[发明专利]等离子体氮化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体氮化处理方法。

背景技术

利用等离子体进行成膜等处理的等离子体处理装置，例如用于由硅或化合物半导体制作的各种半导体装置、液晶显示装置（LCD）所代表的FPD（平板显示器）等的制造过程中。在这种等离子体处理装置中，作为处理容器内的部件，大多使用以石英等电介质为材质的部件。例如，已知有在通过具有多个隙缝的平面天线向处理容器内导入微波、产生等离子体的微波激发等离子体处理装置。这种微波激发等离子体处理装置构成为，由平面天线导入的微波经由石英制的微波透过板（有时也称为顶板或透过窗）导入处理容器内的空间，通过在处理容器内生成的电场，激发处理气体，生成高密度等离子体（例如参照国际公开第2008／146805号）。

在上述国际公开第2008／146805号中，作为等离子体氮化处理的前处理阶段，公开了如下所述的顺序。首先，将伪晶片（dummy wafer）搬入腔室内，并载置于基座，形成规定的真空气氛。接着，向腔室内导入微波，激发含有氧的气体，形成氧化等离子体。接着，将腔室内抽真空，并向腔室内导入微波，激发含有氮的气体，形成窒化等离子体。在形成规定时间氮化等离子体后，将伪晶片从腔室搬出，前处理阶段结束。然后，在等离子体氮化处理阶段中，首先将具有氧化膜的晶片（氧化膜晶片）搬入腔室内，将腔室内抽真空，并向腔室内导入含有氮的气体。之后，通过向腔室内导入微波，使含有氮的气体激发，形成等离子体，利用该等离子体，对晶片的氧化膜实施等离子体氮化处理。

此外，在利用等离子体进行成膜等处理的等离子体处理装置中，作为腔室的清洗方法，提出了交替进行形成含有氧的气体的等离子体的工序、和在上述腔室内形成含有氮的气体的等离子体的工序至少一个循环的方法（例如，参照国际公开第2007／074016号）。

发明内容

在一个处理容器中在不同工序实施不同种工艺的情况下，例如，前段工艺为进行高氮剂量的等离子体氮化处理的工序、后段的工艺为进行低氮剂量的等离子体氮化处理的工序的情况下，出现前段的工艺气氛（含有残留氮离子等）拖延的所谓的记忆效应（memory effect）。由于该记忆效应，在后段工艺的初期，氮剂量偏离目标值。为了减小这种记忆效应所带来的影响，在前段工艺结束后、开始后段工艺之前，需要使用数片附有二氧化硅（SiO₂）等氧化膜的不能再使用的伪晶片，在与后段工艺相同的条件下进行低氮剂量的等离子体氮化处理。但是，在这种方法中，由于伪晶片不能再使用，无法实现自动化。因此，必须手工一片片地安装伪晶片，该准备工作费时费力。并且，消除记忆效应的影响、直至使得后段工艺稳定在正常状态耗费时间，存在生产率降低、批量运用出现阻碍的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种等离子体氮化处理方法，该方法在从高氮剂量的等离子体氮化处理向低氮剂量的等离子体氮化处理转换时，能够在短时间内形成稳定的低氮剂量的等离子体状态。

本发明的等离子体氮化处理方法，将含有氮气的处理气体导入等离子体处理装置的处理容器，生成高氮剂量条件的含氮等离子体，对具有氧化膜的被处理体进行高氮剂量（dose）的等离子体氮化处理后，生成低氮剂量条件的含氮等离子体，对被处理体进行低氮剂量的等离子体氮化处理，在所述高氮剂量条件的等离子体氮化处理结束后，向同一所述处理容器内导入稀有气体、氮气和氧气，在所述处理容器内的压力为532Pa以上833Pa以下，且全部处理气体中的氧气的体积流量比为1.5％以上5％以下的条件下，生成添加有微量氧的氮等离子体，利用该添加有微量氧的氮等离子体在所述处理容器内进行等离子体陈化（seasoning）处理。

本发明的等离子体氮化处理方法，优选所述高氮剂量条件的等离子体氮化处理中对被处理体的氮剂量的目标值为10×10¹⁵atoms／cm²以上50×10¹⁵atoms／cm²以下，所述低氮剂量条件的等离子体氮化处理中对被处理体的氮剂量的目标值为1×10¹⁵atoms／cm²以上10×10¹⁵atoms／cm²以下。

在本发明的等离子体氮化处理方法中，优选所述等离子体为利用所述处理气体和由具有多个隙缝的平面天线导入所述处理容器内的微波而形成的微波激发等离子体。