[发明专利]等离子体氮化处理方法、半导体装置的制造方法和等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用等离子体对半导体基板的硅、平板显示基板等的多晶硅层、非晶硅层等的被处理体表面进行处理，对硅进行氮化形成硅氮化膜的等离子体氮化处理方法、半导体装置的制造方法和等离子体处理装置。

背景技术

各种半导体装置、平板显示的TFT(薄膜晶体管)的制造过程中，例如作为晶体管的栅极绝缘膜等，形成硅氮化膜。作为硅氮化膜的形成方法，除由CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)堆积硅氮化膜的方法之外，例如在日本特开2001-274148号公报中公开了通过等离子体处理将氮导入硅氧化膜，形成硅氧氮化膜的方法。

另一方面，近年来随着半导体装置的微细化，栅极绝缘膜逐渐薄膜化。例如，要求形成膜厚几nm的薄栅极绝缘膜。在这样进行薄膜化的栅极绝缘膜中，保持低的漏电流，以及保持高的可靠性是很重要。现在，使用硅氧氮化膜(SiON)作为栅极绝缘膜的材质，但作为进一步降低漏电流的方法，正在研究在栅极绝缘膜中使用高介电常数(high-k)材料。此外，如使用含氮气体的等离子体对硅进行直接氮化处理，能够获得与硅氧化膜相比具有高介电常数(7.5)和低界面能级密度的硅氮化膜，所以，正在研究使用等离子体对硅进行直接氮化处理形成硅氮化膜。

在由现有的等离子体处理方法对硅进行直接氮化处理、形成栅极绝缘膜的情况下，在室温～400℃以下的温度条件下进行等离子体氮化处理时，如以所示，产生难以获得良好的绝缘膜特性的问题。

即，在实际的晶体管的制造过程中，在以低温的等离子体处理形成栅极绝缘膜后，进行超过500℃的高温下的处理(例如，多晶硅电极的成膜等)，因此存在由该处理时施加的热引起栅极绝缘膜的绝缘膜特性产生变动的问题。在本发明人等所获得的认知中可知，例如以400℃以下的处理温度进行等离子体氮化处理时，在之后的热处理过程中，硅氮化膜和硅之间的界面(Si₃N₄/Si界面)中存在的中间氮化状态(sub-nitride：低氮化物)的量增加，引起上述栅极绝缘膜的特性变动。这样的栅极绝缘膜的特性变动对例如晶体管等器件的特性造成不良影响，使其性能下降。

此外，在400℃以下的处理温度下对硅进行直接等离子体氮化处理而形成的硅氮化膜，存在容易产生经时的N浓度减少(N脱离)、氧化等膜质下降的问题，特别是存在膜厚越薄、膜质越容易下降，难以形成稳定的硅氮化膜的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用等离子体对硅进行直接氮化，能够形成优质且薄的硅氮化膜的方法。

为了解决上述课题，本发明的第一观点是提供一种等离子体氮化处理方法，在等离子体处理装置的处理容器内，使含氮气体的等离子体作用于被处理体表面的硅，进行氮化处理，形成硅氮化膜，其中，上述等离子体为微波激发高密度等离子体，上述氮化处理的处理温度为500℃以上。

在第一观点中，上述微波激发高密度等离子体优选由具有多个缝隙的平面天线将微波导入上述处理容器内而形成。此外，上述氮化处理的处理温度优选为600℃以上、800℃以下。而且，上述氮化处理的处理压力优选为6.7Pa以上，处理压力更优选为20Pa以上。

此外，上述硅氮化膜的膜厚优选为0.5nm～3nm。在该情况下，上述硅氮化膜优选为栅极绝缘膜。此外，上述硅优选为单晶硅、多晶硅或非晶硅。此外，上述硅优选为实质上具有(110)表面的单晶硅。

此外，上述等离子体氮化处理方法在形成介电常数比硅氮化膜高的高介电常数材料和硅氮化膜的复合材料的情况下，形成上述硅氮化膜也可以。

本发明的第二观点是提供一种半导体装置的制造方法，包括在等离子体处理装置的处理容器内，使含氮气体的等离子体作用于被处理体表面的硅，进行氮化处理，形成含有氮化硅的栅极绝缘膜的工序，其中，上述等离子体为微波激发高密度等离子体，上述氮化处理的处理温度为500℃以上。

上述第二观点中，还可以包括在形成栅极绝缘膜后，在500℃以上的温度下进行加热处理的工序。

本发明的第三观点是提供一种控制程序，在计算机上运行，执行时，控制上述等离子体处理装置，使其进行下述等离子体氮化处理方法，该等离子体氮化处理方法在等离子体处理装置的处理容器内，使含氮气体的微波激发高密度等离子体作用于被处理体上的硅，在500℃以上的处理温度下进行氮化处理，形成硅氮化膜。

本发明的第四观点是提供一种计算机能够读取的存储介质，该存储介质存储有在计算机上运行的控制程序，