JP5084343B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、PECVD法(プラズマ気相成長法 Plasma Enhanced Chamical Vaper Deposition)で薄膜を形成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for forming a thin film by a PECVD method (plasma vapor deposition method Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。 Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.

LSIや、液晶ディスプレイ(LCD)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELディスプレイ)などに用いられる集積回路を製造するには、半導体、絶縁材料または導電性材料でなる薄膜を基板上に形成する成膜工程、この形成された薄膜を上にフォトレジストでなるレジストマスクを形成するフォトリソグラフィー工程、このレジストマスクを用いて薄膜を所定の形状に加工するためのエッチング工程が繰り返される。 In order to manufacture an integrated circuit used for LSI, liquid crystal display (LCD), electroluminescence display (EL display), etc., a film forming process for forming a thin film made of a semiconductor, an insulating material or a conductive material on a substrate, A photolithography process for forming a resist mask made of a photoresist on the formed thin film and an etching process for processing the thin film into a predetermined shape using the resist mask are repeated.

薄膜を形成する方法の1つとして、プラズマ気相成長法(PECVD法)が知られている。PECVD法とは、ガス状の原料にマイクロ波や高周波を印加することでプラズマ状態にし、原料をラジカルや化学的に活性なイオンに分解し、これらラジカルやイオンの表面反応により基板上に膜を形成する方法である。 As one of the methods for forming a thin film, a plasma vapor deposition method (PECVD method) is known. The PECVD method applies a microwave or high frequency to a gaseous raw material to form a plasma state, decomposes the raw material into radicals or chemically active ions, and forms a film on the substrate by surface reaction of these radicals and ions. It is a method of forming.

そのため、プラズマCVD装置で膜を形成すると、基板表面だけでなく、反応容器の内壁、電極、基板ホルダーなどにも原料が反応した生成物が堆積する。この堆積物はパーティクルやダストの原因となる。そこで、このような堆積物を除去するクリーニング工程が定期的に行われる。反応容器のクリーニング方法の代表的な1つとして、プラズマガスエッチングによる方法がある。反応容器内にNFなどのフッ化物ガスを導入し、プラズマ化することで、フッ素ラジカルを生成し、堆積物をエッチングして除去する方法である。フッ素ラジカルと反応して生成されたフッ化物は蒸気圧が高いため、排気系によって反応容器から除去される。 Therefore, when a film is formed by a plasma CVD apparatus, a product obtained by reacting the raw material is deposited not only on the substrate surface but also on the inner wall of the reaction vessel, the electrode, the substrate holder, and the like. This deposit causes particles and dust. Therefore, a cleaning process for removing such deposits is periodically performed. As a typical method for cleaning the reaction vessel, there is a method using plasma gas etching. This is a method in which a fluoride gas such as NF 3 is introduced into a reaction vessel and converted into plasma, thereby generating fluorine radicals and etching to remove deposits. Since the fluoride generated by reacting with the fluorine radical has a high vapor pressure, it is removed from the reaction vessel by the exhaust system.

クリーニング工程を行うことで、クリーニングガスとして用いてフッ化物ガスが、反応容器の内壁、電極などに吸着する。フッ化物ガスは反応性が非常に高く、クリーニング工程の次に成膜工程を行った場合、残留したフッ化物ガスが膜に混入などすることにより、形成される膜の特性に影響を与えるおそれがあると考えられている。そこで、クリーニングガスに用いたフッ化物ガスの影響を抑える方法が検討されている(特許文献1〜3参照)。 By performing the cleaning process, the fluoride gas used as the cleaning gas is adsorbed on the inner wall of the reaction vessel, the electrode, and the like. Fluoride gas has a very high reactivity, and when the film forming process is performed after the cleaning process, residual fluoride gas may be mixed into the film, which may affect the characteristics of the formed film. It is thought that there is. Therefore, methods for suppressing the influence of the fluoride gas used for the cleaning gas have been studied (see Patent Documents 1 to 3).

例えば、特許文献1(特開2001−345278号公報)では、堆積室をNFガスでクリーニングした後、堆積室に基板を設置しない状態で引き続きHガス100%雰囲気でのグロー放電とHガスで希釈したSiHガス雰囲気でのグロー放電とによる連続放電を複数回行うことで、堆積室内に膜を堆積することで、残留するNFの影響を抑えている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-345278), after the deposition chamber is cleaned with NF 3 gas, the glow discharge and H 2 in an atmosphere of 100% H 2 gas are continued without a substrate being placed in the deposition chamber. The film is deposited in the deposition chamber by performing a plurality of continuous discharges by glow discharge in a SiH 4 gas atmosphere diluted with gas, thereby suppressing the influence of remaining NF 3 .

また、特許文献2(特開平8−241865号公報)では、成膜工程で非晶質シリコンの薄膜を形成する場合の、反応容器内からクリーニングガスを除去する後処理方法について記載されている。後処理工程は、反応容器内からクリーニングガスを除去する工程であり、次のように行っている。 Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-241865) describes a post-treatment method for removing a cleaning gas from a reaction vessel when an amorphous silicon thin film is formed in a film forming process. The post-processing step is a step of removing the cleaning gas from the reaction vessel, and is performed as follows.

反応容器をNFガスでクリーニングした後、引き続き、モノシラン(SiH)と水素の混合ガスを後処理用ガスとして反応容器に導入している。後処理用ガスは非晶質シリコン膜を形成するために使用するプロセスガスと同じガスである。この後処理用ガスをプラズマ状態とすることで、残留したNFも分解され、Fを生成する。FはSiHなどの化学種と反応して、SiFなどの蒸気圧の高い揮発物となって、排気系から反応容器から除去される。後処理工程を終了した後、反応容器に基板を搬入し、モノシラン(SiH)と水素の混合ガスを反応容器に導入して、非晶質シリコン膜を形成する。 After cleaning the reaction vessel with NF 3 gas, a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and hydrogen is subsequently introduced into the reaction vessel as a post-treatment gas. The post-treatment gas is the same gas as the process gas used for forming the amorphous silicon film. By making the post-treatment gas into a plasma state, the remaining NF 3 is also decomposed to generate F * . F * reacts with chemical species such as SiH * to form volatiles with high vapor pressure such as SiF 4 and is removed from the reaction vessel from the exhaust system. After finishing the post-treatment process, the substrate is carried into the reaction vessel, and a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and hydrogen is introduced into the reaction vessel to form an amorphous silicon film.

また、特許文献3(特開平7−201738号公報)では、NFなどのフッ化物ガスによって反応容器をクリーニングした後、還元プロセスによって、フッ化物ガスを反応容器内から除去している。還元プロセスは次のような工程である。反応容器に基板を搬入してSi−F結合をSi−H結合に変換できる還元ガスを反応容器に導入し、高周波によって還元ガスを活性化させて、残留するフッ化物と反応させることにより、反応生成物を作り出している。反応容器を減圧することで、この反応生成物が反応容器から除去される。還元ガスには、Si−F結合をSi−H結合に変換できるNHが用いられている。 In Patent Document 3 (JP-A-7-201738), after cleaning the reaction vessel by a fluoride gas such as NF 3, by reduction process, and removing the fluoride gas from the reaction vessel. The reduction process is as follows. By introducing a reducing gas capable of converting a Si—F bond into a Si—H bond into the reaction vessel by introducing the substrate into the reaction vessel, the reducing gas is activated by high frequency, and reacted with the remaining fluoride to react. Producing products. The reaction product is removed from the reaction vessel by depressurizing the reaction vessel. As the reducing gas, NH 3 capable of converting a Si—F bond into a Si—H bond is used.

また、特許文献3では、還元プロセスに引き続いて、反応容器にSiH、NH、Nを導入して、窒化シリコン膜を形成する窒化膜の成膜プロセスを行っている。
特開2001−345278号公報 特開平8−241865号公報 特開平7−201738号公報
Further, in Patent Document 3, following the reduction process, SiH 4 , NH 3 , and N 2 are introduced into a reaction vessel to perform a nitride film forming process for forming a silicon nitride film.
JP 2001-345278 A JP-A-8-241865 JP-A-7-201738

PECVD装置の反応容器のクリーニングに用いられるフッ化物ガス又はフッ素ガスを、PECVD法による薄膜の形成に用いた新しい成膜方法を提供することを課題の1つとする。 An object is to provide a new film formation method using a fluoride gas or a fluorine gas used for cleaning a reaction vessel of a PECVD apparatus for forming a thin film by a PECVD method.

本発明の一つは、フッ化物ガスを用いたガスプラズマエッチングによって、プラズマCVD装置(PECVD装置)の反応容器のクリーニングを行った後、反応容器内にフッ化物ガスが残留した状態で、薄膜形成用のプロセスガスを反応容器に導入し、このプロセスガスに電界を印加することでプラズマを発生させ、このプラズマに含まれる活性種の化学反応により基板の被形成面に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の作製方法である。フッ化物ガスの代わりにフッ素ガスを用いることもできる。 One aspect of the present invention is that after a reaction vessel of a plasma CVD apparatus (PECVD apparatus) is cleaned by gas plasma etching using a fluoride gas, a thin film is formed with the fluoride gas remaining in the reaction vessel. A process gas is introduced into a reaction vessel, an electric field is applied to the process gas, plasma is generated, and a thin film is formed on a formation surface of the substrate by a chemical reaction of active species contained in the plasma. A method for manufacturing a semiconductor device. Fluorine gas can also be used instead of fluoride gas.

薄膜形成用プロセスガスのプラズマの生成と同時に、残留したフッ化物ガスも分解され、フッ素ラジカルが生成する。このフッ素ラジカルにより基板の被形成面がエッチングされる。このエッチングでは、蒸気圧の高い揮発性のフッ化物が生成され、このフッ化物は反応容器を排気することにより反応容器内から除去される。 Simultaneously with the generation of plasma of the process gas for forming a thin film, the remaining fluoride gas is also decomposed to generate fluorine radicals. The formation surface of the substrate is etched by the fluorine radicals. In this etching, volatile fluoride having a high vapor pressure is generated, and this fluoride is removed from the reaction vessel by exhausting the reaction vessel.

このフッ素ラジカルのエッチングにより、薄膜の被形成面の有機物や自然酸化物などが除去され、被形成面が清浄な状態とされる。 This fluorine radical etching removes organic substances, natural oxides, and the like from the thin film formation surface, and the formation surface is cleaned.

フッ素ラジカルは反応性が高いため、反応容器内にフッ素ラジカルが存在している間は、薄膜形成用プロセスガスによる膜の堆積反応ではなく、フッ素ラジカルによるエッチング反応が進行する。エッチング反応の進行によりフッ素ラジカルの濃度は減少し、やがて、薄膜形成用プロセスガスに反応容器内の雰囲気が置換され、堆積反応が開始し、基板の被形成面に膜が成長する。 Since fluorine radicals are highly reactive, while fluorine radicals are present in the reaction vessel, an etching reaction by fluorine radicals proceeds, not a film deposition reaction by a process gas for thin film formation. With the progress of the etching reaction, the concentration of fluorine radicals decreases, and eventually, the atmosphere in the reaction vessel is replaced with the process gas for thin film formation, the deposition reaction starts, and a film grows on the formation surface of the substrate.

堆積反応が起こる前に、フッ素ラジカルにより被形成面をエッチングすることで、被形成面に有機物など汚染物質が付着していた場合、その汚染物を除去することができる。また、基板に予め薄膜が形成されている場合、その薄膜を極薄く1.0nm未満の範囲でエッチングした後、膜を形成することが可能になる。 By etching the surface to be formed with fluorine radicals before the deposition reaction occurs, if contaminants such as organic substances are attached to the surface to be formed, the contaminants can be removed. In addition, when a thin film is formed in advance on the substrate, it is possible to form the film after etching the thin film in an extremely thin range of less than 1.0 nm.

フッ化物ガス又はフッ素ガスを反応容器内に導入する方法には、反応容器をフッ化物ガスによりクリーニングして、反応容器内にフッ化物ガス又はフッ素ガスを残留させる方法の他に、基板を反応容器に設置した後に、反応容器内にフッ化物ガス又はフッ素ガスを導入する方法を用いることができる。 As a method of introducing fluoride gas or fluorine gas into the reaction vessel, in addition to the method of cleaning the reaction vessel with fluoride gas and leaving the fluoride gas or fluorine gas in the reaction vessel, the substrate is placed in the reaction vessel. After being installed, a method of introducing fluoride gas or fluorine gas into the reaction vessel can be used.

また、本発明において、薄膜形成用プロセスガスを導入する前に、窒素ガスを導入し、窒素ガスをプラズマ化することで、反応容器内に残留しているフッ化物ガス又はフッ素ガス(Fガス)をプラズマ化することもできる。窒素ガスを導入しながら、プラズマを生成することで、フッ素ラジカルにより被形成面のエッチング反応が進行し、やがて、フッ化物ガス濃度が減少する。 Further, in the present invention, before introducing the process gas for forming the thin film, nitrogen gas is introduced and the nitrogen gas is turned into plasma, whereby fluoride gas or fluorine gas (F 2 gas) remaining in the reaction vessel ) Can also be turned into plasma. By generating plasma while introducing nitrogen gas, the etching reaction of the surface to be formed proceeds by fluorine radicals, and eventually the fluoride gas concentration decreases.

しかる後、反応容器内への窒素ガスの導入を停止し、反応容器に薄膜形成用プロセスガスを導入して、PECVD法により基板の被形成面に薄膜を形成する。 Thereafter, the introduction of the nitrogen gas into the reaction vessel is stopped, the process gas for forming a thin film is introduced into the reaction vessel, and a thin film is formed on the formation surface of the substrate by PECVD.

窒素ガスの他、希ガスガス(He、Ar、Kr、Xe等)が好ましい。窒素ガス及びハロゲンガスのプラズマに含まれるラジカルは、フッ素ラジカルと反応して、揮発性のフッ化物を生成しにくいため、フッ素ラジカルの殆どを基板の被形成面において、反応させることができる。 In addition to nitrogen gas, rare gas gases (He, Ar, Kr, Xe, etc.) are preferable. Since radicals contained in the plasma of nitrogen gas and halogen gas hardly react with fluorine radicals to generate volatile fluorides, most of the fluorine radicals can be reacted on the formation surface of the substrate.

フッ化物とは、組成にフッ素(F)を含む化合物である。本発明において、フッ化物ガスには、OF2、ClF3、NF、FNONOSF6、SFNOSOFなどから選ばれたガスを用いることができる。また、フッ化物ガスには、炭素を組成に含む以下のようなフッ素化合物のガスを用いることができる。パーフルオロカーボン(PFC:Perfluorocarbon)、ハイドロフルオロカーボン(HFC:Hydrofluorocarbon)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC :Hydrochlorofluorocarbon)、エーテル系フッ化物、カルボニル系フッ化物、エステル系フッ化物。 A fluoride is a compound containing fluorine (F) in its composition. In the present invention, the fluoride gas can be used OF 2, ClF 3, NF 3 , FNO, F 3 NO, SF 6, SF 5 NO, SOF 2, or the like gas. Further, as the fluoride gas, the following fluorine compound gas containing carbon can be used. Perfluorocarbon (PFC: Perfluorocarbon), hydrofluorocarbon (HFC), hydrochlorofluorocarbon (HCFC), ether fluoride, carbonyl fluoride, ester fluoride.

パーフルオロカーボンとしては、CF、C、C、C10、C、C、C、Cなどを用いることができる。またハイドロフルオロカーボンとしては、CFCHF、CHFCHF、CFCHFCF、CFCFCHF、CHFCFCHFなどを用いることができる。エーテル系フッ化物としては、CHFOCHF、CFOCHFCFのようなハイドロフルオロエーテル(HFE:Hydrofluoroether)、CFOCF=CF、COCF=CF、CO、C、CO、Cなどを用いることができる。カルボニル系フッ化物としては、CFCOCFなどを用いることができる。エステル系フッ化物としては、CFCOOCHF、CFCOOCなどを用いることができる。 As the perfluorocarbon, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 3 F 8 , C 4 F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8 and the like can be used. As the hydrofluorocarbon, CF 3 CHF 2 , CHF 2 CHF 2 , CF 3 CHFCF 3 , CF 3 CF 2 CHF 2 , CHF 2 CF 2 CHF 2 and the like can be used. Examples of the ether fluoride, CHF 2 OCHF 2, CF 3 hydrofluoroethers such as OCHFCF 3 (HFE: Hydrofluoroether), CF 3 OCF = CF 2, C 2 F 5 OCF = CF 2, C 3 F 6 O, C 3 F 6 O 2 , C 4 F 8 O, C 4 F 8 O 2 and the like can be used. As the carbonyl fluoride, CF 3 COCF 3 or the like can be used. As the ester fluoride, CF 3 COOCHF 2 , CF 3 COOC 2 F 5 and the like can be used.

さらに、炭素を組成に含むフッ素化合物のガスとしては、COF、COF、CFCOF、CF(COF)、CCOFCFOF、CFI、CFOOCF、CFOOOCF、CFCN、CFNOなどから選ばれたガスを用いることもできる。 Further, as the gas of the fluorine compound containing carbon, COF 2 , COF 2 , CF 3 COF, CF 2 (COF) 2 , C 3 F 7 COFCF 3 OF, CF 3 I, CF 3 OOCF 3 , CF 3 A gas selected from OOOCF 3 , CF 3 CN, CF 3 NO, and the like can also be used.

薄膜形成用プロセスガスからPECVD法によって膜を形成する前に、フッ素ラジカルにより被形成面をエッチングすることで、被形成面を清浄な状態にすることができる。 Before forming a film by PECVD from a process gas for forming a thin film, the surface to be formed can be cleaned by etching with a fluorine radical.

以下に、本発明を説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。 The present invention is described below. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the form and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples.

まず、本発明の実施の形態で使用されるPECVD装置について説明する。本発明では、容量結合型のPECVD装置が好ましく用いられる。図5は、容量結合型PECVD装置の構成例を示す図面である。 First, the PECVD apparatus used in the embodiment of the present invention will be described. In the present invention, a capacitively coupled PECVD apparatus is preferably used. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a capacitively coupled PECVD apparatus.

図5に示すPECVD装置は、膜を成膜するための反応容器10を有する。反応容器10の電位は接地電位に維持されている。反応容器10内には、上部電極11、下部電極12が設けられている。上部電極11と下部電極12は対向して配置されている。上部電極11には、プロセスガスが導入される配管13が連結されている。上部電極11は、配管13と連結された空洞が形成され、また、下部電極12との対向する面には、この空洞と連結した複数の細孔が形成されている。このような構造によりプロセスガスが配管13、上部電極11を通じて、反応容器10内に供給されるようになっている。 The PECVD apparatus shown in FIG. 5 has a reaction vessel 10 for forming a film. The potential of the reaction vessel 10 is maintained at the ground potential. An upper electrode 11 and a lower electrode 12 are provided in the reaction vessel 10. The upper electrode 11 and the lower electrode 12 are disposed to face each other. A pipe 13 into which process gas is introduced is connected to the upper electrode 11. The upper electrode 11 has a cavity connected to the pipe 13, and a plurality of pores connected to the cavity are formed on the surface facing the lower electrode 12. With such a structure, the process gas is supplied into the reaction vessel 10 through the pipe 13 and the upper electrode 11.

上部電極11は配管13を介して高周波発振電源14が電気的に接続されており、高周波発振電源14から出力された高周波電位が上部電極11に印加される。一方、下部電極12の電位は接地電位に維持されている。このような構造により、上部電極11と下部電極12の間に高周波で発振する電界が形成され、反応容器10内に供給されたプロセスガスに、この電界が印加される。 The upper electrode 11 is electrically connected to a high-frequency oscillation power supply 14 via a pipe 13, and a high-frequency potential output from the high-frequency oscillation power supply 14 is applied to the upper electrode 11. On the other hand, the potential of the lower electrode 12 is maintained at the ground potential. With such a structure, an electric field that oscillates at a high frequency is formed between the upper electrode 11 and the lower electrode 12, and this electric field is applied to the process gas supplied into the reaction vessel 10.

下部電極12は、膜を形成するための基板30を設置するステージとしても機能する。また、基板30を加熱するためのヒータが内蔵されている。また、上部電極11には、プロセスガスを加熱するためのヒータが内蔵されている。 The lower electrode 12 also functions as a stage on which a substrate 30 for forming a film is installed. A heater for heating the substrate 30 is incorporated. The upper electrode 11 has a built-in heater for heating the process gas.

反応容器10には、排気を行うための排気口15が設けられている。排気口にはロータリポンプ及びドライポンプなどでなる排気手段が連結されている。排気手段の真空ポンプを動作させることで、反応容器10の排気が行われるようになっている。 The reaction vessel 10 is provided with an exhaust port 15 for exhausting. Exhaust means such as a rotary pump and a dry pump is connected to the exhaust port. The reaction vessel 10 is evacuated by operating the vacuum pump of the evacuation means.

以下、実施の形態1〜4において、図5のPECVD装置を用いて基板上に膜を形成する方法を説明する。この実施の形態1乃至実施の形態4の薄膜の形成プロセスを用いることで、各種の素子を有する半導体装置を形成することができる。 Hereinafter, in Embodiments 1 to 4, a method for forming a film on a substrate using the PECVD apparatus of FIG. 5 will be described. By using the thin film formation process of Embodiments 1 to 4, a semiconductor device having various elements can be formed.

(実施の形態1)
図1は成膜方法の一例を示すフローチャートである。図1を参照しながら、薄膜の形成方法を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a film forming method. A method for forming a thin film will be described with reference to FIG.

まず、基板30を反応容器10内に設置しない状態で、反応容器10のクリーニングを行う(ステップS1)。反応容器10内に、クリーニング用のプロセスガスを導入する。高周波発振電源14を作動させ、クリーニング用のプロセスガスに電界を印加して、プラズマ放電させる。プラズマ放電により活性化されたクリーニング用プロセスガスによる、プラズマガスエッチングによって、反応容器10の内壁、上部電極11、下部電極12などに付着した堆積物を除去する。クリーニング用プロセスガスには、フッ化物ガスが少なくとも用いられる。 First, the reaction container 10 is cleaned in a state where the substrate 30 is not installed in the reaction container 10 (step S1). A process gas for cleaning is introduced into the reaction vessel 10. The high-frequency oscillation power supply 14 is operated, and an electric field is applied to the cleaning process gas to cause plasma discharge. Deposits adhering to the inner wall of the reaction vessel 10, the upper electrode 11, the lower electrode 12, and the like are removed by plasma gas etching using a cleaning process gas activated by plasma discharge. At least a fluoride gas is used as the cleaning process gas.

フッ化物ガスには、OF2、ClF3、NF、FNONOSF6、SFNOSOFなどを用いることができる。 For the fluoride gas, OF 2, ClF 3, NF 3 , FNO 3 , F 3 NO 3 , SF 6, SF 5 NO , SOF 2, or the like can be used.

また、フッ化物ガスには、炭素を組成に含むフッ素化合物のガスを用いることができる。このようなフッ素化合物としては、COF、COF、CFCOF、CF(COF)、CCOFCFOF、CFI、CFOOCF、CFOOOCF、CFCN、CFNO、パーフルオロカーボン(例えば、CF、C、C、C10、C、C、C、Cなど)、ハイドロフルオロカーボン(例えば、CFCHF、CHFCHF、CFCHFCF、CFCFCHF、CHFCFCHFなど)、エーテル系フッ化物(例えば、CHFOCHF、CFOCHFCF、CFOCF=CF、COCF=CF、CO、C、CO、Cなど)、CFCOCFなどのカルボニル系フッ化物、及び、エステル系フッ化物(例えば、CFCOOCHF、CFCOOCなど)などがある。 As the fluoride gas, a fluorine compound gas containing carbon in its composition can be used. Such fluorine compounds, COF 2, COF 2, CF 3 COF, CF 2 (COF) 2, C 3 F 7 COFCF 3 OF, CF 3 I, CF 3 OOCF 3, CF 3 OOOCF 3, CF 3 CN CF 3 NO, perfluorocarbon (eg, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 3 F 8 , C 4 F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8, etc.) Hydrofluorocarbons (for example, CF 3 CHF 2 , CHF 2 CHF 2 , CF 3 CHFCF 3 , CF 3 CF 2 CHF 2 , CHF 2 CF 2 CHF 2, etc.), ether fluorides (for example, CHF 2 OCHF 2 , CF 3) OCHFCF 3, CF 3 OCF = CF 2, C 2 F 5 OCF = CF 2, C 3 F 6 O, C 3 F 6 O 2, C 4 F 8 And C 4 F 8 O 2), carbonyl-based fluoride, such as CF 3 COCF 3, and, ester fluorides (e.g., such as CF 3 COOCHF 2, CF 3 COOC 2 F 5) , and the like.

フッ化物ガスの代わりに、フッ素ガス(Fガス)を用いることもできる。 Instead of fluoride gas, fluorine gas (F 2 gas) can also be used.

フッ化物ガスをプラズマにより活性化することで、フッ素ラジカルが生成され、このフッ素ラジカルと反応容器10の内部に生成された堆積物が反応して、蒸気圧の高い揮発性のフッ化物が生成される。この間、排気口15に連結された排気手段により排気が行われ、このフッ化物は排気口15を通じて反応容器10から除去される。クリーニング用プロセスガスの供給、及び排気を停止し、クリーニングを終了する。 By activating the fluoride gas with plasma, fluorine radicals are generated, and the fluorine radicals react with the deposits generated inside the reaction vessel 10 to generate volatile fluorides with high vapor pressure. The During this time, exhaust is performed by an exhaust means connected to the exhaust port 15, and this fluoride is removed from the reaction vessel 10 through the exhaust port 15. The supply and exhaust of the cleaning process gas are stopped, and the cleaning is finished.

次に、基板30を反応容器10内に搬入し、下部電極12上に設置する(ステップS2)。基板30を搬入した反応容器10内には、クリーニング用プロセスガスであるフッ化物ガスが残留し、反応容器10の内壁、上部電極11、下部電極12などに吸着している。 Next, the substrate 30 is carried into the reaction vessel 10 and placed on the lower electrode 12 (step S2). Fluoride gas, which is a cleaning process gas, remains in the reaction vessel 10 into which the substrate 30 is loaded, and is adsorbed on the inner wall of the reaction vessel 10, the upper electrode 11, the lower electrode 12, and the like.

次に、基板30上に薄膜を形成する、薄膜形成プロセスを行う(ステップS3)。まず、排気を行い、反応容器10内を所定の圧力にする。そして、排気を行いながら、膜を形成するための薄膜形成用プロセスガスを反応容器10内に供給し、高周波発振電源14を作動させ、薄膜形成用プロセスガスに電界を印加して、プラズマ放電させる。このプラズマ放電と同時に、反応容器10内に残留していたフッ化物ガスもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成され、フッ素ラジカルが基板30に降り注ぐ状態となる。そのため、このフッ素ラジカルにより基板30の被形成面がエッチングされ、蒸気圧の高い揮発性のフッ化物が生成され、このフッ化物は排気口15から、反応容器10の外部へ除去される。 Next, a thin film formation process for forming a thin film on the substrate 30 is performed (step S3). First, evacuation is performed to bring the inside of the reaction vessel 10 to a predetermined pressure. Then, while exhausting, a thin film forming process gas for forming a film is supplied into the reaction vessel 10, the high frequency oscillation power supply 14 is operated, and an electric field is applied to the thin film forming process gas to cause plasma discharge. . Simultaneously with this plasma discharge, the fluoride gas remaining in the reaction vessel 10 is also plasma discharged, fluorine radicals are generated, and the fluorine radicals pour onto the substrate 30. For this reason, the surface of the substrate 30 to be formed is etched by the fluorine radicals to generate volatile fluoride having a high vapor pressure, and this fluoride is removed from the exhaust port 15 to the outside of the reaction vessel 10.

フッ素ラジカルは反応性が高いため、反応容器内にフッ素ラジカルが存在している間は、薄膜形成用プロセスガスによる膜の堆積反応ではなく、フッ素ラジカルによるエッチング反応が優位に進行する。エッチング反応の進行によりフッ素ラジカルの濃度は減少し、やがて、薄膜形成用プロセスガスに反応容器10内の雰囲気が置換され、堆積反応が開始し、基板30の被形成面に膜が成長する。よって、薄膜を形成する直前に、フッ素ラジカルによって薄膜の被形成面をプラズマガスエッチングされるため、被形成面の有機物を除去することができ、清浄な状態の被形成面に薄膜を形成することができる。 Since fluorine radicals are highly reactive, etching reactions with fluorine radicals proceed preferentially rather than film deposition reactions with a process gas for thin film formation while fluorine radicals are present in the reaction vessel. As the etching reaction proceeds, the concentration of fluorine radicals decreases, and eventually, the atmosphere in the reaction vessel 10 is replaced with the process gas for thin film formation, the deposition reaction starts, and a film grows on the formation surface of the substrate 30. Therefore, immediately before forming the thin film, the surface on which the thin film is formed is plasma-etched by fluorine radicals, so that organic substances on the formed surface can be removed, and the thin film is formed on the clean formed surface. Can do.

また、薄膜の被形成面を清浄にするプロセスと、薄膜の形成が同じ反応容器内で連続して行うことができるので、清浄にされた被形成面を大気雰囲気に曝すことなく、薄膜を形成することができる。 In addition, the process of cleaning the thin film formation surface and the thin film formation can be performed continuously in the same reaction vessel, so the thin film can be formed without exposing the cleaned formation surface to the air atmosphere. can do.

例えば、クリーニングガスにNFを用い、基板30の被形成面に、酸化シリコン膜が形成され、この酸化シリコン膜上に、非晶質シリコン膜を形成する場合を例に、この薄膜形成プロセスを説明する。非晶質シリコン膜を形成するため、水素(H)とモノシラン(SiH)を薄膜形成用プロセスガスとして用いる。HおよびSiHを反応容器10に供給し、高周波発振電源14により、HおよびSiHに電界を印加してプラズマ放電すると、残留していた、NFもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成される。まず、このフッ素ラジカルにより、基板30の表面の酸化シリコン膜がエッチングされ、NFが減少すると、酸化シリコン膜上に非晶質シリコンが堆積される。 For example, NF 3 is used as the cleaning gas, a silicon oxide film is formed on the surface to be formed of the substrate 30, and an amorphous silicon film is formed on the silicon oxide film. explain. In order to form an amorphous silicon film, hydrogen (H 2 ) and monosilane (SiH 4 ) are used as a process gas for forming a thin film. When H 2 and SiH 4 are supplied to the reaction vessel 10 and a plasma discharge is performed by applying an electric field to the H 2 and SiH 4 from the high-frequency oscillation power source 14, the remaining NF 3 is also plasma discharged to generate fluorine radicals. Is done. First, when the silicon oxide film on the surface of the substrate 30 is etched by the fluorine radicals and NF 3 is reduced, amorphous silicon is deposited on the silicon oxide film.

クリーニング工程で反応容器10内に残留したNFは微量であるので、酸化シリコン膜がエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、例えば0.1nm以上0.5nm以下の厚さエッチングすることが可能である。そのため、薄膜形成プロセスにおいて、非晶質シリコン膜が形成される酸化シリコン膜の表面をフッ素ラジカルで清浄な状態にすることができると共に、酸化シリコン膜の厚さを微調整することが可能になる。 Since a small amount of NF 3 remains in the reaction vessel 10 in the cleaning process, the thickness of the silicon oxide film etched can be less than 1 nm, for example, 0.1 nm to 0.5 nm. It is possible. Therefore, in the thin film formation process, the surface of the silicon oxide film on which the amorphous silicon film is formed can be cleaned with fluorine radicals, and the thickness of the silicon oxide film can be finely adjusted. .

もちろん、フッ素ラジカルでエッチングできる材料であれば、酸化シリコン以外の材料でもエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、エッチングされる厚さを0.1nm以上0.5nm以下とすることが可能である。 Of course, as long as the material can be etched with fluorine radicals, the thickness etched with a material other than silicon oxide can be less than 1 nm, and the etched thickness can be 0.1 nm or more and 0.5 nm or less. Is possible.

なお、反応容器10内のフッ化物ガスの濃度が減少する速度は、反応容器10の圧力、薄膜形成用プロセスガスの種類、流量、上部電極11及び下部電極12の温度によって変動するため、フッ素ラジカルでエッチングされる厚さに合わせて、これらの条件を適宜決定すればよい。 The rate at which the concentration of the fluoride gas in the reaction vessel 10 decreases varies depending on the pressure in the reaction vessel 10, the type of process gas for forming a thin film, the flow rate, and the temperature of the upper electrode 11 and the lower electrode 12. These conditions may be determined as appropriate in accordance with the thickness to be etched.

所定の厚さに薄膜が形成されたら、薄膜形成用プロセスガスの供給等を停止し、薄膜形成プロセスを終了する。次に、反応容器10内から、薄膜が形成された基板30を取り出す(ステップS4)。以上により、図1のプロセスフローを用いた薄膜の形成が完了する。このプロセスフローに従って薄膜を形成することで、薄膜の被形成面を清浄にするプロセスと、薄膜形成のプロセスが同じ反応容器内で連続して行われるので、清浄にされた被形成面を大気雰囲気に曝すことなく、薄膜を形成することができる。 When the thin film is formed to a predetermined thickness, the supply of the process gas for forming the thin film is stopped and the thin film forming process is terminated. Next, the substrate 30 on which the thin film is formed is taken out from the reaction vessel 10 (step S4). Thus, the formation of the thin film using the process flow of FIG. 1 is completed. By forming the thin film according to this process flow, the process of cleaning the thin film forming surface and the process of forming the thin film are continuously performed in the same reaction vessel. A thin film can be formed without exposure.

図1のプロセスフローを用いた薄膜形成方法において、薄膜形成プロセス(ステップS3)において、反応容器10内に残留しているフッ化物ガスの濃度は、クリーニングプロセス(ステップS1)が終了してから、薄膜形成プロセス(ステップS3)を開始する時間で調節することができる。 In the thin film formation method using the process flow of FIG. 1, in the thin film formation process (step S3), the concentration of the fluoride gas remaining in the reaction vessel 10 is determined after the cleaning process (step S1) is completed. The time can be adjusted by starting the thin film formation process (step S3).

(実施の形態2)
図2は成膜方法の一例を示すフローチャートである。図2を参照しながら、薄膜の形成方法を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a film forming method. A method for forming a thin film will be described with reference to FIG.

まず、実施の形態1のステップS1と同様に、基板30を反応容器10内に設置しない状態で、反応容器10のクリーニングを行う(ステップS11)。このステップS11により、反応容器10内には、クリーニング用プロセスガスであるフッ化物ガスが残留し、反応容器10の内壁、上部電極11、下部電極12などに吸着している。次に、実施の形態のステップS2と同様に、次に、基板30を反応容器10内に搬入し、下部電極12上に設置する(ステップS12)。 First, as in step S1 of the first embodiment, the reaction container 10 is cleaned without the substrate 30 being placed in the reaction container 10 (step S11). By this step S11, the fluoride gas that is the cleaning process gas remains in the reaction vessel 10 and is adsorbed on the inner wall of the reaction vessel 10, the upper electrode 11, the lower electrode 12, and the like. Next, similarly to step S2 of the embodiment, next, the substrate 30 is carried into the reaction vessel 10 and placed on the lower electrode 12 (step S12).

次に、薄膜形成プロセス(ステップS14)を行う前に、反応容器10内に残留しているフッ化物ガスをプラズマ励起させ、フッ素ラジカルを発生させる。そのために、プロセスガスとして窒素ガス(Nガス)を反応容器10に供給し、窒素ガスのプラズマを生成する(ステップS13)。 Next, before performing the thin film formation process (step S14), the fluoride gas remaining in the reaction vessel 10 is plasma-excited to generate fluorine radicals. For this purpose, nitrogen gas (N 2 gas) is supplied as a process gas to the reaction vessel 10 to generate nitrogen gas plasma (step S13).

まず、排気を行い、反応容器10内を所定の圧力にする。そして、排気を行いながら、窒素ガスを反応容器10内に供給し、高周波発振電源14を作動させ、窒素ガスに電界を印加して、プラズマ放電させる。窒素ガスがプラズマ放電すると共に、反応容器10内に残留していたフッ化物ガスもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成される。このフッ素ラジカルにより基板30の被形成面がエッチングされ、蒸気圧の高い揮発性のフッ化物が生成され、このフッ化物は排気口15から反応容器10から除去される。 First, evacuation is performed to bring the inside of the reaction vessel 10 to a predetermined pressure. Then, while evacuating, nitrogen gas is supplied into the reaction vessel 10, the high frequency oscillation power supply 14 is operated, an electric field is applied to the nitrogen gas, and plasma discharge is performed. The nitrogen gas is plasma-discharged, and the fluoride gas remaining in the reaction vessel 10 is also plasma-discharged to generate fluorine radicals. The surface of the substrate 30 to be formed is etched by the fluorine radicals to generate a volatile fluoride having a high vapor pressure, and the fluoride is removed from the reaction vessel 10 through the exhaust port 15.

薄膜形成プロセス(ステップS14)を行う前に、この窒素ガスのプラズマを生成させるプロセスを行うことで、薄膜を形成する直前に、フッ素ラジカルによって薄膜の被形成面をプラズマガスエッチングされるため、被形成面の有機物を除去することができ、清浄な状態の被形成面に薄膜を形成することができる。 By performing this nitrogen gas plasma generation process before the thin film formation process (step S14), the film formation surface of the thin film is etched by fluorine radicals immediately before forming the thin film. Organic substances on the formation surface can be removed, and a thin film can be formed on a clean surface.

例えば、クリーニングガスにNFを用い、基板30の被形成面に、酸化シリコン膜が形成されている場合を例に、この窒素ガスのプラズマの生成プロセスを説明する。窒素ガスをプラズマ励起することで、残留していたNFもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成され、このフッ素ラジカルにより、基板30表面の酸化シリコン膜がエッチングされる。クリーニングプロセス(S11)で反応容器10内に残留したNFは微量であるので、酸化シリコン膜がエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、0.1nm以上0.5nm以下の範囲でエッチングすることが可能である。そのため、薄膜形成プロセスにおいて、非晶質シリコン膜が形成される酸化シリコン膜の表面をフッ素ラジカルで清浄な状態にすることができると共に、酸化シリコン膜の厚さを微調整することが可能になる。 For example, the process of generating this nitrogen gas plasma will be described by taking as an example the case where NF 3 is used as the cleaning gas and a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate 30 to be formed. When the nitrogen gas is plasma-excited, the remaining NF 3 is also plasma discharged to generate fluorine radicals, and the silicon oxide film on the surface of the substrate 30 is etched by the fluorine radicals. Since the amount of NF 3 remaining in the reaction vessel 10 in the cleaning process (S11) is very small, the thickness at which the silicon oxide film is etched can be less than 1 nm, in the range of 0.1 nm to 0.5 nm. It is possible to etch. Therefore, in the thin film formation process, the surface of the silicon oxide film on which the amorphous silicon film is formed can be cleaned with fluorine radicals, and the thickness of the silicon oxide film can be finely adjusted. .

フッ素ラジカルでエッチングできる材料であれば、酸化シリコン以外の材料でもエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、エッチングされる厚さを0.1nm以上0.5nm以下とすることが可能である。 As long as the material can be etched with fluorine radicals, the thickness etched with materials other than silicon oxide can be less than 1 nm, and the etched thickness can be 0.1 nm or more and 0.5 nm or less. is there.

なお、反応容器10内のフッ化物ガスの濃度が減少する速度は、反応容器10の圧力、窒素ガスの流量、上部電極11及び下部電極12の温度によって変動するため、フッ素ラジカルでエッチングされる厚さに合わせて、これらの条件を適宜決定すればよい。 Note that the rate at which the concentration of the fluoride gas in the reaction vessel 10 decreases varies depending on the pressure in the reaction vessel 10, the flow rate of nitrogen gas, and the temperature of the upper electrode 11 and the lower electrode 12. In accordance with this, these conditions may be determined as appropriate.

また、プロセスで用いることができるプロセスガスとしては、窒素ガスの他、希ガスガス(He、Ar、Kr、Xe等)が好ましい。窒素ガス及びハロゲンガスのプラズマに含まれるラジカルは、フッ素ラジカルと反応して、揮発性のフッ化物を生成しにくいため、フッ素ラジカルの殆どを基板の被形成面において、反応させることができる。 Further, as a process gas that can be used in the process, a rare gas gas (He, Ar, Kr, Xe, etc.) is preferable in addition to nitrogen gas. Since radicals contained in the plasma of nitrogen gas and halogen gas hardly react with fluorine radicals to generate volatile fluorides, most of the fluorine radicals can be reacted on the formation surface of the substrate.

所定の期間、窒素ガスを反応容器10に供給しながら、プラズマ励起させた後、窒素ガスの供給を停止する。次に、反応容器10内に薄膜形成用プロセスガスを供給して、基板30上に薄膜を形成する、薄膜形成プロセスを行う(ステップS14)。排気を行いながら、膜を形成するための薄膜形成用プロセスガスを反応容器10内に供給し、高周波発振電源14を作動させ、薄膜形成用プロセスガスに電界を印加して、プラズマ放電させて、基板30の被形成面に薄膜を形成する。所定の厚さに薄膜が形成されたら、薄膜形成用プロセスガスの供給等を停止し、薄膜の形成プロセスを終了する。 The plasma is excited while supplying nitrogen gas to the reaction vessel 10 for a predetermined period, and then the supply of nitrogen gas is stopped. Next, a thin film forming process is performed in which a thin film forming process gas is supplied into the reaction vessel 10 to form a thin film on the substrate 30 (step S14). While evacuating, a thin film forming process gas for forming a film is supplied into the reaction vessel 10, the high frequency oscillation power supply 14 is operated, an electric field is applied to the thin film forming process gas, and plasma discharge is performed. A thin film is formed on the formation surface of the substrate 30. When the thin film is formed to a predetermined thickness, the supply of the process gas for forming the thin film is stopped and the thin film forming process is terminated.

次に、反応容器10内から、薄膜が形成された基板30を取り出す(ステップS15)。以上により、図2のプロセスフローを用いた薄膜の形成プロセスが完了する。このプロセスフローに従って薄膜を形成することで、薄膜の被形成面を清浄にするプロセスと、薄膜形成のプロセスが同じ反応容器内で連続して行われるので、清浄にされた被形成面を大気雰囲気に曝すことなく、薄膜を形成することができる。 Next, the substrate 30 on which the thin film is formed is taken out from the reaction vessel 10 (step S15). Thus, the thin film formation process using the process flow of FIG. 2 is completed. By forming the thin film according to this process flow, the process of cleaning the thin film forming surface and the process of forming the thin film are continuously performed in the same reaction vessel. A thin film can be formed without exposure.

図2のプロセスフローを用いた薄膜形成方法において、窒素ガスのプラズマを生成するプロセス(ステップS13)において、反応容器10内に残留しているフッ化物ガスの濃度は、クリーニングプロセス(ステップS1)が終了してから、窒素ガスのプラズマを生成するプロセス(ステップS3)を開始する時間で調節することができる。 In the thin film forming method using the process flow of FIG. 2, in the process of generating nitrogen gas plasma (step S13), the concentration of the fluoride gas remaining in the reaction vessel 10 is determined by the cleaning process (step S1). It can be adjusted by the time for starting the process of generating the nitrogen gas plasma (step S3) after the end.

(実施の形態3)
図3は成膜方法の一例を示すフローチャートである。図3を参照しながら、薄膜の形成方法を説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a film forming method. A method for forming a thin film will be described with reference to FIG.

まず、基板30を反応容器10内に搬入し、下部電極12上に設置する(ステップS2)。 First, the substrate 30 is carried into the reaction vessel 10 and placed on the lower electrode 12 (step S2).

次に、フッ化物ガスを反応容器10に供給する(ステップS21)。フッ化物ガスには、NF、SF及びCFから選ばれたガスを用いることができる。このうち、NFガスが好ましい。このとき、反応容器10の圧力は大気圧でも、大気圧よりも低くてもよい。 Next, a fluoride gas is supplied to the reaction vessel 10 (step S21). As the fluoride gas, a gas selected from NF 3 , SF 6 and CF 4 can be used. Of these, NF 3 gas is preferred. At this time, the pressure in the reaction vessel 10 may be atmospheric pressure or lower than atmospheric pressure.

次に、基板30上に薄膜を形成する、薄膜形成プロセスを行う(ステップS23)。排気を行いながら、膜を形成するための薄膜形成用プロセスガスを反応容器10内に供給し、高周波発振電源14を作動させ、薄膜形成用プロセスガスに電界を印加して、プラズマ放電させる。このプラズマ放電と同時に、ステップS21で予め供給されていたフッ化物ガスもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成される。そのため、このフッ素ラジカルにより基板30の被形成面がエッチングされ、蒸気圧の高い揮発性のフッ化物が生成され、このフッ化物は排気口15から反応容器10から除去される。 Next, a thin film formation process for forming a thin film on the substrate 30 is performed (step S23). While exhausting, a thin film forming process gas for forming a film is supplied into the reaction vessel 10, the high frequency oscillation power supply 14 is operated, and an electric field is applied to the thin film forming process gas to cause plasma discharge. Simultaneously with this plasma discharge, the fluoride gas previously supplied in step S21 is also plasma-discharged to generate fluorine radicals. Therefore, the surface of the substrate 30 to be formed is etched by the fluorine radicals, and volatile fluoride having a high vapor pressure is generated. This fluoride is removed from the reaction vessel 10 through the exhaust port 15.

フッ素ラジカルは反応性が高いため、反応容器内にフッ素ラジカルが存在している間は、薄膜形成用プロセスガスによる膜の堆積反応ではなく、フッ素ラジカルによるエッチング反応が優位に進行する。エッチング反応の進行によりフッ素ラジカルの濃度は減少し、やがて、薄膜形成用プロセスガスに反応容器10内の雰囲気が置換され、堆積反応が開始し、基板30の被形成面に膜が成長する。よって、薄膜を形成する直前に、フッ素ラジカルによって薄膜の被形成面をプラズマガスエッチングされるため、被形成面の有機物を除去することができ、清浄な状態の被形成面に薄膜を形成することができる。 Since fluorine radicals are highly reactive, etching reactions with fluorine radicals proceed preferentially rather than film deposition reactions with a process gas for thin film formation while fluorine radicals are present in the reaction vessel. As the etching reaction proceeds, the concentration of fluorine radicals decreases, and eventually, the atmosphere in the reaction vessel 10 is replaced with the process gas for thin film formation, the deposition reaction starts, and a film grows on the formation surface of the substrate 30. Therefore, immediately before forming the thin film, the surface on which the thin film is formed is plasma-etched by fluorine radicals, so that organic substances on the formed surface can be removed, and the thin film is formed on the clean formed surface. Can do.

例えば、クリーニングガスにNFを用い、基板30の被形成面に、酸化シリコン膜が形成され、この酸化シリコン膜上に、非晶質シリコン膜を形成する場合を例に、この薄膜形成プロセスを説明する。非晶質シリコン膜を形成するため、水素(H)とモノシラン(SiH)を薄膜形成用プロセスガスとして用いる。HおよびSiHを反応容器10に供給し、高周波発振電源14により、HおよびSiHに電界を印加してプラズマ放電すると、NFもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成される。まず、このフッ素ラジカルにより、基板30の表面の酸化シリコン膜がエッチングされ、次いで、NFが減少すると、酸化シリコン膜上に非晶質シリコンが堆積される。 For example, NF 3 is used as the cleaning gas, a silicon oxide film is formed on the surface to be formed of the substrate 30, and an amorphous silicon film is formed on the silicon oxide film. explain. In order to form an amorphous silicon film, hydrogen (H 2 ) and monosilane (SiH 4 ) are used as a process gas for forming a thin film. When H 2 and SiH 4 are supplied to the reaction vessel 10 and an electric field is applied to the H 2 and SiH 4 by the high-frequency oscillation power source 14 and plasma discharge is performed, NF 3 is also plasma discharged and fluorine radicals are generated. First, the silicon oxide film on the surface of the substrate 30 is etched by the fluorine radicals, and then when NF 3 decreases, amorphous silicon is deposited on the silicon oxide film.

ステップS22で反応容器10に供給するフッ化物ガスの量を調節することで、酸化シリコン膜がエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、0.1nm以上0.5nm以下の範囲でエッチングすることが可能である。そのため、非晶質シリコン膜が形成される酸化シリコン膜の表面をフッ素ラジカルで清浄な状態にすることができると共に、酸化シリコン膜の厚さを微調整することが可能になる。もちろん、フッ素ラジカルでエッチングできる材料であれば、酸化シリコン以外の材料でもエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、エッチングされる厚さを0.1nm以上0.5nm以下とすることが可能である。なお、フッ化物ガスの量の調節は、フッ化物ガスの流量、排気量を調節することで可能である。 By adjusting the amount of the fluoride gas supplied to the reaction vessel 10 in step S22, the thickness at which the silicon oxide film is etched can be less than 1 nm, and the etching is performed in the range of 0.1 nm to 0.5 nm. Is possible. Therefore, the surface of the silicon oxide film on which the amorphous silicon film is formed can be cleaned with fluorine radicals, and the thickness of the silicon oxide film can be finely adjusted. Of course, as long as the material can be etched with fluorine radicals, the thickness etched with a material other than silicon oxide can be less than 1 nm, and the etched thickness can be 0.1 nm or more and 0.5 nm or less. Is possible. The amount of the fluoride gas can be adjusted by adjusting the flow rate of the fluoride gas and the exhaust amount.

所定の厚さに薄膜が形成されたら、薄膜形成用プロセスガスの供給を停止し、また排気を停止し、薄膜形成プロセスを終了する。薄膜の被形成面を清浄にするプロセスと、薄膜形成のプロセスが同じ反応容器内で連続して行われるので、清浄にされた被形成面を大気雰囲気に曝すことなく、薄膜を形成することができる。 When the thin film is formed to a predetermined thickness, the supply of the process gas for forming the thin film is stopped, the exhaust is stopped, and the thin film forming process is finished. Since the process of cleaning the thin film forming surface and the process of forming the thin film are continuously performed in the same reaction vessel, the thin film can be formed without exposing the cleaned film forming surface to the air atmosphere. it can.

次に、反応容器10内から、薄膜が形成された基板30を取り出す(ステップS24)。以上により、図3のプロセスフローを用いた薄膜の形成が完了する。 Next, the substrate 30 on which the thin film is formed is taken out from the reaction vessel 10 (step S24). Thus, the formation of the thin film using the process flow of FIG. 3 is completed.

図3のプロセスフローを用いた薄膜形成方法では、クリーニングプロセスの後に、薄膜形成のプロセスを行わない場合でも、薄膜形成のプロセス(ステップS23)において、薄膜の被形成面をフッ素ラジカルによるプラズマガスエッチングすることができる。 In the thin film formation method using the process flow of FIG. 3, even if the thin film formation process is not performed after the cleaning process, the thin film formation surface (plasma gas etching with fluorine radicals) is performed in the thin film formation process (step S23). can do.

(実施の形態4)
図4は成膜方法の一例を示すフローチャートである。図4を参照しながら、薄膜の形成方法を説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a film forming method. A method for forming a thin film will be described with reference to FIG.

まず、基板30を反応容器10内に搬入し、下部電極12上に設置する(ステップS31)。次に、図3のステップS22と同様に、フッ化物ガスを反応容器10に供給する(ステップS32) First, the substrate 30 is carried into the reaction vessel 10 and placed on the lower electrode 12 (step S31). Next, as in step S22 of FIG. 3, a fluoride gas is supplied to the reaction vessel 10 (step S32).

次に、ステップS32で反応容器10内に供給したフッ化物ガスをプラズマ励起させ、フッ素ラジカルを発生させる。そのために、プロセスガスとして、窒素ガス(Nガス)を反応容器10に供給し、窒素ガスのプラズマを生成する(ステップS33)。このプロセスは、図2のステップS13と同様に行うことができる。 Next, the fluoride gas supplied into the reaction vessel 10 in step S32 is plasma-excited to generate fluorine radicals. For this purpose, nitrogen gas (N 2 gas) is supplied as a process gas to the reaction vessel 10 to generate nitrogen gas plasma (step S33). This process can be performed in the same manner as step S13 in FIG.

薄膜形成プロセス(ステップS34)を行う前に、この窒素ガスのプラズマを生成させるプロセスを行うことで、薄膜を形成する直前に、フッ素ラジカルによって薄膜の被形成面をプラズマガスエッチングされるため、被形成面の有機物を除去することができ、清浄な状態の被形成面に薄膜を形成することができる。 By performing the process of generating the nitrogen gas plasma before the thin film formation process (step S34), the film formation surface of the thin film is plasma-etched by fluorine radicals immediately before the thin film is formed. Organic substances on the formation surface can be removed, and a thin film can be formed on a clean surface.

例えば、クリーニングガスにNFを用い、基板30の被形成面に、酸化シリコン膜が形成されている場合を例に、この窒素ガスのプラズマの生成プロセスを説明する。窒素ガスをプラズマ励起することで、予め供給されていたNFもプラズマ放電し、フッ素ラジカルが生成される。このフッ素ラジカルにより、基板30の表面の酸化シリコン膜がエッチングされる。 For example, the process of generating this nitrogen gas plasma will be described by taking as an example the case where NF 3 is used as the cleaning gas and a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate 30 to be formed. By plasma-exciting nitrogen gas, NF 3 supplied in advance is also plasma-discharged to generate fluorine radicals. The silicon oxide film on the surface of the substrate 30 is etched by the fluorine radicals.

ステップS32で反応容器10に供給するフッ化物ガスの量を調節することで、酸化シリコン膜がエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、0.1nm以上0.5nm以下の範囲でエッチングすることが可能である。そのため、非晶質シリコン膜が形成される酸化シリコン膜の表面をフッ素ラジカルで清浄な状態にすることができると共に、酸化シリコン膜の厚さを微調整することが可能になる。もちろん、フッ素ラジカルでエッチングできる材料であれば、酸化シリコン以外の材料でもエッチングされる厚さは1nm未満とすることができ、エッチングされる厚さを0.1nm以上0.5nm以下とすることが可能である。なお、フッ化物ガスの量の調節は、フッ化物ガスの流量、排気量を調節することで可能である。 By adjusting the amount of fluoride gas supplied to the reaction vessel 10 in step S32, the thickness of the silicon oxide film etched can be less than 1 nm, and the etching is performed in the range of 0.1 nm to 0.5 nm. Is possible. Therefore, the surface of the silicon oxide film on which the amorphous silicon film is formed can be cleaned with fluorine radicals, and the thickness of the silicon oxide film can be finely adjusted. Of course, as long as the material can be etched with fluorine radicals, the thickness etched with a material other than silicon oxide can be less than 1 nm, and the etched thickness can be 0.1 nm or more and 0.5 nm or less. Is possible. The amount of the fluoride gas can be adjusted by adjusting the flow rate of the fluoride gas and the exhaust amount.

このプロセスで用いることができるプロセスガスとしては、窒素ガスの他、希ガスガス(He、Ar、Kr、Xe等)が好ましい。窒素ガス及びハロゲンガスのプラズマに含まれるラジカルは、フッ素ラジカルと反応して、揮発性のフッ化物を生成しにくいため、フッ素ラジカルの殆どを基板の被形成面において、反応させることができる。 As a process gas that can be used in this process, a rare gas gas (He, Ar, Kr, Xe, etc.) is preferable in addition to nitrogen gas. Since radicals contained in the plasma of nitrogen gas and halogen gas hardly react with fluorine radicals to generate volatile fluorides, most of the fluorine radicals can be reacted on the formation surface of the substrate.

次に、窒素ガスの供給を停止し、基板30上に薄膜を形成する、薄膜形成プロセスを行う(ステップS34)。排気を行いながら、膜を形成するための薄膜形成用プロセスガスを反応容器10内に供給し、高周波発振電源14を作動させ、薄膜形成用プロセスガスに電界を印加して、プラズマ放電させて、基板30の被形成面に薄膜を形成する。定の厚さに薄膜が形成されたら、薄膜形成用プロセスガスの供給等を停止し、薄膜形成プロセスを終了する。 Next, the supply of nitrogen gas is stopped, and a thin film formation process is performed to form a thin film on the substrate 30 (step S34). While evacuating, a thin film forming process gas for forming a film is supplied into the reaction vessel 10, the high frequency oscillation power supply 14 is operated, an electric field is applied to the thin film forming process gas, and plasma discharge is performed. A thin film is formed on the formation surface of the substrate 30. When the thin film is formed to a certain thickness, the supply of the process gas for forming the thin film is stopped and the thin film forming process is terminated.

次に、反応容器10内から、薄膜が形成された基板30を取り出す(ステップS35)。以上により、図3のプロセスフローを用いた薄膜の形成が完了する。本実施の形態の成膜方法は、薄膜の被形成面を清浄にするプロセスと、薄膜形成のプロセスが同じ反応容器内で連続して行われるので、清浄にされた被形成面を大気雰囲気に曝すことなく、薄膜を形成することができる。 Next, the substrate 30 on which the thin film is formed is taken out from the reaction vessel 10 (step S35). Thus, the formation of the thin film using the process flow of FIG. 3 is completed. In the film forming method of this embodiment, the process of cleaning the thin film forming surface and the process of forming the thin film are continuously performed in the same reaction vessel. A thin film can be formed without exposure.

図4のプロセスフローを用いた薄膜形成方法では、クリーニングプロセスの後に、薄膜形成のプロセスを行わない場合でも、薄膜形成のプロセス(ステップS23)において、薄膜の被形成面をフッ素ラジカルによるプラズマガスエッチングすることができる。 In the thin film formation method using the process flow of FIG. 4, even if the thin film formation process is not performed after the cleaning process, in the thin film formation process (step S23), the surface on which the thin film is formed is plasma gas etched by fluorine radicals. can do.

(実施の形態5)
実施の形態1乃至実施の形態4の薄膜の形成プロセスを用いることで、各種の素子を有する半導体装置を形成することができる。本発明者は、実験により反応容器10内に存在するフッ化物ガスにより被形成面がごくわずかにエッチングされることを確認した。本実施の形態では、その実験について説明する。この実験では、図4のプロセスフローを用いてステップS31〜ステップS34までプロセスを行い、フッ化物ガスによって薄膜がエッチングされる厚さを測定した。以下、実験方法を説明する。
(Embodiment 5)
By using the thin film formation process of Embodiments 1 to 4, a semiconductor device having various elements can be formed. The inventor has confirmed by experiments that the surface to be formed is etched very slightly by the fluoride gas present in the reaction vessel 10. In this embodiment, the experiment will be described. In this experiment, the process was performed from step S31 to step S34 using the process flow of FIG. 4, and the thickness at which the thin film was etched by the fluoride gas was measured. The experimental method will be described below.

基板30として、ガラス基板を用いた。反応容器10内に基板30を搬入し、ガラス基板上に、図5に示す容量結合PECVD装置を用いて、非晶質シリコン膜を形成した。厚さが55nmになるように成膜時間を調節した。非晶質シリコン膜の形成プロセスの条件を以下に示す。
・プロセスガスの種類(流量)
SiH(25sccm)
(150sccm)
・下部電極温度 250℃
・圧力 66.7Pa
・高周波発振電源の発振周波数 27MHz
・高周波電源の出力電力 50W
・電極間距離 25mm
・電極面積 615.75cm
A glass substrate was used as the substrate 30. The substrate 30 was carried into the reaction vessel 10 and an amorphous silicon film was formed on the glass substrate using the capacitively coupled PECVD apparatus shown in FIG. The film formation time was adjusted so that the thickness was 55 nm. The conditions for the formation process of the amorphous silicon film are shown below.
・ Process gas type (flow rate)
SiH 4 (25 sccm)
H 2 (150 sccm)
・ Lower electrode temperature 250 ℃
・ Pressure 66.7Pa
・ Oscillation frequency of high-frequency oscillation power supply 27MHz
・ Output power of high frequency power supply 50W
・ Distance between electrodes 25mm
-Electrode area 615.75 cm 2

フッ化物ガスによってエッチングされる厚さを測定するため、反応容器10から非晶質シリコン膜が形成された基板30を搬出し、非晶質シリコン膜の厚さを測定した。 In order to measure the thickness etched by the fluoride gas, the substrate 30 on which the amorphous silicon film was formed was taken out of the reaction vessel 10 and the thickness of the amorphous silicon film was measured.

次に、非晶質シリコン膜が形成された基板30を反応容器10に搬入した。内蔵されたヒータにより上部電極11、および下部電極12の温度を200℃に上昇させ、流量200sccmの流量で、60秒間、NFガスを反応容器10に供給した。排気手段である真空ポンプを動作させ、排気を行いながら、NFガスを供給した。NFガスが供給された反応容器10内の圧力は、1.5Pa程度である。 Next, the substrate 30 on which the amorphous silicon film was formed was carried into the reaction vessel 10. The temperature of the upper electrode 11 and the lower electrode 12 was raised to 200 ° C. by a built-in heater, and NF 3 gas was supplied to the reaction vessel 10 at a flow rate of 200 sccm for 60 seconds. An NF 3 gas was supplied while evacuating by operating a vacuum pump as an exhaust means. The pressure in the reaction vessel 10 supplied with NF 3 gas is about 1.5 Pa.

次に、排気手段である真空ポンプを動作させながら、窒素ガスを反応容器10に供給し、窒素ガスのプラズマを生成させ、フッ素ラジカルにより基板30に形成された非晶質シリコン膜をエッチングした。窒素ガスのプラズマ処理プロセスの条件を以下に示す。
・プロセスガスの種類(流量)
(200sccm)
・上部電極温度 200℃
・下部電極温度 200℃
・圧力 40Pa
・高周波発振電源の発振周波数 13.56MHz
・高周波発振電源の出力電力 50W
・電極間距離 20mm
・電極面積 651.44cm
Next, nitrogen gas was supplied to the reaction vessel 10 while operating a vacuum pump as exhaust means, and nitrogen gas plasma was generated, and the amorphous silicon film formed on the substrate 30 was etched by fluorine radicals. The conditions of the nitrogen gas plasma treatment process are shown below.
・ Process gas type (flow rate)
N 2 (200 sccm)
Upper electrode temperature 200 ℃
Lower electrode temperature 200 ℃
・ Pressure 40Pa
・ Oscillation frequency of high-frequency oscillation power supply 13.56MHz
・ High frequency oscillation power supply output power 50W
・ Distance between electrodes 20mm
-Electrode area 651.44 cm 2

窒素ガスによるプラズマ処理時間を変化させて、非晶質シリコン膜の厚さの変化を測定した。図6に測定結果を示す。図6は、窒素ガスのプラズマ処理時間に対する、非晶質膜の厚さの変化を示す散布図である。プラズマ処理時間は、5秒、10秒、15秒、20秒、25秒とした。非晶質シリコン膜の厚さの変化は、窒素ガスのプラズマ処理前と後での非晶質シリコン膜の厚さの差分である。非晶質シリコン膜の厚さは膜厚測定装置で計測した。用いた測定装置の精度は0.1nmである。また、非晶質シリコン膜の厚さは、100mm×100mmの矩形の領域で25箇所測定した。 The change in the thickness of the amorphous silicon film was measured by changing the plasma treatment time with nitrogen gas. FIG. 6 shows the measurement results. FIG. 6 is a scatter diagram showing changes in the thickness of the amorphous film with respect to the plasma treatment time of nitrogen gas. The plasma treatment time was 5 seconds, 10 seconds, 15 seconds, 20 seconds, and 25 seconds. The change in the thickness of the amorphous silicon film is the difference between the thickness of the amorphous silicon film before and after the plasma treatment with nitrogen gas. The thickness of the amorphous silicon film was measured with a film thickness measuring device. The accuracy of the measurement apparatus used is 0.1 nm. Further, the thickness of the amorphous silicon film was measured at 25 points in a rectangular region of 100 mm × 100 mm.

図6に示すように、窒素ガスのプラズマ処理によって、NFガスにより、非晶質シリコン膜がエッチングされていることが分かる。また、非晶質シリコン膜を0.5nm以下の厚さ範囲で、より具体的には、0.1nm〜エッチングすることが可能になる。図6の結果は、反応容器10内のNFガス濃度を調節することで、非晶質シリコン膜がエッチングされる厚さを調節できることを示している。 As shown in FIG. 6, it can be seen that the amorphous silicon film is etched by NF 3 gas by the nitrogen gas plasma treatment. In addition, the amorphous silicon film can be etched in a thickness range of 0.5 nm or less, more specifically from 0.1 nm. The result of FIG. 6 shows that the thickness at which the amorphous silicon film is etched can be adjusted by adjusting the NF 3 gas concentration in the reaction vessel 10.

よって、図1〜図4に示す薄膜の成膜において、薄膜の形成前に反応容器10にフッ化物ガスを供給し、他のプロセスガスによるプラズマ処理によって、フッ素ラジカルを発生させることで、基板30上に形成されている薄膜、又は基板30を0.1nm単位でエッチングすることが可能である。例えば、薄膜または基板30を0.1nm以上0.5nm以下の範囲でエッチングすることが可能である。 Accordingly, in forming the thin film shown in FIGS. 1 to 4, the fluoride gas is supplied to the reaction vessel 10 before the thin film is formed, and fluorine radicals are generated by plasma treatment using another process gas, thereby forming the substrate 30. It is possible to etch the thin film formed on the substrate or the substrate 30 in units of 0.1 nm. For example, the thin film or the substrate 30 can be etched in the range of 0.1 nm to 0.5 nm.

(実施の形態6)
本実施の形態では、半導体装置の作製方法の一例として、不揮発性半導体記憶装置の作製について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, manufacturing of a nonvolatile semiconductor memory device will be described as an example of a method for manufacturing a semiconductor device.

図7は、不揮発性半導体記憶装置の構成例を示すブロック図である。図7の不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルアレイ52と、メモリセルアレイ52に接続され、書き込み動作、消去動作および読み出し動作などを制御するロジック部54が同一の基板上に形成されている。メモリセルアレイ52は、複数のワード線WLと、ワード線WLと交差して形成された複数のビット線BL、およびワード線WL及びビット線BLに接続された複数のメモリセルMCを有する。メモリセルMCのデータの蓄積手段として、実施の形態1で説明した不揮発性メモリトランジスタが用いられる。そのため、電荷保持特性に優れ、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。 FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the nonvolatile semiconductor memory device. The nonvolatile semiconductor memory device of FIG. 7 includes a memory cell array 52 and a logic unit 54 that is connected to the memory cell array 52 and controls a write operation, an erase operation, a read operation, and the like on the same substrate. The memory cell array 52 includes a plurality of word lines WL, a plurality of bit lines BL formed crossing the word lines WL, and a plurality of memory cells MC connected to the word lines WL and the bit lines BL. As the data storage means of the memory cell MC, the nonvolatile memory transistor described in the first embodiment is used. Therefore, a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device having excellent charge retention characteristics can be obtained.

ロジック部54の構成は以下の通りである。ワード線選択のためにロウデコーダ62と、ビット線選択のためにカラムデコーダ64が、メモリセルアレイ52の周囲に設けられている。アドレスは、アドレスバッファ56を介してコントロール回路58に送られ、内部ロウアドレス信号及び内部カラムアドレス信号がそれぞれロウデコーダ62及びカラムデコーダ64に転送される。 The configuration of the logic unit 54 is as follows. A row decoder 62 for selecting a word line and a column decoder 64 for selecting a bit line are provided around the memory cell array 52. The address is sent to the control circuit 58 via the address buffer 56, and the internal row address signal and the internal column address signal are transferred to the row decoder 62 and the column decoder 64, respectively.

データ書き込み及び消去には、電源電位を昇圧した電位が用いられる。このため、コントロール回路58により動作モードに応じて制御される昇圧回路60が設けられている。昇圧回路60の出力はロウデコーダ62やカラムデコーダ64を介して、メモリセルアレイ52に形成されているワード線Wやビット線BLに供給される。センスアンプ66はカラムデコーダ64から出力されたデータが入力される。センスアンプ66により読み出されたデータは、データバッファ68に保持され、コントロール回路58からの制御により、データがランダムアクセスされ、データ入出力バッファ70を介して出力されるようになっている。書き込みデータは、データ入出力バッファ70を介してデータバッファ68に一旦保持され、コントロール回路58の制御によりカラムデコーダ64に転送される。 For writing and erasing data, a potential obtained by boosting the power supply potential is used. Therefore, a booster circuit 60 controlled by the control circuit 58 according to the operation mode is provided. The output of the booster circuit 60 is supplied to the word line W and the bit line BL formed in the memory cell array 52 via the row decoder 62 and the column decoder 64. The sense amplifier 66 receives the data output from the column decoder 64. Data read by the sense amplifier 66 is held in the data buffer 68, and the data is randomly accessed under the control of the control circuit 58 and output via the data input / output buffer 70. The write data is temporarily held in the data buffer 68 via the data input / output buffer 70 and transferred to the column decoder 64 under the control of the control circuit 58.

図8は、メモリセルアレイ52の構成例を示す回路図である。メモリセルMCが行列状に配置されている。図8では、3行×2列のメモリセルMCを示している。各メモリセルMCは1ビットの情報を記憶し、直列に接続されたスイッチング用トランジスタTs、不揮発性メモリメモリトランジスタTmを有する。メモリセルアレイ52は、列ごとに、ビット線BL0、BL1、ソース線SL0、SL1が設けられている。また、行ごとに、第1ワード線WL1〜WL3及び第2ワード線WL11〜WL13が設けられている。 FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the memory cell array 52. Memory cells MC are arranged in a matrix. FIG. 8 shows a memory cell MC of 3 rows × 2 columns. Each memory cell MC stores 1-bit information and includes a switching transistor Ts and a non-volatile memory memory transistor Tm connected in series. The memory cell array 52 is provided with bit lines BL0 and BL1 and source lines SL0 and SL1 for each column. For each row, first word lines WL1 to WL3 and second word lines WL11 to WL13 are provided.

ビット線BL0及び第1ワード線WL1で特定されるメモリセルMCに着目すると、スイッチング用トランジスタTsは、ゲートが第2ワード線WL11に接続され、ソースまたはドレインの一方がビット線BL0に接続され、他方が不揮発性メモリトランジスタTmに接続されている。不揮発性メモリトランジスタTmは、ゲートが第1ワード線WL1に接続され、ソースまたはドレインの一方がスイッチング用トランジスタTsに接続され、他方がソース線SL0に接続されている。 Focusing on the memory cell MC specified by the bit line BL0 and the first word line WL1, the switching transistor Ts has a gate connected to the second word line WL11 and one of the source and drain connected to the bit line BL0. The other is connected to the nonvolatile memory transistor Tm. The nonvolatile memory transistor Tm has a gate connected to the first word line WL1, one of a source and a drain connected to the switching transistor Ts, and the other connected to the source line SL0.

スイッチング用トランジスタTsと不揮発性メモリメモリトランジスタTmを共にnチャネル型とした場合、ビット線BL0及び第1ワード線WL1で特定されるメモリセルMCにデータを書き込むには、第2ワード線W11とビット線BL0の電位をHレベル、ビット線BL1の電位をLレベルとして、第2ワード線W11に高電圧を印加する。これにより、不揮発性メモリメモリトランジスタTmの電荷蓄積層に電荷が注入される。不揮発性メモリメモリトランジスタTmからデータを消去するには、第1ワード線W1及びビット線BL0の電位をHレベルとし、第2ワード線W11に負の高電圧を印加する。 When both the switching transistor Ts and the nonvolatile memory memory transistor Tm are n-channel type, in order to write data to the memory cell MC specified by the bit line BL0 and the first word line WL1, the second word line W11 and the bit A high voltage is applied to the second word line W11 by setting the potential of the line BL0 to the H level and the potential of the bit line BL1 to the L level. As a result, charges are injected into the charge storage layer of the nonvolatile memory memory transistor Tm. In order to erase data from the nonvolatile memory transistor Tm, the potentials of the first word line W1 and the bit line BL0 are set to H level, and a negative high voltage is applied to the second word line W11.

次に、図9〜図15を用いて、不揮発性半導体記憶装置の作製方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to FIGS.

不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルアレイのトランジスタは、ロジック部のトランジスタと比較して駆動電圧が高いため、メモリセルアレイのトランジスタとロジック部のトランジスタは、それぞれ、駆動電圧によって構造を変えることが好ましい。例えば、駆動電圧が小さく、しきい値電圧値のばらつきを小さくしたい場合にはゲート絶縁膜を薄くすることが好ましい。駆動電圧が大きくゲート絶縁膜の絶縁耐圧性が求められる場合にはゲート絶縁膜を厚くすることが好ましい。 In the nonvolatile semiconductor memory device, the transistors in the memory cell array have a higher driving voltage than the transistors in the logic portion. Therefore, the transistors in the memory cell array and the transistors in the logic portion preferably have different structures depending on the driving voltage. For example, when the driving voltage is small and it is desired to reduce variation in threshold voltage value, it is preferable to make the gate insulating film thin. When the driving voltage is large and the dielectric strength of the gate insulating film is required, it is preferable to increase the thickness of the gate insulating film.

そこで、本実施の形態では、ゲート絶縁膜の厚さが異なるトランジスタを同一基板上に作製する方法を説明する。また、本実施の形態では、トランジスタおよび不揮発性メモリトランジスタを薄膜トランジスタで作製する方法を説明する。また、本実施の形態では、不揮発性半導体記憶装置として図7の装置を例に、またそのメモリセルアレイ52を図8に示す回路で構成した場合を例に、不揮発性半導体装置の作製方法を説明する。後述する実施の形態4乃至8の不揮発性半導体記憶装置もこの点は同様である。 Thus, in this embodiment, a method for manufacturing transistors with different gate insulating film thickness over the same substrate is described. In this embodiment, a method for manufacturing a transistor and a nonvolatile memory transistor with thin film transistors will be described. Further, in this embodiment mode, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor device will be described by using the device in FIG. 7 as an example of a nonvolatile semiconductor memory device and an example in which the memory cell array 52 is configured by the circuit illustrated in FIG. To do. This also applies to the nonvolatile semiconductor memory devices of Embodiments 4 to 8 described later.

図9〜図12は、本実施の形態の作製工程を説明するための断面図である。図9〜図12において、A−B間にロジック部54に設けられるpチャネル型トランジスタTrpの断面を示し、及びC−D間にロジック部54に設けられるnチャネル型トランジスタTrnの断面を示す。また、E−F間にメモリセルMCに設けられる不揮発性メモリトランジスタTmの断面を示し、G−H間にメモリセルMCのスイッチング用トランジスタTsの断面を示す。また、図13〜15は、本実施の形態の作製工程を説明するための上面図である。図13〜図15の一点鎖線A−B、C−D、E−F及びG−Hで切った断面図が、図9〜図12に対応する。 9 to 12 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of this embodiment mode. 9 to 12, a cross section of the p-channel transistor Trp provided in the logic portion 54 is shown between A and B, and a cross section of the n-channel transistor Trn provided in the logic portion 54 is shown between C and D. Further, a cross section of the nonvolatile memory transistor Tm provided in the memory cell MC is shown between EF, and a cross section of the switching transistor Ts of the memory cell MC is shown between GH. 13 to 15 are top views for explaining a manufacturing process of this embodiment. Cross-sectional views cut along one-dot chain lines AB, CD, EF, and GH in FIGS. 13 to 15 correspond to FIGS. 9 to 12.

まず、図9(A)に示すように、基板100上に下地絶縁膜102を形成する。基板100は、ガラス基板、石英基板、金属基板(例えばセラミック基板またはステンレス基板など)を用いることができる。下地絶縁膜102は、CVD法やスパッタ法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン等の絶縁材料を用いて形成することができる。例えば、下地絶縁膜102を2層構造とする場合、第1層目の絶縁層として酸化窒化シリコン層を形成し、第2層目の絶縁層として酸化窒化シリコン層を形成するとよい。また、第1層目の絶縁層として窒化シリコン層を形成し、第2層目の絶縁層として酸化シリコン層を形成してもよい。このように、ブロッキング層として機能する下地絶縁膜102を形成することによって、基板100からNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、この上に形成する素子に悪影響を与えることを防ぐことができる。 First, as illustrated in FIG. 9A, the base insulating film 102 is formed over the substrate 100. As the substrate 100, a glass substrate, a quartz substrate, or a metal substrate (for example, a ceramic substrate or a stainless steel substrate) can be used. The base insulating film 102 can be formed using an insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride by a CVD method, a sputtering method, or the like. For example, in the case where the base insulating film 102 has a two-layer structure, a silicon oxynitride layer may be formed as a first insulating layer and a silicon oxynitride layer may be formed as a second insulating layer. Alternatively, a silicon nitride layer may be formed as the first insulating layer, and a silicon oxide layer may be formed as the second insulating layer. In this manner, by forming the base insulating film 102 functioning as a blocking layer, alkali metal such as Na or alkaline earth metal from the substrate 100 can be prevented from adversely affecting the element formed thereon. .

次に、下地絶縁膜102上に、島状の半導体膜104、106、108、110を形成する。図13が島状の半導体膜104、106、108、110の上面図である。島状の半導体膜104、106、108、110の形成は、次の通りに行うことができる。スパッタ法、LPCVD法、PECVD法等を用いて、シリコン(Si)を主成分とする非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜を結晶化させて、結晶性半導体膜を形成する。結晶性半導体膜をエッチングして、島状の半導体膜104、106、108、110を形成する。なお、非晶質半導体膜として、非晶質シリコン膜、非晶質ゲルマニウムまたは非晶質シリコンゲルマニウム膜などを形成することができる。また非晶質半導体膜の結晶化は、レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法またはこれら方法を組み合わせた方法等により行うことができる。 Next, island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, and 110 are formed over the base insulating film 102. FIG. 13 is a top view of the island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, 110. The formation of the island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, and 110 can be performed as follows. An amorphous semiconductor film containing silicon (Si) as a main component is formed by a sputtering method, an LPCVD method, a PECVD method, or the like, and the amorphous semiconductor film is crystallized to form a crystalline semiconductor film. The crystalline semiconductor film is etched to form island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, and 110. Note that an amorphous silicon film, an amorphous germanium film, an amorphous silicon germanium film, or the like can be formed as the amorphous semiconductor film. The amorphous semiconductor film is crystallized by a laser crystallization method, a thermal crystallization method using an RTA or a furnace annealing furnace, a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or a method combining these methods. It can be carried out.

また、基板100として、SOI基板を用いることもできる。この場合、SOI基板の半導体層を、エッチングして、島状の半導体膜104、106、108、110を形成することができる。また、半導体層を部分的に酸化して、酸化させない領域を島状の半導体膜104、106、108、110とすることができる。SOI基板の代わりに、GOI基板、SGOI基板を用いることもできる。 Alternatively, an SOI substrate can be used as the substrate 100. In this case, the semiconductor layer of the SOI substrate can be etched to form island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, and 110. Further, the semiconductor layer can be partially oxidized, and the regions that are not oxidized can be island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, and 110. A GOI substrate or an SGOI substrate can be used instead of the SOI substrate.

次に、図9(A)に示すように、島状の半導体膜104、106、108、110を覆うように絶縁膜112を形成する。絶縁膜112は、LPCVD法、PECVD法により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンでなる単層膜または2層以上の多層膜で形成される。絶縁膜112は、メモリセルMCのトランジスタTsのゲート絶縁膜として機能する。そのため、10nm〜50nmの厚さに形成される。 Next, as illustrated in FIG. 9A, an insulating film 112 is formed so as to cover the island-shaped semiconductor films 104, 106, 108, and 110. The insulating film 112 is formed by a LPCVD method or a PECVD method as a single layer film or a multilayer film including two or more layers of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. The insulating film 112 functions as a gate insulating film of the transistor Ts of the memory cell MC. Therefore, it is formed to a thickness of 10 nm to 50 nm.

次に、図9(B)に示すように、絶縁膜112を選択的に除去し、半導体膜104、106、108の表面を露出させる。ここでは、メモリ部に設けられた半導体膜110を選択的にレジスト114で覆い、半導体膜104、106、108上に形成された、絶縁膜112をエッチングすることによって除去する。 Next, as illustrated in FIG. 9B, the insulating film 112 is selectively removed to expose the surfaces of the semiconductor films 104, 106, and 108. Here, the semiconductor film 110 provided in the memory portion is selectively covered with a resist 114, and the insulating film 112 formed over the semiconductor films 104, 106, and 108 is removed by etching.

レジスト114を除去し、図9(C)に示すように、半導体膜104、106、108上に絶縁膜116、118、120をそれぞれ形成する。絶縁膜116、118、120の厚さは、1〜10nmが好ましく、1〜5nmがより好ましい。なお、絶縁膜116、及び118は後の工程で除去される。 The resist 114 is removed, and as shown in FIG. 9C, insulating films 116, 118, and 120 are formed over the semiconductor films 104, 106, and 108, respectively. The thickness of the insulating films 116, 118, and 120 is preferably 1 to 10 nm, and more preferably 1 to 5 nm. Note that the insulating films 116 and 118 are removed in a later step.

絶縁膜116、118、120は、半導体膜104、106、108を熱処理又は高密度プラズマ処理等によって形成することができる。ここでは、まず、反応容器内に酸素(O)とアルゴン(Ar)との混合ガスを導入し、高密度プラズマにより酸素ラジカルを発生させて、半導体膜104、106、108に酸化処理を行い、半導体膜104、106、108の表面に3nm〜6nm程度の厚さの酸化シリコン層を形成する。プロセスガスの流量は、酸素は0.1〜100sccm、アルゴンは100〜5000sccmとすることができる。 The insulating films 116, 118, and 120 can be formed by heat treatment or high-density plasma treatment of the semiconductor films 104, 106, and 108. Here, first, a mixed gas of oxygen (O 2 ) and argon (Ar) is introduced into the reaction vessel, oxygen radicals are generated by high-density plasma, and the semiconductor films 104, 106, and 108 are oxidized. A silicon oxide layer having a thickness of about 3 nm to 6 nm is formed on the surfaces of the semiconductor films 104, 106, and 108. The flow rate of the process gas can be 0.1 to 100 sccm for oxygen and 100 to 5000 sccm for argon.

続けて、酸化処理を行った反応容器内に、窒素(N)とアルゴン(Ar)との混合ガスを導入し、高密度プラズマにより窒素ラジカルを発生させて、酸化シリコン層を窒化処理する。例えば、窒化処理時間を調節することで、窒素濃度が20〜50atomic%程度の厚さ1nm程度の層を酸化シリコン層に形成することができる。また、この際に、半導体膜110上に形成された絶縁膜112の表面も酸化又は窒化され、酸化窒化シリコン層が形成される場合がある。プロセスの流量は、窒素は20〜2000sccm、アルゴンは100〜10000sccmとすることができる。 Subsequently, a mixed gas of nitrogen (N 2 ) and argon (Ar) is introduced into the reaction vessel that has been subjected to the oxidation treatment, and nitrogen radicals are generated by high-density plasma to nitride the silicon oxide layer. For example, by adjusting the nitriding time, a layer with a nitrogen concentration of about 20 to 50 atomic% and a thickness of about 1 nm can be formed in the silicon oxide layer. At this time, the surface of the insulating film 112 formed over the semiconductor film 110 may also be oxidized or nitrided to form a silicon oxynitride layer. The process flow rate can be 20-2000 sccm for nitrogen and 100-10000 sccm for argon.

次に、図10(A)に示すように、絶縁膜112、絶縁膜116、118、120を覆うように電荷蓄積層122を形成する。例えば、電荷蓄積層122の形成に実施の形態1乃至4で説明した薄膜の形成方法を用いることができる。ここでは、実施の形態1の薄膜形成方法を適用する。まず、NFガスを用いて図5のPECVD装置の反応容器10をクリーニングする。そして、図9(C)の状態の基板100を反応容器10に搬入する。薄膜形成用プロセスガスとして、NH及びSiHを反応容器10に供給し、電荷蓄積層122として窒化シリコン膜を形成する。NH及びSiHがプラズマ励起されると、反応容器10に存在しているNFもプラズマ化され、フッ素ラジカルが基板100に降り注ぐ。この結果、絶縁膜112、116、118、120がわずかにエッチングされる。絶縁膜120を薄くすることができることから、メモリトランジスタTmへの書き込み特性または読み出し特性を向上させることができる。 Next, as illustrated in FIG. 10A, the charge storage layer 122 is formed so as to cover the insulating film 112 and the insulating films 116, 118, and 120. For example, the method for forming a thin film described in Embodiments 1 to 4 can be used to form the charge storage layer 122. Here, the thin film formation method of Embodiment 1 is applied. First, the reaction vessel 10 of the PECVD apparatus in FIG. 5 is cleaned using NF 3 gas. Then, the substrate 100 in the state of FIG. 9C is carried into the reaction vessel 10. NH 3 and SiH 4 are supplied to the reaction vessel 10 as a process gas for forming a thin film, and a silicon nitride film is formed as the charge storage layer 122. When NH 3 and SiH 4 are plasma-excited, NF 3 present in the reaction vessel 10 is also converted into plasma, and fluorine radicals pour onto the substrate 100. As a result, the insulating films 112, 116, 118, and 120 are slightly etched. Since the insulating film 120 can be thinned, writing characteristics or reading characteristics to the memory transistor Tm can be improved.

次に、図10(B)に示すように、レジスト124を形成し、エッチングにより絶縁膜116、118、電荷蓄積層122を部分的に除去して、半導体膜104、106の上面および、半導体膜108上の絶縁膜120上面を露出させ、メモリトランジスタTmとなる半導体膜108上に電荷蓄積層122を残す。 Next, as shown in FIG. 10B, a resist 124 is formed, and the insulating films 116 and 118 and the charge storage layer 122 are partially removed by etching, and the top surfaces of the semiconductor films 104 and 106 and the semiconductor film The upper surface of the insulating film 120 on the upper surface 108 is exposed, and the charge storage layer 122 is left on the semiconductor film 108 to be the memory transistor Tm.

レジスト124を除去し、図10(C)に示すように基板100上に絶縁膜128を形成する。絶縁膜128は、CVD法やスパッタ法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン等でなる絶縁材料を堆積することで、形成される。絶縁膜128は単層膜又は2層以上の多層膜で形成される。例えば、絶縁膜128を単層で設ける場合には、CVD法により酸化窒化シリコン層を5〜50nmの厚さで形成する。また、絶縁膜128を3層構造で設ける場合には、第1層目の絶縁層として酸化窒化シリコン層を形成し、絶縁膜として窒化シリコン層を形成し、第3の絶縁層として酸化窒化シリコン層を形成する。なお、絶縁膜128をPECVD法で形成する場合は、実施の形態1乃至4の薄膜の形成方法を用いることができる。 The resist 124 is removed, and an insulating film 128 is formed over the substrate 100 as shown in FIG. The insulating film 128 is formed by depositing an insulating material made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like using a CVD method, a sputtering method, or the like. The insulating film 128 is formed of a single layer film or a multilayer film of two or more layers. For example, in the case where the insulating film 128 is provided as a single layer, a silicon oxynitride layer is formed with a thickness of 5 to 50 nm by a CVD method. In the case where the insulating film 128 is provided with a three-layer structure, a silicon oxynitride layer is formed as the first insulating layer, a silicon nitride layer is formed as the insulating film, and silicon oxynitride is used as the third insulating layer. Form a layer. Note that in the case where the insulating film 128 is formed by PECVD, the method for forming a thin film in Embodiments 1 to 4 can be used.

次に、図11(A)に示すように、絶縁膜128上に導電膜130を形成し、導電膜130上に導電膜132を形成する。導電膜130と導電膜132でなる積層膜は、トランジスタTrp、Trn、TsおよびメモリトランジスタTmのゲート電極を構成する。例を示している。もちろん、ゲート電極は単層構造の導電膜で形成することができる。 Next, as illustrated in FIG. 11A, the conductive film 130 is formed over the insulating film 128 and the conductive film 132 is formed over the conductive film 130. The stacked film formed of the conductive film 130 and the conductive film 132 constitutes the gate electrodes of the transistors Trp, Trn, Ts and the memory transistor Tm. An example is shown. Needless to say, the gate electrode can be formed using a single-layer conductive film.

なお、メモリトランジスタTmをMNOS型とする場合は、導電膜130を形成する工程の前に、エッチングを行って、メモリトランジスタTmが形成される領域から絶縁膜128を除去する。 Note that in the case where the memory transistor Tm is an MNOS type, etching is performed before the step of forming the conductive film 130 to remove the insulating film 128 from the region where the memory transistor Tm is formed.

導電膜130、132は単層構造または2層以上の多層構造とすることができる。導電膜130、132を構成する導電性材料には、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された単体金属、これらの金属を主成分とする合金、及び化合物材料、並びにリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン等を用いることができる。例えば金属化合物としては、金属窒化物、シリサイド等がある。 The conductive films 130 and 132 can have a single-layer structure or a multilayer structure including two or more layers. Examples of the conductive material forming the conductive films 130 and 132 include tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), and niobium. A single metal selected from (Nb) or the like, an alloy containing these metals as a main component, a compound material, and polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus can be used. For example, examples of the metal compound include metal nitride and silicide.

例えば、導電膜130を窒化タンタル膜で形成し、導電膜132をタングステン膜で形成する。また、導電膜130を窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた導電材料の単層膜又は積層膜で形成し、導電膜132を、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた導電材料の単層膜は積層膜で形成することができる。 For example, the conductive film 130 is formed using a tantalum nitride film, and the conductive film 132 is formed using a tungsten film. In addition, the conductive film 130 is formed using a single layer film or a stacked film of a conductive material selected from tungsten nitride, molybdenum nitride, or titanium nitride, and the conductive film 132 is a single layer of a conductive material selected from tantalum, molybdenum, or titanium. The film can be formed of a laminated film.

次に、図11(B)に示すように、導電膜130、132でなる積層膜をエッチングして、半導体膜104、106、108、110に重なる導電膜134、136、138、140を形成する。この状態の上面図が図14である。 Next, as illustrated in FIG. 11B, the stacked film including the conductive films 130 and 132 is etched to form conductive films 134, 136, 138, and 140 that overlap the semiconductor films 104, 106, 108, and 110. . FIG. 14 is a top view of this state.

次に、図11(C)に示すように、半導体膜104を覆うレジスト142を選択的に形成する。導電膜136、138、140をマスクとして半導体膜106、108、110にn型不純物を添加し、n型の高濃度不純物領域146、150、154を形成する。高濃度不純物領域146、150、154は、ソース領域又はドレイン領域を構成する。このn型不純物の添加により、半導体膜106、108、110に、チャネル形成領域144、148、152が自己整合的に形成される。 Next, as illustrated in FIG. 11C, a resist 142 that covers the semiconductor film 104 is selectively formed. An n-type impurity is added to the semiconductor films 106, 108, and 110 using the conductive films 136, 138, and 140 as masks to form n-type high concentration impurity regions 146, 150, and 154. The high concentration impurity regions 146, 150, and 154 constitute a source region or a drain region. By the addition of the n-type impurity, channel formation regions 144, 148, and 152 are formed in the semiconductor films 106, 108, and 110 in a self-aligned manner.

レジスト142を除去する。次に、図12(A)に示すように、レジスト156、半導体膜106、108、110を覆うレジスト156を形成する。導電膜134をマスクとして半導体膜104、108、110にp型不純物を添加し、p型の高濃度不純物領域160を形成する。高濃度不純物領域160は、ソース領域又はドレイン領域を構成する。このp型不純物の添加により、半導体膜104に、チャネル形成領域158が自己整合的に形成される。 The resist 142 is removed. Next, as illustrated in FIG. 12A, a resist 156 that covers the resist 156 and the semiconductor films 106, 108, and 110 is formed. A p-type impurity is added to the semiconductor films 104, 108, and 110 using the conductive film 134 as a mask to form a p-type high concentration impurity region 160. The high concentration impurity region 160 forms a source region or a drain region. By the addition of this p-type impurity, a channel formation region 158 is formed in the semiconductor film 104 in a self-aligned manner.

レジスト156を除去する。次に、図12(B)に示すように、導電膜134、136、138、140を覆うように絶縁膜162を形成する。絶縁膜162に、高濃度不純物領域146、150、154、160に達する開口部を形成する。絶縁膜162上に半導体膜104、106、108、110にそれぞれ形成された高濃度不純物領域146、150、154、160に電気的に接続する導電膜164を形成する。この状態の上面図が図15である。 The resist 156 is removed. Next, as illustrated in FIG. 12B, an insulating film 162 is formed so as to cover the conductive films 134, 136, 138, and 140. Openings reaching the high-concentration impurity regions 146, 150, 154, and 160 are formed in the insulating film 162. A conductive film 164 electrically connected to the high concentration impurity regions 146, 150, 154, and 160 formed in the semiconductor films 104, 106, 108, and 110 is formed over the insulating film 162. FIG. 15 is a top view of this state.

絶縁膜162は単層構造または積層構造とすることができる。絶縁膜162を構成する絶縁膜として、CVD法やスパッタ法等により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の無機絶縁膜で形成することができる。また、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料でなる膜、シロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる膜を用いることができる。 The insulating film 162 can have a single-layer structure or a stacked structure. The insulating film constituting the insulating film 162 can be formed using an inorganic insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or DLC (diamond-like carbon) by a CVD method, a sputtering method, or the like. Alternatively, a film made of an organic material such as epoxy, polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, or acrylic, or a film made of a siloxane material such as a siloxane resin can be used.

導電膜164は単層構造または積層構造とすることができる。導電膜164を構成する導電性材料には、CVD法やスパッタ法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)から選択された単体金属元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料を用いることができる。例えば、アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムとニッケルの合金、ニッケルと、炭素とシリコンの一方又は両方とを含むアルミニウム合金などがある。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜164を形成する材料に適している。 The conductive film 164 can have a single-layer structure or a stacked structure. The conductive material that forms the conductive film 164 includes aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), nickel (Ni), CVD, sputtering, and the like. A single metal element selected from platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), manganese (Mn), and neodymium (Nd), or an alloy material or compound containing these elements as a main component Materials can be used. For example, the alloy material containing aluminum as a main component includes, for example, an alloy of aluminum and nickel, an aluminum alloy containing nickel, and one or both of carbon and silicon. Aluminum or aluminum silicon is suitable for a material for forming the conductive film 164 because it has low resistance and is inexpensive.

例えば、3層構造の導電膜164として、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層とバリア層の積層膜、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層と窒化チタン(TiN)層とバリア層の積層膜などがある。なお、バリア層は、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜で形成される。上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア層を形成すると、結晶質半導体層上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体層と良好なコンタクトをとることができる。 For example, as the conductive film 164 having a three-layer structure, a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer and a barrier film are stacked, a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer, a titanium nitride (TiN x ) layer, and a barrier. There is a laminated film of layers. The barrier layer is formed of a thin film made of titanium, titanium nitride, molybdenum, or molybdenum nitride. When the upper and lower barrier layers are provided, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be prevented. In addition, when a barrier layer made of titanium, which is a highly reducing element, is formed, even if a thin natural oxide film is formed on the crystalline semiconductor layer, the natural oxide film is reduced, and the crystalline semiconductor layer is excellent. Contact can be made.

以上の工程により、メモリセルアレイ52およびロジック部54を同一基板100上に集積された不揮発性半導体装置を作製することができる。 Through the above steps, a nonvolatile semiconductor device in which the memory cell array 52 and the logic portion 54 are integrated on the same substrate 100 can be manufactured.

(実施の形態7)
ガラス基板上にTFT(thin film transistor 以下、「TFT」という。)を用いて集積回路を形成するために、ガラス基板上に、単結晶シリコンを形成することを目標に結晶化技術が研究されている。本出願人の研究した、結晶化技術として、ニッケルなどの金属元素を非晶質シリコン膜に添加してシリコンを結晶化させる技術を開発している。この結晶化技術では、金属元素がいわば触媒となり結晶化を促進し、また、結晶化に必要とされる温度を低下させる効果を利用している。金属元素を用いることで、結晶化されたシリコンの結晶方位の配向性を高めることも可能となっている。このような触媒作用のある金属元素としてはFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種であることが知られている。
(Embodiment 7)
In order to form an integrated circuit using a TFT (Thin Film Transistor, hereinafter referred to as “TFT”) on a glass substrate, a crystallization technique has been studied with the goal of forming single crystal silicon on the glass substrate. Yes. As a crystallization technique studied by the present applicant, a technique for crystallizing silicon by adding a metal element such as nickel to an amorphous silicon film has been developed. In this crystallization technique, a metal element acts as a catalyst to promote crystallization, and utilizes the effect of lowering the temperature required for crystallization. By using a metal element, it is possible to enhance the crystal orientation of crystallized silicon. It is known that such a catalytic metal element is one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.

しかしながら、金属元素は、電気的特性のばらつき、リーク電流の増加などTFTの信頼性を低下させる要因であり、金属元素は、結晶性シリコン膜が形成されてしまえば、不要な存在となる。そこで、本出願人は、金属元素非晶質シリコン膜から除去するゲッタリング技術も開発している。そのゲッタリング技術の1つは、希ガス元素を含む半導体膜をゲッタリングサイトとして用いるゲッタリング技術である。 However, the metal element is a factor that lowers the reliability of the TFT, such as variations in electrical characteristics and an increase in leakage current, and the metal element becomes unnecessary once the crystalline silicon film is formed. Therefore, the present applicant has also developed a gettering technique for removing the metal element from the amorphous silicon film. One of the gettering techniques is a gettering technique using a semiconductor film containing a rare gas element as a gettering site.

図16を用いて、希ガス元素を含む半導体膜をゲッタリングサイトとして用いるゲッタリングプロセスを含んだ半導体装置の作製方法を説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device including a gettering process in which a semiconductor film containing a rare gas element is used as a gettering site will be described with reference to FIGS.

基板200を用意する。使用する基板200は、好ましくはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス、或いは石英などを用いることができる。次に基板200の表面に、絶縁膜201として無機絶縁膜を10〜200nmの厚さで形成する。絶縁膜201はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設けるものであり、また、TFTのチャネル形成領域との界面密度準位を下げるために形成する。絶縁膜201はTFTの下地絶縁膜として機能する。絶縁膜201の好ましい例は、PECVD法で形成される酸化窒化シリコン膜である。プロセスガスにSiH、NH及びNOが用いられた酸化窒化シリコン膜を50nmの厚さに形成し、プロセスガスにSiH及びNOが用いられた酸化窒化シリコン膜を100nmの厚さに形成した、2層構造の酸化窒化シリコン膜を絶縁膜201として形成することができる。 A substrate 200 is prepared. The substrate 200 to be used is preferably made of alkali-free glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, or quartz. Next, an inorganic insulating film having a thickness of 10 to 200 nm is formed on the surface of the substrate 200 as the insulating film 201. The insulating film 201 is provided so that the alkali metal contained in the glass substrate does not diffuse into the semiconductor film formed in the upper layer, and is formed in order to lower the interface density level with the channel formation region of the TFT. The insulating film 201 functions as a base insulating film of the TFT. A preferable example of the insulating film 201 is a silicon oxynitride film formed by a PECVD method. A silicon oxynitride film using SiH 4 , NH 3 and N 2 O as a process gas is formed to a thickness of 50 nm, and a silicon oxynitride film using SiH 4 and N 2 O as a process gas is formed to a thickness of 100 nm. The two-layered silicon oxynitride film formed as described above can be formed as the insulating film 201.

次に、絶縁膜201上に、非晶質シリコン膜202を形成する。非晶質シリコン膜202を結晶化した膜をTFTのチャネル形成領域に用いる。非晶質シリコン膜202は、PECVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で10〜100nmの厚さに形成する。
非晶質シリコン膜202の代わりに、非晶質シリコンゲルマニウム膜を形成することもできる。
Next, an amorphous silicon film 202 is formed over the insulating film 201. A film obtained by crystallizing the amorphous silicon film 202 is used for a channel formation region of the TFT. The amorphous silicon film 202 is formed to a thickness of 10 to 100 nm by PECVD, low pressure CVD, or sputtering.
Instead of the amorphous silicon film 202, an amorphous silicon germanium film can be formed.

次に、その後、非晶質シリコン膜202の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素を添加する。シリコンの結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としては鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)などがある。これらから選ばれた一種または複数種を用いることができる。例えば、ニッケルを添加する場合、重量換算で1〜100ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル水溶液をスピナーで塗布して触媒含有層203を形成する。この場合、非晶質シリコンは疎水性のため、水溶液により触媒含有層203を形成する場合、均一な層を形成することが困難である。そのため、水溶液を塗布する前に、非晶質シリコン膜202をオゾン含有水溶液で表面処理して、ケミカルオキサイド膜を形成する。このケミカルオキサイド膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして、表面を清浄にした後、再度オゾン含有水溶液で処理してケミカルオキサイドを形成する。触媒元素を非晶質シリコン膜202に添加する方法には、溶液を塗布する方法の他に、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などで、触媒含有層203を形成する方法がある。 Next, thereafter, a metal element having a catalytic action for promoting crystallization is added to the surface of the amorphous silicon film 202. Examples of catalytic metal elements that promote crystallization of silicon include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), Examples include iridium (Ir), platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au). One or more selected from these can be used. For example, when nickel is added, the catalyst-containing layer 203 is formed by applying a nickel acetate aqueous solution containing 1 to 100 ppm of nickel in terms of weight with a spinner. In this case, since amorphous silicon is hydrophobic, it is difficult to form a uniform layer when the catalyst-containing layer 203 is formed using an aqueous solution. Therefore, before applying the aqueous solution, the amorphous silicon film 202 is surface-treated with an ozone-containing aqueous solution to form a chemical oxide film. This chemical oxide film is etched with a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide solution to clean the surface, and then again treated with an aqueous solution containing ozone to form chemical oxide. As a method of adding the catalyst element to the amorphous silicon film 202, there is a method of forming the catalyst-containing layer 203 by a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma treatment, or the like in addition to a method of applying a solution.

次に、結晶化のために非晶質シリコン膜202の加熱処理を行う。加熱処理の方法としては、電熱炉を用いるファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用いたRTA法(Rapid Thermal Annealing法)などを用いることができる。 Next, heat treatment of the amorphous silicon film 202 is performed for crystallization. As a heat treatment method, a furnace annealing method using an electric furnace, an RTA method (Rapid Thermal Annealing method) using a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, a high pressure mercury lamp, etc. Can be used.

RTA法で行う場合には、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは650〜750℃程度にまで加熱されるようにする。このような高温になったとしても、半導体膜が瞬間的に加熱されるのみであり、基板100はそれ自身が歪んで変形することはない。こうして、非晶質半導体膜を結晶化させ、図1(c)に示す結晶質半導体膜104を得ることができるが、このような処理で結晶化できるのは触媒元素含有層を設けることによりはじめて達成できるものである。 When the RTA method is used, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 650 to 750 ° C. Even at such a high temperature, the semiconductor film is only heated instantaneously, and the substrate 100 itself is not distorted and deformed. In this way, the amorphous semiconductor film can be crystallized to obtain the crystalline semiconductor film 104 shown in FIG. 1C. The crystal can be crystallized by such treatment only by providing the catalyst element-containing layer. It can be achieved.

ファーネスアニール法を用いる場合には、加熱処理に先立ち、500℃で1時間程度の加熱処理を行い、非晶質シリコン膜202が含有する水素を放出させておく。そして、電熱炉を用いて、窒素雰囲気中で550℃以上600℃以下、好ましくは580℃で4時間の加熱処理を行い、非晶質シリコン膜202を結晶化させる。こうして、図16(B)に示すように結晶性シリコン膜205形成する。さらに結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を減少させるために、結晶性シリコン膜にレーザ光を照射することも有効である。 In the case of using the furnace annealing method, the heat treatment is performed at 500 ° C. for about one hour before the heat treatment, and hydrogen contained in the amorphous silicon film 202 is released. Then, using an electric furnace, heat treatment is performed at 550 ° C. to 600 ° C., preferably 580 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere, and the amorphous silicon film 202 is crystallized. Thus, a crystalline silicon film 205 is formed as shown in FIG. It is also effective to irradiate the crystalline silicon film with laser light in order to increase the crystallization rate (ratio of the crystal component in the total volume of the film) and reduce defects left in the crystal grains.

このようにして得られる結晶性シリコン膜205には、触媒元素(ここではニッケル)が残存している。ニッケルは結晶性シリコン膜205中に一様に分布してはいないが、添加したニッケル濃度から換算すると、触媒元素の平均の濃度は1×1019atomis/cmを越える。本実施の形態では、結晶性シリコン膜205からニッケルをゲッタリングするために、希ガスを含んだ非晶質シリコン膜をゲッタリングサイトに用いる。 In the crystalline silicon film 205 obtained in this way, the catalyst element (here, nickel) remains. Although nickel is not uniformly distributed in the crystalline silicon film 205, the average concentration of the catalyst element exceeds 1 × 10 19 atoms / cm 3 when converted from the added nickel concentration. In this embodiment mode, an amorphous silicon film containing a rare gas is used as a gettering site in order to getter nickel from the crystalline silicon film 205.

まず、図16(C)に示すように結晶性シリコン膜205の表面にバリア層206を形成する。バリア層206は、後にゲッタリングサイトを除去する際に、結晶性シリコン膜205がエッチングされないように設けた層である。 First, as shown in FIG. 16C, a barrier layer 206 is formed on the surface of the crystalline silicon film 205. The barrier layer 206 is a layer provided so that the crystalline silicon film 205 is not etched when the gettering site is removed later.

次に、図16(D)に示すようにバリア層206上に、ゲッタリングサイトとなる非晶質シリコン膜207を形成する。非晶質シリコン膜207には、希ガス元素を1×1020/cm以上の濃度で含ませる。このような非晶質シリコン膜207は、プロセスガスAr及びSiHを用いてPECVD法で形成することができる。また、ターゲットに単結晶シリコンを用い、雰囲気をArとすることでスパッタ法でも非晶質シリコン膜207を形成することができる。 Next, as illustrated in FIG. 16D, an amorphous silicon film 207 serving as a gettering site is formed over the barrier layer 206. The amorphous silicon film 207 contains a rare gas element at a concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more. Such an amorphous silicon film 207 can be formed by PECVD using process gas Ar and SiH 4 . Further, the amorphous silicon film 207 can be formed by sputtering by using single crystal silicon as a target and setting the atmosphere to Ar.

希ガスを含む非晶質シリコン膜207を形成した後、加熱処理を行い、加熱処理はファーネスアニール法やRTA法で行う。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中において450℃以上600℃以下の加熱温度で処理時間を0.5〜12時間とする。RTA法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の点灯により結晶性シリコン膜205の温度が600℃以上1000℃以下、好ましくは700℃以上750℃以下に上昇するようにする。 After the amorphous silicon film 207 containing a rare gas is formed, heat treatment is performed, and the heat treatment is performed by a furnace annealing method or an RTA method. In the case of performing furnace annealing, the treatment time is set to 0.5 to 12 hours at a heating temperature of 450 ° C. to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere. When the RTA method is used, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The temperature of the crystalline silicon film 205 is raised to 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, preferably 700 ° C. or higher and 750 ° C. or lower by turning on the lamp light source.

加熱処理を行うことで、結晶性シリコン膜205中のニッケル元素が非晶質シリコン膜207へと拡散する。拡散したニッケルは非晶質シリコン膜207に捕獲され、ニッケル濃度が減少された結晶性シリコン膜205’が形成される。 By performing the heat treatment, the nickel element in the crystalline silicon film 205 is diffused into the amorphous silicon film 207. The diffused nickel is captured by the amorphous silicon film 207, and a crystalline silicon film 205 'having a reduced nickel concentration is formed.

ゲッタリングのための加熱処理が終了した後、図16(E)に示すように、非晶質シリコン膜207をエッチングにより除去する。バリア層206は結晶性シリコン膜205’が除去されないようにするためのエッチングストッパとして機能する。そのため、バリア層206は酸化シリコンで形成することが好ましい。 After the heat treatment for gettering is completed, the amorphous silicon film 207 is removed by etching as shown in FIG. The barrier layer 206 functions as an etching stopper for preventing the crystalline silicon film 205 'from being removed. Therefore, the barrier layer 206 is preferably formed using silicon oxide.

また、ゲッタリングは、バリア層206を通過させて、ニッケルを結晶性シリコン膜205から非晶質シリコン膜207へと拡散させる。従って、効率良く、また確実にゲッタリングを行うためには、本発明者の知見では、バリア層206となる酸化シリコンの厚さは2nm以下とすることが好ましい。 In the gettering, nickel is diffused from the crystalline silicon film 205 to the amorphous silicon film 207 through the barrier layer 206. Therefore, in order to perform gettering efficiently and reliably, the thickness of the silicon oxide serving as the barrier layer 206 is preferably 2 nm or less according to the knowledge of the present inventors.

しかしながら、大判基板(面積0.1m以上)の基板100でこのような酸化シリコン膜を形成することは非常に困難である。厚さが2nmを越えないように形成すると、ピンホールが生じやすい。一方、ピンホールができないように酸化シリコン膜を形成すると、厚さが2nm以上となる部分が生じる。このような部分ではニッケルが通過しにくくなり、ゲッタリングが妨げられる。 However, it is very difficult to form such a silicon oxide film on the large-sized substrate (area 100 m 2 or more). If the thickness does not exceed 2 nm, pinholes are likely to occur. On the other hand, when the silicon oxide film is formed so as to prevent pinholes, a portion having a thickness of 2 nm or more is generated. In such a portion, nickel hardly passes and gettering is hindered.

非晶質シリコン膜207の形成プロセスに実施の形態1乃至4の薄膜形成方法を適用することでこのような問題点を解消することができる。 By applying the thin film formation method of Embodiments 1 to 4 to the formation process of the amorphous silicon film 207, such a problem can be solved.

まず、バリア層206として酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜の形成方法としては、オゾン水で結晶性シリコン膜205の表面を処理してケミカルオキサイド膜を形成する方法が簡便で好ましい。なお、オゾン水の他、また、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。また、酸化シリコン膜の厚さが2nmとなるように、処理時間を調節する。 First, a silicon oxide film is formed as the barrier layer 206. As a method for forming the silicon oxide film, a method in which the surface of the crystalline silicon film 205 is treated with ozone water to form a chemical oxide film is simple and preferable. In addition, chemical oxide can be similarly formed by treating with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or the like and hydrogen peroxide are mixed in addition to ozone water. Further, the processing time is adjusted so that the thickness of the silicon oxide film becomes 2 nm.

次に、非晶質シリコン膜207をPECVD法で形成する。ここでは、実施の形態2の方法を用いることとする。まず、反応容器10にバリア層206が形成された基板200を搬入する。そして、NFガスを反応容器10に供給する。次に窒素ガスを反応容器に供給ながら、窒素ガスをプラズマ励起させる。このプラズマ処理により、NFガスが分解されて、フッ素ラジカルが生成され、フッ素ラジカルが基板200に降り注ぐ。この結果、バリア層206が0.1nm以上0.5nm以下程度にエッチングされる。その結果、バリア層206から、厚さが2nmを越える部分をなくすことができる。窒素ガスのプラズマ処理を停止し、薄膜形成用プロセスガスとして、Ar及びSiHを反応容器10に供給し、非晶質シリコン膜207を形成する。 Next, an amorphous silicon film 207 is formed by PECVD. Here, the method of Embodiment 2 is used. First, the substrate 200 on which the barrier layer 206 is formed is loaded into the reaction vessel 10. Then, NF 3 gas is supplied to the reaction vessel 10. Next, nitrogen gas is plasma-excited while supplying nitrogen gas to the reaction vessel. By this plasma treatment, NF 3 gas is decomposed to generate fluorine radicals, and the fluorine radicals pour onto the substrate 200. As a result, the barrier layer 206 is etched to about 0.1 nm to 0.5 nm. As a result, the barrier layer 206 can be free from a portion having a thickness exceeding 2 nm. The nitrogen gas plasma treatment is stopped, and Ar and SiH 4 are supplied to the reaction vessel 10 as a process gas for forming a thin film to form an amorphous silicon film 207.

非晶質シリコン膜207の形成プロセスに実施の形態1乃至実施の形態4の薄膜形成方法を用いることで、エッチングストッパとして確実に機能し、かつゲッタリングが確実に行えるようなバリア層206を容易に形成することができる。 By using the thin film formation method of Embodiment Modes 1 to 4 in the formation process of the amorphous silicon film 207, the barrier layer 206 that functions reliably as an etching stopper and that can reliably perform gettering can be easily obtained. Can be formed.

図16(A)〜図16(E)のプロセスを経て形成された結晶性シリコン膜205’を用いてTFTを作製することで、各種の半導体装置を作製することができる。例えば、実施の形態6の記憶装置を作製することができる。以下、本発明を用いて作製できるTFTを有する半導体装置の例を説明する。 Various semiconductor devices can be manufactured by manufacturing TFTs using the crystalline silicon film 205 ′ formed through the processes of FIGS. 16A to 16E. For example, the memory device in Embodiment 6 can be manufactured. Hereinafter, an example of a semiconductor device having a TFT that can be manufactured using the present invention will be described.

まず、半導体装置の例として、アクティブマトリクス型のELモジュールを説明する。図17(A)は、ELモジュールの構成例を示す正面図であり、図17(B)は図17(A)中のA−A’で切断した断面図である。 First, an active matrix EL module will be described as an example of a semiconductor device. FIG. 17A is a front view illustrating a configuration example of an EL module, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG.

図17に示すELモジュールは撓めることが可能であり、TFTおよび発光素子を第1基板301と第2基板306との間に形成したシール材305によって封止された構成である。第1基板301上に、画素部302、信号線駆動回路303と走査線駆動回路304とが形成されELモジュール用基板が構成される。 The EL module shown in FIG. 17 can be bent and has a structure in which a TFT and a light-emitting element are sealed with a sealant 305 formed between a first substrate 301 and a second substrate 306. A pixel portion 302, a signal line driver circuit 303, and a scanning line driver circuit 304 are formed on the first substrate 301 to constitute an EL module substrate.

シール材305と第2基板306とによってELモジュール用基板を封止することでELモジュールが構成される。図17のELモジュールは、ELモジュール用基板とシール材305と第2基板306で密閉された空間に充填材307が充填されている。充填材307としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ポリビニルクロライド、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラル、またはエチレンビニレンアセテートを用いることができる。 The EL module is configured by sealing the EL module substrate with the sealing material 305 and the second substrate 306. In the EL module of FIG. 17, a filler 307 is filled in a space sealed by the EL module substrate, the sealing material 305, and the second substrate 306. As the filler 307, in addition to an inert gas such as nitrogen or argon, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used. Polyvinyl chloride, acrylic, polyimide, epoxy resin, silicon resin, polyvinyl butyral, or ethylene Vinylene acetate can be used.

画素部302、信号線駆動回路303および走査線駆動回路304とはTFTを複数有する、図17(B)では信号線駆動回路303に含まれるTFT308と、画素部302に含まれるTFT310のみ図示されている。画素部302は発光素子311を有し、発光素子311は、TFT310と電気的に接続されている。 The pixel portion 302, the signal line driver circuit 303, and the scan line driver circuit 304 include a plurality of TFTs. In FIG. 17B, only the TFT 308 included in the signal line driver circuit 303 and the TFT 310 included in the pixel portion 302 are illustrated. Yes. The pixel portion 302 includes a light emitting element 311, and the light emitting element 311 is electrically connected to the TFT 310.

引き回し配線314は外部から素子形成層300内の回路に信号や電源を供給するための配線である。引き回し配線314は、引き回し配線315b、引き回し配線315aを介して2層構造の接続端子316と接続されている。接続端子316はフレキシブルプリントサーキット(FPC)318が有する端子と異方性導電膜319を介して電気的に接続されている。 The lead wiring 314 is a wiring for supplying a signal and power to a circuit in the element formation layer 300 from the outside. The lead wiring 314 is connected to the connection terminal 316 having a two-layer structure via the lead wiring 315b and the lead wiring 315a. The connection terminal 316 is electrically connected to a terminal included in a flexible printed circuit (FPC) 318 through an anisotropic conductive film 319.

次に、半導体装置の例として、アクティブマトリクス型の液晶モジュールを説明する。図18(A)は、液晶モジュールの正面図であり、図18(B)は図18(A)中のA−A’で切断した断面図である。 Next, an active matrix liquid crystal module will be described as an example of a semiconductor device. 18A is a front view of the liquid crystal module, and FIG. 18B is a cross-sectional view taken along A-A ′ in FIG.

400は第1基板、点線で示された401は駆動回路部(ソース側駆動回路)、402は画素部、403は駆動回路部(走査線駆動回路)である。第1基板400上に、TFTなどからなる画素部402、TFTなどからなる駆動回路401、403が形成されている。 Reference numeral 400 denotes a first substrate, 401 indicated by a dotted line, 401 denotes a driver circuit portion (source side driver circuit), 402 denotes a pixel portion, and 403 denotes a driver circuit portion (scanning line driver circuit). On the first substrate 400, a pixel portion 402 made of TFT or the like, and drive circuits 401 and 403 made of TFT or the like are formed.

次に図18(B)を用いて、LCDモジュールの断面構造について説明する。TFTは絶縁膜からなる絶縁膜409上に形成される。信号線駆動回路401はnチャネル型TFT411とpチャネル型TFT412とを組み合わせたCMOS回路を有する。画素部402にはスイッチング用TFT413と容量素子414を有する。スイッチング用TFT413は層間絶縁膜421で覆われている。層間絶縁膜421上には画素電極422が形成されている。画素電極422は、スイッチング用TFT413に電気的に接続されている。 Next, a cross-sectional structure of the LCD module will be described with reference to FIG. The TFT is formed on an insulating film 409 made of an insulating film. The signal line driver circuit 401 includes a CMOS circuit in which an n-channel TFT 411 and a p-channel TFT 412 are combined. The pixel portion 402 includes a switching TFT 413 and a capacitor 414. The switching TFT 413 is covered with an interlayer insulating film 421. A pixel electrode 422 is formed on the interlayer insulating film 421. The pixel electrode 422 is electrically connected to the switching TFT 413.

スイッチング用TFT413の配線、画素電極422、nチャネル型TFT411およびpチャネル型TFT412の配線を覆うように保護膜423が形成されている。保護膜223により、TFTの活性層や層間絶縁膜421等への不純物の侵入を防止することができる。保護膜423上に配向膜424が形成されている。なお、配向膜424は必要に応じて形成される。 A protective film 423 is formed to cover the wiring of the switching TFT 413, the pixel electrode 422, the n-channel TFT 411, and the p-channel TFT 412. The protective film 223 can prevent impurities from entering the active layer of the TFT, the interlayer insulating film 421, and the like. An alignment film 424 is formed over the protective film 423. Note that the alignment film 424 is formed as necessary.

配線410は、信号線駆動回路401および走査線駆動回路403に入力される信号などを伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)408が接続される。なお、本発明の液晶モジュールには、FPC408のみを取り付けた形態と、FPC408およびPWB双方を取り付けた形態、双方を含む。本実施例の液晶モジュールは、TFTが形成された第1基板400を有する液晶モジュール用基板と、第2基板430を基材とする対向基板と、シール材405と、液晶440と、FPC(フレキシブルプリントサーキット)408とを有する。 The wiring 410 is a wiring for transmitting a signal input to the signal line driver circuit 401 and the scanning line driver circuit 403, and is connected to an FPC (flexible printed circuit) 408 serving as an external input terminal. The liquid crystal module of the present invention includes both a form in which only the FPC 408 is attached and a form in which both the FPC 408 and the PWB are attached. The liquid crystal module of this embodiment includes a liquid crystal module substrate having a first substrate 400 on which a TFT is formed, a counter substrate having a second substrate 430 as a base material, a sealing material 405, a liquid crystal 440, and an FPC (flexible flexible substrate). Print circuit) 408.

対向基板は、第2基板430上に、カラーフィルタ431およびブラックマトリクス(BM)432、対向電極433、配向膜434が形成されている。カラーフィルタ431は第1基板400側に設けることもできる。また、対向電極433を第1基板400に設けて、IPS方式の液晶モジュールを構成することができる。 As the counter substrate, a color filter 431, a black matrix (BM) 432, a counter electrode 433, and an alignment film 434 are formed on a second substrate 430. The color filter 431 can also be provided on the first substrate 400 side. In addition, an IPS liquid crystal module can be formed by providing the counter electrode 433 on the first substrate 400.

第1基板400に対向して、第2基板430がシール材405により固定され、第1基板400と第1の可撓性基板404の間に、シール材405によって、液晶440が封入されている。 The second substrate 430 is fixed by a sealant 405 so as to face the first substrate 400, and the liquid crystal 440 is sealed between the first substrate 400 and the first flexible substrate 404 by the sealant 405. .

図18(A)及び図18(B)には、駆動回路401、403をTFTで構成した液晶モジュールを示したが、画素部402のみをTFTで形成し、駆動回路401、403は、シリコンウエハを用いたICチップで構成し、COG法やTAB法により、第1基板400上の画素部402と電気的に接続する構成とすることもできる。 18A and 18B show a liquid crystal module in which the driving circuits 401 and 403 are configured by TFTs, but only the pixel portion 402 is formed by TFT, and the driving circuits 401 and 403 are formed by a silicon wafer. It is also possible to use an IC chip using the above and to be electrically connected to the pixel portion 402 on the first substrate 400 by a COG method or a TAB method.

本発明の半導体装置は、図17のようなELモジュール及び図18の液晶モジュールを表示部に具備した電子機器を含むものである。以下、液晶モジュールとELモジュールをまとめて「表示モジュール」とよぶ。このような電子機器として、コンピュータ用のモニタ、テレビジョン装置(単にテレビ、またはテレビジョン受信機ともよぶ)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話装置(単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ)およびPDA(Personal Digital Assistant)等の携帯情報端末、ノート型コンピュータ、カーオーディオ、ナビゲーションシステム、デジタル音楽プレーヤ、携帯型DVD再生装置、携帯型ゲーム機、業務用ゲーム機等が挙げられる。その具体例について、図19を参照して説明する。 The semiconductor device of the present invention includes an electronic device having an EL module as shown in FIG. 17 and a liquid crystal module shown in FIG. 18 in a display portion. Hereinafter, the liquid crystal module and the EL module are collectively referred to as a “display module”. Such electronic devices include computer monitors, television devices (also simply referred to as televisions or television receivers), digital cameras, digital video cameras, mobile phone devices (also simply referred to as mobile phones and mobile phones), and PDAs. (Personal Digital Assistant) and other portable information terminals, notebook computers, car audio systems, navigation systems, digital music players, portable DVD players, portable game machines, and arcade game machines. A specific example will be described with reference to FIG.

図19(A)に示す携帯情報端末は、本体9201、表示部9202等を備えている。表示部9202に、表示モジュールが適用される。図19(B)に示すデジタルビデオカメラは、表示部9701、表示部9702等を備えている。表示部9701に、表示モジュールが適用される。図19(C)に示す携帯電話は、本体9101、表示部9102等を備えている。表示部9102表示モジュールが適用される。 A portable information terminal illustrated in FIG. 19A includes a main body 9201, a display portion 9202, and the like. A display module is applied to the display portion 9202. A digital video camera shown in FIG. 19B includes a display portion 9701, a display portion 9702, and the like. A display module is applied to the display portion 9701. A mobile phone shown in FIG. 19C includes a main body 9101, a display portion 9102, and the like. A display module 9102 display module is applied.

図19(D)に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体9301、表示部9302等を備えている。表示部9302に表示モジュールが適用される。図19(E)に示す携帯型のコンピュータは、本体9401、表示部9402等を備えている。その表示部9402に表示モジュールが適用される。図19(F)に示すテレビジョン装置は、本体9501、表示部9502等を備えている。表示部9502に表示モジュールが適用される。 A portable television device illustrated in FIG. 19D includes a main body 9301, a display portion 9302, and the like. A display module is applied to the display portion 9302. A portable computer illustrated in FIG. 19E includes a main body 9401, a display portion 9402, and the like. A display module is applied to the display portion 9402. A television set illustrated in FIG. 19F includes a main body 9501, a display portion 9502, and the like. A display module is applied to the display portion 9502.

薄膜の形成方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the formation method of a thin film. 薄膜の形成方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the formation method of a thin film. 薄膜の形成方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the formation method of a thin film. 薄膜の形成方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the formation method of a thin film. PECVD装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a PECVD apparatus. 窒素プラズマ処理時間と、非晶質シリコン膜の膜厚の変化の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between nitrogen plasma processing time and the change of the film thickness of an amorphous silicon film. 半導体装置の構成例を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device. メモリセルアレイの構成例を示す回路図。The circuit diagram which shows the structural example of a memory cell array. 半導体装置の作製方法を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す上面図。FIG. 10 is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す上面図。FIG. 10 is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す上面図。FIG. 10 is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を示す断面図。9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. (A)ELモジュールの正面図。(B)ELモジュールの断面図。(A) Front view of EL module. (B) A cross-sectional view of an EL module. (A)液晶モジュールの正面図。(B)液晶モジュールの断面図。(A) Front view of liquid crystal module. (B) Sectional drawing of a liquid crystal module. 半導体装置を表示部に有する電子機器の外観図。(A)携帯情報端末、(B)デジタルビデオカメラ、(C)携帯電話、(D)携帯型のテレビジョン装置、(E)携帯型のコンピュータ、(F)テレビジョン装置。FIG. 14 is an external view of an electronic device having a semiconductor device in a display portion. (A) a portable information terminal, (B) a digital video camera, (C) a mobile phone, (D) a portable television device, (E) a portable computer, and (F) a television device.

符号の説明Explanation of symbols

10 反応容器
11 上部電極
12 下部電極
13 配管
14 高周波発振電源
15 排気口
30 基板
52 メモリセルアレイ
54 ロジック部
56 アドレスバッファ
58 コントロール回路
60 昇圧回路
62 ロウデコーダ
64 カラムデコーダ
66 センスアンプ
68 データバッファ
70 データ入出力バッファ
100 基板
102 下地絶縁膜
104 半導体膜
106 半導体膜
108 半導体膜
110 半導体膜
112 絶縁膜
114 レジスト
116 絶縁膜
120 絶縁膜
122 電荷蓄積層
124 レジスト
128 絶縁膜
130 導電膜
132 導電膜
134 導電膜
136 導電膜
142 レジスト
144 チャネル形成領域
146 高濃度不純物領域
156 レジスト
158 チャネル形成領域
160 高濃度不純物領域
162 絶縁膜
164 導電膜
200 基板
201 絶縁膜
202 非晶質シリコン膜
203 触媒含有層
205 結晶性シリコン膜
205’ 結晶性シリコン膜
206 バリア層
207 非晶質シリコン膜
210 配線
223 保護膜
300 素子形成層
301 基板
302 画素部
303 信号線駆動回路
304 走査線駆動回路
305 シール材
306 基板
307 充填材
308 TFT
310 TFT
311 発光素子
314 配線
315a 配線
315b 配線
316 接続端子
318 フレキシブルプリントサーキット(FPC)
319 異方性導電膜
400 基板
401 信号線駆動回路
402 画素部
403 走査線駆動回路
404 可撓性基板
405 シール材
408 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
409 絶縁膜
411 nチャネル型TFT
412 pチャネル型TFT
413 スイッチング用TFT
414 容量素子
421 層間絶縁膜
422 画素電極
423 保護膜
424 配向膜
430 基板
431 カラーフィルタ
432 ブラックマトリクス(BM)
433 対向電極
434 配向膜
440 液晶
9101 本体
9102 表示部
9201 本体
9202 表示部
9301 本体
9302 表示部
9401 本体
9402 表示部
9501 本体
9502 表示部
9701 表示部
9702 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reaction container 11 Upper electrode 12 Lower electrode 13 Piping 14 High frequency oscillation power supply 15 Exhaust port 30 Substrate 52 Memory cell array 54 Logic part 56 Address buffer 58 Control circuit 60 Booster circuit 62 Row decoder 64 Column decoder 66 Sense amplifier 68 Data buffer 70 Data input Output buffer 100 Substrate 102 Underlying insulating film 104 Semiconductor film 106 Semiconductor film 108 Semiconductor film 110 Semiconductor film 112 Insulating film 114 Resist 116 Insulating film 120 Insulating film 122 Charge storage layer 124 Resist 128 Insulating film 130 Conductive film 132 Conductive film 134 Conductive film 136 Conductive film 142 Resist 144 Channel formation region 146 High concentration impurity region 156 Resist 158 Channel formation region 160 High concentration impurity region 162 Insulating film 164 Conductive film 200 Substrate 201 Edge film 202 Amorphous silicon film 203 Catalyst-containing layer 205 Crystalline silicon film 205 ′ Crystalline silicon film 206 Barrier layer 207 Amorphous silicon film 210 Wiring 223 Protective film 300 Element formation layer 301 Substrate 302 Pixel portion 303 Signal line drive Circuit 304 Scanning line drive circuit 305 Seal material 306 Substrate 307 Filler 308 TFT
310 TFT
311 Light emitting element 314 Wiring 315a Wiring 315b Wiring 316 Connection terminal 318 Flexible printed circuit (FPC)
319 Anisotropic conductive film 400 Substrate 401 Signal line drive circuit 402 Pixel portion 403 Scan line drive circuit 404 Flexible substrate 405 Seal material 408 FPC (flexible printed circuit)
409 Insulating film 411 n-channel TFT
412 p-channel TFT
413 TFT for switching
414 Capacitance element 421 Interlayer insulating film 422 Pixel electrode 423 Protective film 424 Alignment film 430 Substrate 431 Color filter 432 Black matrix (BM)
433 Counter electrode 434 Alignment film 440 Liquid crystal 9101 Main body 9102 Display unit 9201 Main unit 9202 Display unit 9301 Main unit 9302 Display unit 9401 Main unit 9402 Display unit 9501 Main unit 9502 Display unit 9701 Display unit 9702 Display unit

Claims (2)

反応容器を備えたプラズマCVD装置で、薄膜を形成する工程を含む半導体装置の作製方法であり、
前記反応容器内に基板を設置し、
前記反応容器にフッ化物ガス又はフッ素ガスを導入して前記反応容器内をクリーニングし、
前記反応容器への前記フッ化物ガス又は前記フッ素ガスの導入を停止して、前記反応容器内に、窒素ガスを導入し、前記窒素ガスに電界を印加して第1のプラズマを生成し、
前記反応容器への前記窒素ガスの導入を停止し、
前記反応容器に薄膜形成用プロセスガスを導入し、前記薄膜形成用プロセスガスに電界を印加して第2のプラズマを生成し、前記第2のプラズマに含まれる活性種の化学反応により前記基板の被形成面に前記薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a thin film in a plasma CVD apparatus provided with a reaction vessel,
Installing a substrate in the reaction vessel;
Introducing fluoride gas or fluorine gas into the reaction vessel to clean the inside of the reaction vessel,
Stopping the introduction of the fluoride gas or the fluorine gas into the reaction vessel, introducing nitrogen gas into the reaction vessel, and applying an electric field to the nitrogen gas to generate a first plasma;
Stopping the introduction of the nitrogen gas into the reaction vessel,
The reaction for forming a thin film process gas introduced city container, the thin film forming process gas by applying an electric field to generate a second plasma, said substrate by active species chemical reactions involved in the second plasma A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming the thin film on a surface on which the semiconductor device is formed.
請求項1において、
前記窒素ガスに電界を印加して前記第1のプラズマを生成することによって、前記反応容器内に残留している前記フッ化物ガス又前記はフッ素ガスもプラズマ化して前記基板の被形成面をエッチングするとともに、前記反応容器内に残留している前記フッ化物ガス又は前記フッ素ガスを減少させることを特徴とする半導体装置の作製方法。

In claim 1,
By applying an electric field to the nitrogen gas to generate the first plasma, the fluoride gas or the fluorine gas remaining in the reaction vessel is also turned into plasma, and the formation surface of the substrate is etched. And a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the fluoride gas or the fluorine gas remaining in the reaction vessel is reduced.

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