專利名稱：等離子體氮化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體處理方法和計算機存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在最近的半導體器件中，為了提高動作速度，需要減薄柵極絕緣膜的厚度。但是，例如在以前的硅氧化膜中，減薄膜厚時，存在漏電流增大，并且電極材料中含有的硼 (Boron)穿透絕緣膜的問題，不優(yōu)選。因此，考慮采用即使膜厚較薄，也能夠確保規(guī)定的絕緣性，而且能夠抑制硼的擴散的氧氮化膜。在形成氧氮化膜時，已提出在形成氧化膜后，通過利用微波的等離子體處理裝置對該氧化膜進行等離子體氮化處理，由此形成氧氮化膜的方案(專利文獻1)。在這種情況下，連續(xù)供給微波，以產(chǎn)生等離子體。根據(jù)由該等離子體氮化處理形成氧氮化膜的方法，由于能夠使氮的分布偏在電極 (表面)一側(cè)，所以能夠得到與熱氧化膜相同程度的平帶電壓，并且由于上述理由，可得到將雜質(zhì)的擴散容易地阻止在表面?zhèn)鹊鹊入x子體的優(yōu)點。專利文獻1 特開2002-208593號公報

發(fā)明內(nèi)容
在進行等離子體氮化處理時，由于此時的由等離子體引起的損傷，所以在其后要進行退火處理。以前的這種退火處理是在大致大氣壓氣氛中，進行31 60秒將基板加熱到約1100°C 1200°C的所謂“強退火處理”。但是，在實施這樣的強退火處理時，氧由于該退火處理而擴散，膜厚增大，介電常數(shù)下降，動作速度變慢，特別是在PM0SFET中顯著的 NBTI (Negative Bias Temperature ^stability (負偏壓溫度不穩(wěn)定性)在向 PMOSFET 的柵極施加負電壓、持續(xù)給予100°C左右的溫度應(yīng)力的情況下，經(jīng)過一定時間后，發(fā)生源極-漏極間的ON電流(接通電流)的惡化，或者閾值向負方向偏移的現(xiàn)象(負電壓高溫應(yīng)力時的不穩(wěn)定性))特性有可能惡化。因此，期待利用低電子溫度的微波等離子體的優(yōu)點， 同時，即使進行這樣的等離子體氮化處理，也不需要其后的強退火處理的技術(shù)。而且，在以往的技術(shù)中，難以使柵極氧化膜中導入氮后的晶體管的靜特性(柵極漏電流、源極漏極ON電流)和NBTI兩者都提高。本發(fā)明鑒于上述問題而做出，其目的在于，在利用由微波產(chǎn)生的等離子體對形成氧化膜后的基板進行氮化處理時，抑制氮化時的損傷從而不需要其后的退火處理，或者即使進行退火處理也是極弱的退火處理即可，結(jié)果，使氧氮化膜的膜質(zhì)提高，從而實現(xiàn)降低半導體器件的漏電流、提高動作速度、以及提高NBTI耐性、提高靜電性。為了達到上述目的，本發(fā)明的等離子體處理方法的特征在于在利用由微波產(chǎn)生
3的等離子體對形成氧化膜后的基板進行氮化處理時，斷續(xù)地供給上述微波以進行等離子體氮化處理。例如，以所謂脈沖狀供給微波，進行等離子體氮化。根據(jù)本發(fā)明人的見解，認為與迄今為止的連續(xù)供給微波以進行等離子體氮化處理的情況相比，在斷續(xù)地供給微波以進行等離子體氮化處理的情況下，在微波供給的OFF 時間(斷開時間)內(nèi)，等離子體的電子溫度下降，能夠抑制離子對氧化膜表面的沖擊，由此氧化膜中的氮活性種的擴散速度降低。其結(jié)果，氮集中在例如硅基板與氧氮化絕緣膜的界面中，從而能夠抑制其濃度增大。結(jié)果，能夠形成抑制漏電流而不增加膜厚(氧化膜換算膜厚Ε0Τ)、而且NBTI特性提高的優(yōu)質(zhì)的氧氮化膜。根據(jù)本發(fā)明人的驗證，與以往的技術(shù)相比，NBTI耐性提高2 10倍。而且，根據(jù)本發(fā)明人的驗證，判明通過至少改變上述斷續(xù)供給的微波的供給、停止的重復周期或微波的供給ON時間(接通時間)與OFF時間的比(占空比(duty ratio)), 即使改變以往的膜中的氮濃度，也能使處于負相關(guān)(trade-off)關(guān)系的MOSFET的ON電流特性(接通電流特性)和NBTI耐性的雙方都提高。所以，在如上所述斷續(xù)地供給微波的情況下，通過至少改變重復周期或微波的供給ON時間與OFF時間的比，能夠使ON電流特性和 NBTI耐性的雙方都提高，從這一點評價，能夠提高膜質(zhì)。斷續(xù)供給的微波的供給ON時間為5 100 μ s、優(yōu)選為5 50 μ s，微波的供給OFF 時間為5 100 μ S、優(yōu)選為5 50 μ S。另外，斷續(xù)供給的微波的供給、停止的重復周期優(yōu)選為5kHz 100kHz，更優(yōu)選為10 50kHz。另外，斷續(xù)供給的微波的供給ON時間與OFF時間的比為0.10 5 1，即脈沖狀波形的ON占空比(接通占空比)優(yōu)選為9 90%左右， 更優(yōu)選為30 83%，更進一步優(yōu)選為50%。斷續(xù)的供給可以按照微波供給的0N-0FF(接通-斷開)，也可以根據(jù)供給的脈沖波進行調(diào)制。另外，在上述氮化處理后，氧化膜中的氮濃度優(yōu)選為5 15(原子％ )，更優(yōu)選為 9 13 (原子％ )。通過控制為該范圍的濃度，能夠使漏電流、ON電流、NBTI耐性提高。另外，氮化處理時的處理容器內(nèi)的壓力優(yōu)選為ImTorr 10T(0. 1331 1330Pa)左右。更優(yōu)選為 IOmTorr IT (1. 33Pa 133. 3Pa)。在這樣運行本發(fā)明的等離子體處理的情況下，優(yōu)選使用以下結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置。即，上述等離子體處理裝置包括在處理容器內(nèi)載置基板的載置臺；配置在處理容器的上方，向處理空間導入微波、產(chǎn)生等離子體的電介質(zhì)；向上述處理容器內(nèi)的上方供給處理氣體的氣體供給部；和配置在上述氣體供給部的氣體供給口的下方、載置臺上的基板的上方，具有多個透孔，并且至少覆蓋上述基板的形態(tài)的電介質(zhì)板。使用上述等離子體處理裝置進行等離子體氮化處理時，通過使用具有多個透孔的電介質(zhì)板，高能離子被該電介質(zhì)板遮蔽，能夠減輕對氮化膜的損傷。由此，為了恢復損傷而實施的其后的退火處理，能夠由更短時間的弱退火處理來完成，從而能夠抑制由退火處理引起的膜厚的增大。在如上所述進行等離子體氮化處理之后，有時需要進行退火處理，在本發(fā)明中，優(yōu)選在減壓氣氛下對基板進行退火處理。例如，可以在減壓容器內(nèi)、在20 100000 的減壓度下進行退火處理。另外，將基板加熱至900°C 1200°C的溫度、進行1秒 30秒的“弱退火處理”即可。根據(jù)本發(fā)明，在利用由微波產(chǎn)生的等離子體對形成氧化膜后的基板進行氮化處理時，抑制等離子體氮化時的損傷從而不需要其后的退火處理，或者即使進行退火處理也能夠由極弱的退火處理完成。由此，能夠使氧氮化膜的膜質(zhì)提高、抑制制品化的半導體器件的漏電流、提高動作速度、以及提高NBTI耐性。


圖1是用于實施本實施方式的等離子體處理方法的等離子體處理裝置的縱截面圖。圖2是用于實施退火處理的退火裝置的縱截面圖。圖3是在柵極絕緣膜中采用本實施方式中形成的氧氮化膜的P-MOSFET的說明圖。圖4是表示氧化膜換算膜厚與漏電流的特性的說明圖。圖5是表示氧化膜換算膜厚與源極-漏極間的MOSFET的ON電流特性的說明圖。圖6是不具有噴淋板(shower plate)的等離子體處理裝置的縱截面圖。圖7是表示P-MOSFET的ON電流與NBTI耐性的特性的說明圖。圖8是表示改變脈沖條件時的P-MOSFET的ON電流與NBTI耐性的特性的說明圖。符號說明1等離子體處理裝置2處理容器3 基座5 側(cè)壁20透過窗36微波供給裝置38脈沖振蕩器41噴淋板51退火裝置
具體實施例方式下面說明本發(fā)明的實施方式。圖1表示用于實施本實施方式的等離子體處理方法的等離子體處理裝置1的縱截面圖，該等離子體處理裝置1包括例如由鋁制成的、上部開口的有底圓筒狀的處理容器2。處理容器2被接地。在該處理容器2的底部，設(shè)置有作為用于載置基板例如半導體晶片(以下稱為晶片)W的載置臺的基座3。該基座3例如由鋁制成， 在其內(nèi)部設(shè)置有利用來自外部電源4的電力供給而發(fā)熱的加熱器如。由此能夠?qū)⒒?上的晶片W加熱到規(guī)定溫度。在處理容器2的底部，設(shè)置有用于利用真空泵等排氣裝置11對處理容器2內(nèi)的氣氛進行排氣的排氣管12。另外，在處理容器2的側(cè)壁上設(shè)置有用于供給來自處理氣體供給源的處理氣體的氣體導入部13。氣體導入部13中可以使用氣體噴嘴。在本實施方式中，作為處理氣體供給源，準備氬氣供給源15和氮氣供給源16，分別通過閥15a、16a、質(zhì)量流量控制器15b、16b以及閥15c、16c，與氣體導入部13連接。在處理容器2的上部開口，通過用于確保氣密性的0型圈等密封件14，設(shè)置有例如由電介質(zhì)的石英部件構(gòu)成的透過窗20。也可以使用其它的電介質(zhì)材料，例如A1203、AlN等陶瓷，來代替石英部件。由該透過窗20在處理容器2內(nèi)形成處理空間S。透過窗20的平面形態(tài)為圓形。在透過窗20的上方，設(shè)置有平面狀的天線部件，例如圓板狀的徑向線縫隙天線 (Radial Line Slot Antenna) 30，進而在該徑向線縫隙天線30的上面配置有滯波板31，在該滯波板31上進而配置有覆蓋滯波板31的導電性的蓋32。蓋32設(shè)置有冷卻部，對蓋32 和透過窗20進行冷卻。徑向線縫隙天線30由利用具有導電性的材質(zhì)、例如銀、金等鍍層或涂敷的銅的薄圓板構(gòu)成，螺旋狀或同心圓狀地排列形成有多個狹縫33。蓋32與同軸波導管35連接，該同軸波導管35由內(nèi)側(cè)導體3 和外管3 構(gòu)成。 內(nèi)側(cè)導體3 與徑向線縫隙天線30連接。內(nèi)側(cè)導體3 在徑向線縫隙天線30的一側(cè)呈圓錐形，高效率地向徑向線縫隙天線30傳播微波。同軸波導管35使由微波供給裝置36產(chǎn)生的例如2. 45GHz的微波，經(jīng)過矩形波導管37a、模式轉(zhuǎn)換器37、同軸波導管35、滯波板31、和徑向線縫隙天線30，傳播到透過窗20。于是，利用該微波能量在透過窗20的下面形成電磁場，將由氣體導入部13供給到處理容器2內(nèi)的處理氣體等離子體化，對基座3上的晶片W 進行等離子體處理。在上述微波供給裝置36中附設(shè)有用于接通-斷開(ON-OFF)微波的供給的脈沖振蕩器38，通過該脈沖振蕩器38的動作，能夠?qū)ξ⒉ㄟM行脈沖調(diào)制，進行斷續(xù)地供給。在處理容器2的側(cè)壁5的上方、上述氣體導入部13的下方，水平地設(shè)置有噴淋板 41。該噴淋板41由電介質(zhì)、例如石英材料構(gòu)成，在面內(nèi)均勻地形成有多個透孔42。由該噴淋板41，將處理容器2內(nèi)的處理空間分隔為上方處理空間Sl和下方處理空間S2。利用該噴淋板41，能夠捕集在上方處理空間Sl中產(chǎn)生的離子，而僅使自由基通過。由此能夠抑制離子損傷。在氣體導入部13下方的處理容器2的內(nèi)壁表面上，設(shè)置有石英襯墊42，防止在處理容器2內(nèi)產(chǎn)生等離子體時，處理容器2的內(nèi)壁表面由于濺射而發(fā)生金屬污染。具有上述結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置1由控制裝置71控制?？刂蒲b置71具有中央處理裝置72、支持電路73、和包含相關(guān)的控制軟件的存儲介質(zhì)74。該控制裝置71例如控制來自氣體導入部13的氣體的供給、停止和流量調(diào)整、加熱器14a的溫度調(diào)節(jié)、排氣裝置11 的排氣、以及微波供給裝置36、脈沖振蕩器38等，對在等離子體處理裝置1中實施等離子體處理的各工序進行必要的控制?？刂蒲b置71的中央處理裝置72可以使用通用計算機的處理器。存儲介質(zhì)74例如可以使用以RAM、R0M、軟盤、硬盤為首的各種形式的存儲介質(zhì)。另外，支持電路73用于利用各種方法支持處理器，與中央處理裝置72連接。等離子體處理裝置1具有以上的結(jié)構(gòu)，例如在對通過熱氧化處理或等離子體氧化處理而在表面形成硅氧化膜的晶片W，進行等離子體氮化處理時，將晶片W載置在處理容器 2內(nèi)的基座3上，從氣體導入部13例如以1000/40sCCm的流量向處理容器2內(nèi)供給規(guī)定的處理氣體、例如Ar/N2的混合氣體，同時通過從排氣管12進行排氣，使處理空間S內(nèi)成為規(guī)定壓力，例如1. 31 133. 3Pa，優(yōu)選為6. 71 126. 6Pa。在此為6. 7Pa。由微波供給裝置 36產(chǎn)生高頻的微波，通過由脈沖振蕩器38進行的調(diào)制，斷續(xù)地供給微波，經(jīng)過同軸波導管 35、滯波板31，使微波均勻地向徑向線縫隙天線30傳播。此時的微波的功率，平均為800W， 重復周期為ON 50 μ s,OFF :50 μ s。由此，從徑向線縫隙天線30的狹縫33斷續(xù)地向透過窗 20供給電磁波。
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由此，在透過窗20的下面形成電磁場，在上方處理空間Sl中，上述處理氣體被等離子體化。于是，氮自由基通過噴淋板41的透孔42，被均勻地供給到晶片W的表面，對氧化膜進行氮化處理。此時的等離子體的密度為1\101° 5\1017側(cè)3，等離子體的電子溫度被控制得低至0. 1 leV，所以能夠在高密度下降低離子的能量，從而能夠進行低損傷的等離子體處理。此時，由于微波的供給斷續(xù)地進行，所以平均的氮離子照射能量降低，同時在供給 OFF時間內(nèi)，晶片W的表面溫度下降，氧化膜的氮化種的擴散速度下降，從而可進行損傷小的等離子體氮化處理。而且，在上述等離子體處理裝置1中，由于通過噴淋板41進行等離子體氮化處理，所以高能離子的直接照射被噴淋板41遮蔽，因此，從這一點看，也可對晶片 W的氧化膜進行損傷小的等離子體氮化處理。微波斷續(xù)供給的ON時間，每一個周期優(yōu)選為5 100 μ S。另外，微波的供給、停止的重復周期優(yōu)選為5kHz 100kHz。另外，斷續(xù)供給的微波供給的ON時間與OFF時間的比優(yōu)選為0. 10 5 1，即將被供給的微波看成脈沖狀波形時，ON占空比優(yōu)選為9 90%。 更優(yōu)選為30 83 %，進一步優(yōu)選為50 %。這樣等離子體氮化處理后的晶片W，可以接著進行退火處理。退火處理可以使用各種退火裝置，例如可以使用圖2所示的燈退火方式的退火裝置51。該退火裝置51中，在處理容器52的內(nèi)部上方，水平地架設(shè)有透明的石英板53，在蓋部M與石英板53之間的空間中，例如配置有燈M作為加熱源。處理容器52的底部，形成有與真空排氣裝置(未圖示)相通的排氣口 55。在處理容器2的側(cè)壁上石英板53的下方，設(shè)置有氣體供給口 56。晶片W被載置于設(shè)置在處理容器2底部的支撐銷57上。在該退火裝置51中，對等離子體氮化處理后的晶片W進行退火處理。作為處理條件，例如從氣體供給口 56供給N2A)2的混合氣體，而且將處理容器2內(nèi)減壓至例如 133Pa(ITorr)左右，將晶片W加熱到1000°C左右。此外，作為處理氣體，除了上述之外，例如可以是至少含有氧的氣體，為了降低氧的分壓，例如可以用氮氣進行稀釋。還可以添加氨、 氫后使用。在這樣的加熱條件下，對晶片W進行例如1 30秒、更優(yōu)選為5 10秒的弱退火處理。與以往的氮化處理后的退火處理相比，優(yōu)選這樣的減壓氣氛中的短時間的退火處理。由此，氧氮化膜的厚度不怎么增大，而使氧氮化膜的膜質(zhì)，即NBTI耐性、ON電流特性進一步提高，同時能夠使等離子體處理后的氧氮化膜中和界面的損傷恢復。利用上述實施例的等離子體處理方法，對形成例如P-MOSFET的柵極絕緣膜時的效果進行說明。圖3概略地表示P-MOSFET 61的結(jié)構(gòu)，在N型半導體基板62上分別形成P 型半導體63、64，分別引出漏極電極67、源極電極68。在它們之間形成柵極絕緣膜65，在柵極絕緣膜上形成柵極電極66，進而形成柵極引出電極69。在該柵極絕緣膜65中采用上述等離子體氮化處理后的氧氮化膜。此外，N-MOSFET通過相反地形成N型半導體基板62和P 型半導體63、64而構(gòu)成。在柵極絕緣膜65中采用利用本實施方式進行等離子體氮化后的氧氮化膜的情況下，在柵極絕緣膜65與N型半導體基板62的界面?zhèn)?，氮的濃度與以往的等離子體氮化處理后的氧氮化膜相比，得到了抑制，其結(jié)果NBTI耐性提高。接著，與其它特性一起，對此進一步詳細說明。圖4分別表示在氧化膜換算膜厚與漏電流的關(guān)系中，對氧化膜⑴實施“以往的等離子體氮化處理” (Y)和“以往的等離子體氮化處理+以前的退火處理” (Z)的情況；以及對其實施本實施方式的處理、即“由斷續(xù)供給微波進行的等離子體氮化處理”(A)和“由斷續(xù)供給微波進行的等離子體氮化處理+本發(fā)明的退火處理(弱退火處理)，，(B)的情況。根據(jù)圖4所示的N-M0SFET，與“以往的等離子體氮化處理”⑴相比，實施方式的 “由斷續(xù)供給微波進行的等離子體氮化處理”(A)可實現(xiàn)柵極絕緣膜間的漏電流進一步降低，而且膜的厚度薄。而且，在進一步對其實施退火處理的情況下，“以往的等離子體氮化處理+以前的退火處理”(Z)，雖然確實降低了漏電流，但膜厚增大相當大，高速動作性惡化。與此相對，“由斷續(xù)供給微波進行的等離子體氮化處理+本發(fā)明的退火處理(弱退火處理)，，(B)，雖然漏電流值本身比以往型稍微惡化，但膜厚的增大很少，可確保高速動作性。接著，對氧化膜換算膜厚與源極-漏極間的N-MOSFET的ON電流特性進行研究，如圖5所示，實施方式的“由斷續(xù)供給微波進行的等離子體氮化處理”(A)和“由斷續(xù)供給微波進行的等離子體氮化處理+本發(fā)明的退火處理(弱退火處理)”(B)的任何一種情況，都得到比以往高的ON電流值。此外，在圖5中，(C)表示在等離子體處理裝置1中，使用除去噴淋板41的圖6的等離子體處理裝置81，利用同樣的斷續(xù)供給的微波進行等離子體氮化處理的情況。S卩，圖6 的等離子體處理裝置81，具有將圖1所示的等離子體處理裝置81中的噴淋板41除去的結(jié)構(gòu)，其它的結(jié)構(gòu)都與圖1的等離子體處理裝置1的結(jié)構(gòu)相同。根據(jù)圖5所示的結(jié)果可知，在進行等離子體氮化處理時，由圖1所示的具有噴淋板 41的等離子體處理裝置1進行等離子體氮化處理的一方，能夠得到更高的MOSFET的ON電流。這可認為是噴淋板41對入射離子量的降低效果以及與由微波的斷續(xù)供給引起的電子溫度下降相伴的入射離子能量進一步降低的效果協(xié)同作用，進而得到了良好的效果。接著，對N-MOSFET的ON電流和NBTI (施加負電壓高溫應(yīng)力時的可靠性例如閾值電壓偏移量、ON電流值超出允許范圍之前的壽命或它們的偏移量、劣化程度成為指標)耐性進行研究。如圖7所示，實施方式的等離子體氮化處理，可得到非常高的NBTI耐性。另外，(D)表示對于在上述等離子體氮化處理后進行的退火處理，實施以往的“強退火處理”來取代“弱退火處理”的情況，如果進行本發(fā)明的等離子體氮化處理，則即使在其后實施以往的強退火處理，依然顯示出比以往高的NBTI耐性。接著，使用上述等離子體處理裝置1，改變各種等離子體條件，對構(gòu)成P-MOSFET的柵極絕緣膜的氧化膜進行等離子體氮化處理，以具有由此形成的氧氮化膜的PMOS的ON電流特性為橫軸，以NBTI耐性為縱軸，將其結(jié)果示于圖8。此時的等離子體氮化條件如下。
基底氧化膜的膜厚為1. Onm，處理容器內(nèi)的壓力為50mTorr (6. 65Pa)，功率為 1500W。另外，進行等離子體氮化處理時的氣體，氬氣/氮氣的流量比為1000SCCm/40SCCm。 等離子體氮化處理時間取5、10、20、40秒，其時柵極氧化膜中氮的濃度分別為5原子％、9原子％、11原子％、15原子％。在圖8中，各脈沖條件為脈沖條件1 =ON時間/OFF時間為50 μ S/50 μ S(ON占空比50%,重復周期IOkHz)；脈沖條件2 :0N時間/OFF時間為50 μ S/10 μ S (ON占空比83%，重復周期17kHz)；脈沖條件3 :0N時間/OFF時間為10μ S/ΙΟμ S(0N占空比50%，重復周期50kHz)；脈沖條件4 :0N時間/OFF時間為200 μ S/500 μ S (ON占空比，重復周期IkHz)。
此外，在圖中，CW表示連續(xù)波的情況。由此可以確認，脈沖條件4的情況與連續(xù)波沒有差別，但隨著從脈沖條件3變化至脈沖條件1，PMOS的ON電流特性與NBTI耐性均提高。即，能夠確認在以往的連續(xù)波中， ON電流特性與NBTI耐性有負相關(guān)的關(guān)系，改變膜中的氮濃度使任一方提高時，另一方則下降，但通過像本實施例那樣改變ON時間/OFF時間(占空比和重復周期)，能夠使ON電流特性與NBTI耐性同時提高。即，膜中的氮濃度為5原子％時，NBTI耐性提高得更高，該趨勢與氮濃度為9原子％時的趨勢大致相同。氮濃度為11原子％時，能夠使NBTI耐性與ON 電流特性雙方提高大致相同程度，氮濃度為15原子％時，能夠使ON電流特性進一步提高。 氮的濃度并不限于該范圍，優(yōu)選的范圍為1 20原子％，更優(yōu)選為5 15原子％，進一步優(yōu)選為9 13原子％。無論是哪個范圍，都能夠使ON電流特性與NBTI耐性雙方比以往提尚ο另外，對使用等離子體處理裝置1的等離子體氮化處理的工序的一個例子進行說明。首先，將表面形成有氧化膜的晶片W搬入處理容器2內(nèi)，將晶片W載置在基座上。 然后，例如以2000sCCm的流量向處理容器2內(nèi)供給Ar氣體，同時利用排氣裝置11對處理容器2內(nèi)的氣氛進行排氣，將處理容器2內(nèi)的壓力維持在126. 66Pa的減壓度。此時利用加熱器如將晶片W加熱到例如400°C。通過這樣事先對晶片W充分加熱、而且對處理容器2 內(nèi)進行減壓，能夠有效地除去晶片W上附著的水分，而且，由于一邊供給Ar氣體一邊對處理容器2內(nèi)進行排氣，所以能夠?qū)纳鲜鼍琖除去的水分和處理容器2內(nèi)的殘留氣氛進行有效地吹掃。由此，在等離子體氮化處理時，能夠?qū)原子均勻且有效地導入到基板上。這樣的所謂預熱工序，例如進行70秒。接著，進行等離子體點火工序。此時，例如以2000sCCm的流量向處理容器2內(nèi)繼續(xù)供給Ar氣體，將處理容器2內(nèi)的壓力維持在126. 66Pa的減壓度。這樣，通過將處理容器 2內(nèi)的壓力設(shè)定得比本來的等離子體氮化處理時的壓力高，所謂的等離子體點火變得容易。 此外，等離子體點火時微波供給裝置36的輸出為2000W，這樣的等離子體點火工序進行例如5秒。接著，為了使等離子體氮化處理穩(wěn)定，進一步對處理容器2內(nèi)進行減壓，使其壓力成為6. 7Pa。此時Ar氣體的供給流量降低為lOOOsccm，微波供給裝置36的輸出降低為 1500W，處理容器2內(nèi)的壓力和微波供給裝置36的輸出都被設(shè)定為等離子體氮化處理時的壓力和輸出。這樣的所謂準備、調(diào)整工序，進行例如5秒。接著，在分別將處理容器2內(nèi)的壓力維持為6. 7Pa、將微波供給裝置36的輸出維持為1500W、將Ar氣體的供給流量維持為lOOOsccm的狀態(tài)下，例如以40sCCm的流量向處理容器2內(nèi)供給氮氣，對晶片W的氧化膜進行等離子體氮化處理。該等離子體氮化處理的時間， 例如為5 40秒。規(guī)定的等離子體氮化處理結(jié)束時，停止微波供給裝置36，使等離子體消失(所謂的等離子體OFF)。此時，氮氣維持40sCCm的供給流量、Ar氣體維持lOOOsccm的供給流量， 處理容器2內(nèi)的壓力還被維持在6. 7Pa。這樣的等離子體消失的工序，進行例如3秒。接著，停止氮氣、Ar氣體的供給，例如將處理容器內(nèi)的壓力提高至和與等離子體處理裝置1連接的負載鎖定室等預備室相同的壓力之后，將晶片W從處理容器2搬出。
通過以這樣的工序進行等離子體氮化處理，能夠在低等離子體損傷下，均勻地將氮導入氧化膜表面?zhèn)龋軌蛱岣逳BTI耐性和ON電流特性。在以上的等離子體處理中，使用利用平面天線的微波等離子體作為等離子體源， 但也可以應(yīng)用平行平板型(電容型)等離子體、感應(yīng)耦合型等離子體(ICP)、ECR等離子體、 表面波等離子體、磁控管型等離子體等作為其它的等離子體源。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠減薄半導體器件的絕緣膜而不增大漏電流，對動作速度高的半導體器件的制造特別有用。
權(quán)利要求
1.一種等離子體氮化處理方法，其利用等離子體對氧化膜進行氮化，其特征在于 將形成有所述氧化膜的基板搬入到處理容器內(nèi)，一邊向所述處理容器內(nèi)供給Ar氣體，一邊使所述處理容器內(nèi)為減壓氣氛，對所述基板進行加熱以進行預熱，在所述處理容器內(nèi)將所述Ar氣體的等離子體點火，在等離子體點火后進一步對所述處理容器內(nèi)進行減壓，向該處理容器內(nèi)供給氮氣，將壓力調(diào)整為1. 3Pa 133. 3Pa使等離子體穩(wěn)定，利用所述等離子體對所述氧化膜進行等離子體氮化處理，所述等離子體的點火的壓力被設(shè)定為比所述等離子體氮化處理時的壓力高的壓力進行點火。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于 實施所述氮化處理后的所述氧化膜的氮濃度為1 20原子％。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于所述等離子體氮化處理由通過斷續(xù)供給微波而形成的等離子體進行。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述斷續(xù)供給的微波的供給接通時間，每1個周期為5 100 μ S。
5.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述斷續(xù)供給的微波的供給和停止的重復周期為5kHz 100kHz。
6.如權(quán)利要求4所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述微波的接通占空比為9 90%。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述等離子體氮化處理之后，進一步對所述基板進行退火處理。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述退火處理在^ / 混合氣體氣氛下進行。
9.如權(quán)利要求7所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述退火處理進行1 30秒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體氮化處理方法。在本發(fā)明中，在利用由微波產(chǎn)生的等離子體對形成氧化膜后的基板進行氮化處理以形成氧氮化膜時，斷續(xù)地進行微波的供給。通過斷續(xù)地供給微波，與電子溫度下降相伴的離子沖擊降低，氧化膜中的氮化種的擴散速度降低，其結(jié)果，氮集中在氧氮化膜的基板側(cè)界面上從而能夠抑制其濃度增高。由此，能夠提高氧氮化膜的膜質(zhì)，從而能夠降低漏電流、提高動作速度、并提高NBTI耐性。
文檔編號H01L29/78GK102181819SQ20111007594
公開日2011年9月14日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者中西敏雄, 佐藤吉宏, 尾崎成則, 松山征嗣, 足立光, 高槻浩一 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社