矽氧化膜的成膜方法和半導體器件的製造方法
2023-07-19 14:20:51 2
專利名稱：矽氧化膜的成膜方法和半導體器件的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種矽氧化膜的成膜方法和半導體器件的製造方法，特別是涉及一種在半導體器件中在導電層上成膜的矽氧化膜的成膜方法，和含有這樣的矽氧化膜的半導體器件的製造方法。
背景技術：
在現有技術中的以MOS (Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體等為代表的半導體器件中，在形成柵極氧化膜等要求有高的絕緣性即優良的耐性、優良的漏洩(leak)特性的絕緣層時，通過熱氧化法形成作為絕緣層的矽氧化膜。具體而言，在將作為被處理基板的矽基板加熱到例如700°C左右的狀態下，通過高溫熱CVD(ChemiCal Vapor D印osition，化學汽相澱積)形成矽氧化膜。在(日本)特開2004-336019號公報(專利文獻1)中公開了通過這種熱氧化法成膜矽氧化膜的方法。根據專利文獻1，對通過熱CVD形成的氧化膜利用將稀有氣體和氧氣用作處理氣體的氧等離子體進行改性，再對在其上通過熱CVD形成的HfSiO利用氮等離子體和氧等離子體進行改性。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2004-336019號公報
發明內容
發明要解決的課題在形成諸如柵極氧化膜之類要求高絕緣性的矽氧化膜的情況下，若通過以專利文獻1為代表的熱CVD形成矽氧化膜時，如上所述需要將矽基板暴露於高溫。這樣的話，在已經由熔點較低的物質例如低熔點的金屬、高分子化合物在矽基板上形成有導電層等的情況下，發生融化等問題。因此，在考慮到低熔點金屬化合物、高分子化合物的情況下，需要儘可能低地設定處理溫度。在這種情況下，雖然與所選擇的材料也有關係，但是例如350°C左右的溫度上升也有可能造成不利影響。另外，雖然為了避免這樣的問題，而能夠考慮到在進行熱CVD的工序之前，進行低熔點金屬的配線形成工序、高分子化合物的層疊工序，但是，這種半導體器件的製造工序的順序的制約，從現今的半導體器件中的微細化和高精度化的觀點出發而不予優選。本發明的目的在於提供一種能夠在低溫下形成具有高絕緣性的矽氧化膜的矽氧化膜成膜方法。本發明的其他目的在於提供一種能夠在低溫下形成包含具有高絕緣性的矽氧化膜的半導體器件的半導體器件製造方法。 用於解決課題的技術手段 本發明的矽氧化膜的成膜方法是在被保持在設置於處理容器內的保持臺上的被處理基板形成矽氧化膜的矽氧化膜的成膜方法，其包含在將保持被處理基板的保持臺的表面溫度保持在300°C以下的狀態，將矽化合物氣體、氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，在被處理基板形成矽氧化膜的工序；和將氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，對形成於被處理基板上的矽氧化膜進行等離子體處理的工序。優選保持臺的表面溫度為220°C以上300°C以下。還優選微波等離子體由徑向線縫隙天線(RLSA =Radial Line Slot Antena)生成。作為進一步優選的一實施方式，其構成也可以為矽化合物氣體包括四乙氧基矽烷(TEOS，tetraethyl orthosilicate，正矽酸乙酯，四乙基原矽酸鹽)氣體。另外，構成也可以為稀有氣體包括氬氣。另外，構成也可以為氧化性氣體包括氧氣。另外，該矽氧化膜的成膜方法包括接續在等離子體處理的工序之後，再次形成矽氧化膜的工序、進而再次進行等離子體處理的工序。作為進一步優選的一實施方式，是在形成矽氧化膜的工序中，矽化合物氣體為 TEOS氣體；氧化性氣體為氧氣；稀有氣體為氬氣；TEOS氣體與氧氣的有效流量比(氧氣/ TEOS氣體)為5.0以上10.0以下；氬氣的分壓比為75%以上。作為進一步優選的一實施方式，在進行等離子體處理的工序中，氧化性氣體為氧氣；稀有氣體為氬氣；使供給至處理容器內的氬氣的分壓比為97%以上。在本發明的另一方式中，半導體器件的製造方法為含有作為絕緣層的矽氧化膜和導電層的半導體器件的製造方法，其包括在設置於處理容器內的保持臺上保持作為半導體器件的基底的被處理基板；在將保持被處理基板的保持臺的表面溫度保持在300°C以下的狀態，將矽化合物氣體、氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，在被處理基板形成矽氧化膜的工序；和將氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，對形成於被處理基板上的矽氧化膜進行等離子體處理的工序。發明的效果根據本發明的矽氧化膜的成膜方法，即使在300°C以下的低溫下，也能夠形成絕緣性高的矽氧化膜。這樣，能夠避免在被處理基板上已經形成的低熔點的物質的融化等問題。 因此，能夠適用於例如有機EUElectro Luminescence，電致發光)器件等要求高絕緣性及在低溫下成膜的情況。另外，根據本發明的半導體器件的製造方法，在半導體器件中能夠在低溫向形成具有高絕緣性的矽氧化膜。這樣，能夠在使用了低熔點的物質的配線工序等之後形成矽氧化膜。這樣，能夠避免製造工序順序的制約帶來的問題。
圖1是表示MOS電晶體的一部分的截面圖；圖2是表示本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法中使用的等離子體處理裝置的主要部分的概略截面圖；圖3是表示包含於徑向線縫隙天線的槽板的附圖4是表示按EOT (Equivalent Oxide Thickness 等效氧化膜厚度)換算，在7nm 的膜厚區域，在使所施加的電場的大小變化時的電流特性(J)的附圖即I-V曲線圖圖5是表示將Qbd的測定結果進行Weibull分布的附圖；圖6是表示TEOS氣體和氧氣的有效流量比及以熱氧化膜為基準的矽氧化膜的蝕刻速率比的關係的附圖；圖7是不進行等離子體處理時的矽氧化膜中的傅立葉變換紅外光譜 (FT-IR(Fourier Transform-InfraRed spectroscopy))的測定結果；圖8是進行了等離子體處理的情況下的矽氧化膜中的FT-IR的測定結果；圖9是表示以熱氧化膜為基準的矽氧化膜的蝕刻速率比的附圖。
具體實施例方式下面，參照
本發明的實施方式。首先，說明含有通過本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法成膜的矽氧化膜的半導體器件的構成。此外，這種半導體器件利用本發明的半導體器件的製造方法來製造。圖1是表示作為通過本發明的半導體器件的製造方法製造的半導體器件之一例的MOS電晶體的一部分的截面圖。此外，在圖1所示的MOS電晶體中，用陰影線表示導電層。參照圖1，在MOS電晶體11中，矽基板12上形成有元件分離區域13、ρ型阱14a、 η型阱14b、高濃度η型雜質擴散區域15a、高濃度ρ型雜質擴散區域15b、η型雜質擴散區域16a、p型雜質擴散區域16b及柵極氧化膜17。將以其間夾持柵極氧化膜17的方式形成的高濃度η型雜質擴散區域1 及高濃度ρ型雜質擴散區域15b中的一方設為漏極，將另一方設為源極。另外，在柵極氧化膜17上形成有作為導電層的柵極電極18，在柵極電極18的側部形成有作為絕緣膜的柵極側壁部19。此外，在形成有上述的柵極電極18等的矽基板12上， 形成有作為絕緣層的層間絕緣膜21。在層間絕緣膜21形成有與高濃度η型雜質擴散區域 15a及高濃度ρ型雜質擴散區域1 相連的接觸孔22，在接觸孔22內形成有埋入電極23。 此外，其上形成有作為導電層的金屬配線層M。這樣，交替形成作為絕緣層的層間絕緣膜及作為導電層的金屬配線層，最後，形成作為與外部的接點的焊盤(未圖示)。這樣就形成了 MOS電晶體11。對上述的柵極氧化膜17，要求其具有高的絕緣性，具體而言，要求優良的耐性及優良的漏洩(leak)特性。在此，柵極氧化膜17通過本發明的矽氧化膜的成膜方法而成膜。接著，說明用於本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法的等離子體處理裝置的結構。圖2是表示用於本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法的等離子體處理裝置的主要部分的概略截面圖。另外，圖3是從下方側即圖2中的箭頭III的方向看到的圖2所示的等離子體處理裝置包含的槽板的附圖。參照圖2及圖3，等離子體處理裝置31具備在其內部對被處理基板W進行等離子體處理的處理容器32 ；向處理容器32內供給等離子體處理用的反應氣體的反應氣體供給部33 ；在其上保持被處理基板W的圓板狀的保持臺34 ；產生等離子體激發用的微波的微波發生器35 ；配置於與保持臺34相對的位置，將微波發生器35產生的微波導入處理容器32 內的電介質板36 ；對等離子體處理裝置31整體進行控制的控制部(未圖示)。控制部對反應氣體供給部33中的氣體流量、處理容器32內的壓力等用於對被處理基板W進行等離子體處理的工藝條件進行控制。處理容器32含有位於保持臺34下方側的底部37、從底部37的外周向上方向延伸的側壁38。側壁38為圓筒狀。在處理容器32的底部37設置有排氣用的排氣孔39。處理容器32的上部側形成有開口，由配置於處理容器32的上部側的電介質板36及夾在電介質板36和處理容器32之間的作為密封部件的0型環40a，可密封地構成處理容器32。反應氣體供給部33具備向被處理基板W的中央區域且朝正下方向供給反應氣體的第一反應氣體供給部61 ；從被處理基板W的斜上方供給反應氣體的第二反應氣體供給部 62。具體而言，第一反應氣體供給部61向圖2中的箭頭F1的方向供給反應氣體，第二反應氣體供給部62向圖2中的箭頭F2的方向(朝向被處理基板W的中央區域的斜下方向)供給反應氣體。從同一反應氣體供給源(未圖示)向第一反應氣體供給部61及第二反應氣體供給部62供給同一種類的反應氣體。在此，首先對第一反應氣體供給部61的構成進行說明。第一反應氣體供給部61 設置於電介質板36的徑方向中央，且後退到比作為與保持臺34相對的相對面的電介質板 36的下表面63更靠近電介質板36的內方側的位置。電介質板36設置有容納第一反應氣體供給部61的容納部46。在第一反應氣體供給部61和容納部46之間夾有0型環40b，以確保處理容器32內的密封性。在第一反應氣體供給部61設置有多個供給孔45，其朝向被處理基板W的中央區域進行吹風，將反應氣體向正下方向供給。供給孔45設置在與保持臺34相對的壁面64中的、在處理容器32內露出的區域。此外，壁面64為平坦的面。另外，在第一反應氣體供給部61設置有供給孔45，該供給孔45位於電介質板36的徑方向中央。第一反應氣體供給部61通過與第一反應氣體供給部61連接的氣體供給系統M調節流量等，同時供給反應氣體。其次，對第二反應氣體供給部62的構成進行說明。第二反應氣體供給部62含有圓環狀的環狀部65。環狀部65由管狀部件構成，其內部作為反應氣體的流路。環狀部65 在處理容器32內配置於保持臺34和電介質板36之間。環狀部65設置於避開保持在保持臺34上的被處理基板W的正上方區域的位置且在保持臺34的正上方區域。具體而言，其構成為，若設圓環狀的環狀部65的內徑為D1、設被處理基板W的外徑為D2，則環狀部65的內徑D1大於被處理基板W的外徑D2。環狀部65由從處理容器32的側壁38徑直向內徑側延伸的支承部66支承。支承部66為中空狀。在環狀部65設有多個供給孔67，該供給孔67朝向被處理基板W且向斜下方向吹風而供給反應氣體。供給孔67為圓孔狀。供給孔67設置於環狀部65的下部側。多個供給孔67在環狀部65沿周方向均勻地設置(等配)。在該實施方式中，設有8個供給孔67。從等離子體處理裝置31的外部供給的反應氣體通過支承部66的內部，而從設置於環狀部65的供給孔67供給到處理容器32內。在支承部66的外方側也設置有夾設有上述的開閉閥、流量控制器的氣體供給系統(未圖示)。具有匹配器(matching) 41的微波發生器35經由模式轉換器42及波導管43連接於導入微波的同軸波導管44的上部。例如，由微波發生器35產生的TE模式的微波通過波導管43被模式轉換器42轉換為TEM模式，而在同軸波導管44內傳播。作為微波發生器35產生的微波的頻率，例如選擇2. 45GHz。電介質板36例如為圓板狀，由電介質構成。在電介質板36的下部側也可以設置有用於易產生導入的微波的駐波的、下凹成錐狀的環狀凹部47。通過該凹部47，能夠在電介質板36的下部側有效地生成微波的等離子體。此外，作為電介質板36的具體材質可列
舉石英、氧化鋁等。另外，等離子體處理裝置31具備傳播由同軸波導管44導入的微波的波延遲板 48、從設置有多個的槽孔49將微波導入電介質板36的薄圓板狀的槽板50。槽孔49為矩形。如圖3所示，矩形的槽孔49以在徑方向互相正交的方式設置，且設置為同心圓狀。微波發生器35產生的微波通過同軸波導管44傳播至波延遲板48，從設置於槽板50的多個槽孔49導入電介質板36。透過電介質板36的微波在電介質板36的正下方產生電場，而在處理容器32內生成等離子體。即，在等離子體處理裝置31內，供處理的微波等離子體由含有上述構成的槽板50及波延遲板48的徑向線縫隙天線(RLSA)生成。保持臺34被支承於從底部37向垂直上方延伸的絕緣性的筒狀支承部51。在沿筒狀支承部51的外周從處理容器32的底部37向垂直上方延伸的導電性的筒狀支承部52和處理容器32的側壁38之間，形成有環狀的排氣路53。在排氣孔39的下部經由排氣管55 連接有排氣裝置56。排氣裝置56具有渦輪分子泵等真空泵。通過排氣裝置56能夠將處理容器32內減壓至規定的壓力。然後，參照上述的等離子體處理裝置31，對本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法及半導體器件的製造方法進行說明。首先，如上所述在保持臺34上保持作為半導體器件的基底的被處理基板W。然後，將處理容器32內減壓至規定的壓力並維持為規定的壓力。作為規定的壓力例如可選擇 IOOOmjTorr。而且，將保持臺；34的表面溫度設定為到220°C以上300°C以下。具體而言，例如， 作為保持臺；34的表面溫度選擇220°C。通過設為這樣的保持臺34的表面溫度，例如，即使被處理基板W的溫度在處理中上升，也能夠將被處理基板W的溫度上升抑制在280°C左右。 從進一步降低被處理基板W的溫度上升的觀點看，優選將保持臺34的表面溫度設為150°C 以上220°C以下。然後，通過反應氣體供給部33具體而言是通過第一及第二反應氣體供給部61、62 將反應氣體供給到處理容器32內。反應氣體為含有TEOS氣體、氬氣及氧氣的混合氣體。在此，TEOS氣體和氧氣的有效流量比(氧氣/TEOS氣體)如後述的那樣為5. 0以上10. 0以下，氬氣的分壓比為75%以上。作為具體的流量比率，將TEOS氣體的流量設為20sCCm，將氬氣的流量設為390sCCm，將氧氣的流量設為llOsccm。該情況下，TEOS氣體和氧氣的有效流量比為5. 5，氬氣的分壓比為75%。而且，由微波發生器35產生等離子體激發用的微波，經由電介質板36將微波導入處理容器32內，在處理容器32內產生微波等離子體。在此，作為微波功率，例如選擇3. 5kW。 而且，對被處理基板W進行等離子體CVD處理，形成構成作為絕緣層的柵極氧化膜17的矽氧化膜。即，將作為矽化合物氣體的TEOS氣體、作為氧化性氣體的氧氣及作為稀有氣體的氬氣供給到處理容器32內，使保持被處理基板W的保持臺34的表面溫度達到300°C以下的 220 0C，在被處理基板W上形成矽氧化膜。
此外，生成上述的微波等離子體的工序和供給反應氣體的工序既可以顛倒，也可以在同時進行。即，在利用生成的微波等離子體並使用反應氣體對被處理基板W進行處理的階段，只要將保持臺34的表面溫度設為上述規定的溫度即可。通過上述的方法形成矽氧化膜之後，對形成的矽氧化膜進行等離子體處理。S卩，矽氧化膜的成膜方法包括在形成矽氧化膜的工序之後，對形成的矽氧化膜進行等離子體處理的工序。具體而言，就是在通過上述的方法形成矽氧化膜之後，在繼續將保持臺34的表面溫度保持在220°C的狀態下，停止TEOS氣體的供給。在此，提升供給到處理容器32內的氬氣的流量。而且，對形成的矽氧化膜進行等離子體處理。具體而言，將氬氣的流量設為 390sccm 3500SCCm，對氧氣的流量保持llOsccm進行等離子體處理。S卩，以使供給的氬氣的流量比在形成矽氧化膜的工序供給的氬氣的流量多的方式進行等離子體處理。該情況下，氬氣的分壓比為97%。而且，對形成的矽氧化膜進行等離子體處理。在此，在等離子體處理中，進行利用自由基(radical)的氧化處理。該情況下，形成矽氧化膜的工序及進行等離子體處理的工序在同一處理容器內進行。這樣操作進行矽氧化膜的成膜。此外，通過這樣操作而由矽氧化膜形成柵極氧化膜17之後，在其上形成柵極電極18等，製造上述結構的MOS電晶體11。在此，說明對通過本發明的矽氧化膜的成膜方法成膜的矽氧化膜的電特性和膜質進行說明。圖4是表示按EOT換算在7nm的膜厚區域，使施加的電場的大小變化時的電流特性(J)的圖即I-V曲線圖。圖4中的R_TE0S(300°C )表示通過本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法成膜的矽氧化膜，表示作為比較對象對WVG (Water Vapor Generator)膜、 HTO(High Temperature Oxide)膜(成膜溫度780°C )及HTO膜在氮氣氣氛中在900°C下進行15分鐘熱處理(900°C退火處理)後的膜實施了同樣的測定的情況。另外，作為參考， 還表示了在400°C進行成膜的R_TE0SGO(TC)的情況。根據圖4得知，即使是R_TE0S膜 (300°C成膜)的情況，也顯示出比對HTO膜及HTO膜在氮氣氛圍氣中、在900°C實施15分鐘熱處理的情況更好的漏洩特性。圖5 是表示將 Qbd(C/cm2) (CCS -O. lA/cm2，柵極大小 100 μ mX 100 μ m)的測定結果進行ffeibull分布的附圖。R_TE0S膜(300°C )表示通過本發明一實施方式的矽氧化膜的成膜方法形成的矽氧化膜，與圖4相同，還圖示了對與圖4相同的比較對象實施測定的情況。根據圖5得知，即使為R_TE0S膜(300°C成膜)的情況，也顯示出比對HTO膜和將HTO 膜在氮氣氛圍氣中、在900°C進行15分鐘熱處理的情況更良好的漏洩特性。圖6是表示TEOS氣體和氧氣的有效流量比及以熱氧化膜為基準的矽氧化膜的蝕刻速率比的關係的附圖。在圖6中，縱軸表示相對於利用熱氧化法成膜的矽氧化膜的蝕刻速率比(無單位)，橫軸表示TEOS氣體和氧氣的流量比。在圖6中表示了將保持臺的表面溫度分別設為150°C、220°C、30(rC、40(rC而形成矽氧化膜之後不進行等離子體處理的情況、 將保持臺的表面溫度設為150°C而形成矽氧化膜之後進行等離子體處理的情況及將保持臺的表面溫度設為220°C而形成矽氧化膜之後進行等離子體處理的情況的曲線。對於將保持臺的表面溫度設為150°C而形成矽氧化膜之後進行等離子體處理的情況及將保持臺的表面溫度設為220°C而形成矽氧化膜之後進行等離子體處理的情況來說，由於曲線幾乎重疊，因此用一條線表示。另外，作為成膜矽氧化膜時的工藝條件，施加的微波功率為3. 5kW，壓力為380mTorr、氬氣的分壓比為75%。參照圖6，將保持臺的表面溫度設為400°C、將TEOS氣體和氧氣的有效流量比設為 3. 6 10. 8而形成矽氧化膜時，蝕刻速率比為1. 7左右，可得到像熱氧化膜那樣的超高品位膜。另外，將保持臺的表面溫度設為300°C、將TEOS氣體和氧氣的有效流量比設為5. 0 10. 0而形成矽氧化膜時，蝕刻速率比為2. 0左右，可得到像HTO膜那樣的高品位膜。在此，即使將保持臺的表面溫度設為150°C及220°C、將TEOS氣體和氧氣的有效流量比設為5. 0 10. 0而形成矽氧化膜的情況，蝕刻速率比也達到2. 0左右，能夠得到高品位膜。圖7及圖8表示矽氧化膜的傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)的測定結果。圖7是形成矽氧化膜之後不進行等離子體處理時的矽氧化膜的FT-IR的測定結果，圖8是在本發明的矽氧化膜的成膜方法中成膜的矽氧化膜的FT4R的測定結果。此外，在圖7及圖8中，縱軸表示吸光度(無單位)，橫軸表示波長(cm—1)。參照圖7及圖8，為未進行等離子體處理的矽氧化膜時，在波數為3600CHT1附近的位置，發現表示存在SiOH官能團的若干個峰值(波峰，圖7中的箭頭A)。這意味著矽氧化膜中含有若干SiOH。另一方面，如圖8所示，在使用本發明的矽氧化膜的成膜方法成膜的矽氧化膜的情況下，即在形成矽氧化膜之後進行了等離子體處理的矽氧化膜的情況下，在波數為3600CHT1附近的位置，看不到表示存在SiOH官能團的峰值。這意味著矽氧化膜中實際上不含有SiOH。此外，也看不到表示SiH等雜質的峰值。不含這種SiOH等的矽氧化膜在耐性及漏洩特性方面非常優異，具有高的絕緣性。圖9是表示以熱氧化膜為基準的矽氧化膜的蝕刻速率在厚度方向的比的附圖。圖 9中，縱軸表示按相對於通過熱氧化法成膜的矽氧化膜的蝕刻速率進行了標準化的比(無單位)，橫軸表示厚度(人)。另外，圖9中、菱形符號表示形成矽氧化膜之後未進行等離子體處理時的矽氧化膜，圓形符號表示形成矽氧化膜之後進行了等離子體處理時的矽氧化膜， 三角符號表示通過熱氧化法成膜的矽氧化膜。即，三角符號通常為1。參照圖9，未進行等離子體處理時的矽氧化膜，與厚度無關，為通過熱氧化法成膜的矽氧化膜的2. 5倍左右。另一方面，進行了等離子體處理後的矽氧化膜，在500人之前達到通過熱氧化法成膜的矽氧化膜的2倍左右。據此，根據這種矽氧化膜的成膜方法，即使在300°C以下，具體而言在220°C左右的低溫下，也能夠成膜絕緣性高的矽氧化膜。這樣，就能夠避免已經形成於被處理基板的低熔點物質的熔化等問題。因此，例如，能夠適用於有機EL器件等要求高的絕緣性及在低溫下成膜的情況。另外，根據這種半導體器件的製造方法，能夠在半導體器件中以低溫形成具有高的絕緣性的矽氧化膜。這樣，能夠在低熔點物質的層疊工序等之後成膜矽氧化膜。這樣，能夠避免製造工序的順序被制約而帶來的問題。該情況下，能夠在同一個處理容器內切換所供給的氣體，連續進行形成矽氧化膜的工序和進行等離子體處理的工序。這樣，連續進行形成矽氧化膜的工序和進行等離子體處理的工序，從製造工序中的總處理能力成本等觀點來看也非常有利。此外，在上述的實施方式中，是在同一處理容器內形成矽氧化膜並進行等離子體處理，但是並不限於此，也可以在不同的處理容器內進行形成矽氧化膜的工序和進行等離子體處理的工序。
另外，也可以接續在進行等離子體處理的工序之後，再次進行形成矽氧化膜的工序，進而再次進行等離子體處理。如上所述，由於直到500人的效果都較顯著，因而通過反覆形成矽氧化膜的工序和進行等離子體處理的工序，即使是對於厚度厚的矽氧化膜，例如即使是比500A厚的矽氧化膜，也能夠形成具有高絕緣性的膜。此外，雖然在上述的實施方式中，設定為接續在形成矽氧化膜的工序之後進行等離子體處理，但是並不限於此，也可以在形成矽氧化膜的工序和進行等離子體處理的工序之間進行其它工序例如進行其它的等離子體處理。即，也可以不連續地進行形成矽氧化膜的工序和進行等離子體處理的工序。另外，在上述的實施方式中，作為向處理容器內供給的稀有氣體，除氬氣(Ar)之外也可以供給氙(Xe)氣、氪(Kr)氣等。此外，也可以使用這些多種類的稀有氣體。另外，氧化性氣體除氧之外，作為含有氧元素的氣體也可以使用臭氧氣體、一氧化碳氣體等。此外， 也可以使用這些多種類的氧化性氣體。此時，供給到處理容器內的氧原子的個數按照以其與Si原子數的關係計達到規定值的方式來確定。有效流量比(氧化性氣體/矽化合物氣體)如下表示。氧化性氣體的有效流量取決於以下的式(式1)。(氧化性氣體的流量)X(氧化性氣體1分子中所包含的氧原子數)/2···(式1)矽化合物氣體中的有效流量取決於以下的式(式2)。(矽化合物氣體的流量)X(矽化合物氣體1分子中所包含的Si原子數)…(式 2)有效流量比取決於用(式1)除以(式2)的式(式3)。((氧化性氣體的流量)X(氧化性氣體1分子中所包含的氧原子數)/ / ((矽化合物氣體的流量)χ (矽化合物氣體1分子中所包含的Si原子數))…(式3)例如，在使用臭氧氣體作為氧化性氣體時，在矽化合物的流量為恆定時，為了得到規定的有效流量比，而使臭氧氣體的有效流量為氧氣的有效流量的1. 5倍，因而與使用氧氣的情況相比，三分之二倍的流量較合適。此外，在上述的實施方式中，在進行等離子體處理的情況下，雖然將氬氣的分壓比設為97 %，但不限於此，也可以考慮其它工藝條件等而將氬氣的分壓比設為97 %以上。此外，在上述的實施方式中，是以微波為等離子體源的等離子體處理裝置，但是， 不限於此，也可以使用以 ICPanductively-coupled Plasma)及 ECR(Electron Cyclotron Resoannce)等離子體、平行平板型等離子體等為等離子體源的等離子體處理裝置。另外，在上述的實施方式中，在形成矽氧化膜時，設定為通過使用了微波的等離子體CVD而形成，但不限於此，也可以通過其它方法形成矽氧化膜。此外，在上述的實施方式中，在形成MOS電晶體中的柵極氧化膜時使用上述的矽氧化膜的成膜方法，但是也可以適用於MOS電晶體中的其它絕緣層例如層間絕緣膜及柵極側壁部的形成。此外，還可用於在元件分離區域形成溝道，且利用覆蓋絕緣膜填埋溝道之前，形成在溝道表面形成的襯裡膜的情況。另外，在上述的實施方式中，作為半導體器件以使用MOS電晶體為例進行了說明， 但是不限於此，在製造含有CXD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)及快閃記憶體存儲器等半導體元件的半導體器件時也可使用。具體而言，在快閃記憶體存儲器中，在形成配置於浮置 (floating)柵和控制柵之間的柵極氧化膜或配置於浮置柵的下層的柵極氧化膜、配置於控制柵的上層的柵極氧化膜時，也可以使用上述的矽氧化膜的成膜方法進行成膜。上面，參照
了本發明的實施方式，但是本發明不限於圖示的實施方式。對於圖示的實施方式，在與本發明相同的範圍內或者均等的範圍內，能夠加以各種修正及變形。產業上的可利用性本發明的矽氧化膜的成膜方法、矽氧化膜、半導體器件及半導體器件的製造方法， 可有效地用於要求高絕緣性及在低溫下的成膜的情況。符號說明11…MOS電晶體、12…矽基板、13…元件分離區域、Ha…ρ型阱、14b…η型阱、 15a···高濃度η型雜質擴散區域、15b···高濃度ρ型雜質擴散區域、16a··· η型雜質擴散區域、 161τ··ρ型雜質擴散區域、17…柵極氧化膜、18…柵極電極、19…柵極側壁部、21…層間絕緣膜、22···接觸孔、23…埋入電極、24···金屬配線層、31···等離子體處理裝置、32…處理容器、 33，61，62…反應氣體供給部、34···保持臺、35···微波發生器、36···電介質板、37···底部、38… 側壁、39…排氣孔、40a，40b…0型環、41…匹配器、42...模式轉換器、43…波導管、44…同軸波導管、45，67…供給孔、46···容納部、47···凹部、48···波延遲板、49···槽孔、50···槽板、51， 52…筒狀支承部、53···排氣路54…氣體供給系統、55···排氣管、56…排氣裝置、63···下表面、64···壁面、65···環狀部、66···支承部。
權利要求
1.一種矽氧化膜的成膜方法，在被保持在設置於處理容器內的保持臺上的被處理基板形成矽氧化膜，該矽氧化膜的成膜方法的特徵在於，包含在將保持被處理基板的保持臺的表面溫度保持在300°C以下的狀態，將矽化合物氣體、 氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，在所述被處理基板形成矽氧化膜的工序；和將氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，對形成於所述被處理基板上的矽氧化膜進行等離子體處理的工序。
2.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 所述保持臺的表面溫度為220°C以上300°C以下。
3.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 所述微波等離子體由徑向線縫隙天線(RLSA)生成。
4.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 所述矽化合物氣體包括四乙氧基矽烷(TE0Q氣體。
5.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 所述稀有氣體包括氬氣。
6.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 所述氧化性氣體包括氧氣。
7.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於，包含在所述等離子體處理的工序之後，再次形成矽氧化膜的工序、進而再次進行所述等離子體處理的工序。
8.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 在形成所述矽氧化膜的工序中，所述矽化合物氣體為TEOS氣體， 所述氧化性氣體為氧氣， 所述稀有氣體為氬氣，所述TEOS氣體與所述氧氣的有效流量比(氧氣/TEOS氣體)為5. 0以上10. 0以下， 所述氬氣的分壓比為75%以上。
9.如權利要求1所述的矽氧化膜的成膜方法，其特徵在於 在進行所述等離子體處理的工序中，所述氧化性氣體為氧氣， 所述稀有氣體為氬氣，使供給至所述處理容器內的所述氬氣的分壓比為97 %以上。
10.一種半導體器件的製造方法，其為含有作為絕緣層的矽氧化膜和導電層的半導體器件的製造方法，其特徵在於，包括在設置於處理容器內的保持臺上保持作為半導體器件的基底的被處理基板； 在將保持被處理基板的保持臺的表面溫度保持在300°C以下的狀態，將矽化合物氣體、 氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，在所述被處理基板形成矽氧化膜的工序；和將氧化性氣體和稀有氣體供給至處理容器內，在處理容器內生成微波等離子體，對形成於所述被處理基板上的矽氧化膜進行等離子體處理的工序。
全文摘要
一種矽氧化膜的成膜方法，其包含在將保持被處理基板(W)的保持臺(34)的表面溫度保持在300℃以下的狀態下，向處理容器(32)內供給矽化合物氣體、氧化性氣體及稀有氣體，在處理容器(32)內生成微波等離子體而在被處理基板(W)形成矽氧化膜的工序；向處理容器(32)內供給氧化性氣體及稀有氣體，在處理容器(32)內生成微波等離子體，對形成於被處理基板(W)上的矽氧化膜進行等離子體處理的工序。
文檔編號H01L21/316GK102326236SQ200980157258
公開日2012年1月18日 申請日期2009年12月10日 優先權日2009年2月19日
發明者上田博一, 大澤佑介, 田中義伸 申請人:東京毅力科創株式會社