專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置、等離子體氮化處理方法、控制程序和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有在硅層上形成熱氧化膜的工序的半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置、等離子體氮化處理方法、控制程序和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，在半導(dǎo)體裝置的制造工序等中，在硅層、例如構(gòu)成電極的多晶硅層上，依次疊層形成絕緣層(例如CVD氧化膜等)，此后，通過(guò)使用光刻法的蝕刻工序等，將多晶硅層和其上的CVD氧化膜等圖案化為規(guī)定形狀，然后，通過(guò)熱氧化，在露出的多晶硅層的側(cè)壁部等上形成氧化膜。
但是，在上述那樣的半導(dǎo)體裝置的制造工序中，存在會(huì)產(chǎn)生所謂的鳥(niǎo)嘴(bird’s beak)的問(wèn)題，即在多晶硅層與CVD氧化膜等的界面部分，熱氧化會(huì)進(jìn)行到多晶硅層的兩端部的內(nèi)部。這樣的鳥(niǎo)嘴不是受到控制的氧化而是氧化膜在局部變厚，并且其量也有偏差，因此，會(huì)產(chǎn)生半導(dǎo)體裝置的性能劣化、性能產(chǎn)生偏差等不良影響。
另外，為了解決上述問(wèn)題，已知有如下方法依次形成多晶硅層、CVD氧化膜等，在氨氣氣氛中進(jìn)行熱處理，由此，在多晶硅層與CVD氧化膜的界面部分以及氧化膜表面上形成氮化層(參照專利文獻(xiàn)1)。
但是，這樣的熱處理例如在700℃等的高溫下進(jìn)行處理，因此，多晶硅層與氧化膜的界面的端部被氧化而變厚。因此，存在如下問(wèn)題有可能對(duì)下一代的半導(dǎo)體裝置的制造工序全體帶來(lái)熱影響，不能精度良好地控制均勻的極薄的氮化層，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的性能提高和穩(wěn)定化而不優(yōu)選。
如上所述，在以往，有在多晶硅層與CVD氧化膜等的界面部分等產(chǎn)生鳥(niǎo)嘴的問(wèn)題，為了解決該問(wèn)題，需要高溫的熱處理，因此，要求開(kāi)發(fā)能夠利用更低溫度的工序抑制鳥(niǎo)嘴的產(chǎn)生、并形成均勻的極薄的氮化區(qū)域的半導(dǎo)體裝置的制造方法和半導(dǎo)體裝置。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平10-335500號(hào)專利公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了應(yīng)對(duì)上述那樣以往的情況而做出，提供與以往相比，因?yàn)橛玫入x子體處理進(jìn)行，所以能夠利用更低溫度的工序抑制鳥(niǎo)嘴的產(chǎn)生的半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置、等離子體氮化處理方法、控制程序和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面的一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括利用具有多個(gè)縫隙(slot)的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)，產(chǎn)生處理氣體的等離子體，利用該等離子體在被處理基板的包含硅的層上形成氮化區(qū)域的氮化區(qū)域形成工序；和將上述氮化區(qū)域作為氧化阻擋層，利用熱處理在上述被處理基板的上述包含硅的層上形成氧化膜的熱氧化膜形成工序。
另外，本發(fā)明第二方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第一方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在上述包含硅的層的表面上形成上述氮化區(qū)域，利用蝕刻工序在露出的上述包含硅的層的側(cè)壁部上形成上述氧化膜。
另外，本發(fā)明第三方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第一方面或第二方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，上述包含硅的層由多晶硅構(gòu)成，進(jìn)行上述氮化區(qū)域形成工序10秒以上。
另外，本發(fā)明第四方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第三方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，進(jìn)行上述氮化區(qū)域形成工序30秒以上。
另外，本發(fā)明第五方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第一方面或第二方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，上述包含硅的層由氧化硅構(gòu)成，進(jìn)行上述氮化區(qū)域形成工序60秒以上。
另外，本發(fā)明第六方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第五方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，進(jìn)行上述氮化區(qū)域形成工序90秒以上。
另外，本發(fā)明第七方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第一方面～第六方面中任一方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在100℃～600℃的處理溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行上述氮化區(qū)域形成工序。
另外，本發(fā)明第八方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第一方面～第七方面中任一方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，上述處理氣體包含氮?dú)夂拖∮袣怏w。
另外，本發(fā)明第九方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在第八方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，上述稀有氣體為氬氣、氙氣、氪氣中的任一個(gè)。
另外，本發(fā)明第十方面的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，使用第一方面～第九方面中任一方面所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造。
另外，本發(fā)明第十一方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)，產(chǎn)生處理氣體的等離子體，利用該等離子體在被處理基板的包含硅的層上，形成在作為后工序的熱處理工序中作為氧化阻擋層起作用的氮化區(qū)域。
另外，本發(fā)明第十二方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十一方面所述的等離子體氮化處理方法中，上述包含硅的層由多晶硅構(gòu)成，進(jìn)行上述形成氮化區(qū)域的工序10秒以上。
另外，本發(fā)明第十三方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十二方面所述的等離子體氮化處理方法中，進(jìn)行上述形成氮化區(qū)域的工序30秒以上。
另外，本發(fā)明第十四方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十一方面所述的等離子體氮化處理方法中，上述包含硅的層由氧化硅構(gòu)成，進(jìn)行上述形成氮化區(qū)域的工序60秒以上。
另外，本發(fā)明第十五方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十四方面所述的等離子體氮化處理方法中，進(jìn)行上述形成氮化區(qū)域的工序90秒以上。
另外，本發(fā)明第十六方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十一方面～第十五方面中任一方面所述的等離子體氮化處理方法中，在100℃～600℃的處理溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行上述氮化區(qū)域形成工序。
另外，本發(fā)明第十七方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十一方面～第十六方面中任一方面所述的等離子體氮化處理方法中，上述處理氣體包含氮?dú)夂拖∮袣怏w。
另外，本發(fā)明第十八方面的等離子體氮化處理方法，其特征在于，在第十七方面所述的等離子體氮化處理方法中，上述稀有氣體為氬氣、氙氣、氪氣中的任一個(gè)。
另外，本發(fā)明第十九方面的控制程序，其特征在于，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，在執(zhí)行時(shí)，控制等離子體處理裝置，進(jìn)行第十一方面～第十八方面中任一方面所述的等離子體氮化處理方法。
另外，本發(fā)明第二十方面的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的控制程序，其特征在于，上述程序在執(zhí)行時(shí)，控制等離子體處理裝置，進(jìn)行第十一方面～第十八方面中任一方面所述的等離子體氮化處理方法。


圖1是將本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片的主要部分結(jié)構(gòu)放大表示的圖。
圖2是表示對(duì)由氮化處理產(chǎn)生的作為氧化阻擋層的效果進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果的圖。
圖3是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的等離子體處理裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示圖3的等離子體處理裝置的主要部分結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示圖3的等離子體處理裝置中的氮化處理的工序的圖。
圖6是將本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體晶片的主要部分結(jié)構(gòu)放大表示的圖。
圖7是表示圖3的等離子體處理裝置中的氮化處理工序的圖。
圖8是表示對(duì)氮化處理的作為氧化阻擋層的效果進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果的圖。
圖9是表示氮化處理中的平均氮濃度及其偏差的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，通過(guò)實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)情況。
圖1是將作為用于制造本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的被處理基板的晶片W的截面結(jié)構(gòu)放大表示的圖。在圖1(a)中，111是硅層，例如由構(gòu)成電極的多晶硅構(gòu)成。110是它的基底層，由絕緣膜例如柵極氧化膜或隧道氧化膜等構(gòu)成。
在本實(shí)施方式中，在該多晶硅層111的表面上，如圖1(b)所示，形成極薄的氮化區(qū)域112。利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)，產(chǎn)生處理氣體的等離子體，利用該等離子體，對(duì)多晶硅層111的表面進(jìn)行氮化處理，均勻地形成該氮化區(qū)域112。關(guān)于該氮化處理工序，將在后面詳細(xì)地說(shuō)明。
接著，如圖1(c)所示，在氮化區(qū)域112上，例如形成CVD氧化膜(SiO2)113等。此后，根據(jù)需要，在CVD氧化膜113上，適當(dāng)?shù)丿B層形成氮化膜(SiN)、CVD氧化膜、多晶硅膜、絕緣膜等。例如，當(dāng)形成非易失性存儲(chǔ)元件時(shí)，依次形成ONO結(jié)構(gòu)的絕緣膜和作為其上的控制柵的多晶硅層等。在多晶硅層中摻雜有P、B、As等摻雜劑。
然后，在將用于形成需要的元件結(jié)構(gòu)的層疊層之后，如圖1(d)所示，通過(guò)使用光刻法的蝕刻工序等，將多晶硅層111、氮化區(qū)域112、CVD氧化膜113(和根據(jù)需要在CVD氧化膜113上形成的各層)圖案化為規(guī)定形狀，然后，在露出的多晶硅層111的側(cè)壁部等上，通過(guò)例如900℃左右的熱氧化，形成熱氧化膜114。此時(shí)，在多晶硅層111與CVD氧化膜113之間，均勻地形成氮化區(qū)域112，該氮化區(qū)域112作為氧化阻擋層起作用，因此，熱氧化對(duì)該多晶硅層端部的作用被抑制，能夠抑制鳥(niǎo)嘴的產(chǎn)生。
接著，參照?qǐng)D3，對(duì)在上述本實(shí)施方式的氮化區(qū)域112的形成工序中使用的等離子體處理裝置100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。等離子體處理裝置100被構(gòu)成為利用以規(guī)定圖案形成有多個(gè)縫隙的平面天線(RadialLine Slot Antenna徑向線縫隙天線)將從微波發(fā)生源導(dǎo)出的微波放射到腔室內(nèi)以形成等離子體的RLSA微波等離子體處理裝置。
該等離子體處理裝置100具有氣密地構(gòu)成、并被接地的大致圓筒狀的腔室1。在腔室1的底壁1a的大致中央部形成有圓形的開(kāi)口部10，在底壁1a中設(shè)置有與該開(kāi)口部10連通、并向下方突出的排氣室11。在腔室1內(nèi)設(shè)置有用于水平地支撐作為被處理基板的晶片W的由AlN等陶瓷構(gòu)成的基座2。該基座2由從排氣室11的底部中央向上方延伸的圓筒狀的由AlN等陶瓷構(gòu)成的支撐部件3支撐。在基座2的外邊緣部設(shè)置有用于引導(dǎo)晶片W的導(dǎo)向環(huán)4。另外，在基座2中埋入有電阻加熱型的加熱器5，該加熱器5通過(guò)從加熱電源6供電而對(duì)基座2進(jìn)行加熱，利用該熱對(duì)作為被處理基板的晶片W進(jìn)行加熱。此時(shí)，能夠在例如從室溫到800℃的范圍內(nèi)進(jìn)行溫度控制。此外，在腔室1的內(nèi)周，設(shè)置有由電介質(zhì)、例如石英構(gòu)成的圓筒狀的襯墊7。另外，以包圍基座2下部周圍的方式設(shè)置有設(shè)有排氣用的多個(gè)開(kāi)孔的擋板12。
在基座2中，相對(duì)于基座2的表面能夠突出沒(méi)入地設(shè)置有用于支撐晶片W并使其升降的晶片支撐銷(未圖示)。
在腔室1的側(cè)壁上設(shè)置有形成環(huán)狀的氣體導(dǎo)入部件15，氣體供給系統(tǒng)16與該氣體導(dǎo)入部件15連接。氣體導(dǎo)入部件15也可以配置成噴淋器狀。該氣體供給系統(tǒng)16具有Ar氣供給源17和N2氣供給源18，這些氣體分別通過(guò)氣體管線20到達(dá)氣體導(dǎo)入部件15，從氣體導(dǎo)入部件15導(dǎo)入到腔室1內(nèi)。此外，在各個(gè)氣體管線20中設(shè)置有質(zhì)量流量控制器21和在其前后的開(kāi)關(guān)閥22。
排氣管23與上述排氣室11的側(cè)面連接，包含高速真空泵的排氣裝置24與該排氣管23連接。于是，通過(guò)使該排氣裝置24運(yùn)轉(zhuǎn)，將腔室1內(nèi)的氣體排出到排氣室11的空間11a內(nèi)，通過(guò)排氣管23進(jìn)行排氣。由此，腔室1內(nèi)能夠高速減壓至規(guī)定的真空度、例如0.133Pa。
在腔室1的側(cè)壁上設(shè)置有用于在與鄰接于等離子體處理裝置100的搬送室(未圖示)之間進(jìn)行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口25、和開(kāi)關(guān)該搬入搬出口25的閘閥26。
腔室1的上部成為開(kāi)口部，沿該開(kāi)口部的周邊部設(shè)置有環(huán)狀的支撐部27，在該支撐部27上，通過(guò)密封部件29氣密地設(shè)置有由電介質(zhì)、例如石英、Al2O3等陶瓷構(gòu)成的透過(guò)微波的微波透過(guò)板28。從而，使腔室1內(nèi)保持氣密。
在微波透過(guò)板28的上方，以與基座2相對(duì)的方式設(shè)置有圓板狀的平面天線部件31。該平面天線部件31與支撐部27的上端卡止。平面天線部件31成為由導(dǎo)體、例如表面鍍有銀或金的銅板或鋁板構(gòu)成、并以規(guī)定圖案貫通形成有多個(gè)微波放射孔(縫隙)32的結(jié)構(gòu)。該微波放射孔32，例如如圖4所示，形成長(zhǎng)槽狀，以鄰接的微波放射孔32彼此交叉的方式、典型地以如圖所示正交的方式(呈“T”字狀)配置，這些多個(gè)微波放射孔32呈同心圓狀配置。即，平面天線部件31構(gòu)成RLSA天線。微波放射孔32的長(zhǎng)度和排列間隔，根據(jù)微波的波長(zhǎng)(λ)決定，例如配置成微波放射孔32的間隔為λ/4、λ/2或λ。另外，微波放射孔32也可以是圓形狀、圓弧狀等其它形狀。另外，微波放射孔32的配置形狀沒(méi)有特別的限定，除了同心圓狀以外，例如也能夠配置成螺旋狀、放射狀等。在該平面天線部件31的上面，設(shè)置有由具有比真空大的介電常數(shù)的電介質(zhì)、例如石英等構(gòu)成的滯波材料33。
在腔室1的上面，以覆蓋這些平面天線部件31和滯波材料33的方式，設(shè)置有例如由鋁或不銹鋼等金屬材料構(gòu)成的屏蔽蓋體34。腔室1的上面和屏蔽蓋體34由密封部件35密封。在屏蔽蓋體34中形成有冷卻水流路34a。此外，屏蔽蓋體34被接地。
在屏蔽蓋體34上壁的中央形成有開(kāi)口部36，波導(dǎo)管37與該開(kāi)口部36連接。微波發(fā)生裝置39通過(guò)匹配電路38與該波導(dǎo)管37的端部連接。由此，由微波發(fā)生裝置39產(chǎn)生的例如頻率2.45GHz的微波通過(guò)波導(dǎo)管37向上述平面天線部件31傳播。此外，作為微波的頻率，也能夠用8.35GHz、1.98GHz等。
波導(dǎo)管37包括從上述屏蔽蓋體34的開(kāi)口部36向上方延伸的截面為圓形狀的同軸波導(dǎo)管37a和在水平方向延伸的截面為矩形狀的矩形波導(dǎo)管37b。在它們之間設(shè)置有模式變換器40。內(nèi)導(dǎo)體41在同軸波導(dǎo)管37a的中心延伸，它的下端部與平面天線部件31的中心連接固定。
等離子體處理裝置100的各結(jié)構(gòu)部與處理控制器50連接并被其控制。用戶接口51與處理控制器50連接，該用戶接口51由工序管理者為了管理等離子體處理裝置100而進(jìn)行命令的輸入操作等的鍵盤、和將等離子體處理裝置100的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況可視化并進(jìn)行顯示的顯示器等構(gòu)成。
另外，存儲(chǔ)部52與處理控制器50連接，該存儲(chǔ)部52存儲(chǔ)有用于通過(guò)處理控制器50的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)由等離子體處理裝置100執(zhí)行的各種處理的控制程序、和用于根據(jù)處理?xiàng)l件而在等離子體處理裝置100的各結(jié)構(gòu)部中執(zhí)行處理的控制程序即方案。方案可以存儲(chǔ)在硬盤、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)中，也可以以存儲(chǔ)在CDROM、DVD等可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)中的狀態(tài)設(shè)置在存儲(chǔ)部52的規(guī)定位置。另外，也可以從其它裝置、例如通過(guò)專用線路適當(dāng)?shù)貍魉头桨浮?br> 于是，根據(jù)需要，按照來(lái)自用戶接口51的指示等，從存儲(chǔ)部52調(diào)出任意的方案并由處理控制器50執(zhí)行，由此，在處理控制器50的控制下，在等離子體處理裝置100中進(jìn)行期望的處理。
接著，參照?qǐng)D5的流程圖，對(duì)由這樣構(gòu)成的等離子體處理裝置100進(jìn)行的等離子體氮化處理進(jìn)行說(shuō)明。
首先，打開(kāi)閘閥26，從搬入搬出口25，將形成有上述多晶硅層111的圖1(a)的狀態(tài)的晶片W(基板)搬入到腔室1內(nèi)，并載置在基座2上，對(duì)晶片W進(jìn)行加熱(工序1)。
接著，為了排除腔室1內(nèi)的氧，對(duì)腔室1內(nèi)進(jìn)行抽真空(工序2)。在該情況下，也可以一邊供給Ar、N2等不含氧的不活潑氣體一邊進(jìn)行抽真空。從氣體供給系統(tǒng)16的Ar氣供給源17，以規(guī)定的流量通過(guò)氣體導(dǎo)入部件15將Ar氣導(dǎo)入到腔室1內(nèi)(工序3)。利用該Ar氣的流量調(diào)整腔室1內(nèi)的壓力(工序4)，使其成為等離子體容易點(diǎn)火的高壓狀態(tài)。作為此時(shí)的壓力，優(yōu)選使用13.3～267Pa的范圍，例如66.6Pa、126Pa。此外，此時(shí)的壓力比后述的等離子體氮化處理時(shí)的壓力高。
接著，使微波向腔室1內(nèi)放射，進(jìn)行等離子體點(diǎn)火(工序5)。此時(shí)，首先，經(jīng)過(guò)匹配電路38將來(lái)自微波發(fā)生裝置39的微波導(dǎo)入波導(dǎo)管37。微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管37b、模式變換器40、和同軸波導(dǎo)管37a，呈放射狀均勻地供給至平面天線部件31，從平面天線部件31的縫隙32經(jīng)過(guò)微波透過(guò)板28向腔室1內(nèi)的晶片W的上方空間放射。這樣，利用放射到腔室1內(nèi)的微波，在腔室1內(nèi)，Ar氣等離子體化。此時(shí)的微波功率優(yōu)選為1000～3000W，例如為1600W。在等離子體點(diǎn)火后，腔室1內(nèi)的壓力被調(diào)整至例如12.0Pa。
在等離子體點(diǎn)火后，從氣體供給系統(tǒng)16的N2氣供給源18，以規(guī)定流量通過(guò)氣體導(dǎo)入部件15將N2氣導(dǎo)入到腔室1內(nèi)，利用放射至腔室1內(nèi)的微波，將N2氣等離子體化(工序6)。
利用這樣形成的Ar氣和N2氣的等離子體，對(duì)在晶片W上形成的多晶硅層進(jìn)行氮化處理，形成氮化區(qū)域(工序7)。作為此時(shí)的壓力，優(yōu)選使用1.33Pa～399Pa的范圍，例如采用12Pa。作為處理溫度，優(yōu)選為100～600℃，更優(yōu)選為300～500℃，例如采用400℃。另外，作為氣體流量，優(yōu)選Ar氣200～3000sccm、N2氣1～200sccm的范圍，例如，采用Ar氣1000sccm、N2氣40sccm的流量。
另外，Ar氣與N2氣的流量比，優(yōu)選為Ar/N2＝1.0～300的范圍，更優(yōu)選為10～100的范圍。另外，此時(shí)的處理時(shí)間，優(yōu)選為10秒以上，進(jìn)一步優(yōu)選為30秒以上，例如為60秒。多晶硅層表面的氮化只要氮化0.1nm數(shù)量級(jí)(幾埃)以上的厚度即可，優(yōu)選1nm以上。
這樣進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的氮化處理后，停止微波的放射，將等離子體熄滅(工序8)，一邊抽真空一邊停止供給氣體(工序9)，結(jié)束氮化處理的順序(sequence)。
此外，在以上的工序中，表示了先導(dǎo)入Ar氣、等離子體點(diǎn)火后再導(dǎo)入N2氣的順序，但是只要能夠等離子體點(diǎn)火，也可以同時(shí)導(dǎo)入Ar氣和N2氣后等離子體點(diǎn)火。
以上那樣的微波等離子體為等離子體密度大致1×1010～5×1012/cm3以上、并且0.5～1.5eV的低電子溫度等離子體，能夠進(jìn)行控制，使得通過(guò)上述那樣的低溫(例如40℃)并且短時(shí)間的處理，在多晶硅層的表面部分，具體地說(shuō)，在從表面至5nm以下、優(yōu)選至3nm的極表面附近的表面部分，形成高氮濃度的氮化區(qū)域，而且具有離子等對(duì)基底膜的等離子體損傷小等優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)檫@樣利用高密度等離子體以低溫、短時(shí)間進(jìn)行氮化膜處理，所以能夠高精度地控制氮化區(qū)域的氮分布，從而能夠形成優(yōu)質(zhì)的耐氧化性阻擋層。
圖2是將增加膜厚作為縱軸，將氮化處理時(shí)間作為橫軸，表示由上述的氮化區(qū)域形成工序(處理溫度400℃)形成的氮化區(qū)域的作為氧化阻擋層的效果，是實(shí)際進(jìn)行熱氧化、調(diào)查再氧化狀態(tài)的結(jié)果。增加膜厚是氮化膜厚與氧化處理后的膜厚之差。膜厚用光學(xué)膜厚計(jì)(橢圓偏振儀)進(jìn)行測(cè)量。如該圖2所示，以形成熱氧化膜的條件(在O2氣氛中、在850℃的溫度下、10分鐘)，對(duì)沒(méi)有氮化區(qū)域的硅基板進(jìn)行熱氧化處理，形成9nm的氧化膜。接著，利用上述的等離子體處理，對(duì)硅基板表面進(jìn)行30秒、90秒、180秒的氮化處理，形成氮化區(qū)域，同樣在O2氣氛中、在850℃的溫度下對(duì)硅基板進(jìn)行10分鐘的熱處理時(shí)，膜厚約為0.3、0.23、0.21nm，得到在硅與氮化膜的界面上幾乎不形成氧化膜的結(jié)果。界面的增加膜厚的厚度在0.1nm數(shù)量級(jí)(幾埃)以下的水平是良好的。這樣，在本實(shí)施方式中能夠確認(rèn)，通過(guò)等離子體氮化處理，能夠形成具有充分效果的氮化區(qū)域作為氧化阻擋層。
如以上所述，在本實(shí)施方式中，通過(guò)增加低溫的等離子體氮化處理，能夠形成具有充分效果的氮化區(qū)域作為氧化阻擋層，由此，在作為后工序的熱氧化工序中，能夠抑制熱氧化膜進(jìn)入硅層端部的鳥(niǎo)嘴的產(chǎn)生。所以，與以往相比，能夠穩(wěn)定地制造更高性能的半導(dǎo)體裝置。
圖6是將本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的形成非易失性存儲(chǔ)元件時(shí)的晶片W的截面結(jié)構(gòu)放大表示的圖。如圖6所示，在晶片W的表面上，從下側(cè)開(kāi)始依次形成有隧道氧化膜210和多晶硅層211，在該多晶硅層211的表面上，與上述的實(shí)施方式同樣，通過(guò)等離子體氮化處理形成有極薄的氮化區(qū)域212。在氮化區(qū)域212上，形成有由氧化膜(SiO2膜)213、氮化膜(SiN膜)214、氧化膜(SiO2膜)215構(gòu)成的ONO結(jié)構(gòu)的絕緣膜，在氧化膜215的表面上，通過(guò)與上述實(shí)施方式同樣的等離子體氮化處理，形成有極薄的氮化區(qū)域216。在該氮化區(qū)域216上，形成有作為控制柵的多晶硅層217。
而且，在這些層的側(cè)壁部和多晶硅層217的表面等上，例如通過(guò)900℃左右的熱氧化形成有熱氧化膜218。在這樣結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式中，在多晶硅層211與氧化膜213之間，均勻地形成有氮化區(qū)域212，并且在氧化膜215與多晶硅層217之間形成有氮化區(qū)域216，這些氮化區(qū)域212、216作為氧化阻擋層起作用，因此能夠抑制熱氧化對(duì)多晶硅層211、217端部的作用，從而能夠抑制鳥(niǎo)嘴的產(chǎn)生。在該情況下，也可以代替熱氧化方法，使用本發(fā)明的實(shí)施方式的等離子體裝置，代替N2氣用O2氣的等離子體在側(cè)壁部和多晶硅層的表面上形成氧化膜。因?yàn)槟軌蛟诘蜏叵滦纬?，所以能夠良好地控制膜厚?br> 在上述結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式中，在多晶硅層211上形成氮化區(qū)域212，能夠與上述的實(shí)施方式同樣地進(jìn)行。另外，關(guān)于在氧化膜215上形成氮化區(qū)域216，與上述的實(shí)施方式同樣，能夠使用圖3、4所示的等離子體處理裝置100。即，利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)，產(chǎn)生包含N2氣的處理氣體的等離子體，利用該等離子體，對(duì)氧化膜215的表面進(jìn)行氮化處理，均勻地形成氮化區(qū)域216。
上述的在氧化膜215上形成氮化區(qū)域216，能夠使用等離子體處理裝置100，例如通過(guò)圖7所示的工序進(jìn)行。即，在該工序中，首先，進(jìn)行基板的預(yù)備加熱工序(工序101)。在該預(yù)備加熱工序中，例如以流量2000sccm向腔室1內(nèi)供給氬氣，在將腔室1內(nèi)的壓力維持在例如126.6Pa的狀態(tài)下，使基座溫度為例如500℃，對(duì)基板進(jìn)行規(guī)定時(shí)間(例如70秒)的預(yù)備加熱。此時(shí)，在高壓力(第一壓力)下，基板溫度很快地被加熱。
接著，進(jìn)行氣體和壓力穩(wěn)定化工序(工序102)。在該工序中，開(kāi)始向腔室1內(nèi)供給氮?dú)?流量例如為200sccm)，并且使氬氣的流量緩慢地減少到規(guī)定流量(例如1000sccm)，使腔室1內(nèi)的壓力減少到適合于等離子體點(diǎn)火的壓力(例如66.66Pa)。該工序需要的時(shí)間例如為10秒左右。為了容易進(jìn)行等離子體點(diǎn)火，優(yōu)選為比氮化處理工序高的壓力(第二壓力)。
接著，進(jìn)行等離子體點(diǎn)火工序(工序103)。即，在該工序中，從微波發(fā)生裝置39向腔室1內(nèi)放射比氮化處理時(shí)高的(第一功率)容易點(diǎn)火的規(guī)定功率(例如2000W)的微波，進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火。該工序需要的時(shí)間例如為5秒左右。
接著，進(jìn)行使上述的等離子體作用于氧化膜215以形成氮化區(qū)域216的等離子體氮化處理工序(工序104)。在該處理工序中，使腔室1內(nèi)的壓力為比等離子體點(diǎn)火時(shí)低的規(guī)定壓力(第三壓力(例如20.00Pa))，使微波的功率為比等離子體點(diǎn)火時(shí)低的規(guī)定功率(第二功率(例如1500W))。該工序需要的時(shí)間例如為90秒左右。
當(dāng)上述的處理工序結(jié)束時(shí)，進(jìn)行等離子體熄滅工序(工序105)。在該等離子體熄滅工序中，通過(guò)一邊維持氣體的供給一邊停止微波的供給，將等離子體熄滅。該工序需要的時(shí)間例如為3秒左右。
在通過(guò)上述工序?qū)⒌入x子體熄滅后，最后，停止向腔室1內(nèi)的氣體供給，抽真空，進(jìn)行處理結(jié)束工序(工序108)，結(jié)束一系列的處理工序。
圖8是將增加膜厚作為縱軸，將氮化處理時(shí)間作為橫軸，表示由上述的氮化區(qū)域216形成工序(處理溫度500℃)形成的氮化區(qū)域216的作為氧化阻擋層的效果，是實(shí)際進(jìn)行熱氧化、調(diào)查再氧化狀態(tài)的結(jié)果。增加膜厚是氮化膜厚與氧化處理后的膜厚之差。膜厚用光學(xué)膜厚計(jì)(橢圓偏振儀)進(jìn)行測(cè)量。另外，圖9表示將平均氮濃度和氮濃度的偏差作為縱軸、將氮化處理時(shí)間作為橫軸，對(duì)由上述的氮化區(qū)域216形成工序(處理溫度500℃)形成的氮化區(qū)域216的氮原子的平均濃度及其偏差進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果。此外，在圖9中，上部所示的線表示平均氮濃度，下部所示的線表示氮濃度的偏差。
上述圖8所示的測(cè)定如下進(jìn)行。首先，在O2氣氛中、在850℃的溫度下對(duì)硅基板進(jìn)行10分鐘的熱氧化處理，形成約7nm的氧化膜。接著，利用上述的等離子體處理對(duì)硅基板表面進(jìn)行30秒、90秒、180秒的氮化處理，形成氮化區(qū)域，同樣在O2氣氛中、在850℃的溫度下對(duì)硅基板進(jìn)行10分鐘的熱處理。然后，測(cè)定此時(shí)的氧化膜的增減。結(jié)果，氮化處理時(shí)間為30秒、90秒、180秒時(shí)的各自的增加膜厚分別為3.87、1.47、0.46nm。從該結(jié)果可知，為了形成令人滿意的氧擴(kuò)散阻擋層，優(yōu)選使氮化處理時(shí)間為60秒以上，進(jìn)一步優(yōu)選為90秒以上。另外，上述的結(jié)果與圖9所示的隨著處理時(shí)間而增加的平均氮濃度大致對(duì)應(yīng)。另外，如圖9所示，氮濃度的偏差也隨著處理時(shí)間而減少。這樣，能夠確認(rèn)通過(guò)500℃的低溫氮化處理，能夠形成具有充分效果的氮化區(qū)域作為氧化擴(kuò)散阻擋層。此外，因?yàn)楫?dāng)作為控制柵的多晶硅層217被氧化時(shí)，器件的Vth偏移會(huì)變化，所以，優(yōu)選這樣的Vth偏移不變化的范圍。另外，為了生成很多離子成分，處理時(shí)的壓力優(yōu)選為低壓，優(yōu)選為133Pa以下，更優(yōu)選為13.3Pa以下。處理溫度優(yōu)選為200～600℃的范圍，氬氣與氮?dú)獾牧髁勘?氬氣流量/氮?dú)饬髁?優(yōu)選為1～50的范圍。另外，氮的平均濃度優(yōu)選為2.3×1016atoms/cm2以上，更優(yōu)選為2.4×1016atoms/cm2以上。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置、等離子體氮化處理方法、控制程序和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，能夠用于半導(dǎo)體裝置的制造領(lǐng)域等。所以，具有產(chǎn)業(yè)上的可利用性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)，產(chǎn)生處理氣體的等離子體，利用該等離子體在被處理基板的包含硅的層上形成氮化區(qū)域的氮化區(qū)域形成工序；和將所述氮化區(qū)域作為氧化阻擋層，利用熱處理在所述被處理基板的所述包含硅的層上形成氧化膜的熱氧化膜形成工序。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述包含硅的層的表面上形成所述氮化區(qū)域，利用蝕刻工序在露出的所述包含硅的層的側(cè)壁部上形成所述氧化膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述包含硅的層由多晶硅構(gòu)成，進(jìn)行所述氮化區(qū)域形成工序10秒以上。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于進(jìn)行所述氮化區(qū)域形成工序30秒以上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述包含硅的層由氧化硅構(gòu)成，進(jìn)行所述氮化區(qū)域形成工序60秒以上。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于進(jìn)行所述氮化區(qū)域形成工序90秒以上。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在100℃～600℃的處理溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行所述氮化區(qū)域形成工序。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述處理氣體包含氮?dú)夂拖∮袣怏w。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述稀有氣體為氬氣、氙氣、氪氣中的任一個(gè)。
10.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于使用權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造。
11.一種等離子體氮化處理方法，其特征在于利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)，產(chǎn)生處理氣體的等離子體，利用該等離子體在被處理基板的包含硅的層上，形成在作為后工序的熱處理工序中作為氧化阻擋層起作用的氮化區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于所述包含硅的層由多晶硅構(gòu)成，進(jìn)行所述形成氮化區(qū)域的工序10秒以上。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于進(jìn)行所述形成氮化區(qū)域的工序30秒以上。
14.如權(quán)利要求11所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于所述包含硅的層由氧化硅構(gòu)成，進(jìn)行所述形成氮化區(qū)域的工序60秒以上。
15.如權(quán)利要求14所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于進(jìn)行所述形成氮化區(qū)域的工序90秒以上。
16.如權(quán)利要求11～15中任一項(xiàng)所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于在100℃～600℃的處理溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行所述氮化區(qū)域形成工序。
17.如權(quán)利要求11～16中任一項(xiàng)所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于所述處理氣體包含氮?dú)夂拖∮袣怏w。
18.如權(quán)利要求17所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于所述稀有氣體為氬氣、氙氣、氪氣中的任一個(gè)。
19.一種控制程序，其特征在于在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，在執(zhí)行時(shí)，控制等離子體處理裝置，進(jìn)行權(quán)利要求11～18中任一項(xiàng)所述的等離子體氮化處理方法。
20.一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的控制程序，其特征在于所述程序在執(zhí)行時(shí)，控制等離子體處理裝置，進(jìn)行權(quán)利要求11～18中任一項(xiàng)所述的等離子體氮化處理方法。
全文摘要
通過(guò)利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入處理室內(nèi)、以產(chǎn)生處理氣體的等離子體的氮化處理工序，在多晶硅層(111)的表面上形成氮化區(qū)域(112)。接著，在氮化區(qū)域(112)上形成CVD氧化膜(113)等，將多晶硅層(111)等圖案化為規(guī)定形狀后，將氮化區(qū)域(112)作為氧化阻擋層，通過(guò)熱氧化，在露出的多晶硅層(111)的側(cè)壁部等上形成熱氧化膜(114)。由此，能夠利用溫度比以往更低的工序抑制鳥(niǎo)嘴的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L21/8247GK101069274SQ20068000133
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者北川淳一, 小林岳志 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社