发明名称 氮化矽膜、以及半导体装置以及其制作方法
摘要 本发明的目的在于应用一种在玻璃基板上、在应变点之下的温度下形成可用作为闸极绝缘膜或保护膜的高质量的致密的绝缘膜的技术,应用该技术可以实现性能好、可靠性高的半导体装置。本发明的半导体装置在作为通道长度为0.35~2.5μm的场效电晶体的闸极绝缘膜中,在结晶半导体膜上经氧化矽膜形成氮化矽膜,该氮化矽膜的含氢浓度在1×1021/cm3以下、含氧浓度为5×1018~5×1021/cm3、且具有对包含7.13%的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蚀速度在10nm/min以下的特性。
申请公布号 TWI288443 申请公布日期 2007.10.11
申请号 TW092112984 申请日期 2003.05.13
申请人 半导体能源研究所股份有限公司 发明人 高山彻;山崎舜平;秋元健吾
分类号 H01L21/31(2006.01) 主分类号 H01L21/31(2006.01)
代理机构 代理人 林志刚 台北市中山区南京东路2段125号7楼
主权项 1.一种半导体装置,其特征在于:在绝缘基板上形成 至少包含一层氮化矽膜的闸极绝缘膜,该氮化矽膜 的含氢浓度在11021/cm3以下、且具有对包含7.13%的 氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化氨(NH4F)的混合水溶液 的腐蚀速度在10nm/min以下的特性。 2.一种半导体装置,其特征在于:在绝缘基板上,在 通道长度为0.35~2.5m的场效电晶体的闸极绝缘膜 中,至少形成一层氮化矽膜,该氮化矽膜的含氢浓 度在11021/cm3以下、且具有对包含7.13%的氟化氢氨( NH4HF2)和15.4%的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蚀速 度在10nm/min以下的特性。 3.一种半导体装置,其特征在于:在绝缘基板上,在 作为通道长度为0.35~ 2.5m的场效电晶体的闸极绝 缘膜中,在结晶半导体膜上经氧化矽膜形成氮化矽 膜,该氮化矽膜的含氢浓度在11021/cm3以下、且具 有对包含7.13%的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化氨(NH4 F)的混合水溶液的腐蚀速度在10nm/min以下的特性。 4.如申请专利范围第1至3项的任何一项中所述的半 导体装置,其中,上述氮化矽膜的含氧浓度为51018~5 1021/cm3。 5.如申请专利范围第2或3项中所述的半导体装置, 其中,上述闸极绝缘膜在表面突起部的曲率半径在 1m以下的结晶半导体膜上形成。 6.如申请专利范围第1至3项的任何一项中所述的半 导体装置,其中,上述绝缘基板是应变点在700℃以 下的玻璃基板。 7.一种半导体装置,其特征在于:在应变点在700℃以 下的玻璃基板上,作为电容部的介电质膜,形成氮 化矽膜,该氮化矽膜的含氢浓度在11021/cm3以下、 且具有对包含7.13%的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化 氨(NH4F)的混合水溶液的腐蚀速度在10nm/min以下的 特性。 8.一种半导体装置,其特征在于:在应变点在700℃以 下的玻璃基板上,在由有机树脂形成的层间绝缘膜 上形成氮化矽膜,该氮化矽膜的含氢浓度在11021/cm 3以下、且具有对包含7.13%的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4% 的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蚀速度在10nm/min 以下的特性。 9.一种半导体装置,其特征在于:在绝缘基板上,作 为半导体元件的保护膜,形成氮化矽膜,该氮化矽 膜的含氢浓度在11021/cm3以下、且具有对包含7.13% 的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化氨(NH4F)的混合水溶 液的腐蚀速度在10nm/min以下的特性。 10.如申请专利范围第9项所述的半导体装置,其中, 上述绝缘基板是应变点在700℃以下的玻璃基板。 11.如申请专利范围第7至9项的任何一项中所述的 半导体装置,其中,上述氮化矽膜的含氧浓度为51 018~51021/cm3。 12.一种氮化矽膜,其特征在于:在应变点在700℃以 下的玻璃基板上形成,含氢浓度在11021/cm3以下,且 具有对包含7.13%的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化氨( NH4F)的混合水溶液的腐蚀速度在10nm/min以下的特性 。 13.一种氮化矽膜,其特征在于:在有机树脂薄膜上 形成,含氢浓度在11021/cm3以下,且具有对包含7.13% 的氟化氢氨(NH4HF2)和15.4%的氟化氨(NH4F)的混合水溶 液的腐蚀速度在10nm/min以下的特性。 14.如申请专利范围12或13中所述的氮化矽膜,其中, 其含氧浓度为51018~51021/cm3。 15.一种半导体装置的制作方法,其特征在于:包括 对在绝缘基板上形成的结晶半导体膜进行氧化处 理和进行氧化膜除去处理的第1阶段、在施加高频 电功率使Ar、N2或只使N2进行辉光放电的情况下溅 射矽靶以形成氮化矽膜的第2阶段和施加直流电功 率以形成导电性膜的第3阶段,上述第1至第3阶段不 是在空气中进行,而是在惰性气体或在减压的环境 下连续进行。 16.一种半导体装置的制作方法,其特征在于:包括 对在绝缘基板上形成的结晶半导体膜进行氧化处 理和进行氧化膜除去处理的第1阶段、通过氧气环 境下的加热处理以形成氧化矽膜的第2阶段、在施 加高频电功率使Ar、N2或只使N2进行辉光放电的情 况下溅射矽靶以形成氮化矽膜的第3阶段和施加直 流电功率以形成导电性膜的第4阶段,上述第1至第4 阶段不是在空气中进行,而是在惰性气体或在减压 的环境下连续进行。 17.如申请专利范围第16项所述的半导体装置的制 作方法,其中,在上述第2阶段中,Ar对N2的比例是0.01~ 0.5。 18.如申请专利范围第16项所述的半导体装置的制 作方法,其中,在上述第3阶段中,Ar对N2的比例是0.01~ 0.5。 19.如申请专利范围第16项所述的半导体装置的制 作方法,其中,在于对上述第2阶段的氧气添加0.01~0. 1%的从NF3、HF、ClF3中选出的一种或多种气体。 20.一种半导体装置,其特征乃包含 在于基板上之半导体膜、 和包含该半导体膜上之氮化矽膜的闸极绝缘膜、 和包含在于该闸极绝缘膜上之下层及较下层为窄 之上层的闸极、 和在于该闸极之下层上的侧壁间隔物者。 21.一种半导体装置,其特征乃包含 含有在于该基板上之下层及较下层为窄之上层的 闸极、 和被覆该闸极与该侧壁间隔物之氮化矽膜者。 22.一种半导体装置,其特征乃包含 含有在于该基板上之下层及较下层为窄之上层的 闸极、 和在于该闸极之下层之侧壁间隔物、 和在于该闸极与该侧壁间隔物上的层间绝缘膜、 和在于该层间绝缘膜上及该层间绝缘膜之接触孔 的配线、 和被覆该配线及该层间绝缘膜之氮化矽膜。 23.一种半导体装置,其特征乃包含 含有在于该基板上之下层及较下层为窄之上层的 闸极、 和在于该闸极之下层之侧壁间隔物、 和被覆该闸极及该侧壁间隔物之氮化矽膜、 和在于该氮化矽膜上之层间绝缘膜、 和在于该层间绝缘膜上及该层间绝缘膜之接触孔 的阻隔层、 和在于阻隔层上之配线。 24.一种半导体装置,其特征乃包含 含有在于该基板上之下层及较下层为窄之上层的 闸极、 和在于该闸极之下层之侧壁间隔物、 和在于该闸极与该侧壁间隔物上之层间绝缘膜、 和在于该层间绝缘膜上及该层间绝缘膜之接触孔 的阻隔层、 和在于阻隔层上之配线、 和在于该配线上之氮化矽膜。 25.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该闸极乃包含钽者。 26.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该闸极乃包含钨者。 27.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该侧壁间隔物乃以氮化矽膜形成者 。 28.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,于该闸极之上层,附加侧壁间隔物之 宽度为几近等于该闸极之下层宽度。 29.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该层间绝缘膜乃以氮化矽膜形成者 。 30.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该层间绝缘膜乃以有机树脂形成者 。 31.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该层间绝缘膜乃形成呈厚度20至100 nm 。 32.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该阻隔层乃以氮化钽制作者。 33.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该阻隔层乃形成呈厚度100至200nm。 34.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该配线乃以铜所形成者。 35.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该配线乃形成呈厚度1至10nm。 36.如申请专利范围第20项至第24项之任一项之半导 体装置,其中,该氮化矽膜乃形成呈厚度20至100nm。 图式简单说明: 图1是表示使用本发明的氮化矽膜并在MOS结构下没 有Li的扩散时的C-V特性图。 图2是表示使用本发明的氮化矽膜并在MOS结构下有 Li的扩散时的C-V特性图。 图3是表示利用SIMS测定包含在本发明的氮化矽膜 中的H、C、O的浓度的结果的图。 图4是表示本发明的氮化矽膜的比较例的氮化矽膜 的透射率的图。 图5是表示本发明的氮化矽膜的比较例的氮化矽膜 的红外吸收光谱的图。 图6是表示使用利用电浆CVD法形成的氮化矽膜并在 MOS结构下没有Li的扩散时的C-V特性图。 图7是说明使用本发明的磁控管溅射装置的结构的 上平面图。 图8是说明使用本发明的磁控管溅射装置的成膜室 的详细结构的截面图。 图9是说明本发明的高频磁控管溅射装置中的氮化 矽膜的成膜机制的原理图。 图10(A)~(D)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图11是说明本发明的半导体装置的制作工程的纵 截面图。 图12(A)~(E)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图13(A)~(C)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图14(A)~(D)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图15(A)~(C)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图16(A)~(C)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图17是说明半导体膜的详细蚀刻形状的图。 图18是说明本发明的微型电脑的结构的图。 图19是说明本发明的微型电脑封装结构的图。 图20是说明加热处理室的结构的图。 图21是说明光源的点亮和熄灭与半导体基板的温 度变化的关系以及冷媒的供给方法的图。 图22(A)~(D)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。 图23(A)~(D)是说明本发明的半导体装置的制作工程 的纵截面图。
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