专利名称：等离子处理方法及等离子处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对半导体元件、搭载半导体芯片的基板、布线基板、 平板型显示装置基板等电子装置的基板或被处理物实施等离子处理的方 法及其处理装置、利用该等离子处理制造电子装置的制造方法。
背景技术：
以往，在利用等离子对硅半导体等被处理物表面进行氧化、氮化、氧 氮化，或在被处理物表面上形成氧化膜、氮化膜、氧氮化膜、聚硅膜、有机EL膜等，或蚀刻被处理表面之际的等离子处理中，利用单一的稀有气 体产生等离子。作为稀有气体，为了减小对被处理物的等离子损伤，从而 采用与电子的碰撞截面积大、等离子的电子温度低的氪(Kr)气和氙(Xe) 气(例如，参照专利文献1)。专利文献1中揭示了采用Kr作为等离子激励气体以形成氧化膜及氮 化膜的装置。该装置采用的构成是在作为处理室的真空容器上部从外侧依 次设有同轴导波管、径向线路隙缝天线、微波导入窗，在真空容器内部设 有簇射板，在其下部配置用来放置被处理物的带加热机构的工作台。作为 等离子处理方法，是将真空容器内排气成真空，从簇射板导入Ar气，接 下来从Ar气切换成Kr气，使压力为133Pa。接下来，将实施了稀氟酸清 洗的硅基板(被处理物)导入到处理室内，放置在工作台上，加热被处理 物使被处理物保持在40(TC。从同轴导波管向径向线路隙缝天线供给微波， 例如供给1分钟，将微波经由介电体板(微波导入窗及簇射板)导入到处 理室内。这样一来，通过在处理室内生成的高密度Kr等离子照射硅基板 表面，从而去除表面终端氢。接下来，保持处理室内的压力为133Pa左右， 从簇射板导入预定分压比的Kr/02混合气体，在硅基板表面形成纳米单位 厚度的硅氧化膜。接下来，暂时停止微波供给，停止02气导入，用Kr净化了处理室内后，从簇射板导入K2/NH3混合气体，设定处理室内的压力为133Pa左右，再次供给微波，在处理室内生成高密度等离子，在硅氧化 膜表面形成钠米单位厚度的硅氮化膜。再有，形成了硅氮化膜后，停止微 波动力的导入，结束等离子激励，再有，将Kr/NH3混合气体置换成Ar气， 结束氧化氮化工序。像这样可以利用上述装置进行半导体集成电路装置的 制造。不过，Kr气、Xe气与通常用于等离子处理的Ar气相比，在自然界 的存在量少而高价，在工业中应用很困难。 专利文献l:特开2002—261091号公报发明内容本发明的目的在于能够尽量抑制高价氪气、氙气的消耗量，同时降低 等离子处理时对被处理物的损伤。为了实现上述目的，本发明的等离子处理方法及等离子处理装置中， 等离子中的电子温度按照与电子的碰撞截面积大的稀有气体定义，气体的 稀释用比它廉价的稀有气体进行，由这2种以上的稀有气体构成等离子中 的气体。艮P，根据本发明，获得一种等离子处理方法，利用稀有气体产生等离 子并利用该等离子进行被处理物的处理，所述等离子处理方法的特征在 于，作为所述稀有气体采用2种以上的不同的稀有气体。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述等 离子处理方法中，所述不同的稀有气体是与电子的碰撞截面积相互不同的 稀有气体。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，作为所述2种以上的不同的稀有气体中的一种 采用氩气，作为其以外的气体采用与电子的碰撞截面积大于氩气的气体。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，作为所述2种以上的不同的稀有气体中的一种 采用氩气，作为其以外的气体采用氪及氙的一种或两种。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任意一项等离子处理方法中，通过微波激励产生所述等离子。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，所述处理是所述基板表面的至少一部分的氧 化、氮化或氧氮化，向所述基板表面的至少一部分成膜或者所述基板表面 的至少一部分的蚀刻。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，为了利用所述等离子将所述基板表面的至少一 部分氧化、氮化或氧氮化，将氮化性气体或氧化性气体导入所述等离子中。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，为了在所述基板表面的至少一部分上进行成 膜，将成膜所需的气体导入所述等离子中。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，所述成膜是绝缘膜的形成。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，将蚀刻所需的气体导入所述等离子中，对所述 基板表面的被选择的部分或整个面进行蚀刻。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，将所述2种以上的不同的稀有气体中与电子的 碰撞截面积大的气体导入等离子激励区域，将碰撞截面积小的气体导入等 离子激励区域之外。另外，根据本发明，获得一种等离子处理方法，其特征在于，所述任 意一项等离子处理方法中，为了再利用而回收所述稀有气体的一部分或全 部。另外，根据本发明，获得一种半导体装置、平板型显示装置、计算机 和便携电话终端等电子装置的制造方法，其特征在于，具有利用所述任意 一项等离子处理方法处理被处理物的工序。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，能够向等离子处理室供给2种以上的不同的稀有气体。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述等 离子处理装置中，所述稀有气体与电子的碰撞截面积不同。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，所述稀有气体中的一种是氩气，其以外的气体 是与电子的碰撞截面积大于氩气的气体。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，所述稀有气体中的一种是氩气，其以外是氪、 氙的任意一种或两种。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，通过微波激励产生所述等离子。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，向所述等离子室除了供给稀有气体以外还能够 供给氮化性气体或氧化性气体。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，向所述等离子室除了供给稀有气体以外还添加 所希望的气体并在被处理物上进行成膜。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，向所述等离子室除了供给稀有气体以外还对被 处理物的一部分或整个面进行蚀刻。另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，将所述稀有气体中与电子的碰撞截面积大的气 体导入等离子激励区域、将碰撞截面积小的气体导入等离子激励区域之另外，根据本发明，获得一种等离子处理装置，其特征在于，所述任 意一项等离子处理装置中，具备稀有气体回收装置。再有，本发明中，获得一种等离子处理方法，是通过将使用后的稀有 气体回收再生利用，从而能够更高效率地使用高价的稀有气体。根据本发明，采用在Xe、 Kr的一种或两种中添加了 Ar气的气体， 不过，该混合气体中的Xe、 Kr的必要比例随着各种条件而变化，不过大 多情况下最低20体积％是必要的，从40%左右到100%的情况下没有发现 太大效果差异，只要是50%以上就没问题。当然要不足100%。发明效果根据本发明，由于采用在Kr、 Xe的一种或两种中添加了 Ar气的气 体进行等离子产生，因此，能够降低等离子处理中的损伤，同时能够谋求 高价Kr、 Xe气使用量的削减。
图1是本发明的实施方式1中采用的微波激励等离子处理装置的截面图。图2是表示各稀有气体的电子温度和碰撞截面积的说明图和分别表示 Ar、 Kr、 Xe气的激励能量、离子化能量、电子温度的图。 图3是表示等离子测量方法的截面图。图4是表示Ar/Xe混合等离子的发光强度的图，分别是(a)表示Xe + (466.8nm)的20mTorr (2.66Pa)的相对强度，(b)表示Xe+ (466.8nm) 的40mTorr (5.33Pa)的相对强度，(c)表示Ar (750.4nm)的20mTorr (2.66Pa)的相对强度，(d)表示Ar (750.4nm)的40mTorr (5.33Pa)的相对强度。图5是表示等离子电子密度的图，(a)是表示Ar工作压力(mTorr =X0.133Pa)和电子数(1012cm—3)的关系的图，(b)是表示Xe工作压 力(mTorr=0.133Pa)和电子数(1012cm—3)的关系的图。图6(a)、 (b)、 (c)、 (d)是分别表示Ar/Xe混合等离子的电子密度、 VSWR、离子电流、电子温度的图。图7 (a)是表示变化混合气体压力时的离子电流密度的图，(b)是表 示变化混合气体压力时的电子温度的图。图8是本发明的实施方式2及3中采用的二级簇射板微波激励等离子 处理装置的截面图。图中，1 —微波照射用天线，2 —绝缘体，3 —簇射板，4一晶片，5_ 排气口， 6 —排气管道，7a、 7b—小型泵流入管(排气管)，IO —腔室，13 一气体导入管，15 —安装构件，19一气流，21 —上级簇射板，22—下级簇 射板，25—RF偏压电源，101 —微波激励等离子处理装置，102 — 二级簇 射板微波激励等离子处理装置。
具体实施方式
以下关于本发明的实施例参照附图进行说明。 (第l实施例)本发明的第l实施例中，关于等离子处理为硅的直接氧化/氮化处理的 情况下的方式进行说明。图1是微波激励的等离子处理装置的截面图。图2是表示电子能量和 全离子化截面积的关系的图。图3是表示等离子测量方法的截面图。图4 是表示Ar/Xe混合等离子的发光强度的图，分别是(a)表示Xe+(466.8nm) 的2.66Pa (20mTorr)的相对强度，(b)表示Xe+ (466.8nm)的5.33Pa(40mTorr)的相对强度，(c)表示Ar (750.4nm)的2.66Pa (20mTorr) 的相对强度，(d)表示Ar (750.4nm)的5.33Pa (40mTorr)的相对强度。 另外，图5是表示等离子电子密度的图，(a)是表示Ar工作压力(mTorr =X0.133Pa)和电子数(1012cm—3)的关系的图，(b)是表示Xe工作压 力(mTorr二X0.133Pa)和电子数(1012cm—3)的关系的图。图6 (a)、 (b)、(c)、 (d)是分别表示Ar/Xe混合等离子的电子密度、VSWR、离子电流、 电子温度的图。图7 (a)是表示将Ar/Xe混合气体中Xe的比例从0到1 变化时的离子电流密度的图，图7 (b)是表示同样变化Ar/Xe混合气体中 Xe的比例(压力)时的电子温度的图。参照图1，微波通过隔着绝缘体板2设置在等离子处理装置101上部 的天线1向装置内部11放射。Ar气和Kr气(或Xe气)及氧气(氮化处 理时是N2/H2或NH3气、氧氮化处理时是02皿3或02/^0、 CVNO气等 氧化性气体和氮化性气体的混合气体)从气体导入管13经由簇射板3导 入装置内部ll，在那里利用上述照射的微波，在装置内部ll、被处理物4 上部激励等离子。回到图1，被处理物的基板即硅晶片4设置在处理室11内等离子直接 照射的部位，在利用等离子激励的氧原子团等的作用下被氧化。此时，被 处理物4不是设置在处理室11内等离子所激励的空间，优选是设置在等 离子所扩散的空间。另外，处理室ll内的排气经由排气口5，通过排气管道6内，如虚线 箭头19所示，从通向小型泵的任意一个流入口 7a、 7b，分别导到没有图示的小型泵中。测量所激励的等离子时，如图3所示，设置前端部穿入处理室11内的探测器9，该探测器9由安装构件15固定。发光测量14从其他窗口如 箭头所示进行。在此，如图2所示，Kr、 Xe气比Ar电子温度低，而与电子的碰撞截 面积小，离子化能量也小，从而，若向Ar和Kr(或Xe)的混合气体照射 微波，则Kr (或Xe)选择性地离子化，形成等离子，等离子的电子温度 按照Kr(或Xe)定义，能够抑制对成膜过程中的或所形成的Si02膜(Si3N4 膜、SiON膜)的损伤，同时能够抑制高价Kr (或Xe)气的使用。另外，参照图4 (a)、 (b)、 (c)、 (d)可知，Xe+的发光强度(相对 强度)是40mTorr (5.33Pa)的大于20mTorr (2.66Pa)的，而Ar的发光 强度在Xe的分压(摩尔分率)为0.2以上时不依赖于压力。另夕卜，参照图5可知，若Xe的流量比(即、分压)变大，则Ar的电 子密度增加，而流量比增加，则Xe的电子密度减少。另外，参照图6可知，电子密度从Xe的构成比率为20。/。起增加，以 后，随着构成比率变大而单调增加，VSWR随着Xe的构成比率变大而单 调减少一些。离子电流在Xe的构成比率为20%急剧增加，电子温度在Xe 的Xe的构成比率到达20%之前急剧减少，其以后随着构成比率变大而单 调减少。再有，参照图7 (a)可知，离子电流密度在全流量为20mTorr (2.66Pa) 的情况下，在Xe的流量比0.75附近急剧增加。另外可知，在全流量为 40mTorr (5.33Pa)的情况下，若Xe的流量比超过0.2则急剧增加。另外 可知，在全流量为100mTorr (13.33Pa)的情况下，呈大致单调增加倾向。另外，参照图7 (b)可知，电子温度随着Xe的流量比变大，随着全 流量成为20mTorr (2.66Pa)、 40mTorr (5,33Pa)、 100mTorr (13.33Pa)而 变小，同时分别随着Xe的流量比从0.2增加而单调减少。以上数据均表示，即使Xe的构成比率不为100%、只要在20%以上、 优选是50%以上，就能够获得与100%的情况相同的效果。即可知，即使 80%左右、优选是50%左右为廉价的Ar，也能够降低等离子处理中的损伤。 其结果是根据本发明能够谋求高价Kr、 Xe气使用量的削减。(第2实施例)接下来，表示将本发明的等离子处理适用于成膜的例子。第2实施例中，作为成膜是利用CVD (Chemical Vapor Deposition)处理进行Si02膜形成。图8是本发明的第2实施例中使用的二级簇射板微波激励等离子处理 装置的概略截面图。图8的装置其结构是在图1所示的微波激励等离子处 理装置的扩散等离子区域设置下级簇射板22。从上级簇射板21导入等离 子激励用的Kr (或Xe)及Ar及02气。从下级簇射板22导入用于成膜的 反应性气体即SiH4气。在上级簇射板21和下级簇射板22间的空间激励高 密度等离子，该等离子从下级簇射板22的格子状管(具有排放反应性气 体的多个孔)的间隙扩散到硅晶片4表面上，利用向此处供给的反应性气 体在被处理物4表面形成Si02膜。此时，如果从上级簇射板21流进Kr (或Xe)及Ar和NH3 (或N2/H2 混合)气，从下级簇射板22流进SiH4气，就能够形成Si3Nj莫。另外，如果从上级簇射板21流进Kr (或Xe)及Ar，从下级簇射板 22流进CxFy (C5F8， QFs等)气，就能够形成碳氟化合物膜。另外，如果从上级簇射板21流进Kr (或Xe)及Ar，从下级簇射板 22流进SiH4气，就能够形成硅膜。以上，任意情况均像图2、图6及图7所表明的那样，由于Kr、 Xe 气比Ar电子温度低，而与电子的碰撞截面积小，离子化能量也小，从而， 若向Ar和Kr (或Xe)的混合气体照射微波，则Kr (Xe)选择性地离子 化，形成等离子，等离子的电子温度按照Kr (Xe)定义，能够抑制对成 膜过程中的或所形成的各种膜的损伤，同时能够抑制高价Kr (Xe)气的 使用。(第3实施例)接下来，表示将本发明的等离子处理适用于蚀刻处理的情况的例子。 参照图8，从上级簇射板21导入用于等离子激励的Kr (或Xe)及Ar气。从 下级簇射板22导入反应性气体即CxFy气。在此，对基板4外加偏压(RF) 25，从而对硅晶片4侧加载负的DC偏压，硅基板4上的Si02被蚀刻。还有， 符号17所示的白色箭头17表示用于等离子激励的微波，符号26表示高密度等离子区域。此时，也像图2、图6及图7所表明的那样，由于Kr、 Xe气比Ar电 子温度低，而与电子的碰撞截面积小，离子化能量也小，从而，若向Ar 和Kr (或Xe)的混合气体照射微波，则Kr (Xe)选择性地离子化，形成 等离子，等离子的电子温度由Kr (Xe)定义，能够抑制对蚀刻过程中的 硅基板4表面及硅基板上形成的膜的损伤，同时能够抑制高价Kr (Xe) 气的使用。产业上的可利用性如以上说明，本发明的等离子处理装置及等离子处理方法能够适用于 半导体制造工艺是不言而喻的，还能够适用于电子/电气设备的制造、各种 机械部件的制造。
权利要求
1.一种等离子处理方法，利用稀有气体产生等离子并利用该等离子进行被处理物的处理，所述等离子处理方法的特征在于，作为所述稀有气体采用2种以上的不同的稀有气体。
2. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 所述不同的稀有气体是与电子的碰撞截面积相互不同的稀有气体。
3. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 作为所述2种以上的不同的稀有气体中的一种采用氩气，作为其以外的气体采用与电子的碰撞截面积大于氩气的气体。
4. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 作为所述2种以上的不同的稀有气体中的一种采用氩气，作为其以外的气体采用氪及氙的一种或两种。
5. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 通过微波激励产生所述等离子。
6. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 所述处理是所述被处理物表面的至少一部分的氧化、氮化或氧氮化，向所述被处理物表面的至少一部分成膜或者所述被处理物表面的至少一 部分的蚀刻。
7. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，为了利用所述等离子将所述被处理物表面的至少一部分氧化、氮化或 氧氮化，将氮化性气体或氧化性气体导入所述等离子中。
8. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 为了在所述被处理物表面的至少一部分上进行成膜，将成膜所需的气体导入所述等离子中。
9. 根据权利要求8所述的等离子处理方法，其特征在于， 所述成膜是绝缘膜的形成。
10. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于， 将蚀刻所需的气体导入所述等离子中，对所述被处理物表面的被选择的部分或整个面进行蚀刻。
11. 根据权利要求2所述的等离子处理方法，其特征在于， 将所述2种以上的不同的稀有气体中与电子的碰撞截面积大的气体导入等离子激励区域，将碰撞截面积小的气体导入等离子激励区域之外。
12. 根据权利要求l所述的等离子处理方法，其特征在于， 为了再利用而回收所述稀有气体的一部分或全部。
13. —种等离子处理装置，其特征在于，设有向等离子处理室供给2种以上的不同的稀有气体的机构。
14. 根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于， 所述稀有气体中的一种是氩气，其以外的气体是与电子的碰撞截面积大于氩气的气体。
15. 根据权利要求14所述的等离子处理装置，其特征在于， 所述其以外的气体是氪及氙的一种或两种。
16. 根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于， 具备用于在所述等离子处理室中产生等离子的微波激励机构。
17. 根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于， 设有还向所述等离子室供给氮化性气体或氧化性气体的机构。
18. 根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于， 设有还向所述等离子室供给用于在被处理物上进行成膜的气体的机构。
19. 根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于， 设有还向所述等离子室供给用于蚀刻被处理物的至少一部分的气体的机构。
20. 根据权利要求14所述的等离子处理装置，其特征在于， 供给所述稀有气体的机构包括将所述与电子的碰撞截面积大的稀有气体导入等离子激励区域的机构和将所述氩气导入等离子激励区域之外 的机构。
21. 根据权利要求13所述的等离子处理装置，其特征在于， 具备稀有气体回收装置。
22. —种电子装置的制造方法，其特征在于，具有利用权利要求1所述的等离子处理方法处理被处理物的工序。
全文摘要
本发明能够尽量抑制高价氪、氙气的消耗量，同时降低等离子处理时对被处理物的损伤。在利用稀有气体进行的基板的等离子处理中，使用2种以上的不同的稀有气体，稀有气体之一采用廉价的氩气，其以外的气体采用与电子的碰撞截面积大于氩气的氪、氙的一种或两种，能够尽量抑制高价氪、氙气的消耗量，同时降低等离子处理时对被处理物的损伤。
文档编号H05H1/00GK101273671SQ20058005167
公开日2008年9月24日 申请日期2005年9月26日 优先权日2005年9月26日
发明者大见忠弘, 寺本章伸 申请人:大见忠弘