JP2003209107A - 酸化膜ストレス緩和方法及びその方法を用いた酸化膜構成体 - Google Patents
酸化膜ストレス緩和方法及びその方法を用いた酸化膜構成体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板および酸化膜の損傷を引き起
こさずに酸化膜のストレスを緩和する方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板上に設けられる酸化膜の
ストレスを緩和する方法であって、酸化膜に対してラジ
カル原子を照射し酸化膜全体にラジカル原子由来の原子
を均一に混入することによって、酸化膜内部あるいは酸
化膜とシリコン基板との界面に存在する欠陥を選択的に
消滅させ、酸化膜のストレスを緩和する。
こさずに酸化膜のストレスを緩和する方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板上に設けられる酸化膜の
ストレスを緩和する方法であって、酸化膜に対してラジ
カル原子を照射し酸化膜全体にラジカル原子由来の原子
を均一に混入することによって、酸化膜内部あるいは酸
化膜とシリコン基板との界面に存在する欠陥を選択的に
消滅させ、酸化膜のストレスを緩和する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、酸化膜ス
トレス緩和方法に関するものである。さらに詳しくは、
この出願の発明は、半導体デバイスなどに用いられシリ
コン基板上に設けられる酸化膜全体にラジカル原子由来
の原子を均一に混入することで、基板および酸化膜の損
傷を引き起こさずに酸化膜のストレスを緩和する方法に
関するものである。
トレス緩和方法に関するものである。さらに詳しくは、
この出願の発明は、半導体デバイスなどに用いられシリ
コン基板上に設けられる酸化膜全体にラジカル原子由来
の原子を均一に混入することで、基板および酸化膜の損
傷を引き起こさずに酸化膜のストレスを緩和する方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、半導体デバイスの縮小
化に伴い、絶縁膜の薄膜化およびその構造制御が強く求
められている。特に絶縁膜内の電気的および空間的な欠
陥と、その欠陥によって引き起こされるストレスの存在
は、各製造プロセスでの反応速度に影響を与える他、デ
バイスのリーク電流や絶縁破壊に直接結びつくため、そ
の検出、制御が重要になってきている。
化に伴い、絶縁膜の薄膜化およびその構造制御が強く求
められている。特に絶縁膜内の電気的および空間的な欠
陥と、その欠陥によって引き起こされるストレスの存在
は、各製造プロセスでの反応速度に影響を与える他、デ
バイスのリーク電流や絶縁破壊に直接結びつくため、そ
の検出、制御が重要になってきている。
【０００３】薄膜絶縁膜としては一般に酸化膜が使用さ
れ、その酸化膜のストレスは酸化膜の耐性、信頼性を議
論する上で重要なキーワードとなるが、薄膜酸化膜にお
けるストレスの測定は困難であったため実測の結果報告
はこれまであまりなされていない。
れ、その酸化膜のストレスは酸化膜の耐性、信頼性を議
論する上で重要なキーワードとなるが、薄膜酸化膜にお
けるストレスの測定は困難であったため実測の結果報告
はこれまであまりなされていない。
【０００４】上記のような状況の中、発明者等はシリコ
ン基板の酸化中に生じるストレスの測定を試み、表面お
よび表面近傍の構造の欠陥に起因する欠陥性ストレスの
測定方法を開発した（特願２０００−３４５６９５）。
この欠陥性ストレスの測定方法は、試料の表面あるいは
界面に生じる欠陥を検出する方法であって、試料と同じ
材料のセンサー試料をプロセスチェンバー内に設置し、
そのセンサー試料の表面に粒子を照射するとともにその
裏面にレーザー光を照射し、センサー試料の裏面にて反
射するレーザー光の反射位置を検出して粒子照射により
生じるセンサー試料の歪みに従ったレーザー光の反射位
置の変位を測定するものであり、この方法により歪みの
値と比例関係にあるストレスの大きさを高精度で実量測
定することができるようになった。
ン基板の酸化中に生じるストレスの測定を試み、表面お
よび表面近傍の構造の欠陥に起因する欠陥性ストレスの
測定方法を開発した（特願２０００−３４５６９５）。
この欠陥性ストレスの測定方法は、試料の表面あるいは
界面に生じる欠陥を検出する方法であって、試料と同じ
材料のセンサー試料をプロセスチェンバー内に設置し、
そのセンサー試料の表面に粒子を照射するとともにその
裏面にレーザー光を照射し、センサー試料の裏面にて反
射するレーザー光の反射位置を検出して粒子照射により
生じるセンサー試料の歪みに従ったレーザー光の反射位
置の変位を測定するものであり、この方法により歪みの
値と比例関係にあるストレスの大きさを高精度で実量測
定することができるようになった。
【０００５】また構造の欠陥に起因する欠陥性ストレス
が電子照射によって非熱的に完全緩和することが発明者
等の研究によって解明された（特願２０００−３６１７
４７）。これは、電子照射によって基板や酸化膜を構成
した原子の自己拡散を誘起して、格子歪みを初めとする
空間的な欠陥を緩和する方法であり、具体的には、プラ
ズマを発生させ、半導体基板に対し正の電圧を印加し、
プラズマから電子を選択的に半導体基板に照射すること
によって半導体基板中の欠陥性ストレスの緩和を実現す
る方法である。
が電子照射によって非熱的に完全緩和することが発明者
等の研究によって解明された（特願２０００−３６１７
４７）。これは、電子照射によって基板や酸化膜を構成
した原子の自己拡散を誘起して、格子歪みを初めとする
空間的な欠陥を緩和する方法であり、具体的には、プラ
ズマを発生させ、半導体基板に対し正の電圧を印加し、
プラズマから電子を選択的に半導体基板に照射すること
によって半導体基板中の欠陥性ストレスの緩和を実現す
る方法である。
【０００６】しかしながら、上記の方法を用いても酸化
膜全体のストレスを十分緩和することは不可能であっ
た。
膜全体のストレスを十分緩和することは不可能であっ
た。
【０００７】一方で、シリコン酸化膜を熱窒化、あるい
はラジカル窒化することによって、その酸化膜を利用し
てデバイスを作ったときの電気特性が向上することが知
られている。具体的にはシリコン酸化膜に酸化膜表面側
から高濃度の窒素を表面側に偏析させ、あるいは酸窒化
膜を成膜することによって、そのシリコン酸化膜を用い
たデバイスに対し、絶縁膜の長期信頼性の向上、ｐ型シ
リコンゲートからのボロン突き抜け現象の抑制、電気的
ストレス耐性の向上、ストレス誘起電流（ＳＩＬＣ）の
抑制などによる電気特性の向上をもたらすことが知られ
ている。
はラジカル窒化することによって、その酸化膜を利用し
てデバイスを作ったときの電気特性が向上することが知
られている。具体的にはシリコン酸化膜に酸化膜表面側
から高濃度の窒素を表面側に偏析させ、あるいは酸窒化
膜を成膜することによって、そのシリコン酸化膜を用い
たデバイスに対し、絶縁膜の長期信頼性の向上、ｐ型シ
リコンゲートからのボロン突き抜け現象の抑制、電気的
ストレス耐性の向上、ストレス誘起電流（ＳＩＬＣ）の
抑制などによる電気特性の向上をもたらすことが知られ
ている。
【０００８】しかしながら、ラジカル窒化による酸化膜
の電気特性の向上と、酸化膜のストレスの関係は明らか
にされておらず、これまで酸化膜のストレスの緩和に有
効な方法も確立されていなかった。
の電気特性の向上と、酸化膜のストレスの関係は明らか
にされておらず、これまで酸化膜のストレスの緩和に有
効な方法も確立されていなかった。
【０００９】そこでこの出願の発明は、以上のとおりの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、基板および酸化膜の損傷を引き起こさずに酸化
膜のストレスを緩和する方法を提供することを課題とし
ている。
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、基板および酸化膜の損傷を引き起こさずに酸化
膜のストレスを緩和する方法を提供することを課題とし
ている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第１には、シリコン
基板上に設けられる酸化膜のストレスを緩和する方法で
あって、酸化膜に対してラジカル原子を照射して酸化膜
中にラジカル原子由来の原子を均一に混入し、この原子
を酸化膜表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に
偏析することなく酸化膜全体に均一に存在させることに
よって、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板との
界面に存在する欠陥を選択的に消滅させ、酸化膜のスト
レスを緩和することを特徴とする酸化膜ストレス緩和方
法を提供する。
の課題を解決するものとして、まず第１には、シリコン
基板上に設けられる酸化膜のストレスを緩和する方法で
あって、酸化膜に対してラジカル原子を照射して酸化膜
中にラジカル原子由来の原子を均一に混入し、この原子
を酸化膜表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に
偏析することなく酸化膜全体に均一に存在させることに
よって、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板との
界面に存在する欠陥を選択的に消滅させ、酸化膜のスト
レスを緩和することを特徴とする酸化膜ストレス緩和方
法を提供する。
【００１１】第２には、前記第１の発明において、酸化
膜に内在する非結合電子および構造欠陥を消滅させるこ
とを特徴とする酸化膜ストレス緩和方法を提供する。
膜に内在する非結合電子および構造欠陥を消滅させるこ
とを特徴とする酸化膜ストレス緩和方法を提供する。
【００１２】第３には、前記第１または２の発明におい
て、ラジカル原子が、ラジカル窒素原子またはラジカル
水素原子であることを特徴とする酸化膜ストレス緩和方
法を提供する。
て、ラジカル原子が、ラジカル窒素原子またはラジカル
水素原子であることを特徴とする酸化膜ストレス緩和方
法を提供する。
【００１３】また第４には、前記第３の発明において、
原子存在比で１％以上５％以下の窒素原子を酸化膜中に
均一に混入することを特徴とする酸化膜ストレス緩和方
法を提供する。
原子存在比で１％以上５％以下の窒素原子を酸化膜中に
均一に混入することを特徴とする酸化膜ストレス緩和方
法を提供する。
【００１４】第５には、前記第１ないし４のいずれかの
発明において、酸化膜がシリコン酸化膜であることを特
徴とする酸化膜ストレス緩和方法をも提供する。
発明において、酸化膜がシリコン酸化膜であることを特
徴とする酸化膜ストレス緩和方法をも提供する。
【００１５】また第６には、前記第５の発明において、
シリコン酸化膜が、シリコン基板の熱酸化、シリコン基
板のプラズマ酸化および基板へのシリコン酸化物の堆積
のうちいずれかの方法によって成膜されることを特徴と
する酸化膜ストレス緩和方法を提供する。
シリコン酸化膜が、シリコン基板の熱酸化、シリコン基
板のプラズマ酸化および基板へのシリコン酸化物の堆積
のうちいずれかの方法によって成膜されることを特徴と
する酸化膜ストレス緩和方法を提供する。
【００１６】第７には、前記第３ないし６のいずれかの
発明において、ラジカル窒素原子が、窒素プラズマある
いはマイクロ波を利用した原子源により生成されたもの
であることを特徴とする酸化膜ストレス緩和方法を提供
する。
発明において、ラジカル窒素原子が、窒素プラズマある
いはマイクロ波を利用した原子源により生成されたもの
であることを特徴とする酸化膜ストレス緩和方法を提供
する。
【００１７】第８には、ラジカル原子を照射して酸化膜
中にラジカル原子由来の原子を均一に混入し、この原子
を酸化膜表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に
偏析することなく酸化膜全体に均一に存在させ、酸化膜
内部あるいは酸化膜とシリコン基板との界面に存在する
欠陥を選択的に消滅させることにより、ストレスが緩和
されていることを特徴とする酸化膜構成体を提供する。
中にラジカル原子由来の原子を均一に混入し、この原子
を酸化膜表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に
偏析することなく酸化膜全体に均一に存在させ、酸化膜
内部あるいは酸化膜とシリコン基板との界面に存在する
欠陥を選択的に消滅させることにより、ストレスが緩和
されていることを特徴とする酸化膜構成体を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、シリコン基板
上に設けられる酸化膜のストレスを緩和する方法であっ
て、酸化膜に対してラジカル原子を照射して酸化膜中に
ラジカル原子由来の原子を均一に混入し、この原子を酸
化膜表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に偏析
することなく酸化膜全体に均一に存在させることによっ
て、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板との界面
に存在する欠陥を選択的に消滅させ、酸化膜のストレス
を緩和する方法である。特に、酸化膜に内在する非結合
電子および構造欠陥を消滅させる酸化膜ストレス緩和方
法である。
上に設けられる酸化膜のストレスを緩和する方法であっ
て、酸化膜に対してラジカル原子を照射して酸化膜中に
ラジカル原子由来の原子を均一に混入し、この原子を酸
化膜表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に偏析
することなく酸化膜全体に均一に存在させることによっ
て、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板との界面
に存在する欠陥を選択的に消滅させ、酸化膜のストレス
を緩和する方法である。特に、酸化膜に内在する非結合
電子および構造欠陥を消滅させる酸化膜ストレス緩和方
法である。
【００１９】この出願の発明の酸化膜ストレス緩和方法
は、酸化膜中の欠陥に対して反応性を持つラジカル原子
を供給することによって酸化膜のストレスを緩和できる
のであり、運動エネルギーを持ったイオンを用いる方法
や酸化膜を加熱して拡散を促す方法ではないため、基板
および酸化膜のさらなる損傷、具体的には運動エネルギ
ーの供給による格子乱れの誘発や、熱ストレスの発生、
熱による構造の変化などを引き起こさずに酸化膜ストレ
スの緩和現象だけが期待できる。
は、酸化膜中の欠陥に対して反応性を持つラジカル原子
を供給することによって酸化膜のストレスを緩和できる
のであり、運動エネルギーを持ったイオンを用いる方法
や酸化膜を加熱して拡散を促す方法ではないため、基板
および酸化膜のさらなる損傷、具体的には運動エネルギ
ーの供給による格子乱れの誘発や、熱ストレスの発生、
熱による構造の変化などを引き起こさずに酸化膜ストレ
スの緩和現象だけが期待できる。
【００２０】またこの出願の発明の酸化膜ストレス緩和
方法は、酸化膜中および酸化膜表面あるいは酸化膜とシ
リコン基板との界面に散らばる電気的、空間的な欠陥を
選択的に解消していくのであって、ストレス緩和の方向
に働くような格子常数を持つ新たな構造物を成膜する手
法ではない。
方法は、酸化膜中および酸化膜表面あるいは酸化膜とシ
リコン基板との界面に散らばる電気的、空間的な欠陥を
選択的に解消していくのであって、ストレス緩和の方向
に働くような格子常数を持つ新たな構造物を成膜する手
法ではない。
【００２１】ラジカル原子として、ラジカル窒素原子ま
たはラジカル水素原子を用いることができ、特にラジカ
ル窒素原子を用いて酸化膜をラジカル窒化させることに
よって酸化膜のストレスを効果的に緩和させることがで
きる。
たはラジカル水素原子を用いることができ、特にラジカ
ル窒素原子を用いて酸化膜をラジカル窒化させることに
よって酸化膜のストレスを効果的に緩和させることがで
きる。
【００２２】その際、原子存在比で１％以上５％以下の
窒素原子を酸化膜中に均一に混入することから、その程
度の濃度の窒素が新たな酸窒化物の構造を作ってストレ
スを緩和する可能性はないため、この酸化膜ストレス緩
和方法を用いることによって窒素原子が電気的な欠陥あ
るいは空間的欠陥を解消すると考えられる。
窒素原子を酸化膜中に均一に混入することから、その程
度の濃度の窒素が新たな酸窒化物の構造を作ってストレ
スを緩和する可能性はないため、この酸化膜ストレス緩
和方法を用いることによって窒素原子が電気的な欠陥あ
るいは空間的欠陥を解消すると考えられる。
【００２３】酸化膜としては、たとえばシリコン酸化膜
が用いられ、そのシリコン酸化膜は、シリコン基板の熱
酸化、シリコン基板のプラズマ酸化あるいは基板へのシ
リコン酸化物堆積等で成膜することができ、それらの方
法によって作製したシリコン酸化膜に対してこの出願の
発明の酸化膜ストレス緩和方法を適用することができ
る。
が用いられ、そのシリコン酸化膜は、シリコン基板の熱
酸化、シリコン基板のプラズマ酸化あるいは基板へのシ
リコン酸化物堆積等で成膜することができ、それらの方
法によって作製したシリコン酸化膜に対してこの出願の
発明の酸化膜ストレス緩和方法を適用することができ
る。
【００２４】なおラジカル窒素原子は、窒素プラズマあ
るいはマイクロ波を利用した原子源等により生成するこ
とができる。
るいはマイクロ波を利用した原子源等により生成するこ
とができる。
【００２５】またこの出願の発明によりラジカル原子を
照射して酸化膜中にラジカル原子由来の原子を均一に混
入し、この原子を酸化膜表面あるいはシリコン基板と酸
化膜との界面に偏析することなく酸化膜全体に均一に存
在させ、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板との
界面に存在する欠陥を選択的に消滅させることで、スト
レスが緩和されている酸化膜構成体が提供される。
照射して酸化膜中にラジカル原子由来の原子を均一に混
入し、この原子を酸化膜表面あるいはシリコン基板と酸
化膜との界面に偏析することなく酸化膜全体に均一に存
在させ、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板との
界面に存在する欠陥を選択的に消滅させることで、スト
レスが緩和されている酸化膜構成体が提供される。
【００２６】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく
説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定される
ものではなく、細部については様々な態様が可能である
ことは言うまでもない。
し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく
説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定される
ものではなく、細部については様々な態様が可能である
ことは言うまでもない。
【００２７】
【実施例】＜実施例１＞半導体デバイスに一般的に用い
られるシリコン酸化膜に存在するストレスを、ラジカル
窒素原子を用いて緩和する一例として、以下の実験に示
すようなストレス測定を行った。
られるシリコン酸化膜に存在するストレスを、ラジカル
窒素原子を用いて緩和する一例として、以下の実験に示
すようなストレス測定を行った。
【００２８】まずラジカル酸化処理およびラジカル窒化
処理中のストレス測定に用いた装置の概略図を図１に示
す。ポンプ系（１）で排気した真空装置（２）内にイオ
ンやラジカル原子（３）を作り、それらをセンサー試料
（４）の表面に照射する。照射によるストレス発生によ
りセンサー試料（４）が歪むと、レーザー光源（５）か
らセンサー試料（４）背面に照射したレーザー光は反射
位置検出系（ＰＳＤ）（６）の中を移動し、センサー試
料（４）の歪みの値が測定できる。歪みの値はストレス
の大きさと比例関係にある。
処理中のストレス測定に用いた装置の概略図を図１に示
す。ポンプ系（１）で排気した真空装置（２）内にイオ
ンやラジカル原子（３）を作り、それらをセンサー試料
（４）の表面に照射する。照射によるストレス発生によ
りセンサー試料（４）が歪むと、レーザー光源（５）か
らセンサー試料（４）背面に照射したレーザー光は反射
位置検出系（ＰＳＤ）（６）の中を移動し、センサー試
料（４）の歪みの値が測定できる。歪みの値はストレス
の大きさと比例関係にある。
【００２９】この例において、ストレス測定はｎ型シリ
コン（００１）面を持つセンサー試料（４）を用いた。
まず真空装置（２）内に酸素ガスを用いて低温の高周波
の低温プラズマを発生させ、シリコン基板のラジカル酸
化を行った。その後ガスの置換を行い、窒素ガスを用い
て酸化膜のラジカル窒化を行った。
コン（００１）面を持つセンサー試料（４）を用いた。
まず真空装置（２）内に酸素ガスを用いて低温の高周波
の低温プラズマを発生させ、シリコン基板のラジカル酸
化を行った。その後ガスの置換を行い、窒素ガスを用い
て酸化膜のラジカル窒化を行った。
【００３０】この間のストレスの変動を図２に示す。図
２の横軸は実時間（秒）を示し、縦軸はストレスの大き
さで、プラス方向は基板と比べて膜が縮む引っ張り応力
（引っ張り性のストレス）を示し、マイナス方向は基板
と比べて膜が伸びる圧縮応力（圧縮性のストレス）を示
す。
２の横軸は実時間（秒）を示し、縦軸はストレスの大き
さで、プラス方向は基板と比べて膜が縮む引っ張り応力
（引っ張り性のストレス）を示し、マイナス方向は基板
と比べて膜が伸びる圧縮応力（圧縮性のストレス）を示
す。
【００３１】この例では試料にバイアス−６０Ｖをかけ
て酸化しているため酸化初期から圧縮応力が発生し、酸
化終了時には偏光解析法で測定して約１．４ｎｍの酸化
膜が形成されている。ラジカル酸化処理（５００〜１０
００秒、図中ａ）中発生した圧縮応力（Ａ）は酸化を止
めると変動を止め、その後のラジカル窒化処理（３７０
０〜４５００秒、図中ｂ）の間に約６０％緩和する
（Ｂ）。酸化による圧縮応力の値（Ａ）を変えて行った
実験でも、緩和率Ｂ／Ａの値は全て４０〜７０％の範囲
に入っていた。正のバイアスをかけて長時間酸化し、５
ｎｍ程度の酸化膜を作製した場合も同様の結果が得られ
た。
て酸化しているため酸化初期から圧縮応力が発生し、酸
化終了時には偏光解析法で測定して約１．４ｎｍの酸化
膜が形成されている。ラジカル酸化処理（５００〜１０
００秒、図中ａ）中発生した圧縮応力（Ａ）は酸化を止
めると変動を止め、その後のラジカル窒化処理（３７０
０〜４５００秒、図中ｂ）の間に約６０％緩和する
（Ｂ）。酸化による圧縮応力の値（Ａ）を変えて行った
実験でも、緩和率Ｂ／Ａの値は全て４０〜７０％の範囲
に入っていた。正のバイアスをかけて長時間酸化し、５
ｎｍ程度の酸化膜を作製した場合も同様の結果が得られ
た。
【００３２】つまり、酸化によるストレスが酸化膜のラ
ジカル窒化によって４０〜７０％緩和するということが
言える。オージェ電子分光法により、ラジカル窒化した
酸化膜の構成原子の分析を行い、図２に示す測定を行っ
た試料では、窒素は酸化膜内に均一に２％の濃度で存在
することを確認した。この程度の濃度の窒素が新たな酸
窒化物の構造を作ってストレスを緩和している可能性は
ないので、この緩和はラジカル窒素原子が電気的な欠
陥、あるいは空間的な欠陥を解消したためであることが
分かる。 ＜実施例２＞次に電子照射による酸化膜のストレス緩和
とラジカル窒化処理によるストレス緩和の比較を行っ
た。
ジカル窒化によって４０〜７０％緩和するということが
言える。オージェ電子分光法により、ラジカル窒化した
酸化膜の構成原子の分析を行い、図２に示す測定を行っ
た試料では、窒素は酸化膜内に均一に２％の濃度で存在
することを確認した。この程度の濃度の窒素が新たな酸
窒化物の構造を作ってストレスを緩和している可能性は
ないので、この緩和はラジカル窒素原子が電気的な欠
陥、あるいは空間的な欠陥を解消したためであることが
分かる。 ＜実施例２＞次に電子照射による酸化膜のストレス緩和
とラジカル窒化処理によるストレス緩和の比較を行っ
た。
【００３３】図３に示しているように、ラジカル酸化処
理（５００〜１２００秒、図中ａ）中に発生した圧縮応
力（Ａ）は、その後の電子照射（２３００〜２６００
秒、図中ｃ）で（Ｃ）の値だけ緩和する。（Ａ）を変え
た実験での電子照射による緩和率Ｃ／Ａは、２０〜３０
％程度であった。引き続きラジカル窒化処理（５０００
秒〜５６００秒、図中ｄ）を行うと、（Ｄ）の値まで緩
和する。ラジカル窒化による緩和率Ｄ／Ａは４０〜７０
％であって、実施例１で得た緩和率Ｂ／Ａとほぼ同じ範
囲であった。
理（５００〜１２００秒、図中ａ）中に発生した圧縮応
力（Ａ）は、その後の電子照射（２３００〜２６００
秒、図中ｃ）で（Ｃ）の値だけ緩和する。（Ａ）を変え
た実験での電子照射による緩和率Ｃ／Ａは、２０〜３０
％程度であった。引き続きラジカル窒化処理（５０００
秒〜５６００秒、図中ｄ）を行うと、（Ｄ）の値まで緩
和する。ラジカル窒化による緩和率Ｄ／Ａは４０〜７０
％であって、実施例１で得た緩和率Ｂ／Ａとほぼ同じ範
囲であった。
【００３４】電子照射によるストレスの緩和は、空間的
な欠陥がシリコンと酸素の酸化膜構成原子の非熱的拡散
によって解消されたためである。ラジカル窒素原子を酸
化膜に照射し、反応性の原子で酸化膜内の欠陥を解消す
ることによって、酸化膜のストレスが電子照射による値
以上に大きく緩和された。
な欠陥がシリコンと酸素の酸化膜構成原子の非熱的拡散
によって解消されたためである。ラジカル窒素原子を酸
化膜に照射し、反応性の原子で酸化膜内の欠陥を解消す
ることによって、酸化膜のストレスが電子照射による値
以上に大きく緩和された。
【００３５】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、ラジカル原子を照射することによって酸
化膜全体にラジカル原子由来の原子を均一に混入するこ
とによって、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板
との界面に存在する欠陥を選択的に消滅させ、基板およ
び酸化膜の損傷を引き起こさずに酸化膜のストレスを緩
和する方法が提供される。また、ラジカル窒化に関して
はストレス緩和のみならず、電気特性の向上も報告され
ていることから、電気特性、ストレス特性の双方に最良
の処理方法として確立されれば、酸化膜のトリートメン
トの一つとして技術的に定着すると思われる。またこの
出願の発明が、半導体デバイスの特性に関わるシリコン
酸化膜の性質を向上させる手法として確立されれば経済
的効果も計り知れないものとなる。
発明によって、ラジカル原子を照射することによって酸
化膜全体にラジカル原子由来の原子を均一に混入するこ
とによって、酸化膜内部あるいは酸化膜とシリコン基板
との界面に存在する欠陥を選択的に消滅させ、基板およ
び酸化膜の損傷を引き起こさずに酸化膜のストレスを緩
和する方法が提供される。また、ラジカル窒化に関して
はストレス緩和のみならず、電気特性の向上も報告され
ていることから、電気特性、ストレス特性の双方に最良
の処理方法として確立されれば、酸化膜のトリートメン
トの一つとして技術的に定着すると思われる。またこの
出願の発明が、半導体デバイスの特性に関わるシリコン
酸化膜の性質を向上させる手法として確立されれば経済
的効果も計り知れないものとなる。
【図１】この発明の酸化膜ストレス緩和方法において、
ラジカル酸化処理およびラジカル窒化処理を行う過程の
ストレスの測定に用いた装置を例示した概略図である。
ラジカル酸化処理およびラジカル窒化処理を行う過程の
ストレスの測定に用いた装置を例示した概略図である。
【図２】この発明の酸化膜ストレス緩和方法において、
ラジカル酸化処理およびラジカル窒化処理を行う過程の
ストレスの変動を例示したグラフである。
ラジカル酸化処理およびラジカル窒化処理を行う過程の
ストレスの変動を例示したグラフである。
【図３】この発明の酸化膜ストレス緩和方法において、
ラジカル酸化処理、電子照射およびラジカル窒化処理を
行う過程のストレスの変動を例示したグラフである。
ラジカル酸化処理、電子照射およびラジカル窒化処理を
行う過程のストレスの変動を例示したグラフである。
１ ポンプ系
２ 真空装置
３ ラジカル原子
４ センサー試料
５ レーザー光源
６ 反射位置検出系（ＰＳＤ）
Claims (8)
- 【請求項１】 シリコン基板上に設けられる酸化膜のス
トレスを緩和する方法であって、酸化膜に対してラジカ
ル原子を照射して酸化膜中にラジカル原子由来の原子を
均一に混入し、この原子を酸化膜表面あるいはシリコン
基板と酸化膜との界面に偏析することなく酸化膜全体に
均一に存在させることによって、酸化膜内部あるいは酸
化膜とシリコン基板との界面に存在する欠陥を選択的に
消滅させ、酸化膜のストレスを緩和することを特徴とす
る酸化膜ストレス緩和方法。 - 【請求項２】 酸化膜に内在する非結合電子および構造
欠陥を消滅させることを特徴とする請求項１に記載の酸
化膜ストレス緩和方法。 - 【請求項３】 ラジカル原子が、ラジカル窒素原子また
はラジカル水素原子であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の酸化膜ストレス緩和方法。 - 【請求項４】 原子存在比で１％以上５％以下の窒素原
子を酸化膜中に均一に混入することを特徴とする請求項
３に記載の酸化膜ストレス緩和方法。 - 【請求項５】 酸化膜がシリコン酸化膜であることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の酸化膜ス
トレス緩和方法。 - 【請求項６】 シリコン酸化膜が、シリコン基板の熱酸
化、シリコン基板のプラズマ酸化および基板へのシリコ
ン酸化物の堆積のうちいずれかの方法によって成膜され
ることを特徴とする請求項５に記載の酸化膜ストレス緩
和方法。 - 【請求項７】 ラジカル窒素原子が、窒素プラズマある
いはマイクロ波を利用した原子源により生成されたもの
であることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに
記載の酸化膜ストレス緩和方法。 - 【請求項８】 ラジカル原子を照射して酸化膜中にラジ
カル原子由来の原子を均一に混入し、この原子を酸化膜
表面あるいはシリコン基板と酸化膜との界面に偏析する
ことなく酸化膜全体に均一に存在させ、酸化膜内部ある
いは酸化膜とシリコン基板との界面に存在する欠陥を選
択的に消滅させることにより、ストレスが緩和されてい
ることを特徴とする酸化膜構成体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005858A JP3864213B2 (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 酸化膜ストレス緩和方法及びその方法を用いた酸化膜構成体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002005858A JP3864213B2 (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 酸化膜ストレス緩和方法及びその方法を用いた酸化膜構成体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003209107A true JP2003209107A (ja) | 2003-07-25 |
| JP3864213B2 JP3864213B2 (ja) | 2006-12-27 |
Family
ID=27644779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002005858A Expired - Lifetime JP3864213B2 (ja) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | 酸化膜ストレス緩和方法及びその方法を用いた酸化膜構成体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3864213B2 (ja) |
-
2002
- 2002-01-15 JP JP2002005858A patent/JP3864213B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3864213B2 (ja) | 2006-12-27 |
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