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被膜窒化方法、被膜形成基板および窒化処理装置

国内特許コード P07A010228
整理番号 E-018
掲載日 2007年8月16日
出願番号 特願2005-254698
公開番号 特開2007-128924
登録番号 特許第4783895号
出願日 平成17年9月2日(2005.9.2)
公開日 平成19年5月24日(2007.5.24)
登録日 平成23年7月22日(2011.7.22)
発明者
  • 横谷 篤至
出願人
  • 学校法人宮崎大学
発明の名称 被膜窒化方法、被膜形成基板および窒化処理装置
発明の概要

【課題】基板にダメージを与えることなく基板の最表面を窒化させることを第1の技術的課題とする。
【解決手段】窒素含有気体雰囲気中に波長172~126nmの真空紫外光を照射することにより前記窒素含有気体を分解して被膜形成基板(K)の表面に吸着させると共に、前記被膜形成基板表面(K)に吸着した気体分子に真空紫外光を照射することによって表面反応を生じさせて前記被膜形成基板(K)表面の窒化を行う被膜窒化方法。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


半導体製造プロセスでは、その製造工程中に、ウェハの表面に種々の化学反応を生じさせて処理を行うことにより、多数の電子素子を作製してIC(Integrated Circuit、集積回路)やLSI(Large-scale Integrated Circuit、高密度集積回路、大規模集積回路)、超LSIを作製している。近年、超LSI等の高密度化、高性能化に伴い、電子素子としてのFET(電界効果トランジスタ)等では、ゲート電極のゲート酸化膜(SiO等)が薄くなっている。特に、次世代超高密度ICでは、10nm未満のゲート酸化膜が使用される予定である。
このような薄い酸化珪素の膜は、本来、その上下の層の半導体を絶縁する目的で使用されるが、あまりに薄くなると、上下の層に添加されたキャリア元素(ドナーやアクセプタ、特にホウ素(B))がこの膜を通ってドリフト(物質内を移動)してしまうという問題が生じる。



そこで、酸化珪素(SiO)よりもこれらの元素の通過を阻止する性能が強い窒化物薄膜の使用が検討されている。シリコンおよび窒素を含有する膜自体を形成する技術として、特許文献1(特開平8-88222号公報)、特許文献2(特開2004-128195号公報)、特許文献3(特開2003-347296号公報)、特許文献4(特開2001-274156号公報)記載の技術が知られている。
しかし、窒化物は下地材料(シリコン等)との整合性が悪いため、下地材料との接合部には酸化珪素の薄膜を使用し、その表面側のみ(最表面側の約1~3nm程度)のみに窒素あるいは窒化物を多く存在させる二重構造の酸窒化膜の形成が望まれている。



このような二重構造(二層構造)の酸窒化膜を形成するための技術として、熱窒化法のように、窒素雰囲気中で酸化膜を有する基板を加熱して酸化膜を窒化する技術が知られている。このように基板を加熱して窒化する技術としては、例えば、特許文献5(特開平5-36899号公報)、特許文献6(特開平5-55198号公報)、特許文献7(特開2003-109954号公報)等記載の技術が従来公知である。
また、窒素雰囲気中でプラズマを発生させてプラズマのエネルギーを利用して酸化膜を窒化するプラズマ窒化法(例えば、特許文献8(特開平5-211242号公報)、特許文献9(特開平9-116162号公報)、特許文献10(特開2000-216154号公報)等参照)も従来公知である。




【特許文献1】特開平8-88222号公報

【特許文献2】特開2004-128195号公報

【特許文献3】特開2003-347296号公報

【特許文献4】特開2001-274156号公報

【特許文献5】特開平5-036899号公報

【特許文献6】特開平5-055198号公報

【特許文献7】特開2003-109954号公報

【特許文献8】特開平5-211242号公報

【特許文献9】特開平9-116162号公報

【特許文献10】特開2000-216154号公報

産業上の利用分野


本発明は、基板表面の被膜を窒化する被膜窒化方法、前記被膜窒化方法により窒化された被膜を有する被膜形成基板および前記被膜を窒化する窒化処理装置に関する。本発明は、トランジスタ等を含む集積回路(IC)や高密度集積回路(LSI)、超LSI等のゲート酸化膜(被膜)表面を窒化させる場合に好適に使用可能である。

特許請求の範囲 【請求項1】
窒素含有気体雰囲気中に波長172nm~126nmの真空紫外光を照射することにより前記窒素含有気体を分解して被膜形成基板の表面に吸着させると共に、前記被膜形成基板表面に吸着した気体分子に真空紫外光を照射することによって表面反応を生じさせて前記被膜形成基板表面の窒化を行う被膜窒化方法であって、前記窒素含有気体を分解、吸着するための真空紫外光として、172nmの真空紫外光を使用すると共に、前記表面反応を生じさせるための真空紫外光として126nmの真空紫外光を使用することを特徴とする被膜窒化方法。

【請求項2】
窒素含有気体雰囲気中に波長172nm~126nmの異なる2つの波長の真空紫外光を照射することにより前記窒素含有気体を分解して被膜形成基板の表面に吸着させると共に、前記被膜形成基板表面に吸着した気体分子に真空紫外光を照射することによって表面反応を生じさせて前記被膜形成基板表面の窒化を行う被膜窒化方法であって、前記窒素含有気体を分解、吸着するために予め設定された波長の第1の真空紫外光を使用すると共に、前記表面反応を生じさせるために前記第1の真空紫外光よりも波長の短い第2の真空紫外光を使用することを特徴とする被膜窒化方法。

【請求項3】
前記被膜形成基板が加熱されずに室温で前記真空紫外光が照射されることを特徴とする請求項1または2に記載の被膜窒化方法。

【請求項4】
前記窒素含有気体としてアンモニアを使用することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の被膜窒化方法。

【請求項5】
アモルファスシリコンを最表面に存在させた前記被膜形成基板を使用することを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の被膜窒化方法。

【請求項6】
請求項1ないしのいずれかに記載の被膜窒化方法により被膜表面が窒化された被膜形成基板。

【請求項7】
ゲート電極の絶縁膜表面を窒化させた電界効果トランジスタにより構成された請求項に記載の被膜形成基板。

【請求項8】
被膜形成基板が配置されるチャンバと、
前記チャンバ内に窒素含有気体を供給する窒素含有気体供給装置と、
前記窒素含有気体雰囲気中に172nmの真空紫外光を照射することにより前記窒素含有気体を分解して前記被膜形成基板の表面に吸着させる分解吸着用真空紫外光照射装置と、気体分子が吸着した前記被膜形成基板に126nmの真空紫外光を照射することにより表面反応を生じさせて窒化させる窒化処理用真空紫外光照射装置と、を有する真空紫外光照射装置と、
を備えたことを特徴とする窒化処理装置。

【請求項9】
被膜形成基板が配置されるチャンバと、
前記チャンバ内に窒素含有気体を供給する窒素含有気体供給装置と、
前記窒素含有気体雰囲気中に予め設定された波長の第1の真空紫外光を照射することにより前記窒素含有気体を分解して前記被膜形成基板の表面に吸着させる分解吸着用真空紫外光照射装置と、気体分子が吸着した前記被膜形成基板に前記第1の真空紫外光の波長よりも短い第2の真空紫外光を照射することにより表面反応を生じさせて窒化させる窒化処理用真空紫外光照射装置と、を有する真空紫外光照射装置と、
を備えたことを特徴とする窒化処理装置。

【請求項10】
前記被膜形成基板が加熱されずに室温で前記真空紫外光が照射されることを特徴とする請求項8または9に記載の窒化処理装置。

【請求項11】
アモルファスシリコンを最表面に存在させた前記被膜形成基板を使用することを特徴とする請求項8ないし10のいずれかに記載の窒化処理装置。
産業区分
  • 固体素子
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005254698thum.jpg
出願権利状態 権利存続中


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