[發明專利]基板處理方法和等離子體處理裝置

無效

• 申請號: 200810001745.4
• 申請日: 2003-03-28
• 公開（公告）號: CN101266928A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 松山征嗣;菅原卓也;尾﨑成則;中西敏雄;佐佐木勝
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/314
• 分類號: H01L21/314;H01L21/3105;H01L21/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍淳

本申請是申請日為2003年3月28日、申請號為03813333.4(PCT/JP03/04036)、發明名稱為“基板處理方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種基板處理方法，特別是涉及一種在硅基板表面形成的氧化膜的氮化方法。

背景技術

隨著細微化技術的發展，在現在，能夠制造達到0.1μm的柵極長的超細微化半導體裝置。

在這樣的超細微化半導體裝置中，如果為了隨著柵極長的縮短提高半導體裝置的動作速度，需要根據比例規則減少柵極絕緣膜的厚度。例如，在使用現有的熱氧化膜作為柵極絕緣膜的情況下，需要將柵極絕緣膜的厚度減少到現有的1.7nm以下。但是，如果這樣減少氧化膜的厚度，就會由隧道效應導致通過氧化膜流動的柵極泄漏電流增大。

為此，一直以來，研究作為柵極絕緣膜，使用Ta₂O₅或者HfO₂，ZrO₂等高電介質膜(所謂的高K電介質膜)來代替現有的硅氧化膜。但是，這些高電介質膜與半導體技術中一直以來所使用的硅氧化膜的性質有很大的不同，為了將這些高電介質膜用作柵極絕緣膜，具有很多必須解決的問題。

與此相對，硅氮化膜或者硅氧氮化膜是現有的半導體工序中所使用的材料，而且具有硅氧化膜的1.5～2倍的介電常數，所以是作為下一代高速半導體裝置的柵極絕緣膜的希望的材料。

一直以來，通常硅氮化膜是通過等離子體CVD法在層間絕緣膜上形成的。但是，這樣的CVD氮化膜通常包含大量的缺陷，泄漏電流大，作為柵極絕緣膜是不適當的。為此，一直以來，不試圖將氮化膜用于柵極電極。

與此相對，最近提出了一種技術，向微波激勵的Ar或Kr這樣的非活潑性氣體等離子體中導入氮或者氮和氫、或者NH₃氣體這樣的包含氮的氣體，產生N原子團或者NH原子團，氮化硅氧化膜表面，變換為氧氮化膜?？紤]到，這樣形成的氧氮化膜的熱氧化膜換算膜厚小，而且具有優于熱氧化膜的泄漏電流特性，有望作為下一代高速半導體裝置的柵極絕緣膜。這樣形成的氧氮化膜化學穩定，即使在氧氮化膜上形成高電介質膜的情況下，也能夠抑制通過所述氧氮化膜中產生的高電介質膜中的金屬元素的擴散，以及由這種擴散導致的高電介質膜和硅基板之間的反應。另外，也提出了通過這種微波等離子體直接氮化硅基板表面的技術。

但是，作為已有的向氧化膜中導入氮的方法，已經知道在氮氣氛環境中熱處理和注入氮離子的方法，但已經知道，在這樣的方法中，導入的氮原子主要在硅基板和氧化膜的界面附近聚集。結果，在將這樣已有的氧氮化膜用于MOS晶體管的柵極絕緣膜的情況下，就會產生由界面態形成導致的閾值電壓的變動，和相互傳導性惡化等問題。

由同樣的理由，即使是在由N原子團或者NH原子團處理所形成的氧氮化膜的情況下，如果沒有合適地控制膜中的氮原子的分布，不僅沒有得到希望的半導體裝置的特性提高，相反會引起特性的惡化。

另外在使用感應耦合等離子體(ICP)等高能量等離子體來氮化處理氧化膜、形成氧氮化膜這樣的情況下，在氮化處理后，進行熱處理，只要不使膜從因等離子體導致的損傷恢復，就不能得到希望特性的氧氮化膜。但是，這樣的恢復熱處理不僅是多余的，而且會引起氧氮化膜的進一步氧化，和隨之導致的氧氮化膜的增膜問題。

發明內容

這里，本發明的總的目的在于，提供一種解決上述問題的新穎有用的基板處理方法。

本發明的更具體的目的在于，提供一種基板處理方法，其通過氧化膜的微波等離子體氮化處理來形成氧氮化膜，能夠避免導入到膜中的氮原子在硅基板和氧氮化膜的界面上偏析，還能夠抑制在所述界面中的氧化膜再成長，而且在氮化處理后不需要進行恢復熱處理。

本發明的其它目的在于，提供一種基板處理方法，其氮化在硅基板表面上形成的氧化膜來形成氧氮化膜，該方法包括：氮化處理工序，其通過微波激勵等離子體激勵氮氣，由形成的原子團或者離子來氮化所述氧化膜；

所述氮化處理工序是在下述情況下進行的：在不到500℃的基板溫度，將所述微波激勵等離子體的電子溫度設定為2eV以下，將保持所述被處理基板的處理空間中的氧滯留時間設定為2秒以下。