專利名稱：氮化硅膜、半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包含在應(yīng)變點為700℃以下的襯底上形成的氮化硅膜以及以使用了該氮化硅膜的場效應(yīng)晶體管為代表的半導(dǎo)體元件和半導(dǎo)體集成電路。
背景技術(shù)：
對于使用了液晶或場致發(fā)光(簡稱為EL)元件的顯示裝置，開發(fā)了一種使用場效應(yīng)薄膜晶體管(簡稱為TFT)在同一快玻璃襯底上一體形成驅(qū)動電路的技術(shù)。在該TFT中，為了實現(xiàn)實用的工作頻率，在作為主要結(jié)構(gòu)部分的活性層(形成溝道部的半導(dǎo)體區(qū))上使用多晶硅膜。而且，提出了以微處理器為首的利用TFT實現(xiàn)更高速的動作且具有的圖像處理或存儲等各種各樣的功能的集成電路的、即所謂板上系統(tǒng)的概念。
當(dāng)然，TFT不僅可以使用多晶硅膜，也可以使用柵極絕緣膜或用來使引線之間相互絕緣隔離的絕緣膜等，將絕緣膜用于各個部位，并將它們做成一體，這樣來形成集成電路。對于各部位使用的原材料，所要求的特性各不相同，例如，對于柵極絕緣膜，要求缺陷少、漏電流小、界面雜質(zhì)能級密度低，對于保護(hù)膜，則特別要求其雜質(zhì)必需具有能阻止堿離子等入侵的特性，總之，因用途不同，要求的特性也不同。
伴隨引線的高集成化，正在開發(fā)使用銅作為引線材料的技術(shù)，用銅作為引線材料與鋁相比，可以流過高密度的電流，而且對電子移動具有很好的耐久性。
對絕緣膜要求無針眼、致密、缺陷密度低、不含固定電荷且與基底有很好的密封性。此外，為了既能使元件微型化又能提高晶體管的性能，有必要將柵極絕緣膜做得很薄以提高柵極驅(qū)動能力，這就要求有致密的絕緣膜，可以不使柵極漏電流增加。
關(guān)于絕緣膜的形成方法，已知的有作為化學(xué)成膜法的CVD法和作為物理成膜法的濺射法。在CVD法中，作為對其進(jìn)行分類的參數(shù)，有成膜時的壓力、供給氣體的流量和用來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的能量等，據(jù)此，有常壓或減壓下的熱CVD法和利用等離子體的等離子體CVD法等，可以根據(jù)各自的特征及使用目的來加以利用。
當(dāng)在玻璃、石英等絕緣襯底上形成多晶硅膜并使用它來實現(xiàn)集成電路時，不可能將制造大規(guī)模集成電路的技術(shù)原封不動地移植過來。這不光存在多晶硅膜的結(jié)晶性的問題，而且還存在利用過去的方法制造的絕緣膜及使用它的半導(dǎo)體元件不能充分發(fā)揮所希望的特性和可靠性這一現(xiàn)狀。
雖然可以使用減壓CVD法形成致密的不使堿離子等通過的氮化硅膜，但是膜的形成溫度必需在750℃以上。而等離子體CVD法雖然可以在低溫下成膜，但存在膜因等離子體中的帶電粒子而受損傷從而出現(xiàn)缺陷或針眼的問題。此外，500℃以下的成膜溫度因膜中含有氫而使其穩(wěn)定性降低。與此相對，高頻濺射法也可以使用氮化硅等絕緣物靶，可以形成膜中不混入氫的氮化硅膜。但是，我們知道它們一般都具有壓縮應(yīng)力，對膜的剝離經(jīng)常會出些問題。
此外，通過堆積絕緣膜形成的TFT的柵極絕緣膜必然增加界面能級密度，所以不能形成良好的界面。此外，從界面的清潔性來看，在絕緣襯底上形成的多晶硅膜還存在容易受污染的問題。特別是，對于化學(xué)污染來說，明確地指出污染原因或污染途徑都是一件很困難的事，對于認(rèn)為發(fā)生原因是清潔室的過濾材料引起的硼污染或起因于墻壁或天花板的材料的磷或有機(jī)物污染等，只通過日常的襯底管理辦法來防止很困難，玻璃襯底的尺寸越大，污染的防止越困難。
上述Cu引線雖然是通過將引線埋入絕緣膜中的鑲嵌(damassin)結(jié)構(gòu)來形成，但如果不使用適當(dāng)?shù)淖钃跄?，就會存在容易向周圍絕緣膜中或積層界面上擴(kuò)散的問題。為了防止這一點，有必要形成不使Cu擴(kuò)散且與基底之間密封性良好的阻擋膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種在玻璃襯底上、在應(yīng)變點之下的溫度下形成可用作為柵極絕緣膜或保護(hù)膜的高質(zhì)量的致密的絕緣膜的技術(shù)，使用該技術(shù)可以實現(xiàn)性能好、可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明利用高頻磁控管濺射法，以硅作為靶，以氮或氮和惰性氣體作為濺射氣體，在300℃以下的襯底加熱溫度下形成氮化硅膜。該氮化硅膜可以作為TFT的柵極絕緣膜使用。此外，本發(fā)明將該氮化硅膜和利用化學(xué)處理、加熱處理、光照處理在結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面形成的氧化膜積層起來作為柵極絕緣膜使用。
在本發(fā)明中，使用硅作為靶并由高頻磁控管濺射法形成的氮化硅膜至少滿足下面示出的特性中的一個特性。即，在包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液(20℃)中，腐蝕速度在10nm/min以下(最好在3.5nm/min以下)；氫的濃度在1×1021/cm3以下(最好在5×1020/cm3以下)；氧的濃度為5×1018～5×1021/cm3(最好是1×1019～1×1021/cm3)，滿足上述條件中的一個，最好同時滿足上述多個條件。此外，內(nèi)部應(yīng)力的絕對值在2×1010dyn/cm2以下，最好在5×109dyn/cm2以下，進(jìn)而最好在5×108dyn/cm2以下。
本發(fā)明提供含氫濃度在1×1021/cm3以下、含氧濃度為5×1018～5×1021/cm3、具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性的氮化硅膜。具有這樣的含氫含氧量及腐蝕特性的氮化硅膜對半導(dǎo)體裝置來說，不僅能夠用于柵極絕緣膜或電容部的電介質(zhì)保護(hù)膜等要求電絕緣的部位，而且能夠用來作為保護(hù)膜，以阻止氣體或離子性雜質(zhì)的擴(kuò)散。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于形成至少包含一層氮化硅膜的柵極絕緣膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、含氧濃度為5×1018～5×1021/cm3、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。進(jìn)而，其特性在于至少形成一層該氮化硅膜作為溝道長度為0.35～2.5μm的場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜。
上述柵極絕緣膜或場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的特征在于它是在表面突起部的曲率半徑在1μm以下的結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成的。
本發(fā)明的上述組成及具有腐蝕特性的氮化硅膜作為柵極絕緣膜、電容部的電介質(zhì)膜或半導(dǎo)體元件的保護(hù)膜在由有機(jī)樹脂形成的層間絕緣膜上形成，本發(fā)明包含上述構(gòu)成中的任何一種或多種構(gòu)成的組合。
通過這樣的氫和氧的含量和腐蝕特性，在用作柵極絕緣膜時，可以降低柵極漏電流，改善場效應(yīng)移動度、亞閾值系數(shù)(subthreshold)和導(dǎo)電性(gm)等，可以降低連續(xù)工作時晶體管特性的長期變化，減小產(chǎn)品特性的離散，提高產(chǎn)品的成品率。此外，通過在結(jié)晶半導(dǎo)體膜和氮化硅膜之間插入氧化硅膜，可以更有效地發(fā)揮這種效果。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于包括對在絕緣襯底上形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化處理和進(jìn)行氧化膜除去處理的第1階段、在施加高頻電功率使Ar、N2或只使N2進(jìn)行輝光放電的情況下濺射硅靶以形成氮化硅膜的第2階段和施加直流電功率以形成導(dǎo)電性膜的第3階段，上述第1至第3階段不是在空氣中進(jìn)行，而是在惰性氣體或在減壓的環(huán)境下連續(xù)進(jìn)行。在上述第2階段中，Ar對N2的比例最好是0.01～0.5。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于包括對在絕緣襯底上形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化處理和進(jìn)行氧化膜除去處理的第1階段、在施加高頻電功率使O2進(jìn)行輝光放電的情況下通過氧氣環(huán)境下的加熱處理以形成氧化硅膜的第2階段、在施加高頻電功率使Ar、N2或只使N2進(jìn)行輝光放電的情況下濺射硅靶以形成氮化硅膜的第3階段和施加直流電功率以形成導(dǎo)電性膜的第4階段，上述第1至第4階段不是在空氣中進(jìn)行，而是在惰性氣體或在減壓的環(huán)境下連續(xù)進(jìn)行。上述第2階段中的氧氣環(huán)境最好是在O2中添加0.01～0.1％的從NF3、HF、ClF3中選出的一種或多種氣體。第3階段中的Ar對N2的比例最好是0.01～0.5。
上述本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法可以適用于應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底。
通過上述本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在從室溫到300℃以下、最好是200℃以下的溫度下，可以得到含氫濃度在1×1021/cm3以下、含氧濃度為5×1018～5×1021/cm3、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性的氮化硅膜。
在上述本發(fā)明的制造方法中，高頻磁控管濺射法所使用的電功率的頻率可以是1MHz以上120MHz以下，最好是10MHz以上60MHz以下。
再有，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是指通過利用半導(dǎo)體特性來獲得功能的整個裝置，電光學(xué)裝置、半導(dǎo)體電路和電子裝置都屬于半導(dǎo)體裝置的范疇。


圖1是表示使用本發(fā)明的氮化硅膜并在MOS結(jié)構(gòu)下沒有Li的擴(kuò)散時的C-V特性圖。
圖2是表示使用本發(fā)明的氮化硅膜并在MOS結(jié)構(gòu)下有Li的擴(kuò)散時的C-V特性圖。
圖3是表示利用SIMS測定包含在本發(fā)明的氮化硅膜中的H、C、O的濃度的結(jié)果的圖。
圖4是表示本發(fā)明的氮化硅膜的比較例的氮化硅膜的透射率的圖。
圖5是表示本發(fā)明的氮化硅膜的比較例的氮化硅膜的紅外吸收光譜的圖。
圖6是表示使用利用等離子體CVD法形成的氮化硅膜并在MOS結(jié)構(gòu)下沒有Li的擴(kuò)散時的C-V特性圖。
圖7是說明使用本發(fā)明的磁控管濺射裝置的結(jié)構(gòu)的上平面圖。
圖8是說明使用本發(fā)明的磁控管濺射裝置的成膜室的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖9是說明本發(fā)明的高頻磁控管濺射裝置中的氮化硅膜的成膜機(jī)制的原理圖。
圖10是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖11是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖12是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖13是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖14是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖15是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖16是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖17是說明半導(dǎo)體膜的詳細(xì)蝕刻形狀的圖。
圖18是說明本發(fā)明的微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖19是說明本發(fā)明的微型計算機(jī)封裝結(jié)構(gòu)的圖。
圖20是說明加熱處理室的結(jié)構(gòu)的圖。
圖21是說明光源的點亮和熄滅與半導(dǎo)體襯底的溫度變化的關(guān)系以及冷媒的供給方法的圖。
圖22是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
圖23是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工序的縱截面圖。
發(fā)明的
具體實施例方式
本發(fā)明對于作為半導(dǎo)體裝置的主要構(gòu)成要素的場效應(yīng)晶體管、典型的是場效應(yīng)薄膜晶體管(以下簡稱為TFT)的柵極絕緣膜和保護(hù)膜，或者對于使用液晶或EL的顯示裝置中的層間絕緣膜盲保護(hù)膜、在玻璃等絕緣襯底上形成的集成電路中的層間絕緣膜或保護(hù)膜以及構(gòu)成該集成電路的TFT的柵極絕緣膜等來說，本發(fā)明使用氮化硅作為其原材料，本發(fā)明使用含氧濃度在1×1019/cm3以下的單結(jié)晶或多結(jié)晶硅作為靶，使用氮或氮和惰性氣體作為濺射氣體，使襯底加熱溫度在從室溫到300℃以下的范圍內(nèi)，利用高頻磁控管濺射法來制作該氮化硅。
圖7是說明實施本發(fā)明的一個很好的多功能磁控管濺射裝置/氧化膜形成裝置的形態(tài)的圖。圖7所示裝置的構(gòu)成包括具有襯底傳送裝置102的第1公共室101和多個可通過閘門閥119并利用濺射來形成覆膜的成膜室。在形成氮化硅膜時，雖然只需要一個反應(yīng)室即可，但是，如果要連續(xù)形成形狀不同的多個覆膜而不與空氣接觸以免污染界面，圖7所示的裝置是最合適的裝置。
形成氮化硅膜等覆膜的襯底裝填在裝料/出料室111中，通過具有第2公共室109的傳送裝置110進(jìn)行傳送。前處理室112具有使襯底轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)器，通過涂敷從藥液供給裝置118來的各種藥液，可以對襯底的被堆積表面進(jìn)行洗凈、氧化和氧化膜除去等處理。裝料/出料室111，第2公共室109和前處理室112通過氣體供給裝置130充填惰性氣體并在常壓下使用，中間室108包括內(nèi)部減壓的第1公共室101以及與和其連接的多個成膜室之間相互傳送襯底的屋子。中間室108還可以包括暫時保持裝填在裝料/出料室111中的所有的襯底的盒架(圖7未詳細(xì)示出)。
加熱處理室103包括加熱裝置120，使襯底吸附的包含在空氣中的各種雜質(zhì)脫離，使其清潔，或者，對由濺射形成的覆膜進(jìn)行加熱處理，使其達(dá)到致密化和結(jié)晶化等。
加熱處理室103的構(gòu)成也可以包括進(jìn)行瞬間退火(RTA)的加熱裝置120。圖20是加熱處理室103的詳細(xì)說明圖。加熱處理室103有由石英形成的反應(yīng)室1129，在其外側(cè)設(shè)有光源1110。反應(yīng)室1129內(nèi)具有由石英形成的襯底盒架1112，被處理的襯底放在該襯底盒架1112上。這時，為了使溫度分布均勻，被處理襯底放在支撐桿上。此外，作為監(jiān)測由光源1110加熱的溫度的裝置，這里，采用使用了熱電偶的溫度檢測系統(tǒng)1128。
光源1110利用電源1111進(jìn)行點燈和熄燈的動作。計算機(jī)1118控制該電源和流量控制裝置1115的動作。導(dǎo)入反應(yīng)室1129的冷媒可以通過循環(huán)器1116使其循環(huán)動作。重要的是要在該循環(huán)路徑上設(shè)置提純器1117，以保持冷媒He的純度。
此外，為了能夠在減壓下進(jìn)行熱處理，作為排氣裝置設(shè)置蝸輪分子泵1119和驅(qū)動(干)泵(drive/dry pump)1120。對于減壓下的熱處理，通過使用能被半導(dǎo)體膜吸收的波長范圍的燈光，可以對半導(dǎo)體膜進(jìn)行加熱。減壓下的熱處理通過降低氧濃度可以抑制半導(dǎo)體表面的氧化，結(jié)果，可以促進(jìn)結(jié)晶化，提高濺射效率。被處理的襯底進(jìn)入經(jīng)閘門與其連接的傳送室，利用傳送裝置將其放置在襯底盒架112上。
圖21是表示由光源加熱的被處理襯底和控制流過處理室的氣體的流量的方法的圖。首先，利用光源對在室溫下放置的被處理襯底進(jìn)行快速加熱。在升溫期間，以100～200℃/秒的升溫速度加熱到設(shè)定溫度(例如1100℃)。例如，若以150℃/秒的升溫速度加熱，則不到7秒鐘就可加熱到1100℃。然后，保持設(shè)定溫度一定時間，再切斷光源。保持時間設(shè)定為0.5～5秒。因此，光源連續(xù)點亮的時間在0.1秒以上。不會超過20秒。通過使處理室連續(xù)流過氣體，可以使降溫速度達(dá)到50～150℃/秒。例如，若以100℃/秒的速度冷卻，可以在8秒鐘內(nèi)使溫度從1100℃降到300℃。
其特點是這樣多次重復(fù)進(jìn)行光源加熱和氣體循環(huán)冷卻的過程。將該方法稱作PPTA(多次瞬間熱韌化)法。利用PPTA法，可以縮短實際加熱的時間，而且，通過光源有選擇地對半導(dǎo)體膜照射它能吸收的光，可以只對半導(dǎo)體膜有選擇地進(jìn)行加熱。圖21所示那樣的脈沖光對半導(dǎo)體膜進(jìn)行加入，在該熱尚未傳到襯底側(cè)之前即停止加熱，而且，通過用冷媒從周圍使其冷卻，襯底的溫度不會明顯上升。因此，可以防止襯底變形，可以解決過去RTA裝置所存在的問題。
光源1次發(fā)光的時間是0.1～60秒，最好是0.1～20秒，多次照射該光源的光。或者，從光源照射脈沖形狀的光，使半導(dǎo)體膜的最高溫度保持時間.為0.5～5秒。進(jìn)而，通過使冷媒的供給量伴隨光源的通斷而增減，來提高半導(dǎo)體膜的熱處理效果，同時防止因熱處理而使襯底損壞。此外，設(shè)置使處理室內(nèi)減壓的排氣裝置，降低熱處理氣體中的氧的濃度。由此，可以防止因熱處理而使半導(dǎo)體膜的表面氧化或受到污染。
在圖7中，成膜室104～107裝填不同材料的靶，由此可以在減壓狀態(tài)下連續(xù)積層形成多個覆膜。各成膜室具有供給濺射氣體的氣體供給裝置115、排氣裝置114和壓力控制裝置113。成膜室104、105具有絕緣物質(zhì)的靶，為了進(jìn)行濺射而與高頻電源116連接。高頻電源供給的高頻電功率的頻率在1MHz以上120MHz一下，最好使用10MHz以上60MHz以下的頻率。當(dāng)使用這樣的頻率范圍時，屏極電位隨頻率的升高而下降，即使對于物理成膜機(jī)制的濺射法來說，其成膜機(jī)制也是以化學(xué)反應(yīng)為主，而且可以形成致密的覆膜。此外，成膜室106、107具有金屬靶并與直流電源117連接。
圖8是詳細(xì)說明一例成膜室105的圖。成膜室105是形成本發(fā)明的氮化硅膜的地方。靶是硅，經(jīng)濺射板由冷媒冷卻。永久磁鐵124通過在與靶面平行的方向作圓運動或直線運動，可以在相對的襯底表面形成膜厚均勻性良好的覆膜。閘門123在開始成膜的前后開閉，以防止在放電初期等離子體不穩(wěn)定的狀態(tài)下形成覆膜。襯底保持裝置122使保持器上下運動來放置襯底并使其固定在背面板121上。在背面板121內(nèi)作為加熱裝置128埋設(shè)護(hù)套加熱器，此外，使加熱的惰性氣體從襯底里側(cè)導(dǎo)入以提高熱均勻性。除了惰性氣體之外，從氣體導(dǎo)入裝置115還導(dǎo)入氮氣，成膜室105中的壓力由傳導(dǎo)閥126控制。整流板125以對成膜室105內(nèi)的濺射氣體的流動進(jìn)行整流為目的而設(shè)置。靶與高頻電源連接，通過施加高頻電功率進(jìn)行濺射。
利用圖8所示的高頻磁控管濺射，可以以硅為靶形成致密的氮化硅膜。其主要的成膜條件是使用硅作為靶，使用N2或N2和Ar的混合氣體作為濺射氣體。所施加的高頻電功率的頻率的典型值是13.56Mhz，也可以使用比此高的27～120MHz的頻率。隨著頻率的增加，其成膜機(jī)制的化學(xué)反應(yīng)成分更多一些，可以實現(xiàn)損壞少的致密的成膜。作為濺射氣體使用的Ar，作為加熱襯底的氣體，如圖8所示從襯底的里側(cè)導(dǎo)入，最后與N2混合，幫助進(jìn)行濺射。
下面表1示出成膜條件的典型例子。當(dāng)然，這里示出的成膜條件只是一個例子，在滿足上述主要成膜條件的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。
表1


此外，作為比較例，表2示出先有的用CVD法形成氮化硅膜的成膜條件。
表2


其次，表3示出在表1的成膜條件下形成的氮化硅膜和在表2的成膜條件下形成的氮化硅膜其典型的特性值的比較結(jié)果。再有，在試料一欄中，‘RFSP-SiN(No.1)’和‘RFSP-SiN(No.2)’的區(qū)別因濺射裝置而異，對本發(fā)明的氮化硅膜的功能沒有損害。此外，對于內(nèi)部應(yīng)力，壓應(yīng)力和張應(yīng)力其數(shù)值的正負(fù)符號不同，當(dāng)這里只取其絕對值。
表3


如表3所示，利用上述高頻磁控管濺射法制作的‘RFSP-SiN(No.1)’和‘RFSP-SiN(No.2)’試料相對利用等離子體CVD法制作的比較例的試料來說，其特征上的不同點在于包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液20℃(LAL500SA緩沖氟酸；橋本化成株式會社制)時的腐蝕速度非常慢，氫的含量極少。內(nèi)部應(yīng)力的絕對值比利用等離子體CVD法形成的氮化硅膜小。
該氮化硅膜中的氫、氧和炭雜質(zhì)的濃度通過二次離子質(zhì)量分析得到，其厚度方向的分析結(jié)果如圖3所示試料是按表1的條件在單晶硅襯底上形成的氮化硅膜，可知氫的濃度在1×1021/cm以下。氮化硅膜中有無氫的結(jié)合可以通過付里葉變換紅外分光分析(FT-IR)來判斷，圖5示出它與用等離子體CVD法制作的氮化硅膜的特性比較的結(jié)果。即使利用FT-IR分析也觀測不到因Si-H結(jié)合、N-H結(jié)合產(chǎn)生的吸收峰值。
此外，圖4示出用分光度計測定的透光率，為了進(jìn)行比較參考，同圖還示出在表2的條件下用等離子體CVD法制作氮化硅膜的特性?？床怀鰞烧哂忻黠@的不同，可知它們都是透明度很好的膜。
上面示出特性值的典型結(jié)果，從各種實驗結(jié)果，得到利用本發(fā)明的磁控管濺射法制作的氮化硅膜的主要特性值如下。
各種實驗結(jié)果表明，本發(fā)明的氮化硅膜至少滿足下面所示的特性中的一個。即，在包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液(20℃)中，腐蝕速度在10nm/min以下(最好在3.5nm/min以下)；氫的濃度在1×1021/cm3以下(最好在5×1020/cm3以下)；氧的濃度為5×1018～5×1021/cm3(最好是1×1019～1×1021/cm3)，滿足上述條件中的一個，最好同時滿足上述多個條件。此外，內(nèi)部應(yīng)力的絕對值在2×1010dyn/cm2以下，最好在5×109dyn/cm2以下，進(jìn)而最好在5×108dyn/cm2以下。如果內(nèi)部應(yīng)力小，當(dāng)與其它覆膜積層時，可以抑制界面中的缺陷能級的發(fā)生，也不會存在剝離等方面的問題。
進(jìn)而，具有上述特性的本發(fā)明的氮化硅膜對以Na或Li為代表的元素周期表中的1族和2族元素具有極高阻擋效果，可以抑制這些可動離子的擴(kuò)散。圖1、圖2和圖6示出清楚表明這一事實的數(shù)據(jù)。圖6是表示將在表2的條件下利用等離子體CVD法形成的氮化硅膜作為電介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)的偏置—熱應(yīng)力(B-T應(yīng)力)試驗前后C-V特性變化的圖。試料的構(gòu)造是，在單結(jié)晶襯底(n型，1～10Ωcm)上按表2的條件形成100nm氮化硅膜，并在其上將對Al添加了Li(重量比0.2～1.5％)的金屬作為電極形成。在該試料的構(gòu)造中，通過對Al添加Li，可以考查有沒有Li擴(kuò)散。B-T應(yīng)力試驗的條件是施加1.7MV的電壓再在150℃的溫度下保持1個小時。根據(jù)圖6可以明顯確認(rèn)因BT應(yīng)力試驗C-V特性有很大的偏移，并且有Li從氮化硅膜上形成的對Al添加Li的電極擴(kuò)散的影響。
圖1和圖2示出將在表1的條件下制作的氮化硅膜作為電介質(zhì)膜的MOS結(jié)構(gòu)的試料的B-T應(yīng)力試驗前后的C-V特性。圖1的試料是用Al-Si(添加了硅的Al)形成氮化硅膜上的電極，圖2是用Al-Li形成電極的試料。但是，為了降低氮化硅膜和硅襯底的界面能級的影響，試料在單結(jié)晶硅襯底(P型，1～10Ωcm)的表面形成50nm的氧化膜。因此，對阻擋氮化硅膜的Li的性能沒有任何影響。
若將圖1和圖2的特性進(jìn)行比較，可以看出，兩張圖在B-T應(yīng)力試驗前后其C-V特性幾乎都沒有變化，反映不出Li擴(kuò)散的影響，即，在表1的成膜條件下制作的氮化硅膜可以起阻擋膜的作用，而且特別有效。這樣，可以確認(rèn)，盡管本發(fā)明的氮化硅膜是在300℃以下的溫度下形成，但卻非常致密，而且對Na或Li等可東離子具有很好的阻擋效果。
通過以上B-T應(yīng)力試驗等確認(rèn)是非常致密的氮化硅膜與過去的濺射現(xiàn)象的物理成膜機(jī)制不同，可以認(rèn)為是因在靶的表面和覆膜堆積表面氮或氮和惰性氣體離子與硅相互進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而成膜的機(jī)制。
利用圖9的原理圖說明該成膜機(jī)制的一個考察例子。若對靶901施加高頻電功率而形成輝光放電等離子體900，則氮或氮和惰性氣體形成各種各樣的離子種、激勵種和發(fā)光種。其中，生成具有化學(xué)活性物質(zhì)的活性氮。我們知道活性氮反應(yīng)性極強(qiáng)，即使在較低的溫度下也容易形成氮化物。即，在靶的表面擴(kuò)散的活性氮與硅反應(yīng)后形成氮化物。氮化硅雖然穩(wěn)定，但若如果利用屏極電場使惰性氣體離子或氮離子加速后再入射到靶的表面，則被濺射而呈氣體狀態(tài)逸出。在輝光放電等離子體900中擴(kuò)散的硅的氮化物在該過程中與活性氮或其它氮的激勵種起反應(yīng)，其中一部分到達(dá)襯底表面。在那里，硅的氮化物進(jìn)行表面反應(yīng)形成氮化硅。對于表面反應(yīng)，可以認(rèn)為是利用等離子體電位和接地電位的電位差加速后入射的離子種的援助在起作用。利用這樣的成膜機(jī)制可以推測氮化硅膜中不包含硅分子，從而可以提高膜的致密性能。
根據(jù)這樣的成膜機(jī)制，當(dāng)供給的惰性氣體比硅的比例高時，惰性氣體濺射起主導(dǎo)作用，不能成膜。雖然可以只用氮氣，但成膜速度明顯降低，所以，理想的情況是，氮和惰性氣體的混合比例最低是1比1。
下面，使用附圖詳細(xì)說明使用了上述氮化硅膜和制造裝置的半導(dǎo)體裝置的形態(tài)。
(實施形態(tài)1)能夠適用于本實施形態(tài)的襯底是以鋇硼酸玻璃、礬土硼酸玻璃、礬土硅酸鹽玻璃等為原料的玻璃襯底。典型地，可以使用コ-ニング社制的1737玻璃襯底(應(yīng)變點667℃)和旭硝子社制的AN100(應(yīng)變點670℃)等。當(dāng)然，若是同樣的其它襯底，也不特別加以限制。無論如何，對本發(fā)明，應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底都可以適用。在本實施例中，說明使用利用高頻磁控管濺射法在應(yīng)變點為700℃以下的玻璃襯底上制作的氮化硅膜形成微處理器(MPU)的一個形態(tài)。
再有，在本發(fā)明中，應(yīng)變點在700℃以上的玻璃襯底也不除外。當(dāng)然，也可以使用耐熱溫度在1000℃以上的合成石英襯底。本發(fā)明的氮化硅膜可以在700℃以下的溫度下形成致密的封鎖性高的膜，對于這一特征，沒有必要特別選擇合成石英襯底。
選擇上述襯底，再如圖10(A)所示那樣，在玻璃襯底200上形成由氧化硅膜、氮化硅膜或氧化氮化硅膜(SiOxNy)等絕緣膜形成的第1無機(jī)絕緣層201。一個典型的例子具有2層結(jié)構(gòu)，它是將50nm厚的以SiH4、NH3和N2O作為反應(yīng)氣體利用等離子體CVD法成膜的第1氧化氮化硅膜202和100nm厚的以N2O作為反應(yīng)氣體利用等離子體CVD法成膜的第2氧化氮化硅膜203積層形成的結(jié)構(gòu)。這里，也可以使用利用高頻磁控管濺射法形成的氮化硅膜去代替第1氧化氮化硅膜202。該氮化硅膜可以防止Na等玻璃襯底所含的微量堿金屬元素的擴(kuò)散。
作為TFT活性層的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，可以通過對在第1無機(jī)絕緣層201上形成的非晶態(tài)硅膜204進(jìn)行結(jié)晶得到。此外，也可以代替非晶態(tài)硅膜，而使用非晶態(tài)硅鍺膜(Si1-xGex；x＝0.001～0.05)。最初形成的非晶態(tài)硅膜的厚度可以在所得到的結(jié)晶硅膜的厚度是20nm至60nm的范圍內(nèi)選擇。該膜厚的上限是使TFT溝道形成區(qū)作為完全耗盡型工作的上限值，該膜厚的下限值受工藝上的制約，由在結(jié)晶硅膜蝕刻工序中選擇加工時所必要的最小值來決定。
對于結(jié)晶工序，不特別限定于該方法。例如，作為一例結(jié)晶方法，也可以在鎳等半導(dǎo)體結(jié)晶化時添加具有催化作用的某金屬元素，使其結(jié)晶化。這時，將含鎳層205保持在非晶態(tài)硅膜204上，繼脫氫(500℃、1小時)之后，在550℃的溫度下進(jìn)行4小時的熱處理，使之結(jié)晶。
圖10(B)示出形成結(jié)晶硅膜206的狀態(tài)。在該狀態(tài)下可以按50～95％的比例得到已結(jié)晶的結(jié)晶硅膜，但是，如圖10(C)所示那樣，為了進(jìn)一步提高結(jié)晶性能，可以加激光退火處理，對其照射脈沖震蕩激元激光或YAG激光、YVO4激光、YLF激光等固體激光的二次諧波。在激光退火處理時，將該激光作為光學(xué)系中短邊方向的寬度為400μm的線狀激光，且具有90～98％的重疊率，使用這樣的激光來照射。通過該脈沖激光的照射，如圖10(C)所示那樣，在其表面形成多個高度最大和膜厚相同的凸部。
當(dāng)在該結(jié)晶硅膜上形成柵極絕緣膜再形成頂柵(top gate)型TFT時，柵極漏電流增加。此外，對柵極加偏置電壓的應(yīng)力試驗也使其特性變差。可以認(rèn)為這是因為凸部電場集中的緣故。因此，最好使結(jié)晶硅膜表面的凹凸形狀的最大值在10nm以下，理想的是在5nm以下。
減小表面的凹凸可以通過進(jìn)行1次、最好是進(jìn)行多次含臭氧水的水溶液的氧化處理和含氟酸水溶液氧化膜除去處理來實現(xiàn)。在本實施形態(tài)中，為了制作溝道長度是0.35～2.5μm的TFT，因為柵極絕緣膜的實質(zhì)厚度為30～80nm，所以，結(jié)晶硅膜表面的平滑度，其凹凸形狀的最大值在10nm以下，最好在5nm以下(圖10(D))。
然后，使用光掩膜，利用照相蝕刻法將得到的結(jié)晶硅膜蝕刻成所要的形狀，在TFT中形成溝道形成區(qū)、源極和漏極區(qū)以及形成包含低濃度雜質(zhì)區(qū)等的活性層的半導(dǎo)體薄膜216～218。
為了蝕刻在圖10(D)的狀態(tài)下形成的結(jié)晶硅膜，使用干腐蝕法，將CF4和O2的混合氣體作為腐蝕氣體使用，為了改善柵極絕緣膜的覆蓋性能，加工成使半導(dǎo)體膜216～218有30～60度的錐角。詳細(xì)情況示于圖17。因和基底的選擇比的關(guān)系，雖然氧化氮化硅膜只蝕刻了一點點，其探入的深度在半導(dǎo)體膜厚度的1/3以下。當(dāng)探入深度深時，不能覆蓋柵極絕緣膜，在其上層形成的柵極引線會產(chǎn)生斷線。此外，為了控制閾值(Vth)，可以對半導(dǎo)體膜216～218添加p型雜質(zhì)元素。半導(dǎo)體的p型雜質(zhì)元素可以是硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)等周期表中的第13族元素。
其次，如圖12(B)所示，利用高頻磁控管濺射法在半導(dǎo)體膜216～218上形成形成柵極絕緣膜的氧化硅膜219和氮化硅膜220，使形成柵極的第1導(dǎo)電膜221和第2導(dǎo)電膜222的4層不與大氣接觸，而在減壓狀態(tài)下連續(xù)形成。
用圖7說明的多功能磁控管濺射裝置可以適用于該工序。從該柵極絕緣膜到柵極的形成工序大致如下。
首先，從裝料/出料室111來的襯底變成圖12(A)的狀態(tài)。上述表面平滑處理可以在具有旋轉(zhuǎn)器的前處理室12中進(jìn)行，進(jìn)行含臭氧水的水溶液的氧化處理和含氟酸水溶液氧化膜除去處理，將半導(dǎo)體表面的中心蝕刻成凸部。此外，通過該處理，將半導(dǎo)體膜的最表面的部分腐蝕掉，再通過氧化處理形成非活性表面。
然后，襯底經(jīng)中間室108被傳送到抽成真空的第1公共室101。加熱處理室103具有加熱裝置120，使吸附在襯底上的水分脫離，使之凈化。在成膜室104終，利用高磁控管濺射法，以石英為靶，形成厚度為10～60nm的氧化硅膜。主要成膜條件是，濺射氣體是O2，濺射時的壓力是0.4Pa，放電功率是11.0mW/cm2，頻率是13.56MHz，襯底加熱溫度是200℃。在該條件下可以形成與半導(dǎo)體膜的界面能級密度低、致密的氧化硅膜219。其次，將襯底傳送到成膜室105，利用高頻磁控管濺射法形成厚度為10～30nm的氮化硅膜。成膜條件和表1相同。因相對氧化硅的相對介電常數(shù)3.8而言，氮化硅的相對介電常數(shù)是7.5，故通過使用氧化硅膜形成的柵極絕緣膜包含氮化硅膜，可以得到實質(zhì)上和柵極絕緣膜薄膜化同等的效果。
即，通過使結(jié)晶硅膜表面的平滑度，即凹凸形狀的最大值在10nm以下，最好在5nm以下，且使柵極絕緣膜為氧化硅膜和氮化硅膜的2層結(jié)構(gòu)，即使該柵極絕緣膜的總厚度為30～80nm，也能降低柵極漏電流，從而能夠以2.5～10V、典型地3.0～5.5V的電壓驅(qū)動TFT。
此外，因柵極絕緣膜和柵極的界面的污染物也是TFT特性離散的原因，故在形成柵極絕緣膜之后，接著積層形成膜厚為10～50nm的由氮化鉭(TaN)形成的第1導(dǎo)電膜221和膜厚為100～400nm的由鎢(W)形成的第2導(dǎo)電膜222。作為形成柵極的導(dǎo)電性材料，可以由從Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu中選出的元素或者以該元素為主要成分的合金材料或化合物材料形成。此外，也可以使用以已參雜了磷等雜質(zhì)元素的多晶硅膜為代表的半導(dǎo)體膜。此外，也可以是利用鉭(Ta)膜形成第1導(dǎo)電膜，以W膜作為第2導(dǎo)電膜的組合；利用氮化鉭(TaN)膜形成第1導(dǎo)電膜，以Al膜作為第2導(dǎo)電膜的組合和利用氮化鉭(TaN)膜形成第1導(dǎo)電膜，以Cu膜作為第2導(dǎo)電膜的組合。
其次，如圖12(C)所示，利用照相蝕刻法形成具有柵極圖形的保護(hù)掩膜223。然后，利用干腐蝕法進(jìn)行第1蝕刻處理。例如，使用ICP(電感偶合型等離子體)蝕刻法進(jìn)行蝕刻。對蝕刻用氣體沒有限定，對W或TaN蝕刻，可以使用CF4、Cl2和O2。第1蝕刻處理中，對襯底施加規(guī)定的偏置電壓，與形成的第1形狀的柵極圖形224的側(cè)面保持15～50度的傾斜角。根據(jù)蝕刻條件，利用第1蝕刻處理作為柵極絕緣膜形成的氮化硅膜220殘存在第1形狀的柵極圖形224的下部，并露出氧化硅膜219。然后，改變成第2蝕刻條件，使用蝕刻氣體SF6、Cl2和O2，對襯底施加規(guī)定值的偏置電壓，進(jìn)行W膜的各向異性蝕刻。這樣形成柵極224、225。然后，除去保護(hù)掩膜223。
柵極是將第1導(dǎo)電膜221和第2導(dǎo)電膜222積層的結(jié)構(gòu)，第1導(dǎo)電膜具有突起結(jié)構(gòu)，用以保護(hù)。然后，如圖12(A)所示，進(jìn)行參雜處理，在各半導(dǎo)體膜上形成雜質(zhì)區(qū)。參雜條件可以適當(dāng)設(shè)定。在半導(dǎo)體膜216上形成的第1n型雜質(zhì)區(qū)227形成低濃度漏極，第2n型雜質(zhì)區(qū)228形成源極或漏極區(qū)。在半導(dǎo)體膜217上形成的第1p型雜質(zhì)區(qū)230形成低濃度漏極，第2p型雜質(zhì)區(qū)231形成源極或漏極區(qū)。各半導(dǎo)體膜的溝道形成區(qū)226、229位于低濃度漏極區(qū)之間。半導(dǎo)體膜218是用來形成電容部的材料，添加和第2n型雜質(zhì)區(qū)相同濃度的雜質(zhì)。
而且，如圖16(A)所示。利用等離子體CVD法形成50nm厚的含有氫的氧化氮化硅膜274，通過350℃～550℃的加熱處理，進(jìn)行半導(dǎo)體膜的氫化。使用圖20和圖21所示的RTA熱處理裝置進(jìn)行該加熱處理。此外，也可以和氫化處理一起，同時進(jìn)行上述雜質(zhì)的活性化處理。
層間絕緣膜275用以丙烯或聚酰亞胺等為主要成分的感光性有機(jī)樹脂材料形成規(guī)定的圖形。然后，利用高頻磁控管濺射法，用氮化硅膜形成保護(hù)膜276。若膜厚為20～500nm，就可以起阻擋作用，阻止以氧或空氣中的水分為首的各種離子性雜質(zhì)的浸入。而且，利用干腐蝕形成接觸孔277(圖16(B))。
然后，如圖16(c)所示，使用Al、Ti、Mo、W等形成引線278a～278d、279。一例引線結(jié)構(gòu)是使用膜厚為50～250nm的Ti膜和膜厚為300～500nm的合金膜(Al和Ti的合金膜)的積層膜。
這樣一來，可以形成n溝道TFT303、p溝道TFT304和電容部305。在各TFT中，柵極絕緣膜至少包含1層氮化硅膜(276)。該氮化硅膜具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下等本發(fā)明的特征。
(實施形態(tài)2)在實施形態(tài)1中，在得到圖10(B)所示的結(jié)晶硅膜之后，如圖11所示，可以使用YAG激光、YVO4激光、YLF激光作為連線震蕩型固體激光，照射YAG激光、YVO4激光、YLF激光的2二次諧波(532nm)。例如，使YVO4激光聚光成線狀激光，以1～100cm/秒的速度掃描，以提高結(jié)晶性能。在該工序中，通過使用連續(xù)震蕩激光，可以得到表面平滑的結(jié)晶硅膜，可以使表面的凹凸形狀的最大值在10nm以下，理想的情況可達(dá)到5nm以下。
(實施形態(tài)3)參照

更微型的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。本實施形態(tài)的柵極結(jié)構(gòu)不同，當(dāng)然，對該半導(dǎo)體裝置的各個部位，可以使用本發(fā)明的氮化硅膜。
在圖13(A)中，半導(dǎo)體膜216～218和實施形態(tài)1一樣形成。柵極絕緣膜240可以使用利用高頻磁控管濺射法制作的10～80nm厚的氮化硅膜，但在半導(dǎo)體膜的界面插入通過濺射或氧等離子體處理形成的1～5nm厚的氧化硅膜。由此，可以防止氮化硅和半導(dǎo)體膜直接接觸而增加界面能級密度，此外，可以降低成膜時的損失。
柵極243、244和電容電極245和實施形態(tài)1一樣，由第1導(dǎo)電膜241和第2導(dǎo)電膜242形成，第1導(dǎo)電膜241由膜厚為10～50nm的氮化鉭(TaN)形成，第2導(dǎo)電膜242由膜厚為10～400nm的鎢(W)形成。
然后，如圖13(B)所示，通過參雜處理形成第1n型雜質(zhì)區(qū)246、248和第1p型雜質(zhì)區(qū)247。這些雜質(zhì)區(qū)以第2導(dǎo)電膜242作為掩膜，與第1導(dǎo)電膜241重疊形成。
在圖13(C)中，用氧化硅膜形成柵極側(cè)壁襯墊249～251。利用等離子體法在整個面上形成氧化硅膜，通過各向異性腐蝕，對該膜的整個面進(jìn)行均勻腐蝕，形成側(cè)壁襯墊。以柵極作為掩膜形成第2n型雜質(zhì)區(qū)252、254和第2p型雜質(zhì)區(qū)253。
而且，如圖14(A)所示，利用等離子體CVD法形成50nm厚的含有氫的氧化氮化硅膜256，進(jìn)而，形成利用高頻磁控管濺射法制作的氮化硅膜257。然后，通過410℃的加熱處理進(jìn)行氫化，利用氮化硅膜257來防止該氫氣逸出，以提高氫化效果。此外，也可以代替氮化硅膜257而使用氧化氮化鋁(AlNxOyx＝2.5～47.5％原子)。氧化氮化鋁除了具有和氮化硅膜同樣的效果之外，由于其熱傳導(dǎo)性好，故能夠得到使TFT散熱的效果。即，可以降低因元件微型化和集成度的提高而引起的發(fā)熱的影響。
層間絕緣膜258可以由利用等離子體CVD法制作的氧化硅膜、利用常壓CVD法制作的磷玻璃(PSG)、硼玻璃(BSG)或磷硼玻璃(PBSG)形成，最好在利用聚酰亞胺、丙烯等感光性有機(jī)樹脂材料形成覆膜的同時形成接觸部的開口。
而且，使用Al、Ti、Mo、W等形成引線259。利用高頻磁控管濺射法形成20～100nm厚的氮化硅膜260，將該引線259和層間絕緣膜258覆蓋。將其作為阻擋膜，以防止在形成Cu引線時Cu向該上層擴(kuò)散。
而且，使用氧化硅膜或有機(jī)樹脂材料形成0.5～5μm厚的第2層間絕緣膜261。在第2層間絕緣膜261上形成用來形成引線的溝槽，然后，利用濺射法全面形成100～200nm厚的由氮化鉭膜形成的阻擋層262。氮化鉭膜作為防止Cu擴(kuò)散的阻擋層使用。進(jìn)而，利用濺射法使Cu膜成膜以形成種子(seed)層，利用使用了硫酸銅的電鍍法形成1～10μm厚的Cu層263。除電鍍法之外，還可以用濺射法形成Cu層，通過450℃的熱處理使其軟熔，可以實現(xiàn)平坦化。
蝕刻加工Cu層來形成Cu引線264。因Cu引線易氧化且熱穩(wěn)定性差，故使用利用高頻磁控管濺射法形成的氮化硅膜265形成覆蓋該Cu引線264的20～200nm厚的保護(hù)膜。該氮化硅膜質(zhì)地致密，可以防止Cu的氧化和向周圍擴(kuò)散。此外，通過利用氮化硅膜260和氮化硅膜265將Cu引線264夾在中間，可以防止TFT受Cu的污染。進(jìn)而，如有必要，再形成第3層間絕緣膜266，若按照和圖14(C)同樣的作業(yè)，可以形成多層引線，以形成微處理器或存儲器等半導(dǎo)體裝置。
(實施形態(tài)4)使用圖15說明通過鑲嵌形成Cu引線的一個形態(tài)。在本實施形態(tài)中，當(dāng)然，該半導(dǎo)體裝置的各個部位都可以使用本發(fā)明的氮化硅膜。
首先，和實施形態(tài)3一樣，形成圖14(B)的狀態(tài)。即，在引線259的上層形成氮化硅膜260。然后，使用氧化硅膜或有機(jī)樹脂膜形成1～5μm厚的第2層間絕緣膜267。在第2層間絕緣膜267上形成氮化硅膜268，然后形成用來形成引線的溝槽269(圖15(A))。
進(jìn)而，形成第3層間絕緣膜270，大致與溝槽269的位置相合，形成開口比溝槽269大的開口272。然后，利用濺射法全面形成100～200nm厚的氮化鉭膜271。氮化鉭膜271是防止Cu擴(kuò)散的層(圖15(B))。
進(jìn)而，利用濺射法形成Cu膜，并形成種子(seed)層，然后，利用使用了硫酸銅的電鍍法形成1～10μm厚的Cu層。除電鍍法之外，還可以用濺射法形成Cu層，通過450℃的熱處理使其軟熔，可以實現(xiàn)平坦化。
其次，使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)法開始對Cu電鍍層進(jìn)行研磨，直到露出第3層間絕緣膜270，如圖15(c)所示，使其表面平坦化。這樣形成Cu引線。CMP的研磨膏由磨粒、氧化劑和添加劑構(gòu)成，磨粒使用氧化鋁或二氧化硅。氧化劑使用硝酸鐵、過氧化氫、過碘酸鉀等。這樣形成阻擋層271和從Cu層中形成引線。也可以在其上層形成氮化硅膜274作為保護(hù)膜。通過利用氮化硅膜260、氮化硅膜268和氮化硅膜274將Cu引線273夾在中間，可以防止TFT受Cu的污染。
(實施形態(tài)5)參照圖23說明更微型化的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。本實施形態(tài)使用平坦度比玻璃襯底高的合成石英襯底，當(dāng)然，該半導(dǎo)體裝置的各個部位都可以使用本發(fā)明的氮化硅膜。
在石英襯底200上形成結(jié)晶硅膜。結(jié)晶硅膜可以通過600～900℃的加熱處理使非晶態(tài)硅膜結(jié)晶后形成，或者，對非晶態(tài)硅膜添加Ni等硅結(jié)晶催化元素再在500～700℃下使其結(jié)晶形成。若是后者，則可以在得到結(jié)晶硅膜之后，在包含鹵的氧氣環(huán)境中，在850～1050℃、最好是950℃的溫度下，進(jìn)行1～12小時的加熱處理，再通過除氣除去催化元素。
然后，如圖22(A)所示，利用該結(jié)晶硅膜形成分割成島狀的半導(dǎo)體膜216～218。進(jìn)而，使用參考圖7和圖20已說明的PPTA法，并利用熱氧化處理，在半導(dǎo)體膜216～218的表面形成1～5nm的氧化硅膜280。此外，也可以在氧氣中添加0.01～0.1％的從NF3、HF、ClF3中選出的一種或多種氣體，進(jìn)行氧化處理，使氧化硅膜中含F(xiàn)。
如圖22(B)所示，柵極絕緣膜240可以使用厚度為10～80nm的利用高頻磁控管濺射法制作的氮化硅膜，但在半導(dǎo)體膜的界面插入通過熱氧化處理形成的1～5nm厚的氧化硅膜280。利用氧化硅膜可以防止氮化硅和半導(dǎo)體膜直接接觸而增加界面能級密度，此外，可以降低成膜時的損失，降低界面能級密度。
此外，作為能得到同樣效果的手段，也可以使其殘存由氧化物水溶液、典型地是臭氧水形成的氧化硅膜(化學(xué)氧化物)。
柵極243、244和電容電極245和實施形態(tài)1一樣，由第1導(dǎo)電膜241和第2導(dǎo)電膜242形成，第1導(dǎo)電膜241由膜厚為10～50nm的氮化鉭(TaN)形成，第2導(dǎo)電膜242由膜厚為10～400nm的鎢(W)形成。
然后，如圖22(C)所示，通過參雜處理形成第1n型雜質(zhì)區(qū)246、248和第1p型雜質(zhì)區(qū)247。這些雜質(zhì)區(qū)以第2導(dǎo)電膜242作為掩膜，與第1導(dǎo)電膜241重疊形成。
在圖22(D)中，用氧化硅膜形成柵極側(cè)壁襯墊249～251。利用等離子體法在整個面上形成氧化硅膜，通過各向異性腐蝕，對該膜的整個面進(jìn)行均勻腐蝕，形成側(cè)壁襯墊。以柵極作為掩膜形成第2n型雜質(zhì)區(qū)252、254和第2p型雜質(zhì)區(qū)253。
而且，如圖23(A)所示，利用等離子體CVD法形成50nm厚的含有氫的氧化氮化硅膜256，進(jìn)而，形成利用高頻磁控管濺射法制作的氮化硅膜257。然后，通過410℃的加熱處理進(jìn)行氫化，利用氮化硅膜257來防止該氫氣逸出，以提高氫化效果。此外，也可以代替氮化硅膜257而使用氧化氮化鋁(AlNxOyx＝2.5～47.5％原子)。氧化氮化鋁除了具有和氮化硅膜同樣的效果之外，由于其熱傳導(dǎo)性好，故能夠得到使TFT散熱的效果。即，可以降低因元件微型化和集成度的提高而引起的發(fā)熱的影響。
層間絕緣膜258可以由利用等離子體CVD法制作的氧化硅膜、利用常壓CVD法制作的磷玻璃(PSG)、硼玻璃(BSG)或磷硼玻璃(PBSG)形成，最好在利用聚酰亞胺、丙烯等感光性有機(jī)樹脂材料形成覆膜的同時形成接觸部的開口。
而且，使用Al、Ti、Mo、W等形成引線259。利用高頻磁控管濺射法形成20～100nm厚的氮化硅膜260，將該引線259和層間絕緣膜258覆蓋。將其作為阻擋膜，以防止在形成Cu引線時Cu向該上層擴(kuò)散。
而且，使用氧化硅膜或有機(jī)樹脂材料形成0.5～5μm厚的第2層間絕緣膜261。在第2層間絕緣膜261上形成用來形成引線的溝槽，然后，利用濺射法全面形成100～200nm厚的由氮化鉭膜形成的阻擋層262。氮化鉭膜作為防止Cu擴(kuò)散的阻擋層使用。進(jìn)而，利用濺射法使Cu膜成膜以形成種子(seed)層，利用使用了硫酸銅的電鍍法形成1～10μm厚的Cu層263。除電鍍法之外，還可以用濺射法形成Cu層，通過450℃的熱處理使其軟熔，可以實現(xiàn)平坦化。
蝕刻加工Cu層263以形成Cu引線264。因Cu引線易氧化且熱穩(wěn)定性差，故使用利用高頻磁控管濺射法形成的氮化硅膜265形成覆蓋該Cu引線264的20～200nm厚的保護(hù)膜。該氮化硅膜質(zhì)地致密，可以防止Cu的氧化和向周圍擴(kuò)散。此外，通過利用氮化硅膜260和氮化硅膜265將Cu引線264夾在中間，可以防止TFT受Cu的污染。進(jìn)而，如有必要，再形成第3層間絕緣膜266，若按照和圖23(C)同樣的作業(yè)，可以形成多層引線，以形成微處理器或存儲器等半導(dǎo)體裝置(圖23(D))。必要時，引線可以多層化。
(實施形態(tài)6)也可以將實施形態(tài)4所示的引線形成工序和實施形態(tài)5組合來完成半導(dǎo)體裝置。即，可以利用鑲嵌技術(shù)形成Cu引線。在該情況下，可以使用本發(fā)明的氮化硅膜。
(實施形態(tài)7)使用圖18和圖19說明作為由實施形態(tài)1～6制作的典型的半導(dǎo)體裝置的微型計算機(jī)的一實施形態(tài)。如圖18所示，在0.3～1.1mm厚的玻璃或石英等襯底上集成各種功能電路，可以實現(xiàn)微型計算機(jī)。各種功能電路可以將由實施形態(tài)1～6制作的TFT或電容部作為主體來形成。
作為圖18所示的微型計算機(jī)2100的要素，有CPU2101、ROM2102、中斷控制器2103、超高速緩沖存儲器2104、RAM2105、DMAC2106、時鐘發(fā)生電路2107、串行接口208、電源發(fā)生電路2109、ADC/DAC2110、定時計數(shù)器2111、WDT2112和I/O口2102等。
在玻璃襯底上形成的微型計算機(jī)2100面朝下鍵合固定在陶瓷或FRP(纖維強(qiáng)化塑料)的基片2201上。在微型計算機(jī)2100的玻璃襯底的背面覆蓋熱傳導(dǎo)性好的氧化氮化鋁2203，以提高散熱效果。進(jìn)而，作為對付微型計算機(jī)工作時發(fā)熱的對策，設(shè)置由鋁形成的散熱片2204與其連接。裝置整體由密封樹脂2205覆蓋，通過引腳2202與外部電路連接。
在本實施形態(tài)中，示出了一例微型計算機(jī)的形態(tài)，若要更換各種功能電路的構(gòu)成或組合方式，可以更換媒體處理器、圖形用LSI、密碼LSI、存儲器、便攜式電話用LSI等各種功能的半導(dǎo)體裝置。
通過本發(fā)明，即使是應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底，也可以得到具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性、且對于象Li那樣的可動離子具有很高的封鎖性能的、致密的氮化硅膜。
該氮化硅膜作為柵極絕緣膜、保護(hù)膜、特別是Cu引線的阻擋膜，用在半導(dǎo)體裝置的各個部位，由此可以提供高性能、高可靠性的半導(dǎo)體裝置。
通過具有這樣的氫和氧的含有量及腐蝕特性，在用于柵極絕緣膜時，可以降低柵極漏電流，改善場效應(yīng)移動度、亞閾值系數(shù)(subthreshold)和導(dǎo)電性(gm)等，可以降低連續(xù)工作時晶體管特性的長期變化，減小產(chǎn)品特性的離散，提高產(chǎn)品的成品率。此外，通過在結(jié)晶半導(dǎo)體膜和氮化硅膜之間插入氧化硅膜，可以更有效地發(fā)揮這種效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在絕緣襯底上形成至少包含一層氮化硅膜的柵極絕緣膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
2.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在絕緣襯底上，在溝道長度為0.35～2.5μm的場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜中，至少形成一層氮化硅膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
3.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在絕緣襯底上，在作為溝道長度為0.35～2.5μm的場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜中，在結(jié)晶半導(dǎo)體膜上經(jīng)氧化硅膜形成氮化硅膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
4.權(quán)利要求1至3的任何一項中所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述氮化硅膜的含氧濃度為5×1018～5×1021/cm3。
5.權(quán)利要求2或3中所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述柵極絕緣膜在表面突起部的曲率半徑在1μm以下的結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成。
6.權(quán)利要求1至5的任何一項中所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述絕緣襯底是應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底。
7.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底上，作為電容部的電介質(zhì)膜，形成氮化硅膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
8.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底上，在由有機(jī)樹脂形成的層間絕緣膜上形成氮化硅膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
9.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于在絕緣襯底上，作為半導(dǎo)體元件的保護(hù)膜，形成氮化硅膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×1021/cm3以下、且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述絕緣襯底是應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底。
11.如權(quán)利要求7至9的任何一項中所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于上述氮化硅膜的含氧濃度為5×1018～5×1021/cm3。
12.一種氮化硅膜，其特征在于在應(yīng)變點在700℃以下的玻璃襯底上形成，含氫濃度在1×1021/cm3以下，且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
13.一種氮化硅膜，其特征在于在有機(jī)樹脂薄膜上形成，含氫濃度在1×1021/cm3以下，且具有對包含7.13％的氟化氫氨(NH4HF2)和15.4％的氟化氨(NH4F)的混合水溶液的腐蝕速度在10nm/min以下的特性。
14.權(quán)利要求12或13中所述的氮化硅膜，其特征在于其含氧濃度為5×1018～5×1021/cm3。
15.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括對在絕緣襯底上形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化處理和進(jìn)行氧化膜除去處理的第1階段、在施加高頻電功率使Ar、N2或只使N2進(jìn)行輝光放電的情況下濺射硅靶以形成氮化硅膜的第2階段和施加直流電功率以形成導(dǎo)電性膜的第3階段，上述第1至第3階段不是在空氣中進(jìn)行，而是在惰性氣體或在減壓的環(huán)境下連續(xù)進(jìn)行。
16.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括對在絕緣襯底上形成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化處理和進(jìn)行氧化膜除去處理的第1階段、通過氧氣環(huán)境下的加熱處理以形成氧化硅膜的第2階段、在施加高頻電功率使Ar、N2或只使N2進(jìn)行輝光放電的情況下濺射硅靶以形成氮化硅膜的第3階段和施加直流電功率以形成導(dǎo)電性膜的第4階段，上述第1至第4階段不是在空氣中進(jìn)行，而是在惰性氣體或在減壓的環(huán)境下連續(xù)進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述第2階段中，Ar對N2的比例是0.01～0.5。
18.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在上述第3階段中，Ar對N2的比例是0.01～0.5。
19.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于對上述第2階段的氧氣添加0.01～0.1％的從NF3、HF、ClF3中選出的一種或多種氣體。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于應(yīng)用一種在玻璃襯底上、在應(yīng)變點之下的溫度下形成可用作為柵極絕緣膜或保護(hù)膜的高質(zhì)量的致密的絕緣膜的技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可以實現(xiàn)性能好、可靠性高的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在作為溝道長度為0.35～2.5μm的場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜中，在結(jié)晶半導(dǎo)體膜上經(jīng)氧化硅膜形成氮化硅膜，該氮化硅膜的含氫濃度在1×10
文檔編號H01L29/423GK1458694SQ0312381
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者高山徹, 山崎舜平, 秋元健吾 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所