專利名稱：等離子體cvd方法、氮化硅膜的形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體cvd裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用等離子體的CVD (Chemical Vapor Deposition:化
學(xué)氣相沉積)方法、利用該CVD方法的氮化硅膜的形成方法、半導(dǎo)體 裝置的制造方法、和應(yīng)用于這些方法的工藝中的等離子體CVD裝置。
背景技術(shù)：
氮化硅膜作為各種半導(dǎo)體裝置中的絕緣膜和保護膜等而得到使 用。這種氮化硅膜已知能夠通過一種CVD法而形成，該CVD法使用 作為原料氣體的硅烷(SiH4)等含有硅的化合物的氣體、和氮、氨這 樣的含有氮的化合物氣體(例如，日本特開2000-260767號公報)。
在通過現(xiàn)有的等離子體CVD法形成的氮化硅膜中，存在需要抑制 向器件特性施加壞影響的膜的應(yīng)力、即拉伸(Tensile)應(yīng)力和壓縮 (Compressive)應(yīng)力的問題。例如己知當(dāng)?shù)枘さ膲嚎s應(yīng)力較大時， 會發(fā)生膜正下面的金屬配線因應(yīng)力而引起斷線的應(yīng)力遷移(stress migration),為了防止這種情況，需要將壓縮應(yīng)力抑制到很小。因為氮 化硅膜的應(yīng)力方向(拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力)和大小被等離子體CVD法 的情況下的壓力、溫度、成膜氣體種類等成膜條件左右，所以在現(xiàn)有 技術(shù)中選擇在氮化硅膜中不生成強應(yīng)力的條件進行基于等離子體CVD 法的成膜(例如，前田和夫"VLSI和CVD"稹書店，1997年7月31 日發(fā)行)。
近年來在某種器件中，正在嘗試積極地利用氮化硅膜的應(yīng)力改善 器件特性。但是，例如在平行平板方式、感應(yīng)耦合型的等離子體CVD 裝置中，因為使用比較高的電子溫度的等離子體，所以當(dāng)為了導(dǎo)入高 的應(yīng)力而改變高頻輸出、壓力、溫度等條件時，由于會形成等離子體 損傷容易進入形成的氮化硅膜中的成膜條件，所以存在難以得到高質(zhì) 量的氮化硅膜的問題。因此，難以形成高應(yīng)力的膜。并且，因為等離子體處理條件的選擇范圍受到限制，所以難以高精度地控制應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種等離子體CVD方法，其能夠使形成的氮 化硅膜具有高應(yīng)力，并且等離子體損傷少。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種氮化硅膜的形成方法，其能夠利 用上述等離子體CVD導(dǎo)入期望的應(yīng)力。
本發(fā)明的又一個目的是提供使用這種氮化硅膜的半導(dǎo)體裝置的制 造方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供能夠?qū)嵤┥鲜瞿菢拥牡入x子體CVD方 法的等離子體CVD裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一觀點，提供一種等離子體CVD方法，其包括 準(zhǔn)備等離子體處理裝置的工序，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真 空排氣的處理室、在上述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生微波 的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過上述縫隙將上述微波產(chǎn)生源所產(chǎn) 生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向上述處 理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)、和向上述載置臺供給高頻電力的高頻電源； 將被處理基板載置在上述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo) 入上述處理室內(nèi)，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離 子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積上述氮化 硅膜時，向上述載置臺供給高頻電力的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第二觀點，提供一種氮化硅膜的形成方法，其包括 準(zhǔn)備等離子體處理裝置的工序，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真 空排氣的處理室、在上述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生微波 的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過上述縫隙將上述微波產(chǎn)生源所產(chǎn) 生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向上述處 理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)、和向上述載置臺供給高頻電力的高頻電源； 將被處理基板載置在上述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo) 入上述處理室內(nèi)，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離 子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積上述氮化 硅膜時，向上述載置臺供給高頻電力的工序。在上述第一觀點和第二觀點中，上述高頻電力的功率密度能夠從
0.0032 1.59W/cm2選擇，頻率能夠從400kHz 27MHz選擇。并且， 能夠形成具有1000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，在此情況下，優(yōu) 選以0.1Pa以上53Pa以下的處理壓力沉積上述氮化硅膜。進一步，能 夠形成具有2000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，在此情況下，優(yōu)選 以0.1Pa以上40Pa以下的處理壓力沉積上述氮化硅膜。進一步，還能 夠形成具有3000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，在此情況下，優(yōu)選 以5Pa以上25Pa以下的處理壓力沉積上述氮化硅膜，優(yōu)選令上述高頻 電力的功率密度為0.016 0.127W/cm2。進一步，還能夠形成具有 3500MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，在此情況下，優(yōu)選以7Pa以上 16Pa以下的處理壓力沉積上述氮化硅膜，優(yōu)選令上述高頻電力的功率 密度為0.032 0.095W/cm2。
此外，能夠使用氨氣或氮氣作為上述含氮氣體。進一步，還能夠 用乙硅烷(Si2H6)作為上述含硅氣體。進一步，還能夠令沉積上述氮 化硅膜時的處理溫度為300。C 80(TC。
根據(jù)本發(fā)明的第三觀點，提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包
括準(zhǔn)備在半導(dǎo)體基板的主面上隔著絕緣膜形成有柵極電極、且在其 的兩側(cè)的主面區(qū)域中形成有源極和漏極的結(jié)構(gòu)體的工序；和以覆蓋上 述柵極電極、源極和漏極的方式形成氮化硅膜的工序，其中，上述氮 化硅膜通過包括以下工序的方法形成準(zhǔn)備等離子體處理裝置的工序， 該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真空排氣的處理室、在上述處理室 內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生微波的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并 通過上述縫隙將上述微波產(chǎn)生源所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平 面天線、和將成膜原料氣體供向上述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)；將被 處理基板載置在上述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo)入上 述處理室內(nèi)，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體 在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積上述氮化硅膜 時，向上述載置臺供給高頻電力的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第四觀點，提供一種存儲介質(zhì)，其存儲有在計算機 上運行并控制等離子體處理裝置的程序，該等離子體處理裝置設(shè)置有 能夠真空排氣的處理室、在上述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)
10生微波的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過上述縫隙將上述微波產(chǎn)生 源所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向 上述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)、和向上述載置臺供給高頻電力的高頻 電源，上述程序在執(zhí)行時，使計算機控制上述等離子體處理裝置，使 得執(zhí)行包括以下工序的等離子體CVD方法將被處理基板載置在上述 載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo)入上述處理室內(nèi)，利用上 述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板的表面 上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積上述氮化硅膜時，向上述載置臺供 給高頻電力的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第五觀點，提供一種等離子體處理裝置，其設(shè)置有 能夠真空排氣的處理室；在上述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺；產(chǎn) 生微波的微波產(chǎn)生源；具有多個縫隙并通過上述縫隙將上述微波產(chǎn)生 源所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平面天線；將成膜原料氣體供向 上述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)；向上述載置臺供給高頻電力的高頻電 源；和以執(zhí)行包括以下工序的等離子體CVD方法的方式進行控制的控 制部將被處理基板載置在上述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅 氣體導(dǎo)入上述處理室內(nèi)，利用上述微波使這些氣體等離子體化，通過 該等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積上 述氮化硅膜時，向上述載置臺供給高頻電力的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第六觀點，提供一種等離子體CVD裝置，其設(shè)置有 用于使用等離子體對被處理基板進行處理的能夠真空排氣的處理室； 在上述處理室內(nèi)載置被處理基板的載置臺；將微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi) 的具有多個縫隙的平面天線；向上述處理室內(nèi)供給成膜原料氣體的氣 體供給機構(gòu)；和向上述載置臺供給高頻電力的高頻電源。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用等離子體處理裝置，將高頻電力供向上述 載置臺并沉積氮化硅膜，能夠形成具有高壓縮應(yīng)力例如1000MPa以上、 優(yōu)選2000MPa以上、更優(yōu)選3000MPa以上、進一步優(yōu)選3500MPa以 上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，其中，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠 真空排氣的處理室；在上述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺；產(chǎn)生微 波的微波產(chǎn)生源；具有多個縫隙并通過上述縫隙將上述微波產(chǎn)生源所 產(chǎn)生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平面天線；將成膜原料氣體供向上述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)；和向上述載置臺供給高頻電力的高頻電源。 而且，能夠與成膜氣體的種類無關(guān)地得到該效果。
此外，通過具有多個縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)并產(chǎn)生 等離子體的等離子體處理裝置，因為能夠進行低電子溫度且高密度的
等離子體處理，所以能夠最大限度地減少等離子體CVD中的等離子體
損傷。因此，通過使用上述等離子體處理裝置，含氮氣體的種類、處
理壓力等的等離子體CVD條件的選擇幅度變寬，能夠提高氮化硅膜的 應(yīng)力的控制性。
如上所述，因為本發(fā)明的等離子體CVD方法能夠向氮化硅膜賦予 高壓縮應(yīng)力，并且能夠抑制等離子體損傷，所以在各種半導(dǎo)體裝置的 制造過程中在形成具有應(yīng)力的氮化硅膜時能夠適當(dāng)?shù)丶右岳谩?br>

圖1是表示適于執(zhí)行本發(fā)明方法的等離子體處理裝置的一個例子 的概略截面圖。
圖2是表示圖1的等離子體處理裝置的平面天線部件的平面圖。 圖3是表示在等離子體中插入朗繆爾探針(Langmuirprobe)掃描
施加電壓的情況下的一般的電流-電壓特性的圖。
圖4是表示改變偏置功率的情況下的電流-電壓特性的圖。
圖5是表示偏置功率密度與等離子體的電子溫度的關(guān)系的圖。
圖6是示意表示將具有應(yīng)力的氮化硅膜用作覆蓋膜的MOS晶體管
的截面結(jié)構(gòu)的圖。
圖7A是表示應(yīng)用本發(fā)明的一個實施方式的等離子體CVD方法的
半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序的工序截面圖，是表示形成氮化硅膜之
前的狀態(tài)的圖。
圖7B是表示應(yīng)用本發(fā)明的一個實施方式的等離子體CVD方法的 半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序的工序截面圖，是表示進行等離子體 CVD處理的狀態(tài)的圖。
圖7C是表示應(yīng)用本發(fā)明的一個實施方式的等離子體CVD方法的 半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序的工序截面圖，是表示形成具有基于等 離子體CVD的應(yīng)力的氮化硅膜后的狀態(tài)的圖。圖8是示意表示將具有應(yīng)力的氮化硅膜用作覆蓋膜的CMOS晶體 管的截面結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是示意表示將具有應(yīng)力的氮化硅膜用作覆蓋膜的非易失性存
儲器的截面結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示氮化硅膜的應(yīng)力和等離子體CVD中的壓力條件的關(guān) 系的曲線圖。
圖11是表示氮化硅膜的應(yīng)力和等離子體CVD中的RF功率條件的 關(guān)系的曲線圖。
圖12是表示使用N2/Si2H6類的處理氣體的情況下的氮化硅膜的應(yīng)
力和等離子體CVD中的處理壓力的關(guān)系的曲線圖。
圖13是表示使用N2/Si2H6類的處理氣體的情況下的氮化硅膜的應(yīng)
力和等離子體CVD中的不同處理壓力下的RF功率條件的關(guān)系的曲線 圖。
圖14是表示使用NH3/Si2H6類的處理氣體的情況下的氮化硅膜的 應(yīng)力和等離子體CVD中的不同處理壓力下的RF功率條件的關(guān)系的曲線圖。
圖15是對頻率為400kHz和13.56MHz的情況下的氮化硅膜的應(yīng) 力和等離子體CVD中的RF功率條件的關(guān)系進行比較并表示的曲線圖。 圖16是表示氮化硅膜的應(yīng)力和退火時間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行具體的說明。圖1是 示意表示能夠應(yīng)用于本發(fā)明方法中的氮化硅膜的形成的等離子體處理 裝置的一個例子的截面圖。該等離子體處理裝置100構(gòu)成為，通過利 用具有多個縫隙的平面天線、特別是RLSA (Radial Line Slot Antenna:
徑向線縫隙天線)將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，能夠產(chǎn)生高密 度且低電子溫度的微波激勵等離子體的RLSA微波等離子體處理裝置， 該等離子體處理裝置100能夠進行1 X 101Q 5 X 1012/cm3的等離子體密 度及0.7 2eV的低電子溫度的等離子體的處理。從而，在各種半導(dǎo)體 裝置的制造過程中，能夠根據(jù)基于等離子體CVD的氮化硅膜的成膜處 理等目的適當(dāng)?shù)丶右允褂谩Ｉ鲜龅入x子體處理裝置100密封構(gòu)成，具有接地的大致圓筒狀的 腔室1。而且，腔室1也可以是角筒形狀。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上設(shè)置有與該開口部10連 通并向下方突出的排氣室11。該排氣室11經(jīng)排氣管23與排氣裝置24 連接。
在腔室1內(nèi)設(shè)置有用于水平地支撐作為被處理基板的硅晶片(以 下，簡單地記為"晶片")W，并由熱傳導(dǎo)性高的A1N等陶瓷構(gòu)成的載 置臺2。該載置臺2由支撐部件3支撐，該支撐部件3為從排氣室11 的底部中央向上方延伸的圓筒狀并由A1N等陶瓷構(gòu)成。在載置臺2上 設(shè)置有覆蓋其外邊緣部并用于引導(dǎo)晶片W的覆蓋環(huán)4。該覆蓋環(huán)4例 如為由石英、A1N、 A1203、 SiN等材料構(gòu)成的部件。
在載置臺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5a被供電而加熱載置臺2，以其熱量均勻地加熱作為被處理 基板的晶片W。并且，在載置臺2上配置有熱電偶6，例如能夠在從 室溫至90(TC的范圍內(nèi)對晶片W的加熱溫度進行溫度控制。進-一步， 在載置臺2上設(shè)置有用于支撐晶片W并使其升降的晶片支撐銷(未圖 示)，該晶片支撐銷以相對于載置臺2的表面能夠出沒的方式設(shè)置。
此外，在載置臺2上經(jīng)匹配電路60連接有偏置用的高頻電源61。 以從該高頻電源61向埋設(shè)在載置臺2中的電極62施加規(guī)定頻率例如 400kHz 27MHz,具體而言400kHz、 13.56MHz等頻率的1 500W的 高頻電力的方式構(gòu)成。該電極62例如由鉬、鎢等導(dǎo)電性材料例如以網(wǎng) 眼狀形成。而且，在本發(fā)明中，如后所述，通過以規(guī)定的功率向載置 臺2供給高頻電力，能夠形成具有強壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
在后述的上部板27和腔室1的側(cè)壁上，以上下2段設(shè)置有環(huán)狀的 氣體導(dǎo)入部15a和15b，在各氣體導(dǎo)入部15a和15b上連接有供給成膜 原料氣體和等離子體激勵用氣體的氣體供給系統(tǒng)16。而且，氣體導(dǎo)入 部15a和15b也可以配置成噴嘴狀或噴淋狀。
氣體供給系統(tǒng)16例如具有含氮氣體供給源17，含Si氣體供給源 18和非活性氣體供給源19。含氮氣體供給源17與上部的氣體導(dǎo)入部 15a連接，含Si氣體供給源18和非活性氣體供給源19與下部的氣體 導(dǎo)入部15b連接。就作為成膜原料氣體的含氮氣體而言，例如能夠使用N2、氨、MMH
(單甲基聯(lián)氨Monomethylhydrazine)等。
此外，就作為其它成膜原料氣體的含Si氣體而言，例如能夠使用 硅垸(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、三甲基硅烷基胺(SiH3) 3N等，特別 優(yōu)選乙硅垸(Si2H6)。
進一步，作為非活性氣體，例如能夠使用N2氣和稀有氣體等。就 作為等離子體激勵用氣體的稀有氣體而言，例如能夠使用Ar氣、Kr 氣、Xe氣、He氣等，特別優(yōu)選Ar氣。
含氮氣體經(jīng)氣體管道20到達氣體導(dǎo)入部15a，從氣體導(dǎo)入部15a 被導(dǎo)入腔室l內(nèi)。另一方面，含Si氣體和非活性氣體分別經(jīng)氣體管道 20到達氣體導(dǎo)入部15b，從氣體導(dǎo)入部15b導(dǎo)入腔室1內(nèi)。在與各氣 體供給源連接的各個氣體管道20上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器21和在其 前后的開閉閥22，以能夠控制供給的氣體的切換和流量等的方式構(gòu)成。 其中，Ar等的等離子體激勵用的稀有氣體也可以是任意的氣體，不必 與成膜原料氣體同時供給。
在上述排氣室11的側(cè)面連接有排氣管23，在該排氣管23上連接 有包括高速真空泵的上述的排氣裝置24。而且，通過使該排氣裝置24 運行，腔室1內(nèi)的氣體沿載置臺2的外周下方均勻地排出至排氣室11 的空間lla內(nèi)，并經(jīng)排氣管23被排出。由此，能夠高速地使腔室l內(nèi) 減壓至規(guī)定的真空度、例如0.133Pa。
在腔室1的側(cè)壁上，設(shè)置有用于腔室1與鄰接于等離子體處理裝 置IOO的搬運室(未圖示)之間搬入搬出晶片W的搬入搬出口 25、和 開閉該搬入搬出口 25的門閥26。
腔室l的上部為開口部，環(huán)狀的上部板27與該開口部接合。在上 部板27的內(nèi)周下部形成有向內(nèi)側(cè)的腔室內(nèi)空間突出的環(huán)狀的支撐部 27a。在該支撐部27a上，通過密封部件29氣密地設(shè)置有由電介質(zhì)、 例如石英或Al203、 A1N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)被密封保持。
在透過板28的上方，以與載置臺2對置的方式，設(shè)置有圓板狀的 平面天線部件31。其中，平面天線部件的形狀不限于圓板狀，例如也 可以是四角板狀。該平面天線部件31固定在腔室1的側(cè)壁上端。平面天線部件31為以下結(jié)構(gòu)由例如表面鍍金或鍍銀的銅板或鋁板構(gòu)成， 以預(yù)定的圖案貫通形成有發(fā)射微波的大量的縫隙狀的微波發(fā)射孔32。
微波發(fā)射孔32，例如如圖2所示的那樣，為長的形狀并成對，一 般，成對的微波發(fā)射孔32配置成"T"字狀，這些對配置成多個同心 圓狀。微波發(fā)射孔32的長度和排列間隔按照波導(dǎo)管37內(nèi)的微波波長 (入g)決定，例如微波發(fā)射孔32的間隔以成為入g/4，入g/2或入g的 方式配置。此外，在圖2中，用Ar表示形成同心圓狀的相鄰的微波發(fā) 射孔32彼此的間隔。此外，微波發(fā)射孔32也可以是圓形狀、圓弧狀 等其它形狀。進一步，微波發(fā)射孔32的配置形態(tài)沒有特別的限定，除 了同心圓狀外，也能夠配置成螺旋狀、放射狀。
在該平面天線部件31的上表面上，設(shè)置有介電常數(shù)比真空大的慢 波部件33。因為在真空中微波的波長變長，所以該慢波部件33具有縮 短微波的波長并調(diào)整等離子體的功能。而且，平面天線部件31與透過 板28之間，以及慢波部件33與平面天線部件31之間，各自既可以緊 貼也可以分開，但是優(yōu)選使之緊貼。
在腔室1的上表面上，以覆蓋這些平面天線部件31和慢波部件33 的方式，設(shè)置有例如由鋁或不銹鋼等金屬材料構(gòu)成的屏蔽蓋體34。腔 室1的上表面和屏蔽蓋體34被密封部件35密封。在屏蔽蓋體34中形 成有冷卻水流路34a，通過在其中流通冷卻水，使屏蔽蓋體34、慢波 部件33、平面天線部件31、透過板28冷卻。其中，屏蔽蓋體34接地。
在屏蔽蓋體34的上壁的中央處形成有開口部36，在該開口部上連 接有波導(dǎo)管37。在該波導(dǎo)管37的端部上，經(jīng)匹配電路38連接有產(chǎn)生 微波的微波產(chǎn)生裝置39。由此，由微波產(chǎn)生裝置39產(chǎn)生的例如頻率為 2.45GHz的微波經(jīng)波導(dǎo)管37傳送到上述平面天線部件31。此外，作為 微波的頻率，也能夠使用8.35GHz、 1.98GHz等。
波導(dǎo)管37具有截面為圓形狀的同軸波導(dǎo)管37a和矩形波導(dǎo)管37b， 該同軸波導(dǎo)管37a從上述屏蔽蓋體34的開口部36向上方延伸出，該 矩形波導(dǎo)管37b經(jīng)模式變換器40與該同軸波導(dǎo)管37a的上端部連接并 沿水平方向延伸。矩形波導(dǎo)管37b和同軸波導(dǎo)管37a之間的模式變換 器40具有將以TE模式在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)傳播的微波變換成TEM模 式的功能。在同軸波導(dǎo)管37a的中心延伸有內(nèi)導(dǎo)體41，內(nèi)導(dǎo)體41的下接并固定。由此，能夠經(jīng)同軸波導(dǎo)管
37a的內(nèi)導(dǎo)體41呈放射狀、高效率且均勻地將微波傳播到平面天線部 件31。
等離子體處理裝置100的各構(gòu)成部與設(shè)置有CPU的處理控制器50 連接并受其控制。在處理控制器50上連接有由鍵盤、顯示器等構(gòu)成的 用戶界面51，其中，該鍵盤是操作者為了管理等離子體處理裝置100 而進行指令的輸入操作等的鍵盤，該顯示器使等離子體處理裝置100 的運行狀況可視化并加以顯示。
此外，在處理控制器50上連接有存儲有控制程序(軟件)和處理 方案的存儲部52，其中，該控制程序用于通過處理控制器50的控制實 現(xiàn)在等離子體處理裝置100中實施的各種處理，該處理方案記錄有處 理條件數(shù)據(jù)等。
而且，根據(jù)需要，根據(jù)來自用戶界面51的指示等從存儲部52調(diào) 出任意的處理方案，使處理控制器50實施，由此，在處理控制器50 的控制下在等離子體處理裝置100中進行期望的處理。并且，關(guān)于上 述控制程序、處理條件數(shù)據(jù)等的處理方案，也可以利用存儲有該控制 程序、處理條件數(shù)據(jù)等的處理方案的計算機能夠讀取的存儲介質(zhì)，例 如CD-ROM、硬盤、軟盤、閃存等，或者，從其它裝置，例如通過專 用線路隨時傳送而進行在線利用。
這樣構(gòu)成的等離子體處理裝置100，能夠在800°C以下的低溫下 對基底膜等進行沒有損傷的等離子體處理，并且具有優(yōu)良的等離子體 均勻性，能夠?qū)崿F(xiàn)處理的均勻性。
在RLSA方式的等離子體處理裝置100中，以下述次序利用等離 子體CVD法在晶片W表面上進行沉積氮化硅膜的處理。
首先，打開門閥26從搬入搬出口 25將晶片搬入腔室1內(nèi)，載置 在載置臺2上。然后，從氣體供給系統(tǒng)16的含氮氣體供給源17和含 Si氣體供給源18，以預(yù)定的流量分別經(jīng)氣體導(dǎo)入部15a、 15b將含氮氣
體和含硅氣體導(dǎo)入腔室1內(nèi)。
接著，經(jīng)匹配電路38將來自微波產(chǎn)生裝置39的微波導(dǎo)入波導(dǎo)管 37，使微波依次通過矩形波導(dǎo)管37b、模式變換器40、和同軸波導(dǎo)管 37a，經(jīng)內(nèi)導(dǎo)體41供給至平面天線部件31，從平面天線部件31的縫隙
17(微波發(fā)射孔32)經(jīng)透過板28發(fā)射到腔室1內(nèi)的晶片W的上方空間。 微波在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳送，該TE模式的微波被模式變 換器40變換成TEM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線部件31傳 送。這時的微波功率例如為500 3000kW左右。
由從平面天線部件31經(jīng)透過板28發(fā)射到腔室1內(nèi)的微波在腔室1 內(nèi)形成電磁場，使含氮氣體、含硅氣體分別等離子體化。由于從平面 天線部件31的大量的縫隙(微波發(fā)射孔32)發(fā)射出微波，該微波激勵 的等離子體為約1X1(^ 5X10"/ci^的高密度，并且在晶片W近旁 為約1.5eV以下的低電子溫度的等離子體。這樣地形成的微波激勵的 等離子體，由離子等引起的對基底膜的等離子體損傷少，且為高密度， 因此在等離子體中原料氣體為高離解狀態(tài)，生成SiH、 NH、 N、 H等 的活性種，通過活性種之間的反應(yīng)沉積氮化硅SixNy (這里，x， y不 一定按化學(xué)計算決定，根據(jù)條件取不同的值)的薄膜。并且，在進行 氮化硅薄膜的沉積期間，從高頻電源61將預(yù)定頻率例如13.56MHz的 高頻電力供向載置臺2。由此，容易將包含NH、 N+等氮的活性種引入 到晶片W。結(jié)果，認為通過改變氮化硅膜中的Si、 N、 H的組成比和 它們的密度，能夠形成具有極高的壓縮(compressive)應(yīng)力的氮化硅 膜。
而且，等離子體處理裝置IOO具有以下特長通過從高頻電源61 將高頻電力供向基座2，即使在晶片W上施加偏置，也能夠維持等離 子體的低電子溫度。
根據(jù)數(shù)據(jù)對上述情況進行說明。
在等離子體中插入朗繆爾探針，對施加電壓進行掃描，從由此得 到的圖3所示的電壓-電流特性能夠求得等離子體的電子溫度。具體而 言，在圖3的指數(shù)函數(shù)區(qū)域的任意位置上取電流值II，該電流成為e 倍(約2.7倍)的電壓變化AV為電子溫度(Te)。因此，如果指數(shù)函 數(shù)區(qū)域的傾斜度相同則電子溫度相同。
因此，在圖1的等離子體處理裝置100中，利用朗繆爾探針對改 變施加在基座上的高頻偏置電力生成等離子體時的電壓-電流特性進行 測定。這里，使用200mm晶片，以250mL/min (sccm)的流量供給 Ar氣，令壓力為7.3Pa，微波功率為IOOOW，使偏置功率變化為0、 10、30、 50W。而且，配置在基座上的電極的面積為706.5cm2。圖4表示 該結(jié)果。如該圖所示，指數(shù)函數(shù)區(qū)域的傾斜度與偏置功率無關(guān)，大致 固定，因此，如圖5所示，電子溫度也不依賴于偏置功率(圖5以偏 置功率密度表示)，為大致固定的值。即，即使以0.015 lW/cn^的功 率密度向晶片W施加高頻偏置電力，也能夠維持等離子體的低電子溫 度特性。
因此，在如本實施方式那樣生成微波等離子體的情況下，即使向 晶片W施加高頻偏置電力，也因為等離子體的電子溫度低，實質(zhì)上不 存在由離子等引起的損傷。
而且，在平行平板型等離子體中，因為等離子體鞘層電位較大， 所以隨著偏置功率增加，電子溫度增高(基底的電子溫度高達數(shù)十eV)。
這樣，在本發(fā)明中，在進行等離子體CVD時通過向載置臺2供給 高頻電力，不會生成由離子等引起的損傷，能夠形成具有強的壓縮 (compressive)應(yīng)力的氮化硅膜。特別是，即使在形成具有通常的拉 伸(Tensile)應(yīng)力的氮化硅膜的成膜條件下，通過向載置臺2供給高 頻電力，也能夠使形成的氮化硅膜的應(yīng)力向壓縮應(yīng)力側(cè)偏移。該應(yīng)力 的偏移幅度、即因高頻電力的供給而變化的應(yīng)力的絕對值，在將高頻 電力的施加以外的成膜條件設(shè)定為相同的情況下，能夠達到2000MPa 以上例如3000 4500MPa。
如上所述，在本發(fā)明的等離子體CVD方法中，通過向載置臺2供 給高頻電力，能夠與成膜原料氣體的種類無關(guān)地形成具有壓縮應(yīng)力的 氮化硅膜。例如，當(dāng)用NH3氣體作為含氮氣體時，通常形成具有拉伸 應(yīng)力的氮化硅膜。但是，通過在RF偏置條件下(即向載置臺2供給高 頻電力)進行成膜能夠形成具有強壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。因此，作為 控制應(yīng)力的強度和方向(拉伸或壓縮)的主要因素之一，施加高頻電 力是有效的。在此情況下，向載置臺2供給的高頻電力的功率密度(每 單位面積的功率)，與處理氣體的種類無關(guān)，優(yōu)選為0.0032 1 500W/cm2 (例如，在電極面積為314cn^的情況下為1 500W)。
此外，用于使氮化硅膜的壓縮應(yīng)力最大化的高頻輸出的范圍根據(jù) 處理壓力而不同。例如在使用NH3氣作為含氮氣體，使用SbH6氣作為 含硅氣體的情況下，設(shè)定NH3氣的流量為100 3000mL/min (sccm)，優(yōu)選為400 1000mL/min(sccm)，設(shè)定Si2H6氣的流量為1 30mL/min (sccm)，優(yōu)選為4 15mL/min (sccm)。此外，例如在使用N2氣作為
含氮氣體，使用Si2H6氣作為含硅氣體的情況下，設(shè)定N2氣的流量為
500 3000mL/min (sccm)，優(yōu)選為1000 2000mL/min (sccm)，設(shè)定 Si2H6氣的流量為1 30mL/min (sccm)，優(yōu)選為4 15mL/min (sccm)。
而且，在這些氣體系統(tǒng)中，在使用N2氣作為含氮氣體，使用Si2H6氣
作為含硅氣體的情況下，因為能夠較低地抑制氫，所以在各種半導(dǎo)體
裝置的制造過程中反復(fù)進行熱處理時，與使用NH3氣和Si2H6氣的情況
相比，能夠減小應(yīng)力的變動。
而且，在使用上述NH3或N2的氣體系統(tǒng)中，為了形成具有l(wèi)OOOMPa 以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，優(yōu)選將處理壓力設(shè)定在例如O.lPa以上 53Pa以下。
此外，為了形成具有2000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，優(yōu)選 將處理壓力設(shè)定在例如O.lPa以上40Pa以下。
進一步，為了形成具有3000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，優(yōu) 選將處理壓力設(shè)定在例如5Pa以上25Pa以下，這種情況下的高頻功率 的功率密度優(yōu)選為0.016 0.127W/cm2。例如，在電極面積為314cm2 的情況下，高頻功率為5 40W。
進一步，為了形成具有3500MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，優(yōu) 選將處理壓力設(shè)定在例如7Pa以上16Pa以下，此情況下的高頻功率的 功率密度優(yōu)選為0.032 0.096W/cm2。例如，在電極面積為314cm"的 情況下，高頻功率為10 30W。
此外，在處理壓力相同的情況下，因為存在等離子體CVD的處理 溫度越高則氮化硅膜的壓縮應(yīng)力越強的傾向，所以優(yōu)選將載置臺2加 熱到300。C以上，更又選加熱至400 800。C。
進一步，因為存在等離子體處理裝置100中的間隙(從透過板28 的下表面到載置臺2的上表面的間隔)G越大，壓縮應(yīng)力越強的傾向， 所以優(yōu)選將間隙G設(shè)定在例如100 350mm左右。
如上所述，通過使用等離子體處理裝置100，在供給RF偏置電力 的同時選擇等離子體CVD條件進行成膜，能夠賦予氮化硅膜以強的壓 縮應(yīng)力。并且，例如通過改變處理壓力，能夠控制應(yīng)力的大小。接著，參照圖6和圖7A 7C，對通過使用等離子體處理裝置100 的等離子體CVD形成的氮化硅膜的應(yīng)用例進行說明。圖6是示意表示 MOS (Metal-Oxide-Silicon:金屬-氧化物-硅)結(jié)構(gòu)的晶體管200的概 略結(jié)構(gòu)的截面圖。該晶體管200在P型或N型的Si層101上，隔著柵 極絕緣膜102形成有例如由多晶硅構(gòu)成的柵極電極103。在柵極電極 103的下方兩側(cè)形成有源極104和漏極105，在它們之間形成有溝道區(qū) 域106 (圖6中的網(wǎng)狀線部分)。而且，以覆蓋柵極電極103的方式形 成有由絕緣膜構(gòu)成的覆蓋膜107。在本應(yīng)用例中，通過使用等離子體處 理裝置100的等離子體CVD能夠形成該覆蓋膜107。這時，通過控制 等離子體CVD的條件，如上所述，能夠?qū)⒗鞈?yīng)力或壓縮應(yīng)力賦予覆 蓋膜107。特別是通過選擇RF偏置條件和處理壓力，能夠形成具有強 壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
例如在使用具有拉伸應(yīng)力的氮化硅膜作為覆蓋膜107的情況下， 向覆蓋膜107施加圖6中的黑箭頭108表不的方向的應(yīng)力。而且，在 構(gòu)成與覆蓋膜107相接的源極104和漏極105的硅上，加上與上述黑 箭頭108的方向相同的拉伸應(yīng)力。結(jié)果，在溝道區(qū)域106上也施加與 黑箭頭108的方向相同的拉伸應(yīng)力，在溝道區(qū)域106中產(chǎn)生拉伸畸變。
相反地，在覆蓋膜107具有壓縮應(yīng)力的情況下，向覆蓋膜107施 加圖6中的白箭頭109表示的方向的應(yīng)力。而且，在構(gòu)成與覆蓋膜107 相接的源極104和漏極105的硅上，施加與上述白箭頭109的方向相 同的壓縮應(yīng)力。結(jié)果，在溝道區(qū)域106上也施加與白箭頭109的方向 相同的壓縮應(yīng)力，在溝道區(qū)域106中產(chǎn)生壓縮畸變。
在晶體管200為將電子作為載流子的NMOS晶體管的情況下，如 果向溝道區(qū)域106施加拉伸畸變，則移動度增加，但是如果施加壓縮 畸變則移動度降低。另一方面，在晶體管200為將空穴作為載流子的 PMOS晶體管的情況下，當(dāng)向溝道區(qū)域106施加壓縮畸變時移動度增 加，當(dāng)施加拉伸畸變時，相反地移動度降低。
因此，在晶體管200是NMOS晶體管的情況下，使用具有拉伸應(yīng) 力的氮化硅膜作為覆蓋膜107，通過使溝道區(qū)域106中生成拉伸畸變， 能夠增加飽和驅(qū)動電流值、線性驅(qū)動電流值。此外，在晶體管200是 PMOS晶體管的情況下，使用具有壓縮應(yīng)力的氮化硅膜作為覆蓋膜107，通過使溝道區(qū)域106中生成壓縮畸變，能夠增加飽和驅(qū)動電流值、
線性驅(qū)動電流值。這樣，通過使用具有拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力的氮化硅
膜作為覆蓋膜107，能夠改善晶體管200的驅(qū)動性能。
此外，在圖6中，將具有應(yīng)力的氮化硅膜用于覆蓋膜107，但是除 此以外，例如也能夠使用具有應(yīng)力的氮化硅膜作為形成于柵極電極103 的兩側(cè)部的外側(cè)壁(sidewall)。
例如通過使用等離子體處理裝置100，以能夠賦予拉伸應(yīng)力或壓縮 應(yīng)力的條件形成覆蓋柵極電極103的覆蓋膜107，能夠制造晶體管200。 圖7A 7B是說明將本發(fā)明的等離子體CVD方法應(yīng)用于晶體管200的 制造工序的一部分中的例子的圖。
圖7A所示的晶體管結(jié)構(gòu)能夠以下面的順序形成。首先，在P型或 N型的Si層101中形成阱(well)(未圖示)，例如通過LOCOS法、STI (Shallow Trench Isolation:淺溝隔離)形成元件分離層(未圖示)。接 著，以等離子體處理、熱處理等方法在Si層101的表面上形成氮化硅 膜、氧化硅膜等柵極絕緣膜102。在該柵極絕緣膜102上，例如通過 CVD形成多晶硅層后，根據(jù)通過光刻技術(shù)形成的掩模圖案進行蝕刻并 形成柵極電極103。而且，柵極電極結(jié)構(gòu)不限于多晶硅層的單層，為了 降低柵極電極的電阻率，實現(xiàn)高速化，例如也能夠形成為包含鎢，鉬， 鉭，鈦，鈷，鎳，它們的硅化物，氮化物，合金等的疊層結(jié)構(gòu)。這樣 在形成柵極電極103后，進行離子注入和活化處理，形成源極104、漏 極105。
接著，如圖7B所示，使用等離子處理裝置100，以覆蓋Si層101 的表面和柵極電極103的方式形成氮化硅膜。這時，通過向載置臺2 供給高頻電力并發(fā)生成膜反應(yīng)，能夠形成強壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。然 后，根據(jù)利用光刻技術(shù)形成的掩模圖案除去不需要的區(qū)域的氮化硅膜 形成覆蓋膜107，由此，如圖7C所示，能夠制造MOS結(jié)構(gòu)的晶體管 200。而且，在形成覆蓋膜107后，按照需要還能夠進行退火。
此外，在制造圖8所示的CMOS晶體管300的情況下，依次進行 成膜、基于光刻的圖案形成、蝕刻等，形成NMOS區(qū)域201和PMOS 區(qū)域202，進一步以能夠賦予本發(fā)明的拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力的成膜條件 進行氮化硅膜的成膜和蝕刻，由此，能夠在NMOS區(qū)域201和PMOS區(qū)域202的各自上形成覆蓋膜203和204。
具體而言，在硅基板210上形成成為NMOS區(qū)域201的p型阱211 和成為PMOS區(qū)域202的n型阱212。在p型阱211的主面上隔著柵 極絕緣膜213形成由多晶硅構(gòu)成的柵極電極214，在柵極電極214的兩 側(cè)形成源極215和漏極216。然后，在柵極電極214的側(cè)壁上形成外側(cè) 壁217。另一方面，在n型阱212的主面上隔著柵極絕緣膜213形成由 多晶硅構(gòu)成的柵極電極224，在柵極電極224的兩側(cè)形成源極225和漏 極226。然后，在柵極電極224的側(cè)壁上形成外側(cè)壁227。而且，符號 230是元件分離區(qū)域。這時的順序與上述圖7A 7C的順序一致。
這樣，在形成有NMOS區(qū)域201和PMOS區(qū)域202的狀態(tài)下，使 用等離子體處理裝置100，在整個面上沉積拉伸應(yīng)力的氮化硅膜，通過 蝕刻從PMOS區(qū)域202除去拉伸應(yīng)力的氮化硅膜，只在NMOS區(qū)域201 上殘留由拉伸應(yīng)力的氮化硅膜構(gòu)成的覆蓋膜203。
接著，使用等離子體處理裝置100，在晶片W上沉積壓縮應(yīng)力的 氮化硅膜。然后通過蝕刻從NMOS區(qū)域201除去壓縮應(yīng)力的氮化硅膜， 只在PMOS區(qū)域202殘留由壓縮應(yīng)力的氮化硅膜構(gòu)成的覆蓋膜204。 這樣，在NMOS區(qū)域201和PMOS區(qū)域202各自中，利用氮化硅膜的 應(yīng)力，使NMOS區(qū)域201的溝道區(qū)域218生成拉伸畸變，使PMOS區(qū) 域202的溝道區(qū)域228生成壓縮畸變，由此，能夠制造提高了性能的 CMOS晶體管。
進一步，通過使用等離子體處理裝置100的等離子體CVD形成的 氮化硅膜也可以應(yīng)用于圖9所示的那種非易失性存儲器400。該非易失 性存儲器400，在Si基板301的主面上形成有隧道(tunnel)氧化膜302， 在其之上形成有由多晶硅構(gòu)成的浮置柵極(FG: floating gate) 304，在 該浮置柵極304之上形成有例如氧化膜、氮化膜、由氧化膜構(gòu)成的ONO 結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)膜305，進一步在該電介質(zhì)膜305上形成有由多晶硅構(gòu)成 的控制柵極(CG) 306，在該控制柵極306上形成有絕緣層307，在浮 置柵極304和控制柵極306的側(cè)壁上通過氧化處理形成有側(cè)壁氧化膜 308，在Si基板301的主面的浮置柵極304的兩側(cè)形成有源極309和漏 極310，以覆蓋浮置柵極304、控制柵極306、源極309和漏極310的 方式形成有由具有應(yīng)力的氮化硅膜構(gòu)成的覆蓋膜311。這樣，通過形成具有應(yīng)力的氮化硅膜作為覆蓋膜311，能夠向浮置
柵極304施加適當(dāng)?shù)幕?。SP，在這種非易失性存儲器400中，浮置 柵極304的電荷通過隧道氧化膜，因隧道作用到達基板而消失(隧道 電流)，于是存儲信息消失，但是通過向浮置柵極304施加適當(dāng)?shù)幕儯?平均電子質(zhì)量和構(gòu)成隧道氧化膜302的Si02的壁壘寬度增加，因此使 隧道電流減少，浮置柵極304能夠更穩(wěn)定地保持電荷。
接著，對為本發(fā)明的基礎(chǔ)的試驗結(jié)果進行說明。
首先，圖IO是表示氮化硅膜的應(yīng)力大小和利用等離子體處理裝置 1的等離子體CVD中的處理壓力的關(guān)系的曲線圖。這里，為了調(diào)査氣 體種類和壓力的影響，不向載置臺2供給高頻電力地進行成膜。其中， 圖10的縱軸表示氮化硅膜的應(yīng)力的大小，正(plus)側(cè)是拉伸應(yīng)力， 負(minus)側(cè)是壓縮應(yīng)力(在圖11 圖15中也相同)。
在本試驗中，以下述的等離子體CVD條件形成氮化硅膜。
<等離子體CVD成膜條件> (NH3/Si2H6系統(tǒng))
NEb氣體流量500mL/min (sccm)
Si2H6氣體流量5mL/min (sccm)
處理壓力2.7Pa (20mTorr)， 6.7Pa (50mTorr)， 40.0Pa (300mTorr) 和133.3Pa (1Torr)
載置臺2的溫度400° C 微波功率2000W
<等離子體CVD成膜條件> (N2/Si2H6系統(tǒng)) N2氣體流量1100mL/min (sccm) 8諷氣體流量lmL/min (sccm) Ar氣體流量100mL/min (sccm)
處理壓力4.0Pa (30mTorr)， 6.7Pa (50mTorr)， 13.3Pa (100mTorr) 和66.6Pa (500mTorr)
載置臺2的溫度500° C 微波功率3000W
根據(jù)圖10可知，使用NH3作為含氮氣體而形成的氮化硅膜具有拉 伸應(yīng)力。并且可知，使用NH3形成的氮化硅膜的拉伸應(yīng)力具有處理壓 力越高則其自身變得越大的傾向。另一方面可知，使用N2作為含氮氣
24體形成的氮化硅膜具有壓縮應(yīng)力。并且可知，使用N2形成的氮化硅膜 的壓縮應(yīng)力具有處理壓力越小則其自身變得越大的傾向。
接著，向載置臺2供給高頻電力，同時以下述的等離子體CVD條 件進行成膜。圖11中表示其結(jié)果。
<等離子體CVD成膜條件1> (NIVSi2H6系統(tǒng)) NH3氣體流量400mL/min (sccm) Si2H6氣體流量5mL/min (sccm) Ar氣體流量200mL/min (sccm) 處理壓力133.3Pa (lOOOmTorr) 載置臺2的溫度500° C 微波功率1000W RF頻率400kHz
RF功率OW(不供給)，IOW(功率密度0.032W/cm2)， 20W(功 率密度0.064W/cm2)， 30W (功率密度:0.095W/cm2)， 50W (功率 密度0.159W/cm2)， 70W (功率密度:0.223W/cm2)， 100W (功率密 度0.318W/cm2)， 200W (功率密度:0.637W/cm2)
<等離子體CVD成膜條件2〉 (N2/Si2H6系統(tǒng))
N2氣體流量(氣體導(dǎo)入部15a): llOOmL/min (seem)
SbH6氣體流量5mL/min (sccm)
N2氣體流量(氣體導(dǎo)入部15b): 100mL/min (seem)
處理壓力2.7Pa (20mTorr)
載置臺2的溫度500° C
微波功率2000W
RF頻率400kHz
RF功率:OW(不供給)，IOW(功率密度:0.032W/cm2)， 20W(功 率密度0.064W/cm2)， 30W (功率密度:0.095W/cm2)， 50W (功率 密度0.159W/cm2)， 70W (功率密度:0.223W/cm2)， 100W (功率密 度0.318W/cm2)， 200W (功率密度:0.637W/cm2)
通過對圖10和圖11進行比較確認到，使用NH3/Si2H6系統(tǒng)氣體作 為成膜原料氣體的氮化硅膜，在通常的成膜條件下應(yīng)該具有拉伸應(yīng)力， 但是通過以預(yù)定的RF偏置條件進行成膜，變得具有大的壓縮應(yīng)力。另一方面可知，使用N2/Si2H6系統(tǒng)氣體作為成膜原料氣體，關(guān)于以通常 的成膜條件也應(yīng)該具有壓縮應(yīng)力的的氮化硅膜，通過在預(yù)定的RF偏置 條件下進行成膜，壓縮應(yīng)力也得到增強。而且，在圖11中，在以
NH3/Si2H6系統(tǒng)氣體、N2/Si2H6系統(tǒng)氣體中的任一個作為原料的情況下， 氮化硅膜的應(yīng)力和高頻輸出的關(guān)系也大致相同地發(fā)展。
艮口，可知，在偏置電極的電極面積為314cm、RF功率在10 200W 的范圍內(nèi)的情況下，形成有具有1000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜， 特別是，在電極面積為314cm2、 RF功率在20 40W的范圍內(nèi)時，形 成有具有2000MPa以上的強壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。因此，能夠確認到， 作為RF偏置條件，RF功率密度優(yōu)選位于0.032 0.637W/cm2的范圍， 更優(yōu)選位于0.064 0.127W/cm2的范圍。由此，能夠與成膜原料氣體的 種類無關(guān)地形成壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
此外，壓縮應(yīng)力成為最大時的RF偏置條件是功率密度約為 0.095W/cm2 (電極面積314 cm2， RF功率約30W)。從而，認為供 向載置臺2的高頻電力優(yōu)選為0.1 100W，更優(yōu)選為0.1 40W。艮口， 優(yōu)選按照該電極面積以成為能夠得到大的壓縮應(yīng)力的功率密度的方式 設(shè)定功率范圍。
接著，對以下述條件形成氮化硅膜，在RF偏置條件下壓力對應(yīng)力
的影響進行調(diào)查。這里，對以下的N2/Si2H6系統(tǒng)和NH3/Si2H6系統(tǒng)進行調(diào)查。
<等離子體CVD條件>
(1) N2/Si2H6系統(tǒng) N2氣體流量(氣體導(dǎo)入部15a): 1100mL/min (sccm) Si2H6氣體流量3mL/min (sccm) N2氣體流量(氣體導(dǎo)入部15b): 100mL/min (sccm) 處理壓力2.67Pa (20mTorr)， 13.3Pa (lOOmTorr)禾Q 66.6Pa (500mTorr)
載置臺2的溫度500° C 微波功率3000W RF頻率13.56Hz
RF功率OW(不供給)，IOW(功率密度0.032W/cm2)， 20W(功率密度0.064W/cm2)， 30W (功率密度:0.095W/cm2)， 50W (功率 密度0.159W/cm2)，
(2) NH3/Si2H6系統(tǒng)
NH3氣體流量400mL/min (sccm)
Si2H6氣體流量3或5mL/min (seem)
Ar氣體流量200mL/min (seem)
處理壓力2.67Pa (20mTorr)， 13.3Pa (lOOmTorr)禾P 66.6Pa (500mTorr)
載置臺2的溫度400° C 微波功率3000W RF頻率400Hz
RF功率0W(不供給)，IOW(功率密度0.032W/cm2)， 20W(功 率密度0.064W/cm2)， 30W (功率密度:0.095W/cm2)， 50W (功率 密度0.159W/cm2)，
在圖12和圖13中表示N2/Si2H6系統(tǒng)中的結(jié)果，在圖14中表示 MVSi2H6系統(tǒng)中的結(jié)果。
根據(jù)圖12可知，在使用N2的氣體系統(tǒng)中，為了形成具有1000MPa 以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，只要將處理壓力設(shè)定在例如O.lPa以上 53Pa以下即可。此外可知，為了形成具有2000MPa以上的壓縮應(yīng)力的 氮化硅膜，只要將處理壓力設(shè)定在例如O.lPa以上40Pa以下即可。進 一步可知，為了形成具有3000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜，只要 將處理壓力設(shè)定在例如5Pa以上25Pa以下即可。而且，只要令這時的 高頻功率為5 40W即可。此外，為了形成具有3500MPa以上的壓縮 應(yīng)力的氮化硅膜，只要將處理壓力設(shè)定在例如7Pa以上16Pa以下即可， 只要令這時的高頻功率為10 30W即可。即，偏置用的高頻功率密度 優(yōu)選為0.016 0.127 W/cm2，更優(yōu)選為0.032 0.095 W/cm2。
此外，從圖13可知，在處理壓力為13.3Pa (lOOmTorr)的情況下， 當(dāng)RF功率密度約為0.032 0.095W/cm2 (RF功率10 30W)時，能 夠形成3500MPa這樣強的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。此外，在處理壓力為 2.67Pa (20mTorr)的情況下，當(dāng)RF功率密度約為0.095 0.127W/cm2 (RF功率30 40W)時，能夠形成超過2000MPa的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。另一方面，在處理壓力為66.6Pa (500mTorr)的情況下，即使 供給高頻電力也不能夠?qū)嚎s應(yīng)力賦予氮化硅膜。
關(guān)于NH3/S^H6系統(tǒng)，能夠確認到，如圖14所示，根據(jù)處理壓力 的不同，得到最大壓縮應(yīng)力的高頻功率密度不同，具有處理壓力越大 為了得到最大壓縮應(yīng)力所需的功率密度變得越大的傾向。
接著，對供向載置臺2的高頻電力的頻率的影響進行研究。這里， 令處理壓力為13.3Pa (100mTorr)，令供向載置臺2的高頻電力的頻率 分別為400kHz和13.56MHz，在此情況下改變RF功率密度并對氮化 硅膜的應(yīng)力進行測定。圖15中表示其結(jié)果。從圖15能夠確認到當(dāng)為 13.56MHz時壓縮應(yīng)力變大。
接著，對確認本發(fā)明的效果后的試驗結(jié)果進行說明。 (1)耐熱性評價
使用等離子體處理裝置100，形成具有拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力的氮化 硅膜后，進行退火處理，調(diào)查熱處理對氮化硅膜的應(yīng)力的影響。成膜 條件和退火條件如下所示。
〈等離子體CVD條件(MVSi2H6系統(tǒng))〉
願3氣體流量楊mL/min (sccm)
Si2H6氣體流量5mL/min (sccm)
處理壓力133.3Pa (1000mTorr)
載置臺2的溫度500° C
微波功率lkW
〈等離子體CVD條件(N2/Si2H6系統(tǒng))〉
N2氣體流量(氣體導(dǎo)入部15a): 1100mL/min (sccm)
Si2H6氣體流量5mL/min (sccm)
N2氣體流量(氣體導(dǎo)入部15b): 100mL/min (sccm)
處理壓力2.7Pa (20mTorr)
載置臺2的溫度500°C
微波功率lkW
<退火條件>
處理溫度800° C 處理壓力101308Pa處理時間IO分鐘，20分鐘或30分鐘
圖16表示氮化硅膜的應(yīng)力和退火時間的關(guān)系。從圖16能夠確定
到，使用Si2H6和N2作為原料氣體在上述條件下形成的具有壓縮應(yīng)力
的氮化硅膜，與使用SbH6和NH3在上述條件下形成的具有壓縮應(yīng)力的 氮化硅膜比較，退火前后的應(yīng)力變動幅度格非常小，具有優(yōu)良的耐熱 性。從該結(jié)果明顯可知，在進行等離子體CVD時，通過使用Si2H6和 N2作為成膜原料氣體，施加RF偏置較低地抑制膜中的氫，能夠得到 一種氮化硅膜，該氮化硅膜對于在各種半導(dǎo)體裝置的制造過程中反復(fù) 進行的熱處理維持高應(yīng)力，并具有優(yōu)越的耐熱性。
此外，本發(fā)明不限定于上述實施方式，在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)能 夠進行種種變形。
例如，在上述實施方式中，列舉了將具有拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力的 氮化硅膜應(yīng)用于晶體管的覆蓋膜從而提高驅(qū)動特性的例子，但是不限 于此，本發(fā)明也可以應(yīng)用于能夠利用應(yīng)力改善器件特性的種種半導(dǎo)體 裝置的制造中。
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權(quán)利要求
1. 一種等離子體CVD方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備等離子體處理裝置的工序，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真空排氣的處理室、在所述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生微波的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過所述縫隙將所述微波產(chǎn)生源所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向所述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)、和向所述載置臺供給高頻電力的高頻電源；將被處理基板載置在所述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，利用所述微波使這些氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積所述氮化硅膜時，向所述載置臺供給高頻電力的工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 所述高頻電力的功率密度為0.0032 1.59W/cm2。
3. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 所述高頻電力的頻率為400kHz 27MHz。
4. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 形成具有l(wèi)OOOMPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
5. 如權(quán)利要求4所述的等離子體CVD方法，其特征在于 以O(shè).lPa以上53Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
6. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于r 形成具有2000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
7. 如權(quán)利要求6所述的等離子體CVD方法，其特征在于 以O(shè).lPa以上40Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
8. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于形成具有3000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
9. 如權(quán)利要求8所述的等離子體CVD方法，其特征在于 以5Pa以上25Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
10. 如權(quán)利要求8所述的等離子體CVD方法，其特征在于 所述高頻電力的功率密度為0.016 0.127W/cm2。
11. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 形成具有3500MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
12. 如權(quán)利要求11所述的等離子體CVD方法，其特征在于 以7Pa以上16Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
13. 如權(quán)利要求11所述的等離子體CVD方法，其特征在于 所述高頻電力的功率密度為0.032 0.095W/cm2。
14. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 使用氨氣作為所述含氮氣體。
15. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 使用氮氣作為所述含氮氣體。
16. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 所述含硅氣體是乙硅烷(Si2H6)。
17. 如權(quán)利要求1所述的等離子體CVD方法，其特征在于 沉積所述氮化硅膜時的處理溫度為30(TC 80(TC。
18. —種氮化硅膜的形成方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備等離子體處理裝置的工序，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真空排氣的處理室、在所述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生 微波的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過所述縫隙將所述微波產(chǎn)生源 所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向所 述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)、和向所述載置臺供給高頻電力的高頻電 源；將被處理基板載置在所述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅 膜的工序；和 在沉積所述氮化硅膜時，向所述載置臺供給高頻電力的工序。
19. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 所述高頻電力的功率密度為0.0032 1.59W/cm2。
20. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 所述高頻電力的頻率為400kHz 27MHz。
21. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 形成具有l(wèi)OOOMPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
22. 如權(quán)利要求21所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 以O(shè).lPa以上53Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
23. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 形成具有2000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
24. 如權(quán)利要求23所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 以O(shè).lPa以上40Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
25. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 形成具有3000MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
26. 如權(quán)利要求25所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于以5Pa以上25Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
27. 如權(quán)利要求25所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 所述高頻電力的功率密度為0.016 0.127W/cm2。
28. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 形成具有3500MPa以上的壓縮應(yīng)力的氮化硅膜。
29. 如權(quán)利要求28所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 以7Pa以上16Pa以下的處理壓力沉積所述氮化硅膜。
30. 如權(quán)利要求28所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 所述高頻電力的功率密度為0.032 0.095W/cm2。
31. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 使用氨氣作為所述含氮氣體。
32. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 使用氮氣作為所述含氮氣體。
33. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于-所述含硅氣體是乙硅烷(Si2H6)。
34. 如權(quán)利要求18所述的氮化硅膜的形成方法，其特征在于 沉積所述氮化硅膜時的處理溫度為30(TC 800。C 。
35. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括準(zhǔn)備在半導(dǎo)體基板的 主面上隔著絕緣膜形成有柵極電極、且在其的兩側(cè)的主面區(qū)域中形成 有源極和漏極的結(jié)構(gòu)體的工序；和以覆蓋所述柵極電極以及源極和漏 極的方式形成氮化硅膜的工序，該半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于:所述氮化硅膜通過包括以下工序的方法形成準(zhǔn)備等離子體處理裝置的工序，該等離子體處理裝置設(shè)置有能 夠真空排氣的處理室、在所述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生 微波的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過所述縫隙將所述微波產(chǎn)生源 所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)的平面天線、和將成膜原料氣體供向 所述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)；將被處理基板載置在所述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅 膜的工序；和在沉積所述氮化硅膜時，向所述載置臺供給高頻電力的工序。
36. —種存儲介質(zhì)，其存儲有在計算機上運行并控制等離子體處 理裝置的程序，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真空排氣的處理室、 在所述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生微波的微波產(chǎn)生源、具 有多個縫隙并通過所述縫隙將所述微波產(chǎn)生源所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入所述 處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向所述處理室內(nèi)的氣體供給 機構(gòu)、和向所述載置臺供給高頻電力的高頻電源，該存儲介質(zhì)的特征 在于所述程序在執(zhí)行時，使計算機控制所述等離子體處理裝置，執(zhí)行 包括以下工序的等離子體CVD方法將被處理基板載置在所述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，利用所述微波使這些 氣體等離子體化，通過該等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅 膜的工序；和在沉積所述氮化硅膜時，向所述載置臺供給高頻電力的工序。
37. —種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 能夠真空排氣的處理室； 在所述處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺； 產(chǎn)生微波的微波產(chǎn)生源；具有多個縫隙并通過所述縫隙將所述微波產(chǎn)生源所產(chǎn)生的微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)的平面天線；將成膜原料氣體供向所述處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)； 向所述載置臺供給高頻電力的高頻電源；禾口以執(zhí)行包括以下工序的等離子體CVD方法的方式進行控制的控制 部將被處理基板載置在所述載置臺上的工序；將含氮氣體和含硅氣 體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，利用所述微波使這些氣體等離子體化，通過該 等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜的工序；和在沉積所述 氮化硅膜時，向所述載置臺供給高頻電力的工序。
38. —種等離子體CVD裝置，其特征在于，包括 用于使用等離子體對被處理基板進行處理的能夠真空排氣的處理在所述處理室內(nèi)載置被處理基板的載置臺； 將微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)的具有多個縫隙的平面天線； 向所述處理室內(nèi)供給成膜原料氣體的氣體供給機構(gòu)；和 向所述載置臺供給高頻電力的高頻電源。
全文摘要
本發(fā)明提供等離子體CVD方法、氮化硅膜的形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體CVD裝置。使用等離子體處理裝置，通過微波使已導(dǎo)入處理室內(nèi)的含氮氣體和含硅氣體等離子體化，在利用該等離子體在被處理基板的表面上沉積氮化硅膜時，向載置臺供給高頻電力，其中，該等離子體處理裝置設(shè)置有能夠真空排氣的處理室、在處理室內(nèi)載置被處理體的載置臺、產(chǎn)生微波的微波產(chǎn)生源、具有多個縫隙并通過上述縫隙將微波產(chǎn)生源產(chǎn)生的微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)的平面天線、將成膜原料氣體供向處理室內(nèi)的氣體供給機構(gòu)、和向載置臺供給高頻電力的高頻電源。
文檔編號H01L21/31GK101454880SQ20078001918
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者中西敏雄, 西田辰夫, 鴻野真之 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社