專利名稱：絕緣膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絕緣膜形成方法以及對(duì)半導(dǎo)體晶片等被處理基板實(shí)施退火等處 理等的基板處理方法。
背景技術(shù)：
在最近的半導(dǎo)體器件、例如金屬-氧化膜-半導(dǎo)體電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的柵 極絕緣膜中，為了防止所謂硼的穿透現(xiàn)象而采用氮氧化膜。氮氧化膜的形成方法多是通過 對(duì)氧化膜進(jìn)行等離子體氮化處理而進(jìn)行的。然而，近階段，MOSFET本身極其微細(xì)化，隨著這種微細(xì)化的發(fā)展，要求將柵極絕緣 膜控制在極薄的膜區(qū)域(l.Onm左右)。于是，在這種薄膜的絕緣膜中，可能會(huì)發(fā)生晶體管 ON電流的劣化、操作速度的下降。鑒于這一點(diǎn)，在日本特開2004-48001號(hào)公報(bào)中提出有一種技術(shù)方案，為了恢復(fù)對(duì) 絕緣膜進(jìn)行等離子體氮化處理時(shí)的損傷，在其后進(jìn)行退火處理。但是，現(xiàn)有的退火處理是在大體為大氣壓的空氣條件下進(jìn)行的所謂“強(qiáng)退火處 理”，因此，由于該退火處理，氧在界面中擴(kuò)散，絕緣膜的膜厚增大，操作速度變慢，特別是在 PM0SFET 中，顯著的NBTI (Negative Bias Temperature Instability 負(fù)電壓高溫應(yīng)力時(shí)的 不穩(wěn)定性)特性也可能劣化。此外，作為一種退火處理，RTP (Rapid Thermal Processing 快速熱處理)已為人 們所熟知。例如，在半導(dǎo)體晶片(以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱為“晶片”)中注入離子之后，為了重新排 列雜質(zhì)、恢復(fù)結(jié)晶損傷而進(jìn)行退火，但是，如果該退火工序中熱預(yù)算(熱處理量)增大，例如 在晶體管的情況下，那么在源極-漏極區(qū)域發(fā)生摻雜劑的擴(kuò)散，鍵有變深的趨勢(shì)。在微細(xì)化 的設(shè)計(jì)規(guī)則下，由于淺的鍵不可缺少，因此，靈活使用RTP，通過在短時(shí)間內(nèi)急速進(jìn)行升溫、 降溫(尖峰退火)，能夠降低總的熱預(yù)算。在這種RTP中，為了使由同一晶片制成的電子器件的特性均勻，保持晶片面內(nèi)溫 度的均勻很重要。但是，如果在上升至設(shè)定退火溫度時(shí)使用RTP進(jìn)行直線的急速升溫，那么 就會(huì)發(fā)生晶片溫度的過沖，從而導(dǎo)致溫度控制的精度下降。而且，由于晶片的急劇溫度上 升，還會(huì)發(fā)生晶片面內(nèi)的溫度不均勻增大，因晶片的扭曲而發(fā)生被稱作“滑移”的結(jié)晶缺陷 這樣的問題。因此，例如，在日本特開2000-331949號(hào)公報(bào)中提出有一種技術(shù)方案，為了確保 RTP中面內(nèi)溫度的均勻性而設(shè)置多個(gè)升溫工序，一邊使達(dá)到設(shè)定退火溫度的各個(gè)升溫階段 的升溫速度減速，一邊進(jìn)行退火處理。但是，在該日本特開2000-331949號(hào)公報(bào)中，對(duì)于 各個(gè)升溫階段的溫度范圍和時(shí)間，并沒有具體和經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的公開，沒有走出構(gòu)思的范 圍。這種現(xiàn)有技術(shù)的方法，為了依次使各個(gè)升溫階段的升溫速度減速，即使晶片溫度的過沖(overshoot)和面內(nèi)溫度不均勻能夠改善，仍然存在使處理能力下降這樣的問題。能提高 處理能力，并能抑制總的熱預(yù)算是RTP的最大優(yōu)點(diǎn)，如果考慮這一點(diǎn)的話，那么，日本特開 2000-331949號(hào)公報(bào)的方法并不令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述實(shí)際問題而提出的，其第一目的在于提供一種絕緣膜形成方 法，通過該方法，在形成絕緣膜時(shí)，不僅能抑制膜厚的增大，例如不使源極_漏極件的ON電 流特性劣化，而且還能夠抑制NBTI特性的劣化。第二目的在于提供一種基板的處理方法， 通過該方法，當(dāng)在800°C以上的高溫下處理基板時(shí)，不僅能可靠防止在升溫過程中發(fā)生基板 溫度的過沖、以及基板中的扭曲或滑移，并且，還能夠進(jìn)行高處理能力的處理。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一觀點(diǎn)提供一種絕緣膜形成方法，該方法包括對(duì) 被處理基板上的氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理的氮化處理工序；以及在667Pa以下的壓力下對(duì)氮化處理后的被處理基板實(shí)施退火處理的退火處理工 序。于是，通過在被減壓為667Pa以下的氣氛條件下進(jìn)行等離子體氮化處理后的所謂 燈退火(Light Anneal)的退火處理，則能夠防止膜厚的增大。此外，還能提高晶體管ON電 流特性、操作速度。所述減壓下的退火處理優(yōu)選是667Pa(5Torr)以下。此外，氧分壓優(yōu)選是13. 33 133. 3Pa(0. 1 1. OTorr), 40 94Pa(0. 3 0. 7Torr)左右則更好。退火時(shí)間優(yōu)選設(shè)成5秒 40秒鐘。而且，退火處理本身也優(yōu)選是通過急劇的尖峰形狀的退火進(jìn)行下面的加熱工序。 即，優(yōu)選是將退火處理分為第一退火處理工序和其后繼續(xù)進(jìn)行的第二退火處理工序，第一 退火處理工序的退火溫度為600°C 700°C，退火時(shí)間為1 40秒，第二退火處理工序的退 火溫度為950°C 1150°C，退火時(shí)間為5 60秒。此外，所述第二退火處理工序的時(shí)間優(yōu)選為10 40秒。而且，還包括以第一升溫速率將被處理基板加熱至所述第一退火處理工序的退火 溫度600°C 700°C的第一升溫工序；以第二升溫速率將被處理基板從所述第一退火處理工序的退火溫度600°C 700°C加熱至比所述第二退火處理工序的退火溫度950°C 1150°C低的中間溫度的第二升 溫工序；以及以第三升溫速率將被處理基板從所述中間溫度加熱至所述第二退火處理工序的 退火溫度950°C 1150°C的第三升溫工序，所述中間溫度Km是滿足下面的關(guān)系式而規(guī)定的溫度3 ( (K2-Km) /Y ^ 7(其中，K2表示第二退火處理工序的退火溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫 幅度)，并且，所述第二升溫速率優(yōu)選比所述第三升溫度速率大。所述第三升溫速率優(yōu)選為所述第一升溫速率以上。此外，所述第二升溫速率優(yōu)選 為40°C /秒 60°C /秒。所述第三升溫速率優(yōu)選為15°C /秒 30°C /秒。所述第一升溫 速率優(yōu)選為5°C /秒 15°C /秒。
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而且，對(duì)于也可稱作退火處理的前處理的等離子體氮化處理，優(yōu)選通過使用形成 有多個(gè)透孔的平板天線的微波等離子體來進(jìn)行等離子體氮化處理。這樣，不僅可以進(jìn)一步 抑制等離子體氮化處理時(shí)的損傷，而且還能夠使其后的退火處理成為更弱的退火處理。此外，所述氧化膜優(yōu)選通過熱氧化或者等離子體氧化而形成。此外，被所述等離子 體氮化處理后的被處理基板優(yōu)選不要暴露在大氣中，而是在減壓的氣體氛圍中被搬入進(jìn)行 退火處理的退火裝置，從而進(jìn)行退火處理。此外，本發(fā)明的第二觀點(diǎn)提供一種計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，其是存儲(chǔ)有在計(jì)算 機(jī)上運(yùn)行的軟件的計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，包含用來使絕緣膜形成方法中的退火處理在 退火裝置中運(yùn)行的軟件，該絕緣膜形成方法包括對(duì)被處理基板上的氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理的氮化處理工序；以及在667Pa以下的壓力下對(duì)氮化處理后的被處理基板實(shí)施退火處理的退火處理工序。此外，本發(fā)明的第三觀點(diǎn)提供一種基板處理方法，該方法包括在基板處理裝置的處理腔室內(nèi)，以第一升溫速率將被處理基板加熱至被處理基板 的輻射率變?yōu)樽畲蟮牡谝粶囟鹊牡谝簧郎毓ば?；以第二升溫速率將被處理基板從所述第一溫度加熱至比熱處理溫度低的第二?度的第二升溫度工序；以及以第三升溫速率將被處理基板從所述第二溫度加熱至達(dá)到所述熱處理溫度的第
三升溫工序，所述熱處理溫度為800°C以上的溫度，所述第二溫度X是滿足下面的關(guān)系式而規(guī) 定的溫度3 彡(T-X) /Y 彡 7(其中，T表示熱處理溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫幅度)，并且，所述第二升溫速率優(yōu)選比所述第三升溫度速率大。在上述第三觀點(diǎn)中，所述第三升溫速率優(yōu)選為所述第一升溫速率以上。此外，所述 第二升溫速率優(yōu)選為40°C /秒 60°C /秒。所述第三升溫速率優(yōu)選為15°C /秒 30°C / 秒。此外，所述第一升溫速率優(yōu)選為5°C /秒 15°C /秒。所述熱處理溫度優(yōu)選為800°C 1100°C。此外，被處理基板優(yōu)選為硅基板，所述第一溫度為600°C 700°C。所述基板處理 裝置優(yōu)選為RTP裝置。此外，處理壓力優(yōu)選為106. 66Pa以上101325Pa以下。本發(fā)明的第四觀點(diǎn)提供一種軟件，該軟件是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件，該軟件在運(yùn) 行時(shí)，控制所述基板處理裝置以實(shí)施基板處理方法，該基板處理方法包括在基板處理裝置的處理腔室內(nèi)，以第一升溫速率將被處理基板加熱至被處理基板 的輻射率變?yōu)樽畲蟮牡谝粶囟鹊牡谝簧郎毓ば颍灰缘诙郎厮俾蕦⒈惶幚砘鍙乃龅谝粶囟燃訜嶂吝_(dá)到比熱處理溫度低的第 二溫度的第二升溫度工序；以及以第三升溫速率將被處理基板從所述第二溫度加熱至達(dá)到所述熱處理溫度的第
三升溫工序，所述熱處理溫度是800°C以上的溫度，所述第二溫度X是滿足下面的關(guān)系式而規(guī) 定的溫度
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3 ≤(T-X) /Y ≤ 7(其中，T表示熱處理溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫幅度)，并且，所述第二升溫速率比所述第三升溫度速率大。本發(fā)明的第五觀點(diǎn)提供一種計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，其是一種存儲(chǔ)有在計(jì)算機(jī) 上運(yùn)行的軟件的計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，所述軟件在運(yùn)行時(shí)，控制所述基板處理裝置以 實(shí)施基板處理方法，該基板處理方法包括在基板處理裝置的處理腔室內(nèi)，以第一升溫速率將被處理基板加熱至被處理基板 的輻射率變?yōu)樽畲蟮牡谝粶囟鹊牡谝簧郎毓ば颍灰缘诙郎厮俾蕦⒈惶幚砘鍙乃龅谝粶囟燃訜嶂吝_(dá)到比熱處理溫度低的第 二溫度的第二升溫度工序；以及以第三升溫速率將被處理基板從所述第二溫度加熱至達(dá)到所述熱處理溫度的第
三升溫工序，所述熱處理溫度是800°C以上的溫度，所述第二溫度X是滿足下面的關(guān)系式而規(guī) 定的溫度3 ≤(T-X) /Y α 7(其中，T表示熱處理溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫幅度)，并且，所述第二升溫速率比所述第三升溫度速率大。本發(fā)明的第六觀點(diǎn)提供一種基板處理裝置，其特征在于，該裝置包括用來收容被 處理基板的處理容器；在所述處理容器內(nèi)加熱被處理基板的加熱單元；以及控制部，其中，該控制部用來控制實(shí)施基板處理方法，該基板處理方法包括在所 述處理容器內(nèi)，以第一升溫速率將被處理基板加熱至被處理基板的輻射率變?yōu)樽畲蟮牡谝?溫度的第一升溫工序；以第二升溫速率將被處理基板從所述第一溫度加熱至達(dá)到比熱處理 溫度低的第二溫度的第二升溫度工序；以及以第三升溫速率將被處理基板從所述第二溫度 加熱至達(dá)到所述熱處理溫度的第三升溫工序，所述熱處理溫度為800°C以上的溫度，所述第 二溫度X是滿足下面的關(guān)系式而規(guī)定的溫度3 ≤(T-X) /Y ≤ 7(其中，T表示熱處理溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫幅度)，并且，所述第二升溫速率比所述第三升溫度速率大。根據(jù)本發(fā)明的絕緣膜形成方法，不僅能夠抑制膜厚的增大，不會(huì)使ON電流特性劣 化，而且還能夠抑制NBTI特性的劣化。此外，根據(jù)本發(fā)明的基板處理方法，在包括將被處理基板升溫至被處理基板的輻 射率變?yōu)樽畲蟮牡谝粶囟鹊牡谝簧郎毓ば?、將被處理基板從所述第一溫度升溫至達(dá)到比熱 處理溫度低的第二溫度的第二升溫度工序、將被處理基板從所述第二溫度升溫至達(dá)到所述 熱處理溫度的第三升溫工序的基板處理方法中，通過使第二升溫工序的升溫速率大于第三 升溫工序的升溫速率，不僅能夠提高處理能力，同時(shí)還能夠抑制急劇升溫所導(dǎo)致的過沖和 基板面內(nèi)溫度的不均勻，也能夠減少滑移等缺陷。通過包括升溫速率高的第二升溫工序，則 能夠?qū)崿F(xiàn)高處理能力，因此，可以抑制總的熱預(yù)算，也能夠適應(yīng)微細(xì)化程度越來越高的設(shè)計(jì) 規(guī)則。


圖1是用來實(shí)施本實(shí)施方式所涉及的方法的等離子體處理裝置的縱剖面的說明 圖。圖2是用來實(shí)施本實(shí)施方式所涉及的方法的退火裝置的縱剖面的說明圖。圖3是搭載有用來實(shí)施實(shí)施方式所涉及的絕緣膜形成方法的等離子體處理裝置 和退火裝置的多腔式處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概圖。圖4是表示實(shí)施方式所涉及的退火處理的順序的說明圖。圖5是表示關(guān)于根據(jù)實(shí)施方式所形成的絕緣膜的退火時(shí)間和ON電流特性之間的 關(guān)系的坐標(biāo)圖。圖6是表示關(guān)于根據(jù)實(shí)施方式所形成的絕緣膜的退火時(shí)間和互導(dǎo)之間的關(guān)系的 坐標(biāo)圖。圖7是表示關(guān)于根據(jù)實(shí)施方式所形成的絕緣膜的退火時(shí)間和膜厚的關(guān)系的坐標(biāo) 圖。圖8是表示關(guān)于根據(jù)實(shí)施方式所形成的絕緣膜的退火溫度和ON電流特性的坐標(biāo) 圖。圖9是表示關(guān)于根據(jù)實(shí)施方式所形成的絕緣膜的膜厚和ON電流特性的關(guān)系的坐 標(biāo)圖。圖10是表示關(guān)于根據(jù)實(shí)施方式所形成的絕緣膜的膜厚和互導(dǎo)之間的關(guān)系的坐標(biāo) 圖。圖11是表示其他實(shí)施方式所涉及的退火處理的順序的說明圖。圖12是表示關(guān)于根據(jù)其他的實(shí)施方式所形成的絕緣膜的ON電流特性坐標(biāo)圖。圖13是表示根據(jù)其他的實(shí)施方式所形成的絕緣膜的互導(dǎo)特性的坐標(biāo)圖。圖14是用來說明作為基板處理方法的一個(gè)實(shí)施方式的熱處理方法的順序的流程 圖。圖15是表示熱處理裝置的概略構(gòu)造的剖面圖。圖16是表示晶片溫度的時(shí)效變化的示意圖。圖17是表示在熱處理溫度附近的晶片溫度曲線圖。圖18是表示實(shí)施例中熱處理后的縫隙的圖片。圖19是表示比較例中熱處理后的縫隙的圖片。圖20是表示有無(wú)使用噴淋板(Shower Plate)和氮化速率之間的關(guān)系的坐標(biāo)圖。圖21是表示有無(wú)使用噴淋板和等離子體的離子能量的關(guān)系的坐標(biāo)圖。圖22是表示用XPS分析不使用噴淋板而形成的氮氧化硅膜中的Si-O鍵以及Si-N 鍵的分布的結(jié)果坐標(biāo)圖。圖23是表示用XPS分析使用噴淋板而形成的氮氧化硅膜中的Si-O鍵以及Si-N 鍵的分布的結(jié)果坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1表示用來實(shí)施本實(shí)施方式所涉及的柵極絕緣膜的形成方法的等離子體處理裝置1的縱剖面，該等離子體處理裝置1具備例如鋁 制成的上部開口的有底圓筒狀的處理容器2。處理容器2被接地。在該處理容器2的底部 設(shè)置有用來載放作為基板例如晶片W的作為載放臺(tái)的基座3。該基座3例如使用氮化鋁制 成，在其內(nèi)部設(shè)置有加熱器4a。加熱器4a可以使用電阻體構(gòu)成，其利用設(shè)在處理容器2外 部的交流電源4所供給的電力而發(fā)熱，從而能夠?qū)⒒?上的晶片加熱至規(guī)定的溫度。在處理容器2的底部設(shè)置有用來利用真空泵等排氣裝置11而排出處理容器2內(nèi) 的空氣的排氣管12。在處理容器2的側(cè)壁上設(shè)置有用來將來自處理氣體供給源的處理氣 體供給處理容器2內(nèi)的氣體導(dǎo)入部13。在本實(shí)施方式中，作為處理氣體供給源而準(zhǔn)備氬氣 供給源15、氮?dú)夤┙o源16，它們通過各個(gè)閥15a、16a、質(zhì)量流量控制器15b、16b以及閥15c、 16c而與氣體導(dǎo)入部13連接。在處理容器2的上部開口，通過用來確保氣密性的0形環(huán)等密封材料14而設(shè)置有 例如由石英玻璃等電介質(zhì)構(gòu)成的透過窗20。也可以取代石英玻璃而使用其它的介質(zhì)材料， 例如A1N、A1203、藍(lán)寶石、SiN、陶瓷。利用該透過窗20而在處理容器2內(nèi)形成處理空間(S” S2)。透過窗20的平面形狀為圓形，但也可以是多邊形(角形)。在透過窗20的上方設(shè)置有天線部件，例如設(shè)置圓板狀的縫隙天線30，而且，在該 縫隙天線30的上面設(shè)置有用來覆蓋由電介質(zhì)構(gòu)成的慢波板(slow wave plate)31、慢波板 31的鋁等金屬制成的天線罩32。在天線罩32上設(shè)置有對(duì)透過窗20、縫隙天線30等進(jìn)行 冷卻的冷卻部?？p隙天線30由具有導(dǎo)電性的材質(zhì)例如銅制的薄圓板構(gòu)成，表面被鍍金或鍍 銀。在縫隙天線30上形成有作為透孔的多個(gè)狹縫33，它們以旋渦狀和同心圓狀排列而形 成，構(gòu)成所謂的徑向線縫隙天線。透孔的形狀本身并非局限于上述的狹縫形狀，它可以適用 各種形狀的孔。在縫隙天線30的中心配置并連接有采用具有導(dǎo)電性的材質(zhì)例如金屬構(gòu)成的桿狀 的內(nèi)導(dǎo)體35a。因其端部34形成廣口形狀(喇叭狀)，因此，內(nèi)導(dǎo)體35a能夠有效并且均勻 地傳播微波。內(nèi)導(dǎo)體35a和在其外側(cè)形成的外導(dǎo)體35b構(gòu)成同軸波導(dǎo)管35，該內(nèi)導(dǎo)體35a 與縫隙天線30通電。在微波供給裝置36中產(chǎn)生的如2. 45GHz的微波通過矩形波導(dǎo)管38、 負(fù)載匹配器37、同軸波導(dǎo)管35、慢波板31而向縫隙天線30傳播，從縫隙天線30通過透過 窗20而導(dǎo)入處理容器2內(nèi)。利用它的能量在處理容器2內(nèi)的透過窗20的下面形成電磁場(chǎng)， 均勻地對(duì)通過氣體導(dǎo)入部13而被供給處理容器2內(nèi)的處理氣體進(jìn)行等離子體化，并對(duì)基座 3上的晶片W實(shí)施均勻的等離子體處理，例如等離子體氮化處理。在氣體導(dǎo)入部13下方的處理容器2的內(nèi)壁表面設(shè)置有石英襯管42，這樣，在處理 容器2內(nèi)生成等離子體時(shí)，可防止因?yàn)R射而從處理容器2的內(nèi)壁表面發(fā)生金屬污染。在透過窗20和基座3之間配備具有多個(gè)貫通孔43的噴淋板44，等離子體處理空 間被該噴淋板44劃分為上部空間S1和下部空間S2。噴淋板44被配置在氣體導(dǎo)入部13的 下方，并被石英襯管42所支承。作為貫通孔43，在本實(shí)施方式中，例如作為直徑為IOmm的 貫通孔43，在處理直徑為300mm的晶片W的裝置中配備949個(gè)，在處理直徑為200mm的晶片 W的裝置中則配備626個(gè)。通過配備噴淋板44，這樣不僅能夠降低等離子體的離子能量，減 少對(duì)晶片W上的基底膜等的損傷，同時(shí)，還能夠?qū)ρ趸枘?SiO2)進(jìn)行氮化處理而形成氮 化膜(SiON)。在處理容器2的側(cè)壁5上設(shè)有用來搬入搬出晶片W的閘閥G。
具有上述構(gòu)造的等離子體裝置1被控制裝置71所控制?？刂蒲b置71具有中央處 理裝置72、支撐電路73以及包括相關(guān)控制軟件的存儲(chǔ)介質(zhì)74。該控制裝置71控制從氣體 導(dǎo)入部13導(dǎo)入的氣體的供給、停止、流量調(diào)整、加熱器4a的溫度調(diào)節(jié)、排氣裝置11的排氣 以及微波供給裝置36等，并進(jìn)行在等離子體處理裝置1中實(shí)施等離子體處理的各個(gè)工序中 所必要的控制?？刂蒲b置71的中央處理裝置72可以使用通用計(jì)算機(jī)的處理器。存儲(chǔ)介質(zhì)74可 以使用例如RAM、R0M、軟盤、硬盤等各種形式的存儲(chǔ)介質(zhì)。此外，支撐電路73與用來利用各 種方法支撐處理器的中央處理裝置72連接。等離子體處理裝置1具有以上的結(jié)構(gòu)，利用其他的氧化處理裝置對(duì)在表面形成有 氧化硅膜的晶片W進(jìn)行等離子體氮化處理。關(guān)于氧化膜本身，本發(fā)明對(duì)于在例如水蒸氣的 氣體條件下并且在90(rc iiocrc下進(jìn)行熱處理而形成的所謂熱氧化膜和使用等離子體 處理裝置而氧化處理的等離子體氧化膜等各種各樣的氧化膜都能適用。在這種情況下，通 過使用微波的等離子體氧化處理所形成的氧化膜是使用與所述等離子體處理裝置ι同樣 的裝置，與氧氣一同對(duì)氬和氪、氦等稀有氣體進(jìn)行等離子體化，然后利用氧自由基進(jìn)行氧化 處理而形成的，能夠形成損傷小的氧化膜。因此，通過組合進(jìn)行后述的實(shí)施方式中使用微波 的等離子體氮化處理和二段退火處理，則可以形成極佳的絕緣膜。在進(jìn)行等離子體氮化處理時(shí)，在處理容器2內(nèi)的基座3上載放晶片W，從氣體導(dǎo)入 部13將規(guī)定的處理氣體例如氬氣/氮?dú)獾幕旌蠚怏w向處理容器2內(nèi)供給，同時(shí)，從排氣管 12進(jìn)行排氣，從而將處理空間S內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的壓力。接著，利用加熱器4a將晶片W加熱 至規(guī)定的溫度，并利用微波供給裝置36生成微波，通過對(duì)處理容器2內(nèi)的所述處理氣體進(jìn) 行等離子體化，于是對(duì)晶片W上的氧化硅膜實(shí)施等離子體氮化處理。而且，利用從經(jīng)過縫隙 天線30的微波的能量在透過窗20下面的處理空間S內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并對(duì)處理氣體等離子 體化，因此，利用0. 7eV 2. OeV的低電子溫度，優(yōu)選在晶片附近0. 7eV leV，以及IOiq IO13CnT3的高密度等離子體，則可以進(jìn)行對(duì)基底膜損傷小的均勻的等離子體氮化處理。關(guān)于等離子體氮化處理的條件，例如，處理空間S內(nèi)的壓力為1 50Pa，優(yōu)選為 7 12Pa，晶片W的溫度為100°C 400°C，優(yōu)選為200°C 400°C，微波供給裝置36的輸出 功率為500 5000W，優(yōu)選為1000 2000W。此外，在使用等離子體處理裝置1的等離子體 氮化處理中，也可以取代氬氣而使用氪、氦等稀有氣體，也可以取代氮?dú)舛褂冒睔獾?。下面，?duì)用來實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的退火處理的退火裝置進(jìn)行說明。在 本發(fā)明中，退火處理可以使用各種退火裝置，例如可以使用圖2所示的燈退火方式的退火 裝置51。該退火裝置51在處理容器52的內(nèi)部上方水平架起透明的石英玻璃板53，在蓋部 52a和石英玻璃板53之間的空間配置有作為加熱源的燈54。燈54利用電源54a的供電而 工作，從而將處理容器52內(nèi)的晶片W加熱至規(guī)定的溫度。在處理容器52的底部形成有與 排氣裝置55相通的排氣口 56。在處理容器2側(cè)壁中的石英玻璃板53的下方設(shè)置有氣體供 給口 57。在處理容器52的側(cè)壁上設(shè)置有晶片W搬入搬出用的閘閥G。在氣體供給口 57與作為處理氣體供給源的氮?dú)夤┙o源58、氧氣供給源59連接，通 過各個(gè)閥58a、59a、質(zhì)量流量控制器58b、59b以及閥58c、59c，而能夠向處理容器52內(nèi)供給 規(guī)定流量的氮?dú)夂脱鯕?。晶片W被載放于設(shè)置在處理容器2底部的支承銷60上。
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具有上述構(gòu)造的退火裝置51被控制裝置61所控制?？刂蒲b置61具有中央處理 裝置62、支撐電路63以及包括相關(guān)控制軟件的存儲(chǔ)介質(zhì)64。該控制裝置61例如控制氮?dú)?供給源58、氧氣供給源59的各個(gè)閥58a、59a、質(zhì)量流量控制器58b、59b、閥58c、59c，從而控 制來自氣體供給口 57的氣體的供給、停止、流量調(diào)整、調(diào)節(jié)燈54的加熱溫度、禾Ij用排氣裝置 55實(shí)施處理容器2內(nèi)的排氣等，從而進(jìn)行在退火裝置51中實(shí)施退火處理的各個(gè)工序中所必 要的控制?？刂蒲b置61的中央處理裝置62可以使用通用計(jì)算機(jī)的處理器。存儲(chǔ)介質(zhì)64可 以使用例如RAM、ROM、軟盤、硬盤等各種形式的存儲(chǔ)介質(zhì)。支撐電路63與用來通過各種方 法支撐處理器的中央處理裝置62連接。此外，該控制裝置61也可以與控制等離子體處理 裝置1的控制裝置71共享。在所涉及的退火裝置51中，對(duì)等離子體氮化處理后的晶片W進(jìn)行退火處理。作 為處理?xiàng)l件，例如從氣體供給口 57供給N2/02的混合氣體，處理容器2內(nèi)被減壓至例如 133Pa (ITorr)左右，晶片W被加熱至1000°C左右。此外，其他的處理氣體至少是含氧的氣 體，為了降低氧分壓，例如可以利用氮?dú)鈱?duì)其進(jìn)行稀釋后使用。還可以添加使用氬、氫。此 外，也可以取代氮?dú)舛肁r氣體等惰性氣體進(jìn)行稀釋。如圖3所示，所述等離子體處理裝置1、退火裝置51被搭載在多腔式的處理系統(tǒng) 100中。該處理系統(tǒng)100具有2臺(tái)等離子體處理裝置1和2臺(tái)退火裝置51。當(dāng)然，也可以 各配備1臺(tái)等離子體處理裝置1、退火裝置51，除此之外也可以組裝其他的處理裝置。這些等離子體處理裝置1、退火裝置51分別與平面形狀為六邊形的晶片搬送室 105的4個(gè)邊對(duì)應(yīng)而設(shè)。此外，在晶片搬送室105的其他2個(gè)邊上分別設(shè)置有真空交換室 106、107。在這些真空交換室106、107與晶片搬送室105相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有晶片搬入搬出 室108，在晶片搬入搬出室108與真空交換室106、107相對(duì)的一側(cè)設(shè)置安裝有能夠收容晶片 W的3個(gè)晶圓搬運(yùn)盒(FOUP)F的端口 109、110、111。如圖3所示，等離子體處理裝置1、退火裝置51以及真空交換室106、107通過閘閥 G與晶片搬送室105的各邊連接，它們通過打開各個(gè)閘閥G而與晶片搬送室105連通，通過 合上各個(gè)閘閥G而與晶片搬送室105隔斷。此外，在真空交換室106、107與晶片搬入搬出 室108連接的部分也設(shè)置有閘閥G，真空交換室106、107通過打開閘閥G而與晶片搬入搬運(yùn) 出室108連通，通過合上這些閘閥而與晶片搬入搬出室108隔斷。在晶片搬送室105內(nèi)設(shè)置有用來朝著等離子體處理裝置1、退火裝置51以及真空 交換室106、107搬入搬出作為被處理體的晶片W的晶片搬送裝置112。該晶片搬送裝置112 被附設(shè)在晶片搬送室105的大致中央位置，并且具有在可旋轉(zhuǎn)伸縮的旋轉(zhuǎn)、伸縮部113的頂 端保持晶片W的2個(gè)葉片114a、114b。這2個(gè)葉片114a、114b以相互朝著相反方向的方式 被安裝在旋轉(zhuǎn)、伸縮部113上。此外，該晶片搬送室105內(nèi)被保持在規(guī)定的真空度。在晶片搬入搬出室108的頂部設(shè)置有HEPA過濾器(圖中未示)，通過該HEPA過濾 器的清潔空氣以下流式被供給晶片搬入搬出室108內(nèi)，這樣就在大氣壓的清潔空氣中進(jìn)行 晶片W的搬入搬出。在晶片搬入搬出室108的晶圓搬運(yùn)盒F安裝用的3個(gè)端口 109、110、 111處分別設(shè)置擋板(圖中未示)，收容有晶片W的晶圓搬運(yùn)盒或空的晶圓搬運(yùn)盒直接被安 裝在這些端口 109、110、111處，在安裝時(shí)，卸下?lián)醢逡苑乐雇饨缈諝馇秩?，同時(shí)與晶片搬入 搬出室108連通。此外，在晶片搬入搬出室108的側(cè)面上設(shè)置有校準(zhǔn)腔室115，在此處進(jìn)行
11晶片W的校準(zhǔn)。在晶片搬入搬出室108內(nèi)設(shè)置有用來朝著晶圓搬運(yùn)盒F搬入搬出晶片W以及朝著 真空交換室106、107搬入搬出晶片W的晶片搬送裝置116。該晶片搬送裝置116具有多關(guān) 節(jié)臂構(gòu)造，能夠沿著晶圓搬運(yùn)盒F的排列方向在軌道118上滑行，將晶片W載放在其頂端的 手(hand) 117上，然后進(jìn)行搬送。處理系統(tǒng)100的各個(gè)構(gòu)成部分被包括控制裝置61以及控制裝置71的控制部81 所控制。在這種處理系統(tǒng)100中，首先，利用被保持在大氣壓的清潔空氣中的晶片搬入搬 出室108內(nèi)的晶片搬送裝置116從任一個(gè)晶圓搬運(yùn)盒F中取出一枚晶片W，然后搬入校準(zhǔn)腔 室115，進(jìn)行晶片W的定位。接著，晶片W被搬入真空交換室106、107中的任何一個(gè)，使該真 空交換室抽真空之后，利用晶片搬送室105內(nèi)的晶片搬送裝置112，該真空交換室內(nèi)的晶片 W被取出，該晶片W被搬入等離子體處理裝置1中，從而進(jìn)行規(guī)定的等離子體氮化處理。被實(shí)施等離子體氮化處理的晶片W利用晶片搬送室105內(nèi)的晶片搬送裝置112從 等離子體處理裝置1中被搬出，在返回晶片搬送室105內(nèi)之后，被晶片搬送裝置112搬入退 火裝置51內(nèi)，從而進(jìn)行后述實(shí)施方式所涉及的退火處理。因此，從進(jìn)行等離子體氮化處理 的等離子體處理裝置1到進(jìn)行退火處理的退火裝置51的搬送是未暴露在空氣中，而是在減 壓空氣中進(jìn)行的，從而能夠連續(xù)進(jìn)行等離子體氮化處理以及之后的退火處理。被退火處理 之后的晶片W通過晶片搬送裝置112被搬入真空交換室106、107中的任何一個(gè)。該真空交 換室被返回大氣壓之后，利用晶片搬入搬出室108內(nèi)的晶片搬送裝置116，該真空交換室內(nèi) 的晶片W被取出，然后，被收容在晶圓搬運(yùn)盒F中的任意一個(gè)之中。該操作至少是對(duì)1枚以 上例如1批晶片W而進(jìn)行的，于是，一套處理結(jié)束。下面，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的絕緣膜的形成方法進(jìn)行說明。首先，使用已經(jīng)闡述的 等離子體裝置1，對(duì)晶片W上的氧化硅膜實(shí)施等離子體氮化處理，從而形成SiON膜。接著， 該等離子體氮化處理結(jié)束的晶片W被搬入退火裝置51的處理容器52內(nèi)，并被載放在支承 銷60上。接著，從排氣口 56進(jìn)行排氣，規(guī)定的處理氣體從處理氣體供給源被供給處理容 器52內(nèi)。在本實(shí)施方式中，氮?dú)?氧氣的混合氣體按照規(guī)定的流量被供給，此時(shí)的氧分壓 為66. 7Pa(0. 5Torr)，優(yōu)選為13. 3Pa 93. 3Pa的氧分壓，使處理容器51內(nèi)的壓力保持在 667Pa(5T0rr)，優(yōu)選保持在66. 7Pa 933. 2Pa，然后，進(jìn)行退火處理，這樣就能形成沒有出 現(xiàn)絕緣膜的增膜，ON電流特性(Ion)、互導(dǎo)(Gm:漏極電流的變化與柵極電壓的變化的比例) 優(yōu)質(zhì)的柵極絕緣膜。下面，對(duì)退火溫度、退火時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)的說明。在本實(shí)施方式中，按照?qǐng)D4所示的 順序進(jìn)行熱處理。即，首先，在TciNT1 (第一升溫工序)中，使晶片W的溫度升溫至退火溫 度K1之后，在T1 T2中，第一退火處理工序使晶片W的溫度保持在退火溫度K1。此時(shí)，T1 T2的區(qū)間為1 60秒，優(yōu)選20 40秒，退火溫度K1優(yōu)選為600°C 700°C。接著，在T2 T3(第二升溫工序)的區(qū)間，使晶片W升溫至退火溫度K2。在本實(shí)施方式中，T2 T3區(qū)間的 升溫速率為100°C /秒。退火溫度K2優(yōu)選為950°C 1150°C。接著，在T3 T4區(qū)間實(shí)施保持為該退火溫 度K2的第二退火處理工序。T3 T4為1 40秒，優(yōu)選為5 30秒，在進(jìn)行退火處理時(shí)，如
12果連續(xù)升溫至iooo°c，那么，就會(huì)發(fā)生晶片W的扭曲和滑移等熱預(yù)算的損失，因此，如前所 述，在第一退火處理工序中進(jìn)行低溫退火，在第二退火處理工序中進(jìn)行高溫退火，這樣就能 進(jìn)行良好的退火處理。如果第二退火處理工序結(jié)束，那么，首先，在T4 T5 (第一降溫工序)區(qū)間將晶片 W的溫度急速降至例如600°C。然后，在T5以后，平穩(wěn)地使其降溫(第二降溫工序)。下面，表示發(fā)明人實(shí)際進(jìn)行的退火處理的結(jié)果(根據(jù)實(shí)施方式所形成的氮氧化膜 的特性)。此時(shí)的氧分壓為66.75Pa(0.5Torr)，第二退火處理工序中的退火溫度(K2)為 1050°C。首先，在圖5中，表示制成以所述氮氧化膜用作柵極絕緣膜的晶體管時(shí)的退火時(shí)間 和ON電流特性(Ion)的關(guān)系。據(jù)此可知，第二退火處理工序中的退火時(shí)間(T3 T4)優(yōu)選 為5秒 60秒，更優(yōu)選為10秒 40秒，當(dāng)退火時(shí)間為20秒時(shí)，ON電流特性(Ion)大致保 持在最佳的狀態(tài)。如果觀察退火時(shí)間和互導(dǎo)(Gm 漏極電流的變化與柵極電壓的變化的比例)的關(guān) 系則會(huì)得知，如圖6所示，第二退火處理工序中的退火時(shí)間(T3 T4)優(yōu)選為5秒 60秒， 更優(yōu)選為20秒 40秒，當(dāng)其為20秒時(shí)，Gm大體保持在最佳的狀態(tài)。如果觀察退火時(shí)間和膜厚(EOT 氧化膜換算膜厚)的關(guān)系則可以得知，如圖7所 示，第二退火處理工序中的退火時(shí)間(τ3 τ4)優(yōu)選為60秒以下，進(jìn)一步講，當(dāng)達(dá)到5秒 45秒時(shí)，EOT變?yōu)槿菰S范圍內(nèi)的12 13埃(angstrom)，從而能夠獲得理想的結(jié)果。下面，保持氧分壓、氮?dú)?氧氣的流量不變，將第二退火處理工序中的退火時(shí)間 (T3 T4)設(shè)定為30秒，在圖8中表示改變退火溫度(K2)時(shí)ON電流特性的變化。據(jù)此可知， 退火溫度(K2)優(yōu)選為900°C 1200°C，更優(yōu)選為1050°C 1150°C則，在1100°C 1150°C 之間ON電流特性大體保持在最佳的狀態(tài)。在圖9中表示以上的退火溫度為1050°C、1100°C以及第二退火處理工序中的退火 時(shí)間(τ3 τ4)為0、10、20、30、45秒的處理結(jié)果的EOT和ON電流特性。在圖9中，各個(gè)三 角形、四邊形等標(biāo)志點(diǎn)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示第二退火處理工序中的退火時(shí)間。即，例如(5)表 示退火5秒鐘。此外，三角形和四邊形表示改變等離子體氮化處理時(shí)的條件，對(duì)于其后的退 火處理，都依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行。對(duì)于實(shí)施方式A，等離子體氮化處理時(shí)的離子能量 為3eV，退火溫度為1100°C，對(duì)于實(shí)施方式B，等離子體氮化處理時(shí)的離子能量為5eV，退火 溫度為1050°C。兩者在等離子體氮化處理后的氮濃度均控制為10.0原子％。這樣，第二退 火處理工序中的退火時(shí)間(T3 T4)為10秒 30秒之間，能夠?qū)⒛ず窨刂圃?. 2nm以下， 而且，ON電流特性能夠?qū)崿F(xiàn)在任意一種情況下都比只有氧化膜的情況高的數(shù)值。此外，當(dāng)退火溫度為1050°C、1100°C時(shí)，第二退火處理工序中的退火時(shí)間(T3 T4) 都是10秒以上，ON電流特性(Ion)均能獲得比熱氧化膜(在水蒸氣中通過熱處理所形成 的氧化膜)好的結(jié)果。此外，退火溫度優(yōu)選為950°C 1150°C，而第二退火處理工序中的退 火時(shí)間(T3 T4)優(yōu)選為5 60秒。通過退火處理可以使EOT變得更薄。當(dāng)EOT為1. 2nm 以下時(shí)，第二退火處理工序中的退火時(shí)間(T3 T4)優(yōu)選為10秒 60秒。在對(duì)硅基板上的氧化膜進(jìn)行氮化處理的情況下，在氧化膜和基板的Si的界面，氮 被擴(kuò)散而發(fā)生損傷，但是如本發(fā)明所述，在氮化處理之后，在低溫退火和高溫退火兩個(gè)步驟 中，通過實(shí)施高溫、短時(shí)間的退火處理，這樣，在氧化膜和Si的界面中被再次氧化，該損傷 恢復(fù)，由此，形成良好的界面。
下面，如果觀察EOT和Gm特性，則如圖10所示，在1100°C的退火(實(shí)施方式A) 中，Gm變得比氧化膜差，在1050°C的退火(實(shí)施方式B)中，第二退火處理工序中的退火時(shí) 間(T3 T4)為10秒以上，能夠獲得良好的結(jié)果。因此，如果EOT為1.2nm以下，那么，在 第二退火處理工序中的退火溫度1(2為1100°C以下的條件下進(jìn)行，退火時(shí)間(T3 T4)優(yōu)選 為10秒以上。退火溫度1(2更優(yōu)選為1050°C以下。這樣，通過氧化膜和硅界面的再氧化， 界面得到改善。膜厚為1. 2nm以下，退火時(shí)間(T3 T4)為10秒 30秒時(shí)，Gm可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 700 “ μ sec”這樣的值(實(shí)施方式B)。此外，后面將詳細(xì)地說明其他的實(shí)施方式，但是，也可分成升溫速率不同的兩個(gè)步 驟以上來實(shí)施T2 T3間的升溫。具體地講，如圖11中的圖例所示，在從第一退火處理工序 的退火溫度K1達(dá)到比第二退火處理工序的退火溫度K2低的中間Km的T2 T6區(qū)間(第二 升溫工序的前升溫期)，以第二升溫速率使晶片W升溫，而且，在從中間溫度Km達(dá)到退火溫 度K2的T6 T3區(qū)間(第二升溫工序的后升溫度期)，以比第二升溫速率慢的第三升溫速率 進(jìn)行升溫。此處，中間溫度Km是滿足下面的關(guān)系式而規(guī)定的溫度3 ^ (K2-Km) /Y ^ 7(其中，Y表示第三升溫速率中每1秒的升溫幅度)在上述關(guān)系式中，如果(K2-Km)/Y未滿3，由于第二升溫工序的后升溫期的時(shí)間因 與其升溫速率的關(guān)系而過短，那么就會(huì)產(chǎn)生過沖，在晶片W上產(chǎn)生扭曲和滑移的可能性增 大，因此不理想。相反，在上述關(guān)系式中，如果(K2-Km)/Y超過7，由于第二升溫工序的后升 溫期的時(shí)間因與其升溫速率的關(guān)系而過長(zhǎng)，使處理能力下降，因此也不理想。鑒于以上這些 理由，中間溫度Km優(yōu)選是作為熱處理溫度的第二退火處理工序中的退火溫度K2的85% 95%的溫度。在這種情況下，使第二升溫工序的前升溫期中的第二升溫速率比第二升溫工序的 后升溫期中的第三升溫速率高。其原因在于，在第二升溫工序的前升溫期中，主要從提高處 理能力的觀點(diǎn)來看，最好盡量提高升溫速率。但是，如果以高升溫速率升溫至退火溫度K2, 那么就會(huì)發(fā)生過沖，或者由于急劇的溫度變化，晶片W面內(nèi)的加熱速度變得不均勻，熱應(yīng)力 (應(yīng)變)作用在晶片W上，從而發(fā)生扭曲或結(jié)晶缺陷這樣的滑移。因此，在第二升溫工序的 前升溫期之后，通過設(shè)置比其升溫速率低的第二升溫工序的后升溫期，使得這樣不僅可以 防止過沖，還可以使晶片W面內(nèi)的加熱速度均勻，從而防止晶片W發(fā)生扭曲和滑移。此外，第二升溫工序前升溫期中的第二升溫速率優(yōu)選為Ttl T1 (第一升溫工序) 中的第一升溫速率以上。雖然在第一升溫工序中升溫至600°C 700°C，但是，如果達(dá)到這 個(gè)溫度，那么在晶片W上就容易發(fā)生扭曲。因此，如果第一升溫工序中的第一升溫速率過 高，那么，晶片W面內(nèi)的加熱速度就會(huì)變得不均勻，從而導(dǎo)致晶片W發(fā)生扭曲、滑移等。因此，第一升溫工序中的第一升溫度速率是第二升溫工序的后升溫期中的第三升 溫速率以下，優(yōu)選在步驟3的升溫工序中設(shè)定為最低。如上所述，這樣來設(shè)定第一升溫工序、第二升溫工序的前升溫期、第二升溫工序的 后升溫期的升溫速率，第二升溫度工序的前升溫期(第二升溫速率)>第二升溫工序的后 升溫期(第三升溫速率)>第一升溫工序(第一升溫速率)，從提高處理能力，抑制熱預(yù) 算，同時(shí)防止過沖和晶片W的扭曲、滑移等觀點(diǎn)來看，這種設(shè)置方式最佳。具體地的情況是，
14例如，優(yōu)選是第二升溫工序的前升溫期中的第二升溫速率為40°C 60°C /秒，第二升溫工 序的后升溫期中的第三升溫速率為15°C 30°C /秒，第一升溫工序中的第一升溫速率為 5°C 15°C / 秒。圖12以及圖13是通過包括以該氮氧化膜作為柵極絕緣膜的晶體管的ON電流特 性(Ion)以及Gm的測(cè)定結(jié)果來比較對(duì)氮氧化膜實(shí)施圖4所示的第二步驟升溫的退火時(shí)和 實(shí)施圖11所示的第三步驟升溫的退火時(shí)的示意圖。此外，圖12的ON電流特性(Ion)是根 據(jù)氧化膜的值而使之標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值。在本試驗(yàn)中，首先，使用與圖1所示的相同的等離子體處理裝置1，對(duì)通過 WVG (Water Vapor Generation)熱氧化處理在晶片W的表面形成Inm膜厚的氧化硅膜SiO2 進(jìn)行等離子體氮化處理，從而形成氮氧化硅膜SiON。關(guān)于此時(shí)的等離子體氮化處理的條件， 按照流量比Ar/N2 = 1000/40mL/min (sccm)將作為處理氣體的Ar和N2導(dǎo)入處理容器2內(nèi)， 微波功率為1. 5kW，處理容器2內(nèi)的壓力設(shè)定為6. 7Pa(50mTorr)，處理溫度設(shè)定為400°C。下面，使用與圖2所示的相同的退火裝置51，對(duì)形成有氮氧化硅膜SiON的晶片W 進(jìn)行退火處理，熱處理溫度(退火溫度K2)為1000°C，處理壓力為133. 3Pa(lT0rr)，按照流 量比02/N2 = 1/lL/min(slm)，將作為處理氣體的O2和N2導(dǎo)入處理容器52內(nèi)，退火時(shí)間共 計(jì)20秒。在圖12以及圖13中，在“第二步驟”中，以規(guī)定的升溫速率用30秒鐘的時(shí)間升溫 至700°C (退火溫度K1)，并保持700°C的溫度40秒鐘，之后，以50°C /秒的升溫速率用6秒 鐘的時(shí)間不間斷地升溫至1000°C (退火溫度K2 熱處理溫度)，并保持1000°C的溫度20秒 鐘，通過這種方式來實(shí)施退火。在“第三步驟”中，以規(guī)定的升溫速率用30秒鐘的時(shí)間升溫至700°C (退火溫度 K1)，并保持700°C的溫度40秒鐘。另外，此時(shí)，升溫時(shí)間和保持時(shí)間的合計(jì)時(shí)間只要是70 秒鐘即可。之后，以50°C/秒的升溫速率用4秒鐘的時(shí)間升溫至900°C (退火溫度KM:中間 溫度)，之后，將升溫速率減速為20°C /秒，用5秒鐘的時(shí)間升溫至1000°C，并保持1000°C 的溫度20秒鐘，通過這種方式來實(shí)施退火。如上所述，在氮化后以實(shí)施退火處理的SiON膜作為柵極絕緣膜來制成柵極電極， 并調(diào)查晶體管的電特性。如圖12以及圖13所示可以確認(rèn)，與第二步驟升溫的退火處理相比，第三步驟升溫 的退火處理中的Gm以及ON電流特性(Ion)兩者都是較大的值，通過進(jìn)行第三步驟升溫的 退火處理，則可以進(jìn)一步改善半導(dǎo)體裝置的電特性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在退火處理中，與現(xiàn)有技術(shù)的大氣壓下的退火相比，由于 是在667Pa以下的壓力下進(jìn)行的退火處理，因此，可以將晶體管的柵極絕緣膜的膜厚控制 得更薄，并控制NBTI特性的劣化，同時(shí)，晶體管的ON電流特性、Gm特性也能夠得到提高。圖14是用來說明本發(fā)明所涉及的一例基板處理方法的熱處理方法的概要流程 圖。本實(shí)施方式所涉及的熱處理方法的特征在于，它是一種在基板處理裝置的處理腔室內(nèi)， 在800°C以上的熱處理溫度下對(duì)被處理基板進(jìn)行熱處理的方法，在圖14所示的5個(gè)步驟的 工序中，具有步驟Sl 步驟S3的3個(gè)步驟的升溫過程。在步驟Sl的第一升溫保持工序中，將被處理基板升溫至被處理基板的輻射率變 為最大的第一溫度。此處，被處理基板的輻射率因被處理基板的種類和在其表面所形成的膜的種類等而各異，例如，如果是硅晶片，則在600°C左右為最大。因此，被處理基板為硅晶 片時(shí)，第一升溫保持工序(步驟Si)中的到達(dá)溫度(第一溫度)為600°C 700°C。此外， 對(duì)于硅晶片以外的被處理基板，可以根據(jù)其輻射率來設(shè)定第一溫度。此外，優(yōu)選在到達(dá)第一 溫度之后，將其保持10 60秒鐘直至被處理基板的溫度變得穩(wěn)定。在步驟S2的第二升溫工序中，將被處理基板從所述被處理基板的輻射率變?yōu)樽?大的溫度(第一溫度)升溫至比熱處理溫度低的第二溫度。此處，第二溫度X是滿足下面 的關(guān)系式而規(guī)定的溫度3 ^ (T-X) /Y ^ 7(其中，T表示熱處理溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫溫幅度)。在上述關(guān)系式中，當(dāng)(T-X)/Y未滿3時(shí)，第三升溫工序因與其升溫速率的關(guān)系而過 短，產(chǎn)生過沖，在晶片W上發(fā)生扭曲和滑移的可能性增大，因此不理想。反之，在上述關(guān)系式 中，當(dāng)(T-X)/Y超過7時(shí)，第三升溫工序因與其升溫速率的關(guān)系而過長(zhǎng)，使處理能力下降，因 此也不理想。從以上的理由可知，第二溫度X優(yōu)選是熱處理溫度T的85% 95%的溫度。在步驟S3的第三升溫工序中，將被處理基板從第二溫度升溫至熱處理溫度。熱 處理溫度只要是800°C以上的高溫，并沒有特別的限制，例如可以設(shè)定為800°C 1100°C左 右，更優(yōu)選設(shè)定為900°C 1100°C。因此，此時(shí)的第二溫度可以設(shè)定為590°C 1010°C，更 優(yōu)選設(shè)定為690°C 1010°C。下面，在步驟S4中，在所述熱處理溫度(例如800°C 1100°C )下，實(shí)施恒溫的退 火處理。接著，在步驟S5中，以規(guī)定的降溫速率使被處理基板從所述熱處理溫度下降，于 是，熱處理結(jié)束。在從上述第一升溫工序至第三升溫工序(步驟Sl 步驟S3)中，第二升溫工序 (步驟S2)的升溫速率比第三升溫工序(步驟S3)的升溫速率高。在第二升溫工序(步驟 S2)中，主要從提高處理能力的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選盡量提高升溫速率。但是，如果以高的升溫速 率升溫至熱處理溫度，那么就會(huì)發(fā)生過沖，以及因急劇的溫度變化被處理基板面內(nèi)的加熱 速度變得不均勻，熱應(yīng)力(應(yīng)變)作用在被處理基板上，從而發(fā)生扭曲和結(jié)晶缺陷這樣的滑 移。因此，在本實(shí)施方式中，在第二升溫工序之后，通過設(shè)置升溫速率比它更低的第三升溫 工序，則可以防止過沖，使被處理基板面內(nèi)的加熱速度均勻，防止被處理基板發(fā)生扭曲和滑 移。此外，第三升溫工序的升溫速率優(yōu)選為第一升溫工序的升溫速率以上。在第一升 溫工序中，升溫至被處理基板的輻射率變?yōu)樽畲蟮臏囟?第一溫度)，但在到達(dá)該第一溫度 時(shí)，在被處理基板上容易發(fā)生扭曲。因此，如果第一升溫工序中的升溫度速率過高，那么，被 處理基板面內(nèi)的加熱速度就變得不均勻，有時(shí)會(huì)在被處理基板上發(fā)生扭曲、滑移等。因此，第一升溫工序中的升溫速率是第三升溫工序的升溫速率以下，優(yōu)選是在第 三步驟的升溫工序中將其設(shè)定為最低。如上所述，作為第一升溫工序 第三升溫工序的升溫速率按照第二升溫工序 >第 三升溫工序>第一升溫工序的關(guān)系進(jìn)行設(shè)定，從提高處理能力，抑制熱預(yù)算，同時(shí)防止過沖 和被處理基板的扭曲、滑移等觀點(diǎn)來看，這種設(shè)定方法最佳。具體地講，例如，最好是第二升 溫工序的升溫速率為40°C 60°C /秒，第三升溫工序的升溫速率為15°C 30°C /秒，第一 升溫工序中的升溫速率為5°C 15°C /秒。
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此外，本實(shí)施方式所涉及的熱處理方法可以適用于在減壓 常壓的范圍之內(nèi)所進(jìn) 行的熱處理，例如，處理壓力優(yōu)選為106. 66Pa 101325Pa。圖15是能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的基板處理方法的熱處理裝置的 結(jié)構(gòu)概圖。該熱處理裝置200作為用來進(jìn)行控制性好的短時(shí)間退火(RTA:Rapid Thermal Annealing)的RTP裝置而構(gòu)成，例如可用于在晶片W上形成的薄膜中摻雜雜質(zhì)之后的 800 1100°C左右的高溫區(qū)域中的退火處理等。在圖15中，符號(hào)201是圓筒狀的工序腔室，在該工序腔室201的下方設(shè)置有可裝 卸的下部發(fā)熱元件202，此外，在工序腔室201的上方，與下部發(fā)熱元件202相對(duì)而設(shè)置有 可裝卸的上部發(fā)熱元件204。下部發(fā)熱元件202具有在水冷套203的上面排列的多個(gè)作為 加熱單元的鎢燈206。同樣，上部發(fā)熱元件204具有水冷套205、以及在其下面排列的多個(gè) 作為加熱單元的鎢燈206。此外，燈并非局限于鎢燈206，例如，也可以是鹵素?zé)?、Xe燈、水 銀燈、閃光燈等。于是，在工序腔室201內(nèi)相向而配備的各個(gè)鎢燈206與圖中未示的電源連 接，通過具有用來調(diào)節(jié)電源的供電量的控制部(工序控制器221)，這樣就可以控制發(fā)熱量。在下部發(fā)熱元件202和上部發(fā)熱元件204之間設(shè)置有用來支承晶片W的支承部 207。該支承部207具有在將晶片W在保持在工序腔室1內(nèi)的處理空間中的狀態(tài)下而支承 其的晶片支承銷207a、用來支承在處理過程中計(jì)測(cè)晶片W溫度的熱襯管208的襯管設(shè)置部 207b。支承部207與圖中未示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連結(jié)，從而使整個(gè)支承部207圍著垂直軸旋轉(zhuǎn)。這 樣，在處理過程中，晶片W以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)熱處理的均勻性。在腔室201的下方配置有高溫計(jì)(pyrometer) 211，在熱處理過程中，利用高溫計(jì) 211并通過端口 211a及以及光纖211b來計(jì)測(cè)熱襯管208的熱線，這樣，就能間接地把握晶 片W的溫度。此外，也可以直接計(jì)測(cè)晶片W的溫度。此外，在熱襯管208的下方，在下部發(fā)熱元件202和鎢燈206之間配備有石英部件 209，如圖所示，所述端口 211a被設(shè)置在該石英部件209上。此外，也可以配備有多個(gè)端口 211a。而且，在晶片W的上方，在上部發(fā)熱元件204和鎢燈206之間配備有石英部件 210a。也可以按照圍繞晶片W的方式，也在腔室201的內(nèi)周面附設(shè)石英部件210b。此外，用來支承并使晶片W升降的升降銷(圖中未示)貫通熱襯管208而設(shè)，用于 晶片W的搬入搬出。在下部發(fā)熱元件202和工序腔室201之間以及在上部發(fā)熱元件204和工序腔室 201之間分別設(shè)置有密封部件(圖中未示)，這樣工序腔室201內(nèi)變成氣密狀態(tài)。此外，在工序腔室201的側(cè)部配備有與氣體導(dǎo)入管212連接的氣體供給源213，這 樣就能夠?qū)⑷鏝2氣體、O2氣體、Ar氣體等氣體導(dǎo)入工序腔室201的處理空間內(nèi)。在工序腔 室201的下部設(shè)置有排氣管214，利用圖中未示的排氣裝置而能夠?qū)ば蚯皇?01內(nèi)進(jìn)行減 壓。熱處理裝置200的各個(gè)構(gòu)成部分與配備CPU的工序控制器221連接并被其控制。 如前所述，工序控制器221與用戶界面222連接，該用戶界面222由工序管理者為管理熱處 理裝置200而進(jìn)行命令的輸入操作等的鍵盤、以及可通過屏幕觀察到熱處理裝置200的工 作情況的顯示器等構(gòu)成的。此外，工序控制器221與存儲(chǔ)著方案的存儲(chǔ)部223連接，該方案中記錄有用來在工
17序處理器221的控制下實(shí)現(xiàn)在熱處理裝置200中實(shí)施的各種處理的控制程序(軟件)和處 理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等。根據(jù)需要，按照用戶界面222發(fā)出的指令等，從存儲(chǔ)部223中讀取任意的方案并使 其在工序控制器221中運(yùn)行，這樣，就能夠在工序控制器221的控制下，在熱處理裝置200 中實(shí)施預(yù)期的處理。例如，利用工序控制器221控制向設(shè)置在下部發(fā)熱元件202和上部發(fā)熱 元件204中的各個(gè)鎢燈206供電的供電量，這樣就能夠調(diào)節(jié)晶片W的加熱速度和加熱溫度。 此外，所述控制程序和處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等方案可以存儲(chǔ)在例如CD-ROM、硬盤、軟盤、優(yōu)盤等計(jì) 算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，或者還可以從其它裝置進(jìn)行傳送，例如通過專線進(jìn)行隨時(shí)傳送， 從而在線進(jìn)行使用。在采用上述方式構(gòu)成的熱處理裝置200中，將晶片固定在工序腔室201內(nèi)的晶片W 支承部207上之后，形成氣密的空間。接著，在工序控制器221的控制下，從圖中未示的電 源將規(guī)定的電力供給下部發(fā)熱元件202以及上部發(fā)熱元件204的各個(gè)鎢燈206，并接通電 源(開)，于是，各個(gè)鎢燈206發(fā)熱，產(chǎn)生的熱通過石英部件209及石英部件210a到達(dá)晶片 W，在基于方案的條件(升溫速率、加熱溫度等)下，晶片W從上下急速被加熱。在加熱晶片 W的同時(shí)，操作圖中未示的排氣裝置，從排氣管214進(jìn)行排氣，于是，腔室201內(nèi)變成減壓狀 態(tài)。在熱處理期間，利用圖中未示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使整個(gè)支承部207圍著垂直軸旋轉(zhuǎn)，即， 使其例如以SOrpm的旋轉(zhuǎn)速度沿水平方向旋轉(zhuǎn)，從而使晶片W旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，可以確保供 給晶片W的供給熱量的均勻性。此外，在熱處理過程中，利用高溫計(jì)211計(jì)測(cè)熱襯管208的溫度，這樣就能夠間接 地計(jì)測(cè)晶片W的溫度。高溫計(jì)211所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)被反饋給工序控制器221，如果與方案 中的設(shè)定溫度之間有差別，那么就調(diào)節(jié)供給鎢燈206的供電。在熱處理結(jié)束之后，關(guān)閉(關(guān))下部發(fā)熱元件202以及上部發(fā)熱元件204的鎢燈 206，同時(shí)，氮?dú)獾惹逑礆怏w從圖中未示的清洗口流入工序腔室201內(nèi)，并從排氣管214進(jìn)行 排氣，使晶片W冷卻之后將其搬出。在采用上述構(gòu)造的熱處理裝置200中，作為熱處理工序的一個(gè)例子，例如可以采 用圖16所示的升溫經(jīng)過。例如，在第一升溫工序(步驟Si)中，在工序控制器221的控制下，用大約70秒鐘 的時(shí)間，大約10°c /秒的升溫速度來加熱晶片W，使晶片溫度從常溫升至700°C。以這種緩 慢的升溫速度，晶片W的輻射率達(dá)到最大，并且達(dá)到穩(wěn)定的晶片溫度700°C，這樣就能防止 發(fā)生晶片W的扭曲。在第二升溫工序(步驟S2)中，在工序控制器221的控制下，增加向各個(gè)鎢燈206 的供電，以50°C /秒的升溫速率，大約用5秒的時(shí)間，從700°C高速升溫至滿足所述關(guān)系式
(T-X)/Y 其中，T表示熱處理溫度，Y表示第三升溫速率中每秒的升溫幅度)而規(guī) 定的第二溫度，例如，當(dāng)熱處理溫度為1050°C時(shí)，第二溫度為比其低100°C的950°C。在第一 升溫工序中，由于被加熱至晶片W的輻射率達(dá)到最大的溫度，因此，在第二升溫工序中，即 使進(jìn)行高速加熱，也能避免晶片W的扭曲。這樣不僅可以提高處理能力，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)整 個(gè)熱預(yù)算的減少。在第三升溫工序(步驟S3)中，在工序控制器221的控制下，減少向鎢燈206的電，大約用5秒的時(shí)間，使晶片溫度從950°C大約升溫100°C而 達(dá)到熱處理溫度1050°C。這樣，通過采用比第二升溫工序(步驟S2)低的升溫速率，這樣不 僅可以防止過沖，同時(shí)，還能使晶片面內(nèi)的加熱速度均勻，從而可以防止晶片W中的扭曲和滑移。在恒溫退火工序(步驟S4)中，在工序控制器221的控制下，調(diào)節(jié)向鎢燈6的電力 供給，在1050°C的一定溫度(熱處理溫度)下實(shí)施約15秒鐘的退火處理。之后，根據(jù)工序 控制器221的指示，停止(斷開)向各個(gè)鎢燈206的電力供給，以規(guī)定的降溫速率使其降溫 (降溫工序步驟S5)。如上所述，通過實(shí)施第一升溫工序至第三升溫工序(步驟Sl 步驟S3)，這樣，不 僅可以高精度地控制晶片W的升溫溫度，同時(shí)，還能夠在高處理能力下進(jìn)行處理。下面，對(duì)確認(rèn)本發(fā)明效果的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。使用與圖15相同的熱處理裝置200，作為實(shí)施例，在與圖16相同的條件下實(shí)施包
括第一升溫工序 第三升溫工序的熱處理。換言之，以10°C /秒的速度用大約70秒鐘實(shí)施達(dá)到700°C的第一升溫工序，以 500C /秒的速度用大約5秒鐘實(shí)施達(dá)到700°C 950°C的第二升溫工序，以20°C /秒的速 度用大約5秒鐘實(shí)施達(dá)到950°C 1050°C的第三升溫工序，從而使溫度升至熱處理溫度 1050 O。另一方面，作為比較例，與實(shí)施例相同，以10°C/秒的速度用大約70秒鐘實(shí)施達(dá)到 700°C的第一升溫工序，之后，實(shí)施包括以50°C /秒的升溫速率用大約7秒鐘使溫度直線升 至熱處理溫度1050°C的步驟2升溫工序的熱處理。圖17表示實(shí)施例以及比較例的熱處理中的過沖(超過熱處理溫度1050°C的過剩 升溫)的測(cè)定結(jié)果。通過比較圖17的實(shí)施例和比較例的升溫曲線可知，在比較例中，過沖 超過；TC，相反，在實(shí)施例中，過沖被控制在未滿2°C。在實(shí)施例中，通過采用步驟3的升溫 工序，與比較例相比，晶片W的面內(nèi)溫度的均勻性更好，可以防止升溫過程中晶片W的扭曲。 與此相反，在比較例的步驟2的升溫工序中，與實(shí)施例相比，扭曲大，而且有可能因晶片破 裂或工序腔室內(nèi)的部件破損而導(dǎo)致可靠性下降。圖18表示因上述實(shí)施例的熱處理在晶片W中發(fā)生滑移的狀態(tài)，圖19表示因 上述比較例的熱處理在晶片W中發(fā)生滑移的狀態(tài)，分別是利用X射線形貌術(shù)(x-ray topography)觀察各個(gè)升降銷的位置的結(jié)果。在圖18以及圖19中，箭頭3所示的白色部 分表示發(fā)生滑移的地方。通過比較圖18和圖19可知，在比較例(圖19)中，表示滑移的白 色部分從升降銷位置呈線狀延伸，相反，在實(shí)施例(圖18)中，滑移僅在升降銷位置可見，滑 移已經(jīng)得到控制。于是，通過實(shí)施本發(fā)明的三個(gè)步驟的升溫工序，不僅可以抑制晶片W的缺 陷，還可以提高用該晶片制造的半導(dǎo)體產(chǎn)品的原材料利用率和產(chǎn)品的可靠性。圖20 圖23是在等離子體處理裝置1中，配備具有貫通孔43的噴淋板44 (參照 圖1，貫通孔43的直徑為IOmm)的情況下和未配備的情況下，測(cè)試對(duì)等離子體氮化處理的影 響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。用作基極的氧化硅膜(SiO2膜)使用Inm的薄膜。圖20表示等離子體氮化處理的氮化速率。由圖中可知，配備噴淋板44的情況與 在相同的等離子體氮化處理?xiàng)l件下不配備噴淋板44的情況相比可知，等離子體氮化處理 的氮化速率變小，膜厚的控制性好。
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此外，圖21表示在微波功率為2kW、Ar/N2 = 1000/40mL/min(sccm)、處理溫度為 400°C的條件下改變處理壓力，為使氮?dú)鉂舛茸優(yōu)?1%而設(shè)定處理時(shí)間，然后，進(jìn)行等離子 體氮化處理時(shí)離子能量的強(qiáng)度。在這種情況下，離子能量用等離子體電位(Vp)和漂移電位 (Vf)的電位差(Vp-Vf)表示。由該圖21可知，在使用噴淋板44的情況下，在氮化SiO2而形 成Si3N4(此外，S-N鍵的鍵能量為3. 5eV)方面，容易將所述電位差(Vp-Vf)控制在最佳的 3 3. 5eV左右，因此，被認(rèn)為是理想的一種方式。圖22以及圖23表示對(duì)通過等離子體氮化處理而形成的氮氧化硅膜中的Si-O鍵 以及Si-N鍵分布進(jìn)行XPS分析的結(jié)果。圖22以及圖23的橫坐標(biāo)表示膜的深度，縱坐標(biāo)表 示Si-O鍵以及Si-N鍵在膜中所占區(qū)域(Si-O鍵+Si-N鍵=100% )0圖22是不使用噴淋板44，在微波功率為1. 5kW、Ar/N2 = 1000/40mL/min (sccm)、處 理壓力為126. 7Pa(950mTorr)、處理溫度為400°C的條件下進(jìn)行等離子體氮化處理的結(jié)果， 圖23是使用噴淋板44，在微波功率為1. 5kW、Ar/N2 = 1000/40mL/min (sccm)、處理壓力為 6. 7Pa(50mTorr)、處理溫度為400°C的條件下進(jìn)行等離子體氮化處理的結(jié)果。通過比較圖22和圖23可以確認(rèn)，通過使用噴淋板44，在氮氧化硅膜的表面形成高 的Si-N鍵峰。通過使用噴淋板44，等離子體的離子能量變小，因此，氮無(wú)法深入擴(kuò)散至膜 中，表面附近的N濃度變高。于是，如果在絕緣膜的表面附近形成Si-N峰值，那么，除了可 防止硼的穿透，而且，由于N未進(jìn)入硅和氮氧化硅膜的界面中，因此，能將Si/SiO界面控制 為平坦，增大Ion和Gm，提高晶體管等半導(dǎo)體裝置的電特性。如上所述，通過使用噴淋板44，即使在絕緣膜為薄膜的情況下，也能進(jìn)行控制性好 的等離子體氮化處理，從而能形成優(yōu)質(zhì)的氮氧化硅膜。通過在使用了噴淋板44的等離子體 氮化處理后實(shí)施所述的退火處理，這樣就能形成更加優(yōu)質(zhì)的絕緣膜。以上闡述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并非局限于上述實(shí)施方式。S卩，上述 實(shí)施方式最終的目的是說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，本發(fā)明并非局限于這些具體例子中的解 釋，在本發(fā)明的宗旨和權(quán)利要求書中所述的范圍之內(nèi)，可以進(jìn)行各種更改，然后進(jìn)行實(shí)施。例如，氮化處理中所使用的等離子體處理裝置并非局限于使用縫隙天線30的圖 1的等離子體處理裝置1，還可以使用電容耦合式等離子體處理裝置、ICP等離子體處理裝 置、表面反射波等離子體處理裝置、ECR等離子體處理裝置、磁控管等離子體處理裝置等。再者，在圖15中舉RTP的熱處理裝置200為例進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明的基板處 理方法也能適用于在800°C以上的溫度下對(duì)基板進(jìn)行成膜等的處理、利用等離子體，同樣在 SOO0C以上的溫度下進(jìn)行CVD成膜等的處理。在被處理基板是以液晶顯示器(LED)為代表的平板顯示器(FPD)用的玻璃基板或 者化合物半導(dǎo)體基板等的情況下，也能適用本發(fā)明的技術(shù)范圍。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明可用于晶體管等各種半導(dǎo)體裝置和FPD等的制造。
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權(quán)利要求
一種絕緣膜形成方法，其特征在于，包括對(duì)被處理基板上的氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理的氮化處理工序；以及在667Pa以下的壓力下對(duì)氮化處理后的被處理基板實(shí)施退火處理的退火處理工序，所述等離子體氮化處理之后的被處理基板不暴露在大氣中而是在減壓的氣體氛圍中被搬入進(jìn)行退火處理的退火裝置中進(jìn)行退火處理，所述退火處理工序包括第一退火處理工序和在其后繼續(xù)進(jìn)行的第二退火處理工序，所述第一退火處理工序在600℃～700℃的第一退火溫度下進(jìn)行，所述第二退火處理工序在950℃～1150℃的第二退火溫度下進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣膜形成方法，其特征在于 所述第一退火處理工序的時(shí)間為1 60秒。
3.如權(quán)利要求1或2所述的絕緣膜形成方法，其特征在于至所述第一退火處理工序?yàn)橹沟纳郎厮俾蕿?°C /秒 15°C /秒。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣膜形成方法，其特征在于 所述第二退火處理工序的時(shí)間為1 40秒。
5.如權(quán)利要求1或4所述的絕緣膜形成方法，其特征在于從所述第一退火溫度至所述第二退火溫度的升溫，在第一升溫速率和第二升溫速率下 進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的絕緣膜形成方法，其特征在于 所述第一升溫速率為40 60°C /秒，所述第二升溫速率為15 30°C /秒。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣膜形成方法，其特征在于所述第二退火處理工序的至所述第二退火溫度為止的升溫速率在所述第一退火處理 工序的至所述第一退火溫度為止的升溫速率以上。
8.如權(quán)利要求1所述的絕緣膜形成方法，其特征在于在對(duì)所述氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理時(shí)，通過使用形成有多個(gè)透孔的平板天線的微 波等離子體進(jìn)行等離子體氮化處理。
9.如權(quán)利要求1所述的絕緣膜形成方法，其特征在于 所述氧化膜通過熱氧化或者等離子體氧化而形成。
10.一種絕緣膜形成方法，其特征在于，包括對(duì)被處理基板上的氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理的氮化處理工序；以及 在667Pa以下的壓力下對(duì)氮化處理后的被處理基板實(shí)施退火處理的退火處理工序， 所述等離子體氮化處理之后的被處理基板不暴露在大氣中而是在減壓的氣體氛圍中 被搬入進(jìn)行退火處理的退火裝置中進(jìn)行退火處理，所述退火處理工序包括第一退火處理工序和在其后繼續(xù)進(jìn)行的第二退火處理工序， 所述第一退火處理工序在第一退火溫度為60(TC 70(TC下進(jìn)行，所述第二退火處理 工序在第二退火溫度為950°C 1150°C下進(jìn)行，所述第一退火處理工序具有以5°C /秒 15°C /秒的第一升溫速率進(jìn)行的第一升溫工序，所述第二退火處理工序具有以第二升溫速率和第三升溫速率進(jìn)行的第二升溫工序，所述第二升溫速率是以40°C /秒 60°C /秒升溫至比所述第二退火溫度950°C 1150°C低的作為規(guī)定溫度的中間溫度，所述第三升溫速率是以5°C /秒 30°C /秒從所述 中間溫度升溫至所述第二退火溫度。
11.如權(quán)利要求10所述的絕緣膜形成方法，其特征在于所述第二退火處理工序的時(shí)間為1 40秒，所述第一退火處理工序的時(shí)間為1 60秒。
12.如權(quán)利要求10所述的絕緣膜形成方法，其特征在于至所述第一退火處理工序?yàn)橹沟纳郎厮俾蕿?°C /秒 15°C /秒。
13.如權(quán)利要求10所述的絕緣膜形成方法，其特征在于 所述氧化膜通過熱氧化或者等離子體氧化而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣膜形成方法，對(duì)基板上的氧化膜實(shí)施等離子體氮化處理，然后在處理容器(51)內(nèi)對(duì)該基板實(shí)施退火處理而形成絕緣膜，其中，在667Pa以下的低壓力條件下進(jìn)行退火處理。退火處理進(jìn)行5秒～45秒。在等離子體氮化處理時(shí)，通過使用形成有多個(gè)透孔的平板天線的微波等離子體進(jìn)行等離子體氮化處理。
文檔編號(hào)H01L21/314GK101937844SQ201010263420
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者中山友繪, 佐藤吉宏, 大崎良規(guī), 小林浩, 高橋哲朗 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社