專利名稱：等離子體氮化處理方法
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，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)生所謂的鳥嘴(bird’ s beak)的問題，S卩在多晶硅層與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°C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)生鳥嘴的問題， 為了解決該問題，需要高溫的熱處理，因此，要求開發(fā)能夠利用更低溫度的工序抑制鳥嘴的 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°c 600°C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°C 600°C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?體。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，通過實(shí)施方式說明本發(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， 通過例如900°C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Ia的大致中央部形成有圓形的開口部10，在底壁Ia中設(shè)置有與該開口部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°C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Ila內(nèi)，通過排氣管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、和開關(guān)該搬入搬出口 25的閘閥26。腔室1的上部成為開口部，沿該開口部的周邊部設(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)成的透過微 波的微波透過板28。從而，使腔室1內(nèi)保持氣密。在微波透過板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)U)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口部36，波導(dǎo)管37與該開口部36連接。微波 發(fā)生裝置39通過匹配電路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)有用于通過處理控制器 50的控制來實(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、例如通過專用 線路適當(dāng)?shù)貍魉头桨?。于是，根?jù)需要，按照來自用戶接口 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)行說明。首先，打開閘閥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
8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)過匹配 電路38將來自微波發(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)過微波透過板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°C，更優(yōu)選為300 500°C，例如采用400°C。 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 lOOOsccm、N2 氣 40sccm 的流量。另夕卜，Ar氣與N2氣的流量比，優(yōu)選為Ar/N2 = 1. O 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. Inm數(shù)量級(jí)(幾埃)以上的厚度即可，優(yōu)選Inm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IXlOici 5X1012/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，使得通過上述那樣的低溫(例如 40°C)并且短時(shí)間的處理，在多晶硅層的表面部分，具體地說，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°C )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°C的溫度下、10分鐘)，對(duì)沒有氮化區(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°C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. Inm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，通過增加低溫的等離子體氮化處理，能夠形成具有
9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900°C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。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°C，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lOOOsccm)， 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. OOPa))，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。
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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°C )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°C ) 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°C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°C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500°C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°C的范圍，氬氣與氮?dú)獾牧髁勘?氬氣流量/氮 氣流量)優(yōu)選為1 50的范圍。另外，氮的平均濃度優(yōu)選為2.3X1016atomS/Cm2以上，更 優(yōu)選為 2. 4X 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
一種等離子體氮化處理方法，其特征在于，包括在處理室內(nèi)準(zhǔn)備隔著氧化膜形成有多晶硅層的被處理基板的工序；向所述處理室內(nèi)供給不含氧的不活潑氣體氬氣和氮?dú)?，并進(jìn)行抽真空的工序；使所述處理室內(nèi)的壓力為13.3～267Pa，進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的工序；和在所述等離子體點(diǎn)火后，向所述處理室內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)?，利用具有多個(gè)縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，產(chǎn)生氬氣和氮?dú)獾牡入x子體，利用該等離子體對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行氮化處理，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)域的工序，所述形成氮化區(qū)域的工序在100℃～600℃的處理溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行，所述氮?dú)夂蜌鍤獾牧髁勘葹闅鍤?氮?dú)猓?.0～300，所述形成氮化區(qū)域的工序在1.33Pa～399Pa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1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10秒以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的等離子體氮化處理方法，其特征在于 所述進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的工序的壓力比所述氮化處理的壓力高。
4. 一種等離子體處理方法，其特征在于，包括 將基板搬入到腔室內(nèi)的工序；對(duì)該腔室內(nèi)進(jìn)行抽真空，以將所述腔室內(nèi)的氧排除的工序； 向所述腔室內(nèi)導(dǎo)入Ar氣的工序；調(diào)整所述Ar氣的流量，使該腔室內(nèi)的壓力成為高壓，以使在所述腔室內(nèi)所述Ar氣的等 離子體容易點(diǎn)火的工序；在使所述腔室內(nèi)成為高壓之后，在該腔室內(nèi)進(jìn)行等離子體點(diǎn)火的工序； 在所述等離子體點(diǎn)火之后，向所述腔室內(nèi)導(dǎo)入N2氣，并將該N2氣等離子體化的工序； 利用在所述腔室內(nèi)生成的所述Ar氣與N2氣的等離子體，對(duì)所述基板進(jìn)行氮化處理形 成氮化區(qū)域的工序；將所述等離子體熄滅的工序； 將所述氣體停止的工序；和 對(duì)所述腔室內(nèi)進(jìn)行抽真空的工序，所述等離子體點(diǎn)火工序在比所述氮化處理時(shí)的壓力高的壓力下進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的等離子體處理方法，其特征在于所述等離子體點(diǎn)火工序時(shí)的所述腔室內(nèi)的壓力為13. 3Pa 267Pa。
6.如權(quán)利要求4或5所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述氮化處理時(shí)的所述腔室內(nèi)的壓力為1. 33Pa 399Pa。
7.如權(quán)利要求4或5所述的等離子體處理方法，其特征在于 所述基板被加熱。
8. 一種等離子體處理方法，其為在氧化膜上形成氮化區(qū)域的等離子體處理方法，其特 征在于，包括向腔室內(nèi)供給Ar氣，對(duì)形成有所述氧化膜的基板進(jìn)行預(yù)備加熱的工序； 在所述腔室內(nèi)，以第一功率進(jìn)行等離子體點(diǎn)火，以生成Ar氣的等離子體的工序；向所述腔室內(nèi)供給N2氣并將N2氣等離子體化的工序；將所述Ar氣與所述N2氣的等離子體設(shè)定為第二功率，對(duì)所述氧化膜進(jìn)行氮化處理形 成所述氮化區(qū)域的工序；將所述等離子體熄滅的工序； 將所述氣體停止的工序；和 對(duì)所述腔室內(nèi)進(jìn)行抽真空的工序，所述等離子體點(diǎn)火工序在比所述氮化處理時(shí)的所述腔室內(nèi)的壓力高的壓力下進(jìn)行， 進(jìn)行所述氮化處理形成所述氮化區(qū)域的工序中，所述第二功率設(shè)定得比所述第一功率
全文摘要
通過利用具有多個(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嘴的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L21/318GK101908484SQ20101013345
公開日2010年12月8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