TWI272676B - Semiconductor and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI272676B
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Motoyuki Sato
Seiji Inumiya
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Description

1272676 九、發明說明： 相關申請案之交又參考 本申請案係依據35 USC 119下2004年11月1曰申請之曰 本專利特許申請案第2004-317773號且主張其優先權者， 可芩照上述日本專利特許申請之所有内容納編入本申請中 (其全部内容以引用的方式併入本文中）。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體裝置及其製造方法。 Φ 【先前技術】 近幾年來，因伴隨MOSFET(metal 〇xide semiconductor FET，金氧半場效電晶體）之微細化，閘極絕緣膜之膜厚變 薄，故而產生有閘極洩漏電流增大之問題。因此，為抑制 閘極洩漏電流，業者提出使用相對介電常數高於二氧化矽 ，（Si〇2)膜之高介電常數膜作為閘極絕緣膜。至於該高介電 常數膜，可列舉例如氮氧矽铪（HfSi〇N)膜等。 该氮氧矽給（HfSiON)膜係於例如半導體基板上形成矽酸 春銓（HfSl〇x)膜之後，藉由導入氮（N)至該矽酸铪（HfSi〇x)膜 實行氮化而得以形成。 然而，氮氧矽銓（HfSiONx)膜因各原子間之結合力較 弱，故而倘若導入氮（N)，則用以結合各原子之結合鍵會 被切斷，因此會形成有多個裂口（小孔）。 • 倘若使氮氧矽铪（HfSi0N)膜暴露於氧化性氣體氣氛或大 氣中’則藉由將給（Hf)作為觸媒，使空氣中之氧（〇2)等活 性化，從而生成氧自由基，並且該氧自由基容易侵入氮氧 99952.doc 1272676 矽铪（HfSiON)膜或半導體基板。 其結果是，於氮氧矽铪（HGi0N)膜與半導體基板之間， 形成低介電常數之界面絕緣膜，藉此會產生閘極絕緣膜之 實效介電常數降低或者膜厚增加之情形。 進而，由於氮氧矽铪（HfSiON)膜中之氮（N)置換為氧 (〇)，因此氮（N)自該氮氧矽铪（HfSiON)膜脫離。 藉此，因氮氧矽銓（HfSiON)膜被分離為二氧化矽（si〇2) 以及二氧化铪（Hf〇2)之同時，由於此等產生結晶化，故而 财熱性會降低。又，作為摻雜劑之硼，此時容易自閘電極 穿透氮氧矽铪（HfSiON)膜並且擴散至半導體基板。進而， 較易產生絕緣破壞，因此閘極絕緣膜之壽命會縮短。 此等會導致產生閘極臨界值電壓之變動或電晶體特性變 動之問題。 以下’揭示有關於形成高介電常數之閘極絕緣膜之方法 的文獻名。 曰本專利特開2004-71696號公報 【發明内容】 本發明之一種態樣之半導體裝置的製造方法，其含有 自搬送室搬送半導體基板至成膜室之步驟， 於上述成膜室中，於上述半導體基板之表面上，形成至 少含有金屬與氧之第一絕緣膜之步驟， 自上述成膜室經由上述搬送室搬送上述半導體基板至氮 化處理室之步驟， 於上述氮化處理室中，導入氮至上述第一絕緣膜實行氮 99952.doc 1272676 化處理，藉此形成至少含有金屬、氧以及氮之第二絕緣膜 之步驟， 自上述氮化處理室經由上述搬送室搬送上述半導體基板 至熱處理室之步驟， 於上述熱處理室中，對上述第二絕緣膜實行特定熱處理 之步驟，以及 自上述熱處理室搬送上述半導體基板至上述搬送室之步 驟’並且 /至少於實行自上述氮化處理室經由上述搬送室搬送上述 半‘體基板至上述熱處理室之步驟時，設定上述搬送室為 大、、、勺10 Ton*之減壓氣氛、或惰性氣體之氣氛氣體、或氮 氣氣氛。 又，本發明之一種態樣之半導體裝置的製造方法，直 含有 使收、内有半‘體基板之搬送盒移至成膜室並且加以連结 之步驟， 、 自上述搬送盒搬送上述半導體基板至上 驟， y 於上述成膜室中，於上述半導體基板之表面上，形成至 少含有金屬與氧之第一絕緣膜之步驟， 《冑至搬送上述半導體基板纟上述搬送盒之步 驟， 、，使收納有上述半導體基板之上述搬送盒移至氮化處理室 亚且加以連結之步驟， 99952.doc 1272676 述搬送1搬送上述半導體基板至上述氮化處理室 步驟， 於上述氮化處理室中，導人氮至上述卜絕緣膜實行氮 把里#此形成至少含有金屬、氧以及氮之第二絕緣膜 之步驟， 、 自上述氮化處ί里室搬送上述半導體基板至上述搬送 步驟， 使收納有上述半導體基板之上述搬送盒移至熱處理室並 且加以連結之步驟， 自上述搬送盒搬送上述半導體基板至上述熱處理室之步 驟， 於上述熱處理室中，對上述第二絕緣膜實行特定之熱處 理之步驟，以及 自上述熱處理室搬送上述半導體基板至上述搬送盒之步 驟’並且 至少於實打自上述氮化處理室搬送上述半導體基板至上 述搬送盒之步‘驟、使收納有上述半導體基板之上述搬送移 至上述熱處理室並且加以連結之步驟及自ί述搬送盒搬送 上述半導體基板至上述熱處理室之步驟時，使上述搬送盒 成為大約ΙΟ.3 Ton:之減壓氣氛、惰性氣體氣氛氣體、或氮 氣氣氛。 又，本發明之一種態樣之半導體裝置，其含有： 選擇性地形成於半導體基板之特定區域上之閘極絕緣 膜； 99952.doc 1272676 形成於上述閘極絕緣膜上之閘電極，·及 於上述半導體基板之表面部分，分別形成於位於上述閘 電極下方之通道區域兩側的源極區域以及汲極區域； 於上述閘極絕緣膜之與上述閘電極相接觸之界面部分的 石反濃度為5 X 1 〇22 atoms/cm3以下。 【實施方式】 以下’參照圖式就本發明之實施例加以說明。 (1)第一實施例 於圖1中表示本發明之第一實施例之閘極絕緣膜/閘電極 形成裝置10的構造。於此閘極絕緣膜/閘電極形成裝置i 〇 之中間部附近，配置有形成大致八角形形狀的搬送室2〇， 於該搬送室20之周圍，配置有搬入室3〇、搬出室4〇、成膜 室50、氮化處理室60、熱處理室70以及閘極絕緣膜/閘電 極形成室80。 搬入室30係用以將半導體基板自外部搬入至閘極絕緣膜 /閘電極形成裝置10之搬送室20者，搬出室4〇係用以將半 導體基板自閘極絕緣膜/閘電極形成裝置1〇之搬送室2〇搬 出至外部者。 於搬送至20之中央附近，配置有例如包含臂之搬送機 構90，該搬送機構90進行各室3〇至8〇間之半導體基板之搬 送。又，於搬送室20中，設置有未圖示之排氣機構，可將 搬送室默内部調整為所需之屢力，進而於搬送室⑼連接 有未圖示之氣體供給源，其可提供所需之氣體。 因此，藉由使搬送室2G成為例如大約1().3 τ⑽之減壓氣 99952.doc -10· 1272676 氛、氬等惰性氣體氣氛或氮氣氣氛，無需暴露於氧化性氣 風或大氣中，便可將半導體基板搬送至所需之室3〇至80。 成膜室50係用以於半導體基板上形成石夕酸銓⑽⑽ο膜 ^。氮化處理室60藉由導入l(N)至石夕酸給（Hfsi〇x)膜實行 氮化’從而形成氮化矽酸銓（HfSi〇N)膜。 —熱處理室70制以對於何體基板上所形成之膜實行特 疋之熱處理（退火）者。閘極絕緣膜/閘電極形成室8〇係於半 &體基板上所形成之氮化矽酸铪（HfSi〇N)膜上沉積閘電極 材料並且成膜。 再者，於各室30至80中，與搬送室2〇同樣地，分別設置 有未圖不之排氣機構以及氣體供給源，藉此，閘極絕緣膜 /閘電極形成裝置1〇之各室20至30，可分別形成獨立之氣 氛。 此處，於圖2至圖6中表示使用本實施例之閘極絕緣膜/ 閘電極形成裝置1 〇形成閘極絕緣膜以及閘電極之方法。首 先，如圖2所示，於半導體基板1〇〇上形成元件分離絕緣膜 110A以及110B之後，使用稀氫氟酸加以洗淨，藉此去除 於半導體基板100上所形成之自然氧化膜。 並且’倘若將上述去除自然氧化膜後之半導體基板1〇〇 放置於閘極絕緣膜/閘電極形成裝置1〇之搬入室3〇，則搬 送室20之搬送機構90自搬入室3〇取出半導體基板1〇〇。此 時’藉由未圖示之排氣機構，使搬送室20成為例如大約 10 Torr之減壓氣氣。再者，於此情形時，亦可藉由自未 圖示之氣體供給源供給氬等惰性氣體或氮至搬送室2〇，使 99952.doc -11 - 1272676 該搬运室20成為惰性氣體氣氛或氮氣氣氛。 繼而’搬送機構90將此半導體基板100搬入至成膜室 50 °如圖3所示，藉由導入例如四二乙基胺铪（Tdeah)、 四二甲基胺石夕（TDMAS)以及氧至上述成膜室50中，使用 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬 有機化學氣相沉積）法，成膜室5〇於半導體基板l〇〇之基板 表面上’形成膜厚約為5 nm之矽酸铪120。再 者’於此情形時，亦可採用濺鍍法、ALD(Atomic Layer Deposition ’原子層沉積）法等代替mocvd法，形成矽酸 铪（HfSiOx)膜 120。 繼而，搬送機構90自成膜室50取出半導體基板1〇〇之 後，將該半導體基板100搬入至熱處理室70。熱處理室7〇 於例如600〜800 c之氧化性氣體氣氛下，對矽酸铪（Hfsi〇x) 膜120貫行熱處理，藉此提昇該矽酸铪（Hfsi〇x)膜12〇之膜 質。另，亦可不實行上述熱處理。 繼而，搬送機構90自熱處理室70取出半導體基板1〇〇之 後，將該半導體基板1〇〇搬入至氮化處理室6〇。氮化處理 室60使用含氮之電漿，導入1〇〜25以％之氮至矽酸铪 (HfSiOx)膜120實行氮化，藉此形成氮氧矽铪（Hfsi〇N)膜 120。另，at%表示原子組成比。 再者，雖然於此情形時使用含有氮之電漿而導入氮，但 是亦可藉由使用含有氮之氣體實行熱處理，導入氮至矽酸 铪（HfSiOx)膜 120。 繼而，搬送機構90自氮化處理室6〇取出半導體基板1〇〇 99952.doc -12- 1272676 之後，將該半導體基板100搬入至熱處理室70。 然而，矽酸铪（HfSiOx)膜120各原子間之結合力較弱，倘 若導入氮（N)，則用以結合各原子之結合鍵被切斷，因此 會形成多個裂口。 因此’熱處理室70對半導體基板100於例如800〜l〇〇〇°c 之氮氣氣氛中實行熱處理，藉此修復於氮氧矽铪（Hfsi0N) 膜120所形成之多個裂口。 再者，倘若使形成有多個裂口之氮氧矽銓（HfSiON)膜 120暴露於氧化性氣體氣氛或大氣中，以铪作為觸媒 產生活性化之氧自由基會侵入氮氧>5夕給（HfSiON)膜或半導 體基板’因此會引起電晶體特性之劣化。 然而’如本實施例所示，倘若將搬送室2〇設定為大約 10 Torr之減壓氣氛、或者惰性氣體氣氛、或者氮氣氣 氛’則可防止當搬送室20之搬送機構9〇自氮化處理室6〇搬 送半導體基板100至熱處理室70之時，將半導體基板1〇〇暴 露於氧化性氣體氣氛或大氣中。 藉此，可抑制電晶體特性之劣化或變動，從而可提高良 率〇 再者，為抑制電晶體特性之劣化，亦可至少至自氮化處 理室60搬送半導體基板100至熱處理室7〇為止，將搬送室 20設定為大約1()·3 了㈣之減壓氣氛、或者惰性氣體氣氛、 或者氮氣氣氛。 繼而，搬送機構9〇自熱處理室7〇取出半導體基板1〇〇之 後將β亥半^體基板1 〇 〇搬入至閘極絕緣膜/閘電極形成室 99952.doc •13- 1272676 80。如圖4所示，閘極絕緣膜/閘電極形成室8〇加熱半導體 基板100至700°c左右，使用單矽烷（SiH4)氣體，於氮氧矽 給（HfSiON)膜120上形成膜厚約為150 nm之多晶矽膜13〇。 再者’作為閘電極材，並非僅限定於多晶石夕，亦可使用例 如非晶矽、矽鍺以及金屬等。 繼而’倘若搬送機構90自閘極絕緣膜/閘電極形成室8〇 取出半導體基板100，並且將其放置於搬出室4〇，則半導 體裝置100被取出至閘極絕緣膜/閘電極形成裝置1 〇之外 部，實行圖案化。 如圖5所示’藉由實行光微影製程、RIE(Reactive
Etching ’反應性離子蝕刻）製程等，形成含有氮氧矽铪 (HfSiON)膜之閘極絕緣膜14〇以及含有多晶矽膜之閘電極 150 〇 如圖6所示，於閘電極15〇以及半導體基板1〇〇表面實行 摻雜劑之離子注入之後，實行熱處理，藉此形成源極區域 160A以及汲極區域ΜΟΒ。 藉由以上方法所製造iM〇SF]ET2〇〇如圖6所示，於半導 體基板100之表面部分形成有用以實行元件分離之元件分 離絶緣膜110 A以及11 〇B，於藉由該元件分離絕緣膜丨丨〇 a 以及110B分離之疋件區域之中央部分附近，經由包含於半 導體基板100表面上所形成之氮氧矽铪旧巧⑴…膜之閘極 絕緣膜140，形成有含有多晶矽膜之閘電極15〇。 再者，於此情形時，於閘極絕緣膜14〇之與閘電極15〇相 接觸之界面部分的碳濃度為5χ1〇22 at〇ms/cm3以下。 99952.doc -14- 1272676 如此，於自氮化處理室60搬送半導體基板1〇〇至熱處理 室:0時二搬送室2〇設定為約1〇.3 T〇rr之減壓氣氛、或惰 性氣體氣氛、或氮氣氣氛之情形時，與將半導體基板1〇〇 暴露於大氣中之情形相比較，可抑制自潔淨室内之物質所 排出之浮游有機物的附著，從而可抑制於閘極絕緣膜14〇 之與閘電極150相接觸之界面部分的碳濃度。 藉此，可抑制閘極絕緣膜140實行絕緣破壞，從而可提 昇該閘極絕緣膜14〇之可靠性。 特別是，於65 nm世代以後之裝置中，因由界面部分之 碳所導致的絕緣破壞等不良影響較大，故而藉由應用本實 施例’可進一步提昇裝置之可靠性。 又，位於閘電極150之下方並且於半導體基板1〇〇之表面 附近’形成有通道區域丨7〇。 於此通道區域170與元件分離絕緣膜u〇A之間，形成有 源極區域160A，並且於通道區域17〇與元件分離絕緣膜 110B之間，形成有汲極區域16〇b。 此處，圖7表示將半導體基板1〇〇自氮化處理室6〇搬送至 熱處理室70時，於未將半導體基板100暴露於氧化性氣體 氣氛或大氣中之本實施例之情形，與將半導體基板100暴 路於氧化性氣體氣氛或大氣中之比較例之情形時，藉由切 取該半導體基板100，所製造之各MOSFET之閘極臨界值 電壓的分佈。 如圖7所示，將半導體基板1〇〇自氮化處理室⑽搬送至熱 處理室70時，於將半導體基板1〇〇暴露於氧化性氣體氣氛 99952.doc -15- 1272676 或大氣中之比較例之情形時，由該半導體基板100所製造 之各MOSFET之閘極臨界值電壓於_0·62 V〜_〇·54 V左右之 範圍内，變動相當大，故而良率較低。 相對於此’將半導體基板1〇〇自氮化處理室6〇搬送至熱 處理室70時，於未將半導體基板1〇〇暴露於氧化性氣體氣 氛或大氣中之本實施例之情形時，與比較例之情形相比可 大幅抑制臨界值電壓之變動，從而可大幅提高良率。 又’圖8表示將半導體基板100自氮化處理室60搬送至熱 處理室70時，於未將半導體基板ι〇〇暴露於氧化性氣體氣 氛或大氣中之本實施例之情形，以及將半導體基板1〇〇暴 路於氧化性氣體氣氛或大氣中之比較例之情形時，藉由自 該半導體基板100被切取所製造之各m〇sfet之經時絕緣 破壞（TDDB)特性。 於此情形時，自半導體基板1〇〇向閘極絕緣膜14〇注入電 子，對閘極絕緣膜140施加12 MV/cm之應力電場後，測定 各MOSFET實行絕緣破壞之時間。再者，橫軸表示各 MOSFET實行絕緣破壞之絕緣破壞時間，縱軸表示威布爾 函數（即絕緣破壞概率）。 如圖8所示，將半導體基板1〇〇自氮化處理室6〇搬送至熱 處理室70時，於將半導體基板i〇〇暴露於氧化性氣體氣氛 或大氣中之比較例之情形時，自該半導體基板1〇〇所製造 之各MOSFET之中，絕緣破壞時間較短者較多，故而閘極 絕緣膜140之壽命較短。又，於絕緣破壞時間變動較大， 電晶體之可靠性較低。 99952.doc -16- 1272676 相對於此’將半導體基板100自氮化處理室6〇搬送至熱 處理室70時，於未將半導體基板100暴露於氧化性氣體氣 氛或大氣中之本實施例之情形時，與比較例之情形相比， 絕緣破壞時間較長者較多，故而閘極絕緣膜140之壽命較 長。又，因與比較例之情形相比，絕緣破壞時間之變動較 小’故而可提昇電晶體之可靠性。 (2)第二實施例 圖9表示本發明之第二實施例之閘極絕緣膜/閘電極形成 裝置300的構造。於該閘極絕緣膜/閘電極形成裝置3〇〇 中，成膜室310、氮化處理室320、熱處理室33〇以及閘極 絕緣膜/閘電極形成室34〇分別配置於特定位置，並且於各 室310至340分別連接有搬送室350至3 80。 於各搬送室350至380中，分別設置有例如包含臂狀物之 搬送機構390至420，搬送機構390至420於各室31〇至34〇之 間進行半導體基板100之交接。 又，於各搬送室350至380中分別設置有未圖示之排氣機 構，可將各搬送室35〇至38〇之内部調整為所需之壓力，進 而各搬送室350至380連接有未圖示之氣體供給源，可提供 所需之氣體。 因此’藉由將各搬送室350至380設定為例如約1〇-3 T〇rr 之減壓氣氛、或氬等惰性氣體氣氛、或氮氣氣氛，可以未 暴露於氧化性氣體氣氛或大氣中之方式，於各室31〇至34〇 之間’交接半導體基板100。 搬送盒430為用以將半導體基板1〇〇搬送至搬送室35〇至 99952.doc -17- 1272676 380中所需之搬送室者。於該搬送盒43〇中，與搬送室35〇 同樣地β又置有未圖示之排氣機構，可將搬送盒〇之 内°卩凋正為所需之壓力，進而於搬送盒43〇連接有未圖示 之氣體供給源，其提供所需之氣體。 因此藉由將搬送盒430設定為例如約T〇rr之減麼氣 氛、或氬等惰性氣體氣氛、或氮氣氣氛，可以未將半導體 基板100暴露於氧化性氣體氣氛或大氣中之方式，搬送至 所需之搬送室350至380。 於此，使用本實施例之閘極絕緣膜/閘電極形成裝置 3〇〇，芩照於說明第一實施例時所使用之圖2至圖6，就形 成閘極絕緣膜以及閘電極之方法加以說明。再者，於各室 310至340所實行之處理，與於第一實施例之閘極絕緣膜/ 間電極形成裝置10之中，相對應之各室5〇至8〇所實行之處 理相同。 首先，形成元件分離絕緣膜ll〇A以及11〇B，將去除自 然氧化膜後之半導體基板100收納於搬送盒43〇之後，將該 搬送盒430移至搬送室350並且加以連結。 搬送室350之搬送機構390，自搬送盒430中取出半導體 基板100 ’並且將該半導體基板1〇〇搬入成膜室31〇。如圖3 所示，成膜室310使用例如MOCVD法，於半導體基板1〇〇 之基板表面上形成石夕酸铪(HfSiOx)膜120。 搬送機構390自成膜室310取出半導體基板ι〇〇之後，將 該半導體基板100收納於搬送盒430。繼而，使搬送盒43〇 移至搬送室370並且加以連結。 99952.doc •18- 1272676 搬送室370之搬送機構410，自搬送盒430取出半導體基 板100，並且將該半導體基板100搬入熱處理室330。熱處 理室330，對矽酸铪（HfSiOx)膜120實行熱處理，藉此提昇 該矽酸铪（HfSiOx)膜120之膜質。另，亦可不實行上述熱處 理。 搬送機構410自熱處理室330取出半導體基板1〇〇之後， 將該半導體基板100收納於搬送盒430。繼而，使搬送盒 430移至搬送室360並且加以連結。 • 搬送室360之搬送機構400自搬送盒430取出半導體基板 100’並且將該半導體基板1〇〇搬入氮化處理室320。氮化 處理室320導入氮至矽酸铪（HfSiOx)膜120並且實行氮化， 藉此形成氮氧矽姶（HfSiON)膜120。 搬送機構400自氮化處理室320取出半導體基板100之 後’將該半導體基板100收納於搬送盒43 〇。繼而，使搬送 盒430移至搬送室370並且加以連結。搬送室37〇之搬送機 構410自搬送盒430取出半導體基板10〇，並且將該半導體 ®基板1GG搬人熱處理室330。 於此情形時’倘若如本實施例所示，設定搬送盒43 〇、 搬送室360以及370為約i〇_3 Torr之減壓氣氛、或惰性氣體 氣氛、或氮氣氣氛’則可防止自氮化處理室320搬送半導 — 體基板1〇0至熱處理室330時，將半導體基板100暴露於氧 . 化性氣體氣氛或大氣中。 藉此，可抑制電晶體特性之劣化或變動，從而可提高良 率 0 99952.doc -19- 1272676 再者，為抑制電晶體特性之劣化，較好的是至少於自氮 化處理室320搬送半導體基板1〇〇至熱處理室330時，設定 搬送室360、搬送盒430以及搬送室370為約1〇·3 Torr之減壓 氣氛、惰性氣體氣氛、或者氮氣氣氛。 藉由熱處理室330於氮氣氣氛中對半導體基板1〇〇實行熱 處理，修復於氮氧矽铪（HfSiON)膜120所形成之多個裂 σ ° 搬送機構410自熱處理室330取出半導體基板1〇〇之後， 將該半導體基板100收納於搬送盒430。並且，使搬送盒 430移至搬送室380並且加以連結。 搬送室380之搬送機構420自搬送盒430取出半導體基板 100 ’繼而將該半導體基板1 〇〇搬入至閘極絕緣膜/閘電極 形成室340。如圖4所示，閘極絕緣膜/閘電極形成室34〇於 氧矽铪（HfSiON)膜120上形成多晶石夕膜13〇。 並且，倘若搬送機構420自閘極絕緣膜/閘電極形成室 340取出半導體基板100，繼而將該半導體基板1〇〇收納於 搬送盒430，則半導體基板100被取出至閘極絕緣膜/閘電 極形成裝置300之外部。 繼而，如圖5所示，對於多晶矽膜13〇以及氮氧矽铪 (HfSiON)膜120實行圖案化，藉此形成閘極絕緣膜14〇以及 閘電極150之後，如圖6所示，形成源極區域16〇A以及汲極 區域160B，藉此製造MOSFET200。 藉由以上方法所製造之MOSFET200，與第一實施例同 樣地，，又疋於上述閘極絕緣膜14〇之與上述閘電極相接 99952.doc -20- 1272676 觸之界面部分的碳濃声主 22 辰度為5xl〇 atoms/cm3以下。藉此獲 得與第一實施例相同之效果。 根據上述實施例之半導體裝置及其製造方法，可抑制電 晶體特性之變動，從而可使良率得以提高。 再者上述實施例為其中一例，本發明並非限定於此 者。例如亦可使用例如錘（Zr)等其他金屬代替铪（Hf)。 即’亦可於半導體基板上形成至少含有金屬以及氧之絕緣 膜後，氮化該絕緣膜，藉此形成至少含有金屬、氧以及氮 之絕緣膜。 又，雖然此處表示成膜室50以及31〇，與氮化處理室6〇 以及320，為各自分開之反應室之例，但是亦可以該等為 一個反應室之方式而構成。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之第一實施例之閘極絕緣膜/閘電極形 成裝置的構造之方塊圖。 圖2係表示於本發明之實施例2M〇SFet的製造方法中 之各步驟元件之剖面構造的縱向剖面圖。 圖3係表示同M0SFET之製造方法中之各步驟元件的剖 面構造之縱向剖面圖。 圖4係表示同M0SFET之製造方法中之各步驟元件的剖 面構造之縱向剖面圖。 圖5係表示同MOSFET之製造方法中之各步驟元件的剖 面構造之縱向剖面圖。 圖6係表示同MOSFET之製造方法中之各步驟元件的剖 99952.doc -21 - 1272676 面構造之縱向剖面圖。 圖7係表示於未使半導體基板暴露於氧化性氣體氣氛或 大氣中之本實施例之情形，以及於使半導體基板暴露於氧 化丨生氣體軋氣或大氣中之比較例之情形時，MQSFET之閘 極臨界值電壓之分佈的說明圖。 圖8係表不於未使半導體基板暴露於氧化性氣體氣氛或 大氣中之本實施例之情形，以及於使半導體基板暴露於氧 化性氣體氣氛或大氣中之比較例之情形時，m〇SFet之經 時絕緣破壞（TDDB)特性之說明圖。 圖9係表示本發明之第二實施例之閘極絕緣膜/閘電極形 成裝置的構成之方塊圖。 【主要元件符號說明】 閘極絕緣膜/閘電極形成裝置 搬送室 室 搬出室 成膜室 氮化處理室 熱處理室 搬送機構 閘極絕緣膜/閘電極形成室 半導體基板 元件分離絕緣膜 膜 10, 300 20, 350, 360, 370, 380 30 40 50, 310 60, 320 70, 330 90, 390, 400, 410, 420 80, 340 100 110A， 110B 120 99952.doc -22- 1272676 130 多晶碎膜 140 閘極絕緣膜 150 閘電極 160A 源極區域 160B 汲極區域 170 通道區域 200 MOSFET 430 搬送盒
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Claims (1)

12728?矜107358號專利*請案 ¥又¥請專利範園替換本(95年9月） ' 十、申請專利範圍： 種半導體裝置之製造方法，其含有·· 自搬送㈣送半㈣基板至成膜室之步驟；
轉(心 1. 於上述成膜室中，於上述半導體 小入古八厘也— 土攸 < 表面上形成至 J含有金屬與氧之第一絕緣膜的步驟； 自上述成膜室經由上述搬 .. 、至搬迗上述半導體基板至 虱化處理室之步驟； i ϋ 於上述氮化處理室中，導入f .^ ^ V入虱至上述第一絕緣膜實行 虱化，猎此形成至少含有金屬、 步驟； ^ m:絕緣膜之 自上述氮化處理室經由上 迗室搬送上述半導體基 板至熱處理室之步驟； 熱處 於上述熱處理室中，對上述第二絕緣膜實行特定 理之步驟；及 至上述搬送室之 自上述熱處理室搬送上述半導體基板 步驟； 至經由上述搬送室搬送上 之步驟時，使上述搬送室 惰性氣體氣氛或氮氣氣 至少於實行自上述氮化處理 述半導體基板至上述熱處理室 成為約10·3 Torr之減壓氣氛、 氛。 2. 如請求則之半導體襄置之製造方法，其中進而含有： /上述減理室搬送上料導體基板至上述搬送室之 後’自上錢送室搬送上料導體基板至閘極絕緣膜/閑 電極形成室之步驟；及 99952-950915.doc 1272676 於Ji述閘極絕緣膜/ p ^ φ 豕胰/間電極形成室中，於上述第二 膜上沉積閘電極材料實 ' 何杆Μ仃成膜，藉此形成膜之步驟。 3·如請求項1之半導體裝置 衣方法，其中進而含有： ;自^述成膜至㈣上述搬送室搬送上述半導體基板 老上述I化處理室之前，搬送上述半導體基板至上述熱 处里至亚且於對上述第一絕緣膜實行特定之熱處理之 後，搬送上述半導體基板至上述氮化處理室之步驟。 4·如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第一絕緣膜之步驟中， 於上述成膜室中，於上述半導體基板之表面上形成含 有金屬、氧以及矽之上述第一絕緣膜。 5·如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第一絕緣膜之步驟中， 於上述成膜室中，於上述半導體基板之表面上形成矽 酸铪膜； 於形成上述第二絕緣膜之步驟中， 於上述氮化處理室中，導入氮至上述矽酸銓膜實行氮 化’藉此形成氮化矽酸铪膜。 6.如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第二絕緣膜之步驟中， 使用含有氮之電漿，導入氮至上述第一絕緣膜實行氮 化’藉此形成上述第二絕緣膜。 7·如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第二絕緣膜之步驟中， 99952-950915.doc 〇 1272676 形成介電f數高於二氧切膜之上述第二絕緣膜。 8· 一種半導體裝置之製造方法，其含有·· 使收納有半導體基板之搬送盒移至成膜室並且加以連 結之步驟； 驟； 自上述搬送盒搬送上料導體基板至上述成膜室之步 於上述成臈室中，於上述半導體基板之表面上形成至 少含有金屬與氧之第一絕緣膜的步驟； 驟， 自上述成膜室搬送上述半導體基板至上述搬送盒之步 使收納有上述半導體基板之上述搬送盒移至氮化處理 室並且加以連結之步驟； 自上述搬搬述半導體基板至上述氮化處理室 之步驟； 於上述氮化處理室中，莫 至甲 v入虱至上述弟一絕緣膜實行 氮化，藉此形成至少含有全屬、 、 / 3啕至屬、巩、虱之第二絕緣 步驟； 自上述氮化處理室搬送上述半導體基板至上述搬送各 之步驟； 1 使收納有上述半導體基板 並且加以連結之步驟； 之上述搬送盒移至熱處理室 自上述搬送盒搬送上述半導體基板至上述 步驟； . 於上述熱處理室中，斟 > i5.doc T 對上述弟二絕緣膜實行特定之 99952-950915.doc 之 熱 1272676 處理之步驟；及 自上述熱處理室输 丰 〜 、上述半導體基板至上述搬送盒之 步驟； ^仃自上述氮化處理室搬送上述半導體基板至 上述搬送盒之步驟、 、、，人 ”、 使收、、内有上述半導體基板之上述搬 运盒移至上述埶虛理a# 、、，人μ… …处至並且加以連結之步驟及自上述搬 达盈搬送上述半導辦 f 土板至上述熱處理室之步驟時，使 上述搬送盒成為約1 0-3 τ ..° Torr之減壓氣氛、惰性氣體氣氛 或亂氣氣氛。 9.如=求項8之半導體裝置之製造方法，其中進而含有： $述熱處理室搬送上述半導體基板至上述搬送盒之 後’使收納有上述半導 1千¥體基板之上述搬送盒移至閘極絕 、’：甲電極形成室並且加以連結之步驟；及 :上述閉極絕緣膜/問電極形成室中，於上述第二絕緣 = 實行成膜’藉此形成膜之步驟。 .〜’項8之半導體裝置之製造方法，其進而含有： 於使收納有上述半導 ^ <干¥體基板之上述搬送盒移至上述氮 化處理室之前，佶 „ ^ , 使收納有上述半導體基板之上述搬送盒 移至上述熱處理室之步驟； :上述搬送盒搬送上述半導體基板至上述熱處理室之 於上述熱處理室中 T 對上述弟二絕緣膜實行特定之熱 處理之步驟； 99952-9蕭5.細\處理至搬送上述半導體基板至上述搬送盒之 -4 - 1272676 J
步驟；及 將收、、内有上述半導體基板之上述搬送盒搬送至上述氮 化處理室之-步驟。 如請求項8之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第一絕緣膜之步驟中， 於上述成Μ中，於±述半導體基板之表面上形成含 有金屬、氧以及矽之上述第一絕緣膜。 12·如明求項8之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第一絕緣膜之步驟中， 於上述成膜t中，力上述半導體基板之表面上形成石夕 酸給膜； 於形成上述第二絕緣膜之步驟中， 於上述虱化處理室中，導入氮至上述矽酸铪膜實行氮 化’藉此形成氮化石夕酸铪膜。 13·如請求項8之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第二絕緣膜之步驟中， 使用έ有氮之私漿，導入氮至上述第一絕緣膜實行氮 化’藉此形成上述第二絕緣膜。 14. 如請求項8之半導體裝置之製造方法，其中 於形成上述第二絕緣膜之步驟中，形成介電常數高於 二氧化矽膜之上述第二絕緣膜。 15. —種半導體裝置，其含有： 選擇性地形成於半導體基板之特定區域上之閉極絕緣 膜； 99952-950915.doc -5- 1272676 形成於上述閘極絕緣膜上之閘電極；及 於上述半導體基板之表面部分，分別形成於位於上述 閘電極下方—之通道區域兩側之源極區域以及汲極區域； 於上述閘極絕緣膜之與上述閘電極相接觸之界面部分 的碳濃度為5 X 1 022 atoms/cm3以下。 16. 如請求項15之半導體裝置，其中上述閘極絕緣膜為至少 含有金屬、氧以及氮之絕緣膜。
17. 如請求項15之半導體裝置，其中上述閘極絕緣膜含有氣 化矽酸銓膜，並且相對介電常數高於二氧化矽。
99952-950915.doc 6 -
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