JPH04120732A - 固体素子及びその製造方法 - Google Patents

固体素子及びその製造方法

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JPH04120732A
JPH04120732A JP2239823A JP23982390A JPH04120732A JP H04120732 A JPH04120732 A JP H04120732A JP 2239823 A JP2239823 A JP 2239823A JP 23982390 A JP23982390 A JP 23982390A JP H04120732 A JPH04120732 A JP H04120732A
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solid
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insulating film
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水谷　巽
Takashi Yunogami
隆 湯之上
Katanobu Yokogawa
賢悦 横川
Nobuyoshi Kobayashi
伸好 小林
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物、フッ化物等の絶縁物の表面層を改質
して、その耐薬品性、耐還元性、絶縁特性等を向上させ
る方法及び装置、さらに、この方法により改質された絶
縁物を有する固体素子に関する。
〔従来の技術〕
半導体集積回路などの固体電子回路では、半導体、金属
、絶縁物等が、＃ｌ細パターンに加工されかつ積層され
た構造になっているが、このうち絶縁物としては、酸化
シリコンもしくは酸化シリコンを主成分とし、ホウ素、
リン等を含有するアモルファス構造の薄膜が用いられる
ことが多い。これらの薄膜は通常、シリコンの熱酸化や
化学気相成長法（Ｃｈｅ＋＋＋１ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、　ＣＶ　Ｄ法）、プラズマＣＶ
Ｄ法、スパッタデポジション等の方法で基板上に形成さ
れる。
例えば、半導体集積回路の金属配線間の絶縁に用いられ
る絶縁膜としては、Ｓ　ｉ　Ｈ４，Ｎ２０等のガスを用
いたＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法によるＳ　ｉ　Ｏ２を
主成分とした膜が多用される。これらの方法で、厚さ１
μｍ程度の絶縁膜が形成されたのち、通常、リソグラフ
イエ程、エッチング工程によって配線接続孔等を形成し
たあと、引き続いて次の層の配線金属層がＣＶＤ法やス
パッタデポジション法などによって堆積され、リソグラ
フイエ程、エッチング工程を経て微細な金属配線が形成
される。この様な一連の工程で形成される半導体集積回
路の積層構造において層間絶縁膜の表面層の膜質を意図
的に改質することは殆んど行われておらず、成長させた
ままの絶縁膜が用いられている。
また、シリコンのＭＯ５型トランジスタのゲート絶縁膜
には、もっばら熱酸化法で形成した厚さ１０〜２　Ｏｎ
、　ｍの薄いシリコン酸化膜が用いられるが、この場合
もせいぜいアニール処理を施す程度であり、該酸化膜の
性質を著しく改変するような処理は施されないまま使わ
れる。
もう１つの例として、メモリ用集積回路等のメモリ素子
となるキャパシタ部の容量絶縁膜としては、近年、その
静電容量を増大するために、酸化シリコン膜と誘電率の
大きい窒化シリコン膜を重ねて用いるようになった。
以上、半導体集積回路を構成する絶縁膜においては、い
ずれの場合にも、熱酸化法やＣＶＤ法等で成長させた￥
／Ａ１ｆ＃膜が特別の表面処理を施すことなくそのまま
用いられる。
以上のような半導体集積回路用絶縁膜の形成技術は１例
えば、ニス・エム・セー著ＶＬＳＩテクノロジー第２版
の第９８頁から第１４０頁まで、および、第２３３頁か
ら第２７１頁（Ｓ、　Ｍ、　５ｚｅｅｄ、　　ＶＬＳＩ
　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　５ｅｃｏｎｄ　　Ｅｄｉ
ｔｉｏｎ　　（ＭｃＧＲＡＷ−Ｈｉｌｌ、　Ｎｅｗ　Ｙ
ｏｒｋ、　１９８８）　ｐｐ、９８−１４０．２３３−
２７１）に詳しく説明されている通りである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術では、熱酸化法やＣＶＤ法で形成した５ｉ
０２等のＩ１１！縁膜をそのまま用いており、例えばＳ
ｉＯ□膜の場合、通常その密度は２．２〜２．３ｇ／ｃ
ｍ３程度である。このようなＳ　ｉ　Ｏ２膜は、Ｈ２０
，０２，Ｈ２等の分子やそれから解離した原子が透過し
易いことが知られており、しばしば透過した水分等によ
る金属配線の酸化、腐食等の問題が発生する。これに対
してプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ□膜は一般に緻
密度が高く、水分等の透過を阻止する能力も優れている
が、膜中に多量のＨが含有され、熱処理時にこのＨが離
脱してしばしば膜のふくれやクラック等が発生する。
また、シリコンの熱酸化法等で形成されたＳｉＯ２膜の
比誘電率は３．９〜４．０であり、この値が不十分なた
め、ランダムアクセスメモリ素子の電荷蓄積キャパシタ
に用いる絶縁膜としてはＳｉＯ２膜により誘電率の大き
い５１３Ｎ４膜やＴａ２Ｏ，膜を重ねた多層膜が使われ
ている。
ＳｉＯ□だけでは誘電率が小さいためキャパシタの容量
が小さいためである。
さらに、熱酸化法やＣＶＤ法で作成した５１０２膜は希
フッ酸で容易にエツチングされたり、Ｈや希ガス等のイ
オンの照射によって表面が還元されてＳｉリッチになる
ことが多い。
本発明の目的は、以上に説明したような従来技術で作成
した酸化物等の特性、特に緻密度、比誘電率、耐酸性、
耐還元性等を著しく改善する新規な方法を提供し、この
方法により改善された特性を有する固体素子や固体材料
を提供することにある。さらに、本発明の別の目的は、
本方法を実現できる新規な表面処理装置を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明では酸化シリコン等
の表面に電気的に中性な粒子を照射することを特徴とす
る。電気的に中性な粒子の照射では、酸化シリコン等の
化合物の表面組成を著しく変化させることなく、表面層
の密度、化学結合、誘電率、耐酸性等の物性を改善する
ことができる。
電気的に中性な粒子は、この目的のためには数ｅＶ以上
の運動エネルギを持っていることが必要で、通常は５０
〜１０００ｅＶ程度の中性ビームを用いるのが良い。こ
のような中性ビームの発生には第５図に示したような装
置を用いてプラズマから引出した所望のエネルギのイオ
ンビームを電荷交換反応によって中性ビームに転化させ
る方式が最も簡単かつ有効である。電荷交換反応は、粒
子間での電子の移転反応であり、イオンの中性化はイオ
ンと中性原子もしくは中性分子との間の電子の移転によ
る。従って、イオンビームがガス中を通過するとこの反
応によって中性ビームが発生する。中性ビームのみを得
るには、残存イオンなどの荷電粒子を静電界などの電磁
界で除けば良い。
また、第５図の装置の替りに第６図に示したようなマキ
レス型イオン源と呼ばれる装置を用いることもできるが
、この装置で発生できる中性粒子ビームのエネルギは２
ｋｅＶ程度以上と大きいため、表面に発生させる損傷が
大きい欠点がある。
用いる中性粒子ビームとしては、通常、ネオン。
アルゴン、クリプトン等の希ガスのほか、絶縁膜を構成
する酸素、窒素、シリコンなどを用いることもできる。
以上の中性ビームを照射して表面層が改質された絶縁膜
を固体素子内で用いるには、通常、中性ビーム照射後も
しくは照射中に１００℃以上の加熱処理をすることが、
微視的に−様な膜を形成するために重要である。
また、表面に照射される中性粒子の入射方向は一方向に
決まっている必要はなく、種々の入射角で入射してもよ
い。特に照射される基板の表面、試料の表面に凹凸があ
る場合には、入射方向が様々である方が、膜全体にわた
って改質の効果を得るために必要で、このためにビーム
方向が互いに異なる複数個の中性ビーム源を備えた照射
装置を用いたり、照射中に試料に回転、振動等の運動を
させることが有効である。
〔作用〕
以上に記した中性ビームの照射による絶縁膜の膜質の改
善は、本発明者が最近見出したものである。以下、その
実験結果の一例を説明する。
第８図はシリコン（Ｓｉ）基板上の熱酸化膜（Ｓ１０２
）のオージェ分析のスペクトルである。
第８図中に示したように５ｉｎ２中のＳｉに対応するオ
ージェ電子スペクトルが５６．６２゜７８ｅＶに見られ
る。この試料に対して、３ＫｅＶのＡｒ＋イオンビーム
を照射して、Ｓｉｎ、をｌｎｍずつイオンエツチングし
て、順次その表面のオージェスペクトルを採った結果を
第８図に示したが、上記の３つのスペクトルに加えて、
８２ｅＶと８９ｅＶに新しいスペクトルが出現し、その
強度が少しずつ大きくなっている。
これらの新しいスペクトルは、ラング（Ｌａｎｇ）がア
プライド　サーフェス　サイエンス　第３７巻（１９８
９年）の第６３頁から第７７頁（ＡρＰｉ。
５ｕｒｆ、　Ｓｃｉ　３７　（１９８９）　ｐｐ６３−
７７、）に述へているように、Ａｒ＋イオンの照射によ
ってＳｉｎ、の表面が還元されて、サブオキサイドＳ　
ｉ　ＯＸ　（ｘ＜　２　）や、完全に還元されたＳｉが
生成されたためであり、８２ｅＶと８９ｅＶのオージェ
スペクトルは各々Ｓ　ｉ　Ｏｘと８１に対応している。
ところが、Ｓ　ｉ　０２表面に先しめ、Ｎｅの中性ビー
ムを照射しておくと、上記のような還元反応が容易に進
まなくなることを本発明者は見出した。
第９図は５００ｅＶのＮｅ中性ビームを約１ｏ１７／ｃ
ｍ２の照射量でＳ　ｉ　０２表面に照射した試料のオー
ジェスペクトルである。第９図に示されているように３
ＫｅＶのＡｒ＋イオンビームを照射して、エツチングを
進めても、ＳｉＯ，、Ｓｉに対応する８２ｅＶ、８９ｅ
Ｖのスペクトルは出現せず、エツチング深さが１２ｎｍ
に至って、ようや＜８０ｅＶ付近のスペクトルが広がっ
ており。
８２ｅＶのＳ　ｘ　Ｏｘが出現していることを示してい
ると考えられる。一方、Ｓ　ｉ　０２表面に先じめ５０
０ｅＶのＮｅ＋イオンビームを１０１７／ｃｍ”照射し
た試料をオージェ分析した結果では、上記の第８図の櫟
準試料と同様に、５ｘＯｘとＳｉのオージェスペクトル
が直ちに出現した。
以上説明したように、中性ビームの照射により５ＩＯ２
の表面層は、イオン照射による還元作用に対して強い耐
性を有する状態に変質していることが見出された。
その変質の微視的な機構は現在未だよく分っていないが
、次の様であると推測する。
数１０〜数１００ｅＶの運動エネルギを持つ粒子が固体
表面に衝突すると衝突地点近傍で掻く短時間ながら超高
圧状態が実現され、同時にあるいは多少の時間的ずれを
伴いながらも高温状態が実現され、これによって固体の
構造が改変されるものであろう。例えば酸化シリコンを １００　Ｋ　ｂ　ａ　ｒ程度以上の超高圧状態にすると
その密度が高まり、しばしば相変態を伴ってその変化は
不可逆であることが知られており、超高圧。
高温下で酸化シリコンはコーサイトやスチショバイト等
の高密度で高屈折率の相に転移する。中性ビーム照射の
場合にも微視的には、類似の現象が生じている可能性が
あり、この様な作用によって酸化シリコン膜の表面層が
高密度化したものと推測する。
同し効果は、中性ビームによらずどもイオンビームで達
することもできるが、周知のように荷電粒子を酸化物や
ハロゲン化物の表面に照射すると酸素やハロゲンが優先
的に表面層から離脱する所謂選択スパッタリングの現象
が生じることが知られており１表面の化学組成がバルク
の組成から著しく変化するので好ましくない。中性粒子
ビームの照射では、このような組成の変化をあまり生じ
させることなく、上記の膜質の改変を行うことができる
ことは本発明者が見出した実験結果である。
さらに、イオンビームは電荷を有するので、照射される
試料が薄い酸化シリコンなどのような絶縁膜では、膜の
耐圧劣化や絶縁破壊が生じる欠点もある。
また、中性ビームとしてクリプトン、キセノン等の原子
半径の大きな粒子を用いることは一様でかつより深くま
で膜質を改善するのに効果がある。
希ガスの中性ビームを照射すると、特にそのエネルギが
数１００ｅＶ以上ではこれらの希ガスが膜中にトラップ
されることが多く、膜の一様性を損うので、数１００ｅ
Ｖ以下さらに望ましくは１００ｅＶ以下とするのが良く
、表面外への拡散放出を促進するため、照射中に１００
℃以上に試料を加熱することが有効である。
酸化シリコン膜に中性ビームを照射した場合を例にとる
と、この方法で作成した酸化シリコン膜の表面層５〜１
０ｎｍは、エリプソメータで測定した結果、屈折率は照
射条件に依存して１．６〜３．５にも上り、通常の熱酸
化シリコンの１．４６に比べて著しく増大していること
が分った。また、この改質された酸化シリコン膜は希フ
ッ酸に対する耐酸性が高く、エツチング速度は１７２〜
１／３に低゛下している例が見られた。さらに、その誘
電率は通常の熱酸化膜の１．５〜２倍に増大した。
以上の性質を有する酸化シリコン膜を半導体集積回路の
配線層間絶縁膜として用いると、表面の化学的安定性が
高いため、ＣＶＤ法等で他材料の薄膜を成長させる際、
この表面上のみ選択的に成長を阻止できる等の効果が顕
著に見られた。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を詳しく説明する。
実施例１ 以下、第１図、第２図を参照して実施例１を説明する。
半導体集積回路の多層配線工程には、眉間絶縁膜３とし
て、ＣＶＤ法（化学気相成長法）で成長させる酸化シリ
コンを主成分とする膜が用いられるが、超高集積度の集
積回路では、配線間の接続に次の様な工程が用いられる
。まず、該層間絶縁膜にドライエツチング工程によって
下層の配線表面を露出させる微細孔６があけられ、この
孔は一般に深いため、まず、選択ＣＶＤ法によりタング
ステン等の金属５が微細孔のみを埋め尽すように成長さ
せられる。この際、残余の酸化シリコン膜表面８にはタ
ングステン金属が微小であっても成長することは極めて
好ましくないが、しばしば、第２図に見られるように酸
化シリコン表面にも粒状タングステン７が成長し、以降
の配線工程の歩留りも著しく損う。この原因は、酸化シ
リコン膜表面が６フツ化タングステンや水素などのＣＶ
Ｄ用ガスに対して十分な耐性を有さず、局所的に還元さ
れて、タングステンの成長の核になることが一因となっ
ている。
そこで、本発明の中性ビーム照射法を適用するため、第
７図に示したようにＣＶＤ装［７４の前処理装置として
数１０ｅＶ乃至数１００ｅＶの希ガスの中性ビームを発
生できる装置をＣＶＤ装置本体に付加して、ＣＶＤに先
立って、３００ｅＶのＡｒの中性ビームを試料表面に約
１０１７個／ｃｍ”の照射量で照射した。このあと引続
いて。
ＣＶＤ法によりタングステンの微細孔への選択成長を行
った結果、酸化シリコン膜上へのタングステンの粒状成
長は大幅に抑制することができた。
Ｎｅ、Ｋｒなど他の希ガスの中性ビームを照射した場合
も同様に顕著な効果が見られた。これらは、中性ビーム
の照射によって酸化シリコン膜表面層４の化学的安定性
、耐還元性が高まった結果であると考えられる。なお、
上記の中性ビームの照射により、微細孔６の底部がクリ
ーニングされその結果接続導通が改善される効果も同時
に実現された。
実施例２ 第３図に素子の断面構造図を示したように、シリコンの
ＭＯ３型トランジスタのゲート絶縁膜となる酸化シリコ
ン膜を約１０−”Ｔｏｒｒの酸素雰囲気下で熱酸化法で
形成する際、同時にもしくは酸化膜形成後その表面に酸
素の中性ビームを照射した結果、絶縁耐圧が通常の熱酸
化膜に比べ１．５〜２倍に増大した酸化シリコン膜３１
を形成できた。この酸化膜により、試料表面等への帯電
によるゲート絶縁膜３１の破壊の少ない素子を実現する
ことができた。
実施例３ 半導体集積回路の配線層間絶縁膜に用いられるスピンオ
ンガラス膜（ＳＯＧ膜）は、密度が低く。
多孔質なため、水の透過性及び吸蔵性が高い。このＳＯ
Ｇ膜表面に対して、本発明の方法により、３００ｅＶ−
４００ｅＶのＡｒの中性ビームを５ＸＩＯ１Ｇ個／ｃｍ
２の照射量で照射して１表面層の緻密度を向上した。そ
の結果、吸蔵水分等によると考えられる層間膜のはがれ
やふくれ等の不良を低減することができた。
実施例４ 第４図はシリコンのＭＯ８型トランジスタおよびメモリ
用キャパシタ部の断面構造図である。この素子のメモリ
用キャパシタ部の１１１！縁膜４ｏを次のように形成し
た。キャパシタの一方の電極に相当する多結晶シリコン
部３４を形成したのち、その表面を乾燥酸素中で酸化し
て厚さ約８ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。引き続い
て、第５図の装置を用いてエネルギ約１００ｅＶのＫｒ
の中性ビームを約１０”／ａｍ”の照射量で照射した。
この処理により、シリコン酸化膜４０の表面層は高密度
化されて高誘電率の状態に改質することができた。この
あとキャパシタのもう一方の電極である多結晶シリコン
層３６を形成してメモリ用キャパシタを構成した。以上
の作成手順に従って形成したキャパシタの容量は中性ビ
ーム処理を行わないキャパシタに比べて１．５〜２倍に
増大した。
実施例５ 第７図は、本発明の薄膜堆積装置の例である。
同図中の左側部分の前処理装置は以下のように動作させ
る。ガス供給口５４から、Ａ　ｒ　ｙ　Ｋ　ｒなどの希
ガスを導入し、真空排気ポンプ５８で排気し。
チャンバ７７内の圧力を１０−’−１０−：ＩＴ　ｏ　
ｒ　ｒの圧力に維持し、マイクロ波電力を導波管５１を
通じて供給して放電管５２内にプラズマを発生させ、イ
オンビームを引出し電極５５を通して発生させる。荷電
粒子阻止グリッド５６の作用により。
電荷交換反応で生成した中性粒子ビームのみが試料台７
１上に載置した試料に入射する。試料搬送機構７２は、
前処理した試料を真空に保った連結部７３を通じて、化
学気相成長（ＣＶＤ）装置７４に移動させる。ヒータ７
６で所望の温度に加熱して試料７５の上にＣＶＤ法によ
り薄膜を成長させることができる。
〔発明の効果〕
以上、説明したように本発明によれば、中性粒子を絶縁
膜表面に照射することにより、その緻密度を向上させ、
屈折率、誘電率等を制御し、絶縁耐圧、耐酸性、耐還元
性等の性質を高める効果がある。イオンを照射する場合
と異なり、表面の化学組成を著しく変化させることなく
、これらの特性改善を図ることができる６その結果、こ
れらの絶縁膜を有する固体素子の寿命等の信頼度を高め
るのに有効である。
以上の説明では、主に酸化シリコンを主成分とする絶縁
膜の特性改善について記したが、酸化アルミニウム、酸
化シリコンと酸化シリコンの混合絶縁物、フッ化物等広
範囲の絶縁物の表面改質に本発明を有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は１本発明の実施例１において、半導体集積回路
の層間絶縁膜の表面改質に応用した状態を示す図、 第２図は、酸化シリコン膜表面に本発明の表面改質処理
を施さなかった場合に、化学気相成長において酸化シリ
コン膜表面に粒状金属が発生することを示した図、 第３図は、本発明の改質されたゲート絶縁膜を有する半
導体素子の断面構造図。 第４図は、本発明の改質されたキャパシタ絶縁膜を有す
る半導体装置の断面構造図、 第５図２は１本発明の表面処理方法で用いる中性ビーム
照射装置の概略図、 第６図は、本発明の表面処理方法で用いる別の形式の中
性ビーム照射装置の概略図。 第７図は中性ビーム照射の前処理を行う装置を付加した
薄膜堆積装置図、 第８図はシリコン基板上の熱酸化膜（ＳｉＣ２）を１ｎ
ｍずつイオンビームでスパッタエツチングしたときのオ
ージェスペクトル図。 第９図は上記熱酸化膜にＮｅの中性ビームを照射した試
料をイオンビームでスパッタエツチングしたときのオー
ジェスペクトル図である。 ｌ・・・基板、２・・・下層配線金属、３・・・層間絶
縁膜、４・・・表面改質層、５・・・穴埋め金属、６・
−・微小接続孔、７・・・粒状金属、８・・・層間、Ｉ
！！ｍ膜表面、３１・・・改質された表面層を有する酸
化シリコン膜から成るゲート絶縁膜、３２・・・多結晶
シリコンゲート電極、３３・・・絶縁膜、３４．３６・
・・多結晶シリコン、３５・・・キャパシタ絶縁膜、３
７・・・電極接続孔、３９・・・ゲート酸化膜、４０・
・・改質された表面層を有する酸化シリコン膜から成る
キャパシタ絶縁膜、５１・・・マイクロ波導波管、５２
・・・放電管、５３・・・ソレノイド、５４・・・ガス
供給口、５５・・・イオンビーム引出し電極、５６・・
・荷電粒子阻止グリッド、５７・・・試料、５８・・・
真空排気ポンプ、６１・・・円環状陽極、６２・・・ガ
ス供給口、６３・・・アパーチャ。 ６４・・・偏向電極板、６５・・・中性ビーム、６６・
・・イオンビーム、６７・・・試料、７１・・・試料台
、７２・・・試料搬送機構、７３・・・連結部、７４・
・・化学気相成長（ＣＶＤ）装置、７５・・・試料、７
６・・・ヒータ。 不１ 図 番 図 ｌ 千４図 第 Ｔ２１ Ｓ１？ 第 を 図 １！ 第 図 を子エネルｑ’− （ｅｖ） 図 −ｆＩＬ子工亨ルヘー （己Ｖ）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、密度が２．４ｇ／ｃｍ＾３以上である膜を絶縁膜と
    する固体素子。 ２、可視光に対する屈折率が１．５以上であることを特
    徴とする膜を絶縁膜とする固体素子。 ３、エッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度の
    ０．７倍以下であることを特徴とする膜を絶縁膜とする
    固体素子。 ４、膜の少なくとも一部分に中性粒子を照射して該膜の
    密度を１．２倍以上に高めたことを特徴とする絶縁膜を
    有する固体素子。 ５、請求項１乃至４のいずれかの固体素子において該固
    体素子が半導体素子もしくは半導体集積回路であること
    を特徴とする固体素子。 ６、酸化物もしくはフッ化物の表面層の密度、屈折率、
    誘電率、耐還元性の少くともいずれかが、該酸化物もし
    くはフッ化物のバルク内部のそれよりも大きいことを特
    徴とする酸化物もしくはフッ化物を構成部分とする固体
    素子。 ７、酸化物もしくはフッ化物の表面に運動エネルギが１
    ０ｅＶ以上の中性粒子を照射して、該表面層の密度、屈
    折率、誘電率、耐還元性の少くともいずれかを高めるこ
    とを特徴とする表面処理方法。 ８、請求項７において該中性粒子が希ガス、酸素、酸化
    物のいずれかか、もしくは、その混合物であることを特
    徴とする表面処理方法。 ９、請求項７乃至８のいずれにおいて、該中性粒子の生
    成方法がイオンビームから電荷交換反応で生成する方法
    、マキレス型イオン源と用いる方法のいずれかであるこ
    とを特徴とする表面処理方法。 １０、請求項１乃至６のいずれかに記載の固体素子の製
    造方法において、請求項７乃至９のいずれかの表面処理
    方法を工程の一部に用いることを特徴とする固体素子の
    製造方法。 １１、中性粒子ビームを発生する装置を有することを特
    徴とする薄膜堆積装置。 １２、請求項９において、薄膜堆積が化学気相成長法に
    よることを特徴とする薄膜堆積装置。 １３、請求項８乃至９のいずれか記載の表面処理方法に
    おいて、中性粒子ビームを発生させて試料に照射する装
    置と薄膜堆積装置が順次連結され、該連結部の内部を真
    空に排気する手段が具備され、試料が中性粒子ビーム照
    射処理を受けた後、大気に曝されることなく該連結部を
    通じて該薄膜堆積装置内に移送される手段を有する薄膜
    堆積装置。 １４、導体間を接続するための接続孔を形成した絶縁膜
    を有する基板を中性粒子ビームで照射する工程を含むこ
    とを特徴とする固体素子製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013545353A (ja) * 2010-10-15 2013-12-19 コミシリア ア レネルジ アトミック エ オ エナジーズ オルタネティヴズ 均質な材料から形成された不均質な音響構造
JP2019508728A (ja) * 2016-01-12 2019-03-28 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 水素輸送に対するバリアを有するｅｕｖ要素

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5753542A (en) * 1985-08-02 1998-05-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for crystallizing semiconductor material without exposing it to air
US5217570A (en) * 1991-01-31 1993-06-08 Sony Corporation Dry etching method
US5578520A (en) * 1991-05-28 1996-11-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for annealing a semiconductor
US5766344A (en) 1991-09-21 1998-06-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for forming a semiconductor
JP3165304B2 (ja) * 1992-12-04 2001-05-14 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法及び半導体処理装置
US7097712B1 (en) 1992-12-04 2006-08-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Apparatus for processing a semiconductor
US6897100B2 (en) 1993-11-05 2005-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for processing semiconductor device apparatus for processing a semiconductor and apparatus for processing semiconductor device
CN100367461C (zh) 1993-11-05 2008-02-06 株式会社半导体能源研究所 一种制造薄膜晶体管和电子器件的方法
KR100199348B1 (ko) * 1995-12-23 1999-06-15 김영환 반도체 소자의 제조방법
US6066836A (en) * 1996-09-23 2000-05-23 Applied Materials, Inc. High temperature resistive heater for a process chamber
US6562079B1 (en) * 1998-07-13 2003-05-13 Toshiyuki Takamatsu Microwave discharge apparatus
US6407007B1 (en) 1998-11-17 2002-06-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method to solve the delamination of a silicon nitride layer from an underlying spin on glass layer
CN1165073C (zh) * 1999-10-04 2004-09-01 松下电器产业株式会社 半导体装置的制造方法
KR100561848B1 (ko) * 2003-11-04 2006-03-16 삼성전자주식회사 헬리컬 공진기형 플라즈마 처리 장치
US20060103023A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-18 International Business Machines Corporation Methods for incorporating high k dielectric materials for enhanced SRAM operation and structures produced thereby
US7768014B2 (en) * 2005-01-31 2010-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Memory device and manufacturing method thereof
CN103180030B (zh) 2010-08-23 2017-04-12 艾克索乔纳斯公司 基于气体团簇离子束技术的中性射束处理方法和设备
WO2013028761A1 (en) * 2011-08-22 2013-02-28 Exogenesis Corporation Drug delivery system and method of manufacturing thereof
US10556042B2 (en) 2011-08-19 2020-02-11 Exogenesis Corporation Drug delivery system and method of manufacturing thereof
KR20180070505A (ko) * 2015-10-14 2018-06-26 엑소제네시스 코포레이션 가스 클러스터 이온빔 기술에 기반한 중성빔 처리 방법을 이용한 초미세 에칭 방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2058059A1 (de) * 1969-11-26 1971-06-09 Hitachi Ltd Schaltungsvorrichtung mit einem verdichteten UEberzugsfilm auf einer Unterlage und Verfahren zu ihrer Herstellung
US4001049A (en) * 1975-06-11 1977-01-04 International Business Machines Corporation Method for improving dielectric breakdown strength of insulating-glassy-material layer of a device including ion implantation therein
US4016017A (en) * 1975-11-28 1977-04-05 International Business Machines Corporation Integrated circuit isolation structure and method for producing the isolation structure
EP0030798B1 (en) * 1979-12-17 1983-12-28 Hughes Aircraft Company Low temperature process for depositing oxide layers by photochemical vapor deposition
US4474829A (en) * 1981-11-23 1984-10-02 Hughes Aircraft Company Low-temperature charge-free process for forming native oxide layers
US4552783A (en) * 1984-11-05 1985-11-12 General Electric Company Enhancing the selectivity of tungsten deposition on conductor and semiconductor surfaces
JPS6210269A (ja) * 1985-07-09 1987-01-19 Asahi Glass Co Ltd 真空蒸着装置及び薄膜の製造方法
US4868104A (en) * 1985-09-06 1989-09-19 Syntex (U.S.A.) Inc. Homogeneous assay for specific polynucleotides
JPS6350021A (ja) * 1986-08-19 1988-03-02 Nec Corp エツチング方法およびその装置
US4818721A (en) * 1987-07-29 1989-04-04 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Ion implantation into In-based group III-V compound semiconductors
JPH01219162A (ja) * 1988-02-26 1989-09-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 酸化物薄膜の製造装置および製造方法
US4902647A (en) * 1988-10-21 1990-02-20 The United States Of American As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Surface modification using low energy ground state ion beams
JPH0492423A (ja) * 1990-08-08 1992-03-25 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013545353A (ja) * 2010-10-15 2013-12-19 コミシリア ア レネルジ アトミック エ オ エナジーズ オルタネティヴズ 均質な材料から形成された不均質な音響構造
US9209779B2 (en) 2010-10-15 2015-12-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Heterogenous acoustic structure formed from a homogeneous material
JP2019508728A (ja) * 2016-01-12 2019-03-28 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 水素輸送に対するバリアを有するｅｕｖ要素

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Publication number Publication date
KR920007106A (ko) 1992-04-28
EP0475265A2 (en) 1992-03-18
US5314839A (en) 1994-05-24
EP0475265A3 (en) 1994-05-25

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