[发明专利]绝缘膜的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如能够在MOS结构的器件的制造中利用的绝缘膜的改性方法。

背景技术

在以MOSFET为代表的半导体器件中，为了防止所谓的硼的穿透现象，作为栅极绝缘膜使用氧化氮化硅(SiON)膜。另外，伴随近年来的半导体装置的微细化、高性能化的要求，栅极绝缘膜的薄膜化渐渐接近极限。在将氧化硅(SiO₂)膜薄膜化时，由直接隧穿造成的漏电电流呈指数函数式增加，消耗电力增大。因此，出于降低漏电流的目的，也可以使用氧化氮化硅膜作为栅极绝缘膜。

氧化氮化硅膜能够通过对例如由热氧化等的方法所形成的SiO₂膜作用氮气的等离子体而形成。而且，对于这样通过等离子体氮化处理所形成的氧化氮化硅膜，为了防止膜质的劣化，还提出了进行热退火等的改性处理(专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2004-25377

专利文献2日本特开2006-156995

专利文献3国际公开WO2008/081724

发明内容

发明所要解决的课题

对SiO₂膜进行等离子体氮化处理所形成的氧化氮化硅膜随着氮化处理后时间的流逝，氮原子从膜中向外部释放(所谓“N脱落现象”)。若发生N脱落现象，即使在相同条件进行等离子体氮化处理，根据距离下一个工序的等待时间的不同，形成在半导体晶片间、组间氧化氮化硅膜中的氮浓度发生波动的结果，最终产品的质量管理困难。例如，作为MOSFET等晶体管的栅极绝缘膜利用氧化氮化硅膜时，由于氮浓度的波动，则存在硼的穿透或抑制漏电流的效果变动，引起器件的可靠性降低或成品率降低的担心。

因此，本发明的目的在于提供一种氧化氮化硅膜，该膜中，抑制了从通过等离子体氮化处理所形成的氧化氮化硅膜的N脱落造成的膜中氮浓度的降低，将被处理体间、组间的氮浓度的波动降到最小限度，使膜中的氮浓度稳定于一定程度。

用于解决课题的方法

本发明的绝缘膜的改性方法包括对在被处理体的表面露出的氧化硅膜进行等离子体氮化处理，形成氧化氮化硅膜的氮化处理工序；和对上述氧化氮化硅膜的表面进行氧化处理的改性工序，上述氮化处理工序结束后，仍旧维持真空气氛，接着开始上述改性工序。

本发明的绝缘膜的改性方法中，优选在将氮化处理工序刚结束后的氧化氮化硅膜的膜中氮浓度设为N_C0、将改性工序后的氧化氮化硅膜的膜中氮浓度的目标值设为N_CT时，进行上述等离子体氮化处理使得N_C0＞N_CT。

在本发明的绝缘膜的改性方法中，优选上述改性工序包括利用等离子体处理装置的等离子体氧化处理，该离子体处理装置通过具有多个孔的平面天线向处理容器内导入微波而产生处理气体的等离子体。此时，优选在上述等离子处理装置的同一个处理容器内对一个被处理体连续进行上述等离子氮化处理和上述等离子氧化处理。此时，优选在上述等离子氮化处理之后、上述等离子氧化处理之前，通过抽真空或清扫处理除去在上述处理容器内残留的氮。另外，优选还包括在上述等离子氧化处理之后，作为上述改性工序的一部分，在氧化气氛中以800℃以上、1100℃以下的范围内的温度对被处理体进行退火处理的工序。

另外，本发明的绝缘膜的改性方法中，优选上述等离子氧化处理的处理压力在67Pa以上、1333Pa以下的范围内。

另外，在本发明的绝缘膜的改性方法中，优选上述等离子氧化处理在氧气相对于全部处理气体的体积流量比例在0.1％以上、20％以下的范围内进行。

另外，本发明的绝缘膜的改性方法中，优选上述等离子氧化处理的处理温度在200℃以上、600℃以下的范围内。

另外，本发明的绝缘膜的改性方法中，优选上述等离子氧化处理的处理时间在1秒以上、90秒以下的范围内。

另外，本发明的绝缘膜的改性方法中，优选利用等离子处理装置进行上述氮化处理工序，该等离子体处理装置通过具有多个孔的平面天线向处理容器内导入微波而产生处理气体的等离子体，利用退火装置进行上述改性工序，该退火装置通过在氧化气氛中以800℃以上、1100℃以下的范围内的温度对被处理体进行退火处理。此时，优选上述退火处理的处理时间在10秒以上50秒以下的范围内。另外，优选在真空状态进行从上述等离子体处理装置向上述退火装置的被处理体的移送。