JP2966157B2 - ゲート電極構造の形成方法 - Google Patents
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Description
成方法、特にSiの下地とゲート電極との間に設けら
れ、膜厚が極めて薄く、しかも、絶縁層を含む薄膜を高
品質に形成するためのゲート電極構造の形成方法に関す
る。
積回路では膜厚が極めて薄い酸化膜、特にシリコン酸化
膜(例えば、SiO2 膜)が用いられる。とりわけ1.
0μm以下の設計ルールの不揮発性半導体メモリ、特
に、1MEEPROM(Electrically e
rasable and programmable
read−only memory)においては、膜厚
が例えば100オングストローム(以下、オングストロ
ームをA°の記号で示す。)以下となるSiO2 膜をト
ンネル酸化膜として用いている。このような薄い酸化膜
の特性は、EEPROMの動作における書き換え回数、
データ記憶持時間を決定する極めて重要な要因となって
いる。
「VLSI製造技術、徳山 巍、橋本 哲一編著、日
経BP社、P.83(1989)」にも開示されている
ように、次のようにして行われる。
ず、電気炉によって800〜1200℃に加熱した石英
管内に、清浄化した基板を配置する。その後、酸化膜形
成のための酸化性ガスを石英管内に導入する。酸化性ガ
スとしては例えば、乾燥した酸素ガス、或いは酸素およ
び水素の混合ガス、或いは塩酸を霧状にして酸素ガスと
混合したガスを用いる。酸化性ガスを導入した石英管内
に、形成しようとする膜厚に見合った一定時間、一定温
度で基板を放置して酸化膜を連続成長させることによっ
て、均一な膜厚の酸化膜を基板表面に形成している。
て、このような酸化膜の形成方法を適用して、EEPR
OMを製造する従来例につき簡単に説明する。図6の
(A)は、Si(シリコン)基板上にSiO2 膜を介在
させて導電性ポリSi層(ゲート電極層となる層)を形
成する工程を説明するための模式図であり、図6の
(B)は、この導電性のポリシリコン(ポリSi)層の
形成後、熱処理(アニール)を行なった場合の、層の状
態を説明するための模式図であり、いずれの図もMOS
構造のゲート電極構造での断面の状態で示してある。
にトンネル酸化膜としてSiO2 膜102を形成し、こ
のSiO2 膜102上に導電性ポリSi層104を形成
する。そして、通常は、この導電性ポリSi層104に
は、高濃度にリン(P)を不純物として導入してn導電
型として構成している。このようにして形成した構造体
を図6の(A)に示す。通常、このポリSi層104を
成膜したままの状態では、ポリSi層中には粒界は発生
していない。従って、SiO2 膜の膜厚はもとより、ポ
リSi層/SiO2 膜界面は、平坦性を維持している。
リSi層104をゲート電極として形成後、通常、各ゲ
ート電極間に中間絶縁層(図示せず。)を設ける工程
中、1000℃以上の高温で熱処理を行なうので、この
ポリSi層104中に導入してあるリンが偏析して、粒
界106が発生する(図6の(B))。この粒界は成長
しながらポリSi層104とトンネル酸化膜であるSi
O2 膜12との界面にまで達し、この界面で粒界106
に偏析したリン(P)とSiO2 膜104とが反応し、
よって、SiO2 膜102がこの粒界近傍領域で異常に
成長して、いわゆる、オキサイドリッジ108が発生し
てしまう(例えば、文献:「1990 Symposi
umon VLSI Technology,Dige
st of technical papers,p
p.121(1990)参照」。
て、例えば、EEPROMの動作時の、特にデータ消去
時に、トンネル電流のバラツキが生じていた。
リSi層形成後の温度を下て熱処理を行なう方法および
リン濃度を下げる方法が試みられている(例えば、文
献:「日経マイクロデバイス,No.64(199
0),pp.85〜86」参照)。
不純物の活性化を充分図ることが出来ず、従って、ポリ
Si自体の抵抗値が下がらないという新たな問題が生じ
ている。
に鑑みなされたものであり、従って、この発明の目的
は、Siの下地とゲート電極との間に設けられ、膜厚が
極めて薄く、しかも、Si酸化膜を含む薄膜を高品質に
形成するためのゲート電極構造の形成方法を提供するこ
とにある。
め、この発明のゲート電極構造の形成方法によれば、同
一の反応炉内でSiの下地上にSi酸化膜を介在させて
導電性ポリSi層のゲート電極を形成するに当り、
(a)酸化性ガス雰囲気中で、Siの下地の加熱処理を
行なって、このSiの下地表面に薄いSi酸化膜を形成
する工程と、(b)続いて、Si含有反応性ガスおよび
Ge含有反応性ガスの第1混合ガス雰囲気中で、加熱処
理を行なって、上述したSi酸化膜上に薄いSi−Ge
膜を形成する工程と、(c)その後、Si含有反応性ガ
スおよび導電性決定のための不純物含有反応性ガスの第
2混合ガス雰囲気中で、加熱処理を行なって、前述した
Si−Ge膜上に導電性ポリSi層を形成する工程とを
含むことを特徴とする。
れぞれの前記Si含有反応性ガスをシラン系(Sim H
n :但し、mおよびnは1以上の整数)ガスとし、およ
び、前記Ge含有反応性ガスをゲルマン系(Ge
m Hn :但し、mおよびnは1以上の整数)ガスとする
のが良い。
純物含有反応性ガスをホスフィン(PH3 )ガスまたは
アルシン(AsH3 )ガスとするのが良い。
は、導電性ポリSi層をn導電型層とすることを特徴と
するのが良い。
は、Si酸化膜をSiO2 膜とするのが良い。
i−Ge膜を、導電性を与える不純物を含まない、ノン
ドープ状態にある膜とするのが良い。
は、Si−Ge膜の組成をSi1-X GeX (但し、xは
0<x<1の範囲内の任意の値)とするのが良い。
は、加熱処理を赤外線照射により行うのが良い。
基板はもとより、その他に、このシリコン基板にエピタ
キシャル層を形成したもの、その他、これらに限らず下
地の表面領域が少なくともシリコンで形成されている広
く下地を意味している。
によれば、SiO2膜上に一旦Si−Ge膜を形成した
後、このSi−Ge膜上にゲート電極形成のための導電
性ポリSi層を設けている。このため、その後の工程で
所要の熱処理を行なった場合に、ポリSi層中に、粒界
が発生したとしても、このSi−Ge膜のところで粒界
の成長は抑止できる。従って、この粒界は、下側のSi
O2 膜には達せず、そのため、SiO2 膜/Si−Ge
膜界面およびその近傍領域におけるオキサイドリッジの
発生を抑制することが出来る。従って、SiO2 膜/S
i−Ge膜界面は、極めて平坦となるとともに、SiO
2 膜の膜厚自体も実質的に一定となる。
いた素子を形成した場合、ある一定の電界下でのトンネ
ル電流は、各素子においてバラツキの無い、一定の状態
を保持出来る。
き説明する。尚、図面は発明が理解出来る程度に、各構
成成分の寸法、形状および配設位置を概略的に示してい
るにすぎない。また、以下の説明では、特定の材料およ
び特定の数値的条件を挙げて説明するが、これら材料お
よび条件は単なる好適例にすぎず、従ってこれらに何ら
限定されるものではない。
この発明を実施するための装置につき説明する。
な成膜装置の構造の実施例の説明>図3はこの発明の方
法を実施するための成膜装置の主要部(主として反応炉
および加熱部の構成)を概略的に示す断面図である。
尚、図3では反応炉内に基板を設置した状態を示す。
る図であり、成膜装置の全体構成を概略的に示す図であ
る。
部は、基板が設置される反応炉10と、反応炉10内の
真空排気を行うための排気手段12と、ガス供給部14
と、加熱処理を行うための加熱部16とを備えて成る。
以下、この主要部の構造の実施例につき説明する。
炉(チャンバー)10を例えば本体10a、蓋部材10
bおよび昇降部材10cから構成する。本体10aおよ
び昇降部材10cの形成材料としては、例えばステンレ
スを、また蓋部材10bおよび後述の支持体20の形成
材料としては、例えば石英を用いるか、または、その逆
の組み合わせで用いてもよい。
能に一体となって凹部aを形成するものであり、昇降部
材10cの凹部aの側に基板18を載せるための支持体
20を設けて昇降部材10cの昇降によって支持体20
にのせた基板18を反応炉10内へ入れ或いは反応炉1
0外へ取り出せるようにする。図示例では昇降部材10
cを例えば機械的に昇降させるための昇降部材10cを
昇降装置22と連結させている。
に取り付ける。本体10aと蓋部材10bおよび昇降部
材10cとの間には気密保持部材24例えばバイトンパ
ッキンを設けており、従って反応炉10内の真空引きを
行った際に気密保持部材24を介し、気密状態が形成で
きるように成している。
面温度を測定するための温度測定手段26例えばオプテ
ィカルパイロメータを設ける。
適な構成の赤外線照射手段、例えば赤外線ランプ16a
とこの手段16aを支持するための支持部材16bとを
以って構成する。赤外線ランプ16aとしては基板18
を効率良く加熱できる波長域の光を発するランプとする
のが良く、基板材料に応じた任意好適なランプで構成す
る。この実施例では、タングステンハロゲンランプその
他の任意好適なランプを用いる。好ましくは、複数個の
赤外線ランプ16aを反応炉10内の加熱を均一に行え
るように配置する。
外に配置する。この際、反応炉10の一部を赤外線を透
過する材料を以って構成し、赤外線を反応炉10外から
反応炉10内に透過させるようにする。既に説明したよ
うに、この実施例では、蓋部材10bを石英で構成して
あるので、赤外線を透過することができる。
る加熱処理を行える任意好適な構成および配設位置とし
て良く、例えば加熱部16をヒータを以って構成し、こ
のヒータを反応炉10内に設けるようにしても良い。
るものではないが、図示例では支持部材16bを支持部
材16bと本体10aとの間に蓋部材10bおよび本体
10aの当接部を閉じ込めるように、本体10aに着脱
自在に取り付け、さらに支持部材16bと本体10との
間に気密保持部材24を設ける。このように支持部材1
6bを設けることによって反応炉10内の真空気密性の
向上が図れる。
よびガス供給部14の間にバルブ44を介して設けたガ
ス供給管、また30は反応炉10および排気手段12の
間に設けた排気管を示す。
系およびガス供給系につき説明する。尚、真空排気系お
よびガス供給系を以下の実施例で述べる例に限定するも
のではない。
例では排気手段12を例えばターボ分子ポンプ12aと
このポンプ12aと接続されたドライポンプ12bとを
以って構成する。排気手段12を例えば図示のように配
設した排気管30および各バルブを介して反応炉10と
連通させて接続する。図4において32a〜32dは排
気管30に連通させて設けた真空計(或いは圧力ゲー
ジ)であり、真空計32aおよび32dを例えば1〜1
0-3(10のマイナス3乗)Torrの範囲の圧力測定
に用いるバラトロン真空計(或いはピラニー真空計)と
し、また真空計32bおよび32cを例えば10-4(1
0のマイナス4乗)〜10-10 (10のマイナス10
乗)Torrの範囲の圧力測定に用いるイオンゲージと
する。真空計32bと排気管30との間には真空計32
bを保護するための自動開閉バルブ34を設け、真空計
32bの動作時に真空計32bに対して10-3(10の
マイナス3乗)Torr以上の圧力を負荷しないように
バルブ34の開閉を自動制御する。36a〜36fは排
気手段12および反応炉10の間に設けられる自動開閉
バルブであり、これらバルブ36a〜36fをそれぞれ
任意好適に開閉することによって、反応炉10内の圧力
を任意好適な圧力に制御し反応炉10内に低真空排気状
態および高真空排気状態を形成する。
および40はレリーフバルブであり、バルブ40は反応
炉10内の圧力が大気圧例えば760Torrを越えた
場合に自動的に開放し、バルブ40の開放によってガス
供給部14から反応炉10内へ供給されたガスを排気す
る。
例ではガス供給部14を酸化性ガス源14a、反応性ガ
ス源14b、14cおよび14dを以って構成する。ガ
ス供給部14を例えば図示のように配設した供給管28
およびバルブを介して反応炉10と連通させて接続す
る。
ルブ、46a〜46d、48aおよび48bは自動開閉
バルブ、50aおよび50bはガス供給部14から反応
炉ガスへ導入されるガスに関する自動ガス流量コントロ
ーラである。
6dをそれぞれ任意好適に開閉することによって、所望
のガスをガス供給部14から反応炉10へ供給できる。
実施例の説明>図1の(A)〜(D)は、この発明のゲ
ート電極構造の形成方法の一実施例の説明に供する工程
図であり、各図は、主要工程段階で得られた構造体の断
面の切り口を概略的に示してある。また、図2は、この
発明の説明に供する、成膜の再の加熱サイクルを説明す
るための図である。図の横軸は時間(単位は秒とす
る。)および縦軸は温度(単位を℃とする。)をプロッ
トして示してある。また、以下の説明では図3および図
4を適宜参照されたい。
に基板18を設置した後、基板の清浄化を行ってから、
絶縁膜としてのSiO2 膜の成膜、Si−Ge膜の成膜
およびポリSiの成膜処理を連続して行う。以下、これ
につき順次説明する。
は、下地として例えばシリコン基板を用意し、前処理と
して従来行われている如く、化学薬品、純水等を用いて
基板18の前洗浄を行う。この前処理済みのSi基板の
部分であって、その上側にゲート電極が形成される当該
領域部分をここでは110で示す(図1の(A))。以
下の説明では、Si基板を110で代表して説明する。
る。基板110は昇降部材10cの支持体20上に固定
する。この際、基板110は空気に一旦さらされるの
で、基板表面に自然酸化膜が形成されるが、所要に応じ
て、還元性ガス雰囲気中で、加熱処理を行って基板11
0を反応炉10内で、通常のごとく、清浄化すれば良
い。この基板の清浄化処理工程については、ここでは、
説明を省略する。
の主表面上に絶縁膜としてのSiO2 膜を形成するに当
たり、先ず、排気手段12を作動させて、反応炉10内
を例えば1×10-8(10のマイナス8乗)Torr程
度の高真空度に排気し、反応炉10内を清浄化する。
36a,36b,36f,34を閉じておいて、バルブ
36b,36c,36dを開き、ドライポンプ12bを
作動させる。この真空度のモニタを、反応炉10内に設
けた真空計32aで圧力測定しながら行なう。そして、
反応炉10内の圧力が例えば1×10-3Torrとなっ
た後、バルブ36c,36dを閉じてバルブ36e,3
4を開く。この真空排気を、反応炉10内の圧力が1×
10-8Torrとなるまで行なう。
って基板110に酸化膜を形成するため、バルブ36
b,36eを閉じ、バルブ38、36a、48a、46
aを開き、酸化性ガス例えば酸素(O2 )ガスを反応炉
10内に供給する(図2にIで示す時間領域のO2 フロ
ー)。この時の酸素ガスの流量を、例えば、1リットル
/分とする。また、この酸化膜の成膜は、大気圧下でも
行なえるが、酸化膜形成時の反応生成物を反応炉10外
に排気するため、反応炉10内を例えば100〜10-2
(10のマイナス2乗)Torrの範囲内の好適な低真
空の減圧状態に維持する。
基板110を加熱してシリコン酸化膜(SiO2 膜)1
12を形成する(図1の(B))。この基板110の加
熱は加熱部16の赤外線ランプ16aによって行う。こ
の際、例えば、基板表面温度を温度測定手段26で測定
しながら、例えば50℃/秒〜200℃/秒の間の適当
な割合で、好ましくは、昇温速度約100℃/秒で、加
熱温度T1である約1000℃まで上昇させ、好ましく
は、約60秒間(図2にH1で示す時間期間)、約10
00℃に保持するように行う。この場合、上昇温度を一
定の割合で行うのが好適であるが、それは酸化膜等の絶
縁膜の成長度合いを一定にして品質の良い膜を形成する
ためである。尚、昇温速度を上述したような範囲とした
のは膜厚の制御性およびまたは品質の良い膜を形成する
ためである。また、加熱温度T1を約1000℃とした
のは、絶縁膜の成膜に要する、好ましい最低の温度であ
るからである。また、時間期間H1を約60秒間程度と
したのは膜厚の制御性およびまたは膜質の観点からであ
る。このような条件で、基板を加熱することによって膜
厚約100A°という薄い、良質のSiO2 膜112を
形成できる。
えば、酸化温度、酸化時間および酸化ガスの流量を調整
することによって行える。
ら、次に基板110の加熱を停止し、室温例えば25℃
まで冷却する。次にバルブ38、36a、48a、46
aを閉じ、バルブ36b、36eを開き、反応炉10内
を例えば1×10-8(10のマイナス8乗)Torrの
高真空に排気する。
有反応性ガスおよびGe含有反応性ガスの第1混合ガス
雰囲気中で、加熱処理を行なって、Si酸化膜上に当該
Si酸化膜よりも薄いSi−Ge膜を形成する。以下、
この点につき説明する。
ス供給源14aから反応性ガス供給源14b,14cへ
切り換える。この実施例の場合には、Si−Ge(シリ
コン−ゲルマニウム)薄膜を成膜するに必要な第1混合
ガスとして、シラン系(Sim Hn :但し、mおよびn
は1以上の整数)ガスとし、および、ゲルマン系(Ge
m Hn :但し、mおよびnは1以上の整数)ガスの混合
ガスとする。以下、この点につき説明する。
ブ48a,46bを開けて、水素(H2 )希釈10%シ
ラン(SiH4 )ガスを1リットル/分の流量となるよ
うに、マスコントローラ50aを制御しながら、反応炉
10内へ導入する。この際、反応炉10内を、100〜
10-2Torrの範囲内の適当な真空度での減圧状態に
維持するのが好適である。
希釈1%ゲルマン(GeH4 )ガスを1リットル/分の
流量となるように、マスコントローラ50bを制御しな
がら、反応炉10内へ導入する(図2にIIで示す時間
領域の(SiH4 +GeH4 )フローの期間))。
薄膜の形成にいて、成膜時の反応生成物を反応炉10外
に速やかに排気するため、反応炉10内を例えば100
〜10-2(10のマイナス2乗)Torrの範囲内の好
適な低真空の減圧状態に維持する。
%GeH4 ガスの混合比が一定となった段階で、加熱部
16による加熱処理によって基板110を加熱する。こ
の基板110の加熱は加熱部16の赤外線ランプ16a
によって行う。この際、例えば、基板表面温度を温度測
定手段26で測定しながら、例えば50℃/秒〜200
℃/秒の間の適当な割合で、好ましくは、昇温速度約1
00℃/秒で、加熱温度T1である約1000℃まで上
昇させ、好ましくは、約100秒間(図2にH2で示す
時間期間)、約1000℃に保持するように行う。この
場合、昇温温度を一定の割合で行うのが好適であるが、
それはSi−Ge膜の成長度合いを一定にして品質の良
い膜を形成するためである。尚、昇温速度を上述したよ
うな範囲としたのはシランガスからSiおよびゲルマン
ガスからGeを分解し、膜厚の制御性およびまたは品質
の良い膜を形成するためである。また、加熱温度T1を
約1000℃としたのは、Si−Ge膜の成膜に要す
る、好ましい最低の温度であるからである。また、時間
期間H2を約100秒間程度としたのは膜厚の制御性お
よびまたは膜質の観点からである。このような条件で、
基板を加熱することによって膜厚約1000A°という
薄い、良質のSi0.8 Ge0.2 膜114(なお、この場
合の含有率:Si:Ge=4:1)を形成できる(図1
の(C))。また、好ましくは、Si−Ge膜を、導電
性を与える不純物を含まない、ノンドープ状態にある膜
とするのが良い。
熱温度、加熱時間および混合ガスの流量を調整すること
によって行える。また、この膜のSiおよびGeの含有
率も所要に応じて、任意好適な比に設定することも出来
る。すなわち、Si−Ge膜の組成をSi1-X Ge
X (但し、xは0<x<1の範囲内の任意の値)とする
ことが出来る。
たら、次に基板110の加熱を停止し、室温例えば25
℃まで冷却する。
応性ガスおよび導電性決定のための不純物含有反応性ガ
スの第2混合ガス雰囲気中で、加熱処理を行なって、S
i−Ge膜上に導電性ポリSi層を形成する。この実施
例では、Si含有反応性ガスをシラン系(Sim Hn :
但し、mおよびnは1以上の整数)ガスとし、および、
不純物含有反応性ガスをホスフィン(PH3 )ガスまた
はアルシン(AsH3 )ガスとする。
反応性ガス雰囲気中で加熱処理を行ってSi−Ge膜面
上に、n型ポリSi膜、すなわち、リンドープポリシリ
コン膜を形成する例につき説明する。
H4 /H2 のガスの供給を停止する。そして、バルブ4
6dを開き、上述した反応性ガス例えば10%SiH4
/H2 ガスの供給を維持しながら、水素(H2 )希釈1
%ホスフィン(PH3 )ガスを反応炉10内に同時に供
給する(図1にIIIで示す時間領域の(SiH4+P
H3 )フロー)。この時のガス流量を1リットル/分と
する。
てSi−Ge膜114の表面にポリSi膜116を形成
する(図1の(D))。
aによって行う。この際、例えば、基板表面温度を温度
測定手段26で測定しながら、例えば50℃/秒〜20
0℃/秒の間の適当な割合で、好ましくは、昇温速度約
100℃/秒で、加熱温度T1である約1000℃まで
上昇させ、好ましくは、約250秒間(図2にH3で示
す時間期間)、約1000℃に保持するように行う。こ
のような条件で、約3500A°の膜厚のリンドープポ
リSi膜116(リン濃度約4×1020(10の20
乗))を形成出来る。
が好適であるが、それはポリSi膜の成長度合いを一定
にして品質の良い膜を形成するためである。尚、昇温速
度を上述したような範囲としたのは膜厚の制御性および
または品質の良い膜を形成するためである。また、加熱
温度T1を約1000℃としたのは、ポリSi膜の成膜
に要する、好ましい最低の温度であるからである。ま
た、時間期間H3を約250秒間程度としたのはポリS
iが電極として使用できる膜厚約3000〜4000A
°にまで成長に要する時間期間からである。このような
条件で基板を加熱することによって電気的に活性化し
た、良質のポリSi膜を形成できる。
度、加熱時間およびガスの流量を調整することによって
行える。
ら、次に加熱を停止し、室温例えば25℃まで冷却す
る。
8b,46b,46dを閉じ、バルブ36b、36eを
開き、反応炉10内を例えば1×10-8(10のマイナ
ス8乗)Torrの高真空に排気する。
ス源(図示していない。)から、例えば窒素ガスを反応
炉10内に大気圧になるまでパージし、ポリSi膜11
6が酸化することを防止する。
板110上に、絶縁膜としての薄いSiO2 膜112、
Si−Ge薄膜114およびn型ポリSi膜116から
なるゲート電極構造がえられる。
の粒界の影響につき説明する。このような構造である
と、後工程で、熱処理を行なった時にポリSi膜116
中に生じる粒界120は、下側のSi−Ge膜114ま
でに達するが、この粒界120はこのポリSi膜116
とSi−Ge膜114との界面で停止する。このため、
SiO2 膜112には、粒界は達する恐れはなく、従っ
て、Si−Ge膜/SiO2 膜界面近傍領域にオキサイ
ドリッジが発生する恐れもない。そして、この状態で
は、Si−Ge膜/SiO2 膜界面は極めて平坦面とな
るとともに、SiO2 膜の膜厚自体も変化しないで、実
質的に一定となる。
るものではなく、以下に説明するような種々の変更また
は変形を加えることができる。
H4 として説明したが、これに限定されるものではな
く、SiH2 Cl2 ガスまたはSi(CH3 )2 H3 ガ
スを用いてもよいし、或いは、SiH4 、SiH2 Cl
2 およびSi(CH3 )2 H3 のガス群から選ばれた任
意の2種以上の混合ガスを用いてもよい。
が、これに限定されるものではなく、GeF4 ,GeF
2 ,GeF,GeH3 F等のガスを用いることも出来
る。
の膜厚を約1000A°としたが、1000A°以下の
膜厚であっても、後工程での熱処理によって生じる粒界
が抜けない膜厚であれば良い。
ィンを用いたが、その代わりに、アルシンを用いても同
様な効果が得られる。
て酸素(O2 )ガスを用いたが、この酸素ガスの代わり
に例えば一酸化二窒素(N2 O)ガスのような酸素を含
むガスを用いても同様に十分な酸化効果を上げることが
できる。
ンプにより行っているが、これは基板の加熱および冷却
を応答性よく行うためである。しかし、この発明では、
この加熱処理は、アークランプやレーザビームさらには
ヒータ等で赤外線照射を行ってもよい。
前に還元ガス雰囲気中で加熱を行って下地である基板の
清浄化をしているが、所要に応じて、この処理は省いて
も勿論良い。
の発明のゲート電極構造の形成方法によれば、シリコン
の下地上に、薄いシリコン酸化膜を設け、その上側にシ
リコン−ゲルマニウム(Si−Ge)薄膜を設けた後、
ゲート電極となる導電性のポリSi膜を形成したので、
その後の、例えば中間絶縁膜、その他の所要の熱処理が
行なわれたとしても、その熱処理時にポリSi膜中に発
生した粒界はSi−Ge薄膜のところで停止する。その
ため、シリコン酸化膜には、粒界は達する恐れはなく、
従って、Si−Ge膜/シリコン酸化膜界面近傍領域に
オキサイドリッジが発生する恐れもない。そして、この
状態では、Si−Ge膜/シリコン酸化膜界面は極めて
平坦面となるとともに、シリコン酸化膜の膜厚自体も変
化しないで、実質的に一定となる。
EPROM等を構成するFET等の素子を構成した場
合、ある一定の電界の下でのトンネル電流は、各素子間
でバラツキはなくなり、各素子において一定の状態を保
持させることが出来る。
行なうことが出来るので、ポリSi膜の不純物の活性化
も充分に図れ、従って、ポリSi膜自体の低抵抗化を図
ることができ、よって、良好なゲート電極例えばフロー
ティングゲートとして形成出来る。
の形成方法の一実施例の説明に供する工程図である。
例の説明に供する熱サイクル図である。
例を実施するための装置の要部を概略的に示す断面図で
ある。
例を実施するための装置の全体構成を概略的に示す図で
ある。
る図である。
ガス源) 16:加熱部 16a:赤外線ランプ 16b:支持部材 18:基板 20:支持体 22:昇降装置 24:気密保持部材 26:温度測定手段 28:ガス供給管 30:排気管 32a〜32d:真空計 34、36a〜36f、38、40、44、46a〜4
6d、48a、48b:バルブ 50a、50b:ガス流量コントローラ 100:Si基板 112:SiO2 膜 114:Si−Ge膜 116:ポリSi膜 120:粒界。
Claims (8)
- 【請求項1】 同一の反応炉内でSiの下地上にSi酸
化膜を介在させて導電性ポリSi層のゲート電極を形成
するに当り、 (a)酸化性ガス雰囲気中で、Siの下地の加熱処理を
行なって、該Siの下地表面に薄いSi酸化膜を形成す
る工程と、 (b)続いて、Si含有反応性ガスおよびGe含有反応
性ガスの第1混合ガス雰囲気中で、加熱処理を行なっ
て、前記Si酸化膜上に薄いSi−Ge膜を形成する工
程と、 (c)その後、Si含有反応性ガスおよび導電性決定の
ための不純物含有反応性ガスの第2混合ガス雰囲気中
で、加熱処理を行なって、前記Si−Ge膜上に導電性
ポリSi層を形成する工程とを含むことを特徴とするゲ
ート電極構造の形成方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のそれぞれの前記Si含
有反応性ガスをシラン系(Sim Hn :但し、mおよび
nは1以上の整数)ガスとし、および、前記Ge含有反
応性ガスをゲルマン系(Gem Hn:但し、mおよびn
は1以上の整数)ガスとすることを特徴とするゲート電
極構造の形成方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の前記不純物含有反応性
ガスをホスフィン(PH3 )ガスまたはアルシン(As
H3 )ガスとすることを特徴とするゲート電極構造の形
成方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の前記導電性ポリSi層
をn導電型層とすることを特徴とするゲート電極構造の
形成方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の前記Si酸化膜をSi
O2 膜とすることを特徴とするゲート電極構造の形成方
法。 - 【請求項6】 請求項1に記載の前記Si−Ge膜を、
導電性を与える不純物を含まない、ノンドープ状態にあ
る膜とすることを特徴とするゲート電極構造の形成方
法。 - 【請求項7】 請求項1に記載の前記Si−Ge膜の組
成をSi1-X GeX (但し、xは0<x<1の範囲内の
任意の値)とすることを特徴とするゲート電極構造の形
成方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載のそれぞれの前記加熱処
理を全て赤外線照射で行うことを特徴とするゲート電極
構造の形成方法。
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-
1991
- 1991-09-17 JP JP3235224A patent/JP2966157B2/ja not_active Expired - Fee Related
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