[发明专利]等离子体氮化处理方法无效

专利信息
申请号: 201110075945.6 申请日: 2005-03-02
公开(公告)号: CN102181819A 公开(公告)日: 2011-09-14
发明(设计)人: 松山征嗣;中西敏雄;尾崎成则;足立光;高槻浩一;佐藤吉宏 申请(专利权)人: 东京毅力科创株式会社
主分类号: C23C8/36 分类号: C23C8/36;H01L21/28;H01L21/314
代理公司: 北京尚诚知识产权代理有限公司 11322 代理人: 龙淳
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 等离子体 氮化 处理 方法
【说明书】:

本案是申请日为2005年3月2日、申请号为200580006865.8、发明名称为离子体处理方法和计算机存储介质专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及等离子体处理方法和计算机存储介质。

背景技术

在最近的半导体器件中,为了提高动作速度,需要减薄栅极绝缘膜的厚度。但是,例如在以前的硅氧化膜中,减薄膜厚时,存在漏电流增大,并且电极材料中含有的硼(Boron)穿透绝缘膜的问题,不优选。因此,考虑采用即使膜厚较薄,也能够确保规定的绝缘性,而且能够抑制硼的扩散的氧氮化膜。

在形成氧氮化膜时,已提出在形成氧化膜后,通过利用微波的等离子体处理装置对该氧化膜进行等离子体氮化处理,由此形成氧氮化膜的方案(专利文献1)。在这种情况下,连续供给微波,以产生等离子体。

根据由该等离子体氮化处理形成氧氮化膜的方法,由于能够使氮的分布偏在电极(表面)一侧,所以能够得到与热氧化膜相同程度的平带电压,并且由于上述理由,可得到将杂质的扩散容易地阻止在表面侧等等离子体的优点。

专利文献1:特开2002-208593号公报

发明内容

在进行等离子体氮化处理时,由于此时的由等离子体引起的损伤,所以在其后要进行退火处理。以前的这种退火处理是在大致大气压气氛中,进行31~60秒将基板加热到约1100℃~1200℃的所谓“强退火处理”。但是,在实施这样的强退火处理时,氧由于该退火处理而扩散,膜厚增大,介电常数下降,动作速度变慢,特别是在PMOSFET中显著的NBTI(Negative Bias Temperature Instability(负偏压温度不稳定性):在向PMOSFET的栅极施加负电压、持续给予100℃左右的温度应力的情况下,经过一定时间后,发生源极-漏极间的ON电流(接通电流)的恶化,或者阈值向负方向偏移的现象(负电压高温应力时的不稳定性))特性有可能恶化。因此,期待利用低电子温度的微波等离子体的优点,同时,即使进行这样的等离子体氮化处理,也不需要其后的强退火处理的技术。

而且,在以往的技术中,难以使栅极氧化膜中导入氮后的晶体管的静特性(栅极漏电流、源极漏极ON电流)和NBTI两者都提高。

本发明鉴于上述问题而做出,其目的在于,在利用由微波产生的等离子体对形成氧化膜后的基板进行氮化处理时,抑制氮化时的损伤从而不需要其后的退火处理,或者即使进行退火处理也是极弱的退火处理即可,结果,使氧氮化膜的膜质提高,从而实现降低半导体器件的漏电流、提高动作速度、以及提高NBTI耐性、提高静电性。

为了达到上述目的,本发明的等离子体处理方法的特征在于:在利用由微波产生的等离子体对形成氧化膜后的基板进行氮化处理时,断续地供给上述微波以进行等离子体氮化处理。例如,以所谓脉冲状供给微波,进行等离子体氮化。

根据本发明人的见解,认为:与迄今为止的连续供给微波以进行等离子体氮化处理的情况相比,在断续地供给微波以进行等离子体氮化处理的情况下,在微波供给的OFF时间(断开时间)内,等离子体的电子温度下降,能够抑制离子对氧化膜表面的冲击,由此氧化膜中的氮活性种的扩散速度降低。其结果,氮集中在例如硅基板与氧氮化绝缘膜的界面中,从而能够抑制其浓度增大。结果,能够形成抑制漏电流而不增加膜厚(氧化膜换算膜厚:EOT)、而且NBTI特性提高的优质的氧氮化膜。根据本发明人的验证,与以往的技术相比,NBTI耐性提高2~10倍。

而且,根据本发明人的验证,判明:通过至少改变上述断续供给的微波的供给、停止的重复周期或微波的供给ON时间(接通时间)与OFF时间的比(占空比(duty ratio)),即使改变以往的膜中的氮浓度,也能使处于负相关(trade-off)关系的MOSFET的ON电流特性(接通电流特性)和NBTI耐性的双方都提高。所以,在如上所述断续地供给微波的情况下,通过至少改变重复周期或微波的供给ON时间与OFF时间的比,能够使ON电流特性和NBTI耐性的双方都提高,从这一点评价,能够提高膜质。

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