專利名稱：等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用等離子體對半導(dǎo)體基板等被處理體進(jìn)行氧化膜形成等處理的等離子體處理方法。
背景技術(shù)：
在各種半導(dǎo)體裝置的制造過程中，以絕緣膜形成等目的頻繁地進(jìn)行氧化硅膜的形成。因為氧化硅膜是極其穩(wěn)定的，還具有作為從外部進(jìn)行保護的保護膜的功能，所以其成膜技術(shù)在半導(dǎo)體裝置制造中占有不可缺少的重要位置。特別是，近年來，半導(dǎo)體裝置的微細(xì)化得到發(fā)展，有必要薄到幾nm的程度、高精度地形成優(yōu)質(zhì)的氧化硅膜的技術(shù)。
現(xiàn)階段，為了要在硅表面上形成氧化膜，一般使用熱氧化法。但是，在高溫下進(jìn)行的熱氧化法中，存在著產(chǎn)生所摻雜的雜質(zhì)再擴散等，伴隨著熱處理引起的損壞這樣的問題。
另一方面，作為通過等離子體處理形成氧化硅膜的技術(shù)，提出有在至少含有O2和稀有氣體的處理氣體存在下，利用基于經(jīng)由具有多個窄縫的平面天線部件的微波照射的等離子體，在以Si為主要成分的被處理基體的表面上形成SiO2膜的方法(例如，專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1國際公開WO2002/058130號在使用等離子體形成氧化硅膜時，因為能夠在低溫下進(jìn)行成膜，所以，雖然因熱氧化引起的問題多已解決，但是作為等離子體特有的問題，因等離子體中所含有的活性種等的作用影響到半導(dǎo)體晶片的、所謂等離子體損壞成為問題。特別是，在使用含有氫和氧的氣體等離子體形成氧化膜時，產(chǎn)生在等離子體中由OH自由基引起的紫外區(qū)的強發(fā)光，存在著使所形成的氧化膜本身的膜質(zhì)劣化的可能性。另一方面，如果抑制等離子體中紫外區(qū)域的發(fā)光，則氧化作用也削弱，還存在著氧化速率降低這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種通過控制紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光，而能夠抑制等離子體損壞的處理的等離子體處理方法，特別是作為優(yōu)選方式，提供一種能夠以足夠的氧化速率進(jìn)行氧化膜形成的等離子體處理方法。
為了解決上述課題反復(fù)仔細(xì)研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)能夠通過使用脈沖狀的電磁波來抑制等離子體的發(fā)光而一邊降低對被處理體的等離子體損壞一邊進(jìn)行等離子體處理，并且，特別是在等離子體氧化處理中，能夠以實用上足夠的氧化速率形成氧化膜，完成本發(fā)明。
因此，本發(fā)明第一方面提供一種等離子體處理方法，其特征在于其是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)通過對被處理體作用等離子體，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法，其中，上述等離子體利用脈沖狀的電磁波而形成。
在上述第一方面中，優(yōu)選上述電磁波是微波。
此外，優(yōu)選控制脈沖條件，使得由上述脈沖狀的電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度，與由連續(xù)電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度相比為其50％以下，而且，由上述脈沖狀的電磁波的等離子體引起的氧化速率，與由連續(xù)電磁波的等離子體引起的氧化速率相比為其55％以上。在此時，優(yōu)選使用含有稀有氣體與氧與氫的氣體作為處理氣體。
此外，優(yōu)選紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光是由OH自由基引起的發(fā)光。
此外，優(yōu)選控制脈沖條件，使得由上述脈沖狀的電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度，與由連續(xù)電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度相比為其90％以下，而且，由上述脈沖狀的電磁波的等離子體引起的氧化速率，與由連續(xù)電磁波的等離子體引起的氧化速率相比為其80％以上。在此時，優(yōu)選使用含有稀有氣體與氧的氣體作為處理氣體。
此外，優(yōu)選上述脈沖的頻率為1～100kHz，占空比(duty rate)為10～90％，而且，更優(yōu)選上述脈沖的頻率為5～50kHz，占空比為50～90％。
此外，優(yōu)選處理壓力為66.7～266.6Pa。
本發(fā)明第二方面提供一種等離子體處理方法，其特征在于其是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)通過對被處理體作用等離子體，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法，其中，通過將脈沖狀的電磁波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)而產(chǎn)生等離子體，并且測定上述處理室內(nèi)的等離子體的發(fā)光強度，并根據(jù)該值來變更脈沖條件，由此，控制發(fā)光強度。
本發(fā)明第三方面提供一種等離子體處理方法，其特征在于其是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)對被處理體作用等離子體來進(jìn)行處理的等離子體處理方法，其中，通過將脈沖狀的電磁波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)而產(chǎn)生等離子體，并且通過脈沖條件控制上述處理室內(nèi)的等離子體的發(fā)光強度。
在上述第三方面中，優(yōu)選測定上述處理室內(nèi)的等離子體的發(fā)光強度，并根據(jù)該值變更脈沖條件，由此來控制發(fā)光強度。此外，優(yōu)選等離子體的發(fā)光是紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光。
此外，在上述第一至第三方面中，優(yōu)選上述等離子體處理裝包括具有多個窄縫的平面天線，通過該平面天線將微波導(dǎo)入上述處理室內(nèi)。
本發(fā)明第四方面提供一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括通過脈沖狀的電磁波產(chǎn)生等離子體的等離子體供給源；劃分在被處理體上通過上述等離子體進(jìn)行成膜處理用的處理室的處理容器；在上述處理容器內(nèi)放置上述被處理體的支撐體；用來對上述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓的排氣機構(gòu)；用來將氣體供給到上述處理容器內(nèi)的氣體供給機構(gòu)；以及控制部，其控制上述處理容器，使得在上述處理容器內(nèi)，通過由脈沖狀的電磁波所形成的等離子體對被處理體進(jìn)行作用，而進(jìn)行使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法。
本發(fā)明第五方面提供一種控制程序，其特征在于在計算機上運行，并且在執(zhí)行時，控制上述處理容器，使得在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，通過由脈沖狀的電磁波所形成的等離子體對被處理體進(jìn)行作用，而進(jìn)行使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法。
本發(fā)明第六方面提供一種計算機能夠讀取的存儲介質(zhì)，其特征在于是儲存有在計算機上運行的控制程序的計算機可讀取的存儲介質(zhì)，其中，上述控制程序在執(zhí)行時，控制上述處理容器，使得在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，通過由脈沖狀的電磁波所形成的等離子體對被處理體進(jìn)行作用，而進(jìn)行使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法。
通過由脈沖狀的電磁波引起的等離子體進(jìn)行氧化硅膜的形成等處理，而能夠大幅度地抑制紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光，所以，能夠提高產(chǎn)品的成品率，并提供可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
而且，在等離子體氧化處理中，通過選擇脈沖條件，而可以一邊維持接近于由連續(xù)電磁波引起的等離子體的氧化速率一邊形成優(yōu)質(zhì)的氧化膜。
此外，通過在等離子體處理時改變脈沖條件，而可以抑制等離子體的紫外區(qū)域的發(fā)光強度，所以，能夠進(jìn)行等離子體損壞少的處理。


圖1是示意地表示運用于本發(fā)明一個實施方式的成膜處理的等離子體處理裝置之一例的剖視圖。
圖2是表示圖1的等離子體處理裝置中所使用的平面天線部件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示微波發(fā)生裝置的概略構(gòu)成圖。
圖4是比較連續(xù)微波等離子體與脈沖狀微波等離子體的特性圖。
圖5是表示等離子體中的310nm的發(fā)光強度的曲線圖。
圖6是表示脈沖狀微波的脈沖頻率與發(fā)光強度比的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示脈沖狀微波的頻率與氧化膜厚的關(guān)系的曲線圖。
圖8是繪制脈沖狀微波等離子體對連續(xù)微波等離子體的發(fā)光強度比與氧化膜厚比的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示界面能級密度與氧化膜厚的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
下面，參照適當(dāng)附圖對本發(fā)明的實施方式具體地進(jìn)行說明。圖1是示意地表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的等離子體處理方法所實施的等離子體處理裝置之一例的剖視圖。該等離子體處理裝置，通過使用具有多個窄縫的平面天線，特別是RLSA(徑向線窄縫天線)將微波導(dǎo)入到處理室內(nèi)而產(chǎn)生等離子體，作為可以發(fā)生高密度且低電子溫度的微波等離子體的RLSA微波等離子體處理裝置而構(gòu)成，能夠很好地利用于各種半導(dǎo)體裝置的制造過程中的氧化硅膜的形成等處理。此處，作為氧化硅膜，除了MOS晶體管、MOSFET(電場效應(yīng)型晶體管)、TFT(薄膜晶體管)等半導(dǎo)體裝置中的柵極絕緣膜等的形成，柵極側(cè)壁的多晶硅的修復(fù)氧化等之外，還可以舉出不易失存儲器的隧道氧化膜、攝像元件的制造過程中的保護膜形成等。上述等離子體處理裝置100具有氣密地構(gòu)成并且接地的大致圓筒狀的腔室1。在腔室1的底壁1a的大致中央部形成圓形的開口部10，在底壁1a上設(shè)置有與該開口部10連通并向下突出的排氣室11。
在腔室1內(nèi)設(shè)置有用來水平地支撐作為被處理體的晶片W或擬晶片Wd的由AIN等陶瓷構(gòu)成的基座2。該基座2利用從排氣室11的底部中央向上延伸的圓筒狀的由AIN等陶瓷構(gòu)成的支撐部件3所支撐。在基座2的外緣部設(shè)置有用來導(dǎo)向晶片W的導(dǎo)向環(huán)4。此外，在基座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6供電而加熱基座2，利用其熱量加熱作為被處理體的晶片W。此時，在例如從室溫到800℃的范圍內(nèi)成為能夠控制溫度。其中，在腔室1的內(nèi)周上，設(shè)置有由石英構(gòu)成的圓筒狀的襯套(liner)7。此外，在基座2的外周側(cè)，為了對腔室1內(nèi)進(jìn)行均勻排氣，環(huán)狀地設(shè)置有具有多個排氣孔8a的隔板8，該隔板8利用多個支柱9而被支撐。
在基座2上，相對于基座2的表面能夠突出沒入地設(shè)置有用來支撐晶片W并使之升降的晶片支撐銷(未畫出)。
在腔室1的側(cè)壁上設(shè)置有成為環(huán)狀的氣體導(dǎo)入部件15，在該氣體導(dǎo)入部件15上連接著氣體供給系統(tǒng)16。氣體導(dǎo)入部件也可以配置成噴淋狀。該氣體供給系統(tǒng)16具有例如Ar氣體供給源17、H2氣體供給源18、O2氣體供給源19，這些氣體分別經(jīng)由氣體管線20而導(dǎo)入至氣體導(dǎo)入部件15，從氣體導(dǎo)入部件15導(dǎo)入至腔室1內(nèi)。在氣體管線20的各個上，設(shè)置有質(zhì)量流量控制器21和其前后的開閉閥22。其中，也可以代替上述Ar氣體，而使用Kr、Xe等惰性氣體。
在上述排氣室11的側(cè)面上連接著排氣管23，在該排氣管23上連接著包括高速真空泵的排氣裝置24。而且，通過使該排氣裝置24動作，使得腔室1內(nèi)的氣體向排氣室11的空間11a內(nèi)均勻地排出，經(jīng)由排氣管23進(jìn)行排氣。由此，腔室1內(nèi)能夠高速地減壓到規(guī)定的真空度，例如0.133Pa。
在腔室1的側(cè)壁上，在與鄰接于等離子體處理裝置100的搬送室(圖未示出)之間設(shè)置有用來進(jìn)行晶片W或擬晶片Wd的搬入搬出的搬入搬出口25，以及開閉該搬入搬出口25的門閥26。
腔室1的上部成為開口部，沿著該開口部的周緣部設(shè)置有環(huán)狀的支撐部27，在該支撐部27上，經(jīng)由密封部件29氣密地設(shè)置有由介電體(例如石英或Al2O3、AIN等陶瓷)構(gòu)成的、透射微波的微波透過板28。因而，腔室1內(nèi)保持氣密。
在微波透過板28的上方，與基座2相對地設(shè)置有圓板狀的平面天線部件31。該平面天線部件31卡固于腔室1的側(cè)壁上端。平面天線部件31由例如表面鍍金或鍍銀的銅板或鋁板制成，成為多個微波放射孔32以規(guī)定的圖形貫通地形成而構(gòu)成。該微波放射孔32成為例如圖2中所示的長槽狀，代表性地鄰接的微波放射孔32彼此配置成“T”字形，這些多個微波放射孔32配置成同心圓狀。微波放射孔32的長度或排列間隔根據(jù)微波的波長(λ)確定，例如微波放射孔32的間隔配置成1/2λ或λ。其中，在圖2中，以Δr表示形成為同心圓狀的鄰接的微波放射孔32彼此的間隔。此外，微波放射孔32也可以示圓形、圓弧形狀等其他形狀。而且，微波放射孔32的配置形態(tài)未特別限定，除同心圓狀之外，也可以配置成例如螺旋狀、放射狀。
在該平面天線部件31的上面，設(shè)置有大于真空的介電率的慢波件33。該慢波件33因為在真空中微波的波長加長，所以具有使微波的波長變短而調(diào)整等離子體的功能。其中，平面天線部件31與微波透過板28之間成為緊密接觸狀態(tài)，此外，慢波板33與平面天線31之間也緊密接觸。
在腔室1的上面，設(shè)置有由例如鋁或不銹鋼等金屬材料制成的屏蔽蓋體34，以覆蓋這些平面天線部件31和慢波件33。腔室1的上面與屏蔽蓋體34利用密封部件35而密封。在屏蔽蓋體34上形成有冷卻水流路34a，通過在其中流通冷卻水，來冷卻屏蔽蓋體34、慢波件33、平面天線31、微波透過板28。其中，屏蔽蓋體34接地。
在屏蔽蓋體34的上壁的中央，形成有開口部36，導(dǎo)波管37連接于該開口部。在該導(dǎo)波管37的端部，經(jīng)由匹配電路38連接著微波發(fā)生裝置39。該微波發(fā)生裝置39的構(gòu)成示意地示于圖3。在該微波發(fā)生裝置39中，在從電源部61連接到振蕩部64的磁控管65為止的高電壓供給線66上設(shè)有電容器62與脈沖開關(guān)部63。此外，在脈沖開關(guān)部63上，連接著脈沖控制部67，進(jìn)行頻率或占空比等控制信號的輸入。該脈沖控制部67接收來自工序控制器50(下述)的指示而向脈沖開關(guān)部63輸出控制信號。然后，通過一邊從電源部61供給高電壓一邊向脈沖開關(guān)部63輸入控制信號，將如圖3中所示規(guī)定電壓(例如-5.1〔kV〕)的矩形波供給到振蕩部64的磁控管65，并輸出脈沖狀的微波。在微波發(fā)生裝置39中發(fā)生的脈沖狀微波成為經(jīng)由波導(dǎo)管37向上述平面天線部件31傳播。該微波的脈沖例如頻率控制成1kHz～100kHz，優(yōu)選控制成5kHz～50kHz，占空比控制成10～90％，優(yōu)選可以控制成50～90％。
波導(dǎo)管37包括從上述屏蔽蓋體34的開口部36向上延伸的截面圓形的同軸波導(dǎo)管37a、以及與經(jīng)由模式變換器40連接于該同軸波導(dǎo)管37a的上端部的在水平方向上延伸的矩形波導(dǎo)管37b。矩形波導(dǎo)管37b與同軸波導(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。內(nèi)導(dǎo)體41延長到同軸波導(dǎo)管37a的中心，內(nèi)導(dǎo)體41在其下端部連接固定于平面天線部件31的中心。由此，脈沖狀的微波經(jīng)由同軸波導(dǎo)管37a的內(nèi)導(dǎo)體41向平面天線部件31呈放射狀地高效率地均勻傳播。
此外，在腔室1的側(cè)壁的下部，設(shè)置有等離子體的發(fā)光測定用的透光性的窗200。鄰接于該窗200配備有受光部201，受光部201與用來測定等離子體的發(fā)光強度的單色儀等分光控制計202電氣連接。因為設(shè)置窗200的位置離開平面天線部件31，由此不容易受等離子體的影響，此外，對窗200的附著物也少，可以穩(wěn)定地進(jìn)行測定。其中，分光控制計202的設(shè)置位置并沒有特別的限制，只要是穩(wěn)定能夠測定的位置則任意位置都可以。此外，在腔室1內(nèi)，由于設(shè)置有由石英制成的圓筒狀的襯套7，所以通過窗200與襯套7測定等離子體中的自由基(radical)的發(fā)光強度是可能的。雖然可以在襯套7上設(shè)置開口，但是，從等離子體直接對窗200的接觸和防止附著物的觀點出發(fā)優(yōu)選不設(shè)置開口。
等離子體處理裝置100的各構(gòu)成部形成為連接于具有CPU的工序控制器50而被控制。由工序管理者為了管理等離子體處理裝置100進(jìn)行指令的輸入操作等的鍵盤、使等離子體處理裝置100的運行狀況可視化而顯示的顯示器等組成的用戶界面51連接于工序控制器50。
此外，在工序控制器50上連接有存儲部52，該存儲部52存儲有用于利用工序控制器50的控制實現(xiàn)在等離子體處理裝置100中所實行的各種處理的控制程序(軟件)、記錄有處理條件數(shù)據(jù)的方案。
然后，根據(jù)需要，通過利用來自用戶界面51的指示等從存儲部52調(diào)用任意的方案在工序控制器50中實行，而可以在工序控制器50的控制下，進(jìn)行等離子體處理裝置100中的想要的處理。此外，所述控制程序或處理條件數(shù)據(jù)等方案，也可以利用儲存于計算機能夠讀取的存儲介質(zhì)，例如CD-ROM、硬盤、軟盤、閃存存儲器等的狀態(tài)，或者，從其他裝置，經(jīng)由例如專用線路隨時傳送而實時地利用。
此外，由于工序控制器50利用連接機構(gòu)53與分光控制計202電氣連接，所以分析在分光控制計202中所檢測的OH*自由基等的發(fā)光強度的信息，進(jìn)行脈沖條件的控制。例如，基于所測量的發(fā)光強度，通過從工序控制器50向脈沖控制部67送出控制信號，而可以自動地變更脈沖頻率或占空比等脈沖條件。
在這樣所構(gòu)成的RLSA方式的等離子體處理裝置100中，按以下這種順序進(jìn)行氧化晶片W的硅層而形成氧化膜等處理。
首先，打開門閥26，從搬入搬出口25將形成有硅層的晶片W搬入腔室1內(nèi)，并放置于基座2上。然后，從氣體供給系統(tǒng)16的Ar氣體供給源17和H2氣體供給源18、O2氣體供給源19，以預(yù)定的流量經(jīng)由氣體導(dǎo)入管15將Ar氣體、H2氣體和O2氣體導(dǎo)入到腔室1內(nèi)。具體地說，將例如Ar等稀有氣體流量設(shè)定成250～1000mL/min(sccm)，將H2氣體流量設(shè)定成1～20mL/min(sccm)，將O2氣體流量設(shè)定成1～20mL/min(sccm)，將腔室內(nèi)調(diào)整成6.7～1333Pa(50mTorr～10Torr)，優(yōu)選為66.7～266.6Pa(500mTorr～2Torr)，更優(yōu)選為133.3Pa左右的處理壓力，將晶片W的溫度加熱到300～800℃，優(yōu)選是400～600℃。
接著，將來自微波發(fā)生裝置39的脈沖狀的微波，經(jīng)由匹配電路38導(dǎo)入波導(dǎo)管37，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并經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體41供給到平面天線部件31，從平面天線部件31的窄縫經(jīng)由微波透過板28放射到腔室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模式傳播，該TE模式的微波由模式變換器40被變換成TEM模式，在同軸波導(dǎo)管37a內(nèi)向平面天線部件31傳播。利用從平面天線部件31經(jīng)由微波透過板28放射到腔室1的脈沖狀的微波在腔室1內(nèi)形成電磁場，使Ar氣體、H2氣體、O2氣體等離子體化。該微波等離子體，通過微波從平面天線部件31的多個微波放射孔32脈沖(間歇)狀地放射，成為維持大致5×1010～1×1013/cm3的高密度的等離子體。然后，通過等離子體中的氧化種，例如氧自由基(O*)、羥自由基(OH*)或氧離子(O2-)等的作用，使氧被導(dǎo)入到硅中，從而形成SiO2膜。
作為本發(fā)明的等離子體處理中的等離子體密度，優(yōu)選為109～1013/cm3。其中，作為能夠生成這種高密度等離子體的等離子體處理裝置，除上述RLSA方式的等離子體處理裝置以外，也可以使用例如平行平板型等離子體處理裝置、平面波等離子體處理裝置、感應(yīng)結(jié)合型等離子體處理裝置、電子回旋加速器等離子體處理裝置等。
在本實施方式中，通過脈沖狀地發(fā)生微波，比起連續(xù)微波來，可以使等離子體的電子溫度降低30～50％左右。因而，可以使利用上述氣體類的氧化膜形成中的等離子體的電子溫度降低到大致1.2eV以下，優(yōu)選降低到0.7～0.5eV或者其以下。
圖4是表示等離子體形成中的連續(xù)微波與脈沖狀微波引起的電力、電子溫度和電子密度的特性比較的圖。圖中，t表示經(jīng)過時間。查明在脈沖狀微波等離子體中，通過電子溫度以一定周期重復(fù)增減，在平均電力相同的情況下，比起連續(xù)微波等離子體來可以將電子溫度抑制得低些。另一方面，查明電子密度雖然以緩慢的周期增減，但是因為平均幾乎與連續(xù)微波等離子體同等地維持，故并不較大地?fù)p及氧化速率。脈沖狀微波等離子體中的這些特性實驗上也可以確認(rèn)。因而，通過使用脈沖狀微波等離子體，可以低溫且短時間內(nèi)進(jìn)行氧化膜形成，但是，在使用圖1那種RLSA方式的等離子體處理裝置100的情況下，能夠進(jìn)一步降低電子溫度，更加降低對基底膜等的離子等引起的等離子體損壞而實現(xiàn)極其溫和的處理。
此外，在由連續(xù)微波等離子體引起的氧化膜形成中，在使用含有Ar與H2與O2的氣體類進(jìn)行氧化時，在腔室內(nèi)在紫外區(qū)域，例如310nm附近處可以觀察到作為氧化種的OH*引起的強發(fā)光峰值。該OH*在氧化膜形成中必不可少，相反如果強的紫外線照射，則因為增加Si/SiO2的界面能級密度(DitDensity Interface Trap(密度界面陷阱))，所以給予晶片W等被處理體以等離子體損壞，成為降低產(chǎn)品的成品率的一個原因。特別是在以CCD(Charge Coupled Devices(電荷耦合器件))為代表的圖像傳感器等對光敏感的半導(dǎo)體器件的制造過程中，在用等離子體成膜氧化膜的過程中，如果在紫外區(qū)域，例如250～400nm的等離子體發(fā)光強烈地發(fā)生，則SiO2/Si的界面能級變高，具結(jié)果，使暗電流增大。該暗電流，對CCD之類器件給予較大的特性變化，使產(chǎn)品的成品率降低。與此相對，通過使用脈沖狀微波等離子體，可以大幅度地降低紫外區(qū)域的發(fā)光。例如，在使用含有Ar與H2與O2的氣體的情況下，通過控制脈沖條件以便相對相同條件下的連續(xù)微波等離子體的紫外區(qū)域的發(fā)光強度比成為50％以下，優(yōu)選是30％以下，相對連續(xù)微波等離子體的氧化速率比成為55％以上，優(yōu)選是70％以上，可以既確保一定以上的氧化速率又抑制紫外區(qū)域的OH*的發(fā)光，降低等離子體損壞。此外，在使用含有Ar與O2的氣體的情況下，通過控制脈沖條件以便相對相同條件下的連續(xù)微波等離子體的紫外區(qū)域的發(fā)光強度比成為90％以下，優(yōu)選是70％以下，相對連續(xù)微波等離子體的氧化速率比成為80％以上，優(yōu)選是90％以上，可以既確保一定以上的氧化速率又抑制紫外區(qū)域的發(fā)光，降低等離子體損壞。
作為這種使氧化膜形成成為可能的脈沖條件，例如脈沖頻率可以取為1kHz～100kHz，占空比取為50～90％，優(yōu)選是脈沖頻率為5kHz～50kHz，占空比控制成50～90％就可以。因而，本發(fā)明的等離子體處理方法，特別是在CCD等攝像元件的制造過程中，在進(jìn)行使硅氧化而形成SiO2等氧化硅膜時是適用的。
接下來，對確認(rèn)本發(fā)明的效果的試驗結(jié)果進(jìn)行描述。其中，在以下的試驗中使用與圖1同樣的構(gòu)成的等離子體處理裝置100。
在以下所示的條件下，作為脈沖狀的電磁波而使用微波來氧化Si基板以形成氧化膜(SiO2膜)時，利用單色儀測定腔室內(nèi)的波長310nm的發(fā)光強度，與利用連續(xù)微波的情況進(jìn)行比較。其結(jié)果示于圖5。
<條件>
Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)腔室內(nèi)壓力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W溫度＝500℃脈沖狀微波等離子體1頻率＝5kHz，占空比＝50％脈沖狀微波等離子體2頻率＝50kHz，占空比＝50％連續(xù)微波等離子體頻率＝2.45GHz由圖5確認(rèn)，在脈沖狀微波等離子體的情況下，OH自由基(OH*)引起的310nm的發(fā)光峰值大幅度地降低。該OH*的發(fā)光可以看成降低所形成的氧化膜的膜質(zhì)的等離子體損壞的原因。這樣一來，如果使用本發(fā)明則通過使用與圖1同樣的等離子體處理裝置100由脈沖狀微波等離子體而使硅氧化，可以抑制紫外區(qū)域的等離子體發(fā)光，既能夠極力降低對被處理體的不良影響又形成氧化膜。
接下來，調(diào)查脈沖狀微波的脈沖頻率與發(fā)光強度的關(guān)系的結(jié)果示于圖6。圖6的縱軸作為相對連續(xù)波CW之比表示脈沖狀微波等離子體的310nm處的OH*的發(fā)光強度，橫軸是脈沖的通/斷時間(μ秒)。這里，作為處理氣體使用Ar/H2/O2和Ar/O2。處理條件如下。
<條件>
(1)Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)腔室內(nèi)壓力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W溫度＝500℃
脈沖頻率＝1kHz或50kHz(任一種的占空比＝50％)(2)Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)腔室內(nèi)壓力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W溫度＝500℃脈沖頻率＝5kHz、30kHz或50kHz(任一種的占空比＝50％)(3)連續(xù)微波等離子體除了取為上述兩者的氣體類、頻率＝2.45GHz以外，在同樣的條件下實施。
由該圖6查明，在Ar/H2/O2和Ar/O2的任一種氣體類下，隨著加大脈沖的頻率對連續(xù)波的發(fā)光強度比都降低，發(fā)光強度的降低效果加大。此外，在OH*的發(fā)光強度特別大的Ar/H2/O2的情況下，比起Ar/O2來，對連續(xù)波的OH*的發(fā)光強度的降低效果格外大。
上述紫外區(qū)域內(nèi)的等離子體的發(fā)光，給予氧化膜以不良影響。雖然OH*的強發(fā)光可以看成其一個原因，但是另一方面，因為OH*本身是具有強氧化作用的活性種，因此抑制OH*發(fā)光，減少等離子體中的OH*，使氧化速率降低。因此，在對Si基板的氧化膜形成中，調(diào)查脈沖狀微波的脈沖頻率與氧化膜厚(等離子體氧化速率)的關(guān)系。氧化處理的條件如下。其中，氧化膜的厚度，由光學(xué)膜厚測定器偏振光橢圓計來測定。
<氧化處理條件>
(1)Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)腔室內(nèi)壓力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W溫度＝500℃脈沖頻率＝在1kHz至50kHz的范圍內(nèi)變化(任一種的占空比＝50％)處理時間＝180秒(2)Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)
腔室內(nèi)壓力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W溫度＝500℃脈沖頻率＝在1kHz至50kHz的范圍內(nèi)變化(任一種的占空比＝50％)處理時間＝180秒(3)連續(xù)微波等離子體除了取為上述兩者的氣體類、頻率＝2.45GHz以外，在同樣的條件下實施。
結(jié)果示于圖7。根據(jù)圖7，在Ar/H2/O2的情況下，氧化速率比Ar/O2的情況高。此外，雖然可以看到如果通/斷(ON/OFF)時間的增加，也就是脈沖頻率降低則氧化速率降低的傾向，但是查明脈沖頻率在1kHz～50kHz的范圍內(nèi)，可以得到實用上足夠的氧化速率。
此外，在Ar/O2的情況下，直到脈沖頻率2kHz～50kHz氧化速率是恒定的，在該范圍內(nèi)，相對于連續(xù)波的氧化速率降低很少，如果脈沖頻率成為2kHz以下，則氧化速率降低。根據(jù)以上情況，在Ar/H2/O2和Ar/O2的任一種氣體類的情況下，在既維持氧化速率又降低OH*的發(fā)光強度的觀點上，在占空比＝50％處脈沖頻率5kHz～50kHz的范圍可以認(rèn)為特別好。
接下來，求出在以下條件下所測定的由連續(xù)微波等離子體引起的氧化速率與由脈沖狀微波等離子體引起的氧化速率之比，和由連續(xù)微波等離子體引起的OH*的發(fā)光強度(波長310nm)與由脈沖狀微波等離子體引起的OH*的發(fā)光強度(波長310nm)之比。
(共同的條件)<條件>
Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)；腔室內(nèi)壓力＝約133.3Pa(1Torr)；晶片W溫度＝500℃；處理時間180秒連續(xù)微波等離子體頻率＝2.45GHz
脈沖狀微波等離子體(條件A-1)脈沖通(ON)時間100μ秒，峰值微波功率2750W(條件A-2)脈沖通(ON)時間50μ秒，峰值微波功率2750W(條件A-3)脈沖通(ON)時間10μ秒，峰值微波功率2750W(條件A-4)頻率5kHz 占空比50％，峰值微波功率2750W(條件A-5)頻率50kHz 占空比50％，峰值微波功率2750W其結(jié)果示于圖8。由以上的結(jié)果可知，作為既能夠維持氧化速率又降低發(fā)光強度的脈沖條件范圍，可以舉出例如脈沖通(ON)時間10～100μ秒，優(yōu)選50～100μ秒，脈沖頻率1kHz～50kHz，優(yōu)選是5kHz～50kHz，占空比50～90％，優(yōu)選是50～70％的脈沖條件。如果是該范圍，則可以既將OH*自由基的發(fā)光強度降低到連續(xù)微波等離子體的6成左右，又維持比起連續(xù)微波等離子體來8成以上的氧化速率。因而，不會極端地降低氧化速率，可以排出紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光引起的對被處理體的影響，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的成品率。因此，在制造例如CCD傳感器、CMOS傳感器等攝像元件的過程中的氧化膜的形成，具體地說，作為光電變換部的保護膜形成氧化硅膜的情況等中，進(jìn)行由脈沖狀微波等離子體引起的等離子體處理是非常有效的。
接下來，對由脈沖狀微波等離子體所形成的氧化膜，進(jìn)行其電氣的特性的評價。在以下所示的條件下，由脈沖狀微波等離子體或連續(xù)微波等離子體進(jìn)行硅的氧化，調(diào)查氧化膜厚、與界面能級密度的關(guān)系。其結(jié)果示于圖9。
(共同的條件)腔室內(nèi)壓力＝大約133.3Pa(1Torr)；微波功率＝2750W；晶片溫度＝500℃；處理時間180秒(條件B-1)連續(xù)微波等離子體Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)(條件B-2)脈沖狀微波等離子體頻率5kHz 占空比50％Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)
(條件B-3)脈沖狀微波等離子體頻率50kHz 占空比50％Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)(條件B-4)連續(xù)微波等離子體Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)(條件B-5)脈沖狀微波等離子體頻率5kHz 占空比50％Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)(條件B-6)脈沖狀微波等離子體頻率50kHz 占空比50％Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)一般來說，雖然攝像元件中的Si/SiO2的界面能級密度如果不是1×1012以下則暗電流增加而引起攝像不良，但是根據(jù)圖9可以確認(rèn)，由脈沖狀微波等離子體所形成的氧化膜，其界面能級密度低于由連續(xù)微波等離子體所形成的氧化膜，氧化膜的致密性高，具有良好的電氣的特性。特別是，使用以規(guī)定比率含有氫的氣體類(Ar/H2/O2)處理的情況下，界面能級密度為1×1012以下，可以確認(rèn)不產(chǎn)生對攝像元件的影響。
這樣一來，由于在由脈沖狀微波等離子體所形成的氧化膜中，由紫外線增加的界面能級密度與由連續(xù)微波等離子體所形成的氧化膜相比較低，所以表現(xiàn)出可以很好地利用于在制造CCD傳感器或CMOS傳感器等攝像元件的過程中的氧化膜形成。
根據(jù)以上的理由，在等離子體處理裝置100中，表現(xiàn)出可以通過由脈沖狀微波生成等離子體，穩(wěn)定氧化速率，而且一邊維持實用上足夠的氧化速率一邊形成氧化膜。此外，通過利用脈沖狀微波，表現(xiàn)出可以降低紫外區(qū)域內(nèi)的強發(fā)光。由此，能夠降低等離子體損壞，表現(xiàn)出可以降低所得到的氧化膜的電氣特性，特別是界面能級密度。
而且，如圖1中所示的等離子體處理裝置100那樣，通過腔室1的窗200由分光控制計202監(jiān)視等離子體的紫外區(qū)域的發(fā)光強度，并通過根據(jù)其結(jié)果改變脈沖條件，控制紫外區(qū)域的發(fā)光而進(jìn)行等離子體氧化等處理也是有效的。
以上，雖然描述本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明不受上述實施方式限制，可以對其進(jìn)行各種變形。
例如，圖1雖然舉出RLSA方式的等離子體處理裝置100為例，但是只要是利用高密度的等離子體、微波等離子體、反射波等離子體、感應(yīng)結(jié)合型等離子體等的等離子體處理裝置，則沒有特別限定，同樣地運用本發(fā)明是可能的。其中，作為電磁波不限于微波，也可以運用于頻率更低的電磁波。
此外，作為被處理體，不限于硅基板，運用于例如LCD基板、化合物半導(dǎo)體基板等基板是可能的。
工業(yè)實用性本發(fā)明能夠在各種半導(dǎo)體裝置等的制造過程中，在形成氧化硅膜時而被很好地利用。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理方法，其特征在于其是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)通過對被處理體作用等離子體，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法，其中，所述等離子體利用脈沖狀的電磁波而形成。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于所述電磁波是微波。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于控制脈沖條件，使得由所述脈沖狀的電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度，與由連續(xù)電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度相比為其50％以下，而且，由所述脈沖狀的電磁波的等離子體引起的氧化速率，與由連續(xù)電磁波的等離子體引起的氧化速率相比為其55％以上。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于使用含有稀有氣體和氧與氫的氣體作為處理氣體。
5.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光是由OH自由基引起的發(fā)光。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于控制脈沖條件，使得由所述脈沖狀的電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度，與由連續(xù)電磁波引起的等離子體的紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光強度相比為其90％以下，而且，由所述脈沖狀的電磁波的等離子體引起的氧化速率，與由連續(xù)電磁波的等離子體引起的氧化速率相比為其80％以上。
7.如權(quán)利要求6所述的等離子體處理方法，其特征在于使用含有稀有氣體與氧的氣體作為處理氣體。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于所述脈沖的頻率為1～100kHz，占空比(duty rate)為10～90％。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于所述脈沖的頻率為5～50kHz，占空比為50～90％。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于處理壓力為66.7～266.6Pa。
11.一種等離子體處理方法，其特征在于其是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)通過對被處理體作用等離子體，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法，其中，通過將脈沖狀的電磁波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)而產(chǎn)生等離子體，并且測定所述處理室內(nèi)的等離子體的發(fā)光強度，并根據(jù)該值來變更脈沖條件，由此，控制發(fā)光強度。
12.一種等離子體處理方法，其特征在于其是在等離子體處理裝置的處理室內(nèi)對被處理體作用等離子體來進(jìn)行處理的等離子體處理方法，其中，通過將脈沖狀的電磁波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)而產(chǎn)生等離子體，并且通過脈沖條件控制所述處理室內(nèi)的等離子體的發(fā)光強度。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子體處理方法，其特征在于測定所述處理室內(nèi)的等離子體的發(fā)光強度，并根據(jù)該值變更脈沖條件，由此來控制發(fā)光強度。
14.如權(quán)利要求12或者13所述的等離子體處理方法，其特征在于所述等離子體的發(fā)光是紫外區(qū)域內(nèi)的發(fā)光。
15.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處理裝置包括具有多個窄縫的平面天線，通過該平面天線將微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)。
16.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括通過脈沖狀的電磁波產(chǎn)生等離子體的等離子體供給源；劃分成在被處理體上通過所述等離子體進(jìn)行成膜處理用的處理室的處理容器；在所述處理容器內(nèi)放置所述被處理體的支撐體；用來對所述處理容器內(nèi)進(jìn)行減壓的排氣機構(gòu)；用來將氣體供給到所述處理容器內(nèi)的氣體供給機構(gòu)；以及控制部，其控制所述處理容器，使得在所述處理容器內(nèi)，通過由脈沖狀的電磁波所形成的等離子體對被處理體進(jìn)行作用，而進(jìn)行使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法。
17.一種控制程序，其特征在于其在計算機上運行，并且在執(zhí)行時，控制所述處理容器，以在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，通過由脈沖狀的電磁波所形成的等離子體對被處理體進(jìn)行作用，而進(jìn)行使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法。
18.一種計算機可讀取的存儲介質(zhì)，其特征在于其是儲存有在計算機上運行的控制程序的計算機可讀取的存儲介質(zhì)，其中，所述控制程序在執(zhí)行時，控制所述處理容器，以在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，通過由脈沖狀的電磁波所形成的等離子體對被處理體進(jìn)行作用，而進(jìn)行使硅氧化并形成氧化硅膜的等離子體處理方法。
全文摘要
從微波發(fā)生裝置(39)經(jīng)由匹配電路(38)將脈沖狀的微波導(dǎo)入波導(dǎo)管(37)，經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體(41)供給到平面天線部件(31)，從平面天線部件(31)經(jīng)由微波透過板(28)放射到腔室(1)中的晶片(W)的上方空間。利用從平面天線部件(31)經(jīng)由微波透過板(28)放射到腔室(1)的脈沖狀的微波在腔室(1)內(nèi)形成電磁場，使Ar氣體、H
文檔編號H01L27/14GK101053071SQ200680001118
公開日2007年10月10日 申請日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者小林岳志, 古井真悟, 北川淳一 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社