반도체 장치 및 그 제작방법 document_id A220623073143

최근, 집적회로나 여러가지 고성능 소자 등의 발전에 따라, 소자의 미세화가 진행하고 있다. 그것에 따라, 스위칭소자 등으로서 사용된 트랜지스터의 게이트 절연막의 박막화가 검토되고 있다. 그렇지만, 게이트 절연막을 박막화하면, 게이트 전극과 반도체막 혹은 반도체 기판과의 사이에 리크 전류가 흐르는 등의 결함이 생기고, 반도체장치의 신뢰성이 저하할 우려가 있다. 따라서, 고내압의 절연막이 요구되고 있다. 예를 들면, 특허문헌1에서는, 산화막을 형성할 때에 산화 이온을 주입하고, 그 후에 열처리 함으로써 산화막의 내압강도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일반적인 산화막 형성 공정에서는 산화막중에 수소가 받아들이기 쉬운 것이 알려져 있다. 산화막중에 수소를 받아들이면, 0-H결합이 생성 되기 쉽고, 산화막중에 0-H결합이 존재하면, 0-H결합이 전자 트랩이 되고, 산화막의 내압을 저하시키거나 하여, MIS(Metal Insulator Semiconductor)형태 전계 효과형 트랜지스터(F E T:Field Effect Transistor)의 한계치를 변동시키는 등, 열화의 요인이 된다. 따라서, 게이트 절연막은, 전자 트랩이 적은 막인 것이 요구되고 있다. [특허문헌1]일본공개 특허출원 H5-55200호 (발명의 개시) 본 발명은, 막특성이 우수한 절연막을 제조하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 치밀하고 고내압의 절연막을 제조하는 기술을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 전자 트랩이 적은 절연막을 제조하는 기술을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 신뢰성이 높은 반도체장치 또는 비휘발성 반도체 기억장치를 고수율로 제조하는 기술을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 본 발명은, 산소를 포함한 절연막에 대하여, 마이크로파등의 고주파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 플라즈마처리를 행한다. 구체적으로는, 고주파를 사용해서 여기되어, 전자밀도가 1×1011cm-3이상, 또한, 전자온도가 1.5eV이하의 조건의 플라즈마를 이용해서 플라즈마처리를 행한다. 산소를 포함한 절연막으로서는, CVD법, 스퍼터링법 또는 열산화법 등을 사용해서 형성한다. 예를 들면, 산소를 포함한 절연막으로서, 산화 규소, 산화 질화규소(SiOxNy)(x003e#y003e#0), 질화산화 규소(SiNxOy)(x003e#y003e#0), 산화알루미늄(AlxOy), 산화탄탈(TaxOy), 산화하프늄(HfOx) 등을 포함한 막을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 산소와 수소를 포함한 절연막에 대하여, 마이크로파등의 고주파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 플라즈마처리를 행한다. 구체적으로는, 고주파를 사용해서 전자밀도가 1×1011cm-3이상, 또한, 전자온도가 1.5e V이하의 조건으로 플라즈마처리를 행한다. 산소와 수소를 포함한 절연막은, CVD법, 스퍼터링법 또는 열산화법 등을 사용해서 형성할 수 있다. 이것들의 방법을 사용하는 경우, 형성 공정에 있어서 막중에 수소를 입력하기 쉽다. 따라서, 예를 들면, CVD법, 스퍼터링법 또는 열산화법을 사용해서 산화 규소, 산화 질화규소(SiOxNy)(x003e#y003e#0), 질화산화 규소(SiNxOy)(x003e#y003e#0), 산화알루미늄(AlxOy), 산화탄탈(TaxOy), 산화하프늄(HfOx) 등을 포함한 막을 형성하면, 막중에 수소가 포함되는 막을 형성할 수 있다. 플라즈마처리는, 마이크로파 등의 고주파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 행한다. 구체적으로는, 고주파를 사용해서 전자밀도가 1×1011cm-3이상, 또한, 전자온도가 1.5eV이하의 조건으로 플라즈마처리를 행한다. 보다 구체적으로는, 마이크로파(대표적으로는 2.45GHz)등의 고주파로 여기되고, 전자밀도가 1×1011cm-3이상 내지 1×1013cm-3이하, 또한, 전자온도가 0.5 eV이상 1.5 eV이하의 플라즈마를 이용해서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마처리는, 적어도 산소를 포함한 분위기 하에서 행한다. 이 때, 산소 이외에, 희가스(noble gas)(H e, N e, A r, K r, X e의 적어도 1개)를 포함한 분위기인 것이 바람직하다. 이때, 희가스를 포함한 분위기 하에서 플라즈마처리를 행할 경우에는, 플라즈마처리 후의 절연막에 희가스가 포함될 경우가 있다. 이하, 본 명세서에서는, 산소를 포함한 분위기 하에서, 상기 조건과 같은 플라즈마처리를 행하는 것을 "플라즈마 산화"라고 할 경우가 있다. 또한, 본 발명은, 산소와 수소를 포함한 절연막에 대하여 플라즈마처리를 행함으로써 절연막중의 수소함유량(수소농도)을 저감시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 조건을 사용해서 플라즈마처리를 행했을 경우, 2차이온질량분석(SIMS)에 의한 수소농도측정에 있어서, 플라즈마처리 후의 막중의 수소농도를 5×1019atoms/cm3이하로 할 수 있다. 또한, 플라즈마처리가 행해진 산소를 포함한 절연막, 또는 산소와 수소를 포함한 절연막은, 플라즈마처리하기 전의 절연막보다도 0.5wt％불화수소산에 대한 에칭 속도가 늦어진다. 예를 들면, 상기 조건을 사용해서 플라즈마처리를 행했을 경우, 0.5wt％불화수소산에 대한 에칭 속도를 8nm/min이하로 할 수 있다. 본 발명의 구체적인 구성은, 반도체 영역을 형성하고, 상기 반도체 영역 위에 산소 및 수소를 포함한 제1의 절연막을 형성하고, 산소를 포함한 분위기 하에서, 마이크로파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 제1의 절연막을 플라즈마처리 함에 의해 제1의 절연막중의 수소함유량을 저감하고, 제1의 절연막 위에 부유 게이트 전극을 형성하고, 상기 부유 게이트 전극 위에 제2의 절연막을 형성하고, 산소를 포함한 분위기 하에서, 마이크로파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 제2의 절연막을 플라즈마 처리하고, 제2의 절연막 위에 제어 게이트 전극을 형성하고, 상기 제어 게이트 전극을 마스크로서 불순물원소를 첨가하고, 상기 반도체영역에 한 쌍의 불순물영역을 형성한다. 또한, 본 발명의 다른 구성은, 반도체영역을 형성하고, 상기 반도체영역 위에 산소 및 수소를 포함한 게이트 절연막을 형성하고, 산소를 포함한 분위기 하에서, 마이크로파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 게이트 절연막을 플라즈마처리함에 의해 그 게이트 절연막중의 수소함유량을 저감하고, 게이트 절연막 위에 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극을 마스크로서 불순물원소를 첨가하고, 상기 반도체영역에 한 쌍의 불순물영역을 형성한다. 또한, 본 발명의 다른 구성은, 산소 및 수소를 포함한 절연막을 형성하고, 산소를 포함한 분위기 하에서, 마이크로파에 의해 여기된 플라즈마를 사용해서 절연막을 플라즈마처리 함에 의해 그 절연막중의 수소함유량을 저감한다. 상기 구성에 있어서, 산소 및 수소를 포함한 절연막은 CVD법, 스퍼터링법 또는 열산화법의 어느쪽인가의 방법을 사용해서 형성할 수 있다. 또한, 산소 및 수소를 포함한 절연막으로서는, 예를 들면, 산화 규소, 산화 질화규소, 질화산화 규소, 산화알루미늄, 산화탄탈 또는 산화하프늄을 포함한 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 제1의 절연막, 제2의 절연막, 게이트 절연막, 또는 산소 및 수소를 포함한 절연막의 플라즈마처리는, 산소의 이외에 희가스를 포함한 분위기 하에서 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 구성은, 서로 이격되어서 형성된 한 쌍의 불순물영역의 사이에 채널 형성 영역을 갖는 반도체영역과, 그 반도체영역의 윗쪽에 제1의 절연막을 거쳐서 설치된 부유 게이트 전극과, 그 부유 게이트 전극의 윗쪽에 제2의 절연막을 거쳐서 설치된 제어 게이트 전극을 갖는 비휘발성 반도체 기억장치다. 제1의 절연막 또는 상기 제2의 절연막은, 2차이온질량분석(SIMS)에 의한 수소농도측정에 있어서, 수소농도가 5×1019atoms/cm3이하다. 또한, 상기 구성의 비휘발성 반도체 기억장치는, 제1의 절연막 또는 제2의 절연막에 희가스(예를 들면, H e, N e, A r, K r, X e의 적어도 1개)가 포함되는 막을 사용할 수 있다. 또한, 상기 구성의 비휘발성 반도체 기억장치는, 0.5wt％불화수소산에 대한 에칭 속도가 8nm/min이하의 제1의 절연막 또는 제2의 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 구성은, 서로 이격되어서 형성된 한 쌍의 불순물영역의 사이에 채널 형성 영역을 갖는 반도체영역과, 그 반도체영역의 윗쪽에 게이트 절연막을 거쳐서 설치된 게이트 전극을 갖는 반도체장치다. 게이트 절연막은, 2차이온질량분석(SIMS)에 의한 수소농도측정에 있어서, 수소농도가 5×1019atoms/cm3이하다. 또한, 상기 구성의 반도체장치는, 게이트 절연막으로서 희가스(예를 들면, H e, N e, A r, K r, X e의 적어도 1개)가 포함되는 막을 사용할 수 있다. 또한, 상기 구성의 반도체장치는, 0.5wt％불화수소산에 대한 에칭 속도가 8 nm/min이하의 게이트 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 "반도체영역"이란, 반도체 기판에 형성된 영역이나, 기판 위에 형성된 반도체막을 나타내는 것으로 한다. 본 발명을 사용함으로써, 치밀한 고내압의 절연막을 제공할 수 있다. 본 발명을 사용함으로써, 수소함유량이 적은 절연막을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명을 사용함으로써, 치밀한 고내압의 게이트 절연막을 제공할 수 있다. 따라서, 반도체 기판에 형성된 반도체영역 또는 기판 위에 형성된 반도체영역(반도체막)과 게이트 전극과의 사이의 리크 전류를 저감할 수 있다. 또한, 본 발명을 사용함으로써, 수소함유량이 적고, 전자 트랩이 적은 게이트 절연막을 제공할 수 있다. 따라서, 반도체 기판에 형성된 반도체영역 또는 기판 위에 형성된 반도체영역(반도체막)과 게이트 절연막간의 계면의 특성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 본 발명을 사용함으로써, 치밀한 고내압의 막을 갖는 반도체장치 또는 비휘발성 반도체 기억장치를 제공할 수 있다. 더욱이, 전자 트랩이 적은 막을 갖는 반도체장치 또는 비휘발성 반도체 기억장치를 제공할 수 있다. 따라서, 반도체장치 또는 비휘발성 반도체 기억장치의 제품 비율, 신뢰성을 향상할 수 있다.