JP4299393B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、半導体基板とSiN膜との界面状態及びSiN膜の膜質を改善するための熱処理方法に特徴のある半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体集積回路装置の高集積化,微細化の進展に伴い、半導体集積回路装置を構成するMISFET(金属−絶縁体−半導体FET)も微細化が要求され、微細化に伴って低電圧化が要請されるためにゲート絶縁膜の厚さを薄くする必要が生じるが、ゲート絶縁膜として従来のMISFETの様にSiO2 膜を用いた場合、SiO2 膜を4nm程度まで薄膜化すると、膜厚の均一性の保持が難しくなるのに加え、リーク電流の増大やゲート電極にドープする不純物がチャネル領域に突き抜ける現象などが顕在化し、MISFETの特性に深刻な影響を及ぼすようになってきた。
【0003】
この様な問題を解決するために、ゲート絶縁膜として、SiO2 膜の代わりにSiO2 膜より比誘電率の大きなシリコン窒化膜(SiNx 膜、化学量論比的にはSi3 4 膜)、即ち、SiN膜の適用が検討されている。
即ち、SiN膜は比誘電率が大きいので、SiO2 膜より厚い膜厚のSiN膜を用いても、同等のゲート特性を得ることができるためである。
【0004】
従来のSiN膜の作製方法としては、熱窒化による直接窒化法や、熱CVD法が広く用いられているが、これらのプロセスは、いずれも800℃以上の高温プロセスであるため、この様な高温プロセスによってゲート絶縁膜となるSiN膜を形成した場合には、しきい値電圧Vth調整用にチャネル領域にドープした不純物をSiN膜の堆積工程において再分布させることになり、短チャネル効果の悪化、即ち、ソース−ドレイン領域間のパンチスルーを誘発することになる。
また、この様な高温プロセスは、近年のウェハの大口径化に対しては、ウェハの反りをもたらし、加工精度の低下を引き起こすという問題もある。
【0005】
この様な高温プロセスの問題点に鑑み、低温プロセスであるプラズマCVD(PCVD)法やJVD(Jet Vapor Deposition)法の適用が試みられており、例えばYale大学、Jet Process Corp.、或いは、モトローラ社においては、EOT(Equivalent Oxide Thickness:等価酸化膜厚)換算で、2〜5nmのSiN膜をJVD法で成膜することが研究されており、特に、モトローラ社においては、0.35μmデバイスへの応用研究が行われ、良好な結果を示している。
なお、EOT(等価酸化膜厚)とは、比誘電率をSiO2 膜と同じ3.9であるとして、C−V特性から算出した絶縁膜の膜厚である。
【0006】
しかし、この様なPCVD法やJVD法によって成膜したSiN膜は、堆積しただけでは膜質があまり良くなく、I(電流)−V(電圧)特性に相当するJ(電流密度)−E(電界)特性において電界Eの増加に伴って電流密度Jが上昇するという問題、即ち、リーク電流が増大するという問題がある(例えば、後述する図3のJ−E特性参照)。
【0007】
したがって、この様な低温SiN膜の膜質を改善するためには、800℃程度の高温におけるN2 雰囲気中でアニールを行う必要が生じ、結局は全体としては高温プロセスになってしまうことになる。
【0008】
さらに、低温SiN膜の膜質を改善するために、プラズマプロセスを用いてSiN膜内へ窒素を導入することも検討されているが、プラズマによるSiN膜へのダメージ、或いは、シリコン基板へのダメージが懸念されている。
【0009】
一方、この様な高温プロセスやプラズマのダメージを伴わない絶縁膜の形成方法として、低温プロセスで絶縁膜を成膜したのち触媒で活性化したガス雰囲気中で400〜700℃の温度でアニールすることが提案されている(例えば、特開平8−78695号公報参照)。
【0010】
この提案においては、熱処理を行う反応室内、或いは、それとは独立の反応室内にメッシュ状の触媒を配置し、原料ガスをメッシュ状の触媒を透過させることによって活性化し、活性化した活性種、即ち、ラジカルにより結晶性Si膜/酸化珪素膜界面のシリコン−水素結合(Si−H)をシリコン−窒素結合(Si≡N)に置き換えることによって、酸化膜の膜質を改善しようとするものであり、全体を700℃以下の低温プロセスで行うことができる。
【0011】
例えば、上記提案においては、TFTを構成する結晶性Si膜の表面にスパッタリング法によってゲート絶縁膜となる厚さ20〜150nm、例えば、100nmの酸化珪素膜を堆積させたのち、触媒となる白金網によって活性化したN2 Oを用いて500〜650℃において1時間熱処理を行うことによって、酸化珪素膜中、及び、酸化珪素膜と結晶性Si膜の界面における水素を酸化或いは窒化によって減少させて酸化珪素膜の膜質及び界面の特性を向上することが開示されている。
【0012】
また、上記提案においては、TFTを構成する結晶性Si膜の表面にECR−CVD法によってゲート絶縁膜となる厚さ120nmの酸化珪素膜を堆積させたのち、触媒となるTiを吸着させた粒状或いは粉状のシリカゲルによって、Arによって1〜5%に希釈されたNH3 を活性化し、1時間のアニールを施すことによって酸化珪素膜を窒化し、次いで、触媒によって活性化したN2 Oを用いて500〜650℃において1時間熱処理を行うことによって、窒化された酸化珪素膜と結晶性Si膜の界面の特性を向上することが開示されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の様に、PCVD法或いはJVD法を用いた場合には、低温SiN膜の膜質を改善するためには、800℃程度の高温におけるN2 雰囲気中でアニールを行う必要が生じ、結局、全体としては高温プロセスになってしまうという問題がある。
【0014】
また、上述の触媒で活性化したガスを用いて低温アニールする方法の場合には、100nm程度のかなり厚い酸化珪素膜を対象とするものであり、本発明において対象とするEOTが2〜5nm程度の極薄いSiN膜の改質のために適用可能かは不明であり、且つ、そのための具体的要件は何ら開示されていないものである。
【0015】
さらに、この場合には、PCVD法やECR−CVD法によって堆積した酸化珪素膜を、触媒を備えた別の反応室内で400〜700℃の温度で熱処理するものであり、製造装置系の構成が複雑化するとともに、低温プロセスといっても400℃以上の温度を必要とするという問題がある。
【0016】
したがって、本発明は、低温で成膜したSiN膜を低温アニールによって改質し、また、製造装置系の構成を簡素化することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
(1)本発明は、半導体装置の製造方法において、基体1上にSiN膜5を堆積したのち、抵抗発熱体からなる触媒体3にNHを吹きつけ、触媒体3とNHとの接触反応によってNHの少なくとも一部を分解し、分解によって生成された活性種4の雰囲気中にSiN膜5を晒すことを特徴とする。
【0018】
この様に、触媒により活性化した活性種4を用いてアニールすることによって、低温プロセスのみで、基体1−SiN膜5の界面を改質することができるとともに、SiN膜5の膜質を改善することができ、特に、EOTが2〜5nm程度のSiN膜5の場合に効果的であり、極薄ゲート絶縁膜を用いたMISFETの特性を向上することができる。
なお、この場合の基体1とは、シリコン基板、基板上に成膜したシリコン堆積層、或いは、金属を意味するものであり、また、原料ガスの少なくも一部を分解するとは、原料ガスの一部をNラジカルやN2 ラジカル等に分解しても良いし、或いは、原料ガスの全部をNラジカルやN2 ラジカル等に分解しても良いことを意味する。
【0020】
この様に、SiN膜5のアニールに際して、原料ガス2としてNH3 を用いることによって、SiN膜5中の水素或いは基体1−SiN膜5の界面の水素を低減し、SiN膜5の膜質を改善することができるとともに、界面準位密度を低減することができる。
【0022】
特に、触媒体3として抵抗発熱体を用いることによって、触媒体3の温度を1800℃程度の高温にすることができ、この高温状態の触媒体3とNH を接触させることによって、Nの活性種、即ち、窒素原子のラジカル、や、Nの活性種、即ち、窒素分子のラジカルの相対比率を多くすることができ、結果的に良好なSiN膜5の膜質の改善効果、及び、基体1−SiN膜5の界面の界面準位密度の低減効果が得られる。
【0023】
(2)また、本発明は、半導体装置の製造方法において、基体1上にSiN膜5を堆積したのち、タングステンからなる触媒体3にNH を吹きつけ、触媒体3とNH との接触反応によってNH の少なくとも一部を分解し、分解によって生成された活性種4の雰囲気中にSiN膜5を晒すことを特徴とする。
【0024】
この様な触媒アニールに用いる触媒体3としては、高温に耐え、触媒体材料の分解によるSiN膜5への混入がなく、且つ、原料ガス2との反応により表面が変質しにくいタングステン(W)が好適である。
【0025】
)また、本発明は、上記(1)または(2)において、SiN膜5が、触媒化学気相成長法によって堆積したSiN膜5であり、引き続いて、同じ反応容器内において、NHの分解によって生成された活性種4の雰囲気中にSiN膜5を晒すことを特徴とする。
【0026】
この様に、SiN膜5を触媒化学気相成長法(Catalytic Chemical Vapor Deposition法:触媒CVD法)によって成膜した場合には、SiN膜5の堆積工程と、触媒アニールとを同じ反応容器内における一連の工程として(即ち、in−situ)行うことによって、製造装置系の構成を簡素化することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施の形態を説明するが、実施の形態の製造工程を説明する前に、図2及び図3を参照して、本発明の実施の形態に用いる触媒CVD装置及び、触媒CVD法で成膜したSiN膜のJ−E特性を説明する。
図2参照
図2は、本発明の実施の形態に用いる触媒CVD装置の概念的構成図であり、反応室となる真空容器11には排気管12が接続されており、この排気管12を介して拡散ポンプ13によって反応生成物或いは未反応の原料ガス19が排気される。
【0028】
また、真空容器11の上部中央には、基板ホルダー14が設けられており、この基板ホルダー14にはサセプタ等によって保持された試料15が固着されており、また、基板ホルダー14の凹部には試料を加熱するためにヒーター16が設けられており、試料15の温度は熱電対17によって監視される。
【0029】
また、試料15に対向するように、原料ガス19を吹き出すためのノズルを有するガス供給管18及びタングステン触媒体20を配置し、両者の間にシャッター23を設けておき、タングステン触媒体20には交流電源21から、700W程度、例えば、680Wの交流電力が供給され、タングステン触媒体20の触媒体線温度は1800〜1900℃程度の高温になる。
なお、タングステン触媒体20の触媒体線温度は、コイル状のタングステン触媒体20の電気抵抗の温度依存性からまず見積もられるが、真空容器11に設けた石英窓(図示せず)を介して電子式の赤外放射温度計22によって見積もられる。
【0030】
この高温のタングステン触媒体20に原料ガス19が吹きつけられて、原料ガス19とタングステン触媒体20とが接触することによって、原料ガス19が分解してラジカル等の活性種が形成され、シャッター23を開きこの活性種を含む雰囲気中に試料15が晒されることによって、成膜或いはアニール処理が行われる。
なお、この場合、タングステン触媒体20からの熱輻射による基板温度の上昇が危惧されるが、試料15とタングステン触媒体20との間の距離を5cm程度とした場合には、熱輻射による温度上昇は数10℃以内であるので、低温化の観点からは問題とならない(必要ならば、応用物理,Vol.66,No.10,pp.1094−1097,1997参照)。
【0031】
次に、この触媒CVD装置を用いてSiN膜を成膜した場合のSiN膜の特性を説明する。
まず、試料15となる水素終端した(100)面を主面とする比抵抗が0.1Ω・cmのp型シリコン基板の基板温度を約200℃とした状態で、原料ガス19としてSiH4 とNH3 を用いて4.8nmのSiN膜を成膜し、SiN膜の上にAl膜を設けて電極とする。
なお、この場合の基板温度とは、熱電対17による検出温度を意味する。
【0032】
図3参照
図3は、この様にして成膜したSiN膜のJ(電流密度)−E(電界)特性を示す図であり、比較のためにJVD法で成膜したSiN膜(必要ならば、Mukesh Khare,Symp.on VLSI Tech.Dig.pp.51−52,June,1997参照)、及び、減圧化学気相成長法(LPCVD法)で成膜したSiN膜(H.C.Cheng,IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,Vol.16,No.11,pp.509−511,November,1995参照)を合わせて示している。
なお、このJ−E特性の測定に際しては、Al膜を設けた後の熱処理、即ち、PMA(Post Metal Anneal)処理を行わない状態で測定した。
【0033】
図から明らかなように、触媒CVD法によって成膜したSiN膜は、3MV/cm以上の電界強度領域において、他の低温成膜法によるSiN膜より電流密度、即ち、リーク電流が少なく、また、絶縁耐圧としては9MV/cm以上の高品質のSiN膜が得られたことが確認され、微細Si集積回路プロセスへの応用が期待される。
なお、触媒CVD法自体は、本発明者の一人である松村等により発表されており(例えば、特開平8−250438号公報、特開平10−83988号公報、或いは、上述の応用物理,Vol.66,No.10,pp.1094−1097,1997参照)、また、触媒CVD装置を用いた基板表面の窒化法は、本発明者の一人である和泉により発表されている(Applied PhysicsLetters,Vol.71,No.10,pp.1371−1372,September,1997参照)。
【0034】
この様な事項を前提として、低温成膜したSiN膜の膜質を改善するため低温アニールに関する本発明の実施の形態を図4乃至図7を参照して説明する。
図4(a)参照
まず、図4を参照して、本発明の実施の形態の製造工程を説明するが、(100)面を主面とするn型シリコン基板31の表面をRCA洗浄によって清浄化したのち、図2に示した触媒CVD装置内において、n型シリコン基板31の温度を300℃とした状態で、原料ガス19としてSiH4 33を1.1sccm、NH3 32を50〜60sccm流して真空容器11内のガス圧を0.01Torrとし、n型シリコン基板31との間隔が3.7cmとなるように配置したタングステン触媒体20に交流電源21から680Wの交流電力を投入して1800〜1900℃に加熱し、この加熱されたタングステン触媒体20にNH3 32及びSiH4 33を接触させることによってNH3 32及びSiH4 33を分解して活性種34,35を生成し、この活性種34,35をn型シリコン基板31の表面で反応させることによってSiN膜36を堆積させる。
【0035】
図4(b)参照
引き続いて、同じ真空容器11内で(in−situ)、SiH4 33の供給を停止し、NH3 37のみを50〜60sccm供給してガス圧を0.013Torrとした以外は成膜工程と同じ条件で、活性種38を生成し、この活性種38を含む雰囲気中でSiN膜36を、例えば、1時間熱処理することによって改質されたSiN膜39を形成する。
なお、この場合の活性種38は、NH3 37が分解して形成された各種のラジカル等から構成されており、その中でも、Nラジカルが最も多く、次いで、N2 ラジカルが多かった。
【0036】
図5(a)参照
図5(a)は、NH3 による触媒アニール処理を行わない前のSiN膜36のC−V特性を示す図であり、このC−V特性からはSiN膜36のEOTは4.06nmと見積もられ、また、界面準位密度Du は8.63×1011cm-2eV-1であった。
因に、この場合のSiN膜36の比誘電率は、エリプソメトリ(偏光解析法)により求めた膜厚とC−V特性により求めた膜厚とが一致するように比誘電率を求めた場合、約4.4であった。
【0037】
図5(b)参照
図5(b)は、NH3 による触媒アニール処理を行った後のSiN膜39のC−V特性を示す図であり、このC−V特性からはSiN膜39のEOTは3.80nmと見積もられ、履歴特性も改善されており、また、界面準位密度Du は3.53×1011cm-2eV-1と処理前の1/2以下に低減していた。
因に、この場合のSiN膜39の比誘電率は、エリプソメトリにより求めた膜厚とC−V特性により求めた膜厚とが一致するように比誘電率を求めた場合、約6.5であり、処理前の比誘電率に比べて50%程度増加しているのが確認された。
なお、これらのC−V特性の測定に際しては、Al電極を形成するだけで、PMA処理は行っていない。
【0038】
図6(a)参照
図6(a)は、本発明の実施の形態によるSiN膜のJ−E特性を示す図であり、NH3 が分解されて生成した活性種中での低温アニール処理の前のEOTが2.97nmのSiN膜36の電流密度、即ち、リーク電流に比べて、低温アニール処理後のEOTが2.78nmのSiN膜39においては、2桁以上電流密度が小さくなっており、また、絶縁耐圧も向上している。
【0039】
図6(b)参照
図6(b)は、本発明の実施の形態によるSiN膜のJ−E特性を、他の成膜法によるほぼ同じ等価膜厚の絶縁膜と比較したものであり、膜厚が2.80nmの熱SiO2 膜に比べて、電流密度、したがって、リーク電流が2桁以上改善されている。
【0040】
また、室温においてJVD法により堆積させたのち、N2 雰囲気中で800℃程度の温度におけるアニール処理を行い、さらに、電極形成後、PMA処理を行ったEOTが2.9nmのSiN膜と比較した場合、このJVD法によるSiN膜は800℃程度の高温アニール処理を受けているので、本発明のSiN膜はほぼ一桁程度リーク電流が多くなるが、それでも等価膜厚がほぼ等しい熱SiO2 膜と比べてかなりの改善が見られ、充分なJ−E特性と言えるものである。
【0041】
図7(a)参照
図7(a)は、上記の図5に示したC−V特性の説明において示した界面準位密度を改めてグラフ化したものであり、本発明の触媒アニール処理によって、界面準位密度は、約40%程度に低減しているのが分かる。
【0042】
図7(b)参照
図7(b)は、NH3 が分解されて生成した活性種中での低温アニール処理を行わない前(as−deposited)のSiN膜36と低温アニール後(NH3 treatment)のSiN膜39のX線光電子分光(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)スペクトルにおけるN1s(窒素原子の1s軌道の電子)の強度を示す図であり、本発明の低温アニール処理によって、水素に起因すると考えられる拘束エネルギーが400eV付近の強度が大幅に低減しており、SiN膜36中の或いはn型シリコン基板31との界面におけるHがNによって置き換えられたものと考えられる。
【0043】
以上を総括するならば、NH3 を触媒によって分解して生成した活性種中での低温アニール処理によって、SiN膜中のHがNに置き換ることによってSiN膜の比誘電率が大きくなり、それによって、等価酸化膜厚EOTをより小さくすることができ、同じ等価酸化膜厚のゲート絶縁膜として本発明のSiN膜を用いる場合には、その絶対膜厚を従来のSiO2 膜に比べて厚くすることができるので、ゲート絶縁膜の膜厚を均一にすることができ、それによって、MISFETの特性のバラツキを抑制することができる。
【0044】
また、本発明の低温アニール処理によってSiN膜39−n型シリコン基板31の界面のHをNに置き換えるとともに、ダングリング・ボンドをNで終端することができるので、界面準位密度を大幅に低減することができ、それによって、リーク電流が減少し、且つ、絶縁耐圧も向上するので、特性の優れたMISFETを製造することができる。
【0045】
また、本発明の場合には、この様な触媒アニール処理を低温で、特に、300℃以下の低温において行うことができるので、しきい値電圧制御のためにチャネル領域に注入した不純物の再分布を抑制することができ、短チャネル効果の悪化を防止することができる。
【0046】
なお、この様な300℃以下でのアニール処理によってもSiN膜の膜質の改善及び界面状態の改質が可能になる理由は、必ずしも明らかでないが、従来例のような単なるメッシュ状の触媒ではなく、1800〜1900℃の高温になった抵抗発熱体のタングステン触媒体20を用いたことにより、NH3 が効率的に分解され、且つ、生成するラジカルの相対比としてNラジカルが多くなることも一つの理由であると考えられる。
【0047】
また、本発明の具体的な実施の形態においては、触媒アニール処理を行うSiN膜を触媒CVD法によって成膜し、且つ、同じ装置内で引き続いて(in−situ)触媒アニール処理を行っているので、成膜装置とアニール装置を共通化することができ、それによって、製造装置系の構成を簡素化することができる。
【0048】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、実施の形態の説明においては、n型シリコン基板を用いて説明しているが、図3に関する説明から明らかなように、p型シリコン基板にも適用されることは自明であり、また、バルクシリコン基板に限られず、シリコン基板等の基板上にエピタキシャル成長させたシリコン膜上にSiN膜を堆積させた場合にも適用されることは自明である。
【0049】
また、本発明はSiN膜の改質を本質的要件とするものにすぎないので、SiN膜を堆積させるシリコン膜は純粋な単結晶シリコン膜に限られず、多結晶シリコン膜或いはアモルファスシリコン膜をレーザアニールによって結晶化した結晶性シリコン膜にも適用されること、したがって、TFTのゲート絶縁膜の形成工程に適用されることは自明である。
また、本発明は上述のように、SiN膜の改質を本質的要件とするものにすぎないので、SiN膜を堆積させる対象は金属であっても良いことは明らかである。
【0050】
また、本発明の触媒アニール処理は、300℃以下の温度で行えるので、低温プロセス化により寄与するものであるが、必ずしも、300℃以下に限られるものではなく、不純物の再分布等に関する条件が緩和される場合には、300℃以上の温度で触媒アニール処理を行っても良いものである。
【0051】
また、本発明の実施の形態においては、等価酸化膜厚(EOT)が5nm以下の極薄ゲート絶縁膜を対象としているが、必ずしも、この様な極薄膜に限られるものではなく、且つ、ゲート絶縁膜に限られるものではなく、側壁絶縁膜或いは層間絶縁膜等の改質にも適用されることは、新規性喪失の例外規定の対象となるOHP(オーバー・ヘッド・プロジェクタ)原稿のまとめにおける「今後のULSIへの応用可能性の示唆」なる記載から自明である。
【0052】
また、図2に示した触媒CVD装置において、タングステン触媒体20は、コイル状になっているが、インダクタンス特性を利用している訳ではないので、コイル状に限られるものではなく、また、印加電力も交流電力に限られるものではなく、直流電力でも良いことが原理的に自明である。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、低温で成膜したSiN膜を、NH3 を触媒によって分解して生成した活性種の雰囲気中で低温アニール処理することによって膜質及び界面状態を改善しているので、不純物の再分布を抑制することができ、それによって特性の優れたMISFETをバラツキなく製造することが可能になり、高集積度半導体集積回路装置の微細化・高性能化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の実施の形態に用いる触媒CVD装置の概念的構成図である。
【図3】触媒CVD法で成膜したSiN膜のJ−E特性の説明図である。
【図4】本発明の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態によるSiN膜のC−V特性の説明図である。
【図6】本発明の実施の形態によるSiN膜のJ−E特性の説明図である。
【図7】本発明の実施の形態によるSiN膜の界面準位密度とXPSスペクトルの説明図である。
【符号の説明】
1 基体
2 原料ガス
3 触媒体
4 活性種
5 SiN膜
11 真空容器
12 排気管
13 拡散ポンプ
14 基板ホルダー
15 試料
16 ヒーター
17 熱電対
18 ガス供給管
19 原料ガス
20 タングステン触媒体
21 交流電源
22 赤外放射温度計
23 シャッター
31 n型シリコン基板
32 NH3
33 SiH4
34 活性種
35 活性種
36 SiN膜
37 NH3
38 活性種
39 SiN膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device characterized by a heat treatment method for improving the interface state between a semiconductor substrate and a SiN film and the film quality of the SiN film.
[0002]
[Prior art]
With the progress of high integration and miniaturization of semiconductor integrated circuit devices in recent years, miniaturization is also required for MISFETs (metal-insulator-semiconductor FETs) constituting the semiconductor integrated circuit device, and the voltage is lowered with miniaturization. However, when the SiO 2 film is used as the gate insulating film like the conventional MISFET, the thickness of the SiO 2 film is reduced to about 4 nm. In addition to the difficulty of maintaining the uniformity of thickness, an increase in leakage current and a phenomenon in which impurities doped into the gate electrode penetrate into the channel region have become apparent, which has seriously affected the characteristics of the MISFET.
[0003]
To solve such problems, as a gate insulating film, SiO 2 film instead SiO 2 large silicon nitride film having a relative dielectric constant than layer (SiN x film, Si 3 N 4 film on the stoichiometric ratio basis of In other words, application of a SiN film has been studied.
That is, since the relative dielectric constant of the SiN film is large, equivalent gate characteristics can be obtained even if an SiN film having a thickness larger than that of the SiO 2 film is used.
[0004]
As a conventional method for forming a SiN film, a direct nitridation method by thermal nitridation or a thermal CVD method is widely used. However, since these processes are high-temperature processes at 800 ° C. or higher, such a high temperature is used. When a SiN film serving as a gate insulating film is formed by the process, impurities doped in the channel region for adjusting the threshold voltage Vth are redistributed in the SiN film deposition process, and the short channel effect is deteriorated. That is, punch-through between the source and drain regions is induced.
In addition, such a high-temperature process has a problem that, in response to the recent increase in wafer diameter, the wafer is warped and the processing accuracy is lowered.
[0005]
In view of the problems of such a high temperature process, application of a plasma CVD (PCVD) method and a JVD (Jet Vapor Deposition) method, which are low temperature processes, has been attempted. For example, see Yale University, Jet Process Corp. Alternatively, in Motorola, it has been studied to form a SiN film of 2 to 5 nm by JVD method in terms of EOT (Equivalent Oxide Thickness), and in particular, in Motorola, 0 Application studies on .35 μm devices have been conducted and have shown good results.
The EOT (equivalent oxide film thickness) is the film thickness of the insulating film calculated from the CV characteristics on the assumption that the relative dielectric constant is 3.9, which is the same as that of the SiO 2 film.
[0006]
However, the SiN film formed by such a PCVD method or JVD method does not have a very good film quality only by being deposited, and J (current density) -E (electric field) corresponding to I (current) -V (voltage) characteristics. ) In the characteristics, there is a problem that the current density J increases as the electric field E increases, that is, there is a problem that the leakage current increases (for example, refer to the J-E characteristics in FIG. 3 described later).
[0007]
Therefore, in order to improve the film quality of such a low-temperature SiN film, it is necessary to perform annealing in an N 2 atmosphere at a high temperature of about 800 ° C., resulting in a high-temperature process as a whole.
[0008]
Furthermore, in order to improve the film quality of the low-temperature SiN film, introduction of nitrogen into the SiN film using a plasma process is also being studied. However, damage to the SiN film due to plasma or damage to the silicon substrate may be caused. There are concerns.
[0009]
On the other hand, as a method of forming an insulating film without causing such a high temperature process or plasma damage, an insulating film is formed by a low temperature process and then annealed at a temperature of 400 to 700 ° C. in a gas atmosphere activated by a catalyst. Has been proposed (see, for example, JP-A-8-78695).
[0010]
In this proposal, a mesh-like catalyst is arranged in a reaction chamber in which heat treatment is performed or in a reaction chamber independent of the heat treatment, and activated by allowing the raw material gas to permeate the mesh-like catalyst. The silicon-hydrogen bond (Si-H) at the crystalline Si film / silicon oxide film interface is replaced with a silicon-nitrogen bond (Si≡N) by radicals to improve the film quality of the oxide film. The whole can be performed by a low temperature process of 700 ° C. or less.
[0011]
For example, in the above proposal, a platinum network serving as a catalyst is formed by depositing a silicon oxide film having a thickness of 20 to 150 nm, for example, 100 nm, which becomes a gate insulating film on the surface of the crystalline Si film constituting the TFT by sputtering. By performing heat treatment at 500 to 650 ° C. for 1 hour using N 2 O activated by the above, hydrogen in the silicon oxide film and at the interface between the silicon oxide film and the crystalline Si film is reduced by oxidation or nitridation. It is disclosed to improve the film quality and interface characteristics of a silicon oxide film.
[0012]
Further, in the above proposal, a 120-nm-thick silicon oxide film serving as a gate insulating film is deposited on the surface of the crystalline Si film constituting the TFT by an ECR-CVD method, and then a granular material in which Ti serving as a catalyst is adsorbed. Alternatively, NH 3 diluted to 1 to 5% with Ar is activated with powdered silica gel, and the silicon oxide film is nitrided by annealing for 1 hour, and then N 2 O activated with a catalyst is used. It is disclosed that the characteristics of the interface between the nitrided silicon oxide film and the crystalline Si film are improved by performing a heat treatment at 500 to 650 ° C. for 1 hour.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the PCVD method or the JVD method is used, in order to improve the film quality of the low temperature SiN film, it is necessary to perform annealing in an N 2 atmosphere at a high temperature of about 800 ° C. As a whole, there is a problem that it becomes a high temperature process.
[0014]
In addition, in the case of the low temperature annealing method using the gas activated by the above-mentioned catalyst, the target is an extremely thick silicon oxide film of about 100 nm, and the EOT targeted in the present invention is about 2 to 5 nm. It is unclear whether it can be applied to the modification of a very thin SiN film, and no specific requirements for this are disclosed.
[0015]
Furthermore, in this case, the silicon oxide film deposited by the PCVD method or the ECR-CVD method is heat-treated at a temperature of 400 to 700 ° C. in another reaction chamber equipped with a catalyst, and the structure of the manufacturing apparatus system is In addition to being complicated, there is a problem that a temperature of 400 ° C. or higher is required even in a low temperature process.
[0016]
Accordingly, an object of the present invention is to modify a SiN film formed at a low temperature by low-temperature annealing and to simplify the configuration of a manufacturing apparatus system.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Refer to FIG. 1. (1) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after depositing a SiN film 5 on a substrate 1, NH 3 is sprayed onto a catalyst body 3 made of a resistance heating element , and the catalyst body 3 and the NH 3 It is characterized in that at least a part of NH 3 is decomposed by contact reaction with the SiN film 5 and the SiN film 5 is exposed to the atmosphere of the active species 4 generated by the decomposition.
[0018]
In this way, by annealing using the active species 4 activated by the catalyst, the interface of the substrate 1-SiN film 5 can be modified only by a low temperature process, and the film quality of the SiN film 5 is improved. In particular, it is effective in the case of the SiN film 5 having an EOT of about 2 to 5 nm, and can improve the characteristics of the MISFET using the ultra-thin gate insulating film.
In this case, the substrate 1 means a silicon substrate, a silicon deposited layer formed on the substrate, or a metal, and that at least a part of the source gas is decomposed means that the source gas This means that part of the raw material gas may be decomposed into N radicals, N 2 radicals, or the like, or the entire raw material gas may be decomposed into N radicals, N 2 radicals, or the like.
[0020]
In this way, when annealing the SiN film 5, NH 3 is used as the source gas 2 to reduce hydrogen in the SiN film 5 or hydrogen at the interface of the substrate 1 -SiN film 5 and improve the film quality of the SiN film 5. And the interface state density can be reduced.
[0022]
In particular, by using a resistance heating element as the catalyst body 3, the temperature of the catalyst body 3 can be increased to about 1800 ° C., and by bringing the catalyst body 3 in the high temperature state into contact with NH 3 , the activity of N The relative ratio of the species, that is, the radicals of nitrogen atoms and the active species of N 2 , that is, the radicals of nitrogen molecules, can be increased, and as a result, the effect of improving the quality of the SiN film 5 and the substrate The effect of reducing the interface state density at the interface of the 1-SiN film 5 is obtained.
[0023]
(2) Further, according to the present invention, in the semiconductor device manufacturing method, after depositing the SiN film 5 on the substrate 1, NH 3 is sprayed onto the catalyst body 3 made of tungsten , and the contact between the catalyst body 3 and the NH 3. It is characterized in that at least a part of NH 3 is decomposed by reaction, and the SiN film 5 is exposed to an atmosphere of active species 4 generated by the decomposition.
[0024]
As the catalyst body 3 used for such catalyst annealing, tungsten (W) that can withstand high temperatures, is not mixed into the SiN film 5 due to decomposition of the catalyst body material, and does not easily change its surface due to reaction with the source gas 2. Is preferred.
[0025]
( 3 ) Further, according to the present invention, in the above (1) or (2) , the SiN film 5 is the SiN film 5 deposited by the catalytic chemical vapor deposition method. Subsequently, in the same reaction vessel, NH 3 The SiN film 5 is exposed to the atmosphere of the active species 4 generated by the decomposition of the above.
[0026]
As described above, when the SiN film 5 is formed by the catalytic chemical vapor deposition method (catalytic chemical vapor deposition method: catalytic CVD method), the deposition process of the SiN film 5 and the catalyst annealing are performed in the same reaction vessel. By performing as a series of steps (that is, in-situ), the configuration of the manufacturing apparatus system can be simplified.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, an embodiment of the present invention will be described. Before describing the manufacturing process of the embodiment, referring to FIG. 2 and FIG. 3, a catalytic CVD apparatus and a catalyst used in the embodiment of the present invention will be described. The JE characteristic of the SiN film formed by the CVD method will be described.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a catalytic CVD apparatus used in the embodiment of the present invention. An exhaust pipe 12 is connected to a vacuum vessel 11 serving as a reaction chamber. Then, the reaction product or the unreacted source gas 19 is exhausted by the diffusion pump 13.
[0028]
A substrate holder 14 is provided at the upper center of the vacuum vessel 11, and a sample 15 held by a susceptor or the like is fixed to the substrate holder 14, and a sample is held in a recess of the substrate holder 14. A heater 16 is provided to heat the sample 15, and the temperature of the sample 15 is monitored by a thermocouple 17.
[0029]
Further, a gas supply pipe 18 having a nozzle for blowing out the source gas 19 and a tungsten catalyst body 20 are arranged so as to face the sample 15, and a shutter 23 is provided between them, AC power of about 700 W, for example, 680 W, is supplied from the AC power supply 21, and the catalyst body temperature of the tungsten catalyst body 20 becomes a high temperature of about 1800 to 1900 ° C.
Note that the temperature of the catalyst body wire of the tungsten catalyst body 20 is first estimated from the temperature dependence of the electrical resistance of the coiled tungsten catalyst body 20, but electrons are transmitted through a quartz window (not shown) provided in the vacuum vessel 11. Estimated by the infrared radiation thermometer 22 of the formula.
[0030]
The source gas 19 is blown onto the high-temperature tungsten catalyst body 20, and the source gas 19 and the tungsten catalyst body 20 come into contact with each other, whereby the source gas 19 is decomposed to form active species such as radicals, and the shutter 23 When the sample 15 is exposed to an atmosphere containing this active species, film formation or annealing is performed.
In this case, the substrate temperature may be increased due to heat radiation from the tungsten catalyst body 20, but when the distance between the sample 15 and the tungsten catalyst body 20 is about 5 cm, the temperature increase due to heat radiation is Since it is within several tens of degrees Celsius, there is no problem from the viewpoint of lowering the temperature (see Applied Physics, Vol. 66, No. 10, pp. 1094-1097, 1997 if necessary).
[0031]
Next, characteristics of the SiN film when the SiN film is formed using this catalytic CVD apparatus will be described.
First, in a state where the substrate temperature of a p-type silicon substrate having a specific resistance of 0.1 Ω · cm having a hydrogen-terminated (100) surface as the sample 15 is about 200 ° C., SiH 4 is used as the source gas 19. A 4.8 nm SiN film is formed using NH 3 , and an Al film is provided on the SiN film to form an electrode.
In this case, the substrate temperature means a temperature detected by the thermocouple 17.
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing the J (current density) -E (electric field) characteristics of the SiN film formed as described above. For comparison, a SiN film (if necessary) formed by the JVD method is shown. , Mukes Khare, Symp. On VLSI Tech. Dig. Pp. 51-52, June, 1997) and SiN films (HC Cheng, IEEE) formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). ELECTRON DEVICE LETTERS, Vol. 16, No. 11, pp. 509-511, November, 1995).
In measuring the J-E characteristics, the heat treatment after the Al film was provided, that is, the PMA (Post Metal Anneal) treatment was not performed.
[0033]
As is apparent from the figure, the SiN film formed by the catalytic CVD method has less current density, that is, leakage current, than the SiN film formed by other low-temperature film forming methods in the electric field strength region of 3 MV / cm or more. It was confirmed that a high-quality SiN film having a dielectric breakdown voltage of 9 MV / cm or more was obtained, and application to a fine Si integrated circuit process is expected.
The catalytic CVD method itself has been published by Matsumura et al., One of the inventors of the present invention (for example, JP-A-8-250438, JP-A-10-83988, or the above-mentioned Applied Physics, Vol. 66, No. 10, pp. 1094-1097, 1997), and a method for nitriding a substrate surface using a catalytic CVD apparatus has been published by Izumi, one of the inventors of the present invention (Applied Physics Letters, Vol. 71, No. 10, pp.1371-1372, September, 1997).
[0034]
On the premise of such matters, an embodiment of the present invention relating to low-temperature annealing will be described with reference to FIGS. 4 to 7 in order to improve the film quality of a SiN film formed at a low temperature.
Reference to FIG. 4A First, the manufacturing process of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4. The surface of the n-type silicon substrate 31 having the (100) plane as the main surface is cleaned by RCA cleaning. Then, in the catalytic CVD apparatus shown in FIG. 2, SiH 4 33 is flowed at 1.1 sccm and NH 3 32 is flowed at 50-60 sccm as the source gas 19 with the temperature of the n-type silicon substrate 31 being 300 ° C. Then, AC power of 680 W is supplied from the AC power source 21 to the tungsten catalyst body 20 arranged so that the gas pressure in the vacuum vessel 11 is 0.01 Torr and the distance from the n-type silicon substrate 31 is 3.7 cm. It was heated to to 1900 ° C., to decompose the NH 3 32 and SiH 4 33 by contacting the NH 3 32 and SiH 4 33 to the heated tungsten catalyst body 20 active Generating a seed 34 and 35, the SiN film 36 is deposited by reacting the activated species 34, 35 at the surface of n-type silicon substrate 31.
[0035]
Subsequently, referring to FIG. 4B, in the same vacuum vessel 11 (in-situ), the supply of SiH 4 33 is stopped, only NH 3 37 is supplied at 50 to 60 sccm, and the gas pressure is set to 0.013 Torr. Generates an active species 38 under the same conditions as in the film forming process, and forms a modified SiN film 39 by, for example, heat-treating the SiN film 36 in an atmosphere containing the active species 38 for one hour.
In this case, the active species 38 is composed of various radicals formed by decomposition of NH 3 37, and among them, the N radicals are the most, followed by the N 2 radicals.
[0036]
Reference to FIG. 5A FIG. 5A is a diagram showing the CV characteristics of the SiN film 36 before the catalyst annealing treatment with NH 3 is not performed. From the CV characteristics, the EOT of the SiN film 36 is shown. was estimated to 4.06Nm, also interface state density D u was 8.63 × 10 11 cm -2 eV -1 .
Incidentally, the relative dielectric constant of the SiN film 36 in this case is obtained when the relative dielectric constant is obtained so that the film thickness obtained by ellipsometry (the ellipsometry) and the film thickness obtained by the CV characteristic coincide. , About 4.4.
[0037]
Reference to FIG. 5B FIG. 5B is a diagram showing the CV characteristics of the SiN film 39 after the catalytic annealing treatment with NH 3. From this CV characteristics, the EOT of the SiN film 39 is shown. Is estimated to be 3.80 nm, the hysteresis characteristics are improved, and the interface state density D u is reduced to 3.53 × 10 11 cm −2 eV −1, which is 1/2 or less of that before the treatment. It was.
Incidentally, the relative dielectric constant of the SiN film 39 in this case is about 6.5 when the relative dielectric constant is obtained so that the film thickness obtained by ellipsometry and the film thickness obtained by the CV characteristic coincide with each other. It was confirmed that the relative dielectric constant before the treatment increased by about 50%.
When measuring these CV characteristics, only an Al electrode is formed, and no PMA treatment is performed.
[0038]
Reference to FIG. 6A FIG. 6A is a diagram showing the JE characteristics of the SiN film according to the embodiment of the present invention. In FIG. 6A, the low temperature annealing process in the active species generated by decomposition of NH 3 is performed. Compared to the current density of the SiN film 36 having a previous EOT of 2.97 nm, that is, a leakage current, the current density of the SiN film 39 having an EOT of 2.78 nm after the low-temperature annealing is smaller than two digits. Also, the withstand voltage is improved.
[0039]
FIG. 6B is a comparison of the JE characteristics of the SiN film according to the embodiment of the present invention with an insulating film having substantially the same equivalent film thickness by another film formation method. Compared with the thermal SiO 2 film having a thickness of 2.80 nm, the current density, and hence the leakage current, is improved by two orders of magnitude or more.
[0040]
Also, after deposition by the JVD method at room temperature, an annealing process was performed at a temperature of about 800 ° C. in an N 2 atmosphere, and further, an EOT subjected to PMA treatment after electrode formation was compared with a 2.9 nm SiN film. In this case, since the SiN film by the JVD method has been subjected to a high-temperature annealing process of about 800 ° C., the SiN film of the present invention has a leakage current almost increased by about an order of magnitude, but still a thermal SiO 2 film having an equivalent equivalent film thickness. As a result, a considerable improvement is seen, and it can be said that J-E characteristics are sufficient.
[0041]
Reference to FIG. 7A FIG. 7A is a graph showing the interface state density shown in the description of the CV characteristics shown in FIG. 5 again. By the catalyst annealing treatment of the present invention, FIG. It can be seen that the interface state density is reduced to about 40%.
[0042]
Reference to FIG. 7B FIG. 7B shows the SiN film 36 before and after the low-temperature annealing (NH 3 treatment) in which the low-temperature annealing treatment is not performed in the active species generated by decomposition of NH 3 (as-deposited). ) SiN film 39 of the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy) spectrum of the N 1s (electrons of the 1s orbital of the nitrogen atoms) is a diagram showing the intensity of the hydrogen by the low-temperature annealing treatment of the present invention The binding energy considered to be due to the intensity is significantly reduced in the vicinity of 400 eV, and it is considered that H in the SiN film 36 or at the interface with the n-type silicon substrate 31 is replaced by N.
[0043]
To summarize the above, the relative permittivity of the SiN film is increased by replacing H in the SiN film with N by the low-temperature annealing treatment in the active species generated by decomposing NH 3 with the catalyst, As a result, the equivalent oxide thickness EOT can be further reduced, and when the SiN film of the present invention is used as the gate insulating film having the same equivalent oxide thickness, the absolute thickness is compared with that of the conventional SiO 2 film. Since the thickness can be increased, the thickness of the gate insulating film can be made uniform, whereby variation in the characteristics of the MISFET can be suppressed.
[0044]
In addition, the low-temperature annealing process of the present invention can replace H at the interface of the SiN film 39-n-type silicon substrate 31 with N and terminate dangling bonds with N, thereby greatly reducing the interface state density. As a result, the leakage current is reduced and the withstand voltage is also improved, so that a MISFET having excellent characteristics can be manufactured.
[0045]
Further, in the case of the present invention, such a catalyst annealing process can be performed at a low temperature, particularly at a low temperature of 300 ° C. or lower, so that the redistribution of impurities implanted into the channel region for threshold voltage control is performed. And the deterioration of the short channel effect can be prevented.
[0046]
The reason why the SiN film quality can be improved and the interface state can be modified by annealing at 300 ° C. or lower is not necessarily clear, but it is not a simple mesh-like catalyst as in the conventional example. , The use of the resistance heating element tungsten catalyst body 20 having a high temperature of 1800 to 1900 ° C. may cause NH 3 to be efficiently decomposed and N radicals to increase as a relative ratio of generated radicals. This is considered to be one reason.
[0047]
Further, in a specific embodiment of the present invention, the SiN film to be subjected to the catalyst annealing process is formed by the catalytic CVD method, and the catalyst annealing process is subsequently performed in the same apparatus (in-situ). Therefore, the film forming apparatus and the annealing apparatus can be made common, thereby simplifying the configuration of the manufacturing apparatus system.
[0048]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications can be made.
For example, in the description of the embodiment, the description is made using an n-type silicon substrate. However, as is apparent from the description related to FIG. 3, it is obvious that the present invention can be applied to a p-type silicon substrate. It is obvious that the present invention is applicable not only to a bulk silicon substrate but also to a case where a SiN film is deposited on a silicon film epitaxially grown on a substrate such as a silicon substrate.
[0049]
In addition, since the present invention is merely an essential requirement for modification of the SiN film, the silicon film on which the SiN film is deposited is not limited to a pure single crystal silicon film, but a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film can be used as a laser. It is obvious that the present invention can be applied to a crystalline silicon film crystallized by annealing, and therefore applied to a process for forming a gate insulating film of a TFT.
Further, as described above, since the present invention is merely an essential requirement for modification of the SiN film, it is clear that the object on which the SiN film is deposited may be a metal.
[0050]
In addition, since the catalyst annealing treatment of the present invention can be performed at a temperature of 300 ° C. or lower, it contributes to low-temperature processing, but is not necessarily limited to 300 ° C. or lower, and there are conditions regarding redistribution of impurities and the like. When mitigated, the catalyst annealing treatment may be performed at a temperature of 300 ° C. or higher.
[0051]
In the embodiment of the present invention, an ultra-thin gate insulating film having an equivalent oxide thickness (EOT) of 5 nm or less is targeted. However, the invention is not necessarily limited to such an ultra-thin film, and the gate It is not limited to insulating films, but can be applied to modification of sidewall insulating films or interlayer insulating films, etc., in the summary of OHP (overhead projector) manuscripts subject to exception provisions for loss of novelty It is self-evident from the description “Suggestion of applicability to future ULSI”.
[0052]
In the catalytic CVD apparatus shown in FIG. 2, the tungsten catalyst body 20 has a coil shape, but is not limited to the coil shape because the inductance characteristic is not used. It is obvious in principle that the power is not limited to AC power but may be DC power.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the SiN film formed at a low temperature is subjected to a low temperature annealing treatment in an atmosphere of active species generated by decomposing NH 3 with a catalyst, the film quality and interface state are improved. It is possible to suppress redistribution, thereby making it possible to manufacture MISFETs having excellent characteristics without variation, and greatly contribute to miniaturization and high performance of highly integrated semiconductor integrated circuit devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of a catalytic CVD apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of JE characteristics of a SiN film formed by a catalytic CVD method.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of CV characteristics of a SiN film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of JE characteristics of a SiN film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an interface state density and an XPS spectrum of a SiN film according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Source gas 3 Catalyst 4 Active species 5 SiN film 11 Vacuum vessel 12 Exhaust pipe 13 Diffusion pump 14 Substrate holder 15 Sample 16 Heater 17 Thermocouple 18 Gas supply pipe 19 Source gas 20 Tungsten catalyst body 21 AC power source 22 Infrared Radiation thermometer 23 Shutter 31 N-type silicon substrate 32 NH 3
33 SiH 4
34 active species 35 active species 36 SiN film 37 NH 3
38 active species 39 SiN film

Claims (3)

基体上にSiN膜を堆積したのち、抵抗発熱体からなる触媒体にNHを吹きつけ、前記触媒体とNHとの接触反応によってNHの少なくとも一部を分解し、分解によって生成された活性種の雰囲気中に前記SiN膜を晒すことを特徴とする半導体装置の製造方法。After depositing a SiN film on the substrate, NH 3 was sprayed onto the catalyst body made of a resistance heating element , and at least a part of NH 3 was decomposed by a contact reaction between the catalyst body and NH 3, and generated by the decomposition. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the SiN film is exposed to an atmosphere of active species. 基体上にSiN膜を堆積したのち、タングステンからなる触媒体にNHAfter depositing the SiN film on the substrate, NH is added to the catalyst body made of tungsten. 3 を吹きつけ、前記触媒体とNHThe catalyst body and NH 3 との接触反応によってNHBy contact reaction with 3 の少なくとも一部を分解し、分解によって生成された活性種の雰囲気中に前記SiN膜を晒すことを特徴とする半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: decomposing at least a part of the substrate and exposing the SiN film to an atmosphere of active species generated by the decomposition. 上記SiN膜が、触媒化学気相成長法によって堆積したSiN膜であり、引き続いて、同じ反応容器内において、上記NHの分解によって生成された活性種の雰囲気中にSiN膜を晒すことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。The SiN film is a SiN film deposited by catalytic chemical vapor deposition, and subsequently, the SiN film is exposed to an atmosphere of active species generated by the decomposition of NH 3 in the same reaction vessel. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2 .
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