室11的空間lla內(nèi)被均勻地排出， 通過排氣管23被排氣。由此能夠?qū)⑶皇?內(nèi)高速減壓至規(guī)定的真空度， 例如0.133Pa。
在腔室1的側(cè)壁，設(shè)置冇用于與搬送室(圖中沒有表示)之間進(jìn) 行搬入搬出的搬入搬出口 25，和開閉該搬入搬出口 25的閘閥26，該 搬送室與等離子體氧化處理裝置100鄰接。
腔室l的上部是開口部，在該開口部接合有環(huán)狀的上板27。在上 板27的內(nèi)圈下部，形成有向內(nèi)側(cè)的腔室內(nèi)空間突出的環(huán)狀的支撐部 27a。在支撐部27a通過密封部件29密封地設(shè)置有由電介質(zhì)(例如石 英、A1203、 AIN等陶瓷)構(gòu)成的透過微波的微波透過板28。因此，腔 室1內(nèi)保持密封。
在微波透過板28的上方，與基座2相對(duì)，設(shè)置有天線部件31。該 天線部件31，例如形成為圓板狀的平面天線，固定在腔室l的側(cè)壁上 端。天線部件31由表面鍍有金或者銀的銅板或者鋁板構(gòu)成，是按規(guī)定 的圖形貫通多個(gè)微波放射孔(縫隙)32而形成的結(jié)構(gòu)。該微波放射孔 32例如形成為圖3所示的長(zhǎng)溝狀，較典型的是相互鄰接的微波放射孔 32之間配置為'T'字狀，這些多個(gè)微波放射孔32被配置為同心圓狀。 微波放射孔32的長(zhǎng)度和配置間隔由微波的波長(zhǎng)(Xg)決定，例如微波 放射孔32的間隔以成為Xg/4、 Xg/2或者人g的方式配置。并且，在圖3 中，形成為同心圓狀的鄰接的微波放射孔32之間的間隔以Ar表示。 而且，微波放射孔32也可以是圓形、圓弧形等其他的形狀。進(jìn)一步， 微波放射孔32的配置方式?jīng)]有特別的限定，除同心圓狀之外，例如也 可以配置成螺旋狀、放射狀。并且，天線部件31的形狀也可以是四角 板狀，在這樣的情況下，微波放射孔32被配置成串聯(lián)狀的多列，相互 鄰接的微波放射孔32的各個(gè)列之間可以以相互平行的方式形成。
在該天線部件31的上面，設(shè)置有具有比真空的介電常數(shù)大的介電 常數(shù)的滯波部件33。就滯波部件的材質(zhì)而言，例如優(yōu)選石英，聚四氯 乙烯等氟類樹脂、聚酰亞胺等。該滯波部件33具有將微波波長(zhǎng)調(diào)短的 功能。由于在真空中微波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，通過配置滯波部件33，使微波 的波長(zhǎng)變短，能夠高效率地將微波向微波放射孔32供給。并且，雖然 可以分別使天線部件3和微波透過板28之間，或者滯波部件33和天 線部件31之間接觸，也可以使它們之間分離，但是優(yōu)選使它們之間接 觸。
在腔室1的上面，以覆蓋這些天線部件31和滯波部件33的方式 設(shè)置有例如由鋁或者不銹鋼等金屬構(gòu)成的防護(hù)蓋體34。防護(hù)蓋體34 具有使微波在平面方向上傳播的導(dǎo)波管的功能。腔室1的上面和防護(hù) 蓋體34之間通過密封部件35密封。在防護(hù)蓋體34中形成有冷卻水流 通路34a，通過使冷卻水在其中流通，使得防護(hù)蓋體34、滯波部件33、 天線部件31、微波透過板28冷卻。通過使這些部件冷卻，防止因熱量 引起的滯波部件33、天線部件31和微波透過板28的變形、破損，從 而能夠形成穩(wěn)定的等離子體。并且，防護(hù)蓋體34接地。
在防護(hù)蓋體34的上壁的中央，形成有開口部36，在該開口部連接
有導(dǎo)波管37。在該導(dǎo)波管37的端部，通過匹配電路38連接有微波發(fā) 生裝置39。于是，在微波發(fā)生裝置39發(fā)生的例如頻率為2.45GHz的 微波通過導(dǎo)波管37被傳播到前述天線部件31。就微波的頻率而言，能 夠使用8,35GHz、 1.98GHz等。
導(dǎo)波管37具有從前述防護(hù)蓋體34的開口部36向上方延伸出的截 面為圓形的同軸導(dǎo)波管37a，和在該同軸導(dǎo)波管37a的上端部通過模式 變換器40連接的在水平方向上延伸的矩形導(dǎo)波管37b。矩形導(dǎo)波管37b 和同軸導(dǎo)波管37a之間的模式變換器40具有將在矩形導(dǎo)波管37b內(nèi)以 TE模式傳播的微波轉(zhuǎn)換為TEM模式的功能。在同軸導(dǎo)波管37a的中 心延伸有內(nèi)導(dǎo)體41，內(nèi)導(dǎo)體41在其下端部與天線部件31的中心連接 固定。由此，微波通過同軸導(dǎo)波管37a的內(nèi)導(dǎo)體4以放射狀向天線部 件31高效均勻地傳播。
等離子體氧化處理裝置100的各構(gòu)成部，與具備CPU的處理控制 器50連接而被控制。在處理控制器50連接有用戶界面51，該用戶界 而由工程管理者為了管理等離子體氧化處理裝置100而進(jìn)行命令的輸 入操作等的鍵盤、使等離子體氧化處理裝置100的運(yùn)行狀況可視化并 進(jìn)行顯示的顯示器等構(gòu)成。
另外，在處理控制器50上連接有存儲(chǔ)處理方案的存儲(chǔ)部52，該處 理方案記錄有用于通過處理控制器50實(shí)現(xiàn)在等離子體氧化處理裝置 100中執(zhí)行的各種處理的控制程序(軟件)、處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等。
然后，根據(jù)需要，根據(jù)來自用戶界面51的指示等從存儲(chǔ)部52調(diào) 出任意的方案使處理控制器50執(zhí)行，在處理控制器50的控制下，進(jìn) 行在等離子體氧化處理裝置100的所希望的處理。并且，關(guān)于前述控 制程序、處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的處理方案，可以使用存儲(chǔ)在可由計(jì)算機(jī)讀 取的存儲(chǔ)介質(zhì)，例如CD-ROM、硬盤、軟盤、閃存等狀態(tài)的處理方案， 或者使用從其他裝置，例如通過專用線路隨時(shí)傳送在線使用的處理方 案。
在像這樣構(gòu)成的RLSA方式的等離子體氧化處理裝置100中，能 夠按照以下的順序進(jìn)行將晶片W的硅層氧化而形成硅氧化膜的處理。
首先，打開閘閥26從搬入搬出口 25將形成有硅層的晶片W搬入 腔室1內(nèi)，載置在基座2上。然后，從氣體供給系統(tǒng)16的Ar氣體供
給源17和02氣體供給源18通過氣體導(dǎo)入部件15以規(guī)定的流量將Ar 氣體和02氣體導(dǎo)入腔室1內(nèi)。
具體而言，例如將Ar等稀有氣體流量設(shè)定為200 3000mL/min
(sccm), 02氣流量設(shè)定為1 600mL/min(sccm)，將腔室內(nèi)的處理壓 力調(diào)整為6.7 1333Pa (50mTorr 10Torr)，優(yōu)選調(diào)整為26.6 400Pa
(200mTorr 3Torr)，將晶W的溫度加熱到300 800'C，優(yōu)選加熱到 400 800'C。這吋，形成lnm以下的硅氧化膜(Si02膜)，并且，從使 這時(shí)的膜厚的控制性良好的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選Ar和02的流量比(Ar/02) 為5 500左右，更加優(yōu)選為10 400左右。
接著，將來自微波發(fā)生裝置39的微波經(jīng)由匹配電路38導(dǎo)入導(dǎo)波 管37，使其按順序通過矩形導(dǎo)波管37b、模式變換器40以及同軸導(dǎo)波 管37a后經(jīng)內(nèi)導(dǎo)體41供向天線部件31，從天線部件31的微波放射孔 32經(jīng)微波透過板28向腔室1內(nèi)的晶片W的上方空間放射。微波在矩 形導(dǎo)波管37b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波在模式變換器40 中被轉(zhuǎn)換為TEM模式，在同軸導(dǎo)波管37a內(nèi)向天線部件31傳播。通 過從天線部件31經(jīng)微波透過板28放射到腔室1的微波在腔室1內(nèi)形 成電磁場(chǎng)，使得Ar氣體和O，-氣等離子體化。這時(shí)，微波發(fā)生裝置39 的功率優(yōu)選為0.5 5kW。
通過從天線部件31的大量的微波放射孔32放射微波，在作為等 離子體生成區(qū)域的第一空間S,,生成大約Ixl0" 5xl012/0！13的高密 度、電子溫度大約1 2eV的等離子體。另外，在二重板60的下方的 第二空間S2，當(dāng)?shù)入x子體通過二重板60時(shí)能量高的離子的通過被阻礙， 主要是自由基通過，由此使等離子體的電子溫度和離子能量大幅度降 低。認(rèn)為這是由于下述的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。因?yàn)樯舷掳?1、 62是由絕緣物 形成，所以相對(duì)于等離子體具有懸浮(floating)電位。因此，在板61、 62的表面(板壁面或者貫通孔61a、 62a的內(nèi)壁面)，形成具有電位差 的鞘(sheath)。其結(jié)果是，高能量的離子在鞘中被加速?zèng)_撞到板61、 62上，大部分失去活性。與此相對(duì)，由于自由基是中性的，其通過貫 通孔61a， 62a被供向二重板60的下方的第二空間S2。
通過上述結(jié)構(gòu)，例如，在二重板60的下方的第二空間S2 (即，晶 片W和板62之間)，因?yàn)槟軌蚴沟入x子體中的離子密度不到lxl09 lxlO'Vcm3，并且能夠使電子溫度降低到0.7eV以下，因此能夠進(jìn)一步 降低由離子等引起的等離子體損害。并且，通過等離子體中的活性種， 主要是氧自由基(O*)等的作用向硅中導(dǎo)入氧形成Si-O鍵，從而形成 優(yōu)質(zhì)的硅氧化膜。
在此，參照?qǐng)D4，對(duì)本發(fā)明的作用進(jìn)行敘述。圖4是表示基于等離 子體氧化處理裝置100的晶片W的等離子體氧化處理的情形的原理示 意圖。從等離子體氧化處理裝置100的天線部件31供給的微波，和 Ar/02氣體發(fā)生作用產(chǎn)生的等離子體向著載置在基座2上的晶片W的 方向降落到腔室l內(nèi)的空間。在其途中，由于配置有二重板60 (上側(cè) 板61和下側(cè)板62)，在通過該二重板時(shí)離子被捕捉從而使等離子體的 離子能量被減弱。等離子體在通過上側(cè)板61的貫通孔61a吋被分離為 多個(gè)流路。然后，等離子體的流路在上側(cè)板61和下側(cè)板62之間暫吋 匯合之后，在通過下側(cè)板62的貫通孔62a時(shí)再次被分流，再在下側(cè)板 62的下方再次匯合。這樣，通過形成有迷宮結(jié)構(gòu)的流路的二重板60， 能夠防止等離子體中的離子等直線式的到達(dá)晶片W。并且，如圖4所 示，因?yàn)榈入x子體中包含的氬離子(Ar+)、氧離子(O2-) ^^'子或者 電子(e—)是帶電粒子，所以因在由石英等絕緣物構(gòu)成的板61、 62的 表面形成的鞘而被加速?zèng)_撞到板61、 62。其結(jié)果是，通過貫通孔61a 和62a的等離子體中的大多離子失去活性，其離子能量被減弱。并且， 等離子體的離子密度減小，電子溫度也降低。另一方面，作為中性粒 子的氧自由基(O*)通過貫通孔61a和62a后到達(dá)晶片W。
為了對(duì)等離子體中的離子的通過進(jìn)行控制，在將兩塊板重疊的狀 態(tài)下，以使下側(cè)的板62的貫通孔62a和上側(cè)板61的貫通孔61a不重 合的方式使位置形成為相互錯(cuò)開非常重要(參照?qǐng)D2A、圖2B)。通過 這樣的貫通孔61a、 62a的配置(迷宮結(jié)構(gòu))，能夠阻擋等離子體中的 離子的通過，同時(shí)選擇性地使氧自由基通過。通過上下板61、 62的氧 自由基與晶片W上露出的硅發(fā)生反應(yīng)形成Si02 (氧化膜)。因此，通 過控制離子的通過抑制硅的過度氧化，同時(shí)使更低電子溫度的等離子 體處理成為可能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)極薄膜厚的控制，同時(shí)使膜的質(zhì)量良好。 這樣的等離子體氧化處理裝置100的特征是，尤其在形成lnm以下、 例如0.3 0.8nm左右的非常薄的且細(xì)致的優(yōu)質(zhì)的硅氧化膜(Si02膜)，
或者氮化膜(SiN膜)、硅氮氧化膜(SiON膜)的情況下十分有效。 本發(fā)明的方法能夠應(yīng)用于MOS晶體管等各種半導(dǎo)體裝置的制造
過程中。圖5A 圖5C是對(duì)在晶體管的制造過程中應(yīng)用本發(fā)明的等離
子體處理方法的示例進(jìn)行說明的圖。
首先，如圖5A所示，在P型或者N型的Si基板101上形成凹陷
部(well)(圖中沒有表示)，進(jìn)一步例如通過LOCOS法形成元件分離
層102。該硅基板101優(yōu)選預(yù)先用1°/。希氟酸溶液清洗，除去氧化膜。
并且，元件分離層102也可以通過ST1 (ShallowTrench Isolation:淺槽
隔離)形成。
接下來，如圖5B所示，進(jìn)行等離子體氧化處理，在硅基板101的 表而形成柵極氣化膜(Si02膜)103。在該等離子體氧化處理中，當(dāng)?shù)?離子休通過配置在作為被處理體的Si基板101的上部的二重板60時(shí)， 等離子體中的Ar離子的大半被鎖定，只是選擇性的使氧自由基通過。 于是，柵極試化脫103主要通過氧自由基的作用而被形成，符到因離 子引起的損害較少的膜質(zhì)優(yōu)良的柵極氧化膜103。該柵極氧化膜103 的股厚，根據(jù)作為制作目的的器件(device)有所不同，例如能夠?yàn)閘rnn 以下，甚至能夠優(yōu)選為0.3 0.8nm左右。
然后，在形成的柵極氧化膜I03上，例如通過CVD形成多晶硅層 104之后，使用通過光刻(photo lithography)技術(shù)形成有圖形的掩膜 進(jìn)行蝕刻形成柵極。并且，柵極結(jié)構(gòu)不局限于多晶硅層104的單層， 以降低柵極的電阻率實(shí)現(xiàn)高速化為目的，例如可以是包括鎢、鉬、鉭、 鈦、及它們的硅化物、氮化物(nitride)、合金等的疊層結(jié)構(gòu)。并且， 對(duì)于這樣形成的柵極，進(jìn)行離子注入和活性化處理形成源極/漏極(省 略圖示)，通過形成基于絕緣膜的側(cè)壁(side-wall) 105，如圖5C所示， 能夠制造MOS結(jié)構(gòu)的晶體管110。
圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的示意的截面圖。在本實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置200 中，配置石英制的多孔質(zhì)板63，替換圖1的等離子體氧化處理裝置100 的二重板60。該多孔質(zhì)板63的氣孔率大約為75%，當(dāng)含氧等離子體通 過該氣孔內(nèi)時(shí)，等離子體中的離子與多孔質(zhì)板63碰撞從而被衰減。因 此，與第一實(shí)施方式(圖l)中的二重板60—樣，同樣作為等離子體
彎曲單元起作用。為了該目的，優(yōu)選多孔質(zhì)板63的氣孔率為65 85。/。， 更加優(yōu)選為70 80%。就多孔質(zhì)板63的材質(zhì)而言，只要是多孔質(zhì)的電 介質(zhì)就能夠使用除石英以外的材料。并且，因?yàn)閳D6所示的第二實(shí)施 方式中的等離子體氧化處理裝置200的其他結(jié)構(gòu)與圖1的等離子體氧 化處理裝置100相同，所以標(biāo)注相同的符號(hào)并省略對(duì)其的說明。
如上所述，作為等離子體彎曲單元，圖1所示的二重板60、圖6 所示的多孔質(zhì)板63，具有使等離子體通過的流通路，并且，該流通路 只要不被形成為直線型而是具有彎曲的迷宮結(jié)構(gòu)，其方式就不受限制。
圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置的一 個(gè)示例的示意的截面圖。在本實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置300 中，將二重板60挾在中間，在其上下設(shè)S有氣體導(dǎo)入部件15a和氣體 導(dǎo)入部件15b。這些氣體導(dǎo)入部件15a和15b分別以環(huán)狀被設(shè)置在腔室 l的側(cè)壁，并與氣體供給系統(tǒng)I6連接。即，氣體導(dǎo)入部件15a例如與 Ar氣休供給源17連接，同吋?xì)怏w導(dǎo)入部件15b例如與02氣體供給源 18連接。Ar氣體和02氣分別經(jīng)由氣體流路20分別到達(dá)氣體導(dǎo)入部件 15a和15b，從而被導(dǎo)入腔室1內(nèi)。
這樣，氣體導(dǎo)入部位通過導(dǎo)入Ar等稀冇氣體的氣體導(dǎo)入部件15a 和導(dǎo)入02氣體等反應(yīng)類氣體的氣體導(dǎo)入部件15b區(qū)分，并且，介于它 們之問存在有二重板60，山此能夠僅僅利川向二重板60上側(cè)的區(qū)域?qū)?入的稀有氣體生成等離子體。并且，因?yàn)槭箖H利用稀有氣體生成的等 離子體通過二重板60后其離子能量和電子溫度降低，所以向位于二重 板60下側(cè)的區(qū)域從其他的途徑導(dǎo)入02氣等反應(yīng)類氣體，能夠在通過 低能量的離子抑制反應(yīng)類氣體的離解的狀態(tài)下進(jìn)行氧化處理。并且， 與前述內(nèi)容同樣，可以使用He、 Kr、 Xe等稀有氣體代替Ar氣體。因 為圖7所示的第三實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置300的其他結(jié)構(gòu) 與圖1的等離子體氧化處理裝置100相同，所以標(biāo)注相同的符號(hào)并省 略對(duì)其的說明。
圖8是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置400 的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。該等離子體氧化處理裝置400，被構(gòu)成為ECR (Electron Cyclotron Resonance:電子回旋共振)方式的微波等離子體處 理裝置。符號(hào)401是磁控管，是微波的振動(dòng)發(fā)生源。磁控管401通過
矩形導(dǎo)波管402、圓形導(dǎo)波管403和錐形導(dǎo)波管404與放電室405連接。 該放電室405由高純度的鋁等材料形成。在放電室405的下方，設(shè)置 有真空室406。并且，在錐形導(dǎo)波管404與放電室405之間設(shè)置有用于 向放電室405供給微波的石英板407。在放電室405的周圍，設(shè)置有螺 線管線圈408、 409，以能夠向放電室405內(nèi)提供磁場(chǎng)的方式構(gòu)成。
在放電室405的下方，設(shè)置有用于載置晶片W的載置臺(tái)(基座 410)。在該基座410上配置由圖中沒有表示的電阻加熱器等加熱元件。 并且，在基座410上連接有偏壓用的RF電源411。并且，在基座410 的上方，也就是在石英板407和基座410之間，作為在等離子體從其 中通過吋使該等離子體的流動(dòng)發(fā)生彎曲的等離子體彎曲單元，設(shè)置有 二重板430。通過該二重板430形成迷宮結(jié)構(gòu)的流通路。在二重板430 的上方形成有第一空間S,，在二重板430的下方形成有第二空間S2， 該二重板430由具有貫通孔431a的上側(cè)板431和具有貫通孔432a的 下側(cè)板432構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)和功能與圖1的等離子體處理裝置100中的 二寬板60相同，所以在此省略其說明。另外，符號(hào)433、 434表示分 別支撐板431、 432的支撐部件。
在放電室405中位于二重板430上方的側(cè)壁上設(shè)S冇氣體導(dǎo)入部 412，在該氣體導(dǎo)入部412上連接有氣體供給系統(tǒng)413。該氣體供給系 統(tǒng)413例如具有Ar氣體供給源414、 02氣體供給源415，這些氣體分 別經(jīng)由氣體流路416到達(dá)氣體導(dǎo)入部412,從氣體導(dǎo)入部412被導(dǎo)入到 放電室405內(nèi)。在各個(gè)氣體流路416上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器417及 其前后的開閉閥418。
真空室406，通過排氣管419與具有用于將真空室減壓排氣的真空 泵的排氣裝置420連接，以能夠?qū)⒄婵帐?06減壓至高真空狀態(tài)的方 式構(gòu)成。另外，在真空室406的側(cè)部形成有用于將晶片搬入搬出的開 口部406a，在其外側(cè)配置有閘閥421。
磁控管401被安裝在矩形導(dǎo)波管402上，使例如2.45GHz的微波 振蕩。另一方面，在放電室405內(nèi)以通過螺線管線圈408、 409形成規(guī) 定的磁場(chǎng)分布的方式設(shè)定。并且，處理氣體從氣體供給系統(tǒng)413通過 氣體流路416經(jīng)由氣體導(dǎo)入部412被導(dǎo)入到放電室405內(nèi)。處理氣體 在放電室405內(nèi)的第一空間S，等離子體化，由通過二重板430的以自
由基為主的等離子體氧化處理晶片w。
這樣，即使在ECR方式的等離子體氧化處理裝置400中，通過配 置二重板430，也能夠進(jìn)行低等離子體損害并且即使是薄膜也能夠高精 度地對(duì)膜厚進(jìn)行控制的等離子體氧化處理等。
接著，圖9是表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝 置500的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。該等離子體氧化處理裝置500作為感應(yīng) 耦合等離子體(ICP)裝置而被構(gòu)成。如圖9所示，等離子體氧化處理 裝置500具有處理容器520，該處理容器由上部開口的有底圓筒狀的腔 室521,和在腔室521的上方隔著氣體供給部545和墊圈546被連續(xù)設(shè) 置的有蓋圓筒狀的玻璃容器(bell jar) 522構(gòu)成。在腔室521內(nèi)，在其 上部用于水平支撐作為被處理體的晶片W的基座(基板載置臺(tái))523， 以被圓柱狀的支撐部件532支撐的狀態(tài)被配置。在基座本體527的上 面以與晶片W大致同樣模型的方式形成凹部524，在該凹部524載置 晶片W。在該凹部524的下方埋設(shè)有形成為網(wǎng)狀的圓盤狀下部電極 525，進(jìn)一歩在該下部電極525的下方埋設(shè)有發(fā)熱體526。即，基座523 是在由A1N、 Al203等陶瓷那樣的絕緣體構(gòu)成的基座本體(絕緣體部件) 527中，埋設(shè)施加偏置電壓的下部電極525和由鎢、佳l等構(gòu)成的發(fā)熱體 526而構(gòu)成，由基座本體527和發(fā)熱體526構(gòu)成陶瓷加熱器。在發(fā)熱休 526上連接有直流電源541 ，由電源541供電使發(fā)熱體526處于加熱狀 態(tài)，能夠?qū)⒕琖加熱到規(guī)定的溫度。
另外，在基座523的上方，以覆蓋載置在凹部524的晶片W的邊 緣的方式設(shè)置有由石英、A1N、 Al203等電介質(zhì)構(gòu)成的環(huán)狀的遮蓋環(huán) (shadow ring) 530。該遮蓋環(huán)530通過在其下面連接的支撐柱533與 環(huán)狀部件534連接，在環(huán)狀部件534上通過棒狀部件536與升降機(jī)構(gòu) 537連接。通過利用該升降機(jī)構(gòu)537使棒狀部件536升降，能夠使環(huán)狀 部件534、支撐柱533和遮蓋環(huán)530進(jìn)行整體地升降。并且，棒狀部件 536的周圍被波紋管(bellows) 535環(huán)繞，防止處理容器520內(nèi)的氛圍 氣體從棒狀部件536的附近泄漏到外部。
另外，在基座523的上方，作為使從這里通過的等離子體的流動(dòng) 發(fā)生彎曲的等離子體彎曲單元，設(shè)置有二重板580。通過該二重板580 形成迷宮結(jié)構(gòu)的流通路。在二重板580的上方形成第一空間S,、在二
重板580的下方形成第二空間S2。該二重板580由具有貫通孔581a的 上側(cè)板581和具有貫通孔582a的下側(cè)板582構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)和功能與圖 1的等離子體處理裝置100中的二重板60相同，所以在此省略其說明。 另外，符號(hào)583、 584表示分別支撐板581、 582的支撐部件。
在上述的下部電極525上，通過匹配器538連接有具有例如 13.56MHz頻率的高頻電源539，通過從該高頻電源539向下部電極525 供電，能夠施加規(guī)定的偏置電壓。
另外，在腔室521和玻璃容器522之間，設(shè)置有環(huán)狀的氣體供給 部545和墊圈546,通過在該氣體供給部545內(nèi)側(cè)的整個(gè)一周形成的氣
內(nèi)二進(jìn)'一步，腔室52;的側(cè)壁^:有^PI 547:口在與腔室 21的外側(cè)的開 口 547相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有閘閥548，在將該閘閥548打開的狀態(tài)下在 相鄰的負(fù)載鎖定室與腔室521之間進(jìn)行晶片W的搬送。
玻璃容器522例如由石英、陶瓷材料等電絕緣材料形成，在其外 側(cè)纏繞有作為等離子體生成單元的天線的線圈542。在線圈542上，隔 著匹配器543連接有具有例如450kHz頻率的高頻電源544，通過從該 高頻電源544經(jīng)由匹配器543向線圈542供給高頻電力，在玻璃容器 522內(nèi)生成感應(yīng)耦合型等離子體(ICP)。
氣體供給機(jī)構(gòu)560具有供給Ar氣體的Ar氣體供給源561和供給 02氣的02氣體供給源562。在Ar氣體供給源561上連接有氣體流路 563，在該氣體流路563上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器567和在其前后的開 閉閥565、 569。并且，在02氣體供給源562上連接有氣體流路564， 在該氣體流路564上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器568和在其前后的開閉閥 566、 570。該氣體流路563、 564與氣體流路571連接，該氣體流路571 與氣體供給部545連接。
另外，在腔室521的底壁上連接有排氣管550，在該排氣管550 上連接有包含真空泵的排氣裝置551。通過使該排氣裝置551動(dòng)作，可 以將處理容器520內(nèi)維持規(guī)定的真空度。
接著，對(duì)于通過這樣構(gòu)成的等離子體氧化處理裝置500對(duì)晶片W 上的硅進(jìn)行氧化處理從而形成硅氧化膜時(shí)的動(dòng)作加以說明。
首先，打開閘閥548，通過圖中沒有表示的搬送裝置將晶片W裝
入腔室521內(nèi)，在使遮蓋環(huán)530上升的狀態(tài)下將晶片W傳遞給從基座 523突出的晶片支撐銷(圖中沒有表示)。接著，使前述晶片支撐銷和 遮蓋環(huán)530下降，將晶片W載置在基座523上，用遮蓋環(huán)530覆蓋晶 片W的外圈邊緣部。之后，關(guān)閉閘閥548，通過排氣裝置551將處理 容器520內(nèi)排氣至規(guī)定的減壓狀態(tài)。在該減壓狀態(tài)下從Ar氣體供給源 561和02氣體供給源562以規(guī)定的流量向處理容器520內(nèi)導(dǎo)入Ar氣體 和02氣體，同時(shí)開始由高頻電源544向線圈542供給高頻電力。于是， 在玻璃容器522內(nèi)生成感應(yīng)耦合等離子體并形成Ar、 02等活性種。另 外，通過從高頻電源539給基座523供給高頻電力對(duì)晶片W施加自偏 置電壓，容易將活性種引入晶片W。
在這樣的狀態(tài)下，從電源541供電使發(fā)熱體526處于加熱狀態(tài)， 將晶片W加熱到規(guī)定的溫度，同吋進(jìn)行氧化處理。這時(shí)，在玻璃容器 522內(nèi)，利用通過二重板580的以自由基為主體的等離子體對(duì)晶片W 進(jìn)行氧化處理。這之后，對(duì)排氣裝置551的排氣量和來自Ar氣體供給 源561和02氣體供給源562的氣體供給量進(jìn)行調(diào)節(jié)從而調(diào)整處理容器 520內(nèi)的壓力，同時(shí)使前述支撐銷從基座523突出將晶片W舉起，通 過打開閘閥548從圖中沒有表示的搬送裝置取出晶片W，至此等離子 體氧化處理裝置500中的工序結(jié)朿。
這樣，即使在ICP方式的等離子體氧化處理裝置500中，通過配 置二重板580，能夠進(jìn)行低等離子體損傷且在薄膜的情況下也能夠以高 精度控制膜厚的等離子體氧化處理。另外，在圖9中作為玻璃容器522 使用的是頂部為平坦型狀的容器，即使在例如具有半球形狀的玻璃容 器的ICP方式的等離子體處理裝置中，也同樣能夠具備二重板580。
圖0是表示本發(fā)明的第六實(shí)施方式的等離子體氧化處理裝置600 的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。該等離子體氧化處理裝置600作為磁控管方式 構(gòu)成。等離子體氧化處理裝置600具有構(gòu)成處理室的真空容器601。該 真空容器601是上部容器602和下部容器603上下接合而成。上部容 器602例如由氧化鋁、石英等陶瓷構(gòu)成。下部容器603由金屬形成。
上部容器602具有基本平坦的頂部，在該頂部，設(shè)置有噴淋頭604。 在噴淋頭604的內(nèi)部形成有擴(kuò)散室605。在噴淋頭604的上部中央，形 成有導(dǎo)入處理氣體的氣體導(dǎo)入口 606，與前述擴(kuò)散室605連通。并且，
在噴淋頭604的下端，形成有大量的開口 607，從氣體導(dǎo)入口 606導(dǎo)入 的多種處理氣體在擴(kuò)散室605中混合、擴(kuò)散，從噴淋頭604的開口部 607供給到真空容器601內(nèi)的處理空間。
在真空容器601內(nèi)，配置有支撐作為被處理基板的晶片W的用作 載置臺(tái)的基座608。在該基座608上設(shè)置有用于將晶片W加熱到規(guī)定 溫度的加熱器(圖中沒有表示)。另外，在下部容器603設(shè)置有排氣口 609，該排氣口 609與具有真空泵的排氣裝置610連接。
在上部容器602的外側(cè)，從上部容器602的外圈面以按規(guī)定間隔 分開的狀態(tài)配置有筒狀電極611 。該筒狀電極611通過匹配器612與高 頻電源63連接。該高頻電源613能夠向筒狀電極611提供例如頻率 為13.56MHz的高頻電力。
另外，形成為環(huán)狀的兩個(gè)永久磁鐵614、 615被配置在上部容器602 的周圍。這兩個(gè)永久磁鐵614、 615在直徑方向上相互逆向磁化，在真 空容器601的內(nèi)部形成從上側(cè)的永久磁鐵614朝向中心方向后再反轉(zhuǎn) 回到下側(cè)的永久磁鐵615的磁力線。
氣休供給機(jī)構(gòu)616具有供給Ar氣體的Ar氣體供給源617和供給 02氣體的02氣體供給源618。在Ar氣體供給源617上連接有氣體流 路619a，在該氣體流路619a上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器620和在其前后 的開閉閥621、 621。
另外，在02氣體供給源618上連接有氣體流路61兆，在該氣體流 路619b上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器620和在其前后的開閉閥621、 621。 該氣體流路619a、 619b與氣體流路622連接，該氣體流路622與氣體 導(dǎo)入口 606連接。
另外，在基座608的上方，作為使從該處通過的等離子體的流動(dòng) 彎曲的等離子體彎曲單元，設(shè)置有二重板630。通過該二重板630形成 迷宮結(jié)構(gòu)的流通路。在二重板630的上方形成有第一空間S,，在二重 板630的下方形成有第二空間S2。該二重板630由具有貫通孔631a的 上側(cè)板631和具有貫通孔632a的下側(cè)板632構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)和功能與圖 1的等離子體處理裝置100中的二重板60相同，所以在此省略其說明。 另外，符號(hào)633、 634表示分別支撐板631、 632的支撐部件。
接著，對(duì)等離子體氧化處理裝置600的處理順序加以說明。首先，
通過圖中沒有表示的搬送裝置將晶片W載置到基座608上，然后，通 過使排氣裝置610動(dòng)作，將真空容器601內(nèi)的氣體經(jīng)由排氣口 609排 氣使真空容器601內(nèi)達(dá)到真空狀態(tài)。接著，加熱基座608，使晶片W 的溫度達(dá)到規(guī)定的溫度。
接著，將來自氣體供給機(jī)構(gòu)616的處理氣體從氣體導(dǎo)入口 606導(dǎo) 入。從該氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的處理氣體在擴(kuò)散室605內(nèi)擴(kuò)散，從噴淋頭 604的開口 607供向真空容器601內(nèi)的第一空間S,。然后由高頻電源 613向筒狀電極611供給規(guī)定的高頻電力。在真空容器601內(nèi)，通過由 永久磁鐵614、 615形成磁力線，并且由筒狀電極611形成高頻電力場(chǎng) 而生成等離子體。利用該等離子體處理基座608上的晶片W，例如形 成硅氧化膜。這時(shí)，在真空容器601內(nèi)，由通過二重板630的以自由 基為主體的等離子體對(duì)晶片W進(jìn)行氧化處理。經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，停止 來自高頻電源613的高頻電力的供給，將真空容器601內(nèi)的氣體從排 氣口 609排出。然后，用圖中沒有表示的搬送裝置將基座608上的晶 片W從真空容器601內(nèi)搬出，處理結(jié)束。
如上所述，在等離子體氧化處理裝置600中，通過永久磁鐵614、 615的磁場(chǎng)在真空容器內(nèi)產(chǎn)生磁控管放電，在晶片W的上方空間生成 高密度等離子體。然后，通過生成的高密度等離子體，對(duì)基座608上 的晶片W的表面實(shí)施等離子體氧化處理。這樣，即使在磁控管ICP方 式的等離子體氧化處理裝置600中，也能夠通過配置二重板630，進(jìn)行 低電子損害并且即使在形成薄膜的情況下也能夠以高精度控制膜厚的 等離子體氧化處理。
接著，參照?qǐng)D11 圖16,對(duì)確認(rèn)本發(fā)明的效果的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。
實(shí)施例l
使用與圖1相同結(jié)構(gòu)的等離子體氧化處理裝置100，對(duì)Si基板進(jìn) 行氧化處理從而形成硅氧化膜。使用貫通孔61a的直徑為5mm的板作 為二重板60的上側(cè)板61，使用貫通孔62a的直徑為5mm的板作為下 側(cè)板62。上側(cè)板61和下側(cè)板62的材質(zhì)都使用雜質(zhì)少的石英。上下板 61、 62的間隔為5mm。
氧化處理工序中的等離子體處理的條件為作為處理氣體的Ar/Q2
的流量為2000/200[mL/min(sccm)]，晶片溫度為400'C,壓力為266.6Pa (2Torr)，對(duì)等離子體的供給功率為2.0kW，處理時(shí)間為10秒、20秒、 40秒或60秒。 比較例1
通過除不配備二重板60以外，具有與圖1的等離子體氧化處理裝 置IOO相同的結(jié)構(gòu)的等離子體氧化處理裝置，以與實(shí)施例1同樣的條 件對(duì)Si基板進(jìn)行氧化處理形成硅氧化膜。
用偏振光橢圓率測(cè)定儀(ellipsometer)對(duì)在上述實(shí)施例1、比較例 1中得到的硅氧化膜的膜厚進(jìn)行了測(cè)定。處理時(shí)間和膜厚的關(guān)系如圖 11所示。
根據(jù)圖11,在不具備二重板60的比較例1中，進(jìn)行10秒的等離 子體氧化處理形成膜厚大約為lnm的硅氧化膜，其后隨著吋間的變長(zhǎng) 膜厚增加。與此相對(duì)，在使用具各二重板60的圖1的等離子體氧化處 理裝置100進(jìn)行氧化膜的形成的憒況下，即使進(jìn)行40秒的處理，形成 的膜厚也沒有超過lnm，這表示薄膜情況下的膜厚的控制性很高。
實(shí)施例2
使用具有與實(shí)施例！相同結(jié)構(gòu)的二寬板60的等離子休氧化處理裝 置IOO，對(duì)Si基板進(jìn)行氧化處理形成硅氧化膜。
氧化處理工序中的等離子體處理的條件為作為處理氣體的Ar/02 的流量為2000/20[mL/min(sccm)]，晶片溫度為400'C，壓力為66.7Pa (500mTorr),對(duì)等離子體的供給功率2.0kW,處理時(shí)間為10秒、20 秒、40秒或60秒。
比較例2
通過除不具備二重板60以外，具有與圖1的等離子體氧化處理裝 置100相同的結(jié)構(gòu)的等離子體氧化處理裝置，以與實(shí)施例2同樣的條 件對(duì)Si基板進(jìn)行氧化處理形成硅氧化膜。
用偏振光橢圓率測(cè)定儀測(cè)定在前述實(shí)施例2、比較例2中得到的硅 氧化膜的膜厚。處理時(shí)間和膜厚的關(guān)系如圖12所示，處理時(shí)間和均勻 性的關(guān)系如圖13所示。
根據(jù)圖12,在不具備二重板60的比較例2中，進(jìn)行10秒的等離 子體氧化處理形成膜厚大約為1.8nm的硅氧化膜。另一方面，在使用具備二重板60的圖1的等離子體氧化處理裝置100進(jìn)行氧化膜的形成 的實(shí)施例2中，即使進(jìn)行40秒的處理形成的膜厚也僅為0.8nm左右， 這表示二重板60在薄膜形成中對(duì)膜厚的控制十分有效。
另外，關(guān)于膜厚的均勻性，從圖13看出，與不具備二重板60的 比較例2相比實(shí)施例2 —方具有非常顯著的均勻性。
實(shí)施例3
使用具有與實(shí)施例1相同結(jié)構(gòu)的二重板60的等離子體氧化處理裝 置100，對(duì)Si基板進(jìn)行氧化處理形成硅氧化膜。氧化處理工序中的等 離子體處理的條件為作為處理氣體的Ar/02的流量為2000/5[mL/min (sccm)],晶片溫度為400'C,壓力為66.7Pa (500mTorr)，對(duì)等離子 體的供給功率2.0kW，處理時(shí)間分別為5秒、10秒、20秒和40秒。 用偏振光橢圓率測(cè)定儀對(duì)得到的硅氧化膜的膜厚進(jìn)行測(cè)定。處理時(shí)間 與氧化膜的膜厚以及均勻性的關(guān)系如圖14所示。
從圖14可以看出，通過使處理氣體中的02的比率(02/Ar比)為 1/400,進(jìn)行5 10秒的處理能夠形成大約0.7nm以下的薄膜。進(jìn)一歩， 在該條件下，即使進(jìn)行40秒的處理也能夠?qū)⒛ず窨刂圃?.8nm以下。 并且氧化膜的膜厚的均勻性良好。
實(shí)施例4 6、比較例3、 4
使用具有與實(shí)施例i相同結(jié)構(gòu)的二重板60的等離子體氧化處理裝 置100，對(duì)Si基板進(jìn)行氧化處理形成硅氧化膜。氧化處理工序中的等 離子體處理的條件為使用Ar和02作為處理氣體，流量比和處理壓 力如下所示。并且，為了進(jìn)行比較，除了不配備二重板，利用具有與 圖1的等離子體氧化處理裝置100同樣結(jié)構(gòu)的等離子體氧化處理裝置 按照下述條件實(shí)施。并且，在實(shí)施例、比較例中，晶片溫度都為400'C, 對(duì)等離子體供給的功率都為2.0kW，處理時(shí)間為5 60秒。利用偏振 光橢圓率測(cè)定儀測(cè)定所得的硅氧化膜的膜厚。
實(shí)施例4:使用二重板
>^/02比=400、壓力66.7Pa (500mTorr)
實(shí)施例5:使用二重板
Ar/02比-100、壓力66.7Pa (500mTorr)
實(shí)施例6:使用二重板
Ar/02比-10、壓力266.6Pa (2Torr)
比較例3:不使用二重板
Ar/02比=10、壓力266.6Pa (2Torr)
比較例4:不使用二重板
Ar/02比=100、壓力66,7Pa (500mTorr)
硅氧化膜的膜厚和均勻性的關(guān)系如圖15所示，處理時(shí)間和膜厚的 關(guān)系如圖16所示。從圖15可以看出，在使用具有二重板60的等離子 體氧化處理裝置100的實(shí)施例4 6中，即使在形成膜厚為0.5 .0nm 左右的極薄的硅氧化膜的情況下，晶片面內(nèi)的膜厚的均勻性大約是 1.5°/。以下，因氣體流量或處理壓力而引起的變動(dòng)很小。并且，從圖16 可以看出，即使處理時(shí)間為40秒膜厚也沒有超過lnm，這表示即使在 薄膜的情況下膜厚的控制也很容易。另一方面，在沒使用二重板60的 比較例3中，雖然得到比較良好的面內(nèi)均勻性，但是膜厚超過nm， 在薄膜的情況下膜厚的控制比較困難。另外，在沒使用二重板60的比 較例4中，在短時(shí)間內(nèi)膜厚就超過1.5nm,均勻性也沒能控制。從以上 的結(jié)果可知，通過配備二重板60，能夠高精度地控制膜厚和面內(nèi)均勻 性并形成膜厚0.5 1.0rim左右的極薄的硅氧化膜。
以上，敘述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明井不受上述實(shí)施方 式的制約，能夠進(jìn)行各種變形。
例如，在圖1中，雖然列舉了 RLSA方式的等離子體氧化處理裝 置100，但是只要是從一定方向?qū)Ρ惶幚砘骞┙o等離子體的裝置，通 過在其中配備具有迷宮結(jié)構(gòu)的部件(二重板60等)，就能夠得到同樣 的效果，所以例如也可以是遙控等離子體方式、1CP方式、ECR方式、 磁控管方式、表面反射波方式等的等離子體氧化處理裝置。
另外，在上述第一至第四實(shí)施方式中，雖然使用通過頻率為 300MHz 300GHz的微波激發(fā)等離子體的微波等離子體處理裝置，但 是例如也可以如上述第五、第六實(shí)施方式那樣使用利用30kHz 300MHz的高頻率激發(fā)等離子體的高頻率等離子體處理裝置。
進(jìn)一步，在上述實(shí)施方式中，雖然列舉等離子體氧化處理裝置為 例，但是通過配置二重板60、多孔質(zhì)板63使等離子體中的離子減少從 而得到降低等離子體損害的效果、在形成薄膜中控制膜厚的效果，并
不局限于氧化處理，例如在使用含有氮元素的氣體作為處理氣體的硅 的氮化處理中，同樣也能夠使用。因此，本發(fā)明的等離子體處理裝置
也能夠構(gòu)成為配置有二重板60或多孔質(zhì)板63的等離子體氮化處理裝
另外，可以根據(jù)需要配置重疊三塊以上的板來代替二重板60。 另外，在圖1的等離子體氧化處理裝置100中，雖然為了在以規(guī) 定的間隔分開的狀態(tài)下支撐上下的板6K 62,采用配置有連接部件71 的結(jié)構(gòu)，但是例如也可以如圖17所示，將間隔環(huán)72介于其中來調(diào)整 上下板61、 62的間隔，以此代替連接部件71。間隔環(huán)72的直徑只要 是能包圍上下板61、 62的貫通孔61a、 62a的配置區(qū)域的長(zhǎng)度即可。 通過使用問隔環(huán)72，在上下板61、 62之間的空間能夠防止等離子體的 橫向擴(kuò)散，所以能夠維持基于等離子體的處理效率，同吋能夠提高通 過二ffi板60捕捉離子的控制性。
另外，二重板60的貫通孔61a、 62a的形狀并不局限于圓形，可 以是任意形狀，例如也可以是四角等形狀或者細(xì)長(zhǎng)的縫隙形狀，例如， 如圖18所示，也能夠?qū)⒃谏蟼?cè)板64和下側(cè)板65上形成的縫隙64a、 65a相互錯(cuò)開配置使用。
進(jìn)一歩，例如如圖19所示，也可以將具備多個(gè)矩形貫通孔66a的 上側(cè)板66和具備多個(gè)矩形貫通孔67a的下側(cè)板67，以從上方透視吋貫 通孔66a和貫通孔67a的位置相互錯(cuò)開配列為H字型的方式配置。
另外，貫通孔61a、 62a等，縫隙64a、 65a等的開口面積及其比率 能夠根據(jù)等離子體氧化處理?xiàng)l件等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
進(jìn)一步，在圖5A 圖5C中，作為使用本發(fā)明的等離子體氧化處 理裝置100的等離子體處理的應(yīng)用例，列舉了 MOS晶體管等的柵極中 的柵極絕緣膜的形成，但并不局限于此。例如，也能夠應(yīng)用于形成柵 極絕緣膜的氮化處理、電容器的下部電極的多晶硅的氧化處理、High-k (高介電常數(shù))柵極絕緣膜形成前的氧化處理，閃存的多晶硅側(cè)壁的 選擇氧化處理等的氧化膜的形成。
本發(fā)明的等離子體處理裝置和等離子體處理方法能夠適用于各種 半導(dǎo)體裝置的制造過程中。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括容納被處理基板的處理腔室；在所述處理腔室內(nèi)載置被處理基板的基板保持臺(tái)；和使從所述處理腔室的上部向載置在所述基板保持臺(tái)上的被處理基板供給的處理氣體的等離子體的流動(dòng)彎曲的等離子體彎曲單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述等離子體彎曲單元，是將形成有多個(gè)貫通開口部的兩塊以上的板以該貫通開口部的位置不重合的方式配置而成。
3. 如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述板由電介質(zhì)構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述兩塊以上的板之間，配置有調(diào)整板與板的間隔的間隔調(diào)整部件。
5. 如權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述間隔調(diào)整部件是環(huán)狀部件。
6. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述等離子體彎曲單元是由多孔質(zhì)電介質(zhì)構(gòu)成的板。
7. 如權(quán)利要求6所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述多孔質(zhì)電介質(zhì)的氣孔率為70 80%。
8. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，包括 平面天線，該平面天線具有用于將微波導(dǎo)入所述處理腔室內(nèi)的多個(gè)縫隙。
9. 一種等離子體處理方法，其在等離子體氧化處理裝置的處理腔 室內(nèi)，使含氧等離子體作用于被處理基板表面的硅從而進(jìn)行氧化處理，形成硅氧化膜，其特征在于使用來使所述等離子體的流動(dòng)彎曲的等離子體彎曲單元介于所述 處理腔室內(nèi)的等離子體發(fā)生區(qū)域和所述被處理基板之間，從而進(jìn)行處 理。
10. 如權(quán)利要求9所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述等離子體彎曲單元，是將形成有多個(gè)貫通開口部的兩塊以上的板以該貫通開口部的位置不重合的方式配置而成。
11. 如權(quán)利要求10所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述板由電介質(zhì)構(gòu)成。
12. 如權(quán)利要求ll所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述等離子體彎曲單元是由多孔質(zhì)電介質(zhì)構(gòu)成的板。
13. 如權(quán)利要求12所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述多孔質(zhì)電介質(zhì)的氣孔率為70 80%。
14. 如權(quán)利要求9所述的等離子體處理方法，其特征在于 所形成的氧化膜的膜厚為lrnn以下。
15. 如權(quán)利要求9所述的等離子體處理方法，其特征在于所述含氧等離子體通過由具有多個(gè)縫隙的平面天線向所述處理腔 室內(nèi)導(dǎo)入微波而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供使用等離子體對(duì)半導(dǎo)體基板等被處理基板進(jìn)行處理的等離子體處理裝置和等離子體處理方法。在等離子體氧化處理裝置(100)中，在基座(2)的上方，配備有二重板(60)。上側(cè)板(61)和下側(cè)板(62)分別由石英等電介質(zhì)構(gòu)成，以規(guī)定的間隔(例如5mm)相互分離且平行地配置，并且具有多個(gè)貫通孔(61a)、(62a)。在將兩塊板重合的狀態(tài)下，以使下側(cè)板(62)的貫通孔(62a)和上側(cè)板(61)的貫通孔(61a)不重合的方式錯(cuò)開配置。
文檔編號(hào)H01L21/31GK101189708SQ20068001928
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者中西敏雄, 山下潤(rùn), 西田辰夫 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社