【手続補正書】
【提出日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜表面を亜酸化窒素を含む第１の雰囲気中でプラズマ処理した後、亜酸化窒素を含む第２の雰囲気中で前記薄膜上に絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
半導体膜表面を亜酸化窒素を含む第１の雰囲気中でプラズマ処理した後、亜酸化窒素を含む第２の雰囲気中で前記半導体膜上に絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
第１の絶縁膜表面を亜酸化窒素を含む第１の雰囲気中でプラズマ処理した後、亜酸化窒素を含む第２の雰囲気中で前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
薄膜表面を亜酸化窒素を含む第１の雰囲気中でプラズマ処理し、
前記プラズマ処理後、連続して、亜酸化窒素を含む第２の雰囲気中で前記薄膜上に絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
半導体膜表面を亜酸化窒素を含む第１の雰囲気中でプラズマ処理し、
前記プラズマ処理後、連続して、亜酸化窒素を含む第２の雰囲気中で前記半導体膜上に絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
第１の絶縁膜表面を亜酸化窒素を含む第１の雰囲気中でプラズマ処理し、
前記プラズマ処理後、連続して、亜酸化窒素を含む第２の雰囲気中で前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１または請求項４において、前記プラズマ処理により、前記薄膜表面の炭素またはリンが低減されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項４、請求項５または請求項７において、前記絶縁膜は酸化窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項３または請求項６において、前記第２の絶縁膜は酸化窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９において、前記酸化窒化珪素膜は、水素濃度が０．１〜２ａｔｏｍｉｃ％、窒素濃度が０．１〜２ａｔｏｍｉｃ％、酸素濃度が６０〜６５ａｔｏｍｉｃ％の酸化窒化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項８または請求項９において、前記酸化窒化珪素膜は、珪素に対する酸素の組成比が１．７〜２、珪素に対する窒素の組成比が０．００２〜０．０６であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
表２で値が記載されていない欄はバックグラウンドレベルであったことを示している。このときの炭素、リンのバックグラウンドレベルはそれぞれ２Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、８Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、また、界面以外の膜中の炭素、リン濃度はバックグラウンドレベル以下であった。表２からＯ２及びＮ２Ｏプラズマ処理を行った界面中の炭素濃度はバックグラウンドレベルにまで低減されており、炭素の除去にはＯ２及びＮ２Ｏプラズマ処理が有効であることが分かった。リンについては除去効果が高いものはＮ２＋Ｏ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏプラズマ処理と考えられる。以上のことから、炭素及びリンの除去にはＯ２及びＮ２Ｏプラズマ処理が有効であるといえる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
以上の結果、酸化窒化珪素膜成膜前のプラズマ表面処理としてＮ２Ｏプラズマ処理を適用することにより薄膜表面の炭素及びリンを効果的に除去することができ良好な界面が形成されることが分かった。適用されるＮ２Ｏプラズマ処理条件は表１に示した条件に限らず次の範囲での適用が可能である。つまり、Ｎ２Ｏガス流量；３００〜１０００［ＳＣＣＭ］、ＲＦパワー；５０〜３００［Ｗ］、圧力；０．３〜１．５［Ｔｏｒｒ］、基板温度；３００〜４５０［℃］、処理時間；５〜６０［ｓｅｃ．］、ＲＦ電極と基板までの距離：１０〜６０［ｍｍ］の範囲で適用が可能である。そのため、プラズマ処理後、前記範囲内の条件下でＳｉＨ４を加えることにより、プラズマ処理と連続してその時々に適した良質な酸化窒化珪素膜を様々に作製することができる。この様にして作製される酸化膜は、水素濃度が０．１〜２ａｔｏｍｉｃ％で、窒素濃度が０．１〜２ａｔｏｍｉｃ％で、酸素濃度が６０〜６５ａｔｏｍｉｃ％、また、珪素に対する酸素の組成比が１．７〜２で、珪素に対する窒素の組成比が０．００２〜０．０６となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図１に示した構成をもつＴＦＴ作製時に、酸化窒化珪素膜２表面にＮ２Ｏプラズマ処理を行った場合と行わなかった場合の酸化窒化珪素膜２と３界面中の炭素及びリン濃度変化を図２に表２の結果をもとに模式的に示した。このように、図１に示した下地膜は、酸化窒化珪素膜２の表面にＮ２Ｏプラズマ処理を行い連続して酸化窒化珪素膜３を形成することによって界面中の炭素及びリン濃度は減少し、図２に示したような濃度分布を示す構成となる。また、ここでは一例として積層下地膜に適用しているが、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜にも類似した炭素及びリン濃度の減少を伴う膜中濃度構成として適用する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
これらの膜は従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化珪素膜２０２ａは、ＳｉＨ４を１０ＳＣＣＭ、ＮＨ３を１００ＳＣＣＭ、Ｎ２Ｏを２０ＳＣＣＭとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力０．３Ｔｏｒｒ、放電電力密度０．４１Ｗ／ｃｍ２、放電周波数１３．５６ＭＨｚという条件で成膜した。この酸化窒化珪素膜２０２ａを成膜したあと、ゴミ対策など膜を安定して供給するためにチャンバーをクリーニングしてもよい。その間、酸化窒化珪素膜２０２ａを成膜した基板はチャンバー外に出されるため、クリーンルーム環境の影響を受け汚染元素である炭素やリンなどが膜表面に吸着する。そこで、酸化窒化珪素膜２０２ｂを成膜する前に汚染元素を除去するためＮ２Ｏを９００ＳＣＣＭ導入し、基板温度を３２５℃、反応圧力１．２Ｔｏｒｒ、放電電力密度０．１０Ｗ／ｃｍ２、放電周波数１３．５６ＭＨｚという条件でプラズマ処理を６０ｓｅｃ．行った。その間、不安定であったチャンバー中の基板温度、反応圧力、放電電力密度などが安定する。そしてそのままプラズマ処理と連続してＳｉＨ４を２７ＳＣＣＭ導入し、酸化窒化珪素膜２０２ｂを成膜した。酸化窒化珪素膜２０２ｂの基板温度、反応圧力、放電電力密度、放電周波数はＮ２Ｏプラズマ処理と同条件となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
結晶化をレーザーアニール法にて行う場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやアルゴンレーザーをその光源とする。パルス発振型のエキシマレーザーを用いる場合には、レーザー光を線状に加工してレーザーアニールを行う。レーザーアニール条件は実施者が適宣選択するものであるが、例えば、レーザーパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜５００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３００〜４００ｍＪ／ｃｍ２）とする。そして線状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％として行う。このようにして結晶質半導体層を形成することができる。また、別な方法としてパルス発振型のＹＡＧレーザーを使用する方法がある。第２高調波（５３２ｎｍ）〜第３高調波を使用し、例えばレーザーパルス発振周波数１〜２００００Ｈｚ（好ましくは１０〜１０００Ｈｚ）、レーザーエネルギー密度を２００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３００〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とする。そして、線状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９０％として行う。第２高調を使うと、半導体層の内部にも均一に熱が伝わり、照射エネルギー範囲が多少ばらついても結晶化が可能となる。それにより、加工マージンがとれるため、結晶化のバラツキが少なくなる。また、パルス周波数が高いのでスループットが向上する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
そしてフォトレジストマスク２０７を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層２０５ａにＶｔｈを制御する目的で１×１０１６〜５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素を添加する。半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。ここではイオンドープ法でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いホウ素（Ｂ）を添加した。ホウ素（Ｂ）添加は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、ホウ素（Ｂ）を添加した半導体層２０５ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することができた。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
上記の工程を経て、ＣＭＯＳ回路を形成するのに必要なｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを同一基板上に作製することができる。本実施例では本発明を適用可能なＴＦＴの下地膜、ゲート絶縁膜、および層間絶縁膜全てに応用したが、下地膜のみ、ゲート絶縁膜のみ、層間絶縁膜のみに適用しても良いし、それぞれ多様に組み合わせて適用しても良い。また、本実施例では、ゲート絶縁膜を半導体膜全面を覆うように形成しているが、半導体膜の一部に重なるようにゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜の一部に重なるようにゲート電極が形成されるＴＦＴの構成において、ゲート電極形成後の絶縁膜形成に本発明を適用しても良く、この時、Ｎ２Ｏプラズマ処理は半導体膜とゲート絶縁膜の双方に対して一度に行われる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図６（Ａ）で示すように、実施例１と同様にして、基板２０１上に酸化窒化珪素膜２０２ａ、また、別な組成の酸化窒化珪素膜２０２ｂを形成する。酸化窒化珪素膜２０２ｂは、成膜前にＮ２Ｏプラズマ処理をしこのプラズマ処理と連続して成膜する本発明を適用しても良い。そしてプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などで非晶質半導体膜２０３ａを２５〜８０ｎｍの厚さで形成する。例えば、非晶質珪素膜を５５ｎｍの厚さで形成する。そして、重量換算で１０ｐｐｍの触媒元素を含む水溶液をスピンコート法で塗布して触媒元素を含有する層２５０を形成する。触媒元素にはニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などである。この触媒元素を含有する層２５０は、スピンコート法の他にスパッタ法や真空蒸着法によって上記触媒元素の層を１〜５ｎｍの厚さに形成しても良い。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
このような結晶質半導体膜２０３ｃの結晶性をより高めるために、レーザーアニール法をこの段階で実施すると有効である。レーザーアニール法では結晶質半導体膜２０３ｃを一旦溶融状態にしてから再結晶化させるため、上記目的を達成することができる。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を用い、光学系で線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ２として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として照射する。このようにして、結晶質半導体膜２０３ｃの結晶性をより高めることができる。しかし、この状態で結晶質半導体膜２０３ｃの表面に残存する触媒元素の濃度は３×１０１０〜２×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
そこで、特開平１０−２４７７３５号公報で開示されているゲッタリングの工程を続いて行うことは有効な手段の一つである。このゲッタリングの工程により結晶質半導体膜２０３ｃの触媒元素の濃度を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にまで低減させることができる。まず、図６（Ｃ）に示すように、結晶質半導体膜２０３ｃの表面にマスク絶縁膜２５１を１５０ｎｍの厚さに形成し、パターニングにより開口部２５２を形成し、結晶質半導体膜の一部を露出させる。そして、リンを添加する工程を実施して、結晶質半導体膜２０３ｃにリン含有領域２５３を設ける。この状態で、図６（Ｄ）に示すように、窒素雰囲気中で５００〜８００℃（好ましくは５００〜５５０℃）、５〜２４時間、例えば５２５℃、１２時間の熱処理を行うと、リン含有領域２５３がゲッタリングサイトとして働き、結晶質珪素膜２０３ｃに残存している触媒元素をリン含有領域２５３に偏析させることができる。そして、マスク絶縁膜２５１とリン含有領域２５３を除去し、図６（Ｅ）に示すように島状半導体層２０４’、２０５’を形成することにより、結晶化の工程で使用した触媒元素の濃度を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にまで低減された結晶質珪素膜を得ることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
次に、こうして形成された結晶質半導体層５０５に密接してチャネル保護絶縁膜をする酸化窒化珪素膜５０６を２００ｎｍ形成した。成膜条件は実施例１の酸化窒化珪素膜２０２ｂと同条件で行った。この酸化窒化珪素膜５０６の成膜前にプラズマＣＶＤ装置の反応室内で実施例１に記載したＮ２Ｏ処理を行うことにより、結晶質半導体層５０５表面の炭素、リン汚染物が除去され、良質な界面が得られた。その後、裏面からの露光を用いたパターニング法により、酸化窒化珪素５０６に接したレジストマスク５０７を形成する。ここでは、ゲート電極５０２がマスクとなり、自己整合的にレジストマスク５０７を形成することができる。これは図示したようにレジストマスクの大きさは、光の回り込みによって、わずかにゲート電極の幅より小さくなった（図７（Ｄ））。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
次いで、フォトマスクを用いたパターニングによって、ｎチャネル型ＴＦＴの一部とｐチャネル型ＴＦＴの領域を覆うレジストマスク５０９を形成し、結晶質半導体層５０５の表面が露呈している領域にｎ型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。そして、ｎ＋領域５１０ａを形成した。ここではイオンドープ法でフォスフィン（ＰＨ３）を用い、ドーズ量５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧１０ｋＶとしてリン（Ｐ）を添加した。また、上記レジストマスク５０９のパターンは実施者が適宣設定することによりｎ＋領域の幅が決定され、所望の幅を有するｎ−型領域、およびチャネル形成領域を形成することを可能としている（図８（Ａ））。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
レジストマスク５０９を除去した後、保護絶縁膜５１１を形成した。この膜も良好な界面状態を持たせるべく酸化窒化珪素膜５０６と同様Ｎ２Ｏプラズマ前処理を行った後５０ｎｍの厚さに形成した（図８（Ｂ））。次いで、保護絶縁膜５１１が表面に設けられた結晶質半導体層にｎ型を付与する不純物元素を添加する工程を行い、ｎ−型領域５１２を形成した。但し、保護絶縁膜５１１を介してその下の結晶質半導体層に不純物を添加するために、保護絶縁膜５１１の厚さを考慮に入れ、適宣条件を設定する必要があった。ここでは、ドーズ量３×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧６０ｋＶとした。こうして形成されるｎ−領域５１２はＬＤＤ領域として機能させる（図８（Ｃ））。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
次いで、ｎチャネル型ＴＦＴを覆うレジストマスク５１４を形成し、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域にｐ型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。ここでは、イオンドープ法でジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用い、ボロン（Ｂ）を添加した。ドーズ量は４×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧３０ｋＶとしてｐ＋領域を形成した（図８（Ｄ））。そして、レーザーアニールまたは熱アニールによる不純物元素の活性化の工程を行った。（図８（Ｅ））。その後、チャネル保護絶縁膜５０８と保護絶縁膜５１１をそのまま残し、公知のパターニング技術により結晶性半導体層を所望の形状にエッチングした（図９（Ａ））。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
以上の工程を経て、ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域５１５、ドレイン領域５１６、ＬＤＤ領域５１７、５１８、チャネル形成領域５１９が形成され、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域５２１、ドレイン領域５２２、チャネル形成領域５２０が形成された。次いで、ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型ＴＦＴを覆って第１の層間絶縁膜５２３を１００〜５００ｎｍの厚さに形成した（図９（Ｂ））。第１の層間絶縁膜５２３も良好な界面状態を持たせるべく酸化窒化珪素膜５０６と同様Ｎ２Ｏプラズマ前処理を伴って作製される酸化窒化珪素膜を用いても良い。そして、さらに第２の層間絶縁膜５２４を１００〜５００ｎｍの厚さに形成した（図９（Ｃ））。第２の層間絶縁膜５２４も良好な界面状態を持たせるべく酸化窒化珪素膜５０６と同様Ｎ２Ｏプラズマ前処理を伴って作製される酸化窒化珪素膜を用いても良い。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
図１０（Ａ）において、基板８０１にはバリウムホウケイ酸ガラス基板やアルミノホウケイ酸ガラス基板を用いる。本実施例ではアルミノホウケイ酸ガラス基板を用いた。この基板８０１のＴＦＴを形成する表面に下地膜８０２を形成する。下地膜８０２は、基板８０１からのアルカリ金属元素をはじめとする不純物拡散を防ぐために、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３から作製される酸化窒化珪素膜８０２ａを５０ｎｍの厚さに形成した。さらにその上に、本発明のＮ２Ｏプラズマ前処理を有するＳｉＨ４、Ｎ２Ｏから形成される酸化窒化珪素膜を１００ｎｍ成膜して下地膜８０２とした。成膜条件は実施例１の酸化窒化珪素膜２０２ｂと同条件で行った。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
第１の層間絶縁膜８５０は５００〜１５００ｎｍの厚さで形成した。ここでは、本発明のＮ２Ｏプラズマ前処理を有する酸化窒化珪素膜を実施例１の酸化窒化珪素膜２０２ｂと同じ条件で成膜して形成し、良好な界面状態を保有させた。その後、それぞれの島状半導体層に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線８５１〜８５４と、ドレイン配線８５５〜８５８を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。