[发明专利]氮游离基产生器、氮化处理装置、氮游离基的产生方法、以及氮化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及在制造半导体装置时适用于基板的氮化处理的氮游离基产生器、包含该氮游离基产生器的氮化处理装置、氮游离基的产生方法、以及氮化处理方法。

背景技术

在构成用于CMOS晶体管等的栅绝缘膜等的氮化物(例如，SiON、Si₃N₄等)的形成中，主要采用在氨气(NH₃)、氮气(N₂)等氮原料气体中，使产生等离子体而获得的氮游离基与基板相接触，从而对基板的表面层进行氮化的等离子体处理法(例如，参照日本专利特开2001-015507号公报(专利文献1))。

在上述等离子体处理法中，需要用于产生等离子体的高频电源。另外，为了抑制对基板的等离子体损伤(是指由等离子体电离而产生的离子高速撞击基板，从而对基板造成损伤。下同。)，需要在等离子产生区域和基板的处理区域之间设置隔壁等(例如，参照日本专利特开2002-299330号公报(专利文献2))。因此，等离子体处理装置的反应器结构复杂，从而导致设备体积增大、费用增加。

专利文献1：日本专利特开2001-015507号公报

专利文献2：日本专利特开2002-299330号公报

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种能产生氮游离基而不产生等离子体、并能因结构简单而小型化的氮游离基产生器，包含所述氮游离基产生器的氮化处理装置，氮游离基的产生方法，以及氮化处理方法。

本发明所涉及的氮游离基产生器包括：多晶硅层，该多晶硅层包含具有一个主面的纳米硅层；硅基板电极，该硅基板电极形成于多晶硅层的另一个主面上；以及表面电极，该表面电极形成于纳米硅层的一个主面上。另外，还包括：第一腔室，该第一腔室对多晶硅层、硅基板电极、以及表面电极进行容纳；第一电源，该第一电源对表面电极施加相对于硅基板电极为正的电压；气体流入口，该气体流入口使氮气流入第一腔室内；氮游离基产生空间，该氮游离基产生空间使施加上述正电压时从纳米硅层的一个主面所发射的电子与上述氮气相接触而产生氮游离基；以及游离基流出口，该游离基流出口使氮游离基从第一腔室流出。

在本发明所涉及的氮游离基产生器中，可以将第一电源设为产生脉冲电压的脉冲电源。另外，本发明所涉及的氮游离基产生器还包括：聚焦电极，该聚焦电极容纳于第一腔室内，与表面电极相对；以及第二电源，该第二电源对聚焦电极施加相对于表面电极为正的电压。

本发明所涉及的氮化处理装置是包括上述氮游离基产生器和氮化处理器的成膜装置。这里，氮化处理器包括：第二腔室；容纳于第二腔室内，用于在其上配置基板的基板平台；以及使基板与氮游离基相接触，将基板的表面层氮化，从而形成氮化物层的氮化处理空间。

本发明所涉及的氮游离基的产生方法包括：第一步骤，该第一步骤对包含具有一个主面的纳米硅层的多晶硅层施加电压，从纳米硅层的一个主面发射电子；以及第二步骤，该第二步骤使所发射的电子与氮气相接触，从而产生氮游离基。

本发明所涉及的氮化处理方法包括：第一步骤，该第一步骤对包含具有一个主面的纳米硅层的多晶硅层施加电压，从纳米硅层的一个主面发射电子；第二步骤，该第二步骤使所发射的电子与氮气相接触，从而产生氮游离基；以及第三步骤，该第三步骤使氮游离基与基板相接触，将基板的表面层氮化，从而形成氮化物层。

根据本发明，可以提供一种能产生氮游离基而不产生等离子体、并能因结构简单而小型化的氮游离基产生器，一种包含所述氮游离基产生器的氮化处理装置，一种氮游离基产生方法，以及一种氮化处理方法。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的氮游离基产生器的一个实施方式的简要剖视图。

图2是表示本发明所涉及的氮化处理装置的一个实施方式的简要剖视图。

图3是表示本发明中的氮化处理方法的一个实施方式的简要剖视图。这里，(a)表示使氮游离基与基板相接触的状态，(b)表示基板的表面层氮化而生成氮化物层的状态。

标号说明