专利名称：处理装置及方法
技术领域：
本发明涉及处理装置及方法，特别涉及对等离子体处理中使用的处理气体生成的活性种与被处理基板间反应的控制。本发明适用于例如控制性良好地形成数个分子层的极薄膜的等离子体处理。
背景技术：
作为将微波作为等离子体生成用激发源使用的微波等离子体处理装置，已知有CVD装置、蚀刻装置、灰化装置、表面改性装置等。在使用微波等离子体处理装置的被处理基体处理中，比较典型的是将处理用气体导入处理室内，将由设置在处理室外部的微波供给装置产生微波经由电介质窗供给至处理室内，产生微波，使气体激发、解离、发生反应，对配置在处理室内的被处理基体进行表面处理。例如，在特开平3-1531号公报中提出了利用微波等离子体处理装置的成膜处理。
但是，使用微波等离子体处理装置，利用成膜或表面改性处理形成数个分子层的极薄膜(例如2nm或2nm以下)，例如在硅基板上形成栅氧化层膜时，处理时间变得极短，例如为1秒或1秒以下，大大低于能够稳定控制所需的时间(例如5秒或5秒以上)，膜厚控制性降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种解决了所述现有问题、提高了极薄膜形成时膜厚控制性的处理装置及方法。
本发明的一方面内容为一种处理装置，是对被处理基体实施等离子体处理的处理装置，其特征在于，所述处理装置具有收纳所述被处理基体并产生等离子体的处理室和将气体导入所述处理室内的装置，而且，还具有将所述被处理基体配置在比所述等离子体发生区域更接近所述气体上游位置的机构，配置在比所述被处理基体更接近所述等离子体发生区域的位置的排气机构，及将所述被处理基体上活性种浓度维持在109～1011cm-3范围内的机构。
在所述被处理基体与所述等离子体发生区域之间，也可以设置用于将配置了所述被处理基体的处理空间内活性种浓度维持在规定范围内的电导调整装置。此时，电导调整装置具有作为所述维持机构的功能。所述电导调整装置也可以为穿透了多个孔的板。
也可以在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置排气装置，在所述被处理基体侧配置所述气体导入装置。或者，所述气体导入装置包括将用于对所述被处理基体进行等离子体处理的处理气体导入所述处理室内的第1气体导入装置、和将惰性气体导入所述处理室内的第2气体导入装置，在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置所述第1气体导入装置和排气装置，在所述被处理基体侧配置所述第2气体导入装置。
所述等离子体处理例如为对所述被处理基体表面进行氧化或氮化处理。
本发明的另一方面内容为一种处理方法，所述处理方法在将被处理基体收纳入处理室内的同时，导入含有氧气的气体，在所述被处理基体上形成膜厚为2nm或2nm以下的氧化膜，实施等离子体处理，其特征在于，所述处理方法具有如下步骤将所述被处理基体上活性种浓度维持在109～1011cm-3范围内的步骤和在5秒或5秒以上的处理时间内进行所述等离子体处理的步骤。
下面，参照
优选的实施方案，由此明确本发明的其他目的或其他特征。
图1是本发明一个实施方案的微波等离子体处理装置的简要剖面图。
图2是本发明实施例1、4及5的微波等离子体处理装置的简要剖面图。
图3是本发明实施例2的微波等离子体处理装置的简要剖面图。
图4是本发明实施例3的微波等离子体处理装置的简要剖面图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明作为本发明一个实施方案的微波等离子体处理装置(以下，简称为“处理装置”)100。此处，图1为处理装置100的简要剖面图。如图1所示，处理装置100连接图中未示出的微波发生源，具有等离子体处理室101、被处理基体102、载置台(或基座)103、温控部104、气体导入部105、排气通路106、电介质窗107、微波供给装置108，对被处理体102实施等离子体处理。
微波发生源例如由磁电管组成，例如产生2.45GHz的微波。但是，本发明可以在0.8GHz～20GHz的范围内适当选自微波频率。然后，利用图中未示出的模式转换器将微波转换成TM、TE或TEM等模式，经导波管传送。微波的导波路径处设置了绝缘体或阻抗匹配器等。绝缘体用于防止被反射的微波返回微波发生源，并将反射波吸收。阻抗匹配器具有检测由微波发生源供给至负荷的前进波与被负荷反射回微波发生源的反射波各自的强度和相位的功率表，发挥了使微波发生源与负荷侧匹配的作用，由4E调谐器、EH调谐器或穿刺调谐器等构成。
等离子体处理室101是收纳被处理基体102、在真空或减压环境下对被处理基体102实施等离子体处理的真空容器。需要说明的是，在图1中省略了用于将被处理基体102在图中未示出的负荷承载室与处理室间输送的门阀等。
被处理基体102可以为半导体，也可以为导电性物质，或电绝缘性物质。作为导电性基体，可以举出Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb等金属，或合金例如黄铜、不锈钢等。作为绝缘性基体，可以举出SiO2类中的石英或各种玻璃，Si3N4、NaCl、KCl、LiF、CaF2、BaF2、Al2O3、AlN、MgO等无机物，聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙酸纤维素酯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺等有机物的膜、窗等。
被处理基体102被放置在载置台103上。根据需要，载置台103也可以为高度可调的结构。载置台103被收纳在等离子体处理室101内，用于载置被处理基体102。
温控部104由加热器等构成，控制在例如200℃或200℃以上、400℃或400℃以下适于进行处理的温度。温控部104具有例如测定载置台103的温度的温度计和控制部，所述控制部例如控制由图中未示出的电源对加热线的通电，以便使温度计测定的温度为规定温度。
气体导入部105设置在等离子体处理室101的下部，用于将等离子体处理用气体供给至等离子体处理室101。气体导入部105是气体供给装置的一部分，气体供给装置包括气体供给源、泵、质量流量控制器和用于连接各个部分的气体导入管，供给用于经微波激发获得规定等离子体的处理气体或放电气体。为了将等离子体迅速点火，也可以至少在点火时添加Xe或Ar、He等惰性气体。由于惰性气体容易电离，因此能够提高微波导入时等离子体的点火性。如下所述，也可以将气体导入部105例如分成导入处理气体的导入部和导入惰性气体的导入部，将这些导入部配置在不同的位置上。例如，将处理气体导入部设置在上部，将惰性气体导入部设置在下部，使惰性气体由下向上流动，以防止由处理气体生成的活性种到达被处理基体102。
如图1所示，气体导入部105的方向为由下向上。结果为将被处理基体102配置在处理室101一侧的产生等离子体的电介质窗107表面(等离子体发生区域P)的上游处。结果为气体经过在电介质窗107附近产生的等离子体发生区域后，供给至被处理基体102的表面，与现有技术中将气体导入装置配置在图1所示的106附近的情况相比，气体产生的活性种在被处理基体102上的浓度显著降低至109～1011cm-3左右。
作为根据CVD法在基板上形成薄膜时使用的气体，通常可以使用公知的气体。
作为形成a-Si、poly-Si、SiC等Si类半导体薄膜时的原料，要求常温常压下为气态的物质或容易气化的物质，可以举出SiH4、Si2H6等无机硅烷类，四乙基硅烷(TES)、四甲基硅烷(TMS)、二甲基硅烷(DMS)、二甲基二氟硅烷(DMDFS)、二甲基二氯硅烷(DMDCS)等有机硅烷类，SiF4、Si2F6、Si3F8、SiHF3、SiH2F2、SiCl4、Si2Cl6、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiCl2F2等卤化硅烷等。另外，这种情况下，作为可以与Si原料气体混合导入的添加气体或载体气体，可以举出H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn。
作为形成Si3N4、SiO2等Si化合物类薄膜时的原料，要求常温常压下为气态的物质或容易气化的物质，可以举出SiH4、Si2H6等无机硅烷类，四乙氧基硅烷(TEOS)、四甲氧基硅烷(TMOS)、八甲基环四硅烷(OMCTS)、二甲基二氟硅烷(DMDFS)、二甲基二氯硅烷(DMDCS)等有机硅烷类，SiF4、Si2F6、Si3F8、SiHF3、SiH2F2、SiCl4、Si2Cl6、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiCl2F2等卤化硅烷等。另外，这种情况下，作为可以同时导入的氮原料气体或氧原料气体，可以举出N2、NH3、N2H4、六甲基二硅氮烷(HMDS)、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2等。
作为形成Al、W、Mo、Ti、Ta等金属薄膜的原料，可以举出三甲基铝(TMAl)、三乙基铝(TEAl)、三异丁基铝(TIBAl)、二甲基铝氢化物(DMAlH)、羰基钨(W(CO)6)、羰基钼(Mo(CO)6)、三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)等有机金属，AlCl3、WF6、TiCl3、TaCl5等卤化金属等。另外，作为同时导入的添加气体或载体气体，可以举出H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn。
作为形成Al2O3、AlN、Ta2O5、TiO2、TiN、WO3等金属化合物薄膜时的原料，可以举出三甲基铝(TMAl)、三乙基铝(TEAl)、三异丁基铝(TIBAl)、二甲基铝氢化物(DMAlH)、羰基钨(W(CO)6)、羰基钼(Mo(CO)6)、三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)等有机金属，AlCl3、WF6、TiCl3、TaCl5等卤化金属等。另外，作为此时同时导入的氧原料气体或氮原料气体，可以举出O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、N2、NH3、N2H4、六甲基二硅氮烷(HMDS)等。
作为对被处理基体102的表面进行蚀刻的蚀刻用气体，可以举出F2、CF2、CH2F2、C2F6、C3F8、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3、Cl2、CCl4、CH2Cl2、C2Cl6等。作为将光刻胶等被处理基体102表面上的有机成分灰化除去的灰化用气体，可以举出O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2等。
对被处理基体102进行表面改性时，通过适当选择使用的气体，可以对例如使用Si、Al、Ti、Zn、Ta等作为基体或表面层的基体或表面层进行氧化处理或氮化处理，还可以进行B、As、P等的掺杂处理等。而且本发明中采用的成膜技术也适用于清洁方法，例如用于对氧化物、有机物或重金属等的清洁。
作为对被处理基体102进行表面氧化处理的氧化性气体，可以举出O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2等；作为对被处理基体102进行表面氮化处理的氮化性气体，可以举出N2、NH3、N2H4、六甲基二硅氮烷(HMDS)等。
作为对被处理基体102表面上的有机物进行清洁、或将光刻胶等被处理基体102表面上的有机成分灰化除去时由处理用气体导入口105导入的清洁/灰化用气体，可以举出O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2等。另外，作为对基体表面的无机物进行清洁时由处理气体导入口105导入的清洁用气体，可以举出F2、CF4、CH2F2、C2F6、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3等。
排气通路或排气管106典型地设置在等离子体处理室101的上部周围，连接图中未示出的真空泵。即，在本实施方案中，排气通路106被配置在等离子体发生区域和被处理基体102之间。由此，能够排出生成的活性种，降低被处理基体102上的活性种浓度。排气通路106与图中未示出的压力调整阀、压力计、真空泵及控制部一同构成压力调节机构。即，图中未示出的控制部边运转真空泵，边通过控制压力调整阀(例如，VAT制带压力调整功能的门阀或MKS制排气槽缝阀)的开关来控制等离子体处理室101内的压力，以便使检测等离子体处理室101内压力的压力计显示为规定值。其结果为经由排气通路106，将等离子体处理室101的内部压力控制为适当的压力。压力优选为13mPa～1330Pa的范围内，更优选为665mPa～665Pa的范围内。真空泵例如由涡轮分子泵(TMP)构成，经由图中未示出的电导阀等压力调整阀连接在等离子体处理室101上。
电介质窗107使由微波发生源供给的微波透入等离子体处理室101，同时具有隔离等离子体处理室101的功能。
带隙缝的平板状微波供给装置108具有将微波经由电介质窗107导入等离子体处理室101内的功能，可以使用带隙缝的无终端环状导波管，也可以使用同轴导入平板多隙缝天线，只要能够供给平面微波即可。本发明的微波等离子体处理装置100中使用的平面微波供给装置108的材质只要是导电体即可，为了尽可能地减少微波的传送损失，最优选使用导电率高的Al、Cu、镀Ag/Cu的SUS等。
例如，带隙缝的平面微波供给装置108为带隙缝的无终端环状导波管时，设置冷却水路和隙缝天线。隙缝天线在电介质窗107的真空侧表面利用表面干涉波形成表面驻波。隙缝天线例如为具有径向排列的隙缝、沿圆周方向排列的隙缝、配置成大致呈同心圆状或螺旋状的多条T形隙缝、或4对V形隙缝对的金属制圆板。需要说明的是，为了在被处理基体102的整个表面内实施均匀的处理，在被处理基体102上供给表面内均匀性良好的活性物种是重要的。通过给隙缝天线配置至少1条或1条以上的隙缝，能够大面积生成等离子体，等离子体强度·均匀性的控制也变得容易。
下面，说明处理装置100的运转。首先，经由图中未示出的真空泵将等离子体处理室101内真空排气。然后，将气体导入部105的图中未示出的阀打开，经由质量流量控制器，将处理气体以规定的流量导入等离子体处理室101。接下来，调整图中未示出的压力调整阀，将等离子体处理室101内的压力保持在规定压力。另外，将微波发生源产生的微波经由微波供给装置108、电介质窗107供给至等离子体处理室101内，在等离子体处理室101内产生等离子体。被导入微波供给装置内的微波以大于自由空间的管内波长传送，由隙缝开始，经由电介质窗107，导入等离子体处理室101内，在电介质窗107真空侧表面作为表面波传送。此表面波在相邻的隙缝间发生干涉，形成表面驻波。利用此表面驻波形成的电场生成高密度等离子体。由于等离子体生成区域P的电子密度高，因此能够效率良好地将处理气体激发、解离、并使其发生反应。另外，由于电场局部存在于电介质窗107附近，因此，电子温度在离开等离子体生成区域后急剧降低，从而能够抑制对装置的损害。等离子体中的活性种经扩散等传送至被处理基体102附近，到达被处理基体102表面。但是，排气通路106配置在比被处理基体102更接近等离子体发生区域P的位置，另外，从气体导入部105导入的气体角度看，被处理基体102配置在等离子体发生区域P的上游。结果为被处理基体102上的活性种(例如氧自由基)浓度为109～1011cm-3，实施能够稳定控制时间(例如5秒或5秒以上)的等离子体处理，由此能够在被处理基体102上形成例如膜厚2nm或2nm以下极薄(例如，栅氧化层)的膜。
成膜处理时，通过适当选择使用的气体，能够有效地形成Si3N4、SiO2、SiOF、Ta2O5、TiO2、TiN、Al2O3、AlN、MgF2等绝缘膜，a-Si、poly-Si、SiC、GaAs等半导体膜，Al、W、Mo、Ti、Ta等金属膜等各种沉积膜。
在现有技术中，从确保生产量方面考虑，未将被处理基体102上活性种的浓度控制在规定量或规定量以下，因此，如果欲在被处理基体102上形成膜厚为0.6nm～2nm的极薄膜，则处理时间变得非常短，为1秒或1秒以下，无法进行稳定的成膜或表面改性。与此相反，本实施方案中，通过降低活性种浓度，能够将处理时间设定在可以控制的时间范围内，能够提高等离子体处理的品质。
为了在更低的压力条件下进行处理，也可以在处理装置100中使用磁场产生装置。作为本发明的等离子体处理装置及处理方法中使用的磁场，只要是与在隙缝宽度方向上产生的电场相垂直的磁场即可。作为磁场产生装置，除了线圈以外，也可以使用永久磁石。使用线圈时，为了防止过热，也可以使用水冷却或空气冷却等其他冷却装置。
下面，说明微波等离子体处理装置100的具体实施例，但是本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)作为处理装置100的一例，使用图2所示的微波等离子体处理装置100A，形成半导体元件的极薄栅氧化层膜。此处，108A是用于将微波经由电介质窗107导入等离子体处理室101A的带隙缝无终端环状导波管，109是石英制电导控制板。需要说明的是，图2中，与图1相同的部件具有相同的附图标号，对应部件的变形例或具体例用相同的附图标号加上字母表示。
作为基体102A，使用经洗涤除去了表面的自然氧化膜的8”P型单晶硅基板(表面方位<100>，电阻率10Ωcm)。
带隙缝的无终端环状导波管108A为TE10模式，内壁剖面的尺寸为27mm×96mm(管内波长158.8mm)，导波管的中心直径为151.6mm(周长为管内波长的3倍)。为了减少微波的传送损失，带隙缝的无终端环状导波管108A的材质全部使用铝合金。在带隙缝的无终端环状导波管108A的H面上形成用于将微波导入等离子体处理室101A的隙缝。隙缝为长40mm、宽4mm的矩形，在中心直径为151.6mm的位置处间隔60°放射状地形成6条隙缝。带隙缝的无终端环状导波管108A处依次连接4E调谐器、方向性偶合器、绝缘体、频率为2.45GHz的微波源(图中未示出)。
处理装置100A具有作为电导调整装置之一实例的电导控制板109。电导调整装置109设置在被处理基体102A与形成在电介质窗107的真空侧面的等离子体发生区域P之间，将配置了基体102A的处理空间内的活性种浓度维持在规定范围内。电导控制板109例如为穿透了多个孔的圆盘或平板。电导控制板109的材质为石英，以20mm的间距均匀地形成6～16的孔。当然，电导调整装置的材质并不限定于石英，在MOS-FET的栅氧化层/氮化层等金属污染成问题时，使用石英、氮化硅等Si类绝缘体材料；在金属污染等不成问题，而希望遮蔽电磁波对基板的照射时，也可以如下所述使用铝等金属。在金属污染与电磁波照射均成为问题时，也可以为使用内藏金属的Si类绝缘体的装置。
被等离子体激发的中性自由基等活性种中的大部分未到达基体上即被排出，仅有一部分逆流通过电导控制板109并扩散至基体的活性种有助于处理。通过改变气体流量与排气电导、控制流速，能够高精度地控制处理速度，也能够形成数个分子层的极薄的膜。
在操作时，将基体102A设置在载置台103上，经由排气系统(图中未示出)将等离子体处理室101A内真空排气，减压至10-5Pa。然后，将温控部104通电，将基体102A加热至280℃，将基体102A保持在此温度。经由气体导入部105，以300sccm的流量将氮气导入处理室101A内。接下来，调整设置在排气系统(图中未示出)处的电导阀(图中未示出)，将处理室101A内的压力保持在133Pa。然后，经由带隙缝的无终端环状导波管108A供给2.45GHz的微波电源(图中未示出)输出的1.0kW电功率。由此，在等离子体处理室101A内产生等离子体，进行20秒的处理。
此时，经由气体导入部105导入的氧气在等离子体处理室101A内被激发、分解，成为O2+离子或O·中性自由基等活性种，其中的一部分活性种逆流通过电导控制板109的孔，到达基体102A表面，将基体102A的表面氧化。氧化处理中基体上的氧活性种密度为8×109cm-3。
处理后，评价氧化膜厚、均匀性、耐压性、漏泄电流等膜质量。氧化膜厚为0.6nm，膜厚均匀性为±1.8％，耐压性为9.8MV/cm，漏泄电流为2.1μA/cm2，显示良好的结果。
(实施例2)作为处理装置100的一实例，使用图3所示的微波等离子体处理装置100B，形成半导体元件的极薄栅氧化层膜。对于处理装置108B而言，气体导入部具有导入处理气体的导入部105A和导入惰性气体的导入部105B，在被电导控制板109分开的等离子体处理室101B的等离子体发生区域P一侧配置所述导入部105A和排气通路106B，在被处理基体102一侧配置所述导入部105B。需要说明的是，图3中，与图2相同的部件具有相同的附图标号，对应的部件的变形例或具体例用相同的附图标号加上字母表示。
从等离子体处理室101B的上部周边经由导入部105A导入的处理气体被产生的等离子体激发、离子化，并发生反应，从而被活化，低速且高品质地处理放置在载置台103上的被处理基体102A的表面。此时，被等离子体激发的中性自由基等活性种中的大部分未到达基体102A即被排出，仅有一部分不顾由导入部105B导入的惰性气体的冲击，逆流通过电导控制板109的孔，并扩散至基体102A的活性种有助于处理。通过改变气体流量、流量比或排气电导、控制流速，能够高精度地控制处理速度，也能够形成数个分子层的极薄的膜。
将基体102A设置在载置台103上，经由排气系统(图中未示出)将等离子体处理室101B内真空排气，减压至10-5Pa的数值。然后，将温控部104通电，将基体102A加热至450℃，将基体102A保持在此温度。经由导入部105A以10sccm的流量将氧气导入处理室101B内，经由导入部105B将Ar气以190sccm的流量导入处理室101B内。接下来，调整设置在排气系统(图中未示出)处的电导阀(图中未示出)，将等离子体处理室101B内的压力保持在13.3Pa。然后，经由带隙缝的无终端环状导波管108A供给由2.45GHz的微波电源(图中未示出)输出的1.0kW的电功率。由此，在等离子体处理室101B内产生等离子体。经由导入部105A导入的氧气在等离子体处理室101B内被激发、分解，成为活性种，其中的一部分与经由导入部105B导入的Ar气的前进方向相反，向基体102A的方向传送，将基体102A的表面氧化0.6nm左右。氧化处理中基体上的氧活性种密度为6×109cm-3。
处理后，评价均匀性、耐压性、漏泄电流及平坦能级改变。均匀性为±2.1％，耐压性为8.9MV/cm，漏泄电流为5.0μA/cm2，ΔVfb为0.1V，显示良好的结果。
(实施例3)作为处理装置100的一实例，使用图4所示的微波等离子体处理装置100C，形成半导体元件电容器绝缘用氧化钽膜。此处，109A为铝制电导控制板，108B为同轴导入多隙缝天线。需要说明的是，图4中，与图2相同的部件具有相同的附图标号，对应部件的变形例或具体例用相同的附图标号加上字母表示。
电导控制板109的材质为铝，以20mm的间距均匀地形成6～16的孔。同轴导入隙缝天线108B由供给微波电功率的中心轴和配置在天线圆板上的多条隙缝构成。对于同轴导入多隙缝天线108B的材质而言，为了减少微波的传送损失，中心轴使用Cu，天线圆板使用Al。隙缝形状为长12mm、宽1mm的矩形，在该圆的切线方向以12mm间隔同心圆状形成多条隙缝。同轴导入多条隙缝天线108B处依次连接4E调谐器、方向性偶合器、绝缘体、频率为2.45GHz的微波源(图中未示出)。
将基体102A设置在载置台103上，经由排气系统(图中未示出)将等离子体处理室101C内真空排气，减压至10-5Pa。然后，将温控部104通电，将基体102A加热至300℃，将基体102A保持在此温度。经由导入部105，以200sccm的流量将氧气导入处理室101C内，以10sccm的流量将TEOT气体导入处理室101C内。接下来，调整设置在排气系统(图中未示出)处的电导阀(图中未示出)，将等离子体处理室101C内的压力保持在6.65Pa。然后，将由2.45GHz的微波电源(图中未示出)输出的2.0kW的电功率经由同轴导入隙缝天线108B供给给等离子体处理室101C。由此，在等离子体处理室101C内产生等离子体。经由导入部105导入的氧气在等离子体处理室101C内被激发、分解，成为活性种，向基体102A的方向传送，与TEOT气体反应，在基体102A上形成厚度为5nm的氧化钽膜。成膜过程中基体上的氧活性种密度为3×1010cm-3。
处理后，评价均匀性、耐压性、漏泄电流及平坦能级改变。均匀性为±3.1％，耐压性为7.3MV/cm，漏泄电流为4.6μA/cm2，ΔVfb为0.1V，显示良好的结果。
(实施例4)使用图2所示的微波等离子体处理装置100A，形成半导体元件的极薄栅氮化层膜。将基体102A设置在载置台103上后，经由排气系统(图中未示出)将等离子体处理室101A内真空排气，减压至10-5Pa。然后，将温控部104通电，将基体102A加热至380℃，将基体102A保持在此温度。经由导入部105，以700sccm的流量将氮气导入处理室101A内。接下来，调整设置在排气系统(图中未示出)处的电导阀(图中未示出)，将处理室101A内的压力保持在13.3Pa。然后，经由带隙缝的无终端环状导波管108A供给由2.45GHz的微波电源(图中未示出)输出的1.5kW电功率。由此，在等离子体处理室101A内产生等离子体，进行60秒的处理。
此时，经由导入部105导入的氮气在等离子体处理室101A内被激发、分解，成为N+、N2+离子或N·中性自由基等活性种，其中的一部分活性种逆流通过电导控制板109的孔，到达基体102A表面，将基体102A的表面氮化。氮化处理中基体上的氮活性种密度为8×1010cm-3。
处理后，评价氮化膜厚、均匀性、耐压性、漏泄电流等膜质量。氮化膜厚为1.2nm，膜厚均匀性为±1.7％，耐压性为9.5MV/cm，漏泄电流为2.1μA/cm2，显示良好的结果。
(实施例5)使用图2所示的微波等离子体处理装置100A，在半导体元件的氮化物表面上形成极薄栅氧化层膜。将基体102A设置在载置台103上后，经由排气系统(图中未示出)将等离子体处理室101A内真空排气，减压至10-5Pa。然后，将温控部104通电，将基体102A加热至350℃，将基体102A保持在此温度。经由导入部105，以1000sccm的流量将氮气导入处理室101A内。接下来，调整设置在排气系统(图中未示出)处的电导阀(图中未示出)，将处理室101A内的压力保持在26.6Pa。然后，经由带隙缝的无终端环状导波管108A供给由2.45GHz的微波电源(图中未示出)输出的1.5kW电功率。由此，在等离子体处理室101A内产生等离子体，进行20秒处理。
此时，经由等离子体处理用气体导入口105导入的氮气在等离子体处理室101A内被激发、分解，成为N+、N2+离子或N·中性自由基等活性种，其中的一部分活性种逆流通过电导控制板109的孔到达基板102A表面，将基板的表面氮化。氮化处理中基体上的氮活性种密度为3×1010cm-3。
处理后，评价氮化膜厚、均匀性、耐压性、漏泄电流等膜质量。氧化膜换算的膜厚为1.0nm，膜厚均匀性为±2.2％，耐压性为10.4MV/cm，漏泄电流为1.8μA/cm2，显示良好的结果。
以上，说明了本发明的优选实施例，但是本发明并不限定于这些实施例，在不偏离发明要点的范围内，可以做各种变形及变更。
根据本发明能够提供一种提高了极薄膜形成时膜厚控制性的等离子体处理装置及方法。
权利要求
1.一种处理装置，是对被处理基体实施等离子体处理的处理装置，其特征在于，所述处理装置具有如下部分收纳所述被处理基体并产生等离子体的处理室，将气体导入所述处理室内的气体导入装置，和将所述被处理基体配置在比所述等离子体发生区域更接近所述气体上游位置的机构。
2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，在所述被处理基体与所述等离子体发生区域之间，设置用于将配置了所述被处理基体的处理空间内活性种浓度维持在规定范围内的电导调整装置。
3.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述电导调整装置为穿透了多个孔的平板。
4.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置排气机构，在所述被处理基体侧配置所述气体导入装置。
5.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述气体导入装置包括将用于对所述被处理基体进行等离子体处理的处理气体导入所述处理室内的第1气体导入装置、和将惰性气体导入所述处理室内的第2气体导入装置；在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置所述第1气体导入装置和排气装置，在所述被处理基体侧配置所述第2气体导入装置。
6.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述等离子体处理为对所述被处理基体表面进行氧化或氮化处理。
7.一种处理装置，是对被处理基体实施等离子体处理的处理装置，其特征在于，所述处理装置具有如下部分收纳所述被处理基体并产生等离子体的处理室，将气体导入所述处理室内的气体导入装置，和配置在比所述被处理基体更接近所述等离子体发生区域的位置上的排气机构。
8.如权利要求7所述的处理装置，其特征在于，在所述被处理基体与所述等离子体发生区域之间，设置用于将配置了所述被处理基体的处理空间内活性种浓度维持在规定范围内的电导调整装置。
9.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于，所述电导调整装置为穿透了多个孔的平板。
10.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于，在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置排气机构，在所述被处理基体侧配置所述气体导入装置。
11.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于，所述气体导入装置包括将用于对所述被处理基体进行等离子体处理的处理气体导入所述处理室内的第1气体导入装置、和将惰性气体导入所述处理室内的第2气体导入装置；在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置所述第1气体导入装置和排气装置，在所述被处理基体侧配置所述第2气体导入装置。
12.如权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述等离子体处理为对所述被处理基体表面进行氧化或氮化处理。
13.一种处理装置，是对被处理基体实施等离子体处理的处理装置，其特征在于，所述处理装置具有如下部分收纳所述被处理基体并产生等离子体的处理室，将气体导入所述处理室内的气体导入装置，和将被处理基体上的活性种浓度维持在109～1011cm-3的机构。
14.如权利要求13所述的处理装置，其特征在于，所述维持机构设置在所述被处理基体与所述等离子体发生区域之间，包含用于将配置了所述被处理基体的处理空间内所述活性种浓度维持在规定范围内的电导调整装置。
15.如权利要求14所述的处理装置，其特征在于，所述电导调整装置为穿透了多个孔的平板。
16.如权利要求14所述的处理装置，其特征在于，在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置排气机构，在所述被处理基体侧配置所述气体导入装置。
17.如权利要求14所述的处理装置，其特征在于，所述气体导入装置包括将用于对所述被处理基体进行等离子体处理的处理气体导入所述处理室内的第1气体导入装置、和将惰性气体导入所述处理室内的第2气体导入装置；在被所述电导调整装置分开的所述处理室的所述等离子体发生区域侧配置所述第1气体导入装置和排气机构，在所述被处理基体侧配置所述第2气体导入装置。
18.如权利要求13所述的处理装置，其特征在于，所述等离子体处理为对所述被处理基体表面进行氧化或氮化处理。
19.一种处理方法，所述处理方法在将被处理基体收纳入处理室内的同时，导入含有氧气的气体，在所述被处理基体上形成8nm或8nm以下膜厚的氧化膜，实施等离子体处理，其特征在于，所述处理方法具有如下步骤将所述被处理基体的活性种浓度维持在109～1011cm-3的范围内，和在5秒或5秒以上的处理时间内进行所述等离子体处理。
全文摘要
一种处理装置和方法，是对被处理基体实施等离子体处理的处理装置和方法，其特征在于，所述处理装置具有收纳所述被处理基体并产生等离子体的处理室和将气体导入所述处理室内的装置，而且，还具有将所述被处理基体配置在比所述等离子体发生区域更接近所述气体上游位置的机构，配置在比所述被处理基体更接近所述等离子体发生区域的位置的排气机构，及将所述被处理基体上活性种浓度维持在10
文档编号C23C16/455GK1614739SQ20041000850
公开日2005年5月11日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年11月4日
发明者铃木伸昌 申请人:佳能株式会社