專利名稱：半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過經(jīng)由絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件(閃存器(flash memory)、EEPROM等)，特別涉及配置在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜的形成方法的改良。
背景技術(shù)：
關(guān)于半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的電器特性(寫入、消去特性)，柵絕緣膜的氮濃度分布圖(profile)具有重要的意義。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)氧化膜進(jìn)行熱氧氮化處理。但是，會(huì)發(fā)生晶體管特性惡化，僅在氧化膜與基板界面上形成氮的峰值(peak)，難以形成適當(dāng)?shù)牡獫舛确植肌＞褪钦f，在熱氧氮化處理的情況下，在一定的位置、形成一定濃度的氮峰，對(duì)此進(jìn)行控制是困難的。
在日本特開2003-60198號(hào)公報(bào)中給出了具有已改善氮濃度分布的柵絕緣膜的半導(dǎo)體裝置。
專利文獻(xiàn)1日本特開2003-60198然而，日本特開2003-60198號(hào)公報(bào)中給出的發(fā)明，是抑制半導(dǎo)體裝置中柵電極漏電(gate leak)的發(fā)明，不能期望閃存器等的寫入、消去特性的改善。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于提供利用柵絕緣膜中良好的氮濃度分布，得到優(yōu)異電氣特性(寫入、消去特性)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供利用柵絕緣膜中良好的氮濃度分布，得到優(yōu)異電氣特性(寫入、消去特性)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一形式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，由等離子體形成氧氮化種，在上述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，并且上述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體。
本發(fā)明第二形式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，由等離子體形成氧氮化種，在上述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，使上述氧氮化種中所包含的氧氣量與NO氣體量之比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003。
本發(fā)明的第三形式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，由等離子體形成氧氮化種，在上述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，使上述氧氮化種中所包含的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)。
在上述本發(fā)明的第一至第三形式的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法中，優(yōu)選，在上述柵絕緣膜與上述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與上述柵電極的第二界面，形成0.02～0.5atomic％的氮峰。
本發(fā)明的第四形式的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置包括半導(dǎo)體基板、在上述半導(dǎo)體基板上形成的柵電極、在上述半導(dǎo)體基板與柵電極之間形成的柵絕緣膜，其中，上述柵絕緣膜，在其與上述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與上述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
本發(fā)明的第五形式的系統(tǒng)，是通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造系統(tǒng)。在該制造系統(tǒng)中，包括對(duì)形成上述半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的半導(dǎo)體晶片實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置；將等離子體處理用氣體導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)的氣體供給機(jī)構(gòu)；以及至少控制上述氣體供給機(jī)構(gòu)中氣體混合比的控制器。并且，在上述控制器的控制下，由上述氣體供給機(jī)構(gòu)，將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)，在上述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜。另外，在上述控制器的控制下，上述氣體供給機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使得上述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體。
本發(fā)明的第六形式的記錄介質(zhì)，記錄有在通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造中使用的方法，在該記錄介質(zhì)中記錄著將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋過的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)、在上述半導(dǎo)體基板上形成作為上述柵絕緣膜的氧氮化膜的設(shè)定；與使得上述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體的條件設(shè)定。
本發(fā)明的第七形式的系統(tǒng)，是通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造系統(tǒng)。在該制造系統(tǒng)中，包括對(duì)形成上述半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的半導(dǎo)體晶片實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置；將等離子體處理用氣體導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)的氣體供給機(jī)構(gòu)；以及至少控制上述氣體供給機(jī)構(gòu)中氣體混合比的控制器。并且，在上述控制器的控制下，由上述氣體供給機(jī)構(gòu)，將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)，在上述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜。另外，在上述控制器的控制下，上述氣體供給機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使上述氧氮化種中所包含的氧氣量與NO氣體量之比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003。
本發(fā)明的第八形式的記錄介質(zhì)，記錄有在通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造中使用的方法，在該記錄介質(zhì)中記錄著將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋過的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)、在上述半導(dǎo)體基板上形成作為上述柵絕緣膜的氧氮化膜的設(shè)定；與使上述氧氮化種中所包含的氧氣量與NO氣體量之比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003的條件設(shè)定。
本發(fā)明的第九形式的系統(tǒng)，是通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造系統(tǒng)。在該制造系統(tǒng)中，包括對(duì)形成上述半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的半導(dǎo)體晶片實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置；將等離子體處理用氣體導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)的氣體供給機(jī)構(gòu)；以及至少控制上述氣體供給機(jī)構(gòu)中氣體混合比的控制器。并且，在上述控制器的控制下，由上述氣體供給機(jī)構(gòu)，將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入上述等離子體處理裝置內(nèi)，在上述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜。另外，在上述控制器的控制下，上述氣體供給機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使上述氧氮化種中所包含的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)。
本發(fā)明的第十形式的記錄介質(zhì)，記錄有在通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造中使用的方法，在該記錄介質(zhì)中記錄著將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋過的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)、在上述半導(dǎo)體基板上形成作為上述柵絕緣膜的氧氮化膜的設(shè)定；與使上述氧氮化種中所包含的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)的條件設(shè)定。
在氧化膜的界面上一般存在有Si-O結(jié)合不良，該缺點(diǎn)是電氣特性惡化的主要原因?？紤]了氮能夠起到修補(bǔ)該結(jié)合的作用。但是認(rèn)為，如果氮的濃度峰值為0.02atomic％以下，就不能充分進(jìn)行上述修補(bǔ)。另一方面，如果氮的濃度峰值為0.5atomic％以上，則加入了過量的氮，會(huì)生成Si-O結(jié)合不良。
在如閃存器、EEPROM等那樣，在通過經(jīng)由絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，由電荷交接而引起的電氣應(yīng)力是從絕緣膜的基板側(cè)、表面?zhèn)?柵電極側(cè))的雙方向施加。因此，由在兩界面上具有氮峰的絕緣膜，能夠抑制SILC(Stress Induced Leakage Current應(yīng)力誘發(fā)泄漏電流)的發(fā)生(參照?qǐng)D8、圖9)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件的特性被改善。根據(jù)本發(fā)明，能夠在半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置(閃存器)的柵絕緣膜的表面及界面?zhèn)韧瑫r(shí)形成氮峰(參照?qǐng)D4)。通過使在柵絕緣膜的兩界面形成的氮峰濃度為0.5atomic％以下，能夠得到良好的電氣特性。


圖1是表示適用本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置(閃存器)的寫入及消去動(dòng)作的說明圖。
圖2是表示柵絕緣膜中的NO氣體混合比與氧氮化膜界面的氮濃度的關(guān)系的圖。
圖3是表示相對(duì)于導(dǎo)入等離子體處理裝置中的全部氣體量的NO氣體混合率的每種的氮濃度變化的4是用于說明本發(fā)明的作用的圖，是階段性表示氮濃度分布的形成方法的圖。
圖5(A)、(B)是分別表示基板注入應(yīng)力(stress)(寫入動(dòng)作)與柵極(gate)注入應(yīng)力(消去動(dòng)作)的示意圖。
圖6是表示電子注入時(shí)注入電荷量與柵電壓變動(dòng)量之間的關(guān)系(陷阱特性)的圖。
圖7是表示寫入動(dòng)作時(shí)(基板注入應(yīng)力)注入電荷量與泄漏電流量的關(guān)系(SILC特性)的圖。
圖8是消去動(dòng)作(柵極注入應(yīng)力)時(shí)注入電荷量與泄漏電流量的關(guān)系(SILC特性)的圖。
圖9是表示實(shí)施本發(fā)明用的等離子體處理系統(tǒng)的構(gòu)成的說明圖(截面+方框)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明能夠適用于通過經(jīng)由絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置(閃存器、EEPROM等)。
圖1是表示作為本發(fā)明適用例的閃存器的寫入及消去動(dòng)作的一例的說明圖。在寫入動(dòng)作時(shí)，電荷從硅基板經(jīng)由隧道絕緣膜而流到柵電極(FG)一側(cè)。另一方面，在消去動(dòng)作時(shí)，電荷從柵電極(FG)經(jīng)由隧道絕緣膜而流到硅基板一側(cè)。本發(fā)明的特征在于隧道絕緣膜(柵絕緣膜)的結(jié)構(gòu)(氮濃度分布)。
在柵絕緣膜的等離子體處理中，從不可帶來損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)使用能夠特制高密度且低電子溫度的等離子體的RLSA(Radial LineSlot Antenna放射線狹縫天線)的微波等離子體處理裝置。作為在兩界面(硅基板側(cè)，柵電極側(cè))具有氮峰(peak)0.02～0.5atomic％的柵絕緣膜的形成方法，使用采用了微波的RLSA(Radial Line Slot Antenna)等離子體處理裝置，在導(dǎo)入等離子體處理裝置中的位置由等離子體激勵(lì)用氣體稀釋(氧化)氮化種。按照以下的條件對(duì)8英寸的基板(晶片)進(jìn)行處理。
微波功率3500W，優(yōu)選的范圍為2000～4000W處理壓力1Torr，優(yōu)選的范圍為50mTorr～10Torr處理溫度400℃，優(yōu)選的范圍為常溫～500℃氧氮化種NO，優(yōu)選為不含H的氣體(N2O、NO2，N2等)氣體流量Kr∶O2＝1000∶30sccm，優(yōu)選的范圍為500～5000∶10～500sccm這里，使NO氣體的量滿足以下任一條件是重要的。
(1)相對(duì)于導(dǎo)入處理裝置中的全部氣體量的NO氣體混合率0.00001～0.01％，更優(yōu)選NO氣體混合率為0.001％以下。
(2)相對(duì)于氧氣的NO氣體混合比1∶0.000003～1∶0.003(3)NO氣體的絕對(duì)值流量0.0001～0.1sccm。
在實(shí)際的等離子體氧氮化處理時(shí)，預(yù)先由等離子體激勵(lì)用氣體或稀有氣體稀釋氧氮化種(氧氮化種用氣體)，導(dǎo)入裝置。對(duì)半導(dǎo)體基板直接進(jìn)行等離子體氧氮化處理，在半導(dǎo)體基板表面形成氧氮化膜的絕緣膜。而且，為了提高絕緣膜中低氮峰控制性，也可以是預(yù)先對(duì)半導(dǎo)體基板進(jìn)行氧化，接著進(jìn)行等離子體氧氮化處理，形成絕緣膜(二步驟處理)。作為薄膜化手段，也可以僅由稀有氣體稀釋由遠(yuǎn)程等離子體(remote plasma)形成的氧氮化種，進(jìn)行處理。
圖2是表示柵絕緣膜中NO氣體混合比與氧氮化膜界面的氮濃度的關(guān)系的圖。由圖可知，二步驟處理或NO氣體混合比(稀釋率)為0.0001％以下時(shí)，界面的氮濃度能夠采用良好的值(0.5atomic％以下)。
圖3是表示相對(duì)于導(dǎo)入等離子體處理裝置中的全部氣體量的NO氣體混合率的每種的氮濃度變化的圖。由圖可知，二步驟處理或NO氣體混合比(稀釋率)為0.0001％以下時(shí)，界面的氮濃度能夠采用最好的值(0.5atomic％以下)。
對(duì)上述工序中形成的氧氮化膜，再次使用RLSA等離子體處理裝置，按照以下的條件進(jìn)行氮化處理。
使用8英寸的基板(晶片)。
微波功率1600W，優(yōu)選的范圍為1000～4000W處理壓力950mTorr，優(yōu)選的范圍為50mTorr～10Torr處理溫度400℃，優(yōu)選的范圍為常溫～500℃氮化種N2或不含O2的氣體(NH3等)氣體流量Xe∶N2＝1000∶40sccm，優(yōu)選的范圍為3000～500∶10～200sccm圖4是為了說明本發(fā)明的作用的圖，階段地表示氮濃度峰值的形成方法。在圖中，在對(duì)柵絕緣膜僅進(jìn)行等離子體氧氮化處理的情況下(1)，在半導(dǎo)體基板側(cè)形成大的峰，在柵電極側(cè)形成小的峰。在對(duì)柵絕緣膜進(jìn)行等離子體處理而形成基層氧化膜，之后再進(jìn)行等離子體氧氮化處理的情況下(2)，也是在半導(dǎo)體基板側(cè)形成大的峰，在柵電極側(cè)形成小的峰。另一方面，在(2)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行等離子體氮化處理的情況下(3)，就能夠控制柵電極側(cè)的氮峰。
圖5(A)、(B)是分別表示基板注入應(yīng)力(寫入動(dòng)作)與柵注入應(yīng)力(消去動(dòng)作)的示意圖。圖6是表示寫入動(dòng)作時(shí)(基板注入應(yīng)力)的注入電荷量與柵電壓變動(dòng)量之間的關(guān)系(陷阱特性)的圖。圖7是表示寫入動(dòng)作時(shí)(基板注入應(yīng)力)的注入電荷量與泄漏電流量的關(guān)系(SILC特性)的圖。圖8是消去動(dòng)作(柵注入應(yīng)力)時(shí)注入電荷量與泄漏電流量的關(guān)系(SILC特性)的圖。
(參照?qǐng)D6～圖8)(1)陷阱特性如圖6所示，可知在含有H的氧氮化種(NH3)中電子陷阱(trap)增加，會(huì)不適當(dāng)。電子陷阱會(huì)使閃存器的寫入消去特性惡化。另一方面，可知通過導(dǎo)入NO氣體能夠降低電子陷阱，通過稀釋NO氣體會(huì)進(jìn)一步地改善。
(2)SILC特性SILC(Stress-Induced Leakage Current應(yīng)力誘發(fā)泄漏電流)特性是表示閃存器的數(shù)據(jù)保持特性的電氣特性。泄漏電流大時(shí)，積蓄電荷的泄漏增大，存儲(chǔ)器特性惡化。通過導(dǎo)入NO氣體，雖然能夠使泄漏電流減小，但是如圖7及圖8所示，通過NO氣體的稀釋，能夠?qū)﹄p方向應(yīng)力進(jìn)一步改善泄漏電流。還有，在含H的氧氮化處理中，有生成硝酸(HNO3)，引起裝置腐蝕的可能性。
如閃存器及EEPROM那樣，在通過經(jīng)由絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，由電荷交接而引起的電氣應(yīng)力是從絕緣膜的基板側(cè)、表面?zhèn)鹊碾p方向施加。因此，通過在兩界面具有氮峰的絕緣膜，能夠抑制SILC的發(fā)生(參照?qǐng)D7、圖8)，能夠改善半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件的特性。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置(閃存器)的柵絕緣膜的表面及界面?zhèn)韧瑫r(shí)形成氮峰(參照?qǐng)D4)。在這種情況下，優(yōu)選使用預(yù)先由等離子體激勵(lì)用氣體所稀釋的氧氮化種(氧氮化種用氣體)。通過使柵絕緣膜的兩界面上形成的氮峰值濃度在0.5atomic％以下，能夠得到良好的電氣特性。而且，還確認(rèn)了通過由不含氫的體系進(jìn)行處理，能夠改善電子捕獲特性，能夠改善閃存器的寫入消去特性。
圖9是表示實(shí)施本發(fā)明用的等離子體處理系統(tǒng)的構(gòu)成的例子。等離子體處理系統(tǒng)10，具有設(shè)置了保持作為被處理基板的硅晶片W的基板保持臺(tái)12的處理容器11。處理容器11內(nèi)的氣體從排氣口11B通過未圖示的排氣泵而進(jìn)行排氣。
在處理容器11的裝置上方，與基板保持臺(tái)12上的硅晶片W相對(duì)應(yīng)而設(shè)置有開口部。該開口部由石英及Al2O3、AlN、Si3N4構(gòu)成的介電體板13所堵塞。在介電體板13的上部(處理容器11的外側(cè))，配置有RLSA(放射線狹縫天線)16的平面天線。在該天線16上，形成有使得從導(dǎo)波管供給的電磁波透過用的多個(gè)狹槽。在天線16的進(jìn)而上部(外側(cè))，配置有導(dǎo)波管。
在處理容器11的內(nèi)部側(cè)壁上，設(shè)置有等離子體處理時(shí)導(dǎo)入氣體用的氣體供給口11A。從該氣體供給口11A，導(dǎo)入氣體供給源24中預(yù)先混合的氣體。雖然未圖示，但所導(dǎo)入的氣體的流量調(diào)整，是能夠在混合階段使用流量調(diào)整閥等進(jìn)行的。
在本發(fā)明中使用的等離子體基板處理系統(tǒng)10中，設(shè)置有發(fā)生激勵(lì)等離子體用的數(shù)吉赫(GHz)、例如2.45GHz的電磁波的微波供給源20(電磁波發(fā)生器)。由該微波供給源20發(fā)生的微波，傳播到導(dǎo)波管，經(jīng)由天線16而均勻地導(dǎo)入處理容器11。
微波供給源20與氣體供給源24，由控制器27所控制。特別是，在氣體供給源24中，至少氧氮化種(氧氮化種用氣體)中含有的NO氣體的混合比或絕對(duì)流量是按照上述設(shè)定而調(diào)整的。例如，氣體供給源24動(dòng)作，使氧氣量與NO氣體量的比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003。或者是，使氧氮化種(氧氮化種用氣體)中含有的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)?；蛘呤牵沟脤?duì)于導(dǎo)入處理容器11內(nèi)的全部氣體量含有0.00001～0.01％的NO氣體。
氣體供給源24中NO氣體的混合比或絕對(duì)流量的控制，能夠根據(jù)控制器22中存儲(chǔ)的程序(設(shè)定)進(jìn)行。還有，關(guān)于氣體流量、混合比等的控制程序，能夠存儲(chǔ)于控制器22的外部存儲(chǔ)裝置。例如，預(yù)先將該程序(設(shè)定)存儲(chǔ)于CD-ROM、DVD、MO、軟盤、HD、存儲(chǔ)器等記錄介質(zhì)，從它們安裝(install)程序，或者是，也能夠直接讀出。關(guān)于程序的記錄方式，沒有限制。能夠采用光、磁、光+磁等所有的方式。
以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例(實(shí)施方式和形式)進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，可以在權(quán)利要求范圍中所示的技術(shù)思想范疇內(nèi)，進(jìn)行各種形式的變更。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作，其特征在于，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，由等離子體形成氧氮化種，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板交界的第一界面，以及與所述柵電極交界的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.0001％的NO氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于還包括在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜的工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制造方法，其特征在于還包括在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理的工序。
6.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作，其特征在于，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，利用等離子體形成氧氮化種，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，所述氧氮化種中所含的氧氣量與NO氣體的量之比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板交界的第一界面，以及與所述柵電極交界的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造方法，其特征在于還包括在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的制造方法，其特征在于還包括在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理的工序。
10.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作，其特征在于，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，利用等離子體形成氧氮化種，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，所述氧氮化種中所含的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及其與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其特征在于還包括在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或12所述的制造方法，其特征在于還包括在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理的工序。
14.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，其特征在于包括半導(dǎo)體基板、在所述半導(dǎo)體基板上形成的柵電極、和在所述半導(dǎo)體基板與柵電極之間形成的柵絕緣膜，所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
15.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造系統(tǒng)，該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作，其特征在于，包括對(duì)形成所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的半導(dǎo)體晶片實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置；將等離子體處理用氣體導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的氣體供給機(jī)構(gòu)；和至少控制所述氣體供給機(jī)構(gòu)中氣體混合比的控制器，并且，構(gòu)成為在所述控制器的控制下，由所述氣體供給機(jī)構(gòu)，將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜，在所述控制器的控制下，所述氣體供給機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使得所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.0001％的NO氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求15、16或17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求15、16、17或18所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理。
20.一種記錄介質(zhì)，記錄有在通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造中使用的方法，其特征在于，記錄著將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為所述柵絕緣膜的氧氮化膜的設(shè)定；和使得所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體的條件設(shè)定。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著使所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰的條件設(shè)定。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著使得所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.0001％的NO氣體的條件設(shè)定。
23.根據(jù)權(quán)利要求20、21或22所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜的設(shè)定。
24.根據(jù)權(quán)利要求20、21、22或23所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理的設(shè)定。
25.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造系統(tǒng)，該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作，其特征在于，包括對(duì)形成所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的半導(dǎo)體晶片實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置；將等離子體處理用氣體導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的氣體供給機(jī)構(gòu)；和至少控制所述氣體供給機(jī)構(gòu)中氣體混合比的控制器，并且，在所述控制器的控制下，利用所述氣體供給機(jī)構(gòu)，將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜，在所述控制器的控制下，所述氣體供給機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使所述氧氮化種中所含的氧氣量與NO氣體量之比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求25、26或27所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理。
29.一種記錄介質(zhì)，記錄有在通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造中使用的方法，其特征在于，記錄著將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)、在所述半導(dǎo)體基板上形成作為所述柵絕緣膜的氧氮化膜的設(shè)定；和使所述氧氮化種中所含的氧氣量與NO氣體量之比(O∶NO)為1∶0.000003～1∶0.003的條件設(shè)定。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著使所述柵絕緣膜在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰的條件設(shè)定。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜的設(shè)定。
32.根據(jù)權(quán)利要求29、30或31所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理的設(shè)定。
33.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造系統(tǒng)，該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作，其特征在于，包括對(duì)形成所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的半導(dǎo)體晶片實(shí)施等離子體處理的等離子體處理裝置；將等離子體處理用氣體導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的氣體供給機(jī)構(gòu)；和至少控制所述氣體供給機(jī)構(gòu)中氣體混合比的控制器，在所述控制器的控制下，由所述氣體供給機(jī)構(gòu)，將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜，在所述控制器的控制下，所述氣體供給機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使所述氧氮化種中所含的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得所述柵絕緣膜，在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使得在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜。
36.根據(jù)權(quán)利要求33、34或35所述的記錄介質(zhì)，其特征在于所述控制器進(jìn)行控制，使在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理。
37.一種記錄介質(zhì)，記錄有在通過經(jīng)由形成在半導(dǎo)體基板與柵電極之間的柵絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造中使用的方法，其特征在于，記錄著將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為所述柵絕緣膜的氧氮化膜的設(shè)定；與使所述氧氮化種中所包含的NO氣體的絕對(duì)值流量為0.0001～0.01(sccm)的條件設(shè)定。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著使所述柵絕緣膜在其與所述半導(dǎo)體基板的第一界面，以及與所述柵電極的第二界面，具有0.02～0.5atomic％的氮峰的條件設(shè)定。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著在形成所述氧氮化膜之前，在所述半導(dǎo)體基板上形成氧化膜的設(shè)定。
40.根據(jù)權(quán)利要求37、38或39所述的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄著在形成所述氧氮化膜之后，對(duì)所述柵絕緣膜實(shí)施等離子體氮化處理的設(shè)定。
全文摘要
提供利用柵絕緣膜中良好的氮濃度分布，得到優(yōu)異電氣特性(寫入、消去特性)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置及其制造方法。本發(fā)明中第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過經(jīng)由半導(dǎo)體基板與柵電極之間形成的絕緣膜進(jìn)行電荷交接而動(dòng)作的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制造方法，包括將預(yù)先使用等離子體激勵(lì)用氣體稀釋的氧氮化種導(dǎo)入等離子體處理裝置內(nèi)，由等離子體生成氧氮化種，在所述半導(dǎo)體基板上形成作為柵絕緣膜的氧氮化膜的工序，所述氧氮化種含有相對(duì)于導(dǎo)入所述等離子體處理裝置內(nèi)的全部氣體量為0.00001～0.01％的NO氣體。
文檔編號(hào)H01L29/792GK101032020SQ20058003331
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者北川淳一, 尾崎成則, 寺本章伸, 大見忠弘 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人東北大學(xué)