[发明专利]等离子体处理装置和等离子体处理方法

说明书

(本申请是2003年11月20日递交的发明名称为“等离子体处理装置和等离子体处理方法”的申请200380103808.2的分案申请)

技术领域

本发明涉及使用等离子体氮化处理或者氧化处理硅基板的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

背景技术

在使用了等离子体的硅基板的氮化处理时，例如，向微波激励后的氩气或氪气等的稀有气体等离子体中导入氮气或氮气和氢气、或NH₃气体等的包含氮元素的气体。由此，产生N自由基(radical)或NH自由基，而将硅氧化膜表面转换为氮化膜。另外，还存在通过微波等离子体来直接氮化硅基板表面的方法。

若根据现有的装置和方法，则因入射到硅氧化模(硅基板)上的离子，有基底膜(Si、SiO₂)或成膜的膜(SiN)受到损害的问题。因膜的损害，存在产生了基板劣化、漏电流增大、因界面特性的劣化造成的晶体管特性的劣化等问题的情况。

另外，作为其他问题，有因向硅氧化膜和硅氮化膜的界面的氧元素的扩散，硅氮化膜的膜厚增加到必要以上的问题。

发明内容

本发明鉴于上述情况而作出，第一目的是提供一种可以有效抑制硅基板(硅氧化膜)和氮化膜的劣化的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

第二目的是提供一种可以有效抑制硅氮化膜的膜厚增大的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方式的等离子体处理装置在等离子体产生部和硅基板之间配置具有开口部的隔板。

这样，通过在处理容器内配置隔板，缓和了到达硅基板上的离子能量，可以有效抑制对硅基板和氮化膜自身的损害。另外，透过隔板的开口部而到达硅基板的气体在基板上的流速增加，硅基板表面的氧元素分压降低，从氮化膜向硅基板的表面侧跑的氧元素数量增加。结果，可以有效抑制氮化膜的厚度增大。

作为隔板，优选使用在对应于硅基板的形状的区域内配置的具有多个开口部的隔板。这时，各开口部的开口面积优选是例如13mm²～450mm²，优选，隔板的厚度优选是3mm～7mm，隔板的位置优选位于距所述硅基板的表面20～40mm的上方。

对于开口部的大小，可以是各开口部全部是相同大小，也可以设定为所述隔板的中央部的开口部的直径比位于该中央部的外侧的开口部的直径小。由此，相比于其外侧可以进一步抑制硅基板的中央部的氮化膜的厚度增加。例如，中央部的开口部的直径可以是9.5mm，位于该中央部的外侧的开口部的直径可以是10mm。在设定为所述隔板的中央部的开口部的直径比位于该中央部的外侧的开口部的直径大的情况下，相比于其外侧可以促进硅基板的中央部的氮化膜的厚度增加。

本发明还可以适用于使用等离子体进行氧化处理的装置。即，可以提出在对在处理容器内配置的硅基板，使用等离子体进行氧化处理的等离子体处理装置中，在等离子体产生部和所述硅基板之间配置了具有开口部的隔板的装置。该情况下，也可设定为隔板的中央部的开口部的直径比位于该中央部的外侧的开口部的直径小。例如，中央部的开口部的直径可以是2mm，位于该中央部的外侧的开口部的直径可以是2.5mm。进一步相反，也可设定为隔板的中央部的开口部的直径比位于该中央部的外侧的开口部的直径大。

本发明的另一方式的等离子体处理方法中，将所述硅基板表面的电子密度控制为1e+7(个·cm^-3)～1e+9(个·cm^-3)。如上所述，通过减弱硅基板上的离子能量和离子密度，可以有效抑制对硅基板和氮化膜的损害。

本发明的另一方式的等离子体处理方法中，将所述硅基板表面的气体流速控制为1e^-2(m·sec^-1)～1e+1(m·sec^-1)。如上所述，若硅基板上的气体流速增加，则硅基板表面的氧元素分压降低，从氮化膜向硅基板的表面侧跑的氧元素的量增加。结果，可以有效抑制氮化膜的厚度增大。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的等离子体处理装置的结构的示意图；

图2是实施例所用的等离子体缓冲(baffle)板的平面图；

图3(A)～(C)是表示实施例的等离子体处理工序的一部分的示意图；

图4是表示伴随着氮化处理的时间经过的膜中氮元素含有比例的变化曲线；

图5是表示伴随处理压力的变化的电子密度的变化曲线；

图6是表示伴随处理压力的变化的电子温度的变化曲线；