JP3326717B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
バイスに於けるゲートの形成方法を改善した半導体装置
の製造方法に関する。
微細化にともなって、種々な物理的、及び、技術的な限
界に直面している状態に在り、これを打開する為の技術
イノベーションが必要とされている。
の一手段として、ゲート酸化膜の薄膜化が挙げられ、学
会発表論文では、直接トンネリングが起こってしまうよ
うな1.5〔nm〕の極薄ゲート酸化膜を用いた高速動
作トランジスタの動作について報告がなされている。
OS、即ち、pチャネルMOSトランジスタに於ける多
結晶シリコン・ゲートに硼素を、また、nチャネルMO
Sトランジスタに於ける多結晶シリコン・ゲートに燐を
それぞれ導入したCMOSに於いて、ゲート酸化膜を薄
膜化した場合、pチャネルMOSトランジスタに於ける
p+ ゲートからチャネル領域へ硼素が突き抜け易い。
制するには、ゲート酸化膜の窒化が有効であるとされて
いる。
以上でアンモニアに曝した場合、アンモニアの熱分解で
生成された水素に依ってゲート酸化膜が還元され、そこ
で発生したシリコンのダングリング・ボンドに窒素原子
が容易に結合して酸窒化層となるものである。
なるので、硼素の拡散を阻止する機能があり、しかも、
金属との反応が少ない旨の長所をもっているが、前記し
たように、アンモニアを用いた場合、10〔原子%〕〜
20〔原子%〕もの窒素が取り込まれた「重い」窒化と
なる為、高密度の固定電荷、界面準位が発生し、電子の
チャネル移動度が劣化する旨の問題を生じ、また、アン
モニアが分解することで必然的に発生する水素を多く取
り込んでしまう為、電子トラップが多くなる欠点もあ
る。
TP(rapid thermalprocess)に
依って、1〔原子%〕前後の「軽い」窒化を行って、硼
素の拡散を抑制する試みがなされた。
込まない窒化が可能になると同時にN2 Oの窒化力が弱
い為に結果的に「軽い」窒化になるのである。
した場合には、若干のVthシフトが見られるが、「重
い」窒化の場合に見られたキャリヤ移動度の低下は、キ
ャリヤ移動度のピーク値が若干低下するものの、高電界
に於いては逆にキャリヤ移動度が向上する旨の現象が見
られた。また、ホット・キャリヤ・ストレスに依る増幅
度gm 劣化はpチャネル又はnチャネルの両方とも抑制
できることが判った。この理由は、N2 O酸窒化が水素
結合を作らず、界面に強固なSi−N結合を生成する為
である。
初、N2 O+O→2NO、なる熱分解反応が起こって一
酸化窒素(NO)が発生して始めて窒化が可能になるも
のであり、従って、1〔%〕以上の窒素を制御性良く導
入するには、1000〔℃〕以上の高温が必要となり、
CMOSに於けるチャネルの不純物濃度プロファイルを
変えてしまう旨の問題があり、また、N2 O酸窒化を短
時間でRTP処理しようとすると熱分解が不完全とな
り、面内の酸窒化が不均一になる。
発された。NOガスは、N2 O酸窒化と同様に水素を取
り込む心配がない上、N2 O酸窒化で必要となるNO生
成熱反応が不要であることから、比較的、低温で窒化す
ることができ、また、均一性も良好である。
が、NO酸窒化では、シリコン基板と酸化膜との界面に
窒化層が生成される為、多結晶シリコンから拡散した硼
素が酸化膜中に滞留する旨の問題がある。
ime dependent dielectric
breakdown)寿命を短くすると共にストレス・
リーク電流を増加させる旨の問題もある。
が存在すれば、キャリヤ移動度が低下してオン電流が減
少する旨の問題も起こる。
コン・ゲートに窒素イオンを打ち込んで、多結晶シリコ
ンと酸化膜との界面に窒化層を形成する方法も提案され
ているが、そのようにした場合、多結晶シリコン中に窒
素原子が多量に残留して多結晶シリコンの抵抗を上昇さ
せてしまう旨の問題がある。
積する方法もあるが、信頼性を充分に確保する為には、
ゲート絶縁膜の膜厚が厚くなりすぎてしまう旨の問題が
あった。
リコン・ゲートとゲート酸化膜との界面で硼素などの不
純物が通過するのを阻止できるようにして、不純物がチ
ャネル領域に突き抜けることがないようにする。
うに、シリコン基板表面を酸化してゲート酸化膜を形成
してから窒化を行っても、ゲート酸化膜の表面のみに窒
素を偏在させることは困難であり、それを実現するに
は、一工夫が必要である。
酸化してゲート酸化膜を形成する点では従来の技術と変
わりないが、その後、ゲート酸化膜に於けるシリコンと
酸素との結合を切断してから窒化を行うことが基本にな
っている。
装置の製造方法では、シリコン半導体基板(例えばシリ
コン・ウエハ1)上にゲート酸化膜(例えば酸化膜2)
を形成してから稀ガス(Ar,Ne,He,Xe,K
r)雰囲気中でプラズマ照射してゲート酸化膜に於ける
シリコンと酸素の結合を切断する工程と、次いで、N2
を含む雰囲気中でプラズマ照射して窒素とシリコンとを
結合させゲート酸化膜表面上に窒化層(例えば窒化層
3)を生成させる工程と、次いで、N2 を含む雰囲気中
で熱処理を行ってプラズマ・ダメージを回復させる工程
と、その後、前記窒化層が生成されたゲート酸化膜上に
多結晶シリコン膜を形成する工程とが含まれてなること
を特徴とする。
ンと酸化膜との界面に於ける窒素濃度は高く、且つ、酸
化膜とシリコン基板との界面に於ける窒素濃度は低く維
持した窒素濃度プロファイルが実現され、従って、多結
晶シリコンから拡散する不純物が酸化膜を突き抜けるこ
とはなくなり、また、酸化膜中に該不純物が滞留するこ
ともなくなる。
動することはなくなり、また、Qbdで表される電荷量、
即ち、TDDB寿命を測定して得られる破壊に到るまで
の通過電荷量が低下することもなく、更にまた、チャネ
ル領域に窒素が存在するとしても、ごく微量であって、
チャネルに於けるキャリヤ移動度を低下させるようなこ
とはなく、しかも、ホット・エレクトロン劣化を抑止す
るのにも有効である。
態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要
部切断側面図であり、以下、図を参照しつつ説明する。
厚さが26〔Å〕の酸化膜2を形成する。
シリコン・ウエハ1をセットし、流量を100〔scc
m〕としたArを流し、圧力を10〔Torr〕、プラ
ズマ・パワーを1〔kW〕、時間を60〔秒〕としてプ
ラズマ照射を行う。
シリコンと酸素の結合はArの励起エネルギ(11.6
〔eV〕)に依って切断されてしまう。
0〔Torr〕、プラズマ・パワーを1〔kW〕、時間
を60〔秒〕として窒素プラズマに曝すことで、酸化膜
2の表面に於けるシリコンのボンドに窒素ラジカル或い
は窒素イオンを結合させて窒化層3を形成する。
雰囲気中で時間30〔分〕の熱処理を行なう。
deposition)法を適用して多結晶シリコン膜
を形成し、パターニングして多結晶シリコン・ゲートを
形成する。
例えばソース領域及びドレイン領域の形成などに合わせ
て多結晶シリコン・ゲートにも例えば硼素を導入する。
・ゲートから、硼素がチャネル領域に突き抜けることは
なかった。
於ける窒素の深さプロファイルを表す線図であり、横軸
には深さ〔nm〕を、縦軸には窒素濃度をそれぞれ採っ
てある。尚、このデータは、SIMS(seconda
ry ion mass spectroscopy)
に依る解析で得られたものである。
ゲートと酸化膜との界面に於ける窒素濃度は3×1019
〔cm-3〕になっていることが看取されよう。
となく、他に多くの改変を実現することができる。
膜中に於けるシリコンと酸素との結合を切断する為、A
r雰囲気中でプラズマを照射したが、これは、Ne雰囲
気、He雰囲気、Xe雰囲気、Kr雰囲気に代替しても
同効である。
いては、シリコン半導体基板上にゲート酸化膜を形成し
てから稀ガス雰囲気中でプラズマ照射してゲート酸化膜
に於けるシリコンと酸素の結合を切断し、N2 を含む雰
囲気中でプラズマ照射して窒素とシリコンとを結合させ
ゲート酸化膜表面上に窒化層を生成させ、N2 を含む雰
囲気中で熱処理を行ってプラズマ・ダメージを回復さ
せ、窒化層が生成されたゲート酸化膜上に多結晶シリコ
ン膜を形成する。
ンと酸化膜との界面に於ける窒素濃度は高く、且つ、酸
化膜とシリコン基板との界面に於ける窒素濃度は低く維
持した窒素濃度プロファイルが実現され、従って、多結
晶シリコンから拡散する不純物が酸化膜を突き抜けるこ
とはなくなり、また、酸化膜中に該不純物が滞留するこ
ともなくなる。
動することはなくなり、また、Qbdで表される電荷量、
即ち、TDDB寿命を測定して得られる破壊に到るまで
の通過電荷量が低下することもなく、更にまた、チャネ
ル領域に窒素が存在するとしても、ごく微量であって、
チャネルに於けるキャリヤ移動度を低下させるようなこ
とはなく、しかも、ホット・エレクトロン劣化を抑止す
るのにも有効である。
程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であ
る。
の深さプロファイルを表す線図である。
Claims (1)
- 【請求項1】シリコン半導体基板上にゲート酸化膜を形
成してから稀ガス雰囲気中でプラズマ照射してゲート酸
化膜に於けるシリコンと酸素の結合を切断する工程と、 次いで、N2 を含む雰囲気中でプラズマ照射して窒素と
シリコンとを結合させゲート酸化膜表面上に窒化層を生
成させる工程と、 次いで、N2 を含む雰囲気中で熱処理を行ってプラズマ
・ダメージを回復させる工程と、 その後、前記窒化層が生成されたゲート酸化膜上に多結
晶シリコン膜を形成する工程とが含まれてなることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP02950599A JP3326717B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02950599A JP3326717B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=12277959
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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- 1999-02-08 JP JP02950599A patent/JP3326717B2/ja not_active Expired - Lifetime
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