表面氮化方法技術

一種表面改質方法，該方法是利用等離子體對被處理基體的表面進行改質的方法，其特征在于，該方法中具有以下幾個步驟：　　　　將被處理基體的溫度調節至２００℃以上、４００℃以下的步驟；　　　　向等離子體處理室內導入含有氮原子的氣體或含有氮原子的氣體與惰性氣體的混合氣的步驟；　　　　將上述等離子體處理室內的壓力調節至１３．３Ｐａ以上的步驟；　　　　在上述等離子體處理室內生成等離子體的步驟；以及　　　　以１０ｅＶ以下的能量使上述等離子體中的離子入射到上述被處理基體中的步驟。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體制造方法，特別是涉及利用微波表面波等離子體，以高品位、高速地對被處理基體進行改質的方法。本專利技術適用于例如形成氧氮化硅薄膜。
技術介紹
近年來，隨著半導體裝置的微細化，在厚度在3nm以下的柵絕緣膜上使用氧氮化硅薄膜。氧氮化硅薄膜的比電容率高，具有抑制漏電流的效果和防止硼從柵電極擴散的效果，其優良的特性倍受注目。氧氮化硅薄膜的制造方法有兩種，一種是先形成硅熱氧化薄膜后導入氮氣的方法，另一種是采用直接CVD(化學氣相沉積)法在硅基板上形成氧氮化硅薄膜的方法，但從與硅基板的界面的電學性質方面考慮，前一種方法是有利的。另外，關于對氧化硅薄膜進行氮化處理的方法，正在研究熱處理和等離子體處理等。采用熱處理的氧氮化硅薄膜制法中，提出例如在一氧化氮氣氛中將晶片加熱數小時的方法(第62屆應用物理學會學術講演會講演預稿集；No.2,630頁)，該方式是對氧化硅薄膜進行熱氮化的方法。由于熱氮化要求800℃～1000℃的高溫，故氮氣容易在氧化硅薄膜中移動，到達氧化硅薄膜與硅的界面。由于氮氣在氧化硅薄膜和硅中擴散的難易程度不同，故蓄積在氧化硅薄膜與硅的界面處。因此，采用熱氮化的氧化硅薄膜中的縱深方向上的氮濃度分布，局限于硅與氧化硅薄膜的界面處。另外，作為采用熱處理的氧氮化硅薄膜制法的其他例子，特開平6-140392號公報中公開了使用NH3的氮化方法。采用等離子體處理的氧氮化硅薄膜制法中，提出一種使用遠距等離子體(Remote Plasma)、充分減少氮等離子體中的氮離子，僅將氮活性種輸送給晶片，從而將氧化硅薄膜氮化的方法(第62屆應用物理學會學術講演會講演預稿集；No.2,631頁)。該方式是利用反應性高的中性活性種，可以在比較低的400℃左右的溫度下將氧化硅薄膜氮化。或是將反應容器保持在高壓，或是將等離子體發生部與晶片極大地分離，從而減少等離子體中的氮離子，僅利用氮活性種。采用遠距等離子體處理的氧化硅薄膜中的縱深方向上的氮濃度分布，可以是象表面那樣大，在硅與氧化硅薄膜的界面處減小。另外，還已知使用來自等離子體的離子的氮化方法(特開平10-173187號公報)。該方法是以50eV以下的能量使離子入射，獲得在依賴于離子能量的深度內具有峰的氮在縱深方向上的濃度分布。這些以往的氧化硅薄膜的氮化方法中，存在一些問題，對于超薄氧化膜尚達不到實用的程度。例如，在熱氮化處理中，由于氧化硅薄膜與硅的界面處的氮濃度高，會發生晶體管的通道(channel)的移動度降低等元件特性惡化的問題。另外，由于氧化硅薄膜表面的氮濃度低，柵電極的硼會擴散到氧化硅薄膜中，引起漏電流增大等問題。遠距等離子體處理中，由于與等離子體中的氮離子同為必要的氮的中性活性種也減少，因此得不到足夠的氮的中性活性種，從而使處理時間非常長。另外，氧化硅薄膜中的縱深方向上的氮濃度分布，隨著深度的增加而急劇減少，因此，難以提高氮的表面密度。進而，如果要想導入足夠量的氮，則必須在高溫下進行，由于氮擴散至很深的位置，故不能以高濃度形成淺的氮化層。采用離子的氮化中，如果在低壓力、低溫的條件下進行處理，就會在硅熱氧化膜中殘留有損傷，漏電流和硼擴散阻止性能劣化。雖然損傷在高溫下復原，但在高溫處理下氮發生擴散，從而不能形成淺的氮化層。另外，如果以數十eV的高能量射入離子，則由于離子被注入到很深的位置，而不能適應3nm以下的超薄氧化膜的氮化。本專利技術的目的在于，解決這些以往技術的問題，提供這樣一種，該方法可在短時間內生成一種充分減小氧化硅薄膜與硅基板界面的氮濃度、且提高氧化硅薄膜中的氮濃度、減少損傷的高品位的氧氮化硅薄膜。
技術實現思路
作為本專利技術之一的，是利用等離子體對被處理基體的表面進行改質的方法，其特征在于，該方法中具有將被處理基體的溫度調節至200℃以上、400℃以下的步驟；向等離子體處理室內導入含有氮原子的氣體或含有氮原子的氣體與惰性氣體的混合氣的步驟；將上述等離子體處理室內的壓力調節至13.3Pa以上的步驟；在上述等離子體處理室內生成等離子體的步驟；以及以10eV以下的能量使上述等離子體中的離子入射到上述被處理基體中的步驟。上述溫度調節步驟中，也可以將上述被處理基體的溫度調節至200℃以上、300℃以下。上述導入步驟中，作為含氮原子的氣體，也可以導入N2、NH3或N2H4。上述導入步驟中，作為惰性氣體，也可以導入He、Ne、Ar、Kr、Xe。上述壓力調節步驟中，也可以將上述所定壓力設定為26.6Pa以上、399Pa以下。上述入射步驟中，所入射的上述離子的離子能量的平均值，也可以在7eV以下。上述生成步驟中，作為上述等離子體，可以生成表面波等離子體、表面波干涉等離子體或RLSA等離子體。作為本專利技術的另一專利技術的，也可以采用上述方法對MOSFET的柵絕緣膜的表面進行改質。本專利技術的其他目的或其他的特征，參照以下附圖以及根據所說明的優選實施例而變得清晰。附圖說明圖1為作為本專利技術一個實施例的微波表面波干涉等離子體處理裝置的簡要剖面立體圖。圖2為示出被處理基體上形成的氧化硅薄膜中的縱深方向上的氮濃度分布的曲線圖。圖3為示出入射到被處理基體中的離子能量分布的壓力依賴性的曲線圖。圖4為示出壓力與氮濃度分布峰深度的關系的曲線圖。圖5為示出采用XPS測定的N1s峰的因基板溫度而引起的變化的曲線圖。圖6為圖1所示微波表面波干涉等離子體處理裝置的變化例的簡要剖面立體圖。圖7為可適用于圖1所示微波表面波干涉等離子體處理裝置的載置臺的升降機構的簡要框圖。圖8為可適用于圖1所示微波表面波干涉等離子體處理裝置的氣體混合比調整機構的簡要框圖。具體實施例方式參照圖1詳細地說明本專利技術的一個實施方案的微波表面波干涉等離子體處理裝置。圖1中，1為等離子體處理室，2為被處理基體，3為用于保持被處理基體2的被處理基體載置臺，4為加熱器，5為處理用氣體導入裝置，6為排氣口，8為用于將微波導入等離子體處理室1中的有槽的無端環狀波導管，11為在無端環狀波導管8中每隔微波管內波長的1/2或1/4設置的槽，7為用于將微波導入等離子體處理室1內的電介體窗，10為在無端環狀波導管內設置的冷卻水路。等離子體處理室1內壁和電介體窗7為石英的，這樣就不會有金屬污染被處理基體2的可能性。考慮到內置加熱器4的熱傳導和金屬污染，被處理基體載置臺3為以氮化鋁作為主要成分的陶瓷。在等離子體處理中，在冷卻水路10中流過冷卻水，將無端環狀波導管8冷卻至室溫。另外，利用加熱器4對被處理基體載置臺3進行加熱。將表面上帶有厚度在3nm以下的超薄氧化硅薄膜的被處理基體2運送并載置到被處理基體載置臺3上。被處理基體2的運送，可以使用圖中未示出的負載閉鎖(load lock)室在真空中進行，也可以在大氣壓下并在氮氣或惰性氣體氣氛中進行。然后，借助具有本
公知的壓力調節閥25a和真空泵(例如堅山制作所制)25b的排氣系統25，對等離子體處理室1內抽真空。等離子體處理室1內的壓力，可以采用下述方法來調節控制部21一邊使真空泵25b運轉，一邊控制通過閥的開啟程度來調節處理室1內壓力的壓力調節閥25a(例如VAT制的帶有壓力調節功能的閘門閥和MKS制排氣節流閥(throttle valve))，以使用于檢測處理室1內壓力的壓力傳感器24達到所規定的值。接著本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種表面改質方法，該方法是利用等離子體對被處理基體的表面進行改質的方法，其特征在于，該方法中具有以下幾個步驟將被處理基體的溫度調節至200℃以上、400℃以下的步驟；向等離子體處理室內導入含有氮原子的氣體或含有氮原子的氣體與惰性氣體的混合氣的步驟；將上述等離子體處理室內的壓力調節至13.3Pa以上的步驟；在上述等離子體處理室內生成等離子體的步驟；以及以10eV以下的能量使上述等離子體中的離子入射到上述被處理基體中的步驟。2.權利要求1中記載的方法，其特征在于，上述溫度調節步驟中，將上述被處理基體的溫度調節至200℃以上、300℃以下。3.權利要求1中記載的方法，其特征在于，上述導入步驟中，作為含氮原子的氣體，導入N2、NH3或N2H4。4.權利要求1中記載的方法，其特征在于，上述導入步驟中，作為惰性氣體，導入He、Ne、Ar、Kr、Xe。5.權利要求1中記載的方法，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：北川英夫，鈴木伸昌，內山信三，
申請(專利權)人：佳能株式會社，
類型：發明
國別省市：