表面氮化方法技术

一种表面改质方法，该方法是利用等离子体对被处理基体的表面进行改质的方法，其特征在于，该方法中具有以下几个步骤：　　　　将被处理基体的温度调节至２００℃以上、４００℃以下的步骤；　　　　向等离子体处理室内导入含有氮原子的气体或含有氮原子的气体与惰性气体的混合气的步骤；　　　　将上述等离子体处理室内的压力调节至１３．３Ｐａ以上的步骤；　　　　在上述等离子体处理室内生成等离子体的步骤；以及　　　　以１０ｅＶ以下的能量使上述等离子体中的离子入射到上述被处理基体中的步骤。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造方法，特别是涉及利用微波表面波等离子体，以高品位、高速地对被处理基体进行改质的方法。本专利技术适用于例如形成氧氮化硅薄膜。
技术介绍
近年来，随着半导体装置的微细化，在厚度在3nm以下的栅绝缘膜上使用氧氮化硅薄膜。氧氮化硅薄膜的比电容率高，具有抑制漏电流的效果和防止硼从栅电极扩散的效果，其优良的特性倍受注目。氧氮化硅薄膜的制造方法有两种，一种是先形成硅热氧化薄膜后导入氮气的方法，另一种是采用直接CVD(化学气相沉积)法在硅基板上形成氧氮化硅薄膜的方法，但从与硅基板的界面的电学性质方面考虑，前一种方法是有利的。另外，关于对氧化硅薄膜进行氮化处理的方法，正在研究热处理和等离子体处理等。采用热处理的氧氮化硅薄膜制法中，提出例如在一氧化氮气氛中将晶片加热数小时的方法(第62届应用物理学会学术讲演会讲演预稿集；No.2,630页)，该方式是对氧化硅薄膜进行热氮化的方法。由于热氮化要求800℃～1000℃的高温，故氮气容易在氧化硅薄膜中移动，到达氧化硅薄膜与硅的界面。由于氮气在氧化硅薄膜和硅中扩散的难易程度不同，故蓄积在氧化硅薄膜与硅的界面处。因此，采用热氮化的氧化硅薄膜中的纵深方向上的氮浓度分布，局限于硅与氧化硅薄膜的界面处。另外，作为采用热处理的氧氮化硅薄膜制法的其他例子，特开平6-140392号公报中公开了使用NH3的氮化方法。采用等离子体处理的氧氮化硅薄膜制法中，提出一种使用远距等离子体(Remote Plasma)、充分减少氮等离子体中的氮离子，仅将氮活性种输送给晶片，从而将氧化硅薄膜氮化的方法(第62届应用物理学会学术讲演会讲演预稿集；No.2,631页)。该方式是利用反应性高的中性活性种，可以在比较低的400℃左右的温度下将氧化硅薄膜氮化。或是将反应容器保持在高压，或是将等离子体发生部与晶片极大地分离，从而减少等离子体中的氮离子，仅利用氮活性种。采用远距等离子体处理的氧化硅薄膜中的纵深方向上的氮浓度分布，可以是象表面那样大，在硅与氧化硅薄膜的界面处减小。另外，还已知使用来自等离子体的离子的氮化方法(特开平10-173187号公报)。该方法是以50eV以下的能量使离子入射，获得在依赖于离子能量的深度内具有峰的氮在纵深方向上的浓度分布。这些以往的氧化硅薄膜的氮化方法中，存在一些问题，对于超薄氧化膜尚达不到实用的程度。例如，在热氮化处理中，由于氧化硅薄膜与硅的界面处的氮浓度高，会发生晶体管的通道(channel)的移动度降低等元件特性恶化的问题。另外，由于氧化硅薄膜表面的氮浓度低，栅电极的硼会扩散到氧化硅薄膜中，引起漏电流增大等问题。远距等离子体处理中，由于与等离子体中的氮离子同为必要的氮的中性活性种也减少，因此得不到足够的氮的中性活性种，从而使处理时间非常长。另外，氧化硅薄膜中的纵深方向上的氮浓度分布，随着深度的增加而急剧减少，因此，难以提高氮的表面密度。进而，如果要想导入足够量的氮，则必须在高温下进行，由于氮扩散至很深的位置，故不能以高浓度形成浅的氮化层。采用离子的氮化中，如果在低压力、低温的条件下进行处理，就会在硅热氧化膜中残留有损伤，漏电流和硼扩散阻止性能劣化。虽然损伤在高温下复原，但在高温处理下氮发生扩散，从而不能形成浅的氮化层。另外，如果以数十eV的高能量射入离子，则由于离子被注入到很深的位置，而不能适应3nm以下的超薄氧化膜的氮化。本专利技术的目的在于，解决这些以往技术的问题，提供这样一种，该方法可在短时间内生成一种充分减小氧化硅薄膜与硅基板界面的氮浓度、且提高氧化硅薄膜中的氮浓度、减少损伤的高品位的氧氮化硅薄膜。
技术实现思路
作为本专利技术之一的，是利用等离子体对被处理基体的表面进行改质的方法，其特征在于，该方法中具有将被处理基体的温度调节至200℃以上、400℃以下的步骤；向等离子体处理室内导入含有氮原子的气体或含有氮原子的气体与惰性气体的混合气的步骤；将上述等离子体处理室内的压力调节至13.3Pa以上的步骤；在上述等离子体处理室内生成等离子体的步骤；以及以10eV以下的能量使上述等离子体中的离子入射到上述被处理基体中的步骤。上述温度调节步骤中，也可以将上述被处理基体的温度调节至200℃以上、300℃以下。上述导入步骤中，作为含氮原子的气体，也可以导入N2、NH3或N2H4。上述导入步骤中，作为惰性气体，也可以导入He、Ne、Ar、Kr、Xe。上述压力调节步骤中，也可以将上述所定压力设定为26.6Pa以上、399Pa以下。上述入射步骤中，所入射的上述离子的离子能量的平均值，也可以在7eV以下。上述生成步骤中，作为上述等离子体，可以生成表面波等离子体、表面波干涉等离子体或RLSA等离子体。作为本专利技术的另一专利技术的，也可以采用上述方法对MOSFET的栅绝缘膜的表面进行改质。本专利技术的其他目的或其他的特征，参照以下附图以及根据所说明的优选实施例而变得清晰。附图说明图1为作为本专利技术一个实施例的微波表面波干涉等离子体处理装置的简要剖面立体图。图2为示出被处理基体上形成的氧化硅薄膜中的纵深方向上的氮浓度分布的曲线图。图3为示出入射到被处理基体中的离子能量分布的压力依赖性的曲线图。图4为示出压力与氮浓度分布峰深度的关系的曲线图。图5为示出采用XPS测定的N1s峰的因基板温度而引起的变化的曲线图。图6为图1所示微波表面波干涉等离子体处理装置的变化例的简要剖面立体图。图7为可适用于图1所示微波表面波干涉等离子体处理装置的载置台的升降机构的简要框图。图8为可适用于图1所示微波表面波干涉等离子体处理装置的气体混合比调整机构的简要框图。具体实施例方式参照图1详细地说明本专利技术的一个实施方案的微波表面波干涉等离子体处理装置。图1中，1为等离子体处理室，2为被处理基体，3为用于保持被处理基体2的被处理基体载置台，4为加热器，5为处理用气体导入装置，6为排气口，8为用于将微波导入等离子体处理室1中的有槽的无端环状波导管，11为在无端环状波导管8中每隔微波管内波长的1/2或1/4设置的槽，7为用于将微波导入等离子体处理室1内的电介体窗，10为在无端环状波导管内设置的冷却水路。等离子体处理室1内壁和电介体窗7为石英的，这样就不会有金属污染被处理基体2的可能性。考虑到内置加热器4的热传导和金属污染，被处理基体载置台3为以氮化铝作为主要成分的陶瓷。在等离子体处理中，在冷却水路10中流过冷却水，将无端环状波导管8冷却至室温。另外，利用加热器4对被处理基体载置台3进行加热。将表面上带有厚度在3nm以下的超薄氧化硅薄膜的被处理基体2运送并载置到被处理基体载置台3上。被处理基体2的运送，可以使用图中未示出的负载闭锁(load lock)室在真空中进行，也可以在大气压下并在氮气或惰性气体气氛中进行。然后，借助具有本
公知的压力调节阀25a和真空泵(例如坚山制作所制)25b的排气系统25，对等离子体处理室1内抽真空。等离子体处理室1内的压力，可以采用下述方法来调节控制部21一边使真空泵25b运转，一边控制通过阀的开启程度来调节处理室1内压力的压力调节阀25a(例如VAT制的带有压力调节功能的闸门阀和MKS制排气节流阀(throttle valve))，以使用于检测处理室1内压力的压力传感器24达到所规定的值。接着本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改质方法，该方法是利用等离子体对被处理基体的表面进行改质的方法，其特征在于，该方法中具有以下几个步骤将被处理基体的温度调节至200℃以上、400℃以下的步骤；向等离子体处理室内导入含有氮原子的气体或含有氮原子的气体与惰性气体的混合气的步骤；将上述等离子体处理室内的压力调节至13.3Pa以上的步骤；在上述等离子体处理室内生成等离子体的步骤；以及以10eV以下的能量使上述等离子体中的离子入射到上述被处理基体中的步骤。2.权利要求1中记载的方法，其特征在于，上述温度调节步骤中，将上述被处理基体的温度调节至200℃以上、300℃以下。3.权利要求1中记载的方法，其特征在于，上述导入步骤中，作为含氮原子的气体，导入N2、NH3或N2H4。4.权利要求1中记载的方法，其特征在于，上述导入步骤中，作为惰性气体，导入He、Ne、Ar、Kr、Xe。5.权利要求1中记载的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：北川英夫，铃木伸昌，内山信三，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：