專利名稱：等離子體氮化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體氮化處理方法。
背景技術(shù)：
利用等離子體進(jìn)行成膜等處理的等離子體處理裝置，例如用于由硅或化合物半導(dǎo)體制作的各種半導(dǎo)體裝置、液晶顯示裝置(LCD)所代表的FPD (平板顯示器)等的制造過(guò)程中。在這種等離子體處理裝置中，作為處理容器內(nèi)的部件，大多使用以石英等電介質(zhì)為材質(zhì)的部件。例如，已知有在通過(guò)具有多個(gè)隙縫的平面天線向處 理容器內(nèi)導(dǎo)入微波、產(chǎn)生等離子體的微波激發(fā)等離子體處理裝置。這種微波激發(fā)等離子體處理裝置構(gòu)成為，由平面天線導(dǎo)入的微波經(jīng)由石英制的微波透過(guò)板(有時(shí)也稱為頂板或透過(guò)窗)導(dǎo)入處理容器內(nèi)的空間，通過(guò)在處理容器內(nèi)生成的電場(chǎng)，激發(fā)處理氣體，生成高密度等離子體(例如參照國(guó)際公開(kāi)第2008 / 146805 號(hào))。在上述國(guó)際公開(kāi)第2008 / 146805號(hào)中，作為等離子體氮化處理的前處理階段，公開(kāi)了如下所述的順序。首先，將偽晶片(dummy wafer)搬入腔室內(nèi)，并載置于基座,形成規(guī)定的真空氣氛。接著，向腔室內(nèi)導(dǎo)入微波，激發(fā)含有氧的氣體，形成氧化等離子體。接著，將腔室內(nèi)抽真空，并向腔室內(nèi)導(dǎo)入微波，激發(fā)含有氮的氣體，形成窒化等離子體。在形成規(guī)定時(shí)間氮化等離子體后，將偽晶片從腔室搬出，前處理階段結(jié)束。然后，在等離子體氮化處理階段中，首先將具有氧化膜的晶片(氧化膜晶片)搬入腔室內(nèi)，將腔室內(nèi)抽真空，并向腔室內(nèi)導(dǎo)入含有氮的氣體。之后，通過(guò)向腔室內(nèi)導(dǎo)入微波，使含有氮的氣體激發(fā)，形成等離子體，利用該等離子體，對(duì)晶片的氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理。此外，在利用等離子體進(jìn)行成膜等處理的等離子體處理裝置中，作為腔室的清洗方法，提出了交替進(jìn)行形成含有氧的氣體的等離子體的工序、和在上述腔室內(nèi)形成含有氮的氣體的等離子體的工序至少一個(gè)循環(huán)的方法(例如，參照國(guó)際公開(kāi)第2007 / 074016號(hào))。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)處理容器中在不同工序?qū)嵤┎煌N工藝的情況下，例如，前段工藝為進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理的工序、后段的工藝為進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理的工序的情況下，出現(xiàn)前段的工藝氣氛(含有殘留氮離子等)拖延的所謂的記憶效應(yīng)(memoryeffect)。由于該記憶效應(yīng)，在后段工藝的初期，氮?jiǎng)┝科x目標(biāo)值。為了減小這種記憶效應(yīng)所帶來(lái)的影響，在前段工藝結(jié)束后、開(kāi)始后段工藝之前，需要使用數(shù)片附有二氧化硅(SiO2)等氧化膜的不能再使用的偽晶片，在與后段工藝相同的條件下進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理。但是，在這種方法中，由于偽晶片不能再使用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此，必須手工一片片地安裝偽晶片，該準(zhǔn)備工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。并且，消除記憶效應(yīng)的影響、直至使得后段工藝穩(wěn)定在正常狀態(tài)耗費(fèi)時(shí)間，存在生產(chǎn)率降低、批量運(yùn)用出現(xiàn)阻礙的問(wèn)題。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體氮化處理方法，該方法在從高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理向低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理轉(zhuǎn)換時(shí)，能夠在短時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體狀態(tài)。本發(fā)明的等離子體氮化處理方法，將含有氮?dú)獾奶幚須怏w導(dǎo)入等離子體處理裝置的處理容器，生成高氮?jiǎng)┝織l件的含氮等離子體，對(duì)具有氧化膜的被處理體進(jìn)行高氮?jiǎng)┝?dose)的等離子體氮化處理后，生成低氮?jiǎng)┝織l件的含氮等離子體，對(duì)被處理體進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理，在所述高氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理結(jié)束后，向同一所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入稀有氣體、氮?dú)夂脱鯕?，在所述處理容器?nèi)的壓力為532Pa以上833Pa以下，且全部處理氣體中的氧氣的體積流量比為I. 5%以上5%以下的條件下，生成添加有微量氧的氮等離子體，利用該添加有微量氧的氮等離子體在所述處理容器內(nèi)進(jìn)行等離子體陳化(seasoning)處理。本發(fā)明的等離子體氮化處理方法，優(yōu)選所述高氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理中對(duì)被處理體的氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值為IOX 1015atoms / cm2以上50 X 1015atoms / cm2以下，所述低氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理中對(duì)被處理體的氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值為IX 1015atoms / cm2以上 10X1015atoms / cm2 以下。
在本發(fā)明的等離子體氮化處理方法中，優(yōu)選所述等離子體為利用所述處理氣體和由具有多個(gè)隙縫的平面天線導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的微波而形成的微波激發(fā)等離子體。在本發(fā)明的等離子體氮化處理方法中，所述等離子體陳化處理中的所述微波的功率在1000W以上1200W以下的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1050W以上1150W以下的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的等離子體氮化處理方法，在從進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理的工序向進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理的工序轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，在處理容器(腔室)內(nèi)的壓 力處于532Pa以上833Pa以下的范圍內(nèi)、總處理氣體中的氧氣的體積流量比為I. 5%以上5%以下的條件下，使用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行等離子體陳化處理。由此，在從高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理向低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理轉(zhuǎn)換時(shí)，記憶效應(yīng)受到抑制，能夠在短時(shí)間內(nèi)使低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理穩(wěn)定化。并且，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理。


圖I是表示適于實(shí)施本發(fā)明的等離子體氮化處理方法的等離子體氮化處理裝置的結(jié)構(gòu)例的截面示意圖。圖2是表示平面天線的結(jié)構(gòu)例的圖。圖3是表示控制部的結(jié)構(gòu)例的說(shuō)明圖。圖4是說(shuō)明本發(fā)明的等離子體氮化處理方法的工序的概要的圖。圖5是表示從高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理向低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序轉(zhuǎn)換時(shí)的記憶效應(yīng)所引起的氮?jiǎng)┝康淖兓恼f(shuō)明圖。圖6是表示在從高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理向低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，實(shí)施等離子體陳化處理時(shí)的氮?jiǎng)┝康淖兓恼f(shuō)明圖。圖7是表示在處理容器內(nèi)進(jìn)行氮化處理時(shí)處理容器I內(nèi)的氮和氧的量的時(shí)間變化的說(shuō)明書(shū)圖。圖8是表不穩(wěn)定氣劑量依賴于偽晶片(依賴基板)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)不例的圖。圖9是表示等離子體陳化處理中改變壓力條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)示例的圖。
圖10是表示等離子體陳化處理中改變處理氣體的總流量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)示例的圖。圖11是表示等離子體陳化處理中改變O2氣體的體積流量比率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)示例的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。<等離子體氮化處理裝置>首先，參照?qǐng)DI 3，對(duì)本發(fā)明的等離子體氮化處理方法能夠利用的等離子體氮化·處理裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖I是示意性地表示等離子體氮化處理裝置100的大致結(jié)構(gòu)的截面示意圖。此外，圖2是表示圖I的等離子體氮化處理裝置100的平面天線的平面圖，圖3是說(shuō)明等離子體氮化處理裝置100的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。等離子體氮化處理裝置100構(gòu)成為RLSA微波等離子體處理裝置，利用具有多個(gè)隙縫狀的孔的平面天線、特別是RLSA (Radial Line Slot Antenna :徑向線隙縫天線)向處理容器內(nèi)導(dǎo)入微波，在處理容器內(nèi)產(chǎn)生高密度、低電子溫度的微波激發(fā)等離子體。在等離子體氮化處理裝置100中，能夠利用例如具有I XlOltl 5X IO12 / cm3的等離子體密度、且具有
0.7 2e V的低電子溫度的等離子體進(jìn)行處理。因此，等離子體氮化處理裝置100能夠適用于在各種半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中形成氮化硅膜(SiN膜)等氮化膜的目的。作為等離子體氮化處理裝置100的主要構(gòu)成，具備收容作為被處理體的半導(dǎo)體晶片(以下簡(jiǎn)稱為“晶片”)W的處理容器1，在處理容器I內(nèi)載置晶片W的載置臺(tái)2，向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入氣體、并與氣體導(dǎo)入部15連接的氣體供給裝置18，用于對(duì)處理容器I內(nèi)進(jìn)行減壓排氣的排氣裝置24，設(shè)置于處理容器I的上部、作為向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入微波以生成等離子體的等離子體生成單元的微波導(dǎo)入裝置27，和控制這些等離子體氮化處理裝置100的各構(gòu)成部的控制部50。其中，所述的被處理體(晶片W)，也包括在其表面形成的各種薄膜，例如多晶硅層或二氧化硅膜等。此外，氣體供給裝置18也可以不包含在等離子體氮化處理裝置100的構(gòu)成部分中，而使用將外部的氣體供給裝置與氣體導(dǎo)入部15連接使用的結(jié)構(gòu)。處理容器I由接地的大致為圓筒狀的容器形成。其中，處理容器I也可以由方矩形管(square tube)形狀的容器形成。處理容器I的上部開(kāi)口，具有由鋁等材質(zhì)形成的底壁Ia和側(cè)壁Ib0在處理容器I的內(nèi)部，設(shè)置有用于水平載置作為被處理體的晶片W的載置臺(tái)2。載置臺(tái)2例如由AIN、Al2O3等陶瓷構(gòu)成。其中，特別優(yōu)選使用導(dǎo)熱性高的材質(zhì)，例如A1N。該載置臺(tái)2由從排氣室11的底部中央向上方延伸的圓筒狀的支承部件3支承。支承部件3例如由AlN等陶瓷構(gòu)成。此外，載置臺(tái)2設(shè)置有用于將其外緣部或整個(gè)表面覆蓋、并且弓I導(dǎo)晶片W的罩部件
4。該罩部件4形成為環(huán)狀，覆蓋載置臺(tái)2的載置面和/或側(cè)面。利用罩部件4阻斷載置臺(tái)2與等離子體的接觸，防止載置臺(tái)2被濺射，能夠?qū)崿F(xiàn)防止雜質(zhì)混入晶片W。罩部件4例如由石英、單晶硅、多晶硅、無(wú)定形硅、氮化硅等材質(zhì)構(gòu)成，其中，最為優(yōu)選與等離子體的匹配性好的石英。此外，構(gòu)成罩部件4的上述材質(zhì)優(yōu)選為堿金屬、金屬等雜質(zhì)的含量少的高純度的材質(zhì)。
并且，載置臺(tái)2中埋設(shè)有電阻加熱型的加熱器5。該加熱器5通過(guò)從加熱器電源5a供電而將載置臺(tái)2加熱，利用該熱量將作為被處理體的晶片W均勻加熱。此外，載置臺(tái)2配設(shè)有熱電偶(TC)6。利用該熱電偶6進(jìn)行溫度測(cè)量，從而能夠?qū)⒕琖的加熱溫度控制在例如從室溫至900°C的范圍內(nèi)。此外，載置臺(tái)2設(shè)置有用于在將晶片W搬入處理容器I內(nèi)時(shí)進(jìn)行晶片W的交接的晶片支承銷(未圖示)。各晶片支承銷以能夠相對(duì)于載置臺(tái)2的表面突出沒(méi)入的方式設(shè)置。在處理容器I的內(nèi)周設(shè)置有由石英形成的圓筒狀的襯套(liner)7。并且，為了實(shí)現(xiàn)處理容器I內(nèi)的均勻的排氣，在載置臺(tái)2的外周側(cè)以環(huán)狀設(shè)置有具備多個(gè)排氣孔8a的石英制的擋板(baffle plate) 8。該擋板8有多個(gè)支柱9支承。
在處理容器I的底壁Ia的大致中央部形成有圓形的開(kāi)口部10。底壁Ia設(shè)置有與該開(kāi)口部10連通、向下方突出的排氣室11。該排氣室11連接有排氣管12，該排氣管12與排氣裝置24連接。這樣，形成能夠?qū)⑻幚砣萜鱅內(nèi)真空排氣的結(jié)構(gòu)。在開(kāi)口的處理容器I的上部，配置有具有能夠?qū)⑻幚砣萜鱅開(kāi)閉的功能(Lid (蓋子)功能)的框狀的板13。板13的內(nèi)周向內(nèi)側(cè)(處理容器內(nèi)空間)突出，形成環(huán)狀的支承部13a。該板13與處理容器I之間通過(guò)密封部件14氣密地密封。在處理容器I的側(cè)壁lb，設(shè)置有用于在等離子體氮化處理裝置100和與其鄰接的搬送室(未圖示)之間進(jìn)行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口 16、和將該搬入搬出口 16打開(kāi)關(guān)閉的閘閥17。并且，在處理容器I的側(cè)壁lb，設(shè)置有呈環(huán)狀的氣體導(dǎo)入部15。該氣體導(dǎo)入部15與供給等離子體激發(fā)用氣體或氮?dú)獾臍怏w供給裝置18連接。其中，氣體導(dǎo)入部15也可以設(shè)置成噴嘴狀或噴頭狀。氣體供給裝置18具備氣體供給源、配管(例如氣體管線20a、20b、20c、20d)、流量控制裝置(例如、質(zhì)量流量控制器21a、21b、20c和閥(例如開(kāi)閉閥22a、22b、22c)。作為氣體供給源，例如具有稀有氣體供給源19a、氮?dú)夤┙o源19b和氧氣供給源19c。其中，氣體供給裝置18，可以具有作為上述以外的未圖示的氣體供給源的例如在置換處理容器I內(nèi)氣氛時(shí)使用的吹掃氣體供給源等。作為從稀有氣體供給源19a供給的稀有氣體，例如可以使用稀有氣體。作為稀有氣體，例如可以使用Ar氣體、Kr氣體、Xe氣體、He氣體等。其中，在經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異的方面，特別優(yōu)選使用Ar氣體。圖I中代表性地圖示了 Ar氣體。稀有氣體、氮?dú)夂脱鯕夥謩e從氣體供給裝置18的稀有氣體供給源19a、氮?dú)夤┙o源19b、氧氣供給源19c經(jīng)由氣體管線(配管)20a、20b、20c供給。氣體管線20a、20b、20c在氣體管線20d中合流，從與該氣體管線20d連接的氣體導(dǎo)入部15被導(dǎo)入處理容器I內(nèi)。與各氣體供給源連接的各氣體管線20a、20b、20c分別設(shè)置有質(zhì)量流量控制器21a、21b、21c以及在其前后配設(shè)的一組開(kāi)閉閥22a、22b、22c。通過(guò)這種氣體供給裝置18的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)供給的氣體的切換和流量等的控制。排氣裝置24具備例如渦輪分子泵等高速真空泵。如上所述，排氣裝置24經(jīng)由排氣管12與處理容器I的排氣室11連接。處理容器I內(nèi)的氣體向排氣室11的空間Ila內(nèi)均勻流動(dòng)，使排氣裝置24工作，從而進(jìn)一步從空間Ila經(jīng)由排氣管12向外部排氣。由此，能夠?qū)⑻幚砣萜鱅內(nèi)快速減壓至規(guī)定的真空度，例如O. 133Pa。
下面，對(duì)微波導(dǎo)入裝置27的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。微波導(dǎo)入裝置27，作為主要的構(gòu)成，具備透過(guò)板28、平面天線31、滯波件33、罩部件34、波導(dǎo)管37、匹配回路38和微波發(fā)生裝置39。微波導(dǎo)入裝置27為向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入電磁波(微波)生成等離子體的等離子體生成單元。具有能夠使微波透過(guò)功能的透過(guò)板28配設(shè)在板13中向內(nèi)周側(cè)突出的支承部13a上。透過(guò)板28由電介質(zhì)、例如石英等材質(zhì)構(gòu)成。該透過(guò)板28與支承部13a之間通過(guò)O形環(huán)等密封部件29氣密地密封。因此，處理容器I內(nèi)能夠保持氣密。平面天線31在透過(guò)板28的上方(處理容器I的外側(cè))，以與載置臺(tái)2相對(duì)的方式設(shè)置。平面天線31呈圓板狀。其中，平面天線31的形狀不限于圓板狀，例如也可以為四邊形板狀。該平面天線31卡合在板13的上端。平面天線31例如有表面鍍金或鍍銀的銅板、鋁板、鎳板以及它們的合金等導(dǎo)電性部件構(gòu)成。平面天線31具有放射微波的多個(gè)隙縫狀的微波放射孔32。微波放射孔32以規(guī)定的圖案貫通平面天線31而形成。例如圖2所示，各個(gè)微波放射孔32呈隙縫狀(細(xì)長(zhǎng)的長(zhǎng)方形狀)。并且，典型地，鄰接的微波放射孔32配置為“L”字狀。并且，這樣組合成規(guī)定形狀(例如L字狀)配置的微波放射孔32，進(jìn)一步作為整體配置為同心圓狀。微波放射孔32的長(zhǎng)度和配列間隔根據(jù)波導(dǎo)管37內(nèi)的微波的波長(zhǎng)(Ag)而確定。例如，微波放射孔32的間隔配置為Ag/4 Ag。在圖2中，以Ar表示形成為同心圓狀的鄰接的微波放射孔32彼此之間的間隔。其中，微波放射孔32的形狀也可以為圓形狀、圓弧形狀等其他的形狀。并且，微波放射孔32的配置方式?jīng)]有特別限定，除了配置成同心圓狀之外，例如也可以配置成螺旋狀、放射狀等。平面天線31的上表面(在平面天線31與罩部件34之間形成的扁平波導(dǎo)路)，設(shè)置有介電常數(shù)大于真空的滯波件33。由于真空中微波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，該滯波件33具有縮短微波的波長(zhǎng)、有效地生成等離子體的調(diào)節(jié)功能。作為滯波件33的材質(zhì)，例如可以使用石英、聚四氟乙烯樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂等。其中，平面天線31與透過(guò)板28之間、以及滯波件33與平面天線31之間，可以分別接觸也可以離開(kāi)，但是優(yōu)選接觸。在處理容器I的上部，以覆蓋這些平面天線31和滯波件33的方式設(shè)置有罩部件34。罩部件34例如由鋁或不銹鋼等金屬材料形成。通過(guò)罩部件34和平面天線31，形成扁平波導(dǎo)路，使得微波向處理容器I內(nèi)均勻傳播。板13的上端與罩部件34由密封部件35密封。并且，在罩部件34的壁體的內(nèi)部形成有冷卻水流路34a。通過(guò)使冷卻水在該冷卻水流路34a中流通，能夠?qū)⒄植考?4、滯波件33、平面天線31和透過(guò)板28冷卻。其中，罩部件34接地。在罩部件34的上壁(天井部)的中央形成有開(kāi)口部36，該開(kāi)口部36連接有波導(dǎo)管37。在波導(dǎo)管37的另一端側(cè)，經(jīng)由匹配回路38連接有產(chǎn)生微波的微波發(fā)生裝置39。波導(dǎo)管37具有從上述罩部件34的開(kāi)口部36向上方伸出的截面為圓形狀的同軸波導(dǎo)管37a、和在該同軸波導(dǎo)管37a的上端部經(jīng)由模式轉(zhuǎn)換器40連接的在水平方向延伸的矩形波導(dǎo)管37b。模式轉(zhuǎn)換器40具有將在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播的微波轉(zhuǎn)換為 TEM模式的功能。同軸波導(dǎo)管37a的中心延伸存在有內(nèi)導(dǎo)體41。該內(nèi)導(dǎo)體41在其下端部連接并固定在平面天線31的中心。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，微波能夠有效且均勻地經(jīng)由同軸波導(dǎo)管37a的內(nèi)導(dǎo)體41呈放射狀向由平面天線31和罩部件34形成的扁平波導(dǎo)路傳播。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)的微波導(dǎo)入裝置27，由微波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的微波經(jīng)由波導(dǎo)管37向平面天線31傳播，進(jìn)一步從微波放射孔32 (隙縫)經(jīng)由透過(guò)板28導(dǎo)入處理容器I內(nèi)。其中，作為微波的頻率，例如優(yōu)選使用2. 45GHz，此外，還可以使用8. 35GHzU. 98GHz等。
等離子體氮化處理裝置100的各構(gòu)成部與控制部50連接并受其控制?？刂撇?0典型性的是計(jì)算機(jī)，例如圖3所示，具備CPU的工藝控制器51、與該工藝控制器51連接的用戶接口 52和存儲(chǔ)部53。工藝控制器51是等離子體氮化處理裝置100中總體控制與例如溫度、壓力、氣體流量、微波輸出等處理?xiàng)l件相關(guān)的各構(gòu)成部(例如加熱器電源5a、氣體供給裝置18、排氣裝置24、微波發(fā)生裝置39等)的控制單元。用戶接口 52具有工序管理者為了管理等離子體氮化處理裝置100而進(jìn)行指令的輸入操作等的鍵盤(pán)、或可視化顯示等離子體氮化處理裝置100的工作狀況的顯示器等。并且，存儲(chǔ)部53中存儲(chǔ)有方案，該方案記錄有用于通過(guò)工藝控制器51的控制實(shí)現(xiàn)在等離子體氮化處理裝置100中執(zhí)行的各種處理的控制程序(軟件)或處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等。并且，根據(jù)需要，可以根據(jù)來(lái)自用戶接口 52的指示等從存儲(chǔ)部53調(diào)出任意的方案，由工藝控制器51實(shí)行，從而在工藝控制器51的控制下，在等離子體氮化處理裝置100的處理容器I內(nèi)進(jìn)行所希望的處理。并且，上述控制程序或處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的方案可以以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)能夠讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中的狀態(tài)使用，該存儲(chǔ)介質(zhì)例如為CD - ROM、硬盤(pán)、軟盤(pán)、閃存、DVD、藍(lán)光盤(pán)等。還可以從其他裝置例如通過(guò)專用線路傳送并利用該方案。在這樣構(gòu)成的等離子體氮化處理裝置100中，例如能夠在25°C (室溫程度)以上6000C以下的低溫下對(duì)晶片W進(jìn)行無(wú)損傷的等離子體處理。并且，等離子體氮化處理裝置100，由于等離子體的均勻性優(yōu)異。所以即使對(duì)大口徑的晶片W也能夠?qū)崿F(xiàn)工藝的均勻性。下面，對(duì)于使用RLSA方式的等離子體氮化處理裝置100對(duì)一片晶片W進(jìn)行的等離子體氮化處理的順序的一個(gè)示例進(jìn)行說(shuō)明。除了工藝條件不同之外，該順序無(wú)論在高氮?jiǎng)┝康墓に囍羞€是在低氮?jiǎng)┝康墓に囍卸际峭瑯拥摹Ｊ紫?，將閘閥17打開(kāi)，將晶片W從搬入搬出口 16搬入處理容器I內(nèi)，并載置在載置臺(tái)2上。接著，一邊均勻地對(duì)處理容器I內(nèi)進(jìn)行減壓排氣，一邊以規(guī)定的流量從氣體供給裝置18的稀有氣體供給源19a和氮?dú)夤┙o源19b分別經(jīng)由氣體導(dǎo)入部15向處理容器I內(nèi)均勻地導(dǎo)入稀有氣體和氮?dú)?。這樣一來(lái)，將處理容器I內(nèi)調(diào)節(jié)為規(guī)定的壓力。接著，將由微波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的規(guī)定頻率例如2. 45GHz的微波經(jīng)由匹配回路38導(dǎo)入波導(dǎo)管37。導(dǎo)入波導(dǎo)管37的微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管37b和同軸波導(dǎo)管37a，經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體41被供給到平面天線31。微波在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波由模式轉(zhuǎn)換器40轉(zhuǎn)換為T(mén)EM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線31傳播。接著，微波從在平面天線31貫通形成的隙縫狀的微波放射孔32經(jīng)由透過(guò)板28在處理容器I內(nèi)向晶片W的上方空間放射。通過(guò)從平面天線31經(jīng)透過(guò)板28放射到處理容器I內(nèi)的微波，在處理容器I內(nèi)形成電磁場(chǎng)，稀有氣體和氮?dú)獾忍幚須怏w等離子體化。由于微波從平面天線31的多個(gè)微波放射孔32放射，因而這樣生成的微波激發(fā)等離子體成為大致IX 101° 5X IO12 / cm3的高密度、且在晶片W附近大致為I. 2eV以下的低電子溫度等離子體。在等離子體氮化處理裝置100中實(shí)施的等離子體氮化處理的條件可以作為方案保存在控制部50的存儲(chǔ)部53中。然后，工藝控制器51讀取該方案，向等離子體氮化處理裝置100的各構(gòu)成部、例如氣體供給裝置18、排氣裝置24、微波發(fā)生裝置39、加熱器電源5a等輸出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)所希望的條件下的等離子體氮化處理。<等離子體氮化處理方法的順序>下面，參照

本實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法的順序。圖4表示本實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法整體的工序順序。如圖4所示，等離子體氮化處理方法具有第一氮化處理工序、在第一氮化處理工序后進(jìn)行的等離子體陳化工序和進(jìn)行與第一氮化處理工序不同種類的等離子體氮化處理的第二氮化處理工序。進(jìn)一步具體而言，第一氮化處理工序中，向等離子體氮化處理裝置100的處理容器I中導(dǎo)入含有氮?dú)獾奶幚須怏w，以第一等離子體生成條件生成含氮等離子體，一邊交換晶片W，一邊重復(fù)對(duì)晶片W進(jìn)行氮化處理。此外，等離子體陳化工序是第一氮化處理工序之后進(jìn)行的工序，利用添加有微量氧的含氮等離子體(添加有微量氧的氮等離子體)，調(diào)節(jié)第一氮化處理工序后處理容器I內(nèi)的殘留氧量和殘留氮量。此外，第二氮化處理工序中，在等離子體陳化工序之后向處理容器I內(nèi)導(dǎo) 入含有氮?dú)獾奶幚須怏w，在第二等離子體生成條件下生成氮等離子體，一邊交換晶片W，一邊重復(fù)對(duì)晶片W進(jìn)行氮化處理。第一氮化處理工序和第二氮化處理工序都進(jìn)行等離子體氮化處理，在這一點(diǎn)兩者是相同的，但是例如根據(jù)在各工序中目標(biāo)的氮化力(將晶片W上的薄膜氮化的能力)的程度，能夠區(qū)分第一氮化處理工序和第二氮化處理工序中等離子體氮化處理的內(nèi)容。具體而言，在第一氮化處理工序的等離子體氮化處理中，在第一等離子體生成條件下生成氮等離子體，對(duì)晶片W進(jìn)行處理。第二氮化處理工序的等離子體氮化處理中，在對(duì)于晶片W的氮?jiǎng)┝啃∮诘谝坏幚砉ば虻牡入x子體氮化處理的第二等離子體生成條件下，生成氮等離子體，對(duì)晶片W進(jìn)行等離子體氮化處理。在本實(shí)施方式中，“高氮?jiǎng)┝俊?、“低氮?jiǎng)┝俊本哂邢鄬?duì)的意義。第一氮化處理工序中對(duì)于晶片W的氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值例如為10X1015atoms/cm2以上50 X 1015atoms / cm2以下，優(yōu)選為15X 1015atoms / cm2以上30X 1015atoms / cm2以下。第二氮化處理工序中對(duì)于晶片W的氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值例如為lX1015atoms / cm2以上且低于10 X 1015atoms / cm2，優(yōu)選為5X1015atoms / cm2以上9X 1015atoms / cm2以下。在這種情況下，第二等離子體生成條件指氮化力比第一等離子體生成條件弱的等離子體生成條件。其中，等離子體氮化處理中對(duì)于晶片W的氮?jiǎng)┝磕軌蛲ㄟ^(guò)例如微波功率、處理氣體的流量、處理壓力等條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其處于上述范圍內(nèi)。在本實(shí)施方式中，高氮?jiǎng)┝康墓に嚄l件和低氮?jiǎng)┝康墓に嚄l件分別如下所示。<高氮?jiǎng)┝康墓に嚄l件>處理壓力；20PaAr 氣體流量；48mL / min (sccm)N2 氣體流量；32mL / min (sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率2000W (功率密度2. 8ff / cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間110秒
晶片直徑300mm<低氮?jiǎng)┝康墓に嚄l件>處理壓力；20PaAr 氣體流量；456mL / min (sccm)N2 氣體流量；24mL / min (sccm)微波的頻率2. 45GHz 微波功率1000W (功率密度I. 4ff / cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間5秒晶片直徑300mm在本實(shí)施方式的等離子體氮化處理方法中，在從作為第一氮化處理工序的高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序向作為第二氮化處理工序的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序轉(zhuǎn)換期間，如圖4所示，實(shí)行等離子體陳化工序。進(jìn)行該等離子體陳化工序的目的在于，在處理容器I內(nèi)生成添加有微量氧的氮等離子體，調(diào)節(jié)處理容器I內(nèi)的氧和氮的量。<等離子體陳化的順序>在此，對(duì)于等離子體氮化處理裝置100中的等離子體陳化工序的順序進(jìn)行說(shuō)明。首先，打開(kāi)閘閥17將偽晶片從搬入搬出口 16搬入處理容器I內(nèi)，并載置在載置臺(tái)2上。其中，也可以不使用偽晶片。接著，一邊對(duì)處理容器I內(nèi)進(jìn)行減壓排氣，一邊以規(guī)定的流量從氣體供給裝置18的稀有氣體供給源19a、氮?dú)夤┙o源19b和氧氣供給源19c分別經(jīng)由氣體導(dǎo)入部15向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入稀有氣體、氮?dú)夂脱鯕?。這樣一來(lái)，將處理容器I內(nèi)調(diào)節(jié)為規(guī)定的壓力。接著，將由微波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的規(guī)定頻率例如2. 45GHz的微波經(jīng)由匹配回路38導(dǎo)入波導(dǎo)管37。導(dǎo)入波導(dǎo)管37的微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管37b和同軸波導(dǎo)管37a，經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體41被供給到平面天線31。微波在矩形波導(dǎo)管37b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波由模式轉(zhuǎn)換器40轉(zhuǎn)換為T(mén)EM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線31傳播。接著，微波從在平面天線31貫通形成的隙縫狀的微波放射孔32經(jīng)由透過(guò)板28在處理容器I內(nèi)向晶片W的上方空間放射。通過(guò)從平面天線31經(jīng)透過(guò)板28放射到處理容器I內(nèi)的微波，在處理容器I內(nèi)形成電磁場(chǎng)，稀有氣體、氮?dú)夂脱鯕獾入x子體化。由于微波從平面天線31的多個(gè)微波放射孔32放射，因而這樣生成的微波激發(fā)等離子體為大致I X 101° 5X IO12 / cm3的高密度、且在晶片W附近大致為I. 2eV以下的均勻的低電子溫度等離子體。<等離子體陳化的條件>在等離子體氮化處理裝置100中進(jìn)行的等離子體陳化優(yōu)選的條件如下所述。[處理氣體]作為等離子體陳化工序中的處理氣體，優(yōu)選使用N2氣和O2氣，作為稀有氣體，優(yōu)選使用Ar氣體。此時(shí)，從盡量緩和N2氣氛的觀點(diǎn)出發(fā)，全部處理氣體中所含的N2氣體的流量比率(體積比率)例如優(yōu)選2%以上8%以下的范圍，更優(yōu)選4%以上6%以下的范圍。并且，從構(gòu)建緩和的O2氣氛的觀點(diǎn)出發(fā)，全部處理氣體中所含的O2氣體的流量比率(體積比率)例如優(yōu)選為I. 5%以上5%以下的范圍，更優(yōu)選I. 5%以上2. 5%以下的范圍。并且，從殘留有N2氣氛的狀態(tài)混合存在O2氣氛的觀點(diǎn)出發(fā)，處理氣體中所含的N2氣體與O2氣體的流量比(N2氣體02氣體，體積比)例如優(yōu)選為1.5 :1以上4 :1以下的范圍，更優(yōu)選2 :1以上3 I以下的范圍。例如在對(duì)直徑300mm的晶片W進(jìn)行處理的情況下，能夠通過(guò)設(shè)定Ar氣體的流量為10OmT, / min (sccm)以上500mL / min (sccm)以下的范圍內(nèi)、N2氣體的流量為4mL / min(sccm)以上20mL / min (sccm)以下的范圍內(nèi)、O2氣體的流量為2mL / min (sccm)以上IOmL / min (sccm)以下的范圍內(nèi)，從而分別獲得上述流量比。[處理壓力]從自由基生成主體的等離子體、并且提高控制性的觀點(diǎn)出發(fā)，等離子體陳化工序中的處理壓力優(yōu)選為532Pa以上833Pa以下的范圍，更優(yōu)選為532Pa以上667Pa以下的范圍。在處理壓力低于532Pa時(shí),氧自由基過(guò)于成為主體，N2氣氛消失。
[處理時(shí)間]等離子體陳化工序中的處理時(shí)間例如優(yōu)選設(shè)定為4秒以上6秒以下，更優(yōu)選設(shè)定為4. 5秒以上5. 5秒以下。雖然處理容器I內(nèi)氧量的調(diào)節(jié)效果與直至某種程度的時(shí)間的處理時(shí)間成比例地增大，但是如果處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則到達(dá)頂點(diǎn)，整體的處理能力下降。因此，優(yōu)選在獲得所希望的氧量調(diào)節(jié)效果的范圍內(nèi)盡量縮短設(shè)定處理時(shí)間。[微波功率]從穩(wěn)定且均勻地生成氮等離子體、并且盡可能生成緩和的等離子體的觀點(diǎn)出發(fā)，等離子體陳化工序中微波的功率，以功率密度表示優(yōu)選每Icm2面積的晶片W在I. 4W以上
I.7W以下的范圍內(nèi)。因此，在使用直徑為300mm的晶片W的情況下，作為微波功率，優(yōu)選在IOOOff以上1200W以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1050W以上1150W以下的范圍內(nèi)。[處理溫度]處理溫度(偽晶片的加熱溫度)，作為載置臺(tái)2的溫度，例如優(yōu)選設(shè)定在室溫(25°C左右)以上600°C以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選設(shè)定在200°C以上500°C以下的范圍內(nèi)，希望設(shè)定在4000C以上500°C以下的范圍內(nèi)。在等離子體氮化處理裝置100中實(shí)施的利用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行的等離子體陳化工序的條件，作為方案保存在控制部50的存儲(chǔ)部53中。并且，工藝控制器51讀取該方案，向等離子體氮化處理裝置100的各構(gòu)成部、例如氣體供給裝置18、排氣裝置
24、微波發(fā)生裝置39、加熱器電源5a等發(fā)出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)所希望的條件下的等離子體陳化處理。下面，對(duì)于作為本發(fā)明基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示從作為第一氮化處理工序的高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序向作為第二氮化處理工序的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序轉(zhuǎn)變期間，不實(shí)施等離子體陳化工序時(shí)的氮?jiǎng)┝康淖兓囊粋€(gè)示例的說(shuō)明圖。在圖5中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示氮?jiǎng)┝縖X1015atomS/Cm2]。在這種情況下，高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理中的氮?jiǎng)┝康幕鶞?zhǔn)例如設(shè)定為20 X 1015atomS/Cm2以上。低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理中的氮?jiǎng)┝康幕鶞?zhǔn)例如設(shè)定為9X 1015atomS/Cm2以下。如圖5所示可知，在從高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理轉(zhuǎn)變?yōu)榈偷獎(jiǎng)┝康牡入x子體處理之后，偽晶片Dl D3也會(huì)偏離氮?jiǎng)┝康幕鶞?zhǔn)，在直至能夠穩(wěn)定獲得希望的低氮?jiǎng)┝?在圖5中，例如為8X1015atoms / cm2)為止，需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。即，由圖5可知，發(fā)生作為前段工序的高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理的氣氛(氮例子等)拖延的所謂的記憶效應(yīng)。圖6是表示作為本發(fā)明特征的、在上述作為第一氮化處理工序的高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序結(jié)束后、轉(zhuǎn)至作為第二氮化處理工序的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理工序之前，利用添加有微量氧的氮等離子體在處理容器I內(nèi)實(shí)施等離子體陳化時(shí)的氮?jiǎng)┝康淖兓囊粋€(gè)示例的說(shuō)明圖。在圖6中，與圖5同樣，橫軸表不時(shí)間，縱軸表不氮?jiǎng)┝縖X 1015atoms/cm2]。在圖6中，在低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理開(kāi)始即刻，能夠穩(wěn)定獲得作為低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理中的基準(zhǔn)的9X 1015atoms / cm2以下的氮?jiǎng)┝?。?duì)圖5和圖6進(jìn)行比較可知，通過(guò)進(jìn)行本實(shí)施方式的等離子體陳化處理，在從高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理轉(zhuǎn)至低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理時(shí)，在低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理開(kāi)始即刻，所希望的低氮?jiǎng)┝?在圖6中，例如為8X 1015atoms / cm2)在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。因此可知,根據(jù)本實(shí)施方式的等離子體氮化方法,通過(guò)包括等離子體陳化工序，能夠消除記憶效應(yīng)，在作為第二氮化處理工序的低氮?jiǎng)┝康牡?離子體氮化處理中，能夠迅速地實(shí)現(xiàn)所希望的處理。圖7是表示在處理容器I內(nèi)對(duì)多片晶片W進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理時(shí)處理容器I內(nèi)的氮量與氧量的時(shí)間變化的說(shuō)明圖。在處理容器I內(nèi)，例如大多使用石英制的部件，但是由于等離子體氮化處理使得石英的表面被氮化而形成SiN膜、或者由被處理體上的含氧膜(例如二氧化硅膜)放出的氧多的工藝中，在反復(fù)進(jìn)行等離子體氮化處理期間，石英表面的SiN膜進(jìn)一步變薄被氧化,形成SiON膜。這樣一來(lái),在進(jìn)行等離子體氮化處理的處理容器I內(nèi)，存在的氮量和氧量由于等離子體氮化處理的條件而發(fā)生變動(dòng)。在圖7中，橫軸表不時(shí)間，縱軸表不處理容器I內(nèi)的氣氛中氮和氧的量，表不上述處理容器I內(nèi)的氮量和氧量的變動(dòng)。在圖7中，曲線61表示存在于處理容器I內(nèi)的氧的量，曲線62表示存在于處理容器I內(nèi)的氮的量。在圖7中，在從時(shí)刻&到時(shí)刻t2為止，在處理容器I內(nèi)對(duì)多片晶片W依次進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理時(shí)，由曲線61可知，處理容器I內(nèi)的氧量與時(shí)間一起減少(點(diǎn)A —點(diǎn)B)。這是因?yàn)殡m然從晶片W上的含氧膜脫離的氧也增加，但是由于為高氮?jiǎng)┝康墓に?，從處理容器I內(nèi)排出的氧更多。相對(duì)于此，處理容器I內(nèi)的氮量，由于為高氮?jiǎng)┝康墓に?，所以如曲線62所示，在等離子體氮化處理期間，在處理容器I內(nèi)緩慢增加(點(diǎn)C —點(diǎn)D)。并且，時(shí)刻t2是雖然處理容器I內(nèi)的氮量多(D)氧量少(B)、但是氮量與氧量?jī)烧叩木庑苑€(wěn)定的狀態(tài)，可以說(shuō)是為了穩(wěn)定地進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理而優(yōu)選的條件。在此，偽定為了在處理容器I內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理而優(yōu)選的條件是處理容器I內(nèi)的氮量少(C)、氧量多(A)的狀態(tài)。于是，偽定在時(shí)刻t2結(jié)束高氮?jiǎng)┝康奶幚恚D(zhuǎn)變?yōu)榈偷獎(jiǎng)┝康奶幚淼那闆r下，由于處理容器I內(nèi)為氮量多(D)、并且氧量少(B)的狀態(tài)，不處于穩(wěn)定地進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康奶幚淼臓顟B(tài)。因此，至少在處理容器I內(nèi)的氧量由(B)位置到達(dá)(A)位置、并且處理容器I內(nèi)的氮量由(D)位置到達(dá)(C)位置之前，低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理不穩(wěn)定(上述記憶效應(yīng))。因此，在本實(shí)施方式中，由于從氧量少的(B)狀態(tài)返回到氧量多的(A)狀態(tài)，并且由氮量多的(D)狀態(tài)返回到氮量少的(C)狀態(tài)，所以利用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行等離子體陳化，將處理容器I內(nèi)的氧量控制在接近(A)狀態(tài)、將氮量控制在接近(C)狀態(tài)。即，在本實(shí)施方式中，在從能夠在處理容器I內(nèi)的氧量少的狀態(tài)(B)和氮量多的狀態(tài)(D)時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工藝的高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理工序，向能夠在處理容器I內(nèi)的氧量多的狀態(tài)(A)和氮量少的狀態(tài)(C)時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工藝的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理轉(zhuǎn)變期間，使用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行等離子體陳化處理。由此，如圖7的虛線63所示，處理容器I內(nèi)的氧量從氧量少的(B)狀態(tài)返回到氧量多的(A)狀態(tài)，如虛線64所示，從氮量多的(D)狀態(tài)返回到氮量少的(C)狀態(tài)(在此，與時(shí)間無(wú)關(guān)，對(duì)于氧量、氮量的變化進(jìn)行描述)。這樣，本實(shí)施方式的等離子體處理方法的目的在于，從作為前工序的高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理工序的結(jié)束時(shí)刻的處理容器I內(nèi)的條件中不完全除去氮而殘留一定量、并且使處理容器I內(nèi)的氧量和氮量適合于作為后工序的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理工序。并且，為了實(shí)現(xiàn)該目的，使用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行處理容器I內(nèi)的等離子體陳化處理，因而能夠快速地完成從前工序向后工序的轉(zhuǎn)變，能夠抑制來(lái)自前工序的記憶效應(yīng)，能夠提高生產(chǎn)能力。其中，在背景技術(shù)一項(xiàng)中記載的國(guó)際公開(kāi)第2008 / 146805號(hào)等中記載的現(xiàn)有技術(shù)中，在進(jìn)行等離子體氮化處理工序之前，利用兩種等離子體處理，強(qiáng)制地將處理容器I內(nèi)的氣氛重新設(shè)置。即，在國(guó)際公開(kāi)第2008 / 146805號(hào)的方法中，通過(guò)氧等離 子體處理強(qiáng)制地向處理容器I內(nèi)導(dǎo)入氧，將氮從處理容器I內(nèi)完全趕出，之后，通過(guò)氮等離子體處理向處理容器I內(nèi)的氮量和氧量調(diào)節(jié)為氧化膜的氮化處理氣氛的水平，在這一點(diǎn)上與本發(fā)明不同。在本實(shí)施方式的等離子體處理方法中，能夠利用一次等離子體陳化處理實(shí)現(xiàn)與上述現(xiàn)有技術(shù)同等或在其以上的效果，就這方面而言非常有利。下面，對(duì)于安定氮?jiǎng)┝康膫尉蕾?基板依賴)性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)示例進(jìn)行說(shuō)明。圖8是表示與等離子體氮化處理裝置100同樣結(jié)構(gòu)的等離子體氮化處理裝置中的安定氮?jiǎng)┝康幕逡蕾囆?偽晶片依賴性)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)示例的圖。在本實(shí)施方式中，作為在隔開(kāi)間隔實(shí)施監(jiān)控期間進(jìn)行處理的偽晶片，實(shí)施由硅構(gòu)成的Si偽晶片和具有二氧化硅膜的SiO2偽晶片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在圖8中，橫軸表示晶片編號(hào)，縱軸表示氮?jiǎng)┝縖X1015atoms /cm2]。本實(shí)驗(yàn)中的等離子體氮化處理?xiàng)l件如下所示。<等離子體氮化處理?xiàng)l件>處理壓力；20PaAr 氣體流量；228mL / min (sccm)N2 氣體流量；12mL / min (sccm)O2 氣體流量；OmL / min (sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率=IlOOff (功率密度I. 6ff / cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間20秒晶片直徑300mm根據(jù)圖8，在監(jiān)控期間的偽晶片為Si偽晶片的情況下，晶片編號(hào)I的氮?jiǎng)┝繛?br> 9.76X [I015atoms / cm2]、晶片編號(hào) 6 的氮?jiǎng)┝繛?9· 74X [l015atoms / cm2]、晶片編號(hào)15的氮?jiǎng)┝繛?. 76X [I015atoms / cm2]。這樣，在監(jiān)控期間使用Si偽晶片時(shí)的氮?jiǎng)┝糠€(wěn)定在大約9. 7X1015atoms / cm2左右的值。另一方面，在為具有二氧化硅膜的SiO2偽晶片的情況下，晶片編號(hào)I的氣劑量為7. 70X 1015atoms / cm2、晶片編號(hào)2的氣劑量為7. 63 X 1015atoms / cm2、晶片編號(hào)3的氮?jiǎng)┝繛?· 67X 1015atoms / cm2、晶片編號(hào)4的氮?jiǎng)┝繛?. 65X1015atoms / cm2、晶片編號(hào)5的氮?jiǎng)┝繛?. 68X 1015atoms / cm2、晶片編號(hào)6的氮?jiǎng)┝繛?. 77X1015atoms / cm2、晶片編號(hào)10的氮?jiǎng)┝繛?· 65X 1015atoms / cm2、晶片編號(hào)15的氮?jiǎng)┝繛?. 59X1015atoms / cm2、晶片編號(hào)(wafer No. ) 20的氮?jiǎng)┝繛?br> 7.59 X 1015atoms / c m2、晶片編號(hào)(wafer No. ) 25 的氮?jiǎng)┝繛?7. 70 X 1015atoms / cm2。這樣，在監(jiān)控期間使用SiCUS晶片時(shí)，氮?jiǎng)┝繛榧s7. 6 7. 8X1015atoms / cm2范圍的值，穩(wěn)定在低于使用Si偽晶片時(shí)的值。由圖8所不的兩種偽晶片的實(shí)驗(yàn)可知,氣劑量依賴于監(jiān)控期間偽晶片的基板的材質(zhì)。即，可知根據(jù)晶片W上附著的膜的種類，處理容器I的氣氛發(fā)生變化。這可以認(rèn)為在使用氧化膜的情況下，由于從氧化膜放出氧使得處理容器I內(nèi)在氧多、氮少的狀態(tài)下取得平衡。與之相比，在為硅的情況下，由于不放出氧，在氧少、氮多的狀態(tài)下取得平衡。下面，對(duì)于等離子體陳化中壓力/流量依賴性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)示例進(jìn)行說(shuō)明。圖9 圖11是表示利用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行的等離子體陳化條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。在此，使用與等離子體氮化處理裝置100同樣結(jié)構(gòu)的等離子體氮化處理裝置，在進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理后，以下述條件的添加有微量氧的等離子體實(shí)施等離子體陳化。然后，進(jìn)行氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值為7X1015atoms / cm2的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理。在等離子體陳化中，根據(jù)其工藝條件處理容器I內(nèi)的氣氛發(fā)生變化，所以，通過(guò)評(píng)價(jià)低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理中的氮?jiǎng)┝恳允裁礃拥某潭冉咏?遠(yuǎn)離)目標(biāo)值，驗(yàn)證等離子體陳化的最適宜工藝條件的范圍。作為晶片W，使用表面形成有3102膜的晶片。其中，圖9 圖11的縱軸表示以氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值[7X1015atoms / cm2]為零(O)時(shí)的差值(X 1015atoms / cm2)。其
中，能夠允許的規(guī)格范圍(氮?jiǎng)┝孔兓?是目標(biāo)值(7X1015atoms / cm2) +I X 1015atoms /
2
cm ο圖9表示作為利用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行的等離子體陳化條件，改變處理容器I內(nèi)的壓力進(jìn)行研究的結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，以下述等離子體陳化條件A改變處理壓力。<等離子體陳化條件A >處理壓力20Pa、127Pa或 667PaAr 氣體流量228mL / min (sccm)N2 氣體流量12mL / min (sccm)O2 氣體流量5mL / min (sccm)O2氣體的體積流量比率(O2 /總流量)2%處理氣體的總流量245mL / min (sccm)微波的頻率2. 45GHz微波功率1100W (功率密度I. 6ff / cm2)處理溫度500 O處理時(shí)間5秒晶片直徑300mm由圖9可以確認(rèn)，處理壓力優(yōu)選為532Pa以上，例如在處理壓力為532Pa以上667Pa時(shí)，能夠獲得氮?jiǎng)┝康淖兓啃∏曳€(wěn)定氮?jiǎng)┝康牧己玫慕Y(jié)果，并且，處理壓力也可以為高于667Pa的壓力(例如833Pa)。圖10是表示作為利用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行的等離子體陳化條件，改變處理氣體的總流量進(jìn)行研究的結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，以下述等離子體陳化條件B，改變處理氣體的總流量，確認(rèn)氮?jiǎng)┝康淖兓俊?lt;等離子體陳化條件B >處理壓力=667PaN2 氣體流量12mL / min (sccm)O2氣體的體積流量比率(O2 /總流量)2%處理氣體的總流量240、600或1200mL / min (sccm)(在此，處理氣體的總流量通過(guò)Ar氣體流量調(diào)節(jié)，使得O2氣體的體積流量比率保持恒定)微波的頻率2. 45GHz微波功率IIOOff (功率密度I. 6ff / cm2)處理溫度500°C處理時(shí)間5秒晶片直徑300mm由圖10可以確認(rèn)，氮?jiǎng)┝康淖兓啃?、能夠獲得安定的氮?jiǎng)┝康奶幚須怏w的總流量例如優(yōu)選為IOOmL / min(sccm)以上500mL / min(sccm)以下的范圍，更優(yōu)選為IOOmL /min (sccm)以上 300mL / min (sccm)以下的范圍。圖11表示作為利用添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行的等離子體陳化條件，改變?nèi)刻幚須怏w中的O2的體積流量比率進(jìn)行研究的結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，以下述等離子體陳化條件C，改變O2的流量比率，確認(rèn)氮?jiǎng)┝康淖兓俊?lt;等離子體陳化條件C >處理壓力667PaAr 氣體流量228mL / min (sccm)N2 氣體流量12mL / min (sccm)O2氣體的體積流量比率(O2 /總流量)0·2%、0·4%、1·2%、2%或4%微波的頻率2. 45HGz微波功率IIOOff (功率密度I. 6ff / cm2)處理溫度500 O處理時(shí)間5秒晶片直徑300mm由圖11可以確認(rèn)，氮?jiǎng)┝康淖兓啃?、能夠獲得安定的氮?jiǎng)┝康娜刻幚須怏w中的O2的體積流量比率例如優(yōu)選為I. 5%以上5%以下的范圍，更優(yōu)選為I. 5%以上2. 5%以下的范圍。由以上結(jié)果可以確認(rèn)，特別是通過(guò)考慮處理氣體的流量與處理壓力的平衡，能夠有效地控制處理容器I內(nèi)的氧的量，氮?jiǎng)┝康淖兓啃?，能夠獲得穩(wěn)定的氮?jiǎng)┝?。即，?yōu)選 處理容器I內(nèi)的壓力為532Pa以上833Pa以下的范圍內(nèi)、處理氣體的總流量為IOOmL / min(sccm)以上500mL / min (sccm)以下的范圍內(nèi)，并且,全部處理氣體中所含的O2氣體的流量比率(體積比率)優(yōu)選為I. 5%以上5%以下。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在從進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理的第一氮化處理工序向進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理的第二氮化處理工序轉(zhuǎn)變期間，在處理容器(腔室)內(nèi)的壓力為532Pa以上833Pa以下的范圍內(nèi)，利用氧的體積流量比率為I. 5%以上、5%以下的添加有微量氧的氮等離子體進(jìn)行等離子體陳化處理。由此，能夠減小氮?jiǎng)┝康淖兓?，在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的低氮?jiǎng)┝康牡入x子體處理。并且，在等離子體陳化處理中，能夠使偽晶片自動(dòng)地流通，像現(xiàn)有技術(shù)那樣每次都需要手工安裝多片偽晶片的麻煩得以消除。因此，能夠通過(guò)偽晶片的交 換次數(shù)的削減來(lái)實(shí)現(xiàn)處理時(shí)間的削減(處理能力的提高)，并且生產(chǎn)性得到改善，工序數(shù)削減，進(jìn)而批量生產(chǎn)性提高，能夠運(yùn)用于批量生產(chǎn)的可能性提聞。以上，以例示為目的對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明不被上述實(shí)施方式所制約。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的思想和范圍的前提下能夠進(jìn)行許多改變，這些也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在上述實(shí)施方式中，使用RLSA方式的等離子體氮化處理裝置100，但是也可以使用其他方式的等離子體處理裝置，例如使用平行平板方式、電子回旋共振(ECR)等離子體、磁控等離子體、表面波等離子體(SWP)等方式的等離子體處理裝置。此外，作為本發(fā)明的等離子體氮化處理的處理對(duì)象，可以以形成有氧化膜的晶片W為對(duì)象，但是作為氧化膜，不限定于SiO2膜，可以使用High-k膜等強(qiáng)介電金屬氧化膜，例如HfO2, A1203> ZrO2, HfSiO2, ZrSiO2, ZrAIO3> HfAIO3> TiO2, DyO2, PrO2 等以及將其中的至少兩種以上組合使用。此外，在上述實(shí)施方式中，以將半導(dǎo)體晶片作為被處理體的等離子體氮化處理為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是也適用于化合物半導(dǎo)體。并且，作為被處理體的基板，例如可以為FPD(平板顯示器)用的基板或太陽(yáng)電池用基板等。本國(guó)際申請(qǐng)主張2010年3月31日提出的日本專利申請(qǐng)2010 — 81985號(hào)的優(yōu)先權(quán),在此援弓I該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種等離子體氮化處理方法，其特征在于 將含有氮?dú)獾奶幚須怏w導(dǎo)入等離子體處理裝置的處理容器，生成高氮?jiǎng)┝織l件的含氮等離子體，對(duì)具有氧化膜的被處理體進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理后，生成低氮?jiǎng)┝織l件的含氮等離子體，對(duì)被處理體進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理， 在所述高氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理結(jié)束后，向同一所述處理容器內(nèi)導(dǎo)入稀有氣體、氮?dú)夂脱鯕?，在所述處理容器?nèi)的壓力為532Pa以上833Pa以下，且全部處理氣體中的氧氣的體積流量比為I. 5%以上5%以下的條件下，生成添加有微量氧的氮等離子體，利用該添加有微量氧的氮等離子體在所述處理容器內(nèi)進(jìn) 行等離子體陳化處理。
2.如權(quán)利要求I所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述高氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理中對(duì)被處理體的氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值為IOX 1015atoms / cm2以上50 X 1015atoms / cm2以下,所述低氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理中對(duì)被處理體的氮?jiǎng)┝康哪繕?biāo)值為lX1015atoms / cm2以上10X1015atoms / cm2以下。
3.如權(quán)利要求I所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述等離子體為利用所述處理氣體和由具有多個(gè)隙縫的平面天線導(dǎo)入所述處理容器內(nèi)的微波而形成的微波激發(fā)等離子體。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述等離子體陳化處理中的所述微波的功率在1000W以上1200W以下的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種等離子體氮化處理方法，在等離子體處理裝置的處理容器中被處理體進(jìn)行高氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理后，進(jìn)行低氮?jiǎng)┝康牡入x子體氮化處理。在高氮?jiǎng)┝織l件的等離子體氮化處理結(jié)束后，向同一上述處理容器內(nèi)導(dǎo)入稀有氣體、氮?dú)夂脱鯕?，在處理容器?nèi)的壓力為(532Pa)以上(833Pa)以下、全部處理氣體中氧氣的體積流量比為(1.5％)以上(5％)以下的條件下，利用添加有微量氧的氮等離子體對(duì)處理容器內(nèi)進(jìn)行等離子體陳化處理。
文檔編號(hào)H01L21/318GK102725835SQ20118000712
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者佐野正樹(shù), 出張俊憲 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社