JP2003273103A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing semiconductor

Info

Publication number
JP2003273103A
JP2003273103A JP2002072213A JP2002072213A JP2003273103A JP 2003273103 A JP2003273103 A JP 2003273103A JP 2002072213 A JP2002072213 A JP 2002072213A JP 2002072213 A JP2002072213 A JP 2002072213A JP 2003273103 A JP2003273103 A JP 2003273103A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
gas
flash lamp
nitrogen
vacuum container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002072213A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsunetoshi Arikado
経敏 有門
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Original Assignee
Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Leading Edge Technologies Inc filed Critical Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Priority to JP2002072213A priority Critical patent/JP2003273103A/en
Publication of JP2003273103A publication Critical patent/JP2003273103A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the degradation of the performance of a transistor caused by interface level rising due to the entry of nitrogen atoms that have been implanted in a silicon oxide film, reaching an interface between the film and a silicon substrate. <P>SOLUTION: A substrate with a silicon oxide film formed thereon as a wafer is heated for a millisecond to centisecond by using a flash lamp, while supplying thereto gas that has been composed so as to contain nitrogen radicals by plasma irradiation. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造において
使用される薄膜形成及び薄膜改質を行う方法並びに装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming method and thin film modifying method and apparatus used in semiconductor manufacturing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のCMOSでは、トランジスタ性能を向
上させるためにゲート電極として、PMOSではホウ素(B)
を含有する多結晶シリコンを、NMOSでは燐(P)または砒
素(As)を含有する多結晶シリコンを使用する。いわゆる
デュアルポリシリコンゲート(Dual Poly-Si Gate)と呼
ばれる技術である。トランジスタ製造工程では通常、ド
ーパントを含まない多結晶シリコン膜を形成し、ゲート
電極の加工を行った後、ソースおよびドレーン部を形成
する際に同時にイオン注入する。続いて熱処理によって
ドーパントの活性化を行う。この熱処理の間に多結晶シ
リコン膜中に注入されたBが熱拡散し、ゲート酸化膜を
横断してシリコン基板にまで到達する。その結果、しき
い値電圧が変化するなどトランジスタの性能を損なうと
いう問題を引き起こす。
2. Description of the Related Art In recent CMOS, boron (B) is used as a gate electrode in PMOS to improve transistor performance.
The polycrystalline silicon containing is used for NMOS, and the polycrystalline silicon containing phosphorus (P) or arsenic (As) is used for NMOS. This is a so-called Dual Poly-Si Gate technology. In the transistor manufacturing process, usually, a polycrystalline silicon film containing no dopant is formed, and after the gate electrode is processed, ions are simultaneously implanted at the time of forming the source and drain portions. Subsequently, the dopant is activated by heat treatment. During this heat treatment, B implanted into the polycrystalline silicon film thermally diffuses and reaches the silicon substrate across the gate oxide film. As a result, there arises a problem that the performance of the transistor is impaired such that the threshold voltage changes.

【0003】このいわゆる“Bの突き抜け”を防止する
ために、ゲート酸化膜中に窒素を数atm%導入して膜を
密な構造としてBの拡散に対するバリアとする。ゲート
酸化膜中に窒素を導入する方法として当初、NOガスやNH
3ガスが使用されたが、いずれの場合も窒素がシリコン
基板との界面にまで到達した。窒素がシリコン基板の界
面にまで到達すると界面近傍での界面準位を増加させ、
トランジスタの性能を損なう。
In order to prevent this so-called "penetration of B", several atm% of nitrogen is introduced into the gate oxide film to make the film a dense structure to serve as a barrier against B diffusion. Initially, the method for introducing nitrogen into the gate oxide film was NO gas or NH.
Three gases were used, but in each case nitrogen reached the interface with the silicon substrate. When nitrogen reaches the interface of the silicon substrate, it increases the interface level near the interface,
Impairs transistor performance.

【0004】この問題を解決する方法として、窒素をシ
リコン基板の界面にまで到達させずゲート酸化膜表面近
傍にのみ導入する方法としてプラズマ窒化が注目されて
いる。しかし、ゲート酸化膜厚が昨今の2nmのように薄
くなると、この方法にも限界があることが分かってき
た。すなわち、プラズマ窒化といえども窒素の導入にあ
る程度の時間を要する。この時間に窒素原子がゲート酸
化膜中を拡散し、シリコンとの界面に到達してしまうの
である。その結果、界面準位が増大してキャリアの移動
度が低下し、トランジスタの性能が著しく損なわれる。
As a method for solving this problem, plasma nitriding is drawing attention as a method for introducing nitrogen only to the vicinity of the surface of the gate oxide film without reaching the interface of the silicon substrate. However, it has been found that this method also has a limit when the gate oxide film thickness becomes as thin as 2 nm these days. That is, even in plasma nitriding, it takes some time to introduce nitrogen. During this time, nitrogen atoms diffuse in the gate oxide film and reach the interface with silicon. As a result, the interface state is increased and the carrier mobility is lowered, so that the performance of the transistor is significantly impaired.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、プ
ラズマ窒化という最近注目を集めている方法を用いて
も、今後必要となる膜厚2nm以下のゲート酸化膜に適用
すると、膜中に導入した窒素原子がシリコン基板との界
面にまで到達し、界面準位を増大させてトランジスタの
性能を損なうという問題がある。
As described above, even if the method of plasma nitriding, which has recently been attracting attention, is applied to a gate oxide film having a film thickness of 2 nm or less, which is required in the future, it is introduced into the film. There is a problem that the generated nitrogen atoms reach the interface with the silicon substrate to increase the interface state and impair the performance of the transistor.

【0006】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、2nm以下のゲート酸化膜
の表面にだけ窒素を導入し、シリコン基板との界面にま
で窒素を到達させず、界面準位を低いレベルに維持する
窒素導入方法を提供することにある。そして、このよう
な目的は以下のような手段によって達成される。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to introduce nitrogen only into the surface of a gate oxide film having a thickness of 2 nm or less without allowing nitrogen to reach the interface with a silicon substrate. , And to provide a method for introducing nitrogen that maintains the interface state at a low level. And such an objective is achieved by the following means.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置の
製造方法は、温度調節された被処理基体に対して、活性
化したガスを供給しながら前記被処理基体を1000分の1
秒〜100分の1秒間加熱するものである。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the substrate to be processed is supplied to the substrate to be temperature-controlled at 1 / 1000th while supplying the activated gas to the substrate.
The heating is for one second to one hundredth of a second.

【0008】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記加熱をフラッシュランプによる照射により行う
ものである。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the heating is performed by irradiation with a flash lamp.

【0009】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記フラッシュランプによる照射を2回以上断続的
に行って照射時間の合計が1000分の1秒〜100分の1秒
間となるようにしたものである。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the irradiation with the flash lamp is intermittently performed twice or more so that the total irradiation time is 1/1000 second to 1/100 second. It is a thing.

【0010】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記活性化したガスとして窒素ラジカルを含むガス
を用いるものである。
Further, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention uses a gas containing nitrogen radicals as the activated gas.

【0011】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、酸化シリコン膜が形成されたシリコンウエーハに対
し、窒素ラジカルを含むガスを作用させ、フラッシュラ
ンプにより照射して1000分の1秒〜100分の1秒間加熱
するものである。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a gas containing nitrogen radicals is made to act on a silicon wafer on which a silicon oxide film is formed, and the silicon wafer is irradiated with a flash lamp for 1/1000 second to 100 minutes. Is heated for 1 second.

【0012】また、この発明の半導体製造装置は、真空
容器と、この真空容器内に配置され被処理基体を載置す
る試料台及びこの試料台の温度を調節する手段と、前記
真空容器内に活性化したガスを供給する手段及び前記ガ
スを排気する手段と、前記被処理気体を1000分の1秒〜
100分の1秒間加熱する手段とを備えたものである。
Further, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention includes a vacuum container, a sample table which is placed in the vacuum container and on which a substrate to be processed is mounted, a means for adjusting the temperature of the sample table, and the vacuum container. A means for supplying an activated gas and a means for exhausting the gas;
And means for heating for 1/100 second.

【0013】また、この発明の半導体製造装置は、前記
活性化したガスを供給する手段がマイクロ波または高周
波電力を印加するプラズマ発生手段を有するものであ
る。
Further, in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the means for supplying the activated gas has a plasma generating means for applying microwave or high frequency power.

【0014】また、この発明の半導体製造装置は、前記
活性化したガスを供給する手段がラジカルを含むガスを
供給するものである。
Further, in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the means for supplying the activated gas supplies a gas containing radicals.

【0015】また、この発明の半導体製造装置は、前記
被処理基体を加熱する手段がフラッシュランプであるも
のである。
In the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the means for heating the substrate to be processed is a flash lamp.

【0016】また、この発明の半導体製造装置は、真空
容器と、この真空容器内に配置され被処理基体を載置す
る試料台及びこの試料台の温度を調節する手段と、窒素
ガスを活性化して前記真空容器内に導入するマイクロ波
放電プラズマ発生装置と、前記被処理基体を1000分の1
〜100分の1秒間加熱するフラッシュランプとを備えた
ものである。
Further, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention includes a vacuum container, a sample table placed in the vacuum container for mounting a substrate to be processed, a means for adjusting the temperature of the sample table, and nitrogen gas activation. Of the microwave discharge plasma generator introduced into the vacuum vessel and the substrate to be treated by 1/1000.
And a flash lamp for heating for 1/100 second.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明するが、初めに発明の基本的な考え方について
説明する。まず、酸化シリコン膜中に窒素が導入される
機構について簡単に述べる。NOガスを用いて窒素を導入
する場合、導入された窒素原子は主にシリコンとの界面
に分布する。NOガスは酸化シリコン膜中で安定で解離せ
ず、シリコンとの界面に到達しシリコン基板から電子を
受け取って初めて解離する。そのため、酸化シリコン膜
とシリコン基板界面近傍が主に窒化される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. First, the basic concept of the invention will be described. First, the mechanism of introducing nitrogen into the silicon oxide film will be briefly described. When nitrogen is introduced using NO gas, the introduced nitrogen atoms are mainly distributed at the interface with silicon. NO gas is stable and does not dissociate in the silicon oxide film, and dissociates only when it reaches the interface with silicon and receives electrons from the silicon substrate. Therefore, the vicinity of the interface between the silicon oxide film and the silicon substrate is mainly nitrided.

【0018】一方、NH3の場合、通常800℃程度の高温が
使用されるためガス中で既に分解し、NH2やNHなど活性
な化学種を生じている。これらの化学種はラジカルであ
り活性なため、酸化シリコン膜表面から窒化して行く。
ただし、窒化温度が高く時間も長いため酸化シリコン膜
中を拡散して基板との界面にまで到達し、界面近傍でも
窒化が進むことになる。
On the other hand, in the case of NH 3 , since a high temperature of about 800 ° C. is usually used, it has already been decomposed in the gas to generate active chemical species such as NH 2 and NH. Since these chemical species are radicals and are active, they are nitrided from the surface of the silicon oxide film.
However, since the nitriding temperature is high and the time is long, it diffuses in the silicon oxide film to reach the interface with the substrate, and nitriding proceeds even near the interface.

【0019】これらに対してプラズマ窒化は、放電によ
って生じた窒素ラジカルが活性種であること、また、窒
化時間が短く温度も低いことを特徴とする。温度が低い
ため窒素ラジカルが酸化シリコン膜中を拡散する距離が
短く基板との界面にまで到達し得ない。そのため、界面
準位が少なく良好な界面が維持される。しかし、酸化シ
リコン膜自体が薄くなると、如何に温度が低く時間が短
くとも、基板との界面にまで窒素原子が到達する。僅か
に拡散すれば基板との界面なのだから当然のことであ
る。
On the other hand, plasma nitriding is characterized in that nitrogen radicals generated by electric discharge are active species, and that nitriding time is short and temperature is low. Since the temperature is low, the distance by which nitrogen radicals diffuse in the silicon oxide film is short and cannot reach the interface with the substrate. Therefore, a good interface is maintained with few interface states. However, when the silicon oxide film itself becomes thin, nitrogen atoms reach the interface with the substrate, no matter how low the temperature is and the time is short. This is a matter of course because if it diffuses a little, it will be the interface with the substrate.

【0020】本発明は、上記メカニズムの考察を元にす
る。すなわち、良好な界面を維持するためには窒素の拡
散を抑制すれば良い。それを実現する一つの方法が、窒
素ラジカルを活性種として使用しつつ、窒化時間を窒素
原子が拡散し得ないくらい短くすることである。
The present invention is based on consideration of the above mechanism. That is, in order to maintain a good interface, the diffusion of nitrogen should be suppressed. One way to do this is to use nitrogen radicals as the active species and shorten the nitriding time so that the nitrogen atoms cannot diffuse.

【0021】この考えを実現する方法として、本発明で
はフラッシュランプを使用して1000分の1〜100分の1
秒間だけ被処理ウエーハを加熱することを特徴とする。
被処理ウエーハが加熱される時間が極めて短いために、
窒素ラジカルは酸化シリコン膜表面では反応するが膜の
内部にまで拡散せず、基板との界面は窒素原子の存在し
ない良好な界面が維持される。
As a method for realizing this idea, in the present invention, a flash lamp is used and the ratio is 1/1000 to 1/100.
It is characterized in that the wafer to be treated is heated only for a second.
Since the time to heat the wafer to be processed is extremely short,
Nitrogen radicals react on the surface of the silicon oxide film, but do not diffuse into the inside of the film, and the interface with the substrate maintains a good interface free of nitrogen atoms.

【0022】以下、本発明の実施の形態について図面を
用いて説明する。図1は本発明の実施の形態による半導
体製造装置の概略構成を示す図である。この装置は、真
空装置であるため当然真空ポンプなど排気系を有する
が、簡単のため、この図ではそれらを省略し、主要部分
のみを示している。この装置において、真空容器1中に
試料台3が設置されて、この試料台3にはヒーター2ま
たは冷却用冷媒を流すためのパイプ(図示せず)が組み
込まれている。被処理基体としての試料ウエーハ4はこ
の試料台3上に載置される。この真空容器1に活性化ガ
スとしてのラジカルを供給するために放電管5が接続さ
れている。この放電管5は石英製のチューブで、マイク
ロ波空洞共振器6を介してマイクロ波が印加されてプラ
ズマを発生する。これら放電管5、マイクロ波空洞共振
器6、同軸ケーブル11等によりプラズマ発生手段を構
成している。10はガスの排気口である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. Since this device is a vacuum device, it naturally has an exhaust system such as a vacuum pump, but for simplicity, these devices are omitted in this figure, and only the main parts are shown. In this apparatus, a sample stage 3 is installed in a vacuum container 1, and a heater 2 or a pipe (not shown) for flowing a cooling refrigerant is incorporated in the sample stage 3. A sample wafer 4 as a substrate to be processed is placed on the sample table 3. A discharge tube 5 is connected to the vacuum container 1 to supply radicals as an activating gas. The discharge tube 5 is a tube made of quartz, and a microwave is applied through the microwave cavity resonator 6 to generate plasma. The discharge tube 5, the microwave cavity resonator 6, the coaxial cable 11 and the like constitute plasma generating means. Reference numeral 10 is an exhaust port for gas.

【0023】真空容器1の上部には石英製の窓7が設け
られており、この上部にフラッシュランプ8とそのリフ
レクター9が設置されている。フラッシュランプには電
力を供給するためのコンデンサーと電源とが接続されて
いるが、それらはフラッシュランプを発光させるための
設備であり、自明のものなので図中には示していない。
上記設備により、放電管5で生じたラジカルを試料ウエ
ーハ4上に供給しながら、フラッシュランプ8を照射す
ることによって極めて短時間試料ウエーハ4を加熱する
ことが可能となる。
A quartz window 7 is provided in the upper part of the vacuum container 1, and a flash lamp 8 and its reflector 9 are installed in this upper part. A condenser for supplying electric power and a power source are connected to the flash lamp, but these are facilities for making the flash lamp emit light, and are not shown in the figure because they are self-explanatory.
With the above equipment, it is possible to heat the sample wafer 4 for an extremely short time by irradiating the flash lamp 8 while supplying the radicals generated in the discharge tube 5 onto the sample wafer 4.

【0024】以上説明したように、この実施の形態の半
導体製造装置では、真空容器1に、被処理基体を載置す
る試料台3と、試料台3の温度を調節するヒーター2な
どの温度調節手段を備えている。また、外部からガスを
供給する通路となる放電管5、放電管5からのガスをプ
ラズマにより活性化するマイクロ波空洞共振器6、放電
管5及びマイクロ波空洞共振器6等からなり、放電管5
からのガスにマイクロ波または高周波電力を印加してプ
ラズマを発生するプラズマ発生手段および活性化ガス供
給手段、ガス排気手段としての排気口10、加熱手段と
してのフラッシュランプ8を備えている。
As described above, in the semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment, the temperature control of the vacuum stage 1 such as the sample stage 3 on which the substrate to be processed is placed and the heater 2 for adjusting the temperature of the sample stage 3 is performed. Equipped with means. Further, the discharge tube 5 serves as a passage for supplying gas from the outside, the microwave cavity resonator 6 that activates the gas from the discharge tube 5 by plasma, the discharge tube 5, the microwave cavity resonator 6, and the like. 5
It is provided with a plasma generating means for generating plasma by applying microwave or high-frequency power to the gas from the above, an activated gas supplying means, an exhaust port 10 as a gas exhausting means, and a flash lamp 8 as a heating means.

【0025】次に、図1に示した半導体製造装置を用い
て形成したゲート酸化膜の特性について図2を用いて述
べる。図2は、本発明の実施にあたり作成した試料の断
面図を示す。図2に示すように、P型(100)シリコン基
板21を750℃で酸化して、膜厚がそれぞれ2.0, 2.5,
3.0nmの酸化シリコン膜22を形成した。この試料を図
1に示す半導体製造装置内に載置し、窒素を100sccm流
し圧力を1Torrに保つ。次に、空洞共振器6に周波数2.
45GHz、1kWのマイクロ波を印加して窒素ガスを放電さ
せ、前記酸化シリコン膜22の窒化を試みた。この時、
試料の温度と窒素ラジカルを作用させる時間とをパラメ
ータにとって、酸化シリコン膜中における窒素原子の濃
度と分布を詳細に調べた。
Next, the characteristics of the gate oxide film formed by using the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view of a sample prepared for carrying out the present invention. As shown in FIG. 2, the P-type (100) silicon substrate 21 was oxidized at 750 ° C. to obtain film thicknesses of 2.0, 2.5,
A 3.0 nm silicon oxide film 22 was formed. This sample is placed in the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 1 and nitrogen is caused to flow at 100 sccm to maintain the pressure at 1 Torr. Next, a frequency of 2.
Nitrogen gas was discharged by applying a microwave of 45 GHz and 1 kW, and nitriding of the silicon oxide film 22 was tried. At this time,
The concentration and distribution of nitrogen atoms in the silicon oxide film were investigated in detail using the temperature of the sample and the time for which the nitrogen radicals act as parameters.

【0026】次に、初めに本発明との比較のために、従
来技術による実験を行った。まず、試料ウエーハ22が
載置されている試料台3の温度を700℃に設定し、窒素
ラジカルを作用させる時間を10分とした。この他、窒素
ラジカル照射時間を10分と固定して試料台の温度を400
℃,500℃と替えた資料を作成した。次に、本発明を以下
の条件で実施した。試料台3の温度を室温に保ち、窒素
ラジカルを作用させながら、フラッシュランプ8を30秒
間に1回、すなわち2Hzで10ショット照射した。これら
の酸化シリコン膜をSIMS分析し、酸化シリコン膜中にお
ける窒素原子の濃度と分布とを調べた。
Next, for comparison with the present invention, an experiment according to the prior art was first conducted. First, the temperature of the sample table 3 on which the sample wafer 22 is placed was set to 700 ° C., and the time for causing the nitrogen radicals to act was 10 minutes. In addition, fix the nitrogen radical irradiation time to 10 minutes and set the temperature of the sample table to 400
The data was changed to ℃ and 500 ℃. Next, the present invention was carried out under the following conditions. While maintaining the temperature of the sample table 3 at room temperature, the flash lamp 8 was irradiated once every 30 seconds, that is, 10 shots at 2 Hz, while making nitrogen radicals act. SIMS analysis was performed on these silicon oxide films to examine the concentration and distribution of nitrogen atoms in the silicon oxide film.

【0027】図3にその結果を示す。図3において、横
軸は右方向へ膜表面からの深さを示し、縦軸は濃度を示
す。また、符号Oは酸素濃度分布、符号Nは窒素濃度分
布を示す。図3(a)が従来技術による典型的な条件で窒
素を導入した結果である。膜中の平均窒素濃度は3〜4%
で、窒化は酸化シリコン膜の表面から起こるため窒素濃
度は表面で高いが、窒素原子はシリコン基板との界面に
まで到達している。これは温度が高く、また、処理時間
が長いために窒素原子が酸化シリコン膜中で拡散するた
めである。図3(b)と(c)は、試料台3の温度を400℃、5
00℃と下げた場合の結果である。温度が低いため拡散が
遅く、窒素原子はシリコン基板との界面に到達していな
いが、膜中の窒素濃度が低い。これでは、ホウ素の拡散
を抑止することができない。
The results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the depth from the film surface to the right, and the vertical axis represents the concentration. The symbol O indicates the oxygen concentration distribution, and the symbol N indicates the nitrogen concentration distribution. FIG. 3A shows the result of introducing nitrogen under typical conditions according to the conventional technique. Average nitrogen concentration in the film is 3-4%
Since the nitridation occurs from the surface of the silicon oxide film, the nitrogen concentration is high on the surface, but the nitrogen atoms reach the interface with the silicon substrate. This is because the temperature is high and the processing time is long, so that nitrogen atoms diffuse in the silicon oxide film. 3 (b) and 3 (c) show that the temperature of the sample table 3 is 400 ° C.
This is the result when the temperature is lowered to 00 ° C. Since the temperature is low, diffusion is slow and nitrogen atoms have not reached the interface with the silicon substrate, but the nitrogen concentration in the film is low. This cannot prevent the diffusion of boron.

【0028】図3(d)が本発明を実施した結果である。
室温で窒素ラジカルを作用させており、フラッシュラン
プによる加熱時間はおよそ1msecと従来の技術に比較し
て非常に短いため窒素原子が膜中を拡散せず、シリコン
基板との界面まで到達していない。しかし、ランプ照射
回数を5回、すなわち、5ショット繰り返して照射した
ため、膜表面での窒素の濃度が充分に高くなっている。
そのため、ホウ素の拡散を抑止することが可能である。
FIG. 3 (d) shows the result of carrying out the present invention.
Nitrogen radicals are allowed to act at room temperature, and the heating time with a flash lamp is about 1 msec, which is extremely short compared to conventional techniques, so nitrogen atoms do not diffuse in the film and do not reach the interface with the silicon substrate. . However, since the lamp was irradiated 5 times, that is, 5 shots were repeated, the nitrogen concentration on the film surface was sufficiently high.
Therefore, it is possible to suppress the diffusion of boron.

【0029】実際、これらの試料の上に多結晶シリコン
膜を堆積し、ホウ素をイオン注入した後1015℃/10秒間
の熱処理を行ってキャパシタを形成し、フラットバンド
電圧と界面準位を測定してホウ素の拡散を界面に対する
窒素の影響を評価したところ、表1に示す結果となっ
た。
Actually, a polycrystalline silicon film was deposited on these samples, boron was ion-implanted, and then heat treatment was performed at 1015 ° C. for 10 seconds to form a capacitor, and a flat band voltage and an interface state were measured. When the influence of nitrogen on the interface was evaluated by the diffusion of boron, the results shown in Table 1 were obtained.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】表1では、それぞれ図3の(a),(b),(c),
(d)に対応した条件a,b,c,dの場合に、熱処理前のフラッ
トバンド電圧Vfbからの変化量と界面準位とを示してい
る。条件dの場合に、界面準位が著しく改善されてい
る。以上の実験から分かるように、本発明によってホウ
素の拡散を抑止し、かつ、良好な界面を実現できること
が明らかである。
In Table 1, (a), (b), (c), and FIG.
Under the conditions a, b, c, and d corresponding to (d), the amount of change from the flat band voltage Vfb before heat treatment and the interface state are shown. In the case of the condition d, the interface state is remarkably improved. As can be seen from the above experiments, it is clear that the present invention can suppress the diffusion of boron and realize a good interface.

【0032】以上説明したように、この実施の形態で
は、温度調節された被処理基体4に対して、活性化した
ガスを供給しながら被処理基体4を1000分の1秒〜100
分の1秒間加熱する。そして、好ましくは、この加熱を
フラッシュランプによる照射により行う。また、フラッ
シュランプによる照射は、所定時間内に2回以上断続的
に行って照射時間の合計が1000分の1秒〜100分の1秒
間となるようにする。好ましい実施の形態は、酸化シリ
コン膜が形成されたシリコンウエーハに対し、窒素ラジ
カルを含むガスを作用させ、フラッシュランプにより照
射して1000分の1秒〜100分の1秒間加熱する態様であ
る。これにより、厚さ2nmを超えない酸化シリコン膜に
対しても、その表面のみに窒素を導入し、下地のシリコ
ン基板との界面にまで窒素を到達させず、界面準位を低
いレベルに維持することができる。
As described above, in this embodiment, the substrate 4 to be processed is supplied to the substrate 4 to be temperature-adjusted while the activated gas is supplied, for 1/1000 second to 100 seconds.
Heat for a second. Then, preferably, this heating is performed by irradiation with a flash lamp. Irradiation with a flash lamp is intermittently performed twice or more within a predetermined time so that the total irradiation time is 1/1000 second to 1/100 second. A preferred embodiment is a mode in which a gas containing nitrogen radicals is made to act on a silicon wafer on which a silicon oxide film is formed, and the silicon wafer is irradiated with a flash lamp and heated for 1/1000 second to 1/100 second. As a result, nitrogen is introduced only into the surface of a silicon oxide film that does not exceed a thickness of 2 nm, and nitrogen is not allowed to reach the interface with the underlying silicon substrate, and the interface state is maintained at a low level. be able to.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、膜厚
2nm以下という非常に薄い酸化シリコン膜の表面近傍に
のみ窒素を導入することが可能であり、界面準位を増加
させることなくB添加多結晶シリコンゲート電極からのB
の拡散を防止することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to introduce nitrogen only into the vicinity of the surface of a very thin silicon oxide film having a film thickness of 2 nm or less, and to increase B without increasing the interface state. B from doped polycrystalline silicon gate electrode
Can be prevented from spreading.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態による半導体製造装置の
主要構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施にあたり作成した試料の断面
図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a sample prepared for carrying out the present invention.

【図3】 本発明を比較例とともに実施した実験結果を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an experimental result of carrying out the present invention together with a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器、 2 ヒーター、 3 試料台、 4 試料、 5 放電管、 6 マイクロ波用空洞共振器、 7 石英板、 8 フラッシュランプ、 9 リフレクター、 10 排気口、 11 同軸ケーブル。 1 vacuum container, 2 heaters 3 sample table, 4 samples, 5 discharge tubes, 6 Microwave cavity resonator, 7 quartz plate, 8 flash lamps, 9 reflector, 10 exhaust port, 11 coaxial cable.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 CC05 EE03 GG09 GG10 GG14 5F045 AA20 AB33 AB34 AF08 BB17 CA05 DC55 DP01 EH18 EK12 EK29 5F058 BA06 BC02 BH04 BH07 BH20 5F140 AA28 BA01 BD06 BD09 BD17 BE07 BE17 BE19 BF01 BF04 BG27 BG43    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4M104 CC05 EE03 GG09 GG10 GG14                 5F045 AA20 AB33 AB34 AF08 BB17                       CA05 DC55 DP01 EH18 EK12                       EK29                 5F058 BA06 BC02 BH04 BH07 BH20                 5F140 AA28 BA01 BD06 BD09 BD17                       BE07 BE17 BE19 BF01 BF04                       BG27 BG43

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 温度調節された被処理基体に対して、活
性化したガスを供給しながら前記被処理基体を1000分の
1秒〜100分の1秒間加熱することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. A semiconductor device comprising: a substrate to be temperature-controlled, which is heated for 1/1000 second to 1/100 second while the activated gas is being supplied to the substrate. Production method.
【請求項2】 前記加熱をフラッシュランプによる照射
により行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating is performed by irradiation with a flash lamp.
【請求項3】 前記フラッシュランプによる照射を2回
以上断続的に行って照射時間の合計が1000分の1秒〜10
0分の1秒間となるようにしたことを特徴とする請求項
2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The irradiation with the flash lamp is intermittently performed twice or more, and the total irradiation time is 1/1000 second to 10 seconds.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the time is set to 1/0 second.
【請求項4】 前記活性化したガスとして窒素ラジカル
を含むガスを用いることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a gas containing nitrogen radicals is used as the activated gas.
【請求項5】 酸化シリコン膜が形成されたシリコンウ
エーハに対し、窒素ラジカルを含むガスを作用させ、フ
ラッシュランプにより照射して1000分の1秒〜100分の
1秒間加熱することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
5. A silicon wafer having a silicon oxide film formed thereon is treated with a gas containing nitrogen radicals, irradiated with a flash lamp, and heated for 1/1000 second to 1/100 second. Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項6】 真空容器と、この真空容器内に配置され
被処理基体を載置する試料台及びこの試料台の温度を調
節する手段と、前記真空容器内に活性化したガスを供給
する手段及び前記ガスを排気する手段と、前記被処理気
体を1000分の1秒〜100分の1秒間加熱する手段とを備
えたことを特徴とする半導体製造装置。
6. A vacuum container, a sample table placed in the vacuum container for mounting a substrate to be processed, a means for adjusting the temperature of the sample table, and a means for supplying an activated gas into the vacuum container. And a means for exhausting the gas and a means for heating the gas to be treated for 1/1000 second to 1/100 second.
【請求項7】 前記活性化したガスを供給する手段がマ
イクロ波または高周波電力を印加するプラズマ発生手段
を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体製造
装置。
7. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the means for supplying the activated gas has a plasma generating means for applying microwave or high frequency power.
【請求項8】 前記活性化したガスを供給する手段がラ
ジカルを含むガスを供給することを特徴とする請求項6
に記載の半導体製造装置。
8. The means for supplying the activated gas supplies a gas containing radicals.
The semiconductor manufacturing apparatus according to.
【請求項9】 前記被処理基体を加熱する手段がフラッ
シュランプであることを特徴とする請求項6に記載の半
導体製造装置。
9. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the means for heating the substrate to be processed is a flash lamp.
【請求項10】 真空容器と、この真空容器内に配置さ
れ被処理基体を載置する試料台及びこの試料台の温度を
調節する手段と、窒素ガスを活性化して前記真空容器内
に導入するマイクロ波放電プラズマ発生装置と、前記被
処理基体を1000分の1〜100分の1秒間加熱するフラッ
シュランプとを備えたことを特徴とする半導体製造装
置。
10. A vacuum container, a sample table which is placed in the vacuum container and on which a substrate to be processed is mounted, a means for adjusting the temperature of the sample table, and nitrogen gas is activated and introduced into the vacuum container. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a microwave discharge plasma generator and a flash lamp for heating the substrate to be treated for 1 / 1000th to 1 / 100th of a second.
JP2002072213A 2002-03-15 2002-03-15 Method and apparatus for manufacturing semiconductor Pending JP2003273103A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002072213A JP2003273103A (en) 2002-03-15 2002-03-15 Method and apparatus for manufacturing semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002072213A JP2003273103A (en) 2002-03-15 2002-03-15 Method and apparatus for manufacturing semiconductor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003273103A true JP2003273103A (en) 2003-09-26

Family

ID=29202266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002072213A Pending JP2003273103A (en) 2002-03-15 2002-03-15 Method and apparatus for manufacturing semiconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003273103A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7084068B2 (en) 2003-06-25 2006-08-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Annealing furnace, manufacturing apparatus, annealing method and manufacturing method of electronic device
KR101013234B1 (en) * 2007-09-12 2011-02-08 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤 Heat treatment apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0982696A (en) * 1995-09-18 1997-03-28 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device and semiconductor manufacturing equipment
JP2002057301A (en) * 2000-08-14 2002-02-22 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002151486A (en) * 2000-10-30 2002-05-24 Applied Materials Inc Substrate processing method and device thereof, and operation method for substrate processor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0982696A (en) * 1995-09-18 1997-03-28 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device and semiconductor manufacturing equipment
JP2002057301A (en) * 2000-08-14 2002-02-22 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002151486A (en) * 2000-10-30 2002-05-24 Applied Materials Inc Substrate processing method and device thereof, and operation method for substrate processor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7084068B2 (en) 2003-06-25 2006-08-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Annealing furnace, manufacturing apparatus, annealing method and manufacturing method of electronic device
KR101013234B1 (en) * 2007-09-12 2011-02-08 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤 Heat treatment apparatus
US8050546B2 (en) 2007-09-12 2011-11-01 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Heat treatment apparatus heating substrate by irradiation with light

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8021987B2 (en) Method of modifying insulating film
TWI283429B (en) Processing apparatus, manufacturing apparatus, processing method, and manufacturing method of electronic device
KR101689147B1 (en) Method and apparatus for growing thin oxide films on silicon while minimizing impact on existing structures
KR101019799B1 (en) Method for modifying highly dielectric thin film
JP2007088454A (en) Method and system for forming layer having controllable spatial variation
JP2003297814A (en) Method of forming thin film and method of manufacturing semiconductor device
JP2004343031A (en) Dielectric film, formation method thereof, semiconductor device using dielectric film, and manufacturing method thereof
US7214412B2 (en) Magenta toner and method for producing same
JP2004343031A5 (en)
KR20050049294A (en) Processing apparatus and method
WO2003056622A1 (en) Substrate treating method and production method for semiconductor device
US6303520B1 (en) Silicon oxynitride film
EP1492161A1 (en) Method for forming underlying insulation film
KR20000062563A (en) Method and apparatus for forming material layers from atomic gasses
TWI229384B (en) Surface modification method
US6878415B2 (en) Methods for chemical formation of thin film layers using short-time thermal processes
JP2007324185A (en) Plasma processing method
JP4273142B2 (en) Surface treatment method, semiconductor device manufacturing method, and capacitive element manufacturing method
US20090233430A1 (en) Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device manufacturing apparatus, and semiconductor device manufacturing system
JP2003273103A (en) Method and apparatus for manufacturing semiconductor
TW559909B (en) Disclosed is a method for forming a semiconductor device and an apparatus for forming the same
JP2004087865A (en) Method of manufacturing semiconductor device
TW200401371A (en) Method for oxidizing a silicon wafer at low-temperature and apparatus for the same
JP2006019366A (en) Method for forming insulating film in semiconductor device
JP2002064097A (en) Manufacturing method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050118

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20050131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20050131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050517