WO2002054473A1 - Dispositif à semi-conducteurs et son procédé de fabrication - Google Patents

Dispositif à semi-conducteurs et son procédé de fabrication Download PDF

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WO2002054473A1
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Shigetoshi Sugawa
Masaki Hirayama
Yasuyuki Shirai
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Tadahiro Ohmi
Shigetoshi Sugawa
Masaki Hirayama
Yasuyuki Shirai
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    • H01L29/66757—Lateral single gate single channel transistors with non-inverted structure, i.e. the channel layer is formed before the gate
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    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate

Definitions

  • the present invention relates to a body body obtained by polishing silicon tm, m and oxynitride on a silicon body and a method of forming the body body.
  • the guts of MIS (metal silicon) transistors include various characteristics such as low leakage current characteristics, low surface current density, high withstand voltage, high withstand voltage, high hot carrier resistance, and uniform characteristics. High-performance electrical characteristics 14
  • the thermal oxidation step is performed after removing the surface-fouling such as black, male, and particles by a single step as a preceding step.
  • cleaning with dilute hydrofluoric acid ⁇ K hydrogenated water is performed at the end of the process.
  • the silicon sickle which has a clean surface and suppresses the castle, is introduced into the subsequent thermal oxidation process.
  • this surface-terminated hydrogen increases by about ⁇ 0 ° C or more in the process of raising the temperature of silicon ⁇ f in an inert gas atmosphere such as argon (A r). Oxidation was carried out in an atmosphere with a temperature of 800 ° C.
  • the thermal oxidation Si is set aside. Even if a silicon oxide film is formed, the silicon oxide film of silicon oriented in the (100) plane orientation In contrast to the above, the interface standing density at the silicon interface is significantly higher than that of the silicon interface. It was necessary to increase the amount of silicon oxide for shelving.
  • the large-diameter silicon wafer or the large-area glass can be advanced.
  • the fluctuations in the trajectory of the acid boat are large, and it is difficult to achieve high performance at a high rate / output using a large aasfe.
  • the silicon oxide has the same electrical properties as the thermal oxidation process using water molecules.
  • a silicon acid having an acid of about 2 nm or less on the silicon surface cannot obtain a good low leak ⁇ 3 ⁇ 4characteristic I "production, and a high '14', which requires further thinning of the gut, is required. It was as difficult as that of conventional thermal oxidation.
  • Silicon oxide was formed by a conventional thermal process: ⁇ Disclosure of the invention
  • the present invention generally conveys a useful body device that is greedy for rinsing and a method for producing the same.
  • a more specific feature of the present invention is to provide a low-temperature plasma oxidation scythe to replace the conventional thermal oxidation.
  • Another object of the present invention is to provide a high-quality low-temperature operation applicable to a silicon surface having any plane orientation.
  • Others of this invention are high-quality fStt high-quality fine semiconductor devices using high-quality crane feTO ⁇ gM at a powerful low temperature, especially transistor integrated circuit devices, flash memory devices, and even transistor devices. 3 mm with multiple elements and its manufacturing method.
  • a device comprising a siliconized layer formed on a silicon surface, wherein the disgusting silicon compound layer contains at least a predetermined inert gas, and has a water content of 10 u / cm 2 in terms of surface density.
  • a memory device comprising: a first layer and a second layer of a silicon compound, wherein each of the first and second silicon compound layers includes at least a predetermined inert gas;
  • a silicon layer containing at least a predetermined inert gas and having a water content of 10 u / cm 2 or less in terms of surface density is formed.
  • the knitting roller device is provided with a display element formed on the knitting surface S
  • the second plasma is formed by a mixed gas of gas molecules of multiple ms ⁇ , and at least a part of the elements that constitute the unwanted gas molecules on the surface of the unfavorable S silicon under the second plasma And forming a silicon compound layer containing.
  • Another aspect of the present invention is that a transistor having a polycrystalline silicon film formed on a silicon surface via a first dielectric and a capacitor including a second dielectric formed on the polycrystalline silicon surface are provided. Manufacturing of semiconductor memory devices with a common 3 ⁇ 4K
  • the second inert gas and one or more of them generate plasma due to a mixed gas of two or more gases, and contain at least a part of the elements constituting the self-reactive gas on the surface of the tin self-silicon layer. And a step of forming a silicon compound layer.
  • Silicon oxide 1 tJl, silicon nitride, and silicon oxynitride which have better properties and properties than silicon oxide 1 It can be formed on silicon in any plane orientation at a low temperature of less than about 500 ° Cm3 ⁇ 4, and a highly reliable and high-performance »thin transistor integrated circuit can be realized.
  • characteristics such as leakage and breakdown voltage are also present on the silicon surface having a surface shape with irregularities on the remote side such as shallow trench isolation. It is possible to control silicon oxide ai, silicon silicon, and silicon oxynitride, and it is possible to integrate high-density elements with narrow elements, and to integrate high-density elements with a vertical structure. Dagger is now possible.
  • Fig. 1 is a diagram of a plasma device using a radial line antenna
  • Fig. 2 is the Kr plasma exposure dependence of the silicon-terminated hydrogen-silicon bond measured by infrared component ⁇ ;
  • Figure 3 shows the dependence of the gas pressure of silicon oxide on gas pressure.
  • Figure 5 shows the ⁇ ⁇ ⁇ characteristic of silicon oxide I ⁇
  • Figure 6 shows the relationship between the leakage current characteristics and the silicon oxide film and silicon oxynitride film
  • Fig. 7 is a characteristic diagram showing the gas pressure dependency of the silicon nitride in the process 3;
  • Figure 8 is a graph showing the emission of atomic oxygen and atomic ⁇ zK during silicon oxynitride.
  • Figure 9 is a characteristic diagram showing the element distribution of silicon oxynitride
  • Figure 10 is a characteristic diagram showing the characteristics of silicon ⁇
  • Fig. 11A ⁇ L1C is the root cross section of shallow trench isolation; Fig. 12 is the cross section of a three-dimensional transistor formed on an uneven silicon surface: Sit diagram; Fig. 13 is the flash memory device. Schematic of section 3 ⁇ 4t; ''
  • FIG. 14f Schematic cross-sectional structure diagram for explaining step by step the method of forming the flash memory device of the invention.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional structural view for explaining a method of forming a flash memory device according to the present invention step by step;
  • FIG. 16 Schematic cross-sectional structure diagram for explaining step by step the method of forming the flash memory device of the invention
  • FIG. 17 Schematic cross-sectional structure diagram for explaining step by step the method of forming the flash memory device of the invention.
  • Figure 18 is a schematic diagram of the cross section of a MOS transistor laid on a metal SOI;
  • Figure 19 is a diagram of a plasma device wrapped in glass or plastic;
  • Fig. 20 is a schematic diagram of the planar structure of an absolute polycrystalline silicon transistor;
  • Fig. 2.1 is a conceptual diagram of the cross-sectional structure of a 3D LSI.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus using a radiator line slot antenna used in the present invention.
  • Kr used as a plasma excitation gas in the following process is removed in order to remove hydrogen terminating unfinished hands on the silicon surface, and the same is processed in the same processing chamber. Then, surface termination hydrogen removal treatment and oxidation treatment are performed.
  • the inside of the vacuum vessel (process a3 ⁇ 4) 101 is evacuated, and then ⁇ r gas is first introduced from the shower plate 102, and is switched to Kr gas. Further, the pressure in the inner processing board 101 is set to 133 Pa (lTorr).
  • the silicon wafer 103 is placed on the dovetail table 104 having an additional S, and the temperature of the dancer is set to 400 ° Cm3 ⁇ 4. If the temperature of the silicon substrate 103 is in the range of 200 to 550 ° C., the results described below are almost the same.
  • Shuki silicon 103 is subjected to dilute hydrofluoric acid in the immediately preceding pretreatment step, and the silicon joint on the surface thereof is terminated with hydrogen.
  • the microphone mouth wave with a frequency of 2.45 GHz is legged from the coaxial waveguide 105 to the radial line slot antenna 106, and the disgusting microphone mouth wave is proposedd by the radial line slot antenna 106. It is introduced into m ⁇ . ⁇ ⁇ ⁇ through dielectric ⁇ 107 provided on ⁇ 3 ⁇ 4 on the wall. Mike mouth wave introduced is disgusting shower plate ⁇ o
  • a high-density Kr plasma force S is formed immediately below the disgusting shower plate 102. If the frequency of the mouthpiece of the microphone is 900 MHz or less and Jb is about 10 GHz or less, the results described below are almost the same.
  • the distance between the shower plate 102 and the male 103 is set to 6 cm in the present embodiment. A narrower interval enables a faster wisteria.
  • the example of ⁇ using a plasma device using a radial line slot antenna is shown.
  • another method is used to introduce a microphone mouth wave into the processing to excite the plasma. You may.
  • the surface of the silicon substrate 103 is exposed to low-energy Kr ion irradiation, and the surface-terminated hydrogen is released. .
  • FIG. 2 shows the result of analyzing the silicon-hydrogen bond on the surface of the silicon substrate 103 by an infrared spectrometer. Microwaves were generated during the disturbed ⁇ S3 ⁇ 4101 by 133 Pa ( ⁇ ⁇ rr). This figure shows the removal of hydrogen terminated on the silicon surface by Kr plasma excited by introducing a power of 1.2 W / cm 2 under a pressure of.
  • the light absorption characteristic of the silicon-hydrogen bond near 2100 cm- 1 almost disappeared by r plasma irradiation for only 1 second, and almost complete by irradiation for about 30 seconds. You can see it disappears. In other words, it can be seen that by irradiating the Kr plasma for about 30 seconds, the silicon surface can be terminated to remove hydrogen. In this embodiment, Kr plasma irradiation is performed for one minute to remove surface-terminated hydrogen to ⁇ k.
  • minute JB from ⁇ shower plate 1 0 2 9 7 Bruno 3 introducing the K r / 0 2 gas spoon.
  • the pressure inside the processing chamber is set to about 133 Pa (1 Torr).
  • K r gas and O 2 gas power In a high-density ⁇ plasma generated by mixing S, K r * and O 2 in the intermediate excited state collide, and a large amount of atomic oxygen O * can be generated efficiently.
  • the surface of the disgusting silicon layer 103 is oxidized by the atom O *.
  • oxidation is performed by 0 2 ⁇ ? ⁇ H 2 O,
  • oxidation can be performed at a very high temperature of 400 °.
  • the processing power is high V, and it is desirable that the LV ⁇ is too high. If the LV ⁇ is too high, the generated * comrades will seed and return to 0 2 . Naturally, the gas pressure increases.
  • the acid becomes the fastest when the pressure in the anxiety process 3-101 is about 133 Pa (lTorr), and the pressure condition in the vicinity of this pressure level is: 3 ⁇ 4i.
  • the ti! EE force is the same regardless of the orientation of the silicon surface, regardless of the plane orientation of the silicon fiber 103, which is not limited to the (100) plane.
  • the introduction of the microphone mouth-wave power is stopped, the plasma excitation is terminated, and the Kr / Oz mixed gas is turned into an Ar gas, thereby terminating the oxidation process.
  • the reason why the Ar gas is transferred to the female in this process is to use a gas less expensive than Kr as the purge gas.
  • the Kr gas converted to this process will be used for collected rain U.
  • a formation process, a protection process, a hydrogen sintering process, and the like are performed to provide a ⁇ circuit device including a transistor and a capacitor.
  • the amount of water in the silicon oxide formed by the above procedure was measured by extrusion and found to be less than 10 12 / cm 2 ⁇ . In particular, it was suggested that the water content in the silicon oxide was less than 10 u / cm 2 in terms of surface density dew.
  • the acid that had not been exposed to Kr plasma beforehand contained hydrogen in excess of 10 12 / cm 2 in terms of area density.
  • FIG. 4 shows the depth distribution of the Kr density in the silicon acid formed by the above procedure, using the ⁇ St fluorescence X ⁇ arrangement.
  • the results in Fig. 4 are for the (100) plane of silicon, similar results can be obtained not only for the (100) plane but also in other orientations. ⁇
  • the partial pressure of the wister in Kr is set to 3%
  • the pressure in process S3 ⁇ 4 is set to 133 Pa (lTorr)
  • the plasma oxidation process is performed at 100 ° C. .
  • the Kr density in silicon oxide II increases as the distance from the underlying silicon surface increases, and silicon oxide! On the surface, it is 2 X 1 ( ⁇ /.! ⁇ ).
  • the silicon density obtained by the above procedure is
  • K r 3 ⁇ 4t in the film is constant in the region where «is 4 nm or more, while it decreases toward the region of 4 nm or less from the silicon surface, and decreases toward the silicon-silicon interface.
  • Fig. 5 shows the dependence of the application of the leak on the silicon oxide obtained by the above procedure ⁇ ".
  • the results in Fig. 5 show that the enzyme of silicon oxide [ ⁇ Therefore, Fig. 5 shows the leakage current characteristics of oxide films of the same thickness when Kr plasma was not exposed before the ⁇ -oxidation.
  • ⁇ silicon oxide MI leak «3 ⁇ 41st” raw is the same as conventional thermal acid! , and the be subjected to oxidation treatment with K r O 2 microphone port wave plasma, it can be seen that can not be improved much leakage ⁇ JP ⁇ raw obtained Sani T3 ⁇ 4I.
  • K r plasma irradiation silicone emissions silicon Sani was made form by the method of the present ⁇ F state performing oxidation by introducing K r / 0 2 gas is subjected to termination hydrogen removal formed by conventional microwave plasma oxidation by It can be seen that the leakage at the same ⁇ is two to three orders of magnitude smaller than that of acid, indicating a very low-leakage characteristic.
  • FIG. 6 shows the results of the measurement of the leakage of the silicon oxide according to the present invention by changing the contact of the disgusting silicon oxide film.
  • the leakage current characteristics of the silicon oxide, and the leakage characteristics of silicon oxide obtained by oxidizing with Kr / z plasma without exposure to Kr plasma and
  • Fig. 6 shows the leak characteristics of silicon oxide in the form of this male example that was oxidized with fijlBK r / O 2 plasma after exposure to Kr plasma.
  • the data is a special feature of the oxynitride which will be explained later.
  • the leakage ⁇ characteristics of the silicon oxide diffusion formed by the plasma oxidation process without the Kr plasma exposure process shown in Fig. Leakage of silicon acid due to male form shown by fist
  • the leakage characteristics indicated by ⁇ are reduced by two to three orders of magnitude.
  • the silicon oxide according to the present embodiment even if the café is about 1.5 nm, 1 x 10 " 2 A / cm 2 It can be seen that it is possible to make the leak difficult.
  • the stress force S was alleviated, the ⁇ t in the film and the interface density were reduced, and the electrical properties of silicon oxide were greatly improved.
  • the hydrogen desorption should be 10 12 / cm 2 or less, preferably 10 key 1 / cm 2 or less, and 5 X 10 U Z cm 2 or less 1 K ⁇ K It is thought that this contributes to the improvement of the electrical and discussion characteristics of silicon acid 1 ⁇ 1.
  • another apparatus for plasma processing that enables low-temperature acid generation using plasma may be used in addition to the apparatus shown in FIG.
  • a first gas release structure that releases Kr gas to excite plasma by a microphone mouth wave and a second gas release structure that releases gas and is different from the first gas release structure
  • a two-stage shower plate type plasma processing apparatus equipped with In the present male form exit the stop plasma excitation introduction of microphone port wave power where silicon Sani desired Peng is formed, further to replace the K r / 0 2 mixed gas A r gas
  • the oxidation process has been completed, but before stopping the Fujimi microwave power, the pressure was increased to 133 Pa (lTo rr)!
  • a Kr / NH 3 mixed gas with a partial pressure ratio of 98/2 is introduced from the shower plate 102 while maintaining the pressure at ⁇ to form a silicon nitride of approximately 0.7 nm on the surface of the silicon oxide. Good les ,. According to this method, it is possible to obtain a silicon film having a silicon nitride force formed on the surface, and it is possible to form a silicon film having a higher level of specific test. 2 cat form)
  • Nitrogen (The same equipment as in Fig. 1 is used for the castle.
  • the inside of the vacuum weaving (processing) 101 is evacuated, and then the Ar gas is introduced from the shower plate 102 to set the pressure in the processing to 13.3 Pa (10 OmTorr) S3 ⁇ 4.
  • a silicon fiber 103 in which silicon dangling bonds on the surface were terminated with hydrogen was introduced into the consolidation 101 by hydrogenation and hydrogenation in the immediately preceding pretreatment step a, and a sample having a heat treatment was added. Stand 104.
  • step 500 for ⁇ fs. Set to C. If this is in the range of 300-550 ° C, the results are almost the same as those described below.
  • a microwave of 2.45 GHz is combined into ⁇ 3 ⁇ 4 through the radial line slot antenna 106 and the telecommunications 107 through the same waveguide 105, and a high-density Ar Apply plasma.
  • the frequency of the working microphone mouth wave is in the range of about 90 OMHz or more and 10 GHz or less, the results described below are almost unchanged.
  • the space between the shower plate 102 and the fiber 103 is set to 6 cm in this embodiment. The shorter the interval, the faster the speed of play. Note that, in this embodiment, an example in which a film is formed using a plasma device using a radial line slot antenna is shown. However, microwaves can be introduced into the processing board using other methods.
  • the silicon surface exposed to the plasma excited by the Ar gas in this way is irradiated with low-energy Ar ions, and the surface-terminated hydrogen is removed. In this mode, exposure to Ar plasma is performed for 1 minute.
  • the castle, im, hydrogen sink processing, etc. will be performed to make sure that the transistors and capacitors are included.
  • ⁇ ⁇ ⁇ mode an example was shown in which a plasma device using a radial line slot antenna was used to generate nitrogen ( ⁇ ), but other methods may be used to introduce microwaves into the taste.
  • Ar is used as the plasma excitation gas, but the same result can be obtained by using Kr.
  • NH 3 is used, a mixed gas such as N 2 may be used.
  • the hydrogen in the plasma is present in the silicon castle of the present invention.
  • hydrogen is applied to the plasma, dangling bonds in the silicon nitride Ml and at the interface are terminated by forming Si-H and NH bonds, and as a result, there is no electron trap at the silicon nitride interface. it is conceivable that.
  • the fact that the Si—H bond and the N—H bond cover the nitrogen of the present invention is determined by measuring the infrared absorption spectrum and the X-ray photoelectric spectrum, respectively.
  • the hysteresis of CV characteristics eliminated, silicon / silicon ⁇ I surface ⁇ (standing density kept low at 2 X 1 0 10 cm- 2.
  • Noble gases (A r or K r) and N To form silicon nitride using a mixed gas of 2 Z ⁇ , the partial pressure of hydrogen gas must be reduced to 0. By setting it to 5% or more, trapping of electron holes in the film can be significantly reduced.
  • FIG. 7 shows the pressure dependence of the silicon nitride produced by the above procedure.
  • the ratio of Ar / NH 3 IB; dagger is set to 98/2, and the distance between Terama is 30 minutes.
  • the growth of Nii kii boat is faster when the pressure inside is increased and the energy given by the noble gas or Kr) to NH 3 (or] ⁇ 2 3 ⁇ 4 2 ) is faster.
  • the gas pressure is preferably in the range of 6.65-13.3 Pa (50-: 100 mTorr), but as with other ⁇ S forms, oxidation and Suitable for oxidation in a series of nitriding processes], for example 133Pa (lTor r)! It is also preferable to perform nitriding in a uniform manner from the point of view of nature.
  • the partial pressure of NH 3 (or N 2 / H 2 ) in the rare gas is preferably in the range of 1 to 0%, more preferably 2 to 6%.
  • the relative permittivity of silicon nitride M obtained by this method was 7.9, which is about twice the relative permittivity of silicon oxide bl. .
  • the ⁇ ⁇ ⁇ , TJ3 ⁇ 4 view, and electrical characteristics of the knitted kll are not limited to the silicon surface of the (100) plane, and are not limited to the silicon plane of the (100) plane. Holds in the same manner. '
  • the electrical characteristics of silicon nitride include that Ar or Kr having a surface density of 5 X 10 n / cm 2 or less is an electrical characteristic of silicon nitride. ⁇ It is thought to have contributed to the improvement of sexual characteristics.
  • a first gas release structure for releasing Ar or Kr gas for exciting plasma by a microphone mouth wave, and an NH 3 gas for releasing N 2 / H 2 gas It is also possible to use a two-stage shower plate type plasma process device having a second gas release structure different from the first gas release structure.
  • the shape of the acid [ ⁇ ] used in this embodiment is the same as in Fig. 1.
  • Kr is used as a plasma excitation gas for oxygen formation.
  • the inside of the vacuum vessel ( ⁇ attraction) 101 is evacuated, and the Ar gas is disgusted from the shower put 102! Introduce into 1 ⁇ 101.
  • the gas to be introduced is switched from the original Ar to the r gas, and the pressure in the humiliation 01 is set to 1333 Pa (lTorr).
  • a microwave having a frequency of 2.45 GHz is supplied to the radial antenna aperture antenna 106 for 1 minute for the coaxial waveguide 105, and the microwave aperture is applied to the dielectric plate 10.
  • the surface-terminated hydrogen is removed by exposing the surface of tfit self-silicon # 103 to the high-density Kr plasma generated in this manner in the offense »101.
  • TOT remain f3 ⁇ 4f to himself punished 1 0 the pressure in the 1 1 3 3 P a (1 T orr, guiding the K r / 0 2 mixed gas partial pressure ratio of the shower plate 1 0 2 force through 9 7/3
  • silicon oxide with a thickness of 1.5 nm is formed on the surface of the silicon substrate.
  • nitric oxide film Following the above-mentioned nitric oxide film, m, protection, and hydrogen sintering are applied to make a circuit device having a transistor and a capacitor.
  • a value of about 6 was obtained.
  • electric characteristics such as Leak® characteristic 14, voltage resistance characteristic 14, hot carrier resistance, etc., and humility were also excellent, as with the age of Jong form 1 above.
  • the obtained gate thread color crane has no dependence on the plane orientation of silicon 3 ⁇ 43 ⁇ 4 103, and it is an excellent gate for silicon of any plane orientation other than the (100) plane; ! Color «could be formed. In this way, a gate with a combination of acid mask shoes and raw and succulent ai's high-profile dictators was created.
  • a vacuum fiber (101 is evacuated, and Ar gas is introduced into the shower plate 102 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 33 ⁇ 4 101. Then, the gas introduced into
  • a silicon fiber 103 that has been washed with dilute hydrofluoric acid in the immediately preceding pretreatment process and has silicon dangling bonds on the surface terminated with hydrogen is introduced into the knitting S processing unit 101, and the D-table with the heating S is introduced. 104. Set the temperature of the flask to 400 ° C.
  • a microphone mouthwave having a frequency of 2.45 GHz is supplied to the radial line slot antenna 106 for one minute from the coaxial waveguide 105, and the antenna returns to 101 through the dielectric 107 from the radial antenna slot antenna 106.
  • a microphone mouth wave is introduced, and high-density Kr plasma is injected into the difficult processing chamber 101. By exposing the surface of the silicon 103 itself to the plasma excited by the Kr gas in this manner, the surface-terminated hydrogen is removed.
  • the ®® process, the protective process, the hydrogen sintering process, etc. are performed to make the circuit circuit device including the transistor and the capacitor.
  • substantially in the range mixing ratio generation density of atomic oxygen as measured Omicron * is K r / O 2 / NH 3 gas is 97/3 / 0-95 / 3/2 by emission spectrometry
  • the ratio of NH 3 is further increased, the amount of generated atoms decreases, and the amount of atoms increases instead.
  • Particularly reduced leakage «53 ⁇ 4 is most K r / 0 2 / NH 3 gas mixture ratio is 96. 5/3/0. 5 ⁇ age, Ze' breakdown voltage, beta ⁇ '& breakdown voltage is improved.
  • Fig. 9 shows a series of silicon in the present embodiment measured with the secondary ionic substance. Con, ⁇ ⁇ , Nitrogen distribution. However, in Fig. 9, the leakage indicates the depth from the surface of the tree. In Fig. 9, the distributions of silicon, oxygen, and nitrogen appear to change gradually in the film, but this is not because the ID of the oxynitride film is not uniform and the etching uniformity is poor. caused by.
  • the concentration of nitrogen in Fujimi oxynitride is high on silicon / silicic acid and silicon light surfaces, and decreases in oxynitride.
  • the amount of nitrogen taken in is less than that of silicon ⁇ . ⁇
  • FIG. 10 shows the applied electric field dependence of the leakage current of the oxynitride film according to the present embodiment.
  • Fig. 10 for comparison, the acid ⁇ -characteristics of the acid of the same swelling without the Kr plasma exposure treatment before the TO castle with the Mic mouth wave plasma and the acid formed by thermal oxidation ! ⁇ Leaks Special I-raw is also shown.
  • the si-SI formed after Kr irradiation in the form of a male has the same leak characteristics as the X-irradiation formed in the same process. . about 1 of 6 nm: ⁇ your Rere also leak «value of ⁇ is 1 X 1 0 - 2 a / cm 2 in the past, such Rereko Togawakaru.
  • any A silicon oxynitride having excellent characteristics and film quality can be desired on a silicon surface having a plane orientation.
  • Te Jakure the proportion of coupling is reduced, also by the nitrogen is contained, the stress force S mitigation S i / S I_ ⁇ 2 interface and in the film, the sintered ⁇ i Medium It is considered that the density of interfacial shoes is difficult, and the electrical properties of anaerobic oxynitride are greatly improved.
  • the oxynitriding process has been completed by fiber, before stopping the microphone mouth-wave power, the partial pressure ratio from the knitting shower plate 102 was maintained while the pressure was maintained at about 133 Pa (lTorr).
  • the oxynitriding process may be terminated. According to this, silicon nitride is formed on the surface of silicon oxynitride, and a higher dielectric constant can be formed.
  • Figure 11 1 shows a conceptual diagram of shallow trench isolation.
  • the illustrated shallow trench isolation is a silicon sickle.
  • An isolation trench is formed on the surface of the 1003 by plasma etching, the formed trench is filled with the silicon layer Ml002 formed by the CVD method, and the disgusting silicon oxide Al002 is flattened by, for example, the CMP method. It is formed by
  • the silicon 3 ⁇ 43 ⁇ 4 is subjected to sacrificial oxidation by exposing silicon 800 to an oxidizing atmosphere of 800-900 ° C.
  • the acid is etched during the period containing hydrofluoric acid to obtain a hydrogen-terminated silicon surface.
  • ⁇ male in the same procedure as m ⁇ ,
  • K r plasma by removing the surface terminating hydrogen, then K r / 0 2 by introducing gas silico Nsani Ml to about 2 ⁇ 5 nm formed.
  • the silicon oxide is formed with a uniform thickness even at the corners of the shallow trench isolation, and the thickness of the silicon oxide is reduced. That's it.
  • the QBD (Charge to Breakdown) characteristics of the entire silicon oxide film including the shallow tonch isolation part formed by the plasma oxidation method using this Kr plasma are very poor, and the 3 ⁇ 4A3 ⁇ 4 Even at 2 C / cm 2 , the rise of the leak sickle does not occur, greatly improving the device availability. .
  • the disgusting silicon oxide was formed by a conventional thermal oxidation method: ⁇ , as shown in Fig. 11B, as the shallow trench isolation tee angle increases, the thinning at the shallow wrench isolation corners increases.
  • the plasma oxidation of the present invention even when the taper angle increases, the silicon oxide does not react at the corner of the shallow trench isolation.
  • the fiber area can be reduced by reducing the taper angle of the trench closer to a right angle. It is possible to further improve the rolling element.
  • a taper angle of about 70 ⁇ was used for the element "? ⁇ " Due to the restriction caused by the thermal corrosion at the trench corners shown in Fig. 11B. According to the invention, it is possible to use an angle of 90 degrees.
  • Figure 12 shows the silicon oxide film with a thickness of 3 nm formed on a silicon substrate with an irregular surface with a silicon surface etched to about 90 degrees according to the procedure of Embodiment 1. Show.
  • a uniform silicon oxide film can be formed on any surface.
  • the silicon MI has a three-dimensional silicon structure with multiple plane orientations such as awake structure by Honoki. It is possible to perform a high density ⁇ a.
  • FIG. 13 is a schematic plan view of a flash memory device according to the present embodiment. Referring to FIG. 13
  • the disgusting flash memory device is formed on a silicon scythe 1201, and a tunneling acid layer 122 on a disgusting silicon fiber 122 1,
  • a first polycrystalline silicon gate m3 ⁇ 4l 203 formed as a floating gate ⁇ 1 formed on a self-tunnel oxide film 1 202 and a polycrystalline silicon gate formed on a self-organized polycrystalline silicon gate 7
  • the second polycrystalline silicon gate Sl206 formed on the silicon layer tl205 and the silicon microstructure 205 and the control gate formed on the silicon 205 It is composed of In FIG. 13, illustration of a source region, a drain region, a contact hole, a wiring pattern, and the like is omitted.
  • the silicon oxide film 122 is formed by the silicon oxidation method described in the first embodiment, and the silicon oxide film 122 is formed by the silicon oxide film formation method. The formation of silicon nitride as described in the section; .
  • FIG. 14 to 17 are schematic views for explaining step by step the method of manufacturing the flash memory device of the present embodiment.
  • a flash memory cell area ⁇ , a high-transistor transistor area ⁇ and a transistor area C are formed on a silicon substrate 1301 by a finoleic acid oxide film 132.
  • the surface of 1 is silicon dioxide 1303 polished.
  • the so-called self field acid al 302 can be formed by a sculpting method (LOCOS?) Or a shallow trench isolation method.
  • Kr is stored as a plasma excitation gas for the purpose of removing surface-terminated hydrogen and removing acid. mm, the distance between the two is the same as in FIG.
  • the disgusting silicon oxide 1303 is removed from the memory cell area A, and the silicon surface is hydrogen-terminated with dilute hydrofluoric acid. Further, in the same manner as in the above-mentioned »form 1, the tonnonoleic acid 1304 is formed.
  • the inside of the evacuated space ttm 1 ⁇ ⁇ is evacuated to a vacuum, and Ar gas is introduced from the shower plate 102 into the ⁇ ®l 01.
  • the Ar gas is switched to the Kr gas, and the pressure in the processing chamber 101 is set to about 1 Torr.
  • the humid silicon 1301 with the silicon surface 1303 removed and the silicon surface diluted was introduced into the f! IfBW ⁇ l 01 as silicon 3 ⁇ 43 ⁇ 4103 in Fig. 1, and the Score on Dodai 104. Further, set the return ⁇ ⁇ to 400 ° C. -In addition, ⁇ A microwave with a frequency of 2.45 GHz is coupled to the radial line slot antenna 106 for 105 minutes with the coaxial waveguide 105, and the mouthpiece of the disgusting microphone is lifted from the antenna 106 of the radial ring slot antenna. Introduced into 101 101 through 101 through self-induction. By exposing the surface of the silicon substrate 1301 to the high-density Kr plasma thus formed in the processing chamber 101, terminal hydrogen is removed from the silicon surface of the silicon substrate 1301.
  • silicon oxide Idll 304 which forms an unfavorable S tunnel in the afflicted area A, is formed to a thickness of 3.5 nm. Then, the first polycrystalline silicon layer 1305 is aged so as to cover the distorted silicon oxide layer 304.
  • the first polycrystalline silicon layer 1305 is removed by patterning in the high-performance and S-EE transistor formation regions B and C, and only on the tunnel insulating film 1304 in the memory area 1A shell region A.
  • the first polycrystalline silicon pattern 1305 is left. After this etching, the surface of the polycrystalline silicon pattern 1305 is terminated with hydrogen.
  • ⁇ 306 having an ON structure of lower acid 1306 3 ⁇ 4 and upper 3 ⁇ 4 ⁇ ⁇ 1306 ⁇ was converted into a t & fE polycrystalline silicon pattern 1305. Shape to cover the surface of.
  • This ON film is formed as follows.
  • the inside of the vacuum weave 101 is evacuated to a vacuum, and the Ar gas introduced from the shower plate 102 is switched to Kr gas and introduced, and the ff-force in the M chamber is set to 133 Pa (IT orr) away. I do.
  • the silicon® 1301 having the polycrystalline silicon pattern 1305 terminated in a simple manner is put together on a sample table 104 having an introduction force into a 3M ⁇ 101. Set the temperature of the flask to 400 ° C.
  • a microphone mouth wave having a frequency of 2.45 GHz is coupled from the coaxial waveguide 105 to the return radial line slot antenna 106 for about 1 minute, and the return microwave is disturbed by the radial line slot antenna 106. It is introduced into the self-prototype 3 101 via 107, and the high-density r plasma is added. As a result, the surface of the tilted polycrystalline silicon pattern 1305 is exposed to Kr gas, and the surface-terminated hydrogen is removed.
  • process S3 ⁇ 4 the inside of the vacuum vessel 101 is ⁇ ; Introduce r gas and NH 3 gas. l Increase the pressure inside S3 ⁇ 4101 to 13.3Pa (100m To rr)! Set to ⁇ and replay 2.45 GHz mic mouth wave to return to home 101 from disgusting radial line slot antenna 106, apply high-density plasma in process S ⁇ ⁇ Silicon oxide A 6nm silicon nitride is formed on the surface.
  • the obtained ON film had a uniform line, no dependence on the plane orientation of polycrystalline silicon, and an extremely uniform film was obtained. I understand.
  • the high voltage application is performed in the step shown in FIG. 136 is removed from the high-voltage transistor regions B and C by pattern hunting, and then the threshold voltage control ions 3 ⁇ 4 ⁇ are applied to the high-voltage and tm-EE transistor regions B and C. .
  • the acid 1303 that was formed on the disgusting regions B and C was removed, and a gate oxide 1307 was formed to a thickness of 5 nm in the disgusting shell region, After that, a gut oxide film 1308 is formed in a thickness of 3 nm in the first region C to a thickness of 3 nm.
  • a second polycrystalline silicon layer 1309 and a silicide layer 1310 are formed on the entire structure including the field oxide film 1302, and further a suicide layer is formed.
  • the polycrystalline silicon layer 1309 and the silicide layer 1310 are patterned to form a gate « ⁇ 1311B in the transistor region B for obscene high voltage and the transistor region C for ⁇ ⁇ ⁇ And 1 3 1 C are respectively set to “1”. Further, a gate 3 ⁇ 4g 1311 A is formed corresponding to the “memory memory area m”.
  • the process proceeds to a standard ⁇ ⁇ 2> semiconductor process to form the source and drain regions, to form interlayer insulation and to form contact holes ⁇ to form B-line patterns. Go and make the element genuine.
  • these absolute values of 130A and 1306B are equivalent to those of conventional oxynitride ii even if they are reduced to conventional powders. . That is, even if the silicon oxide film 1306 A and the silicon nitride film 13 06 B are thinned, they have good electrical characteristics, and are fine and high quality.
  • the silicon oxide ail 306'A and silicon nitride 1 ⁇ 136B are formed at a low temperature, a thermal budget or the like occurs at the interface between the gate polycrystalline silicon and the silicon oxide. There is no occurrence and a good interface is obtained.
  • the flash memory device of the present invention can perform arbitrary writing and erasing operations in a small amount, suppress the effort of S3 ⁇ 4S3 ⁇ 4, and suppress the deterioration of the tunnel haze. For this reason, the nonvolatile [biological memory device] formed by two-dimensionally arranging the flash memory elements of the present invention can be manufactured at a high yield and exhibits stable characteristics (4).
  • the leakage current is small in accordance with the excellent film quality of 1306A and 1306B, and it is possible to reduce the melting without increasing the leakage.
  • the programming or erasing operation can be performed with the operating voltage of 5 V @ J, which results in the memory time of the flash memory device; The number of rewritable times increases by about two digits or more.
  • composition of the superb view 1306 is not limited to the ON structure described above.
  • An O key consisting of the same acid bii as in Form 1 and an N job consisting of Ni as in Form 2!
  • the translation may be similar to.
  • mm i 3 o 6 is a NO structure consisting of m and hypo, an ONO structure made by successively squeezing m, and a NONO structure consisting of m, mm, and acid sequentially. There may be.
  • Whether or not to select a misaligned structure as the objectionable color 1306 is determined by matching the high-level transistor of the peripheral circuit and the gate oxide film of the transistor! Can be scaled according to
  • FIG. 18 shows a cross-sectional view of a MOS transistor having a metal ffi SOI structure.
  • 1701 is an n + type or p + type low resistance layer
  • 1702 is a silicide layer such as NiSi
  • 1703 is a conductive layer such as TAN or TIN.
  • '' 1704 is a ⁇ M layer such as Cu
  • 1705 is a conductive I "nitride layer such as TaN, TiN, etc.
  • 1706 is an n + or p + type low resistance material layer
  • 1707 is , a 1 N, S i 3 N ⁇ I ⁇ thread colors such as 4, 1708 S i 0 2 film, 1709, S i O 2 layer, BPS G layer, if Ku has them combined viewed Ito ⁇ Absolute layer
  • 1710 is n + type drain region
  • 1711 is n + type source region
  • 1712 is p + type drain region
  • 1713 is p + type source region
  • 1714 1715 and 111> oriented silicon
  • the semiconductor layer 1716 is a SiO 2 film 1717 and 1717 formed by K r ⁇ ⁇ ⁇ 2 micro-produced high-density plasma after surface termination hydrogen is removed by K r plasma irradiation according to the procedure of Embodiment 1 of the present invention.
  • 171 8 is an nMOS transistor and a pMOS transistor gate ⁇ t ⁇ , which are represented by T a, T i, T aN / T a, T i N / T i, respectively.
  • the source electrode of the transistor, 17020 is the drain electrode of the nMOS transistor and the pMOS transistor.
  • 1721 is a source electrode of the pMOS transistor. 1 7 2 2 is difficult surface separation.
  • the heat treatment must be about 700 ° C. or less in order to suppress the placement of Cu.
  • the thermal excitation was used to close the gate, and the Kr / Oz microwave excitation height after the surface-terminated hydrogen was removed by Kr plasma irradiation.
  • the subthreshold characteristic is reduced to the age when the gate is formed by thermal oxidation. Despite being disfigured, the sub-threshold characteristics are extremely good for forming the gate medulla according to the present invention.
  • the mesa-type element has a silicon surface force ⁇ ⁇ on the side of the mesa element ⁇ Hffi that is different from the silicon plane, but the gate thread is formed by plasma oxidation using Kr.
  • oxidation of the mesa element isolation part can be performed almost uniformly as well as the plane part, and it is possible to obtain good electrical characteristics and high applicability. it can.
  • the silicon nitride film formed by using Ar / NH 3 has a very good electrical characteristic even at the age when the gate is unrestricted. «The circuit device can be used.
  • Figure 19 shows the polycrystalline silicon formed on a glass Splastic 3 ⁇ 4K or other large rectangular shape ⁇ formed by a force such as a liquid crystal display element ⁇ electora luminescence element.
  • FIG. 8 shows an example of a difficult manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention for performing oxidation, nitriding, and heating on a amorphous silicon layer.
  • the inside of the vacuum weaving (processing) 1807 is brought into a state, and then, the r / O 2 ⁇ "gas is introduced from the shower plate 1801 provided in the fB processing 3 ⁇ 1807, and further processed.
  • the pressure in the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 8 Q 7 is set to 133 Pa ( ⁇ rr) by controlling the inside of the pump by the 180 ⁇ pump. , Set S of glass fiber to 300 ° C.
  • the disgusting place 1807 is provided with a square waveguide 1805 force S, and then the disgusting multiple parts ⁇ ⁇ ⁇ From each slit part of the tube 1805, knit through the dielectric machine 18 Q 6 Treatment Introduce microwaves into S807 1807 and generate high-density plasma in sickle BM 1807.
  • the shower plate 1801 provided in the a3 807 of the restaurant also serves as a waveguide for propagating the microphone mouth wave tapped from the waveguide as a ⁇ ⁇ surface wave.
  • the gate oxide film of the present invention is formed using the apparatus shown in FIG. 19, and the liquid crystal display device, the shelf EL light-emitting device, etc. are described or used for processing circuits.
  • An example in which a polycrystalline silicon thin film transistor (TFT) is formed is shown.
  • 1901 is a glass substrate
  • 1902 is a Si 3 N 4 film
  • 1903 is a channel layer of a polycrystalline silicon nMOS mainly oriented on a (111) plane
  • 1905 and 1906 are nMOs of crystalline silicon, respectively.
  • S source and drain regions 1904 is a polycrystalline silicon pMOS channel layer oriented mainly on the (111) plane
  • 1907 and 1908 are polycrystalline pMOS source and drain regions, respectively. It is.
  • 191 0 polysilicon nMOS gate electrode, 1911 polysilicon pMOS of Gate Fuji, 1912 310 2, BSG, thread color Haze such BP SG, 1913, 1914 is a source electrode of the polycrystalline silicon NMO S (At the same time, a drain electrode of polycrystalline silicon p-MOS, and 1915 is a source electrode of polycrystalline silicon p-MOS.
  • the polycrystalline silicon formed in the yarn has a stable force S when oriented in the (111) plane direction perpendicular to the absolute direction, and has high crystallinity and high quality when it is oriented in the direction.
  • 1909 is the silicon oxide of the present invention having a thickness of 0.2 ⁇ m, which was prepared by the same procedure as in the form ⁇ using the apparatus shown in FIG. 19, and is polycrystalline oriented toward the (111) plane. It is formed on silicon at 400 ° C with a thickness of 3 nm.
  • the element between the transistors the sharpness of the ⁇ ⁇ region and the sharpness at the corners do not reduce the acidity, and the uniformity of silicon oxide kl on the flat and edge portions is formed on the silicon crystal by the force ⁇ ; ⁇ Ion implantation for forming the source and drain regions was performed without passing through the gate oxide MI, and was performed by aerial activation at 400 ° C. As a result, the entire process could be controlled at a temperature of 400 ° C or less, and a transistor could be formed on glass.
  • the mobility of this transistor is about 300 cmWsec or more for electrons, about 150 cmWsec or more for holes, and the source, drain breakdown voltage and gate breakdown voltage are 12 V or more. Channel length 1.5—2.
  • OnmS ⁇ transistor Then, it was possible to achieve a high operation exceeding 100 MHz. The leak characteristics of silicon and the interfacial wear of polycrystalline silicon Z were also low.
  • the liquid crystal display element iEL light emitting element can have high efficiency, low cost, high performance, and high fidelity.
  • This difficult mode is an embodiment in which the gate oxide film or gate nitride of the present invention is applied to polycrystalline silicon.
  • an amo / reference silicon thin film transistor (TFT) used for a liquid crystal display device or the like particularly, The same can be applied to a gate oxide film or a gate nitride film of a staggered thin film transistor (TFT). 9 difficult forms)
  • J1LSI three-dimensional
  • FIG. 21 is a diagram of a cross-sectional structure of the three-dimensional LSI of the present invention.
  • 2001 is the first SOI and ⁇ 1 ⁇ ⁇ 1
  • 2002 is the second SOI and Mm
  • 2003 is the first polycrystalline silicon element
  • 2004 is the second polycrystalline silicon element.
  • 2005 is an amorphous semiconductor device and a transliteration device and ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the first S ⁇ I and ⁇ ® Tsuru 2001, and the second S ⁇ I and Of ⁇ leakage 200 In 2, are formed by using the so-called transistor described in mm7.
  • the first polycrystalline silicon element and the ⁇ ! Study 2003 include a parallel digital arithmetic unit, a repeater unit between functional blocks, Elements are created.
  • the second polycrystalline silicon element and the wiring layer 2004 uses the polycrystalline silicon transistor described in Section 8, the parallel analog operation unit such as the pump and the AD transformation. Created.
  • An optical sensor, a sound sensor, a tactile sensor, a radio male receiver, etc. will be created in the amorphous body element and the rice cake and element 2005.
  • the signals of the optical sensor, sound sensor, tactile sensor, and radio wave reception unit provided in the semiconductor device and the functional material device in 2005 are the same as those of the second polycrystalline silicon device.
  • the polycrystalline silicon transistors provided in 2004 were combined in parallel analog operation units such as amplifiers and AD converters.
  • the first SOI and the Rooster B / Tsuru 2001 are equipped with a digital arithmetic processing unit using S ⁇ I transistors provided in the second SOI and the 2002, a high-precision high-speed analog unit, a synchronous Processed in DRAM.
  • the repeater section between the function blocks provided in the key polycrystalline silicon element and the I ⁇ B line layer 2003 can synchronize the signal of the entire LSI without occupying a large chip: Can be adjusted.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION it is possible to remove surface-terminated hydrogen at ⁇ : even at a low temperature of 400 ° C. or less by a continuous process that does not break the vacuum without deteriorating the flatness of the silicon surface.
  • the silicon oxide film formed by the conventional thermal oxidation process and the microphone mouth-wave plasma process is superior to the silicon oxide film. Films can be formed on silicon in all plane orientations at a low temperature of about 500 ° C or lower, and high-performance, high-performance micro transistor integrated circuits can be realized.
  • a thin high-quality silicon oxide having good characteristics such as leak 3 ⁇ 43 ⁇ 43 ⁇ 4 and withstand voltage is also provided on the silicon surface having a surface shape with irregularities at the corners of the isolation side 15 such as shallow trench isolation. It is possible to form a silicon film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, and the element component HI) is narrowed to achieve high-density device integration and high-density device integration with a three-dimensional structure. Has become possible.
  • the present invention it is possible to form high-quality silicon gate oxide and silicon gate nitride on polycrystalline silicon mainly formed on a crane and having mainly (ill) plane orientation. Therefore, it is possible to display devices using polycrystalline silicon transistors having a high ⁇ capability, and furthermore, a third-order integrated circuit device having multiple M transistors and functional elements, and the s «) ripple effect is large. Les ,.

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Description

本装置およびその製 法
嫌分野
本発明は、シリコン 体上に酸ィ tm、 m ,酸窒ィ騰カ研缄された 体装 びその形成方法に関する。 背景技術
M I S (金属 シリコン） トランジスタのグート絶靈には、低リーク電 流特 1·生、ィ£ 面 立密度、高耐圧性、高ホットキャリア耐性、均一なしきレ 直 «1£特 性など、様々な高性能電気特 14およ 赚性特 ["生が要求される。
これらの要求を満たすゲート絶 さ雌術として、従来は、藤^^ 1好を 使用した約 8 0 0° C離以上の熱酸化鎌が用いられてきた。
熱酸化工程は、従来、その前工程として ¾»、雄、 パ一ティクルなどの表面付 着汚 »を»工程によって除去を施してから行われる。こうした従来の »工程で は、.その最後に希フッ酸^ K素添 水等を用いた洗浄を行い、シリコン表面のシリコ ン ¾έ合手を水素で終端して、シリコン表面への自然酸ィ »城を抑制し、清浄な表 面を有するシリコン鎌を、次に続く熱酸化工程へと導入して 、る。熱酸化工程では、 この表面終端水素はアルゴン （A r )などの不活性ガス雰囲気でシリコン ¾f本を昇温 していく過程で約 β 0 0° C 以上の離で «1"る。シリコン表面の酸化は、そ の働 8 0 0° C以上で藤^^なレ、し f¾k好を導入した雰囲気で行われてレ、た。 従来、このような熱 化 S¾を使用してシリコン表面にシリコン酸ィ匕膜を形成した ¾^、 子な酸 itm シリコン界面特性、酸ィ の耐圧特性、 リーク などが. 得られるのは、表面が（1 0 0)面方位に配向したシリコンを用いた時に限られてい た。また、従来の熱酸化技術で作成されたシリコン酸ィ ではその麟を約 2 nm程 度以下にすると著しいリーク織の颗匕が起こり、ゲート絡纏の薄醅匕を要财る 高 田トランジスタの^ aが阻害されてい fco .
また、 ( 1 0 0) 面^の他の面方位に配向した結晶シリコンや、 i¾«上におい て主として（1 1 1 )面に配向する多結晶シリコン等では、熱酸化 S iを棚してシ リコン酸化膜を形成しても、 （1 0 0) 面方位に配向したシリコンのシリコン酸化膜 に比べて酸 i! シリコン界面の界面 立密度が著しく高く、このため廳が薄いシ リコン酸ィ t ^では耐圧特 I"生、 リーク β¾¾特性などの電気的特！ "生が劣悪であり、棚す る にシリコン酸ィ の麟を増大させる必要があった。
一方、醉におレ、ては轉体装置の^ 性の効率を向上させるために大口径のシリ コンゥエーハ¾¾のィ魏、あるいは大面積のガラス の翻力 S進んでレヽる。 こうし た大 Μ¾板の全面で均一な特性のトランジスタを高レヽスループットで生産するため には、 显降温の？破変化幅の少なレ、傲显での、 しかも？破依存性の少ない 成工程が求められる。従来の熱酸化工程では酸ィ 艇の?踏ゆらぎに る変化 が大きく、大 aasfeを使って高レヽス /トプットで ¾ί機置の ^性を行うことは 困難であつ
こうした、従来 酸化工程における纏 決しようとして、数多くの低 Ml プロセス力'^^られている。な力でも、特開平 1 1— 2 7 9 7 7 3 言識の技体 、 テク二カル .ダイジェスト.ォブ ·ィンターナショナル 'エレクトロン'デバィセズ · ^一アイング， 1 9 9 9 (Technical Digest of International Electron Devices Meeting 1999)、 p p . 2 4 9— 2 5 2言識の g¾)、 あるいは 2 0 0 0 シンポジウム ·オン ·ブイエノレエスアイ 'テクノロジ'ダイジエスト 'ォブ 'テク二 力 7レ ·へ一/一ズ（2000 Symposium on VLSI Techno logy Digest of Technical Papers)、 p p . 7 6— 1 7 7に記載の技術では、 プラズマ中に不活性ガスと酸素 気体分子を導入して、大きな準安定靴を有する不活性ガスに瞧 の原子状化を 効率的に行 ^Tることで、原子状 によるシリコン表面の酸化を行レ、J；嫩的良好な 電気特性を得ている。
これらの鎌においては、 不活性ガスのクリプトン （K r ) と酸素 (O2) 混合ガ' スにマイク口波を照射し、 K rと 02混合プラズマを発生させ原子状酵 O*を大量 に^して 4 0 0 ° CS^の S ^でシリコンの酸化を行レ、、従来の熱酸化に |« "る 低リーク ¾¾樹生、 面 立密度、高耐圧性 ¾ξ¾している。 また、 この酸化謹 によれば（1 0 0)面以外の他の面方位を有すシリコン表面にも高品質な酸ィ匕膜が得 られる。
しかしながら、こうした従来のマイクロ «起プラズマによるシリコン酸ィ TO城 技術では、 原子状酸素 O*を棚した酸化を行っているにも力かわらず、従来の麟 あるいは水分子を使用した熱酸化工程と同等禾!^の電気的特性を有するシリコ ン酸ィ llし力 4辱られていない。特にシリコン 表面において約 2 nm禾 l 以下の酸 ィ,を有するシリコン酸 では良好な低いリーク βί¾特 I"生を得ることが出来ず、 グート絶 «のさらなる薄膨ヒを要求する高' 14»田トランジスタの «は、従来の 熱酸ィ と同様に困難であった。
また、 トランジスタの酸仆膜へのホットキャリア注入の影響によるコンダクタンス の劣化や、フラッシュメモリなど、シリコン酸ィ 中に電子をトンネル伝導させる素 子において、 リーク職の増加など電気特性の経時的劣化が、シリコン酸 ίϋΐΐを従来 の熱工程により形成した:^よりも顕著に起こってしまうという を有していた。 発明の開示
そこで本発明は、以 _ ベた濯を角欲し 規で有用な 体装置およびその製 ^法を搬することを概括 ½ϋ とする。
本発明のより具体的な羅は、従来の熱酸化擁に代わる低温プラズマ酸化鎌を »することにある。
本発明のその他の課題は、あらゆる面方位のシリコン面に適用可能な、低温での高 品 Μ^ϋ術を することにある。
本宪明のその他の,は、力かる低温での高品鶴 feTO^gMを使った、 fStt の高レ、高品質な微細^ ¾体装置、特にトランジスタ集積回路装置ゃフラッシュメモリ 装置、更にはトランジスタ 能素子を複数備えた 3 ^ mm,および その製 法を «することにある。
本発明のその他の は、
シリコン表面に形成されたシリコン化^層を含む^体装置であって、 嫌己シリコン化合物層は、少なくとも所定の不活性ガスを含み、水 有量が面密 度娜で 1 0 u/ c m2以下であることを糊敷とする ^体装置を «することにあ る。
本発明のその他の は、
シリコン表面上に第 1のシリコン化合物層を介して形成された多結晶シリコン膜 を有するトランジスタと、多結晶シリコン表面上に形成された第 2のシリコン化^^ 層を含むキャパシタとを、 共 上に備えた ^体メモリ装置であって、 謙己第 1および第 2のシリコン化合物層の各々は少なくとも所定の不活性ガスを 含み、 水餘有量が面密度鍵で 1 0 u/ c m2以下であることを赚とする轉体 装置を することにある。
本発明のその他の は、
上に形成された多結晶シリコン層又はアモルファスシリコン層を活' 14ϋとす る^ ¾体装置であって、
編己シリコン層の表面には、少なくとも所定の不活性ガスを含み、水 有量が面 密度換算で 1 0 u/ c m2以下のシリコン化 ^#1層力 S形成され、
編己轉体装置は、編 S¾¾上に形成された表示素子を»することを牺敷とする
^体装置を »することにある。
• 本発明のその他の■は、
シリコン表面上への^体装置の製 i ^法であ όて、
嫌己シリコン表面を第 1の不活性ガスによる第 1のブラズマに曝して、編己シリコ ン表面上の少なくとも一部にあらかじめ している水素を除去する工程と、 第 2の不活性ガスと一 なレ、しは複 ms^の気体分子の混合ガスによる第 2の プラズマを形成し、 ΙϋΙ己第 2のプラズマの下で嫌 Sシリコン表面に嫌己気体分子を構 成する元素の少なくとも一部を含むシリコン化合物層を形成する工程とを含むこと を街敷とする轉体装置の製^法を^ *することにある。
本発明のその他の! ¾Sは ' シリコン表面上に第 1の絶 を介して形成された多結晶シリコン膜を有するト ランジスタと、多結晶シリコン表面上に形成された第 2の絶 を含むキャパシタと を共通 ¾K上に備えた半導体メモリ装置の製造 去であって、
前記シリコン表面を第 1の不活性ガスによる第 1のプラズマに曝して前記シリコ ン表面の少なくとも一部に予め «する水素を除去する工程と、 ， 第 2の不活性ガスと一 なレヽしは複¾^1の気体 ^の混合ガスによる第 2の プラズマを形成し、廳己第 2のプラズマの下で、嫌己シリコン表面に嫌己気体 を ネ冓成する元素の少なくとも むシリコン化合物層を、 ΙίίΙΒ第 1の絶 として 形成する工程とを含むことを |敷とする半導体装置の製 法を することにあ' る。
本発明のその他の は、
上への多結晶シリコン層又はァモルファスシリコン層を活 '¾ϋとする半導体 装置の製 去であって、
嫌 B¾f肚に、多結晶シリコン層またはァモルファスシリコン層よりなるシリコン 層を形成する工程と、
前記シリコン層表面を第 1の不活性ガスによるブラズマに曝して、謙己シリコン層 表面の少なくとも一部に^する水素を除去する工程と、
第 2の不活性ガスと一,なレ、しは複 の気体 の混合ガスによるブラズ マを発生させて、 tin己シリコン層表面に歸己気体好を構^ る元素の少なくども一 部を含むシリコン化合物層を形成する工程とを含むことを糊敷とする半導体装置の 製^去を»することにある。
本発明によれば、シリコン表面の平坦性を顯匕させることな 真空を破らなレ、連 続的な工程で、 4 0 0°C¾以下の低温でも完全に表面終端水素を除去することが可 能になり、従来の熱酸化工程^^ィク口波プラズマ工程で «したシリコン酸ィ 1 ^よ り優れた特性、ィ«性を有するシリコン酸ィ tJl、 シリコン窒ィ 、 シリコン酸窒ィ を約 5 0 0°Cm¾以下の低温であらゆる面方位のシリコンに形成でき、信頼性の高い、 高性能な »細トランジスタ集積回路を できるようになった。
また、本発明によれば、シヤロートレンチアイソレーションなどの素 ÷ ^離側 の角部 凹凸のある表面形状をもつシリコン表面にもリーク や耐圧などの特 性が^；子な薄い高品質なシリコン酸ィ ai、 シリコン ¾イ^、 シリコン酸窒ィ を开誠 すること力 s可能となり、素^辦畐を狭くした高密度な素子集積化、立 ίί¾«造を持 つ高密度な素子纏匕が可能となった。
さらに、本発明のゲート, 観を棚することで、書き換え回数が圧倒的に増加可 能なフラッシュメモリ素子などを親することができた。
さらに、本発明によれば、糸 Ml上に形成される主として （1 1 1)面に配向する 多結晶シリコンにも高品質なシリコンゲ一ト酸ィ 、シリコンゲート窒ィ を形^ ることが可能となり、高 β能力を有する多結晶シリコントランジスタを^した表 示装置、 さらにはトランジスタ、機能素子を複 層した 3次 積回路素子を することができるようになる。 図面の簡単な説明
図 1は'ラジアルラインス口ットアンテナを用いたプラズマ装置の 図； 図 2は赤外分 βで測定したシリコン表面終端水素とシリコンの結合の K rブラ ズマ暴露依存性を示す特國；
図 3はシリコン酸ィ tan?の処3¾ガス圧力依存性を^ 特性図；
' 図 4はシリコン酸ィ! ^中の K r密度の深さ方向分布を示す特 図；
図 5はシリコン酸ィ I ^の β^βΒΕ特 (·生を示す特 I·生図；
図 6はシリコン酸化膜およびシリコン酸窒化膜のリーク電流特性と麟の関係を 示す図； . ―
図 7はシリコン窒ィ の処3¾内ガス圧力依存性を示す特性図；
図 8はシリコン酸窒化^ 成時の原子状酸素と原子^ zK素の発光 ¾ ^を示す特性 図；
図 9はシリコン酸窒ィ 1«の元素分布を示す特性図；
図 1 0はシリコン ^の 特性を示す特性図； .
図 1 1 A〜： L 1 Cはシャロートレンチアイソレーションの根 的断面図； 図 1 2は凹凸のあるシリコン表面に开成した立体的トランジスタの断面: Sit図； 図 1 3はフラッシュメモリ素子の断面 ¾tの概略図； '
図 1 4 f 発明のフラッシュメモリ素子の形成方法を段階的に説明する概略断面 構造図；
図 1 5は本発明のフラッシュメモリ素子の形成方法を段階的に説明する概略断面 構造図；
図 1 6 発明のフラッシュメモリ素子の形成方法を段階的に説明する概略断面 構造図；
図 1 7 ί#発明のフラッシュメモリ素子の形成方法を段階的に説明する概略断面 構造図；
図 1 8は金属 S O I上に «された MO Sトランジスタの断面^ tの概略図； 図 1 9はガラス やプラスチック などに «されるプラズマ装置の »図； 図 20は絶^^の多結晶シリコントランジスタの 面構造の概略図； 図 2.1は 3次元 L S Iの断面構造の概念図である。 発明を実施するための最良の態様
以下、本発明を麵した好適な諸^^態にっレ、て、図面を参照しながら詳細に説 明する。
の雄形態）
初めに、 ブラズマを用レ、た低温での酸ィ 1«成にっレ、て説明する。
図 1は、本発明で使われるラジァノレラインスロットァンテナを用 、たプラズマ; ¾0理 装置の一例を示す断面図である。
本 ^態、においては、シリコン表面の未^手を終端している水素を除去するの に、次の酸ィ隨诚ェ程でプラズマ励起ガスとして使われる K rを棚し、同一処理 室内で 镜して表面終端水素除去処理と酸化処理とを行う。
まず、真空容器（処 a¾) 101内を真空にし、次にシャワープレート 102から 最初に Δ rガスを導入し、それを K rガスに切替える。 さらに、爾己処盤 101内 の圧力を 133Pa (lTo r r) 禾 tに設定する。
次にシリコン¾¾ 103を、加 «Sを持つ 斗台 104に置き、舞斗の? を 4 00 °Cm¾に設定する。前記シリコン基板 103の温度が 200— 550°Cの範囲内 であれば、以下に述べる結果はほとんど同様のものとなる。肅己シリコン¾¾ 103 は、直前の前処理工程にぉレ、て希フッ酸»が施され、その結;^面のシリコン 合手が水素で終端されている。
次に同軸導波管 105からラジアルラインスロットアンテナ 106に周波数が 2. 45 GHzのマイク口波を脚合し、嫌己マイク口波を謙己ラジァルラインスロットァ ンテナ 106力 処趣 101の壁面の ~¾に設けられた誘電 ί様 107を通して、 m ^. ι ο ι内に導入する。導入されたマイク口波は嫌己シャワープレート ι o
2力ら觸己 M¾ 101内に導入された K rガスを励起し、その結果嫌己シャワープ レート 102の直下に高密度の K rプラズマ力 S形成される。脚 るマイク口波の周 波数が 900MHz禾號以 Jb約 10 GHz禾敏以下の範囲にあれば、以下に述べる結 果はほとんど同様のものとなる。 図 1の構成にぉレ、てシャワープレート 1 0 2と雄 1 0 3の間隔は、本雞形態で は 6 c mに設定する。 この間隔は狭いほうがより高速な藤が可能となる。本雞形 態では、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置を用いて ^^した例 を示しているが、他の方法を用いてマイク口波を処^¾内に導入してプラズマを励起 してもよい。
廳己シリコン纖 1 0 3を K rガスで励起されたプラズマに曝すことにより、嫌己 シリコン基板 1 0 3の表面は低エネルギの K rィオン照射を受け、その表面終端水素 が^ *される。
図 2は前記シリコン基板 1 0 3表面におけるシリコン一水素結合を赤外分光器に より分析した結果であり、嫌己^ S¾l 0 1中にマイクロ波を 1 3 3 P a ( Ι Τ ο r r ) の圧力下、 1. 2 W/ c m2のパワーで導入することで励起した K rプラズマに よる、 シリコン表面終端水素の除^果を示す。
図 2を参照するに、わずか 1秒做の rプラズマ照 でシリコンー水素結合に特 徴的な波数 2 1 0 0 c m— 1付近の光吸収がほとんど消滅し、約 3 0秒の照射ではほぼ 完全に消滅するのがわかる。すなわち、約 3 0秒の K rプラズマ照射により、シリコ ン表面を終端してレ、た水素が除去できることがわかる。本¾»態では、 1分間の K rプラズマ照射を施して、表面終端水素を^ kに除去する。
次に、 搬己シャワープレート 1 0 2から 9 7ノ3の分 JB:匕の K r /02 ガスを 導入する。この際、処理室内の圧力は 1 3 3 P a ( 1 T o r r)程度に網寺しておく。 K rガスと O2ガス力 S混合された高密^ ¾起プラズマ中では、 中間励起状態にある K r *と 02 が衝突し、原子状酸素 O*を効率よく大量に発生できる。
本 ¾¾¾例では、 この原子、状薩 O*により嫌己シリコン¾¾ 1 0 3の表面を酸ィ匕す る。 微のシリコン表面の熱酸化法では、 02 ^?^H2O好により酸化が行われ、
8 0 0。 C以上の極めて高い処理？ が必要であつたが、本発明の原子状藤による 酸化処理では、 4 0 0° の非常にィ氐い? ½で酸化が可能である。 K r *と 02 の種 を大きくするには、処¾¾£力は高 V、方が望ま LVヽが、あまり高くすると、 発生した Ο*同志が種疾し、 02 に戻ってしまう。 当然、錢ガス圧力が雜す る。
図 3に、 Μ¾内の K r /02の圧力比を 9 7ノ 3に しつつ、 嫌己処 Ϊ 0 l内のガス圧力を変化させた の、形成される酸ィ kiの厚さと処 a¾内圧力との関 係を示す。ただし図 3では、シリコン基板 103の温度を 400° Cに設定し、 10 分間の酸化処理を行っている。
図 3を参照するに、嫌己処3¾101内の圧力が約 133Pa (lTo r r)の時 に最も酸 は速くなり、この圧力なレヽしはその近傍の圧力条件が: ¾iであること がわかる。 この; ti!EE力は、廳己シリコン纖反 103の面方位が (100)面である 8こ限らず、 どの面方位のシリコン表面であっても同じである。
所望のUf!のシリコン酸ィ が形成されたところでマイク口波パワーの導入を止 めプラズマ励起を終了し、 さらに K r /Oz混合ガスを A rガスに して酸化工程 を終終了する。本工程の雌に A rガスを翻するのは K rより安価なガスをパージ ガスに使用するためである。 本工程に翻された K rガスは回収雨 U用する。
以上の酸ィ隨铖に続いて、謹形成工程、保 ¾ ^城工程、水素シンタ処理工程 ■等を施してトランジスタやキャパシタを含む ίΦΜ回路装置を^ ¾さる。
上記の手順で形成されたシリコン酸イ^中の水^"有量を昇 出により測定し たどころ、 3 nmの膨のシリコン酸ィ において面密度換算で 1012/cm2 §. 以下であった。特にリーク飄が少なレ、酸ィ におレ、てはシリコン酸ィ 内の水 有量は、 面密度露で 10u/c m2激以下であることカ蒙された。 一方、 酸化 赚铖前に K rプラズマの暴露を行わなかった酸ィ は面密度換算で 1012/ c m2 を超える水素を含んでいた。
また、上記の手順で形成されたシリコン謝 を剥離した後のシリコン表面と酸化 麵成前のシリコン表面の粗さを原子間力顕^^で測定して比較したところ、シリコ ン表面の荒さ力 s変化していないの力 s«、され すなわち、終端水素を除去して酸化 した後でもシリコン表面が^ τることばなレ、。
図 4は、 上記の手順で形成されたシリコン酸 中の Kr密度の深さ方向分布を、 ^S t蛍光 X^¾¾置を用レヽて調べたものである。ただし図 4の转果はシリコンの (100) 面についてのものであるが、 （100) 面に限らず他の方位でも同様の結 果が得られる。 ·
図 4の麵では、 K r中の藤の分圧を 3 %に、また処 S¾内の圧力を 133 P a (lTo r r) に設定し、 プラズマ酸化処理を毅反 00° Cで行っている。 図 4を参照するに、シリコン酸ィ I I中の K r密度は下地のシリコン表面から遠ざか るにつれて増大し、シリコン酸ィ！ ^面では 2 X 1 (^/。！^鍵の密度に針る。 このこと力ゝら、上記の手順で得られるシリコン酸ィ は、下地のシリコン表面からの
«が 4 nm以上の領域において膜中の K r ¾tが一定で、一方シリコン表面からの が 4 n m以下の領域にぉレ、てはシリコンノシリコン謝 の界面に向かって減
Γ少している膜であることがわかる。
図 5は、上記の手順で得られたシリコン酸ィ について、 リーク職の印加離依 存性を^"。 ただし図 5の,結果は、 シリコン酸ィ [^の酵が 4. 4 n mの につレ、 . てのものである。 のため、図 5中には酸化 β城前に K rプラズマの暴露を行わ なかった について、 同一膜厚の酸化膜のリーク電流特性を示している。
図 5を参照するに、 K rプラズマへの暴露を行わなかった:^のシリコン酸ィ MIの リーク «¾特1"生は、 従来の熱酸ィ！ ^のリーク職特 I·生と同等であり、 K r O2マイ ク口波プラズマによる酸化処理を行っても、得られる酸ィ t¾Iのリーク β特 ί生を余り 改善することができないことがわかる。 これに対し、 K rプラズマ照射により終端水 素除去を施してから K r /02ガスを導入して酸化を行う本^ F態の方法により形 成されたシリコン酸ィ は、従来のマイクロ波プラズマ酸化により形成されたシリコ ン酸ィ よりも同一 β におけるリーク が 2〜3桁も減少し、非常に餅な低リ ーク特性を示していることがわかる。同様のリーク 特性の改善は、さらに薄い 1 .
7 nm までの Hipのシリコン酸ィ でも^ ¾できることカ^ >されている。 図 6は、本« ^態によるシリコン酸ィ! ^のリーク職特 I"生を、嫌己シリコン酸化 膜の觸を変化させて測定した結果を示す。ただし図 6中、△は従来の熱酸ィ のリ ーク電流特性を、 また〇は K rプラズマへの曝露を省略して K r / zプラズマによ る酸化を行った のシリコン酸ィ のリーク 特 I·生を、 さらに ·は、蘇 K rプ ラズマへの曝露の後、 fijlBK r /O2ブラズマによる酸化を行った本雄例形態によ るシリコン酸ィ瞧のリーク 特性を示す。 なお図 6中、 騙で^ r^'ータは、後で説 明する酸窒ィ につレ、てのリ一ク 特 (·生を^-。
図 6を参照するに、。で示す、 K rプラズマへの曝露工程を省略してプラズマ酸化 工程で形成したシリコン酸ィヒ擴のリーク βί¾特性は、△で示 ¾酸ィヒ膜のリーク 特 と一針るのに対し、拳で示す、本雄形態によるシリコン酸ィ のリーク 特 は、〇で示すリーク 特性に対して 2〜3桁も減少しているのがわかる。また、 本 態によるシリコン酸ィ では、廳が約 1. 5 nmであっても、厚さが 2 n mの熱酸ィ tilのリーク ®¾に匹 る、 1 X 1 0"2A/ c m2のリーク を難で きることがわかる。
また、本¾»態により得られたシリコン酸ィ について、シリコン /シリコン酸 ィ bE 面 立密度の面方位依存性を測定してみると、どの面方位のシリコン表面にお レヽても、 約 1 X 1 010 c m一2 e V—1の非常に低レ、界面 立密度が得られることを見出 した。
この他、耐圧辦生、ホットキャリア耐 ["生、ストレス ®¾を流したときのシリコン酸 ィ が石皮壊に至るまでの ¾¾*QBD (C h a r g e - t o -B r e a k d o n) などの電気的特 14、イ讓性的特 (·生に関して、本^^態により形成した酸ィ 1«は、従 来の熱酸ィ hi!と同等なレヽしはそれ以上の良好な特生を示す。
±¾ϋしたように、 表面終端水素を除去してから K r /O2高密度プラズマによりシ リコン酸化工程を行うことで、 4 0 0° Cという低温においても、あらゆる面方位の シリコンに優れたシリコン酸ィ を形^ Tることができる。こうした効果が得られる のは、終端水素除去により酸ィ瞧中の水餘有量が少なくなり、力 、酸ィ Ml中に K r力 S含有されることに起因してレ、ると考えられる。謝 [^中の水素力 S少ないことでシ リコン酸ィ t ^内の元素の弱レヽ結合が少なくなり、 また r力含有されることにより、 膜中や S i /S i O2界面でのストレス力 S緩和され、膜中 ¾tや界面 立密度カ繊 され、 シリコン酸ィ の電気的特 1·生が大幅に改善されているためと考えられる。 特に、表面密度換算にぉレ、て水素離を 1 012/ c m2以下、望ましくは 1 0ェ1/ c m2鍵以下にすることと、 5 X 1 0 UZ c m2以 1¾ ^の K rを含むことと力 シリ コン酸ィ 1^1の電気的特性、 ィ議性的特性の改善に寄与しているものと考えられる。 本発明の酸 莫を^ aするためには、図 1の装置の他に、プラズマを用いた低温の 酸ィ ^成を可能とする別のプラズマプロセス用装置を してもカゝまわない。たと えば、マイク口波によりプラズマを励起するために K rガスを放出する第 1のガス放 出構造と、 ガスを放出する、編己第 1のガス放出構造とは異なる第 2のガス放出 構造とを備えた 2段シャワープレート型プラズマプロセス装置を使うことも可能で ある。 なお、本雄形態では、所望の鹏のシリコン酸ィ が形成されたところでマイク 口波パワーの導入を止めプラズマ励起を終了し、 さらに K r /02混合ガスを A rガ スに置換して酸化工程を終えているが、藤己マイクロ波パワーを止める前に、圧力を 133Pa (lTo r r)禾！^に保ったままシャワープレート 102から分圧比 98 /2の Kr/NH3混合ガスを導入し、 シリコン酸ィ の表面に約 0. 7nmのシリ コン窒ィ! ^を形成して を終えても良レ、。この方法によれば表面にシリコン窒ィ!^ 力 s形成されたシリコン隨 が得られ、より高レ、比誘驗を有する絶讓を形^ ることが可能になる。 2の猫形態）
次に、プラズマを用いた低温での窒ィ匿滅について述べる。窒ィ («城には図 1 と同様の装置を用いる。
本¾»態においては、終端本素除去及び窒ィ瞻城時のために A rまたは K rを プラズマ励起ガスとして細することが良質な窒ィ を形成する上で望まし 、。 以下 A rを TOした際の一例を示す。
まず、真空織（処纏） 101内を真空にお^:し、次にシャワープレート 102 から A rガスを導入して処 内の圧力を 13. 3Pa (10 OmT o r r ) S¾に 設定する。
次に、直前の前処 a 程におレヽて水素添ロ水静により表面のシリコン未結合手が 水素で終端されたシリコン繊 103を処纏 101中に導入し、加 i«を持つ試 料台 104に る。 さらに^ fsの?踏を 500。 Cに設定する。この が 30 0— 550° Cの範囲内であるならば、 以下に述べる結果とはほとんど変わらなレ、。 次に、同 ¾j¾波管 105力、ら、ラジアルラインスロットアンテナ 106およひ 電 ί報 107を通して、 β¾内に、 2. 45 GHzのマイクロ波を 合し、処 3¾内 に高密度の A rプラズマを る。働 るマイク口波の周波数が 90 OMH z程 度以上 10 GH z禾 以下の範囲にあれば、以下に述べる結果はほとんど変わらなレ、。 シャワープレート 102と纖 103の間隔は、本 ¾^態では 6 cmに設定してい る。 この間隔は狭いほうがより高速な劇莫が可能となる。なお本¾»態では、 ラジ アルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置を用いて成膜した例を示してい るが、 他の方法を用いてマイクロ波を処盤内に導入してもよレ、。
このように A rガスで励起されたプラズマに曝されたシリコン表面は低エネルギ の A rイオン照射を受け、その表面終端水素が除去される。本^^態では 1分間の A rプラズマ暴露を施す。
次に、 シャワープレート 1 0 2から A rガスに分圧比で 20/0の NH3ガスを混合し て導入する。 この際、 内の圧力は 1 3. 3 P a ( l O OmT o r r ) に保 つ。 A rガスと NH3ガス力 S混合された高密 起プラズマ中では、 中間励起状態に ある A r *と NH3好力 S衝突し、 NH*ラジカルが効率よく発生する。 この NH*ラ ジカルがシリコン ¾)£表面を窒化する。
次に、所望の のシリコン窒ィ が形成されたところでマイク口波パワーの導入 を止めブラズマ励起を終了し、 さらに A r /NH3混合ガスを A rガスに置換して窒 化工程を終了する。 '
以上の窒ィ瞻铖に続いて、 ¾¾城、 i m ,水素シンク処理等を行い、 ト ランジスタゃキャパシタなどを含む ^^置を誠させる。
本^ ^^態では、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置を用いて 窒ィ (^を雌した例を示したが、他の方法を用いてマイクロ波を処趣內に導入して もよい。 また本雄形態では、 プラズマ励起ガスに A rを確しているが、 K rを用 レ、ても同様の結果を得ることができる。 また、本 ¾»態では、プラズマプロセスガ スに NH3を用いているが、 N2と などの混合ガスを用いても良い。
本発明のシリコ ^ィ t»城にぉレ、ては、 表面終端水素を除去した後にぉレ、ても、 プラズマ中に水素が することがひとつの重要な要件である。プラズマ中に水素が 被することにより、 シリコン窒ィ Ml中及び界面のダングリングボンドが S i— H、 N—H結合を形成して終端され、その結果シリコン窒ィ ぴ界面の電子ドラップが 無くなると考えられる。
S i— H結合、 N— H結合が本発明の窒ィ に被することは、それぞれ赤外吸収 スぺクトル、 X線光電 スぺクトルを測定することで βされている。水素が存 在することで、 CV特性のヒステリシスも無くなり、シリコン/シリコン窒ィ 面 ^(立密度も 2 X 1 010 c m— 2と低く抑えられる。 希ガス （A rまたは K r ) と N2Z ¾の混合ガスを使用してシリコン窒ィ 莫を形成する には水素ガスの分圧を 0. 5 %以上とすることで、膜中の電^正孔のトラップを著しくに減少させることがで さる。
図 7は、上述の手順で作成したシリコン窒 ·{,の圧力依存性を示す。ただし図 7 の実験にぉレヽて A r /NH3の分 IB;匕は 98/2に設定されており、 寺間は 30 分である。
図 7を参照するに、窒ィ kiiの成長艇は、 内の圧力を下げて希ガス ま たは Kr) が NH3 (または ]^2 ¾2) に与えるエネルギーを増やした方が速くなる ことがわかる。窒ィ 成効率の観 からは、ガス圧力は 6. 65-13. 3Pa (5 0〜： 100 mT o r r)の範囲が好ましレ、が、他の^ S形態で ベるように、酸化と 窒化を連镜する工程では酸化に適した] £¾、例えば 133Pa (lTor r)禾！^に 統一して窒化を行うことも、麵性の観 からは好ましい餅である。また、希ガス 中の NH3 (または N2/H2) の分圧は 1〜： L 0%の範囲が良く、 さらに好ましくは 2〜6%が良い。
本^ ^態により得られたシリコン窒ィ M の比誘電率は 7. 9であったが、この値 はシリコン酸ィ blの比誘電率の約 2倍に相当する。 .
本^ 態により得られたシリコン窒ィ の¾觀特性を測定したところ、麟 が 3. Onm
Figure imgf000016_0001
5 n mに相当） のときに、 1 Vの «£印加時に ぉ 、て、廳が 1. 5n mの熱謝 ! iよりも 5— 6桁以上も低レ、リ一ク¾¾特 I"生が得 られること力 S見出され これは、本 «例によるシリコン窒ィ MIを使うことにより、 ゲート絶 にシリコン酸ィ を使用したトランジスタにおレヽて問題となってレ、る 微細化限界を «できることが可能であることを意味する。
した窒ィ kllの β¾Ι ^件、 およ TJ¾眺、 電気的特生は、 (100) 面方位のシ リコン表面上に限定されるものではなく、 （111) 面を含むあらゆる面方位のシリ コンにおいて、 同様に成立する。 '
本 » ^態により得られた好ましレ、結果は、終端水素が除去されたことによること だけが原因ではなく、窒ィ 中に A rまたは K r力 S含有されることにも »すると考 'えられる。すなわち、本^例形態こよる窒ィ (^では窒ィSI中ゃシリコン Z窒ィ ai 面でのストレスが、窒ィ 中に含有される A rあるいは K rにより緩和され、その結 果シリコン窒ィ [^中の固定 界面萌立密度力 S繊され、電気的特 14、 麵性的特 性が大幅に改善されたものと考えられる。
特に、 シリコン酸ィ [^の齢と同様に、 表面密度において 5 X 1 0n/c m2以下 の A rまたは K rを含むことがシリコン窒イ^の電気的特 14、ィ！^性的特生の改善に 寄与していると考えられる。
本発明の窒 'ίί^莫を^するためには、図 1の装置の他に、ブラズマを用 ヽた低温の 謝 1«城を可能とする別のプラズマプロセス用装置を^ fflしてもカゝまわない。たと えば、マイク口波によりプラズマを励起するための A rまたは K rガスを放出する第 1のガス放出構造と、 NH3 ほたは N2/H2ガス） ガスを放出する、廳3第 1のガ ス放出構造とは異なる第 2のガス放出構造とをもつ 2段シャワープレート型プラズ マプロセス装置で形^ 1~ることも可能である。
(第 3の雄形態）
次に、ゲート絶難にプラズマを用いた低温の酸ィ と窒ィ の 2層構造を棚し た,形態を説明する。
本 態で使われる酸ィ ぉよぴ窒ィ [^の形離置は図 1と同じである。本 « 开$態においては、酸ィ ぴ窒ィ ^成のために K rをプラズ 'マ励起ガスとして する。 ，
まず、真空容器（^趣） 1 0 1内を真空に し、 シャワープ ト 1 0 2から A rガスを嫌己処！ 1^ 1 0 1中に導入する。次に導入されるガスを当初の A rから rガスに切り替え、謙己 0 1内の圧力を 1 3 3 P a (l T o r r )禾號に設 針る。
次に、直前の前処理工程で希フッ醱餘が施され表面のシリコン 合手が水素で 終端されているシリコン纖 1 0 3を廳己処纏 1 0 1内に導入し、加»»を備え た 斗台 1 0 4に Sgf "る。 さらに辦斗の を 4 0 0°Cに設定する。
次に嫌己同軸導波管 1 0 5カらラジアルラインス口ットアンテナ 1 0 6に周波数 が 2. 4 5 GH zのマイクロ波を 1分間供給し、 Ιίίϊ己マイク口波を前記誘電体板 1 0 7を介して膽 驢 1 0 1内に導入する。このようにして嫌拠»1 0 1内に生 成した高密度の K rプラズマに、 tfit己シリコン¾¾ 1 0 3の表面を曝すことにより、 表面終端水素を除去する。 に、 tOt己処 1 0 1内の圧力を 1 3 3 P a ( 1 T o r r に f¾fしたまま、 シャワープレート 1 0 2力ら 9 7/3の分圧比の K r /02混合ガスを導 し、爾己 シリコン 反 1 0 3の表面に厚さが 1. 5 n mのシリコン酸ィ を形^ る。
次に、 マイクロ波の脚合を一噺亭止し、 02ガスの導入を停止する。 さらに真空容 器（W¾) 1 O 1内を K rでパージした後、シャワープレート 1 0 2から分圧比 9 8/2の 1：/1«¾混合ガスを導入し、処3¾内の圧力を 1 3 3 P a ( Ι Τ ο r r ) 程度に設定したまま、再び周波数が 2. 5 6 GH zのマイク口波を «し、前言己処理 室 1 0 1内に高密度のプラズマを して、謙己シリコン酸ィ の表面に 1 nmのシ リコン窒碰を形成する。
次に、所望の醇のシリコン窒ィ 1JIが形成されたところでマイクロ波パワーの導入 を停止してプラズマ励起を終了し、 さらに K r /NH3混合ガスを A rガスに置換し て酸化窒化工程を終了する。
以上の酸化窒ィ賺城に続いて、 m ,保 ¾s^さ成、水素シンタ麵を施すこ とにより、 トランジスタゃキャパシタを有する轉#«回路装置を させる。 このようにして形成した麵ゲート絶髓の織的な誘電率を測定したところ、約 6の値が得られた。 その他、 リーク ®¾特 14、耐圧特 14、ホットキャリア耐性などの 電気的特生、 謙性的特性も先の鍾形態 1の齡と同様に、 優れたものであった。 得られたゲート糸色鶴莫にはシリコン¾¾ 1 0 3の面方位に る依存性も見られず、 ( 1 0 0)面以外のどの面方位のシリコンにも優れた特 f生のゲート；!色 «を形成でき た。 このようにして、酸 の 面靴特 [·生と窒ィ aiの高誘辭特 !■生を兼ね備えた ゲート絶讓を麵できた。
本実施形態では、'シリコン側に酸化膜を形成する酸化膜、 窒化膜の 2層構成を 示したが、 目的に応じて酸化膜、 窒化膜の順序を A i えること、 また酸化膜/ 窒化膜/酸化膜、 窒化膜 Z酸化 ^ 窒化膜などのさらに複数の積層膜を形成する ことも可能である。 . (B 4の鐘形態）
次に、ゲート, 霞にプラズマを用いた低温の麵 idiを翻した ¾ ^態を説明 する。 ' 本¾»態で使う鎖瞻^ ^置は、図 1と同じである。本^ ® 態にぉレヽては、 K rをプラズマ励起ガスとしてィ する。
まず、真空繊 ( 101内を真空に し、シャワープレート 102力ら 嫌己処3¾ 101中に A rガスを導入する。次に |!¾5処3¾ 101中に導入されるガ スを Arから Krガスに切り替え、処¾ ^內の圧力を 133Pa (lTor r)離 に設定する。
さらに直前の前処理工程で希フッ酸洗浄が施され表面のシリコン未結合手が水素 で終端されているシリコン纖 103を編 S処魅 101中に導入し、加 «Sを備 えた辦斗台 104に る。 さらに辦斗の を 400 °Cに設定する。
次に、同軸導波管 105力らラジアルラインスロットァンテナ 106に周波数が 2. 45 GHzのマイク口波を 1分間供給し、編 Sラジアルラインス口ットアンテナ 10 6から誘電 107を通して 101内に歸己マイク口波を導入し、難処理 室 101内に高密度の K rプラズマを«する。このようにして K rガスで励起され たプラズマに l己シリコン 103の表面を曝すことにより、その表面終端水素を 除去する。 '
次に、編己処魅101の圧力を 133Pa (lTor r)離に爵し、編己シ ャワープレート 102から分圧比 96. 5/3/0. 5の Kr /02/NH3混合ガス を導入し、シリコン表面に 3. 5 n mのシリコン酸窒ィ を开成する。所望の麟の シリコン酸窒化膜が形成されたところでマイク口波パワーの導入を止めプラズマ励 起を終了し、さらに K r Ζθ2/ΝΗ3混合ガスを A rガスに置換して 化工程を終 える。
以上の酸ィ賺城に続いて、 ®®ί缄工程、保 ¾ ^城工程、水素シンタ処理工程 などを施し、 トランジスタやキャパシタを含む轉 ί樣積回路装置を誠させる。 図 8に示すように、発光分析により測定した原子状酸素 Ο*の発生密度は K r /O2 /NH3ガスの混合比が 97/3/0-95/3/2の範囲では実質的に変化しな ヽ 力 それ以上 NH3の比率を増大させると原子状 の発生量が減り、 代わりに原子 素の量が増加する。特に K r /02/NH3ガスの混合比が 96. 5/3/0. 5 驢の齢にリーク «5¾が最も減少し、 絶椽耐圧、 β^'& 耐圧も向上する。
図 9は、 2次イオン質 で測定した、本実施の形態にょる„ 内のシリ コン、瞧、窒素の髓分布を 。ただし図 9中、漏は瞧ィ の表面からの深 さを示す。 図 9中、 シリコン、酸素、窒素の分布が膜内でなだらかに変化しているよ うに見えるが、 これは酸窒ィヒ膜の ID¥が不均一なわけではなく、エッチング均一性が 悪いことに起因する。
図 9を参照するに、藤己酸窒ィ 中における窒素の濃度は、シリコン /シリコン酸 とシリコン輕ィ 表面にぉレ、て高く、酸窒ィ 中 «では減少するのが わかる。この ィ! ^中に取り込まれた窒素の量はシリコンゃ の比べて聽 ij以下 である。 ―
図 1 0は本^形態による酸窒化膜のリーク電流の印加電界依存性を示す。ただし 図 1 0中、比較のためにマイク口波プラズマによる酸ィ TO城の前に K rプラズマへ の暴露処理を行わなかった同一膨の酸ィ のリーク β ^特性と、熱酸化により形成 された酸ィ! ^のリーク 特 I·生も示している。
図 1 0を参照するに、 K rプラズマ照射により終端水素除去を施してから K r /O 2ZNH3ガスを導入して酸窒化を行った本» ^態による酸窒イ t Iでは、従来の雜 で形成された酸ィ IJIより、同一離で比較したリーク の値が 2〜 4桁も減少して、 良好な低リーク特性が得られてレ、ることがわかる。
なお、先に説明した図 6中には、このようにして形成された體ィ tJlのリーク fl¾ 特 ("生と ID?の麵が、 讕により示されている。
図 6を再 照するに、本雄の形態により K r照射を行った後で形成された瞧 ィ SIは、同様な工程で形成された謝 と同様なリーク 特性を有し、特に ID?が 約 1 . 6 n mの：^におレヽてもリーク « ^の値が 1 X 1 0 -2 A/ c m2に過ぎなレヽこ とがわかる。
本雄形態による隨 では、その他、耐圧特!1生、ホットキャリア耐生などの電 気的特 14、ィ譲性的特性も、先の »? 態 1の酸ィ 1«以上に優れたものであった。 ま たシリコン の面方位に ¾ "る依存も見られず、シリコンの （l o o)面のみなら ず、 どの面方位のシリコン表面上にも、優れた特性のゲート を形 β¾Τることが できる。
±3zfeしたように、表面終端水素を除去してから K r /02/NH3高密度プラズマに よりシリコン^ ^化工程を行うことで、 4 0 0° Cという低温においても、あらゆる 面方位のシリコン表面上に、優れた特性および膜質のシリコン酸窒ィ t滅を开欲するこ とができる。
本難の形態にぉレ、てこのような好ましい効果が得られるのは、終端水素除去によ り酸窒ィ 中の水^"有量が減少していることだけでなく、酸窒ィ！ ^中に髓似下の 窒素力 s含有されることにも起因しているものと考えられる。本 ¾ϋ形態の酸窒ィ で は K rの含有量は^^態 1の酸ィ 1^1に比べ約 1 / 1 0以下であり、 K rの代わりに 窒素が多く含有されている。すなわち本^ の形態では、酸窒ィ [^中の瞧ィ 中の 水素力 S少なレ、ため、シリコン ィ 中にぉレ、て弱レ、結合の割合が減少し、また窒素 が含有されることにより、 膜中や S i /S i〇2界面でのストレス力 S緩和され、 その 結^ i中 界面靴の密度が難し、よって嫌己酸窒ィ [^の電気的特性が大幅に 改善されていると考えられる。特に編己随 [^中の水素濃度が、表面密度藤にお レ、て 1 012 c m一2以下、 望ましくは 1 011 c m一2禾 以下に減少してレ、ること、 およ ぴ膜中にシリコンあるいは^ *の f ^以下濃度の窒素を含むこと 1S シリコン^化 膜の電気的特性、ィ譲性的特性の改善に寄与していると考えられる。
なお、本雄形態では、所望の麟のシリコン酸窒ィ が形成された時点でマイク 口波パワーの導入を止めプラズマ励起を終了し、 さらに K r /02/NH3混合ガス を A rガスに纖して酸窒化工程を終えているが、このマイク口波パワーを止める前 に、圧力を 1 3 3 P a ( l T o r r )程度に保持したまま、編己シャワープレート 1 0 2から分圧比 9 8 Z 2の K r /NH3混合ガスを導入し、 シリコン隨 の表面 に約 0. 7 nmのシリコン窒ィ Mlを形成してから酸窒化工程を終了してもょレ、。 この 去によればシリコン酸窒ィ の表面にシリコン窒ィ が形成され、より高誘電率な 絶纏が形成できる。
(第 5の難形態）
次に、 シヤロートレンチアイソレーションを構成する素^ ^離側藝の角部^ H=、 HQ凸を有する表面形状をもつシリコン表面に高品質なシリコン酸化膜を形成した、本 発明の第 5の ¾gの开ϋによる ¾ί本装置の开¾¾^？去を示す。
図 1 1 Αはシヤロートレンチアイソレーションの概念図を示す。
図 1 1 Aを参照するに、図示のシヤロートレンチアイソレーションはシリコン鎌 1003表面にプラズマエッチングによりァイソレーショントレンチを形成し、形成 されたトレンチを CVD法により形成されたシリコン謝 M l 002により充填し、 さらに、嫌己シリコン酸ィ a l 002を例えば CMP法などにより平坦化することに より形成される。
本雄の形態では、 CMP法による fffiaシリコン酸ィ 莫 1002の研磨工程の後、 シリコン¾¾を 800— 900° Cの酸化性の雰囲気に曝すことにより犠牲酸化を 行い、 «酸化により形成されたシリコン酸ィ をフッ酸を含む猶夜中でエッチング し、水素終端されたシリコン表面を得る。本麵雄では m ιと同様の手順で、
K rプラズマにより表面終端水素を除去し、 その後 K r /02ガスを導入してシリコ ン酸ィ Mlを約 2· 5nm形成する。
本織の形態によれば、図 11 C〖 すように、シャロートレンチアイソレーショ ンの角部においても、シリコン酸ィ は一様な厚さで形成され、シリコン酸ィ の膜 厚の減少が生じることはなレ、。この K rプラズマを用いたプラズマ酸化法により形成 されたシャロート ンチアイソレーション部分を含めた全体のシリコン酸化膜の Q BD (Cha r ge t o Br eakdo wn)特性は、非常に贿で、 ¾A¾ 量 102 C/ c m2でもリーク鎌上昇が起きず、デバイスの顧性が大幅に改善され る。 .
嫌己シリコン酸ィ を従来の熱酸化法によって形成した：^には、図 11 Bに ように、シャロートレンチアイソレーションのテー 角が大きくなるに従って、シャ ロート.レンチアイソレーション角部での薄膜化が激しくなる力 本発明のプラズマ酸 ' 化によれば、テ一パ角が大きくなっても、シヤロートレンチアイソレーション角部で のシリコン酸イ^の麵對ヒは起こらない。そこで本¾例ではシヤロートレンチアイ ソレーショ ^造にぉレ、て、 トレンチのテーパ角を直角に近づけることで 纖 域 を減少でき。轉体素子のさらなる^ ¾向上が可能となる。従来の熱酸化 などの鎌では、図 11Bに示したトレンチ角部での熱腐 の麵 If匕に起因する制 約により、素"？^ に約 70^ ^のテーパ角が用いられていたが、本発明によれ ば、 90度の角度を使うことが可能である。
図 12は、シリコン毅反を約 90度にエッチングした凹凸表耐状を持つシリコン 基板に実施形態 1の手順に従って 3 nmの厚さに形成したシリコン酸化膜の斬面を 示す。
図 1 2を参照するに、どの面上にも均一な のシリコン酸化膜が形成できている こと力 できる。
このようにして形成された酸ィ MIではリーク や耐圧などの電気的特 I·生は良好 であり、従つて本癸明により醒構造などの複数の面方位をもつシリコン立体的構造 を持つ高密度な^ 置を^ aすることが可能となる。
■ (第 6の魏形態）
次に、 _Βζϋしたプラズマを用いた低温での酸 莫および窒ィ 、あるいは麵 の形成技術を使用した本発明の第 6の実施の形態によるフラッシュメモリ素子につ レ、て説明する。なお以下の説明では、フラッシュメモリ素子を一例として開示するが、 本発明は同様の 構造を有する E P ROM, EE P ROM等にも適用可能である。 図 1 3は、 本^の形態によるフラッシュメモリ素子の概1«面構造図を示す。 図 1 3を参照するに、嫌己フラッシュメモリ素子はシリコン鎌 1 2 0 1上に形成 されており、 嫌己シリコン纖 1 2 0 1上に开城されたトンネノレ酸ィ 1 2 0 2と、 Ιΐίϊ己トンネル酸化膜 1 2 0 2上に形成されたフローティングゲート β1となる第 1 の多結晶シリコンゲ一ト m¾l 2 0 3と、編己多結晶シリコンゲ一ト ¾11 2 0 3上 に順 7姆城されたシリコン謝 t l 2 0 4およびシリコ^ィ Mi l 2 0 5と、嫌己シ リコン窒ィ ail 205上に形成されコントロールゲート を構成する第 2の多結 晶シリコンゲ一ト S l 2 0 6とから構成されている。 また図 1 3中、 ソース領域、 ドレイン領域、コンタクトホール、配線パターンなどの図示は省略して謹している。 前記シリコン酸ィヒ膜 1 2 0 2は第 1の実施开 ¾ e説明したシリコン酸化 »成方法 により、 また、シリコン酸ィ 1 2 0 4および窒ィ liSIl 2 0 5の翻構造は、 態 3で説明したシリコン窒ィ の形成; 去により形 る。 .
図 1 4〜図 1 7は本実施形態のフラッシュメモリ素子の製造方法を段階的に説明 するための概 面図である。
図 1 4を参照するに、シリコン基板 1 3 0 1上にはフィ一ノレド酸ィヒ膜 1 3 0 2によ りフラッシュメモリセ 域 Α、高 ¾Ε用トランジスタ領域 Β及 用トランジ スタ領域 Cが画成されており、前記 ¾1域 A〜Cの各々において前記シリコン基板 3 0 . 1の表面にシリコン酸ィ 1303カ研緘されている。謂己フィールド酸ィ a l 30 2は懲雕化法（ L O C O S？去）ゃシャロートレンチアイソレーション法などで形成 すればよい。
本¾»態においては、表面終端水素除去、酸ィ [«¾ひ ィ賺成のために Krを プラズマ励起ガスとして棚する。 mm,窒ィ瞻離置は図 1と同じである。 次に図 15の工程にぉレ、て、メモリセノ 域 Aから嫌己シリコン酸ィ 1303を 除去し、希フッ酸»によりシリコン表面を水素終端する。 さらに先の »の形態 1 と同様にして、 トンネノレ酸ィ 1304を开城する。
すなわち、先の ¾® Jiと同様に、嫌 e¾空^ t m 1 ο ι内を真空に排 気し、 ^ ^l 01中にシャワープレート 102から A rガスを導入する。次に 前記 A rガスを K rガスに切替え、処理室 101中の圧力を 1 T o r r程度に設定す る。
次に、爾己シリコン酸ィ 1303を除去しシリコン表面を希フッ讓理した謙己 シリコン ¾¾1301を、図 1のシリコン ¾¾103として f!ifBW^l 01内に導 入し、加 »fiを備えた 斗台 104に績する。 さらに帰の ί ^を 400 °Cに設 定する。 - さらに ΙίίΙΒ同軸導波管 105力、らラジアルラインスロットァンテナ 106に周波 数が 2. 45GHzのマイクロ波を 1分間^!合し、嫌己マイク口波を lift己ラジァルラ ィンス口ットアンテナ 106から嫌己誘電 107を通して 101己処3¾ 101内 に導入する。前記シリコン基板 1301の表面を、このようにして前記処理室 101 中に形成される高密度 K rブラズマに曝露することにより、 ¾ϋΙΕ£¾ 1301のシリ コン表面から,終端水素が除去される。
次に、 次に謙己シャワープレート 102から K rガス、 02ガスを導入して嫌己領 域 Aに嫌 Sトンネル絶 となるシリコン酸ィ Idll 304を、 3. 5 nmの厚さに形 成し、続いて第 1の多結晶シリコン層 1305を、嫌己シリコン酸ィ tHl 304を覆 うように堆齢る。
次に、高 用及 S¾EE用トランジスタ形成領域 B、 Cにおレ、て認己第 1の多結 晶シリコン層 1305パターニングにより除去し、メモリセノ 1^貝域 Aのトンネル謝匕 膜 1304上にのみ、 第 1の多結晶シリコンパターン 1305を残す。 このエッチング後、 ,を行い、多結晶シリコンパターン 1305の表面は水素終 端される。
次に図 16の工程において、先の第 3の! ¾形態と同様にして、.下部酸 130 6Α及び上 ¾^窒ィ 莫 1306Βの ON構造を有する ϋΜΙΙ 306を、 t&fE多結晶シ リコンパターン 1305の表面を覆うように形财る。
この O N膜は、 次のようにして开成する。
真空織 101内を真空に排気し、 シャワープレート 102力ら導入さ れていた A rガスを K rガスに切替えて導入し、 M室内の ff-力》 133 P a (IT o r r)離に設定する。次に、廳 素終端された多結晶シリコンパターン 130 5を有するシリコン ®¾ 1301を嫌 3M¾ 101内に導入レ力 を持つ試 料台 104に纏する。 さらに辦斗の を 400 °Cに設定する。
次に、同軸導波管 105から周波数が 2. 45GHzのマイク口波を歸己ラジアル ラインスロットアンテナ 106に 1分間ほど 合し、歸己マイクロ波を嫌己ラジアル ラインス口ットアンテナ 106力 ら爾己誘電 107を介して l己処3¾ 101 内に導入し、高密度の rブラズマを«する。その結果、 tilt己多結晶シリコンパタ ーン 1305の表面は K rガスに曝露され、 表面終端水素が除去される。
次に前記処理室 101内の圧力を 133Pa (lTo r r) に,維持したまま、 tfJt己シャワープレート 102力、ら ^|5処3¾101内に K r /02混合ガスを導入し、 多結晶シリコン表面に 3 n mのシリコン酸ィ匕膜を形成する。
次に、 マイクロ.波の 合を一 Β#ί亭止した後、 Krガス、 02ガスの導入を停止し、 真空容器（処 S¾) 101内を ^;してから、 シャワープレート 102から K rガス および NH3ガスを導入する。 l己処 S¾ 101内の圧力を 13. 3Pa (100m To r r)禾！^に設定し、再ぴ 2. 45 GH zのマイク口波を歸己処趣 101内に 嫌己ラジアルラインスロットアンテナ 106から供給し、処 S¾内に高密度のプラズ マを^^して、 シリコン酸ィ 表面に 6nmのシリコン窒ィ を形] ¾ る。
このよ.うにして ON膜を 9 nm形成したところ、 得られた ON膜の麟は一様で、 多結晶シリコンの面方位に る依存性も見られず、極めて均一な膜が得られるのが わかった。
このようにして前記 ON膜を形成した後、図 1 Ίの工程にぉレヽて高電圧用及 圧用トランジスタ領域 B, Cにから絶讓 1 3 0 6をパターユングにより除去し、次 に高 «ΙΪ用及 tm«EE用トランジスタ領域 B， C上に閾値 ®£制御用のイオン' ¾λを 行う。 さらに嫌己領域 B、 C上に开城された酸ィ 莫 1 3 0 3を除去し、嫌己令貝域 Βに はゲート酸ィ 1 3 0 7を 5 nmの厚さに开成し、その後、嫌 ¾1域 Cにグート酸化 膜 1 3 0 8を 3 nmの厚さに开¾¾1~る。
その後、フィールド酸ィ匕膜 1 3 0 2を包含する全体構造上に第 2の多結晶シリコン 層 1 3 0 9及ぴシリサイド層 1 3 1 0を j噴次に开成し、さらに肅己第 2の多結晶シリ コン層 1 3 0 9及びシリサイド層 1 3 1 0をパターユングして嫌己高電圧用トラン ジスタ領域 Bおよ 氐 β ^用トランジスタ領域 Cにゲート «¾ 1 3 1 1 Bおよび 1 3 1 1 Cをそれぞれ开¾¾1 "る。さらに ΙίίΙΒメモリセノ m域 Αに対応してゲート ¾g 1 3 1 1 Aを形成する。
図 1 7の工程の後、標準的な^ ¾体工程に職して、 ソ一ス領域およびドレイン領 域を形成し、層間絶 «ぉよびコンタタトホールの形成^ B線パターンの形成などを 行って素子を誠させる。
本発明では、 これらの絶^^ 1 3 0 6 A, 1 3 0 6 Bは、その を従来の酸ィ ゃ窒ィ i iの約粉に減少させても射子な電気的特性を»rる。すなわち、これらの シリコン酸化膜 1 3 0 6 A及ぴシリコン窒化膜 1 3 0 6 Bは薄膜化しても良好な電 気的特性を有し、繊で高品質である。なお本発明では謝己シリコン酸ィ ail 306 ' A及びシリコン窒ィ 1^ 1 3 0 6 Bは低'温で形成されるのでゲート多結晶シリコンと 酸ィ t ^との界面でサーマルバジェット等が発生することはなく、良好な界面が得られ ている。 - 本発明のフラッシュメモリ素子は、 '隨の書き込み及び消去動作が ίΜΞで行え、 S¾S ^の努生を抑制することができ、 トンネノ 色霞の劣化が抑えられる。 このた め、本発明のフラッシュメモリ素子を二次元配列して形成された不揮発 [·生 体メモ リ装置は、 高い歩留りで製造でき、 安定した特 (4を示す。
本発明によるフラッシュメモリ素子は 莫 1 3 0 6 A, 1 3 0 6 Bが優れた 膜質を有することに対応してリーク職が小さく、またリーク を増 "ことなく 醇を減少させることができるため、書き込みあるいは消去動作が 5 V@J の動作電 圧で可能になる。その結果、フラッシュメモリ素子のメモリ麟時間; ^従来よりも 2 桁以上増大し、 書き換え可能回数も約 2桁以上増大する。
なお、絶觀 1306の麵成は上記 ON構造に限ったものでなぐ雞形態 1と 同様の酸ィ biiからなる O鍵、戴形態 2と同様の窒ィ! ^からなる N職、あるいは 鐵开 と同様な翻 であってもよい。 また、 mm i 3 o 6は、 m およひ衡 からなる NO構造、 窒ィ [^およひ爾 莫を順次鶴した ONO 構造、 m, mm, ,酸ィ を順次蘭した NONO構造などであっても よい。嫌 色髓1306としてレヽずれの構造を選ぶかは、周辺回路の高 «ΕΕトラン ジスタ及 氐 «Εトランジスタのゲ一ト酸化膜との整合 !■生や共用可能性などを考慮 して、 目的に応じて邀尺することができる。
(第 7の実施形態）
図 1の装置を用レヽた、 K r /02マイクロ麵起高密度ブラズマによるゲート謝匕 膜の形成、 あるいは A r (または Kr) /NH3 (または N2/H2) マイクロ波励起 高密度プラズマによるゲート窒ィ の形成は、従来のような高?紅程を用いることが できなレ ^属層が下地シリコン内に存在するシリコン'オン'シンシュレータ (雄 雄 SOI) ウェハ上の^ ^回路装置の形成に適用可能である。特に、シリコ ンの廳が薄い完^^乏化動作を行う SO I構造において、本発明による終端水素除 去の効果が顕著である。
図 18は、金属 ffi¾SOI構造を有する MOSトランジスタの断面図を示す。 図 18を参照するに、 1701は、 n+型あるいは p+型の低抵抗^体層、 170 2は、 N i S iなどのシリサイド層、 1703は、 T a N、 T i Nなどの導電' 化 物層、 1704は C u等の^ M層、 1705は T a N, T i Nなどの導電 I"生窒化物層、 1706は n+型あるいは p+型の低抵抗 体層、 1707は、 A 1 N、 S i 3N4等 の窒ィ匕物糸色 、 1708は S i 02膜、 1709は、 S i O2層、 BPS G層、 もし くはそれらを糸且み合わせた絶 «層、 1710は n+型ドレイン令員域、 1711は、 n+型ソース領域、 1712は p+型ドレイン領域、 1713は、 p+型ソース領域、 1714、 1715はく 111 >方向に配向したシリコン半導体層、 1716は本発 明の実施形態 1の手順により K rプラズマ照射で表面終端水素が除去された後 K r Ζθ2マイクロ議起高密度プラズマで形成された S i 02膜、 1717および 171 8は、それぞれ T a , T i , T a N/T a , T i N/T i等でF缄される nMO Sト ランジスタおよび pMO Sトランジスタのゲート «t亟、 1 7 1 9は nMO Sトランジ スタのソース電極、 1 7 2 0は nMO Sトランジスタ及び pMO Sトランジスタのド レイン電極である。 1 7 2 1は pMO Sトランジスタのソース電極である。 1 7 2 2 は難表面離である。
このような T a Nや T i Nで纏された、 C u層を含む鎌では、 C uの置を押 さえるために、熱処理 は、 約 7 0 0° C以下でなければならない。 n+型あるい は P+型のソースあるいはドレイン領域は、 A s +, A s F2+あるいは B F2 +のイオン ¾Λ後、 5 5 0° Cの讓理で形成する。
図 1 8のデバイス構造を有する鸭体装置において、ゲート絶纏に熱酸ィ を用 レ、た ^と、 K rプラズマ照射で表面終端水素が除去された後で K r /Ozマイクロ 波励起高密度プラズマ処理で形成されたゲート絶 «を用いた でトランジスタ のサブスレツショールド特性の J ¾を行うと、ゲート を熱酸化により形成した 齢にはサブスレツショールド特性に〖まキンクゃリ一クカ壞察されるが、本発明によ りゲート絡髓を形成した にはサブスレツショールド特性は極めて良好である。 また、メサ型素^ 造をもちレ、ると、メサ素^ Hffi の側 »にはシリコン 平面部とは別の面方位のシリコン表面力 ¾¾τるが、 K rを用いたプラズマ酸化により ゲート糸色劍莫を开城することで、メサ素子分離彻歷部の酸化も平面部と同様にほぼ均 一に行うことができ、 良好な電気的特 ι·生、 高い ί顧性を得ることができる。
また、 第 2の雄形態の手順により、 A r /NH3を用レヽて形成したシリコン窒化 膜をゲート絶議に棚した齢にも、非常に良好な電気的特 14、高い賺性を持つ
Figure imgf000028_0001
«回路装置をィ乍 ることができる。
本魏形態においても、シリコン窒ィ の厚さを 3 nm (シリコン謝!^?:誘電率 換算 1 . 5 nm) としても良好な電気的特性を得ることができ、 3 nmのシリコン酸 ィ を使用したときよりもトランジスタの ^を約 2倍上げることができた。
(第 8の難形態）
図 1 9は、液晶表示素^^エレクト口ルミネッセンス素子など力 S形成されるガ ラス ゃプラスチック ¾Kなどの大型長方形 ®¾上に形成された多結晶シリコン ゃァモルファスシリコン層に対して酸ィ 理、窒化^ a、あるレ、は ィ[«|を行う ための、 本発明第 8の魏形態による製難置の一例を示 図を示す。
図 19を参照するに、真空織（処 ¾) 1807内を 状態にし、次に fB処 3^1807内に設けられたシャワープレート 1801から r /02 ^"ガスを導 入し、さらに 処3¾1807内をネ 冓ポンプ 1802によって することに より、 ΙίίΐΒΜ^Ι 8 Q 7内の圧力を 133 Pa (ΙΤο r r) に設定する。 さらに ガラス¾¾ 1803を、加 »Sを持っ^ |S台 1804に置き、ガラス纖の S を 300° Cに設定する。
嫌己処魅 1807には錄の方形導波管 1805力 S設けられており、次に嫌己多 数の方开 ^^管 1805の各々のスリット部から、誘電 ί械 18 Q 6を通して編己処 S¾内 1807内にマイクロ波を導入し、鎌 BM¾1807内に高密度のプラズマ を する。その際、廳3処 a¾l 807中に設けられたシャワープレート 1801 は導波管から腿されたマイク口波を、 ^〖 面波として伝搬させる導波路の をも果たす。
図 20 fま、図 19の装置を使用して本発明のゲート酸ィ Id莫またはグート窒ィ匕膜を作 成し、液晶表示素子、棚 EL発光素子等の,誦、あるいは処理回路用の多結晶シリ コン薄膜トランジスタ （TFT) を形成した例を示す。
まず、 シリコン酸ィ を形成し翻した例を述べる。
図 20を参照するに、 1901はガラス基板、 1902は S i 3N4膜、 1903は (111)面に主に配向した多結晶シリコン nMOSのチャネル層、 1905、 19 06はそれぞれ 結晶シリコンの nMO Sのソース領域、 ドレイン領域、 1904は (111)面に主に配向した多結晶シリコン pMOSのチャネル層、 1907、 19 08はそれぞ、れ多結晶シリコン p MO Sのソース^域、 ドレイン H域である。 191 0は多結晶シリコン nMOSのゲート電極、 1911は多結晶シリコン pMOSのゲ ート藤、 1912は3102、 BSG、 BP SG等の糸色霞、 1913、 1914 は多結晶シリコン nMO Sのソース電極（同時に多結晶シリコン p -MO Sのドレイ ン電極、 1915は多結晶シリコン p -MO Sのソース電極である。
糸 に形成される多結晶シリコンは絶 «に対して垂 向に（111)面方 位を向くとき力 S安定であり、かつ赚で結晶性が良く高品質なものとなる。本¾» 態では、 1909は図 19の装置を使用して ^^態 1と同様の手順で作成した厚さ 0. 2μ mの本発明のシリコン酸ィ であり、 （111) 面を向レヽた多結晶シリコ ン上に 400° Cで厚さ 3 nmで形成している。
本雞形態によれば、トランジスタ間の素 ·？^Ι 域の鋭レ、角部にぉレ、ても酸ィ は薄くならず、平坦部、エッジ部ともに均一な のシリコン酸ィ klが雜晶シリコ ン上に形成されるの力βされ;^ ソース、 ドレイン領域を形 るためのイオン注 入はゲート酸ィ MIを通さずに行い、 400° C «気的活性化して形成した。 この結 果、全工程を 400° C以下の で節でき、ガラス 上にトランジスタを形成 できた。 このトランジスタの移動度は、 電子で約 300 cmWs e c以上、 正孔 で約 150 c mW s e c以上、 ソース、 ドレイン耐圧及びゲート耐圧は 12 V以 上あつ チャネル長 1. 5— 2. OnmS^のトランジスタでは、 100MHzを ,越える高麵作が可能となつ シリコン謝 のリーク特 !4、多結晶シリコン Z酸 確の界面靴難も赌であった。
本¾»態のトランジスタを翻することで液晶表示素子、 (iE L発光素子は大 ®ffi、低価格、 髙«作、高 ί繊性を持つことができる。
本難形態は本発明のゲート酸化膜またはゲート窒ィ を多結晶シリコンに航 した実施开ϋであるが、液晶表示素子等に使用されるァモ/レファスシリコン薄膜トラ ンジスタ （TFT)、 特にスタガー型の薄膜トランジスタ （TFT) のゲート酸仆膜 またはゲート窒ィ t ^にも同様に適用できる。 9の難形態）
次に、金属層を有する SO I素子、多結晶シリコン素子、アモルファスシリコン素 子を ¾ϋした 3次元 ¾J1 L S Iの »形態を説明する。
図 21は本発明の 3次元 L S Iの断面構造の 図である。
図 21において、 2001は第 1の SO I及 Ό1Ε^1、 2002は第 2の SOI及 M m, 2003は第 1の多結晶シリコン素子及ひ ΐΒ^ 、 2004は第 2の多結 晶シリコン素子及ひ¾&镍層、 2005はアモルファス半導体素子及び機翻才料素子及 ΌΙΒ^Ιである。
編己第 1の S Ο I及 Ό®鶴 2001、およひ窗己第 2の S Ο I及 Of Β漏 200 2には、 mm 7で説明した s ο ιトランジスタを用レ、てデジタル演算処理部、高 精度高速アナログ部、シンクロナス DRAM部、 部、インターフェース回 な どがィ乍成される。
嫌己第 1の多結晶シリコン素子及 Ό!綱 2003には、 m 6、 8ャ説 明した多結晶シリコントランジスタ、フラッシュメモリなどを用いて並列デジタル演 算部、機能ブロック間リピータ部、 記慮素 などが作成される。
' — ¾rt己第 2の多結晶シリコン素子及ひ 線層 2004には嫌己^ 形態、 8で説 明した多結晶シリコントランジスタを用 、てァンプ、 AD変難などの並列アナ口グ 演算部が作成される。アモルファス 体素子及 Λ餅才料素子及ひ綱 2005 には光センサ、 音センサ、 触覚センサ、 電波雄受信部などが作成される。
嫌己ァモルフ了ス半導体素子及 Λ能材料素子及ひ 2005内に設けられ た光センサ、音センサ、触覚センサ、電波 言受信部の信号は、 Ιίίΐ己第 2の多結晶シ リコン素子及ひ Β^ϋ 2004に設けられた多結晶シリコントランジスタを用レ、た アンプ、 AD変換などの並列アナログ演算部で纏され、 さらに嫌己第 1の多結晶シ リコン素子及ひ 2003あるレ、は Ml己第 2の多結晶シリコン素子及ひ¾¾鶴 2004に設けられた多結晶シリコントランジスタ、フラッシュメモリを用レ、た並列 デジタル演算部、言 5'慮素子部にその処理が弓 Iき糸がれ、 さらに前記第 1の S O I及び 酉 B/鶴 2001あるレ、は Ιίίϊ己第 2の S O I及ひ ΒΜ 2002に設けられた S Ο I トランジスタを用いたデジタル演算処理部、高精度高速アナログ部、シンクロナス D RAMで処理される。
また、鍵己第 1の多結晶シリコン素子及 I^B線層 2003に設けられた機能プロッ ク間リピータ部は、複 けても大きなチッ:¾を占有することなく LS I全体の 信号同期を調整することができる。
こうした 3 L S Iが作成可能になったのは、上記の «形態に詳細に説明した 本発明の技術によることは明ら力である。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実 施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形 '変更が可 能である。 ' 産業上の利用可能性
本発明によれば、シリコン表面の平坦性を 匕させることな 真空を破らない連 続的な工程で、 4 0 0°C 以下の低温でも^:に表面終端水素を除去することが可 能になり、従来の熱酸化工程やマイク口波プラズマ工程で成膜したシリコン酸ィ匕膜よ り優れた特 1~生、 性を有するシリコン酸ィ Id莫、シリコン窒ィ 莫、シリコン酸窒ィ匕膜 を約 5 0 0°C鍵以下の低温であらゆる面方位のシリコンに形成でき、 ί籠性の高い、 高性能な微細トランジスタ集積回路を実現できるようになった。
また、本発明によれば、シャロートレンチアイソレーションなどの素 離側輕 15 の角部 凹凸のある表面形状をもつシリコン表面にもリーク ¾¾¾や耐圧などの特 性が良好な薄い高品質なシリコン酸ィヒ膜、シリコン窒ィヒ膜、シリコン酸窒ィヒ膜を形成 すること力 s可能となり、素子分 HI)畐を狭くし 高密度な素子集積化、立体 造を持 つ高密度な素子集積化が可能となった。
さらに、本発明のゲート絶髓を棚することで、書き換え回数が圧倒的に増加可 能なフラッシュメモリ素子などを親することができた。
さらに、本発明によれば、絶鶴上に形成きれる主として （i l l)面こ配向する 多結晶シリコンにも高品質なシリコンゲ一ト酸ィ 、シリコンゲート窒ィ [^を形^ ることが可能となり、高 β能力を有する多結晶シリコントランジスタを使用した表 示装置、 さらにはトランジスタ、機能素子を複 M した 3次 積回路素子を ¾ξ¾ することができるようになり、 その s«)波及効果は大きレ、。

Claims

請求の範囲
1 . シリコン表面に形成されたシリコン化合物層を含む半導体装置であって、 謂己シリコン化^/層は、少なくとも所定の不活性ガスを含み、水 有量が面密 度猶で 1 0u/ c m2以下であることを置とする^ #体装
2. 生ガスは、 アルゴン （A r )， クリプトン （K r ) , キセノン （X e ) のうちの少、なくとも 1種であることを頻数とする請求項 1言 B¾の^体装
3. シリコン表面上に第 1のシリコンィ匕^ ¾層を介して开成された多結晶シリコ ン膜を有するトランジスタと、多結晶シリコン表面上に形成された第 2のシリコン化 合物層を含むキャパシタとを、 共 a¾¾上に備えた^体メモリ装置であって、 tiff己第 1および第 2のシリコン化合物層の各々は少なくとも所定の不活性ガスを 含み、 水 * ^有量が面密度娜で 1 0u/ c m2以下であることを赚とする 体
4. ¾fcBこ形成された多結晶シリコン層又はァモノレファスシリコン層を活性層 とする ^1 ^体装置であって、
請己シリコン層の表面には、少なくとも所定の不活性ガスを含み、水餘有量が面 密度換算で 1 0 u/ c m2以下のシリコン化 層力 S形成され、
tin己轉体装置は、鍵5¾¾±に形成された表示素子を画することを賺とする 体装齓
5. シリコン表面上への^体装置の製^法であって、
前記シリコン表面を第 1の不活 I"生ガスによる第 1のプラズマに曝して、前記シリコ
-'ン表面上の少なくとも一部にあらかじめ; i¾¾している水素を除去す.る工程と、
第 2の不活性ガスと一,ないしは複■類の気体分子の混合ガスによる第 2の プラズマを形成し、譜己第 2のプラズマの下で膽己シリコン表面に廳己気体^"を構 成する元素の少なくとも一部を含むシリコン化合物層を形成する工程とを含むこと を糊敷とする半導体装置の製
6. 嫌 ¾k素除去工程に先立って、纏シリコン表面を、水素を含む媒体で麵 する工程を含むことを街敷とする請求項 5言凍の ^体装置の製 5t¾¾o
7. 觸 某体は、 τ素添口水であることを樹敫とする請求項 f5¾の轉体装置 の製
8. 嫌己媒体は、希フッ酸であることを赚とする請求項 6|¾|の轉体装置の 製
9. 嫌己シリコン表面は、単結晶シリコン表面であることを雖とする請求項 5
10. 嫌己シリコン表面は、 （100) 面よりなることを難とする請求項 9記 載の轉体装置の製
11. 廳己シリコン表面は、 (111) 面よりなることを難とする請求項 9記 載の 本装置の製
12. 嫌己シリコン表面は、複数の異なった結晶面を有することを樹敫とする請 求項 9記載の轉体装置の製
13. 嫌己複数の異なった結晶面は、素子分 itを画成することを糊敫とする請 求項 12記載の 本装置の製 itm
14. 嫌己シリコン表面は、多結晶シリコン表面であることを糊敷とする請求項 5纖の特体装置の製
15. 謝己シリコン表面は、アモルファスシリコン表面であることを纖とする 請求項 5記載の 本装置の製
16. 嫌 S第 1の不活性ガス及ひ 己第 2の不活性ガスは、レ、ずれもアルゴン ( A r) ガス， クリプトン （Kr) ガスおよびキセノン （Xe) ガスよりなる群より職 される少なくとも 1種のガスであることを糊敷とする請求項 5記載の半導体装置の ^ , . .
17. 編己第 1の不活性ガスと ΙίίΙΒ第 2の不活' 14ガスとは同一であることを糊敷 とする請求項 16言 S¾の^本装置の製
18. 前記第 2の不-活十生ガスはクリプトン（Kr) ガスよりなり、謙己気体分子 は酸素 (o2) 好よりなり、 謙己シリコン化合物層としてシリコン酸ィ が形成さ れることを糊敷とする請求項 5言識の 体装置の製^
19. 嫌己第 2の不活性ガスはアルゴン （Ar) ガス、 又はクリプトン （Kr) ガス、又はアルゴンとクリプトンの混合ガスであり、 tiff己気体分子はアンモニア （N H3) 分子、 または窒素 (N2) 分子と水素 (H2) 分子とよりなり、 ttjf己シリコンィ匕 合物層としてシリコン窒化膜が形成されることを樹敷とする請求項 5記載の半導体
2 0. 歸己第 2の不活性ガスはアルゴン （A r ) ガス、 又はクリプトン （K r ) ガス、 又はアルゴンとクリプトンの混合ガスであり、 tiff己気体^？は酸素 (02) 分 子とアンモニア （NH3)分子、 または隨 (02)分子と窒素 (N2)好と水素 (H 2) 分子とよりなり、 嫌己シリコン化^/層としてシリコン酸窒ィ t ^が形成されるこ とを樹敫とする請求項 5言織の^体装置の製 ^
2 1 . 嫌 S第 1のプラズマおよひ窗己第 2のプラズマは、マイク口波により顏 されることを 1敫とする請求項 5記載の轉体装置の製
2 2. シリコン表面上に第 1の MIを介して形成された多結晶シリコン膜を有 するトランジスタと、多結晶シリコン表面上に形成された第 2の絶 ¾を含むキャパ シタとを共 上に備えた^体メモリ装置の製不法であって、
IfrlBシリコン表面を第 1の不活性ガスによる第 1のブラズマに曝して編己シリコ ン表面の少なくと 一部に予め; Mする水素を除去する工程と、
第 2の不活性ガスと一,なレヽしは複 IS類の気体^の混合ガスによる第 2の プラズマを形成し、編己第 2のプラズマの下で、 tirisシリコン表面に嫌己気体 を 構成する元素の少なくとも一部^ ンリコン化^/層を、膽己第 1の絶籠として 形成する工程とを含むこと 糊敷とする^ 体装置の製 ぁ
2 3. さらに、謙己多結晶シリコン表面を第 3の不活 [·生ガスによる第 3のプラズ マに曝して前記シリコン表面の少なくとも一部に予め存在する水素を除去する工程 と、 '
第 4の不活性ガスと一種類なレヽしは複#«の気体^?の混合ガスによる第 4の プラス'マを开さ成し、 Ιίίϊ己第 4のプラズマの下で、 tfrt己多結晶シリコン表面に前記気体 好を構成する元素の少なくとも一部を含むシリコン化^/層を、嫌己第 2の絶讓 として形成する工程とを含むことを糊敷とする請求項 2 2記載の半導体装置の製造 紘
2 4. 嫌己第 1および第 3の不活性ガスは、 A r , rおよび X eよりなる群よ り選ばれる少なくとも 1種のガスよりなることを |敷とする請求項 2 3記載の半導 体装置の製 ¾
2 5. 編己第 2および第 4の不活性ガスは K rよりなり、鍵己第 1および第 2の 絶画はシリコン酸ィ よりなることを赚とする請求項 2 3記載の半導体装置の
2 6. m 2および第 4の不活性ガスは A rまたは K rよりなり、編己第 1よ び第 2の絶 は窒ィ ilまたは酸窒化膜よりなることを糊敫とする請求項 2 3記載 の 本装置の製駄¾
2 7. 嫌己第 1および第 2のプラズマは、マイクロ波により励起されることを特 徴とする請求項 2 2〜 2 6のうち、 レ、ずれか一項記載の 体装置の製
2 8. への多結晶シリコン層又はアモルファスシリコン層を活 Ι4ϋとする 本装置の製 法であって、 .
嫌 5¾¾±に、多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層よりなるシリコシ 層を开成する工程と、
編己シリコン層表面を第 1の不活性ガスによるプラズマに曝して、鎌己シリコン層 表面の少なくとも に する水素を^ ¾する工程と、
第 2の不活性ガスと一種類なレヽしは複 の気体分子の混合ガスによるブラズ マを発生させて、 l己シリコン層表面に tiff己気体 を構成する元素の少なくとも一 部を含むシリコン化合物層を形成する工程とを含むことを街敷とする半導体装置の 製
2 9. 鍵己第 1の TO性ガスは、 A r， K. rおよび X eよりなる群より選ばれる 少なくとも 1種のガスよりなることを糊敷とする請求項 2 8記載の半導体装置の製
3 0. 前記第 2の不活†生ガスは K rよりなり、 ttrt己第シリコンィ匕合物層はシリコ ン酸ィ よりなることを糊敷とする請求項 2 8言 の轉体装置の製 it
3 1. 前記第 2の不活性ガスは A rまたは K rよりなり、前記シリコン化合物層 は窒ィ 莫または酸窒ィ よりなることを樹敷とする請求項 2 8言織の轉体装置の, 製 5tm
3 2. 嫌 S第 1および第 2のプラズマは、マイク口波により励起されることを特. 徴とする請求項 2 8
Figure imgf000036_0001
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