TW201306082A - 電漿評估方法、電漿處理方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種電漿評估方法、電漿處理方法及電漿處理裝置，該電漿評估方法係在原子層沉積法中評估用來形成氮化膜的電漿。首先，檢測來自含有氮原子及氫原子之氣體所生成之電漿的發光。接著，使用將所檢測之發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比，與預先從強度比與表示氮化膜膜質之指標的關係所計算出之基準值相比較後的結果，來進行電漿的評估。

Description

電漿評估方法、電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明關於一種電漿評估方法、電漿處理方法及電漿處理裝置。
已知有一種在藉由電漿CVD法形成氮化膜時，檢測電漿發光，並設定對電極所供應之電功率的大小，來使波長324.01nm下所檢測之NH自由基的發光強度為最大之方法(參照例如特開平3-243772號公報)。
專利文獻1：日本特開平3-243772號公報
另一方面，作為形成氮化膜之方法已知有原子層沉積法(Atomic Layer Deposition；ALD法)。此方法係重複下述(1)~(4)的步驟而於基板上形成氮化膜。
(1)於處理室內使成膜材料吸附在基板上。
(2)藉由吹淨氣體來去除多餘吸附的成膜材料。
(3)使用含有氮原子之氣體所生成的電漿來對成膜材料施予電漿氮化處理。
(4)藉由吹淨氣體來去除殘留在處理室內的氣體。
藉由原子層沉積法來形成氮化膜的情況，相較於藉由電漿CVD法的情況需花費較長時間。尤其因為上述(2)及(4)的吹淨步驟需花費較長時間的緣故。
又，為了藉由原子層沉積法來形成良好膜質的氮化膜(膜的緻密性高之氮化膜)，必須使電漿條件最佳化。為此， 便必須針對各電漿條件，而形成有氮化膜，且精細地評估所獲得之氮化膜的膜質。為了更精確地進行膜質的評估，必須使被評估膜之氮化膜的膜厚至少為10nm以上。但為了使用原子層沉積法(ALD)來形成膜厚10nm以上的氮化膜，由於相較於電漿CVD法而需要非常長的時間(例如1~2小時)，因此效率不佳。又，在各電漿條件中所形成之氮化膜的膜質，已知有例如藉由測量相對於0.5%氟酸水溶液之濕蝕刻率，來評估膜的緻密性。但要測量相對於該氟酸水溶液之濕蝕刻率的作業非常煩雜，而需要相當的作業時間。於是，便有不僅是氮化膜的形成，而該氮化膜的膜質評估亦需要很長的時間之評估效率上的課題。
本發明係鑑於上述情事所發明者，其目的為提供一種可在短時間內決定能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件之電漿評估方法、電漿處理方法及電漿處理裝置。
為解決上述課題，本發明一觀點之電漿評估方法係評估藉由原子層沉積法來形成氮化膜的電漿之電漿評估方法；其包含以下步驟：檢測來自含有氮原子及氫原子之氣體所生成之該電漿的發光之步驟；以及使用將所檢測之該發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於該第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比，與預先從該強度比與表示該氮化膜膜質之指標的關係所計算出之基準值相比較後的結果，來進行該電漿的評估之步驟。
本案發明人等發現了在原子層沉積法中，電漿發光強度的光頻譜中氫原子所造成之2個尖峰的強度比係與藉由該電漿所形成之氮化膜的膜質有密切的關連性。上述電漿評估方法可由氫原子所造成之2個尖峰的強度比來評估是否已生成有能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿。於是，針對各電漿條件，便不須實際地形成有氮化膜，或進行該氮化膜的評估。因此，便可在短時間內(例如10分鐘以內)決定能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。
該第1尖峰的尖峰波長可為656.2nm，該第2尖峰的尖峰波長可為486.1nm。
上述電漿評估方法可另包含在進行該電漿的評估之步驟後，若該強度比小於該基準值的情況，則改變該電漿的條件來使該強度比為該基準值以上之步驟。藉此，便可將電漿條件改變成能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。
亦可在改變該電漿的條件之步驟後，回到檢測來自該電漿的發光之步驟。藉此，便可加以控制來維持能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。
該電漿亦可藉由微波而生成。若使用微波來作為電漿源，則相較於使用藉由電容耦合或感應耦合等所生成之其他電漿源的情況，可獲得電子溫度低但電子密度高的電漿。於是，在形成氮化膜時，便可減少損傷，且同時提高電漿氮化處理的處理速度。再者，若使用微波來作為電漿源，則相較於使用其他電漿源的情況，可擴大電漿氮化處理的處理壓力範圍。
該電漿亦可藉由輻射狀槽孔天線而生成。若使用輻射狀槽孔天線，由於可將微波均勻地導入至處理室內，因此結果來說，便可生成均勻的電漿。
本發明一觀點之電漿處理方法係包含有使用藉由上述電漿評估方法所評估的該電漿，來對吸附在基板上的層施予電漿處理之步驟。藉此，基板上便會形成有良好膜質的氮化膜。
本發明一觀點之電漿處理裝置係藉由原子層沉積法來形成氮化膜之電漿處理裝置，其具備有：處理室；氣體供應源，係對該處理室內供應含有氮原子及氫原子之氣體；電漿產生器，係在該處理室內產生自該氣體所生成的電漿；光檢測器，係檢測來自該電漿的發光；以及控制部，係使用將所檢測之該發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於該第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比，與預先從該強度比與表示該氮化膜膜質之指標的關係所計算出之基準值相比較後的結果，來進行該電漿的評估。
上述電漿處理裝置中，可進行上述電漿評估方法。因此，便可在短時內決定能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。
依據本發明，便可提供一種可在短時內決定能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件之電漿評估方法、電漿處理方法及電漿處理裝置。
以下，參照添附圖式來詳細地說明本發明實施型態。此外，圖式之說明中，針對相同或相等的要素則使用相同符號，而省略重複說明。
圖1及圖2係概略顯示一實施型態之電漿處理裝置之剖視圖。圖2中係收納有圖1中的頭部44。圖1及圖2係顯示XYZ正交座標系統。圖1及圖2所示之電漿處理裝置10為原子層沉積裝置(ALD裝置)。電漿處理裝置10係具備有處理室12、將氣體G供應至處理室12內之氣體供應源36、以及在處理室12內產生自氣體G所生成的電漿P之電漿產生器16。氣體G係含有氮原子及氫原子。氣體G係含有例如氨氣。氣體G亦可含有Ar氣體、氮氣等之非活性氣體。
電漿處理裝置10亦可具備有在處理室12內保持基板W之基板保持具14。基板W為例如矽基板等之半導體基板，其具有略平行於XY平面的表面。電漿P係用以在基板W上形成例如矽氮化膜等之氮化膜。
電漿產生器16係具備有產生電漿激發用微波之微波產生器18，與用以將微波導入至處理室12內之輻射狀槽孔天線(Radial Line Slot Antenna；RLSA：註冊商標)26。微波產生器18係透過導波管20而連接於可轉換微波的模式之模式轉換器22。模式轉換器22係透過具有內側導波管24a及外側導波管24b之同軸導波管24而連接於輻射狀槽孔天線26。藉此，則藉由微波產生器18所產生之微波的 模式便會在模式轉換器22中被轉換，且到達輻射狀槽孔天線26。微波產生器18所產生之微波的頻率為例如2.45GHz。
輻射狀槽孔天線26係具備有：封開形成於處理室12的開口12a之介電體窗34、設置於介電體窗34的外側之槽孔板32、設置於槽孔板32的外側之冷卻套30、以及配置於槽孔板32與冷卻套30之間之介電體板28。介電體窗34係與基板W呈對向配置。介電體窗34係由例如鋁氧化物(Al2O3)等陶瓷材料所構成。槽孔板32的中央係連接有內側導波管24a，冷卻套30則連接有外側導波管24b。冷卻套30亦具有導波管的功能。藉此，微波便會在內側導波管24a與外側導波管24b之間傳播，且在槽孔板32與冷卻套30之間的介電體板28傳播，並從槽孔32c穿透介電體窗34而到達處理室12內。
圖3為從Z方向所觀看到電漿處理裝置10的槽孔板32之圖式。圖3係顯示XYZ正交座標系統。槽孔板32為例如圓盤狀。槽孔板32係同心圓狀地形成有由複數個延伸於第1方向之槽孔32a與延伸於和第1方向呈交叉的第2方向之槽孔32b所構成的一對槽孔32c。
例如，著眼於1個槽孔32c，第1方向係和第2方向呈直交。一對槽孔32c係從槽孔板32的中心而以特定間隔配置在徑向上，且以特定間隔配置在槽孔板32的圓周方向上。穿透介電體窗34後的微波會通過一對槽孔32c而被導入至處理室12內。微波的波長在穿透介電體板28(慢波板)中時會變短。於是，便可從槽孔32c來有效率地將微波導入至處理室12內。
再次參照圖1及圖2。處理室12的側壁係形成有電漿處理用的氣體供應口12b。氣體供應口12b可形成於介電體窗34，抑或是形成於朝處理室12內延伸之氣體供應機構。氣體供應口12b係連接有氣體供應源36。藉由將微波照射在被供應至處理室12內的氣體G，則處理室12內的介電體窗34側便會生成有電漿P。所生成之電漿P會朝向基板W擴散。處理室12的底部係形成有用以將處理室12內的氣體排氣之排氣口12c。排氣口12c係透過APC(Auto Pressure Control)閥38而連接有真空幫浦40。基板保持具14係連接有用以調節基板保持具14的溫度之溫度調節器42。基板保持具14的溫度較佳係調節為例如200~500℃，更佳為300~400℃。
電漿處理裝置10具備有頭部44，該頭部44係形成有用以將原子層沉積用的原料氣體(前驅物)及吹淨氣體供應至基板W上之氣體供應口44a。頭部44係藉由支撐頭部44之支撐部46而連接於驅動裝置48。驅動裝置48係配置在處理室12的外側。藉由驅動裝置48，則頭部44及支撐部46便可移動於X方向。處理室12係設置有用以收納頭部44之收納部12d。如圖2所示，當頭部44被收納於收納部12d的情況，係藉由擋門50會移動於Z方向來將收納部12d隔離。此外，圖1及圖2所示之電漿處理裝置10除了頭部44是否被收納在收納部12d以外皆相同。
中空的支撐部46係連接有原子層沉積用的原料氣體供應源52與吹淨氣體供應源54，且與該等相連通。原料 氣體及吹淨氣體係分別從原料氣體供應源52及吹淨氣體供應源54經由支撐部46，而從頭部44被供應至基板W上。
電漿處理裝置10係具備有檢測來自電漿P的發光之光檢測器70。光檢測器70係具備有與處理室12的側壁所設置之窗60呈對向配置的聚光鏡62。來自電漿P的發光會通過窗60而入射至聚光鏡62。聚光鏡62係透過光纖64而連接有光譜儀66。在光譜儀66被分光後的光會被導入至光電子增倍管68。光檢測器70係例如發光分光分析裝置(OES)。光檢測器70只要是能夠檢測來自電漿P的發光之位置，則可配置在任意位置處。
電漿處理裝置10係具備有控制裝置整體之控制部56。控制部56係分別連接於微波產生器18、真空幫浦40、溫度調節器42、驅動裝置48、電漿處理用的氣體供應源36、原子層沉積用的原料氣體供應源52、吹淨氣體供應源54及光檢測器70。藉此，控制部56便可分別控制微波輸出、處理室12內的壓力、基板保持具14的溫度、頭部44之X方向的移動、以及電漿處理用氣體、原子層沉積用原料氣體及吹淨氣體的氣體流量及氣體導入時間。控制部56為例如電腦，係具備有CPU等之運算裝置56a與記憶體或硬碟等之記憶裝置56b。記憶裝置56b可為電腦可讀取式記錄媒體。記錄媒體為例如CD、NAND、BD、HDD、USB等。記憶裝置56b係記錄有來自光檢測器70的資訊。控制部56亦可連接有顯示作為控制對象的各種資訊之顯示裝置58。
控制部56如後所述，係使用將所檢測之電漿發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比，與預先從強度比與表示氮化膜膜質之指標的關係所計算出之基準值相比較後的結果，來進行電漿P的評估。記憶裝置56b係記錄有使電腦執行下述電漿評估步驟順序之程式。
圖4係顯示一實施型態之電漿評估方法的各步驟之流程圖。本實施型態之電漿評估方法係藉由原子層沉積法來評估用來形成氮化膜的電漿P。本實施型態之電漿評估方法可使用上述電漿處理裝置10來加以實施，例如在圖2中不具基板W之狀態下依下述方式實施。
(檢測來自電漿的發光之步驟)
首先，藉由圖2所示之光檢測器70來檢測來自氣體G所生成的電漿P之發光(步驟S1)。藉由光檢測器70所獲得之電漿發光強度的光頻譜資訊會被記錄在記憶裝置56b。
(進行電漿的評估之步驟)
在步驟S1後，藉由控制部56來計算所檢測之電漿發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比。另一方面，從該強度比與表示氮化膜膜質之指標(例如相對於0.5%氟酸水溶液之氮化膜的濕蝕刻率)的關係，來預先計算出對應於氮化膜膜質是否良好的閾值之基準值。之後，藉由控制部56而使用將強度比與基準值相比較後的結果，來進行電漿P的評估(步驟S2)。步驟S2中會判斷例如強度比是否為基準值以上。
此處，第1尖峰的尖峰波長為例如656.2nm，第2尖峰的尖峰波長為例如486.1nm。使第1尖峰的尖峰強度為I656，而第2尖峰的尖峰強度為I486之情況下，強度比係以例如I656/I486來表示。當強度比I656/I486為基準值(例如4.5)以上的情況，電漿P的電漿條件係表示能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。當強度比I656/I486小於基準值的情況，電漿P的電漿條件係表示非為能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。非為能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件的情況，亦可將警訊等顯示在顯示裝置58。如此地，便可評估電漿P。上述電漿評估對於在電漿處理裝置內建有光檢測器並加以使用來成膜氮化膜之情況為有效的。
(改變電漿的條件之步驟)
在步驟S2後，而在當強度比I656/I486小於基準值的情況，亦可改變電漿P的條件來使強度比I656/I486成為基準值以上(步驟S3)。藉此，便可將電漿條件改變成能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。作為可變更之電漿P的條件舉例有供應至微波產生器18之微波輸出、處理室12內的壓力、基板保持具14的溫度、氣體G的氣體種類、氣體流量、流量比及氣體導入時間、供應氣體G的地點等。該等當中，對電漿P的狀態影響較大者為供應至微波產生器18之微波輸出及處理室12內的壓力。
亦可在步驟S3後回到上述步驟S1。藉此，便可反饋控制來維持能夠形成良好膜質的氮化膜之電漿條件。
本實施型態之電漿評估方法可從氫原子所造成之2個尖峰的強度比來評估是否已生成有能夠形成良好膜質的氮 化膜之電漿P。於是，針對各電漿條件，便不需形成氮化膜或進行該氮化膜的評估。從而，便可在短時間內(例如10分鐘以內)決定能夠形成緻密且良好膜質的氮化膜之電漿條件。其結果，可提高氮化膜形成製程的產能。
又，本實施型態之電漿評估方法可偵測電漿P狀態的與時變化。藉此，便可得知電漿處理裝置10之結構零件的更換時間點。此電漿評估方法對於判斷電漿處理裝置10的結構零件當中特別容易劣化之介電體窗34的更換時間點來說為有效的。
再者，亦可在圖2中具有基板W之狀態下實施本實施型態之電漿評估方法。此情況下，便可藉由原子層沉積法而於基板W上形成氮化膜，同時即時偵測電漿P的狀態。從而，便可穩定地形成良好膜質的氮化膜。又，若使用藉由微波所生成的電漿P，由於電漿P的電子溫度會低至1.5eV以下，因此在形成氮化膜時，便可減少損傷，同時提高電漿氮化處理的處理速度。再者，若使用輻射狀槽孔天線26，由於可將微波均勻地導入至處理室12內，因此結果來說，便可生成範圍較廣且均勻的電漿P。
以下，針對氫原子所造成之2個尖峰的強度比與氮化膜膜質的關係，舉例來加以說明。
圖5係顯示電漿發光強度的光頻譜一例之圖表。縱軸表示發光強度。橫軸表示波長(nm)。圖5係顯示分別使用下記氣體1~6來作為用以生成電漿P的氣體G之情況下，於200~800nm範圍的光頻譜。
氣體1：NH3、Ar及N2的混合氣體
氣體2：NH3及Ar的混合氣體
氣體3：NH3及N2的混合氣體
氣體4：NH3
氣體5：N2及Ar的混合氣體
氣體6：N2
此外，使電漿處理中之處理室12內壓力為5Torr(666.5Pa)，來對吸附在基板W上之含矽化合物施予電漿氮化處理。含有NH3之氣體1~4會形成矽氮化膜(含矽化合物容易被電漿氮化處理)，而不含NH3之氣體5及6則不易形成矽氮化膜(含矽化合物不易被電漿氮化處理)。
圖6~8係將圖5所示之光頻譜的一部分予以放大顯示之圖表。圖6之圖表係顯示460~510nm範圍的光頻譜。圖7之圖表係顯示600~800nm範圍的光頻譜。圖8之圖表係顯示320~345nm範圍的光頻譜。
如圖6所示，氣體1~4中，係檢測出尖峰波長486.1nm的氫原子所造成之尖峰。又，如圖7所示，氣體1~4中，係檢測出尖峰波長656.2nm的氫原子所造成之尖峰。該等尖峰係由NH3解離而生成的氫原子所造成。如圖8所示，雖檢測出尖峰波長337.1nm的N2所造成之尖峰，但未檢測出尖峰波長336.0nm的NH所造成之尖峰。由於未檢測出NH所造成之尖峰，因此推測NH3已解離為H與NH2自由基。
亦即，若欲有效率地使NH3解離來生成氫原子，則於NH3混合有N2或Ar為有效的。此情況下，推測為由於在 電漿中激發N2及Ar時會生成高速電子，因此該電子會使NH3容易解離，來有效率地生成氫原子。
圖9係顯示氫原子所造成之2個尖峰的強度比與相對於0.5%氟酸水溶液之矽氮化膜的濕蝕刻率之關係的一例之圖表。縱軸表示強度比([氫原子所造成之尖峰波長656.2nm的尖峰強度]/[氫原子所造成之尖峰波長486.1nm的尖峰強度])。橫軸表示用以生成電漿P之氣體G的種類。圖9中顯示了將所形成之矽氮化膜以0.5%氟酸水溶液來濕蝕刻時的濕蝕刻率。該值為使得使用WVG(Wet Vapor Generator)而在950℃下將矽熱氧化所獲得之熱氧化膜的濕蝕刻率為1之情況下的相對值。若為高品質的緻密矽氮化膜之情況，則濕蝕刻率的值便會是1以下。如圖9所示，在氣體1中矽氮化膜的濕蝕刻率為0.53，強度比為4.65。在氣體2中矽氮化膜的濕蝕刻率為0.48，強度比為5.02。在氣體3中矽氮化膜的濕蝕刻率為0.49，強度比為4.70。在氣體4中矽氮化膜的濕蝕刻率為1.1，強度比為4.33。由圖9的圖表可得知隨著強度比愈大，則矽氮化膜的濕蝕刻率會愈小(矽氮化膜的膜質提高而變得緻密)。亦即，若強度比愈大，則矽氮化膜的濕蝕刻率會單純地減少。可確認到若該強度比愈大，則會生成有愈多的NH2自由基。且可確認到藉由該NH2自由基來進行氮化製程，則矽氮化膜的膜質會提高。
此情況下，相對於電漿氣體(Ar+N2)之NH3氣體的流量比在氣體1中為0.15，在氣體2中為0.5，在氣體3中為0.5，而在氣體4中則為1。適當的流量比為小於1，較佳為0.8以下，更佳為0.5以下但0.05以上。
此外，由FT-IR分析結果可得知藉由原子層沉積法所形成之矽氮化膜係較藉由減壓化學氣層成長(LPCVD)法所形成之矽氮化膜含有較多的Si-NH基鍵結。又，由SIMS分析結果可得知藉由原子層沉積法所形成之矽氮化膜中的氫原子含量係較藉由LPCVD法所形成之矽氮化膜中的氫原子含量要多。另一方面，藉由LPCVD法所形成之矽氮化膜的濕蝕刻率係較藉由原子層沉積法所形成之矽氮化膜的濕蝕刻率要小。因此可得知若矽氮化膜中的氫原子含量愈多，則矽氮化膜的濕蝕刻率便會愈大(矽氮化膜的膜質降低)。
圖10係顯示氫原子所造成之1個尖峰的強度與相對於0.5%氟酸水溶液之矽氮化膜的濕蝕刻率之關係的一例之圖表。縱軸表示氫原子所造成之尖峰波長656.2nm的尖峰強度。橫軸表示電漿生成用的氣體G的種類。由圖10可得知尖峰強度在矽氮化膜的濕蝕刻率為1.1之氣體4與矽氮化膜的濕蝕刻率為0.49為之氣體3之間幾乎未改變。又，矽氮化膜的濕蝕刻率為0.53之氣體1的尖峰強度係較矽氮化膜的濕蝕刻率為0.49之氣體3的尖峰強度要來得大。亦即，尖峰強度與矽氮化膜的濕蝕刻率之間並不具有如圖9般強度比與矽氮化膜的濕蝕刻率之間的相關關係。因此，被認為僅由氫原子所造成之尖峰波長656.2nm的尖峰強度，會難以預測矽氮化膜的膜質。
關於氫原子所造成之尖峰波長486.1nm的尖峰強度，亦可見到與圖10同樣的傾向。因此，被認為僅由氫原子所 造成之尖峰波長486.1nm的尖峰強度，會難以預測矽氮化膜的膜質。又，圖8所示之N2所造成之尖峰波長337.1nm的尖峰強度與矽氮化膜的濕蝕刻率之間亦不具有圖9般強度比與矽氮化膜的濕蝕刻率之間的相關關係。因此，被認為僅由N2所造成之尖峰波長337.1nm的尖峰強度，會難以預測矽氮化膜的膜質。
圖11係概略顯示一實施型態之電漿處理裝置之剖視圖。圖11所示之電漿處理裝置10A除了以下的相異點以外，係具備有與電漿處理裝置10相同的結構。
電漿處理裝置10A係具備有取代頭部44之甜甜圈狀頭部44b。頭部44b係藉由支撐部46a而被加以支撐。亦可使頭部44b在XY平面上旋轉。
頭部44b具有環部44r，該環部44r係朝向基板W中央而形成有用以將原子層沉積用原料氣體(前驅物)及吹淨氣體供應至基板W上之氣體供應口。環部44r係由例如石英所構成。原料氣體係包含有例如含矽化合物。吹淨氣體係包含有例如Ar氣體、氮氣等之非活性氣體。環部44r係沿著基板W的外周所配置。環部44r係連接有原子層沉積用的原料氣體供應源52與吹淨氣體供應源54，且與該等相連通。原料氣體及吹淨氣體係分別從原料氣體供應源52及吹淨氣體供應源54被供應至頭部44b，再從環部44r朝向內側被供應至基板W上。
電漿處理裝置10A中，介電體窗34的下面係形成有凹部34a。藉由微波的駐波會受到抑制，則微波便會穿透介電 體窗34而有效率地被導入至腔室12內。其結果，便可生成均勻的電漿P。介電體窗34係形成有電漿處理用的氣體供應口12d。氣體供應口12d係貫穿介電體窗34及槽孔板32的中央而與內側導波管24a相連通。從氣體供應源36所供應之氣體G亦可經由內側導波管24a內而從氣體供應口12d被供應至處理室12內。從氣體供應口12d係供應有NH3氣體、N2氣體、Ar氣體等之氮化氣體、電漿生成用氣體、吹淨用氣體。
電漿處理裝置10A中，複數電漿處理用的氣體供應口12b係沿著處理室12側壁的環狀區域所形成。氣體供應口12b係以連通於處理室12側壁的內部所形成之環狀空隙之型態，而從處理室12的外側朝向中心均等且放射狀地形成。從氣體供應口12b係供應有N2氣體、Ar氣體等之電漿生成用氣體、吹淨用氣體。亦可供應有NH3氣體等之氮化氣體。
電漿處理裝置10A係具備有於環狀的環組件形成有電漿處理用氣體供應口之邊緣環12e。在邊緣環12e處，氣體供應口12b係朝向基板W而朝向腔室12內中央均等地形成。邊緣環12e係由例如石英所構成。從氣體供應源36所供應之氣體G亦可從邊緣環12e被供應至處理室12內。從氣體供應口12e係供應有NH3氣體、N2氣體、Ar氣體等之氮化氣體、電漿生成用氣體、吹淨用氣體。
從氣體供應口12b、12d及邊緣環12e所供應之氣體G的氣體種類、氣體流量、流量比及氣體導入時間等可分別獨立地控制。
圖12係概略顯示一實施型態之電漿處理方法之時序圖。本實施型態之電漿處理方法係包含有使用藉由上述電漿評估方法所評估的電漿P，來對吸附在基板W上的層施予電漿處理之步驟。藉此，基板W上便會形成有良好膜質的氮化膜。
上述電漿處理方法係使用例如電漿處理裝置10A，而重複進行下述步驟1~4。藉以形成厚度為例如1~15nm的氮化膜。
(步驟1)在處理室12內，使例如二氯矽烷等原料氣體吸附在基板W上而生成含矽化合物(時刻t1~t2)。在一範例中，原料氣體係包含有Ar(從氣體供應口12b的流量：900sccm)、N2(從氣體供應口12b的流量：900sccm)及二氯矽烷(從環部44r的流量：280sccm)。
(步驟2)依需要而將處理室12內真空抽氣(時刻t2~t3)後，藉由吹淨氣體來去除多餘吸附的原料氣體(時刻t3~t4)。在一範例中，吹淨氣體係包含有Ar(從氣體供應口12b的流量：900sccm，從氣體供應口12d及邊緣環12e的流量：500sccm，從環部44r的流量：500sccm)、N2(從氣體供應口12b的流量：900sccm)及氯氣(從氣體供應口12d及邊緣環12e的流量：400sccm)。
(步驟3)使用例如氨氣等之氣體G所生成的電漿P，來對吸附在基板W上之原料氣體(含矽化合物)所構成的層施予電漿氮化處理(時刻t4~t5)。電漿P係藉由開啟微波的功率(例如4000W)而生成。
(步驟4)依需要而將處理室12內真空抽氣(時刻t5~t6)後，藉由吹淨氣體來去除殘留在處理室12內的氣體(時刻t6~t7)。步驟4的吹淨氣體亦可與步驟2的吹淨氣體相同。
以上述步驟1~4作為1個循環，便會形成有期望膜厚(例如1~15nm)的矽氮化膜。
進行上述步驟1~4之前，亦可使用含有氮原子及氫原子之氣體G所生成的電漿P來預先對基板W施予電漿氮化處理。
圖9及圖10之實施例中的矽氮化膜係藉由圖11的電漿處理裝置10A所形成。圖13係顯示形成矽氮化膜時的氣體流量一例之圖表。圖13係顯示實施例1~6中，在後述步驟3中從氣體供應口12b、12d及邊緣環12e所供應之氣體G所包含之各氣體的流量。一範例中，電漿處理中的處理室12內壓力為5Torr，溫度為400℃。實施例1~6中，從環部44r的Ar流量為例如100sccm。實施例1~4係對應於圖9及圖10之實施例中形成矽氮化膜時的氣體流量。
以上，雖已針對本發明之較佳實施型態詳細地說明，但本發明未限定於上述實施型態。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理室
16‧‧‧電漿產生器
26‧‧‧輻射狀槽孔天線
36‧‧‧氣體供應源
56‧‧‧控制部
70‧‧‧光檢測器
G‧‧‧含有氮原子及氫原子之氣體
P‧‧‧電漿
圖1係概略顯示一實施型態之電漿處理裝置之剖視圖。
圖2係概略顯示一實施型態之電漿處理裝置之剖視圖。
圖3為從Z方向所觀看到一實施型態之電漿處理裝置的槽孔板之圖式。
圖4係顯示一實施型態之電漿評估方法的各步驟之流程圖。
圖5係顯示電漿發光強度的光頻譜一例之圖表。
圖6係顯示圖5所示之光頻譜的一部分之圖表。
圖7係顯示圖5所示之光頻譜的一部分之圖表。
圖8係顯示圖5所示之光頻譜的一部分之圖表。
圖9係顯示氫原子所造成之2個尖峰的強度比與相對於0.5%氟酸水溶液之矽氮化膜的濕蝕刻率之關係的一例之圖表。
圖10係顯示氫原子所造成之1個尖峰的強度與相對於0.5%氟酸水溶液之矽氮化膜的濕蝕刻率之關係的一例之圖表。
圖11係概略顯示一實施型態之電漿處理裝置之剖視圖。
圖12係概略顯示一實施型態之電漿處理方法之時序圖
圖13係顯示形成矽氮化膜時的氣體流量一例之圖表。
S1‧‧‧檢測電漿發光
S2‧‧‧強度比為基準值以上？
S3‧‧‧改變電漿條件

Claims (8)

  1. 一種電漿評估方法，係評估藉由原子層沉積法來形成氮化膜的電漿之電漿評估方法；其包含以下步驟：檢測來自含有氮原子及氫原子之氣體所生成之該電漿的發光之步驟；以及使用將所檢測之該發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於該第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比，與預先從該強度比與表示該氮化膜膜質之指標的關係所計算出之基準值相比較後的結果，來進行該電漿的評估之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿評估方法，其中該第1尖峰的尖峰波長為656.2nm，該第2尖峰的尖峰波長為486.1nm。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿評估方法，其另包含在進行該電漿的評估之步驟後，若該強度比小於該基準值的情況，則改變該電漿的條件來使該強度比為該基準值以上之步驟。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿評估方法，其係在改變該電漿的條件之步驟後，回到檢測來自該電漿的發光之步驟。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電漿評估方法，其中該電漿係藉由微波所生成。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿評估方法，其中該電 漿係由輻射狀槽孔天線所生成。
  7. 一種電漿處理方法，係包含有使用藉由如申請專利範圍第1至6項中任一項之電漿評估方法所評估的該電漿，來對吸附在基板上的層施予電漿處理之步驟。
  8. 一種電漿處理裝置，係藉由原子層沉積法來形成氮化膜之電漿處理裝置，其具備有：處理室；氣體供應源，係對該處理室內供應含有氮原子及氫原子之氣體；電漿產生器，係在該處理室內產生自該氣體所生成的電漿；光檢測器，係檢測來自該電漿的發光；以及控制部，係使用將所檢測之該發光強度的光頻譜中氫原子造成的第1尖峰與相異於該第1尖峰之氫原子造成的第2尖峰之強度比，與預先從該強度比與表示該氮化膜膜質之指標的關係所計算出之基準值相比較後的結果，來進行該電漿的評估。
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