等离子体处理方法技术

本发明专利技术提供一种可以利用等离子体将硅直接氮化，形成质量优异的氮化膜的技术。本发明专利技术涉及一种等离子体处理方法，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体作用于被处理体表面上的硅，进行直接氮化处理，形成氮化硅膜，其特征在于，包括：在由所述含氮等离子体中的自由基成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第一步骤，和在由上述含氮等离子体中的离子成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第二步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用等离子体处理半导体基板等的被处理体，在被处理体表面形成氮化硅膜的。
技术介绍
在制造各种半导体装置的过程中，形成氮化硅膜作为例如晶体管的栅绝缘膜等。近年来，伴随着半导体装置的精细化，推进栅绝缘膜的薄膜化，要求形成膜厚为几个nm的氮化硅膜。作为形成氮化硅膜的方法，主流的方法是将预先成膜的SiO2等氧化硅膜随后进行氮化处理，作为通过等离子体处理直接氮化处理单晶硅的技术，已经提出有在微波等离子体CVD装置的反应室内导入NH3气体，在100Torr(13332Pa)的处理压力和1300℃的处理温度下形成氮化硅膜的方法；或在上述反应室内导入N2气体，在50mTorr(6.7Pa)的处理压力和1150℃的处理温度下形成氮化硅膜的方法(例如专利文献1)。专利文献1日本专利特开平9-227296号公报(段落0021、0022等)如专利文献1所述，在直接对硅进行等离子体氮化处理的情况下，膜的质量降低，例如有随着时间而容易发生N的浓度降低(N的脱落)，无法得到稳定的氮化硅膜的问题。
技术实现思路
从而，本专利技术的目的在于提供一种可以利用等离子体，直接氮化硅，形成质量良好的氮化膜的技术。为了解决上述课题，根据本专利技术的第一观点，提供一种，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体作用于被处理体表面的硅，进行直接氮化处理，形成氮化硅膜，其特征在于，包括在由上述含氮等离子体中的自由基成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第一步骤；和在由上述含氮等离子体中的离子成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第二步骤。此外，根据本专利技术的第二观点，提供一种，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体作用于被处理体表面的硅，进行氮化处理，形成氮化硅膜，其特征在于，包括在133.3Pa～1333Pa的处理压力下进行等离子体处理的第一步骤；和在1.33Pa～26.66Pa的处理压力下进行等离子体处理的第二步骤。在上述第一或第二观点中，上述含氮等离子体优选通过使用具有多个狭缝的平面天线将微波导入上述处理室内而形成。在此情况下，在上述第一步骤中，上述含氮等离子体的电子温度优选在0.7eV以下，上述第二步骤中，含氮等离子体的电子温度优选在1.0eV以上。此外，优选在进行上述第一步骤的处理直至上述氮化硅膜成长到1.5nm的厚度后，进行上述第二步骤的处理。根据本专利技术的第三观点，提供一种控制程序，其特征在于，在计算机上工作运行时，可以控制上述等离子体处理装置进行上述第一观点或第二观点的。根据本专利技术的第四观点，提供一种计算机存储介质，存储在计算机上动作的控制程序，其特征在于，当运行上述控制程序时，可以控制上述等离子体处理装置进行上述第一观点或第二观点的。根据本专利技术的第五观点，提供一种等离子体处理装置，其特征在于，包括产生等离子体的等离子体供给源；用来通过上述等离子体对被处理体进行处理的、可真空排气的处理容器；在上述处理容器内载置上述被处理体的基板支承台；和控制进行上述第一观点或第二观点的的控制部。此外，根据本专利技术的第六观点，提供一种，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体或含氧等离子体作用于被处理体的表面，进行氮化处理或氧化处理，形成氮化膜或氧化膜，其特征在于，包括在由上述含氮等离子体或上述含氧等离子体中的自由基成分引发的氮化反应或氧化反应成为支配的条件下，进行等离子体处理的第一步骤；和在由上述含氮等离子体或上述含氧等离子体中的离子成分引发的氮化反应或氧化反应成为支配的条件下，进行等离子体处理的第二步骤。在此情况下，上述含氮等离子体或含氧等离子体，优选通过使用由具有多个狭缝的平面天线将微波导入上述处理室内而形成。此外，根据本专利技术的第七观点，提供一种，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体或含氧等离子体作用于被处理体的表面，进行氮化处理或氧化处理，形成氮化膜或氧化膜，其特征在于，包括在大于66.65Pa且小于等于1333Pa的处理压力下，进行等离子体处理的第一步骤；和在大于等于1.33Pa小于66.65Pa的处理压力下进行等离子体处理的第二步骤。根据本专利技术，通过实施在以由含氮等离子体中的自由基成分引发的氮化反应为支配的条件(例如在133.3Pa～1333Pa的处理压力)下进行等离子体处理的第一步骤和在以由含氮等离子体中的离子成分引发的氮化反应为支配的条件(例如1.33Pa～26.66Pa的处理压力)下进行等离子体处理的第二步骤，在氮化膜的成长初期，进行N自由基主体的成膜，在氮化膜成膜的后半期，可以进行高反应性的N离子主体的成膜。从而，在抑制等离子体损伤的同时，可以高效率形成期望膜厚的质量优异的氮化硅膜。根据本专利技术方法得到的氮化硅膜，具有例如1.5nm以上的膜厚，难以引起N的脱落，可以维持高的N浓度，所以本专利技术的方法，在进一步细微化的半导体装置的制造过程中，可在形成例如2nm左右的膜厚的栅绝缘膜等的目的中利用。此外，通过具有多个狭缝的平面天线将微波导入处理室内，形成含氮等离子体，可以进一步降低等离子体的电子温度和离子能，进一步减少等离子体损伤。附图说明图1是表示本专利技术可利用的等离子体处理装置一个例子的概略截面图。图2是用来说明平面天线部件的图。图3是表示等离子体氮化处理程序的流程图。图4是用来说明栅电极形成工序的晶片截面的示意图。图5是表示通过XPS分析得到的放置1.5小时后膜中N浓度和膜厚关系的图。图6是表示在两步处理中设想的简图。图7是表示在改变压力的情况下等离子体电子温度的曲线图。图8是表示由XPS分析得到的膜中的N浓度和膜厚的关系的曲线图。图9是表示由XPS分析得到的在放置3～24小时后的膜中N浓度变化量和膜厚的关系的曲线图。符号说明1腔室；2基座；3支承部件；5加热器；15气体导入部件；16气体供给系统；17Ar气体供给源；18N2气体供给源；23排气管；24排气装置；25搬入搬出口；26闸阀；27上模板(upper plate)；27a支承部；28微波透过板；29密封部件；31平面天线部件；32微波放射孔；37波导管；37a同轴波导管；37b矩形波导管；39微波产生装置；40模式转换器；50过程控制器；100等离子体处理装置；101Si基板；102元件分离区域；103栅绝缘膜；104多晶硅层(栅电极)；105侧壁；200晶体管；W晶片(基板)具体实施方式下面参照适当的附图具体说明本专利技术的实施方式。图1是示意性地表示适合于在本专利技术中利用的等离子体处理装置一个例子的截面图。此等离子体处理装置100，通过使用具有多个狭缝的平面天线，特别是RLSA(Radial Line Slot Antenna径向线状狭缝天线)将微波导入处理室内而产生等离子体，构成了能够产生高密度且低电子温度的微波等离子体的RLSA微波等离子体处理装置，可在例如MOS晶体管、MOSFET(场效应型晶体管)等各种半导体装置的制造过程中适用于栅绝缘膜的形成等的目的。上述等离子体处理装置100的结构是气密性的，具有接地的大致呈圆筒状的腔室1。在腔室1的底壁1a的靠近中心的部位形成有圆形的开口部10，在底壁1a上设有与此开口部10连通并向下方突出的排气室11。在腔室1内设置有由AlN等陶瓷构成的基座2，用来水平地支承作为被处理体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理方法，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体作用于被处理体表面的硅，进行直接氮化处理，形成氮化硅膜，其特征在于，包括：在由所述含氮等离子体中的自由基成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第一步骤； 和在由所述含氮等离子体中的离子成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第二步骤。

【技术特征摘要】
JP 2005-5-30 2005-1578411.一种等离子体处理方法，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体作用于被处理体表面的硅，进行直接氮化处理，形成氮化硅膜，其特征在于，包括在由所述含氮等离子体中的自由基成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第一步骤；和在由所述含氮等离子体中的离子成分引发的氮化反应成为支配的条件下进行等离子体处理的第二步骤。2.一种等离子体处理方法，在等离子体处理装置的处理室内，使含氮等离子体作用于被处理体表面的硅，进行氮化处理，形成氮化硅膜，其特征在于，包括在133.3Pa～1333Pa的处理压力下进行等离子体处理的第一步骤；和在1.33Pa～26.66Pa的处理压力下进行等离子体处理的第二步骤。3.如权利要求1或4所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述含氮等离子体，通过使用具有多个狭缝的平面天线将微波导入所述处理室内而形成。4.如权利要求1或2所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述第一步骤中，所述含氮等离子体的电子温度在0.7eV以下，所述第二步骤中，含氮等离子体的电子温度在1.0eV以上。5.如权利要求1或2所述的等离子体处理方法，其特征在于，进行所述第一步骤的处理直至所述氮化硅膜成长到1.5nm的膜厚之后，进行所述第二步骤的处理。6.一种控制程序，其特征在于，在计算机上工作运行时，控制所述等离子体处理装置进行权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理方法。7.一种计算机存储介质，存储在计算机中工作的控制程序，其特征在于，运行所述控制程序时，控制所述等离子体处理装置进行权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理方法。8.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括产生等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：本多稔，中西敏雄，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]