TWI390632B - Nitriding treatment of tunneling oxide film - Google Patents

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Description

穿隧氧化膜的氮化處理方法
本發明係有關一種非揮發性記憶元件的穿隧氧化膜的氮化處理方法、使用其之非揮發性記憶元件的製造方法、及非揮發性記憶元件、以及用來實行上述氮化處理的控制程式、以及電腦可讀取的記憶媒體。
以往，在EPROM、EEPROM、快閃記憶體等的非揮發性記憶元件中，以記憶體的特性改善為目的，對穿隧氧化膜進行氮化處理。以往已知有藉由熱處理作為這種氧化膜的氮化處理。(例如下述專利文獻1、2)。
在以往的熱處理的氧化膜氮化手法中，在熱的平衡狀態下，由於進行氮化處理，因此所形成的氮化區域的位置或其濃度，亦即氮輪廓(Profile)大致為特定。具體而言，氮化區域的位置特定在與基板的界面，又，N的摻雜密度上限為穿隧氧化膜102 1 atoms/cm3 。
然而，最近，尋求穿隧氧化膜之膜質的提升，或浮閘的資料保持特性等的記憶特性的提升，在上述氮輪廓以往的熱氮化製程中不足。
[專利文獻1]日本特開平5－198573號公報[專利文獻2]日本特開2003－188291號公報
 [發明之揭示]
本發明的目的，係提供一種可達成穿隧氧化膜的膜質之提升、或使浮閘的資料保持特性等的記憶特性更加提升的非揮發性記憶元件的穿隧氧化膜的氮化處理方法。
本發明的其他目的，係提供一種使用這種氮化處理方法的非揮發性記憶元件的製造方法，以及非揮發性記憶元件。
本發明的又一目的，係提供一種用來實行上述氮化處理方法的控制程式、以及電腦可讀取的記憶媒體。
根據本發明的第1觀點，係提供一種穿隧氧化膜的氮化處理方法，其特徵為具備有：為了形成非揮發性記憶元件，準備形成有穿隧氧化膜的基板的步驟；以及藉由使用含氮氣的處理氣體之電漿處理，在前述穿隧氧化膜的表面部分形成氮化區域的步驟。
根據本發明的第2觀點，係提供一種非揮發性記憶元件的製造方法，其特徵為具備有：在矽基板上形成穿隧氧化膜的步驟；藉由使用包含氮氣的處理氣體的電漿處理，在前述穿隧氧化膜的表面部分形成氮化區域的步驟；在前述穿隧氧化膜上形成浮閘的步驟；在前述浮閘上形成介電質膜的步驟；在前述介電質膜上形成控制閘的步驟；以及在前述浮閘及前述控制閘的側壁形成側壁氧化膜的步驟。
根據本發明的第3觀點，係提供一種矽基板；形成於前述矽基板上的穿隧氧化膜；形成於前述穿隧氧化膜上的浮閘；形成於前述浮閘上的介電質膜；形成於前述介電質膜上的控制閘；以及形成於前述浮閘及前述控制閘的側壁的側壁氧化膜，前述穿隧氧化膜係於其表面部分，具有藉由使用含氮氣的處理氣體之電漿處理所形成的氮化區域。
根據本發明的第4觀點，係提供一種控制程式，其特徵為，係在電腦上動作、實行時，於電腦控制電漿處理裝置，以使得可進行穿隧氧化膜的氮化處理方法，該穿隧氧化膜的氮化處理方法係具有：為了形成非揮發性記憶元件，而準備形成有穿隧氧化膜之基板的步驟；以及藉由使用含氮氣的處理氣體之電漿處理，於前述穿隧氧化膜的表面部分形成氮化區域的步驟。
根據本發明的第5觀點，係提供一種電腦可讀取的記憶媒體，係記憶有在電腦上動作的控制程式的電腦可讀取的記憶媒體，其特徵為，前述控制程式係在實行時，於電腦控制電漿處理裝置，以使得可進行穿隧氧化膜的氮化處理方法，該穿隧氧化膜的氮化處理方法係具有：為了形成非揮發性記憶元件，而準備形成有穿隧氧化膜之基板的步驟；以及藉由使用含氮氣的處理氣體之電漿處理，於前述穿隧氧化膜的表面部分形成氮化區域的步驟。
在上述第1、第2觀點中，前述電漿處理係以具有複述條溝的平面天線，在處理室內導入微波，使用產生電漿的電漿處理裝置進行。又，做為前述處理氣體，係可使用含有稀有氣體者，以Ar氣體做為稀有氣體較佳。再者，前述氮化區域的N摻雜量以1×101 5 atoms/cm2 以上較佳。又，前述電漿處理係以6.7至266 Pa的壓力實施較佳。
在上述第3觀點中，前述氮化區域係以具有複述條溝的平面天線，在處理室內導入微波，使用產生電漿的電漿處理裝置而形成較佳。又，前述氮化區域係藉由使用包含氮氣及稀有氣體的處理氣體之電漿處理而形成，以Ar氣體做為稀有氣體較佳。再者，前述氮化區域的N摻雜量以1×101 5 atoms/cm2 以上較佳。
根據本發明，由於藉由使用含有氮氣的處理氣體之電漿處理，形成穿隧氧化膜，因此與熱處理的氮化處理之情況相比，可提高氮輪廓的自由度，與熱處理相比，可在穿隧氧化膜的表面部份，形成高氮濃度的氮化區域。因此，由於以氮結束(Terminate)存在於穿隧氧化膜表面部份的陷阱側，因此可降低伴隨記憶動作，生成於氧化膜中的陷阱，可良好地保持穿隧氧化膜的膜質。又，在形成側壁氧化膜之際，氮化區域作為氧化劑的阻障功能，可抑制浮閘的穿隧氧化膜界面端部的不正常氧化(鳥嘴)的形成，可提升資料保持特性。再者，由於在穿隧氧化膜表面部份形成介電率高的氮化區域，因此不需改變介面部份的狀態，可縮小氧化膜(SiO2 )容量換算膜厚(EOT：Equivalent Oxide Thickness)，不需使介面特性變化，可提升資料保持特性。又，EOT若相等，則可加厚穿隧氧化膜，由於可抑制該程度的漏洩電流，因此結果可提升資料保持特性。
以下，參照添附圖面，具體說明本發明的實施形態。
第1圖係用來說明本發明的穿隧氧化膜的氮化處理方法的剖面圖。該氮化處理係例如為EPROM、EEPROM、快閃記憶體等的非揮發性記憶元件的製程之一環。
在非揮發性記憶元件的記憶胞的製造中，首先，如第底壁1a圖所示，在Si基板101的主面上，例如藉由Si基板101的熱氧化製程，形成10 nm左右厚度的穿隧氧化膜102，然後，在Si基板101的主面區域上進行特定的離子佈值，繼而，對於穿隧氧化膜102進行氮化處理。氮化處理係藉由包含氮氣的電漿處理進行，藉此，如第1B圖所示，在穿隧氧化膜102的表面部份形成氮化區域103。
如此，藉由電漿處理進行氮化處理，與以往熱處理之氧化膜氮化處理不同，可控制穿隧氧化膜102內的氮輪廓，在穿隧氧化膜102的表面部份，以高氮濃度形成氮化區域103。具體而言，從穿隧氧化膜102的表面到接近2 nm以下的部份為止的極表面，在表面部份可形成氮化區域103。
在這種氮化處理之後，依據常法進行處理，製造具有如第2圖所示的概略構造的記憶胞之非揮發性記憶元件。亦即，該記憶胞係在Si基板101的主面上，於表面部份形成氮化區域103的穿隧氧化膜102，於其上形成由聚矽構成的浮閘104，在該浮閘104上例如形成由氧化膜105、氮化膜106、氧化膜107所構成的ONO構造的介電質膜108，更於該介電質膜108上形成由聚矽、或聚矽和氧化鎢等的層積膜所構成的控制閘109，在控制閘109上形成Si3 N4 或SiO2 等的絕緣層110，在浮閘104和控制閘109的側壁具有藉由氧化處理形成側壁氧化膜111的構造。
氮化處理後的概略步驟的一例如下所示。
於進行電漿氮化處理的穿隧氧化膜102上，形成成為浮閘104的聚矽膜，於其上依序形成氧化膜、氮化膜、氧化膜，更於其上，成膜成為控制閘109的聚矽膜、或是與聚矽和氧化鎢等的層積膜。此時的成膜，例如藉由CVD進行。
然後，以未圖示的光抗蝕劑層及絕緣層110做為遮罩，藉由電漿進行乾蝕刻，在形成浮閘104、ONO構造的介電質膜108、控制閘109之後，對於浮閘104及控制閘109的聚矽的露出部分進行氧化處理，形成側壁氧化膜111。該氧化處理雖可藉由使用水蒸氣產生器的濕方式、或是使用O2 氣體的乾方式等的熱氧化製程進行，但從不氧化鎢，而形成良好的氧化膜的觀點來看，藉由包含氧氣的氣體的電漿處理進行較佳。在電漿處理中，後述的RLSA(Radial Line Slot Antenna)微波電漿方式的電漿處理，由於以低電子溫度，在高密度的電漿中可低溫處理，較為理想。
根據以上的步驟，形成具有如第2圖所示構造的記憶胞的非揮發性記憶元件。
然後，說明上述氮化處理的最佳例子。
第3圖係模式表示用來實施本發明的穿隧氧化膜的氮化處理方法的電漿處理裝置的一例之剖面圖。
該電漿處理裝置100係以特定的圖案，利用形成複數條溝的平面天線(Radiai Line Slot Antenna)，將從微波產生源導入的微波放射至反應室內，構成形成電漿的RLSA微波電漿處理裝置。
該電漿處理裝置100係氣密地構成，具有已被接地的略圓筒狀的反應室1。反應室1的底壁1a的略中央部形成圓形的開口部10，在底壁1a與該開口部10連通，設置有朝向下方突出的排氣室11。在反應室1內設置有水平地支持被處理基板即Si晶圓W的AlN等陶瓷所構成的基座2。該基座2係藉由從排氣室11的底部中央，延伸至上方的圓筒狀的AlN等的陶瓷所構成的支持構件3加以支持。於基座2的外緣部係設置有用來導引Si晶圓W的導引環4。又，在基座2埋設阻抗加熱型的加熱器5，該加熱器5藉由從加熱器電源6給電，加熱基座2，以該熱加熱被處理體即Si晶圓W。此時，例如從室溫至800℃的範圍內成為可溫度控制。此外，在反應室1的內周設置有介電質，例如設置有由石英構成的圓筒狀的襯墊7。
基座2係可突沒的設置有與基座2的表面相對，用來支持並使Si晶圓W升降的晶圓支持插銷(未圖示)。
在反應室1的側壁設置有構成環狀的氣體導入構件15，在該氣體導入構件15連接氣體供給系統16。氣體導入構件亦可配置成噴頭狀。該氣體供給系統16係具有：Ar氣體供給源17、N2 氣體供給源18，此等氣體分別介由氣體線20到達氣體導入構件15，從氣體導入構件15導入到反應室1內。此外，在各氣體線20設置有質量流控制器21及其前後的開關閥22。
在上述排氣室11的側面連接排氣管23，在該排氣管23連接包含高速真空泵浦的排氣裝置24。然後，藉由使該排氣裝置24動作，使反應室1內的氣體均勻排出至排氣室11的空間11a內，經由排氣管23排出氣體。藉此，反應室1內係可高速減壓至特定的真空度，例如0.133 Pa為止。
在反應室1的側壁設置有：在與電漿處理裝置100鄰接的搬送室(未圖示)之間，進行Si晶圓W的搬入搬出的搬入搬出口25、和開關該搬入搬出口25的閘閥26。
反應室1的上部成為開口部，沿著該開口部的周緣部，設置有環狀的支持部27，於該支持部27介由密封構件29，氣密地設置有由介電質例如由石英或Al2 O3 等的陶瓷所構成，使微波透過的微波透過板28。因而，反應室1內係保持氣密。
在微波透過板28的上方與基座2相對向設置有圓板狀的平面天線構件31。該平面天線構件31係扣止於支持部27的上端。平面天線構件31係例如表面由銀或金電鍍的銅板或鋁板所構成，複數個微波放射孔(溝)32係以特定的圖案貫通而形成的構成。該微波放射孔32如第4圖所示，構成長溝狀，相鄰接的微波放射孔32之間彼此交叉，典型地如圖示般垂直(「T」字狀)地配置，此等複數個微波放射孔32配製成同心圓狀。亦即，平面天線構件31係構成RLSA天線。微波放射孔32的長度或配列間隔，係因應微波的波長(λ)而決定，例如以微波放射孔32的間隔成為1/2 λ或λ而配置。又，微波放射孔32亦可為圓形狀、圓弧狀等其他形狀。再者，微波放射孔32的配線形態無特別限定，除了同心圓狀之外，例如亦可為螺旋狀、放射狀。
在該平面天線構件31上面，設置具有比真空大的介電率之介電質所構成的遲波材33。
在反應室1的上面，以覆蓋此等平面天線構件31及遲波材33的方式，例如設置由鋁或不銹鋼等的金屬材構成的密封蓋體34。反應室1的上面和密封蓋體34係由密封構件35予以密封。在密封蓋體34形成有冷卻水流路34a。此外，密封蓋體34係為接地。
在密封蓋體34上壁的中央形成有開口部36，在該開口部連接導波管37。在該導波管37的端部介由匹配電路38，連接微波產生裝置39。藉此，在微波產生裝置39產生例如頻率2.45 GHz的微波，介由導波管37，傳播到上述平面天線構件31。此外，微波的頻率亦可使用8.35 GHz、1.98 GHz等。
導波管37係具有：從上述密封蓋體34的開口部36，延伸出至上方的剖面圓形狀的同軸導波管37a、延伸到水平方向的剖面矩形狀的矩形導波管37b。在此等之間，設置有模式變換器40。在同軸導波管37a的中心延伸存在有內導體41，其下端部與平面天線構件31的中心連接固定。
電漿處理裝置100的各構成部，係與製程控制器50連接而加以控制之構成。於製程控制器50連接有：工程管理者用來管理電漿處理裝置100，進行指令的輸入操作等的鍵盤、或可視化電漿處理裝置100的運轉狀況而顯示的顯示器等所構成的使用者介面51。
又，在製程控制器50連接有：以製程控制器50的控制，實現以電漿處理裝置100進行的各種處理之控制程式；或因應處理條件，在電漿蝕刻裝置的各構成部實行處理的程式，亦即儲存有目錄的記憶部52。目錄可記憶在硬碟或半導體記憶體，以收容在CDROM、DVD等的可搬性的記憶媒體的狀態下，設置在記憶部52的特定位置亦可。再者，從其他的裝置，例如介由專用電線，適當傳送目錄亦可。
然後，因應需要，以使用者介面51的指示等，從記憶部52叫出任意的目錄，於製程控制器50實行，在製程控制器50的控制下，進行在電漿處理裝置100之期望的處理。
然後，參照第5圖的流程圖，說明以此方法構成的電漿處理裝置100的電漿氮化處理。
首先，將閘閥26設為打開，從搬入搬出口25將形成穿隧氧化膜的Si晶圓W搬入到反應室1內，載置於基座2上(步驟1)。穿隧氧化膜藉由使用水蒸氣產生器的濕方式、或使用O2 方式之乾方式的熱氧化製程，以3.5至15 nm的厚度形成。典型例為10 nm。
然後，為了排除反應室1內的氧，真空引拉反應室1內(步驟2)，從氣體供給系統16的Ar氣體供給源17，以特定的流量介由氣體導入構件15，將Ar氣體導入到反應室1內(步驟3)。藉由該Ar氣體的流量調整反應室1內的壓力，將電漿設在容易點火的高壓狀態(步驟4)。此時的壓力，以使用13.3至267 Pa的範圍，例示66.6 Pa、126 Pa。此外，此時的壓力係成為高於後述的氮化處理時的壓力。
然後，在反應室1內放射微波，進行電漿點火(步驟5)。此時，首先，來自微波產生裝置39的微波，經由匹配電路38導入至導波管37。微波係依序通過矩形導波管37b、模式變換器40、及同軸導波管37a，供給至平面天線構件31，從平面天線構件31經由微波透過板28，放射至反應室1內晶圓W的上方空間。如此，藉由放射至反應室1的微波，在反應室1內，使Ar氣體電漿化。此時的微波能量，以1000至3000W較佳，例示1600W。電漿點火之後，反應室1內例如壓力調整為6.7 Pa。
電漿點火之後，從氣體供給系統16的N2 氣體供給源18，經由氣體導入構件15，以特定的流量將N2 氣體導入至反應室1內，藉由放射到反應室內的微波，電漿化N2 氣體(步驟6)。
藉由如此形成的Ar氣體及N2 氣體的電漿，對形成於Si晶圓W的穿隧氧化膜進行氮化處理(步驟7)。此時的壓力，係以1.3至266 Pa較佳，例如採用126 Pa。處理溫度係以200至600℃較佳，例示400℃。又，氣體流量以Ar氣：250至3000 mL/min(sccm)、N2 氣：10至300 mL/min(sccm)較佳，例示：Ar氣：1000 mL/min(sccm)、N2 氣：40 mL/min(sccm)。又，Ar氣和N2 氣的流量比，Ar/N2 以1.6至300的範圍較佳。更以10至100為佳。又，此時的處理時間以30至600 sec較佳，例示240 sec。藉由在上述的例示條件下，進行電漿氮化處理，使N的摻雜量成為5.0×101 5 atoms/cm2 。
如此，在進行特定時間氮化處理之後，停止微波的放射，使電漿滅火(步驟8)，一邊真空引拉，一邊停止氣體(步驟9)，結束氮化處理的順序。
此外，在以上的步驟中，雖表示先導入Ar氣，於點火電漿之後，表示導入N2 氣的順序，但若電漿可點火，則同時導入Ar氣和N2 氣之後，點火電漿亦可。
以上的微波電漿，係略101 1 /cm3 以上的電漿密度，且為0.5至1.5 eV的低電子溫度電漿，藉由上述的低溫且短時間的處理，從穿隧氧化膜的表面部分，具體而言，從表面到接近2 nm以下為止的極表面之表面部分，以可形成高氮濃度的氮化區域之方式控制，而且，具有往底膜之離子等的電漿損失小等的優點。又，如此，由於藉由高密度電漿，以低溫在短時間內進行氮化處理，因此可以高精確度控制氮化區域的氮輪廓。
在熱氮化處理時，由於在熱平衡的狀態下，繼續氮化處理，故如第6A圖所示，氮化區域的位置限定在與穿隧氧化膜的基板之介面部分，又，氮原子的峰值密度上限大致為102 1 atoms/cm3 。相對於此，在採用本實施形態的電漿氮化處理時，如第6B圖所示，可於從穿隧氧化膜的表面至2 nm以下為止的表面部分，形成高氮濃度(在該例中為穿隧氧化膜102 2 atoms/cm3 )的氮化區域，反之，在與基板的介面部分可形成氮大致不存在的區域。該氮濃度根據條件可適當控制。又，氮化區域的位置亦根據調整條件，可從穿隧氧化膜的表面適當控制在2 nm以下的範圍內。
第7圖係依據以本發明的方法進行氮化處理時的SIMS的測定結果，表示氮濃度分布。此外，在第7圖中，合併表示O、Si強度分布。在此，使用第3圖所示的裝置，以反映室內壓力：126 Pa、微波的能量：1600W、Ar流量：1000 mL/min(sccm)、N2 流量：40 mL/min(sccm)的條件進行。又，穿隧氧化膜的膜厚為10 nm。如該圖所示，可知離穿隧氧化膜的表面約1 nm的位置存在有氮濃度的峰值。
如此，可於穿隧氧化膜的表面形成高濃度氮化區域，且在與基板的界面形成不存在氮的區域，因此伴隨著記憶體動作，可防止形成於穿隧氧化膜中的陷阱的生成。亦即，以往，如第8A圖所示，伴隨著記憶動作，在穿隧氧化膜102中雖生成陷阱，但如第8B圖所示，藉由電漿氮化處理，由在穿隧氧化膜102的表面部份形成氮化區域103，以氮原子結束陷阱側，可降低這種陷阱的生成，良好地保持穿隧氧化膜的膜質。又，沒有Vt(電晶體的開關電壓的偏移)，且可加厚氧化膜(SiO2 )容量換算膜厚(EOT)。
又，以往，在形成側壁氧化膜111時，如第9A圖所示，聚矽構成的浮閘104的穿隧氧化膜102之界面部份的端部附近不正常地氧化，導致稱為鳥嘴的氧化區域104a產生的膜厚變厚，又，此時，摻雜在聚矽中的磷(P)例如生成磷氧化物(P2 O5 )，引起氧化膜劣化，此係成為資料保持功能降低的一因，但如本實施形態，藉由進行電漿氮化處理，如第9B圖所示，穿隧氧化膜102的表面部份(與浮閘104的界面部份)的氮化區域103，成為這種不正常的氧化的阻障，可明顯降低氧化區域104a。因此，結果使資料保持功能上升。
再者，藉由氮化穿隧氧化膜102，並在表面部份形成氮化區域103，可使介電率上升，因此即使物理性膜厚相同，依據N摻雜量增加，使介電率上升，可使氧化膜(SiO2 )容量換算膜厚(EOT)變薄。如此，藉由形成氮化區域，即使物理性膜厚相同，由於亦可EOT變薄，因此使電荷保持能提高，使資料保持功能上升。依據第10圖，說明此一情況。第10圖係將未氮化的底部的氧化膜和氮原子的摻雜量，改變為2.5×101 5 、3.8×101 5 、5.2×101 5 atoms/cm2 ，在進行本實施形態的氮化處理時，施加在氧化膜的厚度方向之電場Eo x (MV/cm)、和漏洩電流Jg(A/cm2 )之關係圖。在此，使用第3圖所示的裝置，在反應室內壓力：126 Pa、微波的能量：1600W、Ar流量：1000 mL/min(sccm)、N2 流量：40 mL/min(sccm)的條件下，藉由將處理時間變化為40、120、240 sec，將氮原子的摻雜量變化為2.5×101 5 、3.8×101 5 、5.2×101 5 atoms/cm2 。又，穿隧氧化膜的底部膜厚為5 nm。如該圖所示，不依據氮原子的摻雜量，當電場Eo x 超過9時，雖然漏洩電流Jg急遽增加，但藉由氮化處理，在相同的電場中，使漏洩電流Jg變小，在相同的漏洩電流Jg中，可知電場Eo x 變大。然後，當氮原子的摻雜量增加時，該傾向變大。因此，藉由形成氮化區域，可知將使EOT增加，使電荷保持功能上升，其效果係氮原子的摻雜量愈多愈大。
第11圖係以沒有氮化的底部的氧化膜、和第10圖之情況相同的條件下，改變摻雜量，進行本實施形態的氮化處理時，取得FN繪圖之圖。從該圖可知，即使沒有進行氮化處理，直線的傾斜亦相同，即使進行氮化處理，可知障壁高度沒有變化。換言之，即使進行氮化處理，元件本質的功能亦沒有改變。
第12圖係在與沒有氮化之底部的氧化膜和第10圖的情況相同的條件下，改變摻雜量，進行本實施形態的氮化處理時，表示穿隧氧化膜的EOT和平面頻帶電壓Vfb的關係之圖。如該圖所示，可知即使進行氮化處理，平面頻帶電壓Vfb的值亦沒有變化。亦即，如本發明，將氮化區域從穿隧氧化膜的表面形成於接近2 nm以下的極表面之表面部份，藉由在界面部分大致不導入氮，確認界面特性大致沒有變化。
以上，藉由電漿氮化處理，於穿隧氧化膜的表面部份形成氮化區域，不改變原件的本質功能或界面特性，使EOT縮小，可使資料保持功能提升。此外，在EOT設為相等時，藉由氮化處理，可加厚穿隧氧化膜，由於其程度可抑制漏洩電流，因此結果可提昇資料保持特性。
此外，本發明係不限定於上述實施形態，可進行種種變形。例如，在上述實施形態中，雖然使用以具有複述條溝的平面天線，將微波傳播至反應室內，以低電子溫度形成高密度的電漿之電漿處理裝置，作為處理裝置，但是不限定於此，亦可使用其他的電漿處理裝置，例如：誘導結合型電漿處理裝置、平面反射波電漿處理裝置、磁控管電漿處理裝置。又，非揮發性記憶元件的構造及製程亦不限定於此，亦可為任一種。再者，雖使用Ar作為惰性氣體，但亦可使用除了Ar氣體以外的其他惰性氣體(He、Ne、Kr、Xe)。從使電漿的電子溫度降低之觀點來看，以Ar氣體、Kr氣體、Xe氣體較佳，特別是以Ar氣體為佳。
[產業上利用的可能性]
本發明係對於EPROM、EEPROM、快閃記憶體等的非揮發性記憶元件的記憶特性之提升有幫助。
1．．．反應室
1a．．．底壁
2．．．基座
3．．．支持構件
4．．．導引環
5．．．加熱器
6．．．加熱電源
10．．．開口部
11．．．排氣室
11a．．．空間
15．．．氣體導入構件
16．．．氣體供給源
17．．．Ar氣體供給源
18．．．N2 氣體供給源
20．．．氣體線
21．．．質量流控制器
22．．．開關閘
23．．．排氣管
24．．．排氣裝置
25．．．搬入出口
26．．．閘閥
27．．．支持部
28．．．微波透過板
29．．．密封構件
31．．．平面天線構件
32．．．微波放射孔
33．．．遲波材
34．．．密封蓋體
34a．．．冷卻水流路
35．．．密封構件
36．．．開口部
37．．．導波管
37a．．．同軸導波管
37b．．．矩形導波管
38．．．匹配電路
39．．．微波產生裝置
40．．．模式變換器
41．．．內導體
50．．．質量流控制器
51．．．使用者介面
52．．．記憶部
100．．．電漿處理裝置
101．．．Si基板
102．．．穿隧氧化膜
103．．．氮化區域
104、109．．．浮閘
105、107．．．氧化膜
106．．．氮化膜
108．．．ONO構造的介電質膜
110．．．絕緣層
111．．．側壁氧化膜
第1A圖係用來說明本發明的穿隧氧化膜的氮化處理方法的步驟例之圖。
第1B圖係用來說明本發明的穿隧氧化膜的氮化處理方法的步驟例之圖。
第2圖係應用本發明的氮化處理之非揮發性記憶元件的記憶胞之例的剖面圖。
第3圖係模式表示用來實施本發明的穿隧氧化膜的氮化處理方法的電漿處理裝置的一例之剖面圖。
第4圖係使用於第3圖的微波電漿裝置的平面天線構件的構造之圖。
第5圖係用來說明氮化處理的順序之流程圖。
第6A圖係在進行熱氮化處理之後的熱氧化膜的氮輪廓之圖。
第6B圖係在進行熱氮化處理之後的熱氧化膜的氮輪廓之圖。
第7圖係實際上進行電漿氮化處理時的穿隧氧化膜的氮濃度分布圖。
第8A圖係用來說明隨著以往的記憶動作，於穿隧氧化膜中生成陷阱的狀態之模式圖。
第8B圖係用來說明根據本發明之一實施形態的穿隧氧化膜的氮化處理方法之對於穿隧氧化膜中陷阱生成防止效果模式圖。
第9A圖係藉由以往的穿隧氧化膜的氮化處理，說明產生鳥嘴的狀態之圖。
第9B圖係用來說明根據本發明之一實施形態的穿隧氧化膜的氮化處理方法之鳥嘴抑制效果圖。
第10圖係改變未氮化的底部的氧化膜和摻雜量，對於進行本發明的一實施形態之氮化處理時，表示施加於氧化膜的厚度方向之電場Eox(MV/cm)和漏洩電流Jg(A/cm2 )之關係圖。
第11圖係改變未氮化的底部的氧化膜和摻雜量，對於進行本發明的一實施形態之氮化處理時，取得FN繪圖之圖。
第12圖係改變未氮化的底部的氧化膜和摻雜量，對於進行本發明的一實施形態之氮化處理時，表示穿隧氧化膜的EOT和平面頻帶電壓Vfb的關係之圖。
101．．．Si基板
102．．．穿隧氧化膜
103．．．氮化區域

Claims (8)

  1. 一種穿隧氧化膜的氮化處理方法，係氮化非揮發性記憶元件的穿隧氧化膜之方法，其特徵為具有：準備一形成有穿隧氧化膜的基板之步驟；在基板上產生含氮氣的處理氣體的電漿之步驟；及進行藉由前述電漿來氮化前述穿隧氧化膜，藉此在穿隧氧化膜的表面部份形成氮化區域的氮化處理之步驟，前述氮化處理係以6.7~266Pa的壓力實施，前述電漿係以比前述氮化處理的壓力更高的壓力來點燃。
  2. 如申請專利範圍第1項之穿隧氧化膜的氮化處理方法，其中，前述電漿處理係使用以具有複數條溝的平面天線來導入微波至處理室內而使電漿產生的電漿處理裝置來進行。
  3. 如申請專利範圍第1項之穿隧氧化膜的氮化處理方法，其中，前述處理氣體係含稀有氣體。
  4. 如申請專利範圍第3項之穿隧氧化膜的氮化處理方法，其中，稀有氣體與N2 氣體的流量比為1.6~300。
  5. 如申請專利範圍第1項之穿隧氧化膜的氮化處理方法，其中，前述氮化區域的N劑量為1×1015 atoms/cm2 以上。
  6. 如申請專利範圍第3或4項之穿隧氧化膜的氮化 處理方法，其中，前述稀有氣體為Ar氣體。
  7. 如申請專利範圍第1項之穿隧氧化膜的氮化處理方法，其中，從前述穿隧氧化膜的表面到2nm以下的部份，在極表面部份形成高氮濃度的前述氮區域。
  8. 如申請專利範圍第1項之穿隧氧化膜的氮化處理方法，其中，前述氮化處理係以200~600℃的溫度來進行。
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