JP2000049156A - 絶縁膜形成方法 - Google Patents
絶縁膜形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲート絶縁膜中の固定電荷の原因となる欠陥
の生成を抑制することで、ゲート絶縁膜の膜質の改善を
図ることを目的とする。 【解決手段】 上記課題を解決するために、イオン注入
したシリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸化窒化膜のいずれかの膜を形成する工程
と、前記膜を除去する工程と、前記膜を除去したシリコ
ン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程を順次行う。
の生成を抑制することで、ゲート絶縁膜の膜質の改善を
図ることを目的とする。 【解決手段】 上記課題を解決するために、イオン注入
したシリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸化窒化膜のいずれかの膜を形成する工程
と、前記膜を除去する工程と、前記膜を除去したシリコ
ン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程を順次行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
る絶縁膜形成方法、特に、電界効果トランジスタにおい
てイオン注入後に、固定電荷の少ない極薄ゲート絶縁膜
を形成する方法に関する。
る絶縁膜形成方法、特に、電界効果トランジスタにおい
てイオン注入後に、固定電荷の少ない極薄ゲート絶縁膜
を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの性能の向上において高速動作を
目指すためには、オン状態のＭＯＳＦＥＴの電流を増加
することが必要である。このためにはチャネルにおける
電界を増大させることで電子速度の増大を図るためにゲ
ート長を短くする必要と、容量の増加（キャリア数の増
加）を目指すためにゲート酸化膜の薄膜化する必要があ
る。従って、ゲート絶縁膜として十分に薄く、かつ、信
頼性の高い膜を形成する技術が重要な課題である。通
常、化学的な安定性および加工の容易さのために、シリ
コン酸化膜がゲート絶縁膜として用いられる。例えば、
ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡ
Ｍ）においては、シリコン酸化膜がＭＯＳＦＥＴのゲー
ト絶縁膜やメモリセルキャパシタ絶縁膜に用いられる。
目指すためには、オン状態のＭＯＳＦＥＴの電流を増加
することが必要である。このためにはチャネルにおける
電界を増大させることで電子速度の増大を図るためにゲ
ート長を短くする必要と、容量の増加（キャリア数の増
加）を目指すためにゲート酸化膜の薄膜化する必要があ
る。従って、ゲート絶縁膜として十分に薄く、かつ、信
頼性の高い膜を形成する技術が重要な課題である。通
常、化学的な安定性および加工の容易さのために、シリ
コン酸化膜がゲート絶縁膜として用いられる。例えば、
ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡ
Ｍ）においては、シリコン酸化膜がＭＯＳＦＥＴのゲー
ト絶縁膜やメモリセルキャパシタ絶縁膜に用いられる。
【０００３】このようなシリコン酸化膜からなるゲート
絶縁膜の膜質を改善するために、特開平７−３０１１４
号公報に記載されているように、イオン注入した半導体
基板上にゲート絶縁膜形成後、赤外線ランプによるアニ
ールを１０５０℃で行う方法がある。
絶縁膜の膜質を改善するために、特開平７−３０１１４
号公報に記載されているように、イオン注入した半導体
基板上にゲート絶縁膜形成後、赤外線ランプによるアニ
ールを１０５０℃で行う方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−３０１１４号公報に記載の方法では、ゲート絶縁膜
形成後に赤外線ランプによる加熱を行うので、連続的に
ゲート電極を形成することができず、形成したゲート絶
縁膜を汚染する可能性がある。また、赤外線ランプのア
ニールによりかなりの高温になるので、短時間の加熱と
いえどもチャネルイオン注入によって形成した不純物濃
度の分布を熱で撹乱する懸念も存在する。
７−３０１１４号公報に記載の方法では、ゲート絶縁膜
形成後に赤外線ランプによる加熱を行うので、連続的に
ゲート電極を形成することができず、形成したゲート絶
縁膜を汚染する可能性がある。また、赤外線ランプのア
ニールによりかなりの高温になるので、短時間の加熱と
いえどもチャネルイオン注入によって形成した不純物濃
度の分布を熱で撹乱する懸念も存在する。
【０００５】また、本発明者らは、特に、ゲート絶縁膜
膜厚が５ｎｍ以下の極薄シリコン酸化膜では、ＭＶ／ｃ
ｍ程度の高電界になることがあり、高電界ストレスやホ
ットエレクトロンなどによる膜質の劣化やトンネル効果
による漏れ電流の増加などの問題が存在し、特にチャネ
ルイオン注入後にゲート絶縁膜を形成すると、その寿命
や信頼性を悪化させる傾向を有するという問題について
研究を重ねた。本発明者らが行った実験によると、イオ
ン注入後にゲート絶縁膜としての極薄シリコン酸化膜を
形成すると、その膜中において正の固定電荷の濃度が、
チャネルイオン注入を行わない試料に比べてかなり増加
することが確認されている。この原因の一つとしては、
イオン注入によりシリコン基板表面に欠陥が生じ、それ
らが後に形成される極薄シリコン酸化膜内に取り込ま
れ、酸化膜内の固定電荷になることが考えられる。固定
電荷はシリコン酸化膜の結晶構造を歪ませ、ゲート絶縁
膜の絶縁破壊を起こさせることを本発明者らは見出し
た。
膜厚が５ｎｍ以下の極薄シリコン酸化膜では、ＭＶ／ｃ
ｍ程度の高電界になることがあり、高電界ストレスやホ
ットエレクトロンなどによる膜質の劣化やトンネル効果
による漏れ電流の増加などの問題が存在し、特にチャネ
ルイオン注入後にゲート絶縁膜を形成すると、その寿命
や信頼性を悪化させる傾向を有するという問題について
研究を重ねた。本発明者らが行った実験によると、イオ
ン注入後にゲート絶縁膜としての極薄シリコン酸化膜を
形成すると、その膜中において正の固定電荷の濃度が、
チャネルイオン注入を行わない試料に比べてかなり増加
することが確認されている。この原因の一つとしては、
イオン注入によりシリコン基板表面に欠陥が生じ、それ
らが後に形成される極薄シリコン酸化膜内に取り込ま
れ、酸化膜内の固定電荷になることが考えられる。固定
電荷はシリコン酸化膜の結晶構造を歪ませ、ゲート絶縁
膜の絶縁破壊を起こさせることを本発明者らは見出し
た。
【０００６】従って、本発明の目的は、ゲート絶縁膜中
の固定電荷の原因となる欠陥を抑制することで、ゲート
絶縁膜の膜質の改善を図る方法を提供することを目的と
する。
の固定電荷の原因となる欠陥を抑制することで、ゲート
絶縁膜の膜質の改善を図る方法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の絶縁膜形成方法
では、イオン注入したシリコン基板上に、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれかの
膜を形成する工程と、前記膜を除去する工程と、前記膜
を除去したシリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程を順次行うことを特徴とする。この工程を経ることで
イオン注入により生じるシリコン表面の欠陥を除去する
ことができる。
では、イオン注入したシリコン基板上に、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のいずれかの
膜を形成する工程と、前記膜を除去する工程と、前記膜
を除去したシリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程を順次行うことを特徴とする。この工程を経ることで
イオン注入により生じるシリコン表面の欠陥を除去する
ことができる。
【０００８】また、前記シリコン酸化膜の形成方法は、
酸化性ガス雰囲気下で６００℃から１０００℃の間で加
熱処理することで行う。また、前記シリコン酸化窒化膜
の形成方法は、酸化窒化性ガス雰囲気下で６００℃から
１０００℃の間で加熱処理することによって行う。酸化
性ガス雰囲気下もしく酸化窒化性ガス雰囲気下で６００
℃から１０００℃の間で加熱処理することにより、欠陥
や不純物が存在するシリコン表面にシリコン酸化膜もし
くはシリコン酸化窒化膜を形成する。例えば、６００℃
から８００℃の低い加熱温度でシリコン酸化膜を生成す
ると、チャネルイオン注入によって作製した不純物濃度
分布の熱による撹乱が抑制できる。なお、６００℃以下
ではシリコン酸化膜の成長速度が極端に遅くなり、本発
明で用いるシリコン酸化膜の生成は困難である。また、
１０００℃以上の温度で加熱するとチャネルイオン注入
によって作製される不純物温度の分布が撹乱されるの
で、ＭＯＳＦＥＴ等の電子デバイスを作製するには好ま
しくない。
酸化性ガス雰囲気下で６００℃から１０００℃の間で加
熱処理することで行う。また、前記シリコン酸化窒化膜
の形成方法は、酸化窒化性ガス雰囲気下で６００℃から
１０００℃の間で加熱処理することによって行う。酸化
性ガス雰囲気下もしく酸化窒化性ガス雰囲気下で６００
℃から１０００℃の間で加熱処理することにより、欠陥
や不純物が存在するシリコン表面にシリコン酸化膜もし
くはシリコン酸化窒化膜を形成する。例えば、６００℃
から８００℃の低い加熱温度でシリコン酸化膜を生成す
ると、チャネルイオン注入によって作製した不純物濃度
分布の熱による撹乱が抑制できる。なお、６００℃以下
ではシリコン酸化膜の成長速度が極端に遅くなり、本発
明で用いるシリコン酸化膜の生成は困難である。また、
１０００℃以上の温度で加熱するとチャネルイオン注入
によって作製される不純物温度の分布が撹乱されるの
で、ＭＯＳＦＥＴ等の電子デバイスを作製するには好ま
しくない。
【０００９】あるいは、前記シリコン窒化膜の形成方法
は、窒化性ガス雰囲気下で９００℃から１０００℃の間
で加熱処理することによって行う。シリコン窒化膜の形
成方法が、窒化性ガス雰囲気下で９００℃から１０００
℃の間で加熱処理することによりシリコン窒化膜を形成
して欠陥や不純物が存在するシリコン表面をシリコン窒
化膜に変える。なお、９００℃以下ではシリコン窒化膜
の成長速度が極端に遅くなり、本発明で用いるシリコン
酸化膜の生成は困難である。また、１０００℃以上の温
度で加熱するとチャネルイオン注入によって作製される
不純物濃度の分布が撹乱されるので、ＭＯＳＦＥＴ等の
電子デバイスを作製するには好ましくない。
は、窒化性ガス雰囲気下で９００℃から１０００℃の間
で加熱処理することによって行う。シリコン窒化膜の形
成方法が、窒化性ガス雰囲気下で９００℃から１０００
℃の間で加熱処理することによりシリコン窒化膜を形成
して欠陥や不純物が存在するシリコン表面をシリコン窒
化膜に変える。なお、９００℃以下ではシリコン窒化膜
の成長速度が極端に遅くなり、本発明で用いるシリコン
酸化膜の生成は困難である。また、１０００℃以上の温
度で加熱するとチャネルイオン注入によって作製される
不純物濃度の分布が撹乱されるので、ＭＯＳＦＥＴ等の
電子デバイスを作製するには好ましくない。
【００１０】また、前記シリコン酸化膜あるいは前記シ
リコン酸化窒化膜の膜厚が、１０Åから１０００Åであ
ることを特徴とする。シリコン酸化膜、シリコン酸化窒
化膜の膜厚を１０Åから１０００Åにすることにより、
イオン注入によって生じたシリコン表面の欠陥をシリコ
ン酸化膜、シリコン酸化窒化膜中に取り込ませる。イオ
ン注入の濃度が１．０×１０12ｃｍ-2の場合には１０Å
の膜厚のシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜で固定電
荷の増加を抑制する。また、イオン注入の濃度が１．０
×１０14ｃｍ-2の場合には、シリコン酸化膜、シリコン
酸化窒化膜の膜厚を４００Åにすることで固定電荷の増
加を抑制する。なお、１０Å以下の膜厚のシリコン酸化
膜、シリコン酸化窒化膜では、膜の深さ方向のシリコン
原子または酸素原子が４〜５層程度しか堆積しないの
で、欠陥を取り込むことが困難である。また、１０００
Å以上ではＭＯＳＦＥＴにおける素子分離領域を形成す
るためのシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜の膜厚の
オーダーに相当するので、チャネル領域に形成するシリ
コン酸化膜、シリコン酸化窒化膜の膜厚としては適当で
はない。
リコン酸化窒化膜の膜厚が、１０Åから１０００Åであ
ることを特徴とする。シリコン酸化膜、シリコン酸化窒
化膜の膜厚を１０Åから１０００Åにすることにより、
イオン注入によって生じたシリコン表面の欠陥をシリコ
ン酸化膜、シリコン酸化窒化膜中に取り込ませる。イオ
ン注入の濃度が１．０×１０12ｃｍ-2の場合には１０Å
の膜厚のシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜で固定電
荷の増加を抑制する。また、イオン注入の濃度が１．０
×１０14ｃｍ-2の場合には、シリコン酸化膜、シリコン
酸化窒化膜の膜厚を４００Åにすることで固定電荷の増
加を抑制する。なお、１０Å以下の膜厚のシリコン酸化
膜、シリコン酸化窒化膜では、膜の深さ方向のシリコン
原子または酸素原子が４〜５層程度しか堆積しないの
で、欠陥を取り込むことが困難である。また、１０００
Å以上ではＭＯＳＦＥＴにおける素子分離領域を形成す
るためのシリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜の膜厚の
オーダーに相当するので、チャネル領域に形成するシリ
コン酸化膜、シリコン酸化窒化膜の膜厚としては適当で
はない。
【００１１】また、前記シリコン窒化膜の膜厚が１０Å
から３００Åであることを特徴とする。シリコン窒化膜
の膜厚が１０Åから３００Åにより、イオン注入によっ
て生じたシリコン表面の欠陥をシリコン酸化膜中に取り
込ませる。なお、１０Å以下の膜厚のシリコン酸化膜で
は、膜の深さ方向のシリコン原子または酸素原子が４〜
５層程度しか堆積しないので、欠陥を取り込むことが困
難である。また、３００Å以上ではシリコン窒化膜の形
成に要する時間が非常に長くなるので適当ではない。
から３００Åであることを特徴とする。シリコン窒化膜
の膜厚が１０Åから３００Åにより、イオン注入によっ
て生じたシリコン表面の欠陥をシリコン酸化膜中に取り
込ませる。なお、１０Å以下の膜厚のシリコン酸化膜で
は、膜の深さ方向のシリコン原子または酸素原子が４〜
５層程度しか堆積しないので、欠陥を取り込むことが困
難である。また、３００Å以上ではシリコン窒化膜の形
成に要する時間が非常に長くなるので適当ではない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のゲート絶縁膜の
形成方法としてｐ型シリコン基板上にシリコン酸化膜を
積層して、電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を形成
することについて説明し、その電界効果トランジスタの
ゲート絶縁膜の性能を評価するために、ＭＯＳ界面のＣ
−Ｖ特性を評価した。なお、以下の説明では、特定の条
件や特定の材料を挙げて説明するが、これらの条件およ
び材料は好適例にすぎず、従って、これらに限定される
ものではない。
形成方法としてｐ型シリコン基板上にシリコン酸化膜を
積層して、電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を形成
することについて説明し、その電界効果トランジスタの
ゲート絶縁膜の性能を評価するために、ＭＯＳ界面のＣ
−Ｖ特性を評価した。なお、以下の説明では、特定の条
件や特定の材料を挙げて説明するが、これらの条件およ
び材料は好適例にすぎず、従って、これらに限定される
ものではない。
【００１３】まず、通常の電界効果トランジスタの形成
プロセスにおけるチャネルイオン注入を再現する。ｐ型
シリコン基板１１に、イオン注入の際の不純物の混入を
防ぐために、熱酸化を行うことで２００Åのシリコン酸
化膜１２を形成する。この状態を図１（ａ）に示す。
プロセスにおけるチャネルイオン注入を再現する。ｐ型
シリコン基板１１に、イオン注入の際の不純物の混入を
防ぐために、熱酸化を行うことで２００Åのシリコン酸
化膜１２を形成する。この状態を図１（ａ）に示す。
【００１４】続いて、２０ＫｅＶ、１．０×１０13ｃｍ
-2の条件で11Ｂ+イオン注入を行った。この状態を図１
（ｂ）に示す。シリコン酸化膜１２を１％のＨＦ水溶液
で除去する。この状態を図１（ｃ）に示す。次に、イオ
ン注入によるシリコン基板表面への影響を排除するため
に、酸素ガス雰囲気下で９００℃の条件で熱酸化を行
い、２００Åの膜厚のシリコン酸化膜１３を形成する。
この状態を図１（ｄ）に示す。続いて、１％のＨＦ水溶
液で処理を行い、形成したシリコン酸化膜をすべて剥離
する。この状態を図１（ｅ）に示す。
-2の条件で11Ｂ+イオン注入を行った。この状態を図１
（ｂ）に示す。シリコン酸化膜１２を１％のＨＦ水溶液
で除去する。この状態を図１（ｃ）に示す。次に、イオ
ン注入によるシリコン基板表面への影響を排除するため
に、酸素ガス雰囲気下で９００℃の条件で熱酸化を行
い、２００Åの膜厚のシリコン酸化膜１３を形成する。
この状態を図１（ｄ）に示す。続いて、１％のＨＦ水溶
液で処理を行い、形成したシリコン酸化膜をすべて剥離
する。この状態を図１（ｅ）に示す。
【００１５】その直後にゲート絶縁膜として、膜厚４．
０ｎｍの極薄シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４
を形成する。この状態を図１（ｆ）に示す。その後、ゲ
ート絶縁膜１４上に、１×１０14ｃｍ-2の濃度にリンを
ドープした多結晶シリコンを形成してゲート電極１５を
形成する。この状態を図１（ｇ）に示す。このようにし
て作製したものを試料Ｃとする。
０ｎｍの極薄シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４
を形成する。この状態を図１（ｆ）に示す。その後、ゲ
ート絶縁膜１４上に、１×１０14ｃｍ-2の濃度にリンを
ドープした多結晶シリコンを形成してゲート電極１５を
形成する。この状態を図１（ｇ）に示す。このようにし
て作製したものを試料Ｃとする。
【００１６】また、試料Ｃの他に、11Ｂ+イオン注入も
行わず及びゲート絶縁膜形成前にシリコン酸化膜の形成
・剥離を共に行わない試料Ａと、11Ｂ+イオン注入は行
うがゲート絶縁膜形成前にシリコン酸化膜の形成・剥離
を行わない試料Ｂを作製した。
行わず及びゲート絶縁膜形成前にシリコン酸化膜の形成
・剥離を共に行わない試料Ａと、11Ｂ+イオン注入は行
うがゲート絶縁膜形成前にシリコン酸化膜の形成・剥離
を行わない試料Ｂを作製した。
【００１７】以上の方法で作製した各試料について、基
板１１とゲート電極１５とからコンタクトを取り、各試
料のＣ−Ｖ特性を測定する。この測定結果から求めたフ
ラットバンド電圧の変化を図２に示す。11Ｂ+イオン注
入により、フラットバンド電圧が−０．９６Ｖ（試料
Ａ）から−１．０４Ｖ（試料Ｂ）に変化する。これは、
11Ｂ+イオン注入により、シリコン酸化膜中の正の固定
電荷が増えていることを示している。しかし、試料Ｃで
は−１．０１Ｖになる。これは、ゲート絶縁膜を形成す
る前にシリコン酸化膜の形成・剥離を行うことで正の固
定電荷の増加が抑制されることを示している。この原因
の一つとしては、イオン注入でシリコン基板表面に生じ
た欠陥がシリコン酸化膜の成長に伴い、その膜中に取り
込まれ、そのシリコン酸化膜を剥離することで同時に除
去されることが考えられる。
板１１とゲート電極１５とからコンタクトを取り、各試
料のＣ−Ｖ特性を測定する。この測定結果から求めたフ
ラットバンド電圧の変化を図２に示す。11Ｂ+イオン注
入により、フラットバンド電圧が−０．９６Ｖ（試料
Ａ）から−１．０４Ｖ（試料Ｂ）に変化する。これは、
11Ｂ+イオン注入により、シリコン酸化膜中の正の固定
電荷が増えていることを示している。しかし、試料Ｃで
は−１．０１Ｖになる。これは、ゲート絶縁膜を形成す
る前にシリコン酸化膜の形成・剥離を行うことで正の固
定電荷の増加が抑制されることを示している。この原因
の一つとしては、イオン注入でシリコン基板表面に生じ
た欠陥がシリコン酸化膜の成長に伴い、その膜中に取り
込まれ、そのシリコン酸化膜を剥離することで同時に除
去されることが考えられる。
【００１８】なお、上記シリコン酸化膜の形成方法にお
いて、酸化性ガスとしてはＯ2の他、Ｈ2Ｏ、Ｏ3を少な
くとも１種含むガスを、またはＨＣｌを含むガスとする
ことで、所望するシリコン酸化膜を生成した。例えば、
４００Åのシリコン酸化膜を形成する場合には、酸化レ
ートの速いＨ2Ｏを用いた。また、生成したシリコン酸
化膜中に遷移金属の混入をさらに抑制する必要がある場
合にはＨＣｌを用いて２００Åの膜厚のシリコン酸化膜
を作製した。また、シリコン酸化膜に比べて級密な膜で
あるシリコン酸化窒化膜を生成する必要である場合に
は、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2などの酸化窒素ガスを用いるこ
とにより１００Åの膜厚のシリコン酸化窒化膜が作製し
た。
いて、酸化性ガスとしてはＯ2の他、Ｈ2Ｏ、Ｏ3を少な
くとも１種含むガスを、またはＨＣｌを含むガスとする
ことで、所望するシリコン酸化膜を生成した。例えば、
４００Åのシリコン酸化膜を形成する場合には、酸化レ
ートの速いＨ2Ｏを用いた。また、生成したシリコン酸
化膜中に遷移金属の混入をさらに抑制する必要がある場
合にはＨＣｌを用いて２００Åの膜厚のシリコン酸化膜
を作製した。また、シリコン酸化膜に比べて級密な膜で
あるシリコン酸化窒化膜を生成する必要である場合に
は、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2などの酸化窒素ガスを用いるこ
とにより１００Åの膜厚のシリコン酸化窒化膜が作製し
た。
【００１９】また、シリコン基板表面の有機物汚染層
を、従来に増して除去する必要がある場合には、Ｏ3を
用いることにより５０Åの膜厚のシリコン酸化膜を形成
した。処理温度は９００±５０℃で極めて良好な結果が
得られたが、使用するガス種によっては６００℃から１
０００℃まで変化させてシリコン酸化膜の生成速度並び
に膜質を調整した。例えば、チャネルイオン注入によっ
て作製した不純物濃度分布の熱による撹乱を抑制するた
めに６００℃から８００℃の低い加熱温度で１０００Å
の膜厚のシリコン酸化膜を作製した。
を、従来に増して除去する必要がある場合には、Ｏ3を
用いることにより５０Åの膜厚のシリコン酸化膜を形成
した。処理温度は９００±５０℃で極めて良好な結果が
得られたが、使用するガス種によっては６００℃から１
０００℃まで変化させてシリコン酸化膜の生成速度並び
に膜質を調整した。例えば、チャネルイオン注入によっ
て作製した不純物濃度分布の熱による撹乱を抑制するた
めに６００℃から８００℃の低い加熱温度で１０００Å
の膜厚のシリコン酸化膜を作製した。
【００２０】上記シリコン酸化膜の膜厚は２００±５０
Åで極めて良好な結果が得られたが、イオン注入の濃度
が１．０×１０12ｃｍ-2の場合には１００Åの膜厚のシ
リコン酸化膜でも固定電荷の増加が抑制されていること
が、Ｃ−Ｖ測定の結果から確認できた。また、イオン注
入の濃度が１．０×１０14ｃｍ-2の場合には、欠陥が存
在する領域が拡がるので、シリコン酸化膜の膜厚を４０
０Åにすることで固定電荷の増加が抑制された。
Åで極めて良好な結果が得られたが、イオン注入の濃度
が１．０×１０12ｃｍ-2の場合には１００Åの膜厚のシ
リコン酸化膜でも固定電荷の増加が抑制されていること
が、Ｃ−Ｖ測定の結果から確認できた。また、イオン注
入の濃度が１．０×１０14ｃｍ-2の場合には、欠陥が存
在する領域が拡がるので、シリコン酸化膜の膜厚を４０
０Åにすることで固定電荷の増加が抑制された。
【００２１】シリコン酸化膜を除去する場合には、ＨＦ
2 -イオン濃度を増加させるＨＦ、ＮＨ4Ｆ、Ｈ2Ｏの３成
分系からなる薬液を用いることにより、シリコン酸化膜
のエッチング速度が大幅に増加した。また、平坦なＳｉ
（１００）面を持つシリコン表面の生成を乱すＯＨ-イ
オンの濃度を小さくするためにｐＨ＜１の超強酸である
ＨＦとＨＣｌ混合比が１：１９の溶液を用いても２００
Åの膜厚のシリコン酸化膜を除去することができた。ま
た、薬液中の遷移金属の混入並びに有機物の付着を抑制
するために、フッ化水素ガスの窒素ガスによる４．７％
の希釈ガスを用いて気相中でシリコン酸化膜をエッチン
グする方法を用いても１００Åの膜厚のシリコン酸化膜
を除去することができた。
2 -イオン濃度を増加させるＨＦ、ＮＨ4Ｆ、Ｈ2Ｏの３成
分系からなる薬液を用いることにより、シリコン酸化膜
のエッチング速度が大幅に増加した。また、平坦なＳｉ
（１００）面を持つシリコン表面の生成を乱すＯＨ-イ
オンの濃度を小さくするためにｐＨ＜１の超強酸である
ＨＦとＨＣｌ混合比が１：１９の溶液を用いても２００
Åの膜厚のシリコン酸化膜を除去することができた。ま
た、薬液中の遷移金属の混入並びに有機物の付着を抑制
するために、フッ化水素ガスの窒素ガスによる４．７％
の希釈ガスを用いて気相中でシリコン酸化膜をエッチン
グする方法を用いても１００Åの膜厚のシリコン酸化膜
を除去することができた。
【００２２】また、イオン注入後に形成して剥離する膜
としては、シリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜は製
膜、剥離の容易な点において優れているが、シリコン窒
化膜やシリコン酸化窒化膜を用いても同様な効果が得ら
れた。例えば、上記同様のイオン注入後にアンモニアガ
ス雰囲気下で９５０℃の熱処理を行うことにより３０Å
のシリコン窒化膜を形成した。その後、１５０℃の１０
％リン酸水溶液で処理することにより、シリコン窒化膜
を剥離した。なお、熱窒化によるシリコン窒化膜は形成
速度が遅いので１０Åから１００Åの膜厚のものを用い
ると効率的であった。また、９５０±２０℃の温度にお
いて最も適したシリコン窒化膜が得られた。
としては、シリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜は製
膜、剥離の容易な点において優れているが、シリコン窒
化膜やシリコン酸化窒化膜を用いても同様な効果が得ら
れた。例えば、上記同様のイオン注入後にアンモニアガ
ス雰囲気下で９５０℃の熱処理を行うことにより３０Å
のシリコン窒化膜を形成した。その後、１５０℃の１０
％リン酸水溶液で処理することにより、シリコン窒化膜
を剥離した。なお、熱窒化によるシリコン窒化膜は形成
速度が遅いので１０Åから１００Åの膜厚のものを用い
ると効率的であった。また、９５０±２０℃の温度にお
いて最も適したシリコン窒化膜が得られた。
【００２３】
【発明の効果】本発明を用いてゲート絶縁膜を作製する
ことで、高品質なゲート絶縁膜が得られるので、例えば
シリコン酸化膜における高電界によって生じるホットエ
レクトロンによる膜質の劣化やトンネル効果による漏れ
電流の増加が抑制され、従来のゲート絶縁膜に比べては
るかに信頼性が向上し、ＭＯＳＦＥＴなどの電子デバイ
スの信頼性と寿命を従来のものよりも向上することがで
きる。
ことで、高品質なゲート絶縁膜が得られるので、例えば
シリコン酸化膜における高電界によって生じるホットエ
レクトロンによる膜質の劣化やトンネル効果による漏れ
電流の増加が抑制され、従来のゲート絶縁膜に比べては
るかに信頼性が向上し、ＭＯＳＦＥＴなどの電子デバイ
スの信頼性と寿命を従来のものよりも向上することがで
きる。
【図１】本発明の絶縁膜形成方法を示す工程図である。
【図２】本発明の方法で作製した絶縁膜と他の方法で作
製した絶縁膜とを比較するため、フラットバンド電圧の
測定結果を示す特性図である。
製した絶縁膜とを比較するため、フラットバンド電圧の
測定結果を示す特性図である。
１１ ｐ型シリコン基板 １２ シリコン酸化膜 １３ シリコン酸化膜 １４ ゲート絶縁膜 １５ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 諸沢 成浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 足立 浩一郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F040 ED03 ED04 5F058 BA20 BC02 BC08 BC11 BF55 BF62 BF63 BF64 BF68 BF80 BH11 BJ01
Claims (6)
- 【請求項１】 イオン注入したシリコン基板上に、シリ
コン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜のい
ずれかの膜を形成する工程と、前記膜を除去する工程
と、前記膜を除去したシリコン基板上にゲート絶縁膜を
形成する工程を順次行うことを特徴とする絶縁膜形成方
法。 - 【請求項２】 前記シリコン酸化膜の形成方法が、酸化
性ガス雰囲気下で６００℃から１０００℃の間で加熱処
理することを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜形成方
法。 - 【請求項３】 前記シリコン酸化窒化膜の形成方法が、
酸化窒化性ガス雰囲気下で６００℃から１０００℃の間
で加熱処理することを特徴とする請求項１に記載の絶縁
膜形成方法。 - 【請求項４】 前記シリコン窒化膜の形成方法が、窒化
性ガス雰囲気下で９００℃から１０００℃の間で加熱処
理することを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜形成方
法。 - 【請求項５】 前記シリコン酸化膜あるいは前記シリコ
ン酸化窒化膜の膜厚が、１０Åから１０００Åであるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の絶縁
膜形成方法。 - 【請求項６】 前記シリコン窒化膜の膜厚が１０Åから
３００Åであることを特徴とする請求項４に記載の絶縁
膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10216635A JP2000049156A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 絶縁膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10216635A JP2000049156A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 絶縁膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000049156A true JP2000049156A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=16691535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10216635A Pending JP2000049156A (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 絶縁膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000049156A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6716279B2 (en) | 2000-05-10 | 2004-04-06 | Seiko Epson Corporation | Ink compositions with excellent light resistance |
| KR100747486B1 (ko) * | 2000-06-30 | 2007-08-08 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP10216635A patent/JP2000049156A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6716279B2 (en) | 2000-05-10 | 2004-04-06 | Seiko Epson Corporation | Ink compositions with excellent light resistance |
| KR100747486B1 (ko) * | 2000-06-30 | 2007-08-08 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
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