[发明专利]硅氧化膜的形成方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及硅氧化膜的形成方法和装置，用于形成例如能够应用于栅极绝缘膜等用途的优质的硅氧化膜(SiO₂)。

背景技术

作为将硅表面氧化来形成硅氧化膜的方法，大致分为使用氧化炉或RTP(Rapid Thermal Process，快速热处理)装置的热氧化处理和使用等离子体处理装置的等离子体氧化处理。

例如，作为热氧化处理之一的氧化炉的湿式氧化处理中，将硅基板加热到超过800℃的温度，通过使用WVG(Water Vapor Generator，水蒸汽发生器)使基板暴露在氧化气氛中，将硅表面氧化，形成硅氧化膜。热氧化处理可认为是能够形成优质的硅氧化膜的方法。不过，因为热氧化处理需要升温至800℃以上的高温的处理，所以会发生热积存(Thermal Budget)增大，热应力导致硅基板产生变形等的问题。

另一方面，关于等离子体氧化处理，提出下述方法(例如，WO2004/008519号(专利文献1))：使用含有氩气和氧气，氧的流量比为1％的处理气体，在133.3Pa的处理压力下形成微波激发(激励)等离子体，使微波激发等离子体与硅表面作用，进行等离子体氧化处理，由此形成硅氧化膜。该专利文献1的方法由于能够在处理温度为400℃的比较低的温度下进行等离子体氧化处理，所以能够避免热氧化处理中的热积存的增大或基板的变形等问题。

在上述专利文献1中，在氧的流量比为约1％，处理压力为133.3Pa的低压力、低氧浓度的条件下形成等离子体。通过在这种低压力、低氧浓度的条件下对硅表面进行等离子体氧化，能够获得高氧化率。不过，通过低压力、低氧浓度的等离子体氧化处理得到的硅氧化膜，存在膜中Si-O键的缺陷较多，引起初始耐压不良，导致器件的成品率降低的问题。这样的问题虽然能够通过在相对更高的处理压力(例如400Pa)、更高的氧浓度(例如20％)下进行处理来得以改善，但若处理压力和氧浓度提高，则氧化率下降，吞吐量降低。另外，若提高处理压力和氧浓度，则存在硅氧化膜的表面、Si/SiO₂界面的平坦性恶化，作为绝缘膜的耐久性降低的问题。

因此，为了在不丧失低压力、低氧浓度条件下的等离子体氧化处理的优点的前提下形成绝缘性能优良的硅氧化膜，提出了下述硅氧化膜的形成方法(特开2008-91409号(专利文献2))，包括：在处理气体中的氧的比例为1％以下且压力为0.133～133Pa的第一处理条件下形成等离子体，从而形成硅氧化膜的第一氧化处理工序；和在处理气体中的氧的比例为20％以上且压力为400～1333Pa的第二处理条件下形成等离子体，从而形成硅氧化膜的第二氧化处理工序。

伴随着近年来半导体装置的精细化，例如对于晶体管或闪存元件等的栅极绝缘膜，要求具有高绝缘耐久性的膜质，即使反复施加应力其绝缘性能也不会降低，并能够极力抑制漏电流的产生。另外，近年来，从增大半导体晶片的处理片数，提高吞吐量的观点出发，要求氧化率的提高，以能够在短时间内形成规定膜厚的硅氧化膜。对于这样的方向性不同的两个要求，使用现有的等离子体氧化处理的方法，难以同时满足两者。

上述专利文献2中，通过低压力、低氧浓度条件与相对高压力、高氧浓度条件下的两个步骤的等离子体氧化处理，能够维持低压力、低氧浓度条件下的优点——高氧化率和硅氧化膜的表面及Si/SiO₂界面的平坦性，并同时抑制其缺点——膜中的缺陷，由此获得致密且缺陷少的硅氧化膜。不过，由于专利文献2的技术以两个步骤的处理为前提，因此在提高吞吐量的方面仍有改善的余地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在短时间内形成的硅氧化膜的方法和装置，该硅氧化膜具有适于栅极绝缘膜等用途的优良的绝缘性能。

本发明的第一方面，提供一种在露出于被处理体表面的硅上形成硅氧化膜的硅氧化膜形成方法，包括：将上述被处理体载置到处理容器内的载置台上的工序；对上述处理容器内供给含氧的处理气体，生成上述处理气体的等离子体的工序；对上述载置台供给高频电力，对上述被处理体施加偏压的工序；和使上述等离子体与施加了上述偏压的上述被处理体作用来将上述硅氧化，形成上述硅氧化膜的工序，其中，上述处理气体中的氧的比例设定在0.1％以上10％以下的范围内，在形成上述硅氧化膜的工序中，上述处理容器内的压力设定在1.3Pa以上266.6Pa以下的范围内，上述高频电力的输出，设定在对于上述被处理体的面积为0.14W/cm²以上2.13W/cm²以下的范围内。