氧化膜的氮化处理方法和等离子体处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种隧道氧化膜的氮化处理方法，其对非易失性存储元件中的隧道氧化膜实施氮化处理时，用含有氮气的处理气体实施等离子体处理，由此在隧道氧化膜表面部分形成氮化区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非易失性存储元件中的隧道氧化膜的氮化处理方法、使用该处理方法的非易失性存储元件的制造方法及非易失性存储元件，以及用于实施上述氮化处理方法的 控制程序和计算机可读取的存储介质。
技术介绍
一直以来，在EPR0M、EEPR0M、快速闪存储器等非易失性存储元件中，出于改善存储 器特性的目的，对隧道氧化膜实施氮化处理。已知，这种氧化膜的氮化处理有现在仍在采用 的热处理(例如下述专利文献1、2)。在现有的利用热处理的氧化膜氮化方法中，为在热平衡状态下推进氮化处理，基 本上需要采用特定的氮化区域形成位置及浓度，即需要特定的氮分布。具体而言，氮化区域 的位置确定在与基板交界面，且N的峰密度基本上为1021atOmS/Cm3的上限。然而最近，人们在寻求进一步提高隧道氧化膜的膜质、进一步提高浮栅(floating gate)中的数据保持特性等存储器特性，因此，上述氮分布在现有热氮化工艺中逐渐显露出 不足。专利文献1 日本特开平5-198573号公报。专利文献2 日本特开2003-188291号公报。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供可达到进一步提高隧道氧化膜的膜质、进一步提高浮栅中 的数据保持特性等存储器特性的非易失性存储元件的隧道氧化膜的氮化处理方法。本专利技术的另一目的在于，提供使用如上所述氮化处理方法的非易失性存储元件的 制造方法和非易失性存储元件。本专利技术的又一目的在于，提供用于施行上述氮化处理方法的控制程序和计算机可 读取的存储介质。根据本专利技术第一方面，提供一种隧道氧化膜的氮化处理方法，其中，具有准备形成 有用于形成非易失性存储元件的隧道氧化膜的基板的工序，和使用含有氮气的处理气体进 行等离子体处理，由此在上述隧道氧化膜的表面部分形成氮化区域的工序。根据本专利技术第二方面，提供一种非易失性存储元件的制造方法，其中，具有在硅基 板上形成隧道氧化膜的工序；使用含有氮气的处理气体进行等离子体处理，由此在上述隧 道氧化膜的表面部分形成氮化区域的工序；在上述隧道氧化膜上形成浮栅的工序；在上述 浮栅上形成电介质膜的工序；在上述电介质膜上形成控制栅的工序；和在上述浮栅和上述 控制栅的侧壁形成侧壁氧化膜的工序。根据本专利技术第三方面，提供一种非易失性存储元件，其中，具备硅基板；在上述 硅基板上形成的隧道氧化膜；在上述隧道氧化膜上形成的浮栅；在上述浮栅上形成的电介 质膜；在电介质膜上形成的控制栅；和在上述浮栅和上述控制栅的侧壁形成的侧壁氧化 膜，上述隧道氧化膜的表面部分具有采用含有氮气的处理气体进行等离子体处理形成的氮 化区域。根据本专利技术第四方面，提供一种控制程序，其在计算机上运行时，用计算机控制等 离子体处理装置，使其进行隧道氧化膜的氮化处理方法，该方法具有准备形成有用于形成 非易失性存储元件的隧道氧化膜的基板的工序，和使用含有氮气的处理气体进行等离子体 处理，由此在上述隧道氧化膜的表面部分形成氮化区域的工序。根据本专利技术第五方面，提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储在计算机上 运行的控制程序，上述控制程序运行时，用计算机控制等离子体处理装置，实施下述隧道氧 化膜的氮化处理方法，该方法具有准备形成有用于形成非易失性存储元件的隧道氧化膜 的基板的工序，和使用含有氮气的处理气体进行等离子体处理，由此在上述隧道氧化膜的 表面部分形成氮化区域的工序。在上述第一和第二方面中，上述等离子体处理可使用由具有多个缝隙的平面天线 将微波导入处理室内而产生等离子体的等离子体处理装置进行。此外，作为上述处理气体， 可使用含有稀有气体的处理气体，作为稀有气体优选为氩(Ar)气。再者，上述氮化区域的 N掺杂量优选为1 X 1015atoms/cm2以上。且上述等离子体处理还优选在6. 7 266Pa的压 力下实施。在上述第三方面中，上述氮化区域优选使用由具有多个缝隙的平面天线将微波导 入处理室内而产生等离子体的等离子体处理装置形成。此外，上述氮化区域可通过使用含 有氮气及稀有气体的处理气体的等离子体处理形成，作为稀有气体优选为Ar气。再者，氮 化区域的N掺杂量优选为1 X 1015atoms/cm2以上。由于采用本专利技术，通过使用含有氮气的处理气体的等离子体处理形成隧道氧化 膜，因此，与使用热处理进行氮化处理的情况相比，可提高氮分布的自由度，在隧道氧化膜 的表面部分，可形成比热处理情况下的氮浓度还高的高浓度氮化区域。因此，由于能够利用 氮端接(terminate)存在于隧道氧化膜表面部分的陷阱位置(trap site)，所以可减少随 着存储器工作在氧化膜中产生的陷阱，保持隧道氧化膜优质的膜质。此外，在形成侧壁氧化 膜时，氮化区域起到氧化剂壁垒的作用，可抑制浮栅的隧道氧化膜界面端部中的非正常氧 化(鸟嘴bird' sbeak)的形成，提高数据保持特性。再者，由于在隧道氧化膜表面形成介 电常数高的氮化区域，因此，可在避免界面部分状态变化的前提下减小氧化膜(SiO2)等效 氧化层厚度(Equivalent Oxide Thickness ；EOT)，在界面特性没有变化的情况下提高数据 保持特性。此外，在EOT等效的情况下，可增加隧道氧化膜的厚度，并可抑制这部分的漏泄 电流，因此可有效提高数据保持特性。附图说明图IA为用于说明本专利技术的隧道氧化膜氮化处理方法工艺的一例的示意图。图IB为用于说明本专利技术的隧道氧化膜氮化处理方法工艺的一例的示意图。图2为适用本专利技术氮化处理的非易失性存储元件的存储单元的一例的剖面示意图。图3为用于实施本专利技术隧道氧化膜的氮化处理方法的等离子体处理装置一例的 剖面示意图。图4为图3的微波等离子体装置所用的平面天线部件的结构示意图。图5为用于说明氮化处理顺序的流程图。图6A为实施热氮化处理后的热氧化膜的氮分布示意图。图6B为实施等离子体氮化处理后的热氧化膜的氮分布示意图。图7为实际生产中实施等离子体氮化处理后的隧道氧化膜的氮浓度分布示意图。图8A为用于说明现有技术中随着存储器运转，隧道氧化膜中生成陷阱的状态的 示意图。图8B为用于说明利用本专利技术实施方式之一的隧道氧化膜氮化处理方法，避免在 隧道氧化膜中生成陷阱的效果的示意图。图9A为说明采用现有隧道氧化膜氮化处理发生鸟嘴效应的状态示意图。图9B为用于说明利用本专利技术实施方式之一的隧道氧化膜氮化处理方法，抑制鸟 嘴效应的效果示意图。图10为改变未经氮化的基体的氧化膜和掺杂量，实施本专利技术实施方式之一的氮 化处理的情况下，沿氧化膜厚度方向施加的电场E。x(MV/cm)与漏泄电流Jg(A/cm2)的关系 示意图。图11为改变未经氮化的基体的氧化膜和掺杂量，实施本专利技术实施方式之一的氮 化处理的情况下的FN曲线图。图12为改变未经氮化的基体的氧化膜和掺杂量，实施本专利技术实施方式的氮化处 理的情况下，隧道氧化膜的EOT与平带电压(Flat-bandVoltageRfb的关系示意图。具体实施例方式下面，参照附图，具体说明本专利技术的实施方式。图1为用于说明本专利技术隧道氧化膜氮化处理方法的剖面图。该氮化处理是例如 EPR0M、EEPR0M、闪存型存储器等非易失性存储元件制造工艺中的一环。在非易失性存储元件的存储单元制造中，首先，如图IA所示，在Si基板101的主 面上，利用例如Si基板101的热氧化工艺形成厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化膜的氮化处理方法，其特征在于，具有：将形成有氧化膜的基板搬入腔室内的工序，将所述腔室内抽真空的工序，向所述腔室内供给稀有气体，使等离子体点火的工序，和通过形成的稀有气体和氮气的等离子体，在所述氧化膜的表面部分进行氮化处理的工序，所述等离子体点火在高于所述氮化处理时压力的压力下进行，所述氮化处理在６．７～２６６Ｐａ的压力和２００～６００℃的温度下，并且稀有气体与氮气的流量比设定为１．６～３００的条件下，生成所述稀有气体和氮气的等离子体，对所述氧化膜的表面进行氮化处理，形成氮化区域。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：盐泽俊彦，古井真悟，小林岳志，北川淳一，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]