专利名称：等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及利用等离子体对半导体基板等被处理体进行氧化膜形成等处理的等离子体处理方法。
背景技术：
在各种半导体装置的制造过程中，以绝缘膜形成等目的频繁地进行氧化硅膜的形成。因为氧化硅膜是极其稳定的，还具有作为从外部进行保护的保护膜的功能，所以其成膜技术在半导体装置制造中占有不可缺少的重要位置。特别是，近年来，半导体装置的微细化得到发展，有必要薄到几nm的程度、高精度地形成优质的氧化硅膜的技术。
现阶段，为了要在硅表面上形成氧化膜，一般使用热氧化法。但是，在高温下进行的热氧化法中，存在着产生所掺杂的杂质再扩散等，伴随着热处理引起的损坏这样的问题。
另一方面，作为通过等离子体处理形成氧化硅膜的技术，提出有在至少含有O2和稀有气体的处理气体存在下，利用基于经由具有多个窄缝的平面天线部件的微波照射的等离子体，在以Si为主要成分的被处理基体的表面上形成SiO2膜的方法(例如，专利文献1)。
专利文献1国际公开WO2002/058130号在使用等离子体形成氧化硅膜时，因为能够在低温下进行成膜，所以，虽然因热氧化引起的问题多已解决，但是作为等离子体特有的问题，因等离子体中所含有的活性种等的作用影响到半导体晶片的、所谓等离子体损坏成为问题。特别是，在使用含有氢和氧的气体等离子体形成氧化膜时，产生在等离子体中由OH自由基引起的紫外区的强发光，存在着使所形成的氧化膜本身的膜质劣化的可能性。另一方面，如果抑制等离子体中紫外区域的发光，则氧化作用也削弱，还存在着氧化速率降低这样的问题。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种通过控制紫外区域内的发光，而能够抑制等离子体损坏的处理的等离子体处理方法，特别是作为优选方式，提供一种能够以足够的氧化速率进行氧化膜形成的等离子体处理方法。
为了解决上述课题反复仔细研究的结果，本发明人发现能够通过使用脉冲状的电磁波来抑制等离子体的发光而一边降低对被处理体的等离子体损坏一边进行等离子体处理，并且，特别是在等离子体氧化处理中，能够以实用上足够的氧化速率形成氧化膜，完成本发明。
因此，本发明第一方面提供一种等离子体处理方法，其特征在于其是在等离子体处理装置的处理室内通过对被处理体作用等离子体，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法，其中，上述等离子体利用脉冲状的电磁波而形成。
在上述第一方面中，优选上述电磁波是微波。
此外，优选控制脉冲条件，使得由上述脉冲状的电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度，与由连续电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度相比为其50％以下，而且，由上述脉冲状的电磁波的等离子体引起的氧化速率，与由连续电磁波的等离子体引起的氧化速率相比为其55％以上。在此时，优选使用含有稀有气体与氧与氢的气体作为处理气体。
此外，优选紫外区域内的发光是由OH自由基引起的发光。
此外，优选控制脉冲条件，使得由上述脉冲状的电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度，与由连续电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度相比为其90％以下，而且，由上述脉冲状的电磁波的等离子体引起的氧化速率，与由连续电磁波的等离子体引起的氧化速率相比为其80％以上。在此时，优选使用含有稀有气体与氧的气体作为处理气体。
此外，优选上述脉冲的频率为1～100kHz，占空比(duty rate)为10～90％，而且，更优选上述脉冲的频率为5～50kHz，占空比为50～90％。
此外，优选处理压力为66.7～266.6Pa。
本发明第二方面提供一种等离子体处理方法，其特征在于其是在等离子体处理装置的处理室内通过对被处理体作用等离子体，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法，其中，通过将脉冲状的电磁波导入上述处理室内而产生等离子体，并且测定上述处理室内的等离子体的发光强度，并根据该值来变更脉冲条件，由此，控制发光强度。
本发明第三方面提供一种等离子体处理方法，其特征在于其是在等离子体处理装置的处理室内对被处理体作用等离子体来进行处理的等离子体处理方法，其中，通过将脉冲状的电磁波导入上述处理室内而产生等离子体，并且通过脉冲条件控制上述处理室内的等离子体的发光强度。
在上述第三方面中，优选测定上述处理室内的等离子体的发光强度，并根据该值变更脉冲条件，由此来控制发光强度。此外，优选等离子体的发光是紫外区域内的发光。
此外，在上述第一至第三方面中，优选上述等离子体处理装包括具有多个窄缝的平面天线，通过该平面天线将微波导入上述处理室内。
本发明第四方面提供一种等离子体处理装置，其特征在于，包括通过脉冲状的电磁波产生等离子体的等离子体供给源；划分在被处理体上通过上述等离子体进行成膜处理用的处理室的处理容器；在上述处理容器内放置上述被处理体的支撑体；用来对上述处理容器内进行减压的排气机构；用来将气体供给到上述处理容器内的气体供给机构；以及控制部，其控制上述处理容器，使得在上述处理容器内，通过由脉冲状的电磁波所形成的等离子体对被处理体进行作用，而进行使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法。
本发明第五方面提供一种控制程序，其特征在于在计算机上运行，并且在执行时，控制上述处理容器，使得在等离子体处理装置的处理容器内，通过由脉冲状的电磁波所形成的等离子体对被处理体进行作用，而进行使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法。
本发明第六方面提供一种计算机能够读取的存储介质，其特征在于是储存有在计算机上运行的控制程序的计算机可读取的存储介质，其中，上述控制程序在执行时，控制上述处理容器，使得在等离子体处理装置的处理容器内，通过由脉冲状的电磁波所形成的等离子体对被处理体进行作用，而进行使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法。
通过由脉冲状的电磁波引起的等离子体进行氧化硅膜的形成等处理，而能够大幅度地抑制紫外区域内的发光，所以，能够提高产品的成品率，并提供可靠性高的半导体装置。
而且，在等离子体氧化处理中，通过选择脉冲条件，而可以一边维持接近于由连续电磁波引起的等离子体的氧化速率一边形成优质的氧化膜。
此外，通过在等离子体处理时改变脉冲条件，而可以抑制等离子体的紫外区域的发光强度，所以，能够进行等离子体损坏少的处理。
图1是示意地表示运用于本发明一个实施方式的成膜处理的等离子体处理装置之一例的剖视图。
图2是表示图1的等离子体处理装置中所使用的平面天线部件的结构图。
图3是表示微波发生装置的概略构成图。
图4是比较连续微波等离子体与脉冲状微波等离子体的特性图。
图5是表示等离子体中的310nm的发光强度的曲线图。
图6是表示脉冲状微波的脉冲频率与发光强度比的关系的曲线图。
图7是表示脉冲状微波的频率与氧化膜厚的关系的曲线图。
图8是绘制脉冲状微波等离子体对连续微波等离子体的发光强度比与氧化膜厚比的关系的曲线图。
图9是表示界面能级密度与氧化膜厚的关系的曲线图。
具体实施例方式
下面，参照适当附图对本发明的实施方式具体地进行说明。图1是示意地表示根据本发明的一个实施方式的等离子体处理方法所实施的等离子体处理装置之一例的剖视图。该等离子体处理装置，通过使用具有多个窄缝的平面天线，特别是RLSA(径向线窄缝天线)将微波导入到处理室内而产生等离子体，作为可以发生高密度且低电子温度的微波等离子体的RLSA微波等离子体处理装置而构成，能够很好地利用于各种半导体装置的制造过程中的氧化硅膜的形成等处理。此处，作为氧化硅膜，除了MOS晶体管、MOSFET(电场效应型晶体管)、TFT(薄膜晶体管)等半导体装置中的栅极绝缘膜等的形成，栅极侧壁的多晶硅的修复氧化等之外，还可以举出不易失存储器的隧道氧化膜、摄像元件的制造过程中的保护膜形成等。上述等离子体处理装置100具有气密地构成并且接地的大致圆筒状的腔室1。在腔室1的底壁1a的大致中央部形成圆形的开口部10，在底壁1a上设置有与该开口部10连通并向下突出的排气室11。
在腔室1内设置有用来水平地支撑作为被处理体的晶片W或拟晶片Wd的由AIN等陶瓷构成的基座2。该基座2利用从排气室11的底部中央向上延伸的圆筒状的由AIN等陶瓷构成的支撑部件3所支撑。在基座2的外缘部设置有用来导向晶片W的导向环4。此外，在基座2中埋入有电阻加热型的加热器5，该加热器5通过从加热器电源6供电而加热基座2，利用其热量加热作为被处理体的晶片W。此时，在例如从室温到800℃的范围内成为能够控制温度。其中，在腔室1的内周上，设置有由石英构成的圆筒状的衬套(liner)7。此外，在基座2的外周侧，为了对腔室1内进行均匀排气，环状地设置有具有多个排气孔8a的隔板8，该隔板8利用多个支柱9而被支撑。
在基座2上，相对于基座2的表面能够突出没入地设置有用来支撑晶片W并使之升降的晶片支撑销(未画出)。
在腔室1的侧壁上设置有成为环状的气体导入部件15，在该气体导入部件15上连接着气体供给系统16。气体导入部件也可以配置成喷淋状。该气体供给系统16具有例如Ar气体供给源17、H2气体供给源18、O2气体供给源19，这些气体分别经由气体管线20而导入至气体导入部件15，从气体导入部件15导入至腔室1内。在气体管线20的各个上，设置有质量流量控制器21和其前后的开闭阀22。其中，也可以代替上述Ar气体，而使用Kr、Xe等惰性气体。
在上述排气室11的侧面上连接着排气管23，在该排气管23上连接着包括高速真空泵的排气装置24。而且，通过使该排气装置24动作，使得腔室1内的气体向排气室11的空间11a内均匀地排出，经由排气管23进行排气。由此，腔室1内能够高速地减压到规定的真空度，例如0.133Pa。
在腔室1的侧壁上，在与邻接于等离子体处理装置100的搬送室(图未示出)之间设置有用来进行晶片W或拟晶片Wd的搬入搬出的搬入搬出口25，以及开闭该搬入搬出口25的门阀26。
腔室1的上部成为开口部，沿着该开口部的周缘部设置有环状的支撑部27，在该支撑部27上，经由密封部件29气密地设置有由介电体(例如石英或Al2O3、AIN等陶瓷)构成的、透射微波的微波透过板28。因而，腔室1内保持气密。
在微波透过板28的上方，与基座2相对地设置有圆板状的平面天线部件31。该平面天线部件31卡固于腔室1的侧壁上端。平面天线部件31由例如表面镀金或镀银的铜板或铝板制成，成为多个微波放射孔32以规定的图形贯通地形成而构成。该微波放射孔32成为例如图2中所示的长槽状，代表性地邻接的微波放射孔32彼此配置成“T”字形，这些多个微波放射孔32配置成同心圆状。微波放射孔32的长度或排列间隔根据微波的波长(λ)确定，例如微波放射孔32的间隔配置成1/2λ或λ。其中，在图2中，以Δr表示形成为同心圆状的邻接的微波放射孔32彼此的间隔。此外，微波放射孔32也可以示圆形、圆弧形状等其他形状。而且，微波放射孔32的配置形态未特别限定，除同心圆状之外，也可以配置成例如螺旋状、放射状。
在该平面天线部件31的上面，设置有大于真空的介电率的慢波件33。该慢波件33因为在真空中微波的波长加长，所以具有使微波的波长变短而调整等离子体的功能。其中，平面天线部件31与微波透过板28之间成为紧密接触状态，此外，慢波板33与平面天线31之间也紧密接触。
在腔室1的上面，设置有由例如铝或不锈钢等金属材料制成的屏蔽盖体34，以覆盖这些平面天线部件31和慢波件33。腔室1的上面与屏蔽盖体34利用密封部件35而密封。在屏蔽盖体34上形成有冷却水流路34a，通过在其中流通冷却水，来冷却屏蔽盖体34、慢波件33、平面天线31、微波透过板28。其中，屏蔽盖体34接地。
在屏蔽盖体34的上壁的中央，形成有开口部36，导波管37连接于该开口部。在该导波管37的端部，经由匹配电路38连接着微波发生装置39。该微波发生装置39的构成示意地示于图3。在该微波发生装置39中，在从电源部61连接到振荡部64的磁控管65为止的高电压供给线66上设有电容器62与脉冲开关部63。此外，在脉冲开关部63上，连接着脉冲控制部67，进行频率或占空比等控制信号的输入。该脉冲控制部67接收来自工序控制器50(下述)的指示而向脉冲开关部63输出控制信号。然后，通过一边从电源部61供给高电压一边向脉冲开关部63输入控制信号，将如图3中所示规定电压(例如-5.1〔kV〕)的矩形波供给到振荡部64的磁控管65，并输出脉冲状的微波。在微波发生装置39中发生的脉冲状微波成为经由波导管37向上述平面天线部件31传播。该微波的脉冲例如频率控制成1kHz～100kHz，优选控制成5kHz～50kHz，占空比控制成10～90％，优选可以控制成50～90％。
波导管37包括从上述屏蔽盖体34的开口部36向上延伸的截面圆形的同轴波导管37a、以及与经由模式变换器40连接于该同轴波导管37a的上端部的在水平方向上延伸的矩形波导管37b。矩形波导管37b与同轴波导管37a之间的模式变换器40具有将以TE模式在矩形波导管37b内传播的微波变换成TEM模式的功能。内导体41延长到同轴波导管37a的中心，内导体41在其下端部连接固定于平面天线部件31的中心。由此，脉冲状的微波经由同轴波导管37a的内导体41向平面天线部件31呈放射状地高效率地均匀传播。
此外，在腔室1的侧壁的下部，设置有等离子体的发光测定用的透光性的窗200。邻接于该窗200配备有受光部201，受光部201与用来测定等离子体的发光强度的单色仪等分光控制计202电气连接。因为设置窗200的位置离开平面天线部件31，由此不容易受等离子体的影响，此外，对窗200的附着物也少，可以稳定地进行测定。其中，分光控制计202的设置位置并没有特别的限制，只要是稳定能够测定的位置则任意位置都可以。此外，在腔室1内，由于设置有由石英制成的圆筒状的衬套7，所以通过窗200与衬套7测定等离子体中的自由基(radical)的发光强度是可能的。虽然可以在衬套7上设置开口，但是，从等离子体直接对窗200的接触和防止附着物的观点出发优选不设置开口。
等离子体处理装置100的各构成部形成为连接于具有CPU的工序控制器50而被控制。由工序管理者为了管理等离子体处理装置100进行指令的输入操作等的键盘、使等离子体处理装置100的运行状况可视化而显示的显示器等组成的用户界面51连接于工序控制器50。
此外，在工序控制器50上连接有存储部52，该存储部52存储有用于利用工序控制器50的控制实现在等离子体处理装置100中所实行的各种处理的控制程序(软件)、记录有处理条件数据的方案。
然后，根据需要，通过利用来自用户界面51的指示等从存储部52调用任意的方案在工序控制器50中实行，而可以在工序控制器50的控制下，进行等离子体处理装置100中的想要的处理。此外，所述控制程序或处理条件数据等方案，也可以利用储存于计算机能够读取的存储介质，例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪存存储器等的状态，或者，从其他装置，经由例如专用线路随时传送而实时地利用。
此外，由于工序控制器50利用连接机构53与分光控制计202电气连接，所以分析在分光控制计202中所检测的OH*自由基等的发光强度的信息，进行脉冲条件的控制。例如，基于所测量的发光强度，通过从工序控制器50向脉冲控制部67送出控制信号，而可以自动地变更脉冲频率或占空比等脉冲条件。
在这样所构成的RLSA方式的等离子体处理装置100中，按以下这种顺序进行氧化晶片W的硅层而形成氧化膜等处理。
首先，打开门阀26，从搬入搬出口25将形成有硅层的晶片W搬入腔室1内，并放置于基座2上。然后，从气体供给系统16的Ar气体供给源17和H2气体供给源18、O2气体供给源19，以预定的流量经由气体导入管15将Ar气体、H2气体和O2气体导入到腔室1内。具体地说，将例如Ar等稀有气体流量设定成250～1000mL/min(sccm)，将H2气体流量设定成1～20mL/min(sccm)，将O2气体流量设定成1～20mL/min(sccm)，将腔室内调整成6.7～1333Pa(50mTorr～10Torr)，优选为66.7～266.6Pa(500mTorr～2Torr)，更优选为133.3Pa左右的处理压力，将晶片W的温度加热到300～800℃，优选是400～600℃。
接着，将来自微波发生装置39的脉冲状的微波，经由匹配电路38导入波导管37，依次通过矩形波导管37b、模式变换器40和同轴波导管37a并经由内导体41供给到平面天线部件31，从平面天线部件31的窄缝经由微波透过板28放射到腔室1内的晶片W的上方空间。微波在矩形波导管37b内以TE模式传播，该TE模式的微波由模式变换器40被变换成TEM模式，在同轴波导管37a内向平面天线部件31传播。利用从平面天线部件31经由微波透过板28放射到腔室1的脉冲状的微波在腔室1内形成电磁场，使Ar气体、H2气体、O2气体等离子体化。该微波等离子体，通过微波从平面天线部件31的多个微波放射孔32脉冲(间歇)状地放射，成为维持大致5×1010～1×1013/cm3的高密度的等离子体。然后，通过等离子体中的氧化种，例如氧自由基(O*)、羟自由基(OH*)或氧离子(O2-)等的作用，使氧被导入到硅中，从而形成SiO2膜。
作为本发明的等离子体处理中的等离子体密度，优选为109～1013/cm3。其中，作为能够生成这种高密度等离子体的等离子体处理装置，除上述RLSA方式的等离子体处理装置以外，也可以使用例如平行平板型等离子体处理装置、平面波等离子体处理装置、感应结合型等离子体处理装置、电子回旋加速器等离子体处理装置等。
在本实施方式中，通过脉冲状地发生微波，比起连续微波来，可以使等离子体的电子温度降低30～50％左右。因而，可以使利用上述气体类的氧化膜形成中的等离子体的电子温度降低到大致1.2eV以下，优选降低到0.7～0.5eV或者其以下。
图4是表示等离子体形成中的连续微波与脉冲状微波引起的电力、电子温度和电子密度的特性比较的图。图中，t表示经过时间。查明在脉冲状微波等离子体中，通过电子温度以一定周期重复增减，在平均电力相同的情况下，比起连续微波等离子体来可以将电子温度抑制得低些。另一方面，查明电子密度虽然以缓慢的周期增减，但是因为平均几乎与连续微波等离子体同等地维持，故并不较大地损及氧化速率。脉冲状微波等离子体中的这些特性实验上也可以确认。因而，通过使用脉冲状微波等离子体，可以低温且短时间内进行氧化膜形成，但是，在使用图1那种RLSA方式的等离子体处理装置100的情况下，能够进一步降低电子温度，更加降低对基底膜等的离子等引起的等离子体损坏而实现极其温和的处理。
此外，在由连续微波等离子体引起的氧化膜形成中，在使用含有Ar与H2与O2的气体类进行氧化时，在腔室内在紫外区域，例如310nm附近处可以观察到作为氧化种的OH*引起的强发光峰值。该OH*在氧化膜形成中必不可少，相反如果强的紫外线照射，则因为增加Si/SiO2的界面能级密度(DitDensity Interface Trap(密度界面陷阱))，所以给予晶片W等被处理体以等离子体损坏，成为降低产品的成品率的一个原因。特别是在以CCD(Charge Coupled Devices(电荷耦合器件))为代表的图像传感器等对光敏感的半导体器件的制造过程中，在用等离子体成膜氧化膜的过程中，如果在紫外区域，例如250～400nm的等离子体发光强烈地发生，则SiO2/Si的界面能级变高，具结果，使暗电流增大。该暗电流，对CCD之类器件给予较大的特性变化，使产品的成品率降低。与此相对，通过使用脉冲状微波等离子体，可以大幅度地降低紫外区域的发光。例如，在使用含有Ar与H2与O2的气体的情况下，通过控制脉冲条件以便相对相同条件下的连续微波等离子体的紫外区域的发光强度比成为50％以下，优选是30％以下，相对连续微波等离子体的氧化速率比成为55％以上，优选是70％以上，可以既确保一定以上的氧化速率又抑制紫外区域的OH*的发光，降低等离子体损坏。此外，在使用含有Ar与O2的气体的情况下，通过控制脉冲条件以便相对相同条件下的连续微波等离子体的紫外区域的发光强度比成为90％以下，优选是70％以下，相对连续微波等离子体的氧化速率比成为80％以上，优选是90％以上，可以既确保一定以上的氧化速率又抑制紫外区域的发光，降低等离子体损坏。
作为这种使氧化膜形成成为可能的脉冲条件，例如脉冲频率可以取为1kHz～100kHz，占空比取为50～90％，优选是脉冲频率为5kHz～50kHz，占空比控制成50～90％就可以。因而，本发明的等离子体处理方法，特别是在CCD等摄像元件的制造过程中，在进行使硅氧化而形成SiO2等氧化硅膜时是适用的。
接下来，对确认本发明的效果的试验结果进行描述。其中，在以下的试验中使用与图1同样的构成的等离子体处理装置100。
在以下所示的条件下，作为脉冲状的电磁波而使用微波来氧化Si基板以形成氧化膜(SiO2膜)时，利用单色仪测定腔室内的波长310nm的发光强度，与利用连续微波的情况进行比较。其结果示于图5。
<条件>
Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)腔室内压力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W温度＝500℃脉冲状微波等离子体1频率＝5kHz，占空比＝50％脉冲状微波等离子体2频率＝50kHz，占空比＝50％连续微波等离子体频率＝2.45GHz由图5确认，在脉冲状微波等离子体的情况下，OH自由基(OH*)引起的310nm的发光峰值大幅度地降低。该OH*的发光可以看成降低所形成的氧化膜的膜质的等离子体损坏的原因。这样一来，如果使用本发明则通过使用与图1同样的等离子体处理装置100由脉冲状微波等离子体而使硅氧化，可以抑制紫外区域的等离子体发光，既能够极力降低对被处理体的不良影响又形成氧化膜。
接下来，调查脉冲状微波的脉冲频率与发光强度的关系的结果示于图6。图6的纵轴作为相对连续波CW之比表示脉冲状微波等离子体的310nm处的OH*的发光强度，横轴是脉冲的通/断时间(μ秒)。这里，作为处理气体使用Ar/H2/O2和Ar/O2。处理条件如下。
<条件>
(1)Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)腔室内压力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W温度＝500℃
脉冲频率＝1kHz或50kHz(任一种的占空比＝50％)(2)Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)腔室内压力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W温度＝500℃脉冲频率＝5kHz、30kHz或50kHz(任一种的占空比＝50％)(3)连续微波等离子体除了取为上述两者的气体类、频率＝2.45GHz以外，在同样的条件下实施。
由该图6查明，在Ar/H2/O2和Ar/O2的任一种气体类下，随着加大脉冲的频率对连续波的发光强度比都降低，发光强度的降低效果加大。此外，在OH*的发光强度特别大的Ar/H2/O2的情况下，比起Ar/O2来，对连续波的OH*的发光强度的降低效果格外大。
上述紫外区域内的等离子体的发光，给予氧化膜以不良影响。虽然OH*的强发光可以看成其一个原因，但是另一方面，因为OH*本身是具有强氧化作用的活性种，因此抑制OH*发光，减少等离子体中的OH*，使氧化速率降低。因此，在对Si基板的氧化膜形成中，调查脉冲状微波的脉冲频率与氧化膜厚(等离子体氧化速率)的关系。氧化处理的条件如下。其中，氧化膜的厚度，由光学膜厚测定器偏振光椭圆计来测定。
<氧化处理条件>
(1)Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)腔室内压力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W温度＝500℃脉冲频率＝在1kHz至50kHz的范围内变化(任一种的占空比＝50％)处理时间＝180秒(2)Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)
腔室内压力＝133.3Pa微波功率＝2750W晶片W温度＝500℃脉冲频率＝在1kHz至50kHz的范围内变化(任一种的占空比＝50％)处理时间＝180秒(3)连续微波等离子体除了取为上述两者的气体类、频率＝2.45GHz以外，在同样的条件下实施。
结果示于图7。根据图7，在Ar/H2/O2的情况下，氧化速率比Ar/O2的情况高。此外，虽然可以看到如果通/断(ON/OFF)时间的增加，也就是脉冲频率降低则氧化速率降低的倾向，但是查明脉冲频率在1kHz～50kHz的范围内，可以得到实用上足够的氧化速率。
此外，在Ar/O2的情况下，直到脉冲频率2kHz～50kHz氧化速率是恒定的，在该范围内，相对于连续波的氧化速率降低很少，如果脉冲频率成为2kHz以下，则氧化速率降低。根据以上情况，在Ar/H2/O2和Ar/O2的任一种气体类的情况下，在既维持氧化速率又降低OH*的发光强度的观点上，在占空比＝50％处脉冲频率5kHz～50kHz的范围可以认为特别好。
接下来，求出在以下条件下所测定的由连续微波等离子体引起的氧化速率与由脉冲状微波等离子体引起的氧化速率之比，和由连续微波等离子体引起的OH*的发光强度(波长310nm)与由脉冲状微波等离子体引起的OH*的发光强度(波长310nm)之比。
(共同的条件)<条件>
Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)；腔室内压力＝约133.3Pa(1Torr)；晶片W温度＝500℃；处理时间180秒连续微波等离子体频率＝2.45GHz
脉冲状微波等离子体(条件A-1)脉冲通(ON)时间100μ秒，峰值微波功率2750W(条件A-2)脉冲通(ON)时间50μ秒，峰值微波功率2750W(条件A-3)脉冲通(ON)时间10μ秒，峰值微波功率2750W(条件A-4)频率5kHz 占空比50％，峰值微波功率2750W(条件A-5)频率50kHz 占空比50％，峰值微波功率2750W其结果示于图8。由以上的结果可知，作为既能够维持氧化速率又降低发光强度的脉冲条件范围，可以举出例如脉冲通(ON)时间10～100μ秒，优选50～100μ秒，脉冲频率1kHz～50kHz，优选是5kHz～50kHz，占空比50～90％，优选是50～70％的脉冲条件。如果是该范围，则可以既将OH*自由基的发光强度降低到连续微波等离子体的6成左右，又维持比起连续微波等离子体来8成以上的氧化速率。因而，不会极端地降低氧化速率，可以排出紫外区域内的发光引起的对被处理体的影响，进一步提高产品的成品率。因此，在制造例如CCD传感器、CMOS传感器等摄像元件的过程中的氧化膜的形成，具体地说，作为光电变换部的保护膜形成氧化硅膜的情况等中，进行由脉冲状微波等离子体引起的等离子体处理是非常有效的。
接下来，对由脉冲状微波等离子体所形成的氧化膜，进行其电气的特性的评价。在以下所示的条件下，由脉冲状微波等离子体或连续微波等离子体进行硅的氧化，调查氧化膜厚、与界面能级密度的关系。其结果示于图9。
(共同的条件)腔室内压力＝大约133.3Pa(1Torr)；微波功率＝2750W；晶片温度＝500℃；处理时间180秒(条件B-1)连续微波等离子体Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)(条件B-2)脉冲状微波等离子体频率5kHz 占空比50％Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)
(条件B-3)脉冲状微波等离子体频率50kHz 占空比50％Ar/O2流量比＝500/5mL/min(sccm)(条件B-4)连续微波等离子体Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)(条件B-5)脉冲状微波等离子体频率5kHz 占空比50％Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)(条件B-6)脉冲状微波等离子体频率50kHz 占空比50％Ar/H2/O2流量比＝500/5/5mL/min(sccm)一般来说，虽然摄像元件中的Si/SiO2的界面能级密度如果不是1×1012以下则暗电流增加而引起摄像不良，但是根据图9可以确认，由脉冲状微波等离子体所形成的氧化膜，其界面能级密度低于由连续微波等离子体所形成的氧化膜，氧化膜的致密性高，具有良好的电气的特性。特别是，使用以规定比率含有氢的气体类(Ar/H2/O2)处理的情况下，界面能级密度为1×1012以下，可以确认不产生对摄像元件的影响。
这样一来，由于在由脉冲状微波等离子体所形成的氧化膜中，由紫外线增加的界面能级密度与由连续微波等离子体所形成的氧化膜相比较低，所以表现出可以很好地利用于在制造CCD传感器或CMOS传感器等摄像元件的过程中的氧化膜形成。
根据以上的理由，在等离子体处理装置100中，表现出可以通过由脉冲状微波生成等离子体，稳定氧化速率，而且一边维持实用上足够的氧化速率一边形成氧化膜。此外，通过利用脉冲状微波，表现出可以降低紫外区域内的强发光。由此，能够降低等离子体损坏，表现出可以降低所得到的氧化膜的电气特性，特别是界面能级密度。
而且，如图1中所示的等离子体处理装置100那样，通过腔室1的窗200由分光控制计202监视等离子体的紫外区域的发光强度，并通过根据其结果改变脉冲条件，控制紫外区域的发光而进行等离子体氧化等处理也是有效的。
以上，虽然描述本发明的实施方式，但是本发明不受上述实施方式限制，可以对其进行各种变形。
例如，图1虽然举出RLSA方式的等离子体处理装置100为例，但是只要是利用高密度的等离子体、微波等离子体、反射波等离子体、感应结合型等离子体等的等离子体处理装置，则没有特别限定，同样地运用本发明是可能的。其中，作为电磁波不限于微波，也可以运用于频率更低的电磁波。
此外，作为被处理体，不限于硅基板，运用于例如LCD基板、化合物半导体基板等基板是可能的。
工业实用性本发明能够在各种半导体装置等的制造过程中，在形成氧化硅膜时而被很好地利用。
权利要求
1.一种等离子体处理方法，其特征在于其是在等离子体处理装置的处理室内通过对被处理体作用等离子体，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法，其中，所述等离子体利用脉冲状的电磁波而形成。
2.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于所述电磁波是微波。
3.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于控制脉冲条件，使得由所述脉冲状的电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度，与由连续电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度相比为其50％以下，而且，由所述脉冲状的电磁波的等离子体引起的氧化速率，与由连续电磁波的等离子体引起的氧化速率相比为其55％以上。
4.如权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于使用含有稀有气体和氧与氢的气体作为处理气体。
5.如权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于紫外区域内的发光是由OH自由基引起的发光。
6.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于控制脉冲条件，使得由所述脉冲状的电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度，与由连续电磁波引起的等离子体的紫外区域内的发光强度相比为其90％以下，而且，由所述脉冲状的电磁波的等离子体引起的氧化速率，与由连续电磁波的等离子体引起的氧化速率相比为其80％以上。
7.如权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于使用含有稀有气体与氧的气体作为处理气体。
8.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于所述脉冲的频率为1～100kHz，占空比(duty rate)为10～90％。
9.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于所述脉冲的频率为5～50kHz，占空比为50～90％。
10.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于处理压力为66.7～266.6Pa。
11.一种等离子体处理方法，其特征在于其是在等离子体处理装置的处理室内通过对被处理体作用等离子体，而使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法，其中，通过将脉冲状的电磁波导入所述处理室内而产生等离子体，并且测定所述处理室内的等离子体的发光强度，并根据该值来变更脉冲条件，由此，控制发光强度。
12.一种等离子体处理方法，其特征在于其是在等离子体处理装置的处理室内对被处理体作用等离子体来进行处理的等离子体处理方法，其中，通过将脉冲状的电磁波导入所述处理室内而产生等离子体，并且通过脉冲条件控制所述处理室内的等离子体的发光强度。
13.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于测定所述处理室内的等离子体的发光强度，并根据该值变更脉冲条件，由此来控制发光强度。
14.如权利要求12或者13所述的等离子体处理方法，其特征在于所述等离子体的发光是紫外区域内的发光。
15.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于所述等离子体处理装置包括具有多个窄缝的平面天线，通过该平面天线将微波导入所述处理室内。
16.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括通过脉冲状的电磁波产生等离子体的等离子体供给源；划分成在被处理体上通过所述等离子体进行成膜处理用的处理室的处理容器；在所述处理容器内放置所述被处理体的支撑体；用来对所述处理容器内进行减压的排气机构；用来将气体供给到所述处理容器内的气体供给机构；以及控制部，其控制所述处理容器，使得在所述处理容器内，通过由脉冲状的电磁波所形成的等离子体对被处理体进行作用，而进行使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法。
17.一种控制程序，其特征在于其在计算机上运行，并且在执行时，控制所述处理容器，以在等离子体处理装置的处理容器内，通过由脉冲状的电磁波所形成的等离子体对被处理体进行作用，而进行使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法。
18.一种计算机可读取的存储介质，其特征在于其是储存有在计算机上运行的控制程序的计算机可读取的存储介质，其中，所述控制程序在执行时，控制所述处理容器，以在等离子体处理装置的处理容器内，通过由脉冲状的电磁波所形成的等离子体对被处理体进行作用，而进行使硅氧化并形成氧化硅膜的等离子体处理方法。
全文摘要
从微波发生装置(39)经由匹配电路(38)将脉冲状的微波导入波导管(37)，经由内导体(41)供给到平面天线部件(31)，从平面天线部件(31)经由微波透过板(28)放射到腔室(1)中的晶片(W)的上方空间。利用从平面天线部件(31)经由微波透过板(28)放射到腔室(1)的脉冲状的微波在腔室(1)内形成电磁场，使Ar气体、H
文档编号H01L27/14GK101053071SQ200680001118
公开日2007年10月10日 申请日期2006年1月5日 优先权日2005年1月7日
发明者小林岳志, 古井真悟, 北川淳一 申请人:东京毅力科创株式会社