JP2000068266A - Method for forming oxide film - Google Patents

Method for forming oxide film

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JP2000068266A
JP2000068266A JP10239988A JP23998898A JP2000068266A JP 2000068266 A JP2000068266 A JP 2000068266A JP 10239988 A JP10239988 A JP 10239988A JP 23998898 A JP23998898 A JP 23998898A JP 2000068266 A JP2000068266 A JP 2000068266A
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oxide film
gas
atmosphere
oxidation furnace
furnace
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Hidekazu Sato
秀和 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming an oxide film having good breakdown strength. SOLUTION: A method for forming an oxide film includes a step of forming an oxide film on a semiconductor layer by feeding a wet-type gas after a substrate with the semiconductor layer is stored into an oxidizing furnace, and a step of taking out the substrate from the oxidizing furnace after the feeding of the wet-type gas is stopped and changing the atmosphere to inactive atmosphere by feeding the inert gas into the oxidizing furnace. In this case, an inert gas containing oxygen gas of 0.67 to 20 vol.% for the atmosphere is used during from the time before the substrate is carried to the inside of the oxidizing furnace until the oxide film is formed on the face of the semiconductor substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体装
置の製造においてゲート酸化膜やトンネル酸化膜等とし
て用いられる酸化膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an oxide film used as a gate oxide film or a tunnel oxide film in the manufacture of a semiconductor device, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばMOS型半導体装置の製造におい
ては、シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜をシリコン
半導体基板の表面に形成する必要がある。また、EEP
ROMとして知られている不揮発性半導体メモリセルに
おいても、シリコン酸化膜から成るトンネル酸化膜をシ
リコン半導体基板の表面に形成する必要がある。更に
は、薄膜トランジスタ(TFT)の製造においても、絶
縁性基板の上に設けられたシリコン層の表面にシリコン
酸化膜から成るゲート酸化膜を形成する必要がある。こ
のようなシリコン酸化膜は、半導体装置の信頼性を担っ
ているといっても過言ではない。従って、シリコン酸化
膜には、常に、高い絶縁破壊耐圧及び長期信頼性が要求
される。
2. Description of the Related Art For example, in manufacturing a MOS type semiconductor device, it is necessary to form a gate oxide film made of a silicon oxide film on the surface of a silicon semiconductor substrate. Also, EEP
Even in a nonvolatile semiconductor memory cell known as a ROM, it is necessary to form a tunnel oxide film made of a silicon oxide film on the surface of a silicon semiconductor substrate. Further, in manufacturing a thin film transistor (TFT), it is necessary to form a gate oxide film made of a silicon oxide film on the surface of a silicon layer provided on an insulating substrate. It is not an exaggeration to say that such a silicon oxide film is responsible for the reliability of the semiconductor device. Therefore, a silicon oxide film is always required to have high dielectric breakdown voltage and long-term reliability.

【0003】例えばMOS型半導体装置を製造する場
合、従来、ゲート酸化膜を成膜する前に、NH4OH/
22水溶液で洗浄し更にHCl/H22水溶液で洗浄
するというRCA洗浄によりシリコン半導体基板の表面
を洗浄し、その表面から微粒子や金属不純物を除去す
る。ところで、RCA洗浄を行うと、シリコン半導体基
板の表面は洗浄液と反応し、厚さ0.5〜1nm程度の
シリコン酸化膜(以下、かかるシリコン酸化膜をケミカ
ル酸化膜と呼ぶ)が形成される。かかるケミカル酸化膜
の膜厚は不均一であり、しかも、ケミカル酸化膜中には
洗浄液成分が残留する。そこで、フッ化水素酸水溶液に
シリコン半導体基板を浸漬して、かかるケミカル酸化膜
を除去し、更に純水で薬液成分を除去する。これによっ
て、大部分が水素で終端され、極一部がフッ素で終端さ
れたシリコン半導体基板の表面を得ることができる。
尚、このような工程によって、大部分が水素で終端さ
れ、極一部がフッ素で終端されたシリコン半導体基板の
表面を得ることを、本明細書では、シリコン半導体基板
の表面を露出させると表現する。その後、かかるシリコ
ン半導体基板を酸化膜形成装置の酸化炉(処理室)に搬
入して、シリコン半導体基板の表面にシリコン酸化膜を
形成する。
[0003] For example, in the case of manufacturing a MOS type semiconductor device, conventionally, NH 4 OH /
The surface of the silicon semiconductor substrate is cleaned by RCA cleaning in which the surface is washed with an H 2 O 2 aqueous solution and further washed with an HCl / H 2 O 2 aqueous solution to remove fine particles and metal impurities from the surface. When the RCA cleaning is performed, the surface of the silicon semiconductor substrate reacts with the cleaning liquid to form a silicon oxide film having a thickness of about 0.5 to 1 nm (hereinafter, such a silicon oxide film is referred to as a chemical oxide film). The film thickness of such a chemical oxide film is non-uniform, and a cleaning liquid component remains in the chemical oxide film. Therefore, the silicon semiconductor substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution to remove such a chemical oxide film, and further, a chemical component is removed with pure water. Thereby, it is possible to obtain a surface of the silicon semiconductor substrate that is mostly terminated with hydrogen and extremely partially terminated with fluorine.
In this specification, obtaining a surface of a silicon semiconductor substrate that is mostly terminated with hydrogen and a very small portion is terminated with fluorine is referred to as exposing the surface of the silicon semiconductor substrate in this specification. I do. After that, the silicon semiconductor substrate is carried into an oxidation furnace (processing chamber) of an oxide film forming apparatus, and a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate.

【0004】酸化膜形成装置としては、ゲート酸化膜の
薄膜化及び基板の大口径化に伴い、石英製の酸化炉を水
平に保持した横型方式から垂直に保持した縦型方式の酸
化膜形成装置への移行が進んでいる。これは、縦型方式
の酸化膜形成装置の方が、横型方式の酸化膜形成装置よ
りも、基板の大口径化に対処し易いばかりか、シリコン
半導体基板を酸化炉に搬入する際の大気の巻き込みによ
って生成するシリコン酸化膜(以下、かかるシリコン酸
化膜を自然酸化膜と呼ぶ)を低減することができるから
である。しかしながら、縦型方式の酸化膜形成装置を用
いる場合であっても、2nm厚程度の自然酸化膜がシリ
コン半導体基板の表面に形成されてしまう。自然酸化膜
には大気中の不純物が多く含まれており、ゲート酸化膜
の薄膜化においては自然酸化膜の存在を無視することが
できない。そのため、(1)酸化膜形成装置に配設され
た基板搬入出部に大量の窒素ガスを流して窒素ガス雰囲
気とする方法(窒素ガスパージ方式)、(2)一旦、基
板搬入出部内を真空とした後、窒素ガス等の不活性ガス
で基板搬入出部内を置換して大気を排除する方法(真空
ロードロック方式)等を採用し、出来る限り自然酸化膜
の形成を抑制する方法が提案されている。
[0004] As the oxide film forming apparatus, as the gate oxide film becomes thinner and the substrate becomes larger in diameter, a horizontal type vertically holding an oxidizing furnace made of quartz and a vertical type holding it vertically. The transition to is progressing. This is because the vertical-type oxide film forming apparatus is easier to cope with the enlargement of the substrate diameter than the horizontal-type oxide film forming apparatus, and the atmospheric pressure when the silicon semiconductor substrate is transported into the oxidation furnace. This is because a silicon oxide film generated by the entanglement (hereinafter, such a silicon oxide film is called a natural oxide film) can be reduced. However, even when the vertical type oxide film forming apparatus is used, a natural oxide film having a thickness of about 2 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate. The natural oxide film contains a large amount of impurities in the atmosphere, and the existence of the natural oxide film cannot be ignored in thinning the gate oxide film. Therefore, (1) a method of flowing a large amount of nitrogen gas into the substrate loading / unloading section provided in the oxide film forming apparatus to form a nitrogen gas atmosphere (nitrogen gas purge method), and (2) once the inside of the substrate loading / unloading section is evacuated. After that, a method has been proposed in which the inside of the substrate loading / unloading section is replaced with an inert gas such as nitrogen gas to eliminate the atmosphere (vacuum load lock method) or the like, and the formation of a natural oxide film is suppressed as much as possible. I have.

【0005】そして、酸化炉内を不活性ガス雰囲気とし
た状態で、シリコン半導体基板を酸化炉に搬入し、次い
で、酸化炉の雰囲気温度を昇温した後、酸化炉内を酸化
性雰囲気に切り替え、シリコン半導体基板を熱処理する
ことでゲート酸化膜を形成する。ゲート酸化膜の形成に
は、高温に保持された酸化炉内に高純度の水蒸気を導入
することによってシリコン半導体基板の表面を熱酸化す
る方法(湿式酸化法)が採用されており、高純度の乾燥
酸素ガスによってシリコン半導体基板表面を酸化する方
法(乾式酸化法)よりも、電気的信頼性の高いゲート酸
化膜を形成することができる。この湿式酸化法の1つ
に、水素ガスを酸素ガスと高温で混合し、燃焼させるこ
とによって生成した湿式ガスをシリコン酸化膜の形成に
用いるパイロジェニック酸化法(水素ガス燃焼酸化法と
も呼ばれる)があり、多く採用されている。通常、この
パイロジェニック酸化法においては、酸化炉の外部に設
けられ、そして700〜900゜Cに保持された燃焼室
内に酸素ガスを供給し、その後、燃焼室内に水素ガスを
供給して、高温中で水素ガスを燃焼させる。これによっ
て得られた湿式ガスを酸化種として用いる。
Then, the silicon semiconductor substrate is carried into the oxidizing furnace with the inside of the oxidizing furnace being in an inert gas atmosphere, and then the temperature of the oxidizing furnace is changed to an oxidizing atmosphere after the temperature of the oxidizing furnace is raised. Then, a gate oxide film is formed by heat-treating the silicon semiconductor substrate. A method of thermally oxidizing the surface of a silicon semiconductor substrate by introducing high-purity steam into an oxidation furnace maintained at a high temperature (wet oxidation method) is used for forming a gate oxide film. A gate oxide film having higher electrical reliability can be formed than a method of oxidizing the surface of the silicon semiconductor substrate with dry oxygen gas (dry oxidation method). As one of the wet oxidation methods, a pyrogenic oxidation method (also called a hydrogen gas combustion oxidation method) in which a hydrogen gas is mixed with an oxygen gas at a high temperature and burned is used to form a silicon oxide film. Yes, many are adopted. Normally, in this pyrogenic oxidation method, oxygen gas is supplied into a combustion chamber provided outside an oxidation furnace and maintained at 700 to 900 ° C., and then hydrogen gas is supplied into the combustion chamber to obtain a high-temperature gas. The hydrogen gas is burned inside. The wet gas thus obtained is used as an oxidizing species.

【0006】パイロジェニック酸化法に基づきシリコン
酸化膜を形成するための縦型方式の酸化膜形成装置の概
念図を図2に示す。この縦型方式の酸化膜形成装置は、
垂直方向に保持された石英製の二重管構造の酸化炉10
と、酸化炉10へ湿式ガス及び/ガスを導入するための
ガス導入部12と、酸化炉10から湿式ガス及び/ガス
を排気するガス排気部13と、SiCから成る円筒状の
均熱管16を介して酸化炉10内を所定の雰囲気温度に
保持するためのヒータ14と、基板搬入出部20と、基
板搬入出部20へ窒素ガス等の不活性ガスを導入するた
めのガス導入部21と、基板搬入出部20からガスを排
気するガス排気部22と、酸化炉10と基板搬入出部2
0とを仕切るシャッター15と、シリコン半導体基板を
酸化炉10内に搬入出するためのエレベータ機構23か
ら構成されている。エレベータ機構23には、シリコン
半導体基板を載置するための石英ボート24が取り付け
られている。また、燃焼室30に供給された水素ガスを
酸素ガスと、燃焼室30内で高温にて混合し、燃焼させ
ることによって、湿式ガスを生成させる。かかる湿式ガ
スは、配管31、ガス流路11及びガス導入部12を介
して酸化炉10内に導入される。尚、ガス流路11は、
二重管構造の酸化炉10の内壁及び外壁の間の空間に相
当する。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a vertical type oxide film forming apparatus for forming a silicon oxide film based on a pyrogenic oxidation method. This vertical type oxide film forming apparatus
Oxidizing furnace 10 of double tube structure made of quartz held vertically
And a gas introduction unit 12 for introducing a wet gas and / or gas into the oxidation furnace 10, a gas exhaust unit 13 for exhausting the wet gas and / or gas from the oxidation furnace 10, and a cylindrical soaking tube 16 made of SiC. A heater 14 for maintaining the inside of the oxidizing furnace 10 at a predetermined atmospheric temperature, a substrate carrying-in / out section 20, and a gas introducing section 21 for introducing an inert gas such as nitrogen gas into the substrate carrying-in / out section 20. A gas exhaust unit 22 for exhausting gas from the substrate loading / unloading unit 20, an oxidation furnace 10, and a substrate loading / unloading unit 2.
The shutter 15 is provided to partition the silicon semiconductor substrate into and out of the oxidation furnace 10. A quartz boat 24 for mounting a silicon semiconductor substrate is attached to the elevator mechanism 23. Further, the hydrogen gas supplied to the combustion chamber 30 is mixed with the oxygen gas at a high temperature in the combustion chamber 30 and burned to generate a wet gas. The wet gas is introduced into the oxidation furnace 10 through the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12. In addition, the gas flow path 11
This corresponds to a space between the inner wall and the outer wall of the oxidation furnace 10 having the double tube structure.

【0007】図2に示した縦型方式の酸化膜形成装置を
使用した、パイロジェニック酸化法に基づく従来のシリ
コン酸化膜の形成方法の概要を、図15〜図18を参照
して、以下、説明する。
An outline of a conventional method for forming a silicon oxide film based on a pyrogenic oxidation method using the vertical type oxide film forming apparatus shown in FIG. 2 will be described below with reference to FIGS. explain.

【0008】[工程−10]配管32、燃焼室30、配
管31、ガス流路11及びガス導入部12を介して酸化
炉10へ窒素ガスを導入し、酸化炉10内を窒素ガス雰
囲気とし、且つ、均熱管16を介してヒータ14によっ
て酸化炉10の雰囲気温度を700゜C前後に保持す
る。この状態においては、シャッター15は閉じておく
(図15の(A)参照)。基板搬入出部20は大気に解
放された状態である。
[Step-10] Nitrogen gas is introduced into the oxidation furnace 10 through the pipe 32, the combustion chamber 30, the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introduction unit 12, and the inside of the oxidation furnace 10 is set to a nitrogen gas atmosphere. At the same time, the ambient temperature of the oxidation furnace 10 is maintained at around 700 ° C. by the heater 14 via the soaking tube 16. In this state, the shutter 15 is closed (see FIG. 15A). The substrate loading / unloading section 20 is open to the atmosphere.

【0009】[工程−20]そして、基板搬入出部20
にシリコン半導体基板40を搬入し、石英ボート24に
シリコン半導体基板40を載置する。基板搬入出部20
へのシリコン半導体基板40の搬入が完了した後、図示
しない扉を閉め、基板搬入出部20にガス導入部21か
ら窒素ガスを導入し、ガス排気部22から排出し、基板
搬入出部20内を窒素ガス雰囲気とする(図15の
(B)参照)。
[Step-20] The substrate loading / unloading section 20
Then, the silicon semiconductor substrate 40 is carried in, and the silicon semiconductor substrate 40 is placed on the quartz boat 24. Substrate loading / unloading section 20
After the transfer of the silicon semiconductor substrate 40 to the substrate is completed, a door (not shown) is closed, nitrogen gas is introduced from the gas introduction unit 21 to the substrate carry-in / out unit 20, discharged from the gas exhaust unit 22, and discharged into the substrate carry-in / out unit 20. In a nitrogen gas atmosphere (see FIG. 15B).

【0010】[工程−30]基板搬入出部20内が十分
に窒素ガス雰囲気となった時点で、シャッター15を開
き(図16の(A)参照)、エレベータ機構23を作動
させて石英ボート24を上昇させ、シリコン半導体基板
40を酸化炉10内に搬入する(図16の(B)参
照)。エレベータ機構23が最上昇位置に辿り着くと、
石英ボート24の基部によって酸化炉10と基板搬入出
部20との間は連通しなくなる。
[Step-30] When the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere, the shutter 15 is opened (see FIG. 16A), the elevator mechanism 23 is operated, and the quartz boat 24 is operated. Is raised, and the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the oxidation furnace 10 (see FIG. 16B). When the elevator mechanism 23 reaches the highest position,
The base of the quartz boat 24 prevents communication between the oxidation furnace 10 and the substrate loading / unloading section 20.

【0011】[工程−40]その後、窒素ガス雰囲気の
酸化炉10の雰囲気温度を昇温し、800〜900゜C
とする(図17の(A)参照)。そして、配管32,3
3を介して燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガスを供給
し、水素ガスを酸素ガスと燃焼室30内で高温にて混合
し、燃焼させることによって生成した湿式ガスを、配管
31、ガス流路11及びガス導入部12を介して酸化炉
10へ導入し、ガス排気部13から排気する(図17の
(B)参照)。これによって、シリコン半導体基板40
の表面にシリコン酸化膜が形成される。尚、燃焼室30
内の温度を、例えばヒータ(図示せず)によって700
〜900゜Cに保持する。
[Step-40] Thereafter, the temperature of the oxidizing furnace 10 in a nitrogen gas atmosphere is increased to 800 to 900 ° C.
(See FIG. 17A). And pipes 32, 3
Oxygen gas and hydrogen gas are supplied into the combustion chamber 30 through the combustion chamber 3, and the wet gas generated by mixing and burning the hydrogen gas and the oxygen gas at a high temperature in the combustion chamber 30 is supplied to the pipe 31 through the gas flow The gas is introduced into the oxidation furnace 10 through the passage 11 and the gas introduction unit 12 and exhausted from the gas exhaust unit 13 (see FIG. 17B). Thereby, the silicon semiconductor substrate 40
A silicon oxide film is formed on the surface of the substrate. The combustion chamber 30
The internal temperature is increased by, for example, 700 heaters (not shown).
Keep at ~ 900 ° C.

【0012】[工程−50]所望の厚さのシリコン酸化
膜を形成した後、燃焼室30内への酸素ガス及び水素ガ
スの供給を中止し、次いで、酸化炉10内に窒素ガス等
の不活性ガスを導入しながら、酸化炉10の雰囲気温度
を700゜C前後まで降温し(図18参照)、次いで、
エレベータ機構23を動作させて石英ボート24を下降
させ、次いで、基板搬入出部20からシリコン半導体基
板40を搬出する。
[Step-50] After a silicon oxide film having a desired thickness is formed, supply of oxygen gas and hydrogen gas into the combustion chamber 30 is stopped. While introducing the active gas, the ambient temperature of the oxidation furnace 10 was lowered to about 700 ° C. (see FIG. 18).
The elevator mechanism 23 is operated to lower the quartz boat 24, and then the silicon semiconductor substrate 40 is unloaded from the substrate loading / unloading section 20.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
縦型方式の酸化膜形成装置を使用して、基板搬入出部2
0に大量の窒素ガスを流して窒素ガス雰囲気とする方法
(窒素ガスパージ方式)を採用したとしても、トラップ
の多い自然酸化膜がシリコン半導体基板の表面に形成さ
れてしまう場合がある。このように、制御されていない
状態で自然酸化膜が形成されてしまうと、酸化炉10内
でシリコン酸化膜を形成したとき、形成されたシリコン
酸化膜の膜厚にばらつきが発生する原因となる。また、
所謂クーロンブレイクダウン(QBD)測定に基づきシリ
コン酸化膜の耐圧特性を評価すると、100%窒素ガス
雰囲気の酸化炉10内にシリコン半導体基板40を搬入
し、酸化炉10の雰囲気温度を800〜900゜Cまで
昇温する工程を経て得られたシリコン酸化膜の耐圧特性
には、改善する余地があることが判明した。
However, by using such a vertical type oxide film forming apparatus, the substrate loading / unloading section 2 is required.
Even if a method of flowing a large amount of nitrogen gas into a nitrogen gas atmosphere (nitrogen gas purge method) is employed, a natural oxide film having many traps may be formed on the surface of the silicon semiconductor substrate. As described above, if the natural oxide film is formed in an uncontrolled state, when the silicon oxide film is formed in the oxidation furnace 10, the thickness of the formed silicon oxide film may vary. . Also,
When the pressure resistance of the silicon oxide film is evaluated based on so-called Coulomb breakdown (Q BD ) measurement, the silicon semiconductor substrate 40 is loaded into the oxidation furnace 10 in a 100% nitrogen gas atmosphere, and the atmosphere temperature of the oxidation furnace 10 is set to 800 to 900. It has been found that there is room for improvement in the breakdown voltage characteristics of the silicon oxide film obtained through the step of raising the temperature to ゜ C.

【0014】尚、シャッター15を開く前に、酸化炉1
0内を窒素ガス雰囲気のままにしておき、フッ化水素酸
水溶液及び純水による洗浄によって表面を露出させたシ
リコン半導体基板を高温の窒素ガス雰囲気中に搬入する
と、酸化炉10内でシリコン酸化膜を形成したとき、シ
リコン酸化膜中に原子レベルの窒化膜が局所的に形成さ
れたり、シリコン半導体基板40の表面に荒れが生じ
る。これらの現象は、フッ化水素酸水溶液及び純水での
洗浄によってシリコン半導体基板40の表面に形成され
たSi−H結合の一部やSi−F結合の一部が、水素や
フッ素の昇温脱離によって失われ、シリコン半導体基板
40の表面にエッチング現象が生じることに起因すると
考えられている。例えば、アルゴンガス中でシリコン半
導体基板を600゜C以上に昇温するとシリコン半導体
基板の表面に激しい凹凸が生じることが、培風館発行、
大見忠弘著「ウルトラクリーンULSI技術」、第21
頁に記載されている。このような現象を抑制するため
に、シャッター15を開く前に、0.5容積%の酸素ガ
スを含んだ窒素ガスをガス導入部12から酸化炉10内
に導入し、酸化炉10内を0.5容積%程度の酸素ガス
を含んだ窒素ガス雰囲気とすることは周知である。しか
しながら、酸素ガスを0.5容積%含んだ窒素ガス雰囲
気の酸化炉10内にシリコン半導体基板40を搬入し、
酸化炉10の雰囲気温度を800〜900゜Cまで昇温
する工程を経て得られたシリコン酸化膜の耐圧特性に
も、未だ改善する余地がある。
Before opening the shutter 15, the oxidation furnace 1
When a silicon semiconductor substrate whose surface has been exposed by washing with a hydrofluoric acid aqueous solution and pure water is transported into a high-temperature nitrogen gas atmosphere, the inside of the oxidation furnace 10 is filled with a silicon oxide film. Is formed, an atomic-level nitride film is locally formed in the silicon oxide film, or the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is roughened. These phenomena are caused by the fact that a part of the Si—H bond and a part of the Si—F bond formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by the cleaning with the hydrofluoric acid aqueous solution and the pure water increase the temperature of hydrogen or fluorine. It is considered that the loss is caused by the desorption and the etching phenomenon occurs on the surface of the silicon semiconductor substrate 40. For example, when the temperature of a silicon semiconductor substrate is raised to 600 ° C. or more in an argon gas, severe irregularities may occur on the surface of the silicon semiconductor substrate.
Tadahiro Omi, Ultra Clean ULSI Technology, 21st
Page. In order to suppress such a phenomenon, before opening the shutter 15, a nitrogen gas containing 0.5% by volume of oxygen gas is introduced into the oxidation furnace 10 from the gas introduction unit 12, and the inside of the oxidation furnace 10 is reduced to 0%. It is well known that a nitrogen gas atmosphere containing about 0.5% by volume of oxygen gas is used. However, the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the oxidation furnace 10 in a nitrogen gas atmosphere containing 0.5% by volume of oxygen gas,
There is still room for improvement in the breakdown voltage characteristics of the silicon oxide film obtained through the process of raising the ambient temperature of the oxidation furnace 10 to 800 to 900 ° C.

【0015】また、[工程−50]において、酸化炉1
0内に窒素ガス等の不活性ガスを導入しながら酸化炉1
0の雰囲気温度を降温すると、酸化炉の雰囲気に依って
は、最終的に得られるシリコン酸化膜の膜厚がシリコン
半導体基板の面内でばらつく場合があることが判明し
た。
In the [Step-50], the oxidation furnace 1
Oxidizing furnace 1 while introducing an inert gas such as nitrogen gas
It has been found that when the temperature of the atmosphere is reduced to 0, the thickness of the silicon oxide film finally obtained may vary in the plane of the silicon semiconductor substrate depending on the atmosphere of the oxidation furnace.

【0016】尚、以上の諸問題は、シリコン半導体基板
の表面において生じるだけでなく、絶縁性基板や絶縁層
等の上に設けられたシリコン層の表面においても生じる
問題である。
[0016] The above problems occur not only on the surface of a silicon semiconductor substrate but also on the surface of a silicon layer provided on an insulating substrate or an insulating layer.

【0017】従って、本発明の第1の目的は、優れた耐
圧特性を有する酸化膜を形成し得る酸化膜の形成方法を
提供することにある。更には、本発明の第2の目的は、
膜厚ばらつきの少ない酸化膜の形成方法を提供すること
にある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a method for forming an oxide film capable of forming an oxide film having excellent withstand voltage characteristics. Further, a second object of the present invention is to provide:
An object of the present invention is to provide a method for forming an oxide film with less variation in film thickness.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するための本発明の第1の態様に係る酸化膜の形成方法
は、(イ)酸化炉内に半導体層を有する基体を搬入した
後、酸化炉内に湿式ガスを導入して半導体層の表面に酸
化膜を形成する工程と、(ロ)酸化炉への湿式ガスの導
入を中止し、酸化炉内に不活性ガスを導入して酸化炉の
雰囲気を不活性ガス雰囲気とした後、酸化炉から基体を
搬出する工程、から成り、酸化炉内に基体を搬入する前
から半導体層の表面に酸化膜を形成する前までの酸化炉
の雰囲気を、酸素ガスを0.67容積%乃至20容積
%、好ましくは3容積%乃至20容積%、一層好ましく
は5容積%乃至20容積%含有する不活性ガス雰囲気と
することを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the first object, the method for forming an oxide film according to the first aspect of the present invention comprises the steps of (a) loading a substrate having a semiconductor layer into an oxidation furnace. After that, a step of forming an oxide film on the surface of the semiconductor layer by introducing a wet gas into the oxidation furnace, and (b) stopping the introduction of the wet gas into the oxidation furnace and introducing an inert gas into the oxidation furnace And then carrying out the substrate from the oxidation furnace after the atmosphere of the oxidation furnace is made an inert gas atmosphere, from the time before the substrate is carried into the oxidation furnace until the oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer. The atmosphere of the oxidation furnace is an inert gas atmosphere containing oxygen gas at 0.67% to 20% by volume, preferably 3% to 20% by volume, more preferably 5% to 20% by volume. And

【0019】本発明の第1の態様に係る酸化膜の形成方
法にあっては、工程(イ)において、基体を酸化炉内に
搬入する前の酸化炉の雰囲気温度を、半導体層表面に付
着した有機物が酸素ガスと反応して除去される温度好ま
しくは150゜C乃至700゜C、一層好ましくは30
0゜C乃至700゜Cとすることが望ましい。
In the method of forming an oxide film according to the first aspect of the present invention, in the step (a), the atmosphere temperature of the oxidation furnace before the substrate is carried into the oxidation furnace may be adjusted to adhere to the surface of the semiconductor layer. The temperature at which the removed organic substances react with oxygen gas and are removed is preferably 150 ° C. to 700 ° C., more preferably 30 ° C.
It is desirable that the temperature be 0 ° C to 700 ° C.

【0020】本発明の第1の態様に係る酸化膜の形成方
法においては、上記の第2の目的を同時に達成するため
に、前記工程(ロ)において、酸化炉内に不活性ガスを
導入することによって、酸化炉内を湿式ガス雰囲気から
不活性ガス雰囲気に5分以内、好ましくは3分以内、一
層好ましくは1分以内に置換することが望ましく、ある
いは又、前記工程(ロ)において、酸化炉の容積をV
(リットル)、酸化炉内に導入する不活性ガスの流量を
F(SLM)としたとき、F≧0.3V、好ましくはF
≧0.4V を満足することが望ましい。
In the method of forming an oxide film according to the first aspect of the present invention, in order to simultaneously achieve the second object, an inert gas is introduced into the oxidation furnace in the step (b). In this case, it is desirable to replace the inside of the oxidation furnace from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes, preferably within 3 minutes, more preferably within 1 minute. Furnace volume V
(Liter), when the flow rate of the inert gas introduced into the oxidation furnace is F (SLM), F ≧ 0.3 V, preferably F
It is desirable to satisfy ≧ 0.4V.

【0021】上記の第2の目的を達成するための本発明
の第2の態様に係る酸化膜の形成方法は、(イ)酸化炉
内に半導体層を有する基体を搬入した後、酸化炉内に湿
式ガスを導入して半導体層の表面に酸化膜を形成する工
程と、(ロ)酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化
炉内に不活性ガスを導入して酸化炉の雰囲気を不活性ガ
ス雰囲気とした後、酸化炉から基体を搬出する工程、か
ら成り、工程(ロ)において、酸化炉内に不活性ガスを
導入することによって、酸化炉内を湿式ガス雰囲気から
不活性ガス雰囲気に5分以内、好ましくは3分以内、一
層好ましくは1分以内に置換することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of forming an oxide film for achieving the above-mentioned second object, comprising the steps of: (a) loading a substrate having a semiconductor layer into an oxidation furnace; (B) stopping the introduction of the wet gas into the oxidation furnace, introducing an inert gas into the oxidation furnace, and introducing an inert gas into the oxidation furnace. And then carrying out the substrate from the oxidizing furnace after setting the atmosphere to an inert gas atmosphere. In the step (b), an inert gas is introduced into the oxidizing furnace to make the inside of the oxidizing furnace inert from the wet gas atmosphere. It is characterized in that the gas atmosphere is replaced within 5 minutes, preferably within 3 minutes, more preferably within 1 minute.

【0022】上記の第2の目的を達成するための本発明
の第3の態様に係る酸化膜の形成方法は、(イ)酸化炉
内に半導体層を有する基体を搬入した後、酸化炉内に湿
式ガスを導入して半導体層の表面に酸化膜を形成する工
程と、(ロ)酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化
炉内に不活性ガスを導入して酸化炉の雰囲気を不活性ガ
ス雰囲気とした後、酸化炉から基体を搬出する工程、か
ら成り、工程(ロ)において、酸化炉の容積をV(リッ
トル)、酸化炉内に導入する不活性ガスの流量をF(S
LM)としたとき、F≧0.3V、好ましくはF≧0.
4V を満足することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of forming an oxide film for achieving the above second object, comprising the steps of: (a) loading a substrate having a semiconductor layer into an oxidation furnace; (B) stopping the introduction of the wet gas into the oxidation furnace, introducing an inert gas into the oxidation furnace, and introducing an inert gas into the oxidation furnace. And then carrying out the substrate from the oxidation furnace. After the step (b), the volume of the oxidation furnace is set to V (liter), and the flow rate of the inert gas introduced into the oxidation furnace is set to F. (S
LM), F ≧ 0.3V, preferably F ≧ 0.
4V.

【0023】本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の
形成方法においては、前記工程(イ)において、酸化炉
内に半導体層を有する基体を搬入した後、酸化炉の雰囲
気温度を所定の温度まで昇温し、その後、酸化炉内に湿
式ガスを導入し、酸化炉の雰囲気温度を該所定の温度に
保持した状態で半導体層の表面に酸化膜を形成する態様
とすることができる。また、前記工程(ロ)において、
酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化炉内に不活性
ガスを導入しながら、酸化炉の雰囲気温度を降温し、次
いで、酸化炉から基体を搬出する態様とすることができ
る。
In the method of forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, in the step (a), after the substrate having the semiconductor layer is loaded into the oxidation furnace, the atmosphere temperature of the oxidation furnace is reduced. The temperature may be raised to a predetermined temperature, and thereafter, a wet gas may be introduced into the oxidation furnace, and an oxide film may be formed on the surface of the semiconductor layer while the ambient temperature of the oxidation furnace is maintained at the predetermined temperature. it can. In the step (b),
The introduction of the wet gas into the oxidation furnace may be stopped, the temperature of the atmosphere in the oxidation furnace may be lowered while introducing the inert gas into the oxidation furnace, and then the substrate may be carried out of the oxidation furnace.

【0024】本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の
形成方法においては、バッチ方式にて酸化膜を形成して
もよいし、枚葉方式にて酸化膜を形成してもよい。
In the method for forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, the oxide film may be formed by a batch method or may be formed by a single-wafer method. .

【0025】本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の
形成方法においては、不活性ガスとして、窒素ガスやア
ルゴンガス、ヘリウムガスを挙げることができる。ま
た、湿式ガスは、例えば、水素ガスと酸素ガスとを高
温で反応させることによって、即ち、所謂、パイロジェ
ニック法によって、純水を加熱することによって、
酸素ガスあるいは不活性ガスにより加熱純水をバブリン
グすることによって、触媒下、水素ガスと酸素ガスと
を反応させることによって、あるいは又、酸素プラズ
マと水素プラズマとの反応によって、生成させることが
できる。尚、これらの湿式ガス発生方法を組み合わせて
湿式ガスを発生させてもよいし、1種類の湿式ガス発生
方法を採用して湿式ガスを発生させてもよい。尚、湿式
ガスとは、水蒸気、あるいは、水蒸気を含有するガスを
意味し、ガスとしては、酸素ガス、窒素ガスやアルゴン
ガスやヘリウムガスといった不活性ガス、酸素ガスと不
活性ガスの混合ガスを挙げることができる。
In the method of forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, examples of the inert gas include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. Further, the wet gas is, for example, by reacting hydrogen gas and oxygen gas at a high temperature, that is, by heating pure water by a so-called pyrogenic method,
It can be produced by bubbling heated pure water with oxygen gas or inert gas, by reacting hydrogen gas with oxygen gas under a catalyst, or by reacting oxygen plasma with hydrogen plasma. The wet gas may be generated by combining these wet gas generation methods, or the wet gas may be generated by employing one type of wet gas generation method. The wet gas refers to water vapor or a gas containing water vapor. Examples of the gas include an oxygen gas, an inert gas such as a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas, and a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas. Can be mentioned.

【0026】本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の
形成方法においては、酸化膜を形成するために用いる湿
式ガス中にハロゲン元素が含有されていてもよい。これ
によって、タイムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性及び経
時絶縁破壊(TDDB)特性に優れた酸化膜を得ること
ができる。尚、ハロゲン元素として、塩素、臭素、フッ
素を挙げることができるが、なかでも塩素であることが
望ましい。湿式ガス中に含有されるハロゲン元素の形態
としては、例えば、塩化水素(HCl)、CCl4、C2
HCl3、Cl2、HBr、NF3を挙げることができ
る。湿式ガス中のハロゲン元素の含有率は、分子又は化
合物の形態を基準として、0.001〜10容量%、好
ましくは0.005〜10容量%、更に好ましくは0.
02〜10容量%である。例えば塩化水素ガスを用いる
場合、湿式ガス中の塩化水素ガス含有率は0.02〜1
0容量%であることが望ましい。
In the method of forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, the wet gas used for forming the oxide film may contain a halogen element. As a result, an oxide film having excellent time-zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics and temporal dielectric breakdown (TDDB) characteristics can be obtained. In addition, as the halogen element, chlorine, bromine and fluorine can be mentioned, and among them, chlorine is preferable. As the form of the halogen element contained in the wet gas, for example, hydrogen chloride (HCl), CCl 4 , C 2
HCl 3 , Cl 2 , HBr and NF 3 can be mentioned. The content of the halogen element in the wet gas is 0.001 to 10% by volume, preferably 0.005 to 10% by volume, more preferably 0.1 to 10% by volume, based on the form of the molecule or the compound.
02 to 10% by volume. For example, when using hydrogen chloride gas, the content of hydrogen chloride gas in the wet gas is 0.02 to 1
Desirably, it is 0% by volume.

【0027】本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の
形成方法においては、酸化膜形成時の酸化炉の雰囲気温
度あるいは所定の温度を700乃至1000゜C、好ま
しくは750乃至900゜Cとすることが望ましい。
尚、酸化膜形成時の酸化炉の雰囲気温度を、以下、便宜
上、酸化温度と呼ぶ場合がある。酸化温度あるいは所定
の温度は一定であってもよいし、徐々に高くなるように
変化させてもよいし、階段状に変化させてもよい。ま
た、工程(ロ)において、酸化炉の雰囲気温度を、半導
体層への熱ショック軽減のために、700〜750゜C
まで、あるいはそれ以下の温度まで降温することが好ま
しい。
In the method for forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, the atmosphere temperature or a predetermined temperature of the oxidation furnace at the time of forming the oxide film is set at 700 to 1000 ° C., preferably 750 to 900 ° C. C is desirable.
Note that the ambient temperature of the oxidation furnace at the time of forming the oxide film may be hereinafter referred to as an oxidation temperature for convenience. The oxidation temperature or the predetermined temperature may be constant, may be gradually increased, or may be changed stepwise. Further, in the step (b), the atmosphere temperature of the oxidation furnace is set to 700 to 750 ° C. in order to reduce the thermal shock to the semiconductor layer.
It is preferable to lower the temperature to or below.

【0028】酸化温度を階段状に変化させる場合、半導
体層を主に構成する原子(例えばシリコン原子)が半導
体層の表面から脱離しない雰囲気温度にて、湿式ガスに
よって半導体層の表面に酸化膜の形成を開始した後、所
定の期間、半導体層を主に構成する原子が半導体層の表
面から脱離しない雰囲気温度範囲に雰囲気を保持して酸
化膜を形成する第1の酸化膜形成工程と、半導体層を主
に構成する原子が半導体層の表面から脱離しない雰囲気
温度範囲よりも高い雰囲気温度にて、湿式ガスによって
所望の厚さになるまで酸化膜を更に形成する第2の酸化
膜形成工程とを含む形態とすることができる。尚、この
場合、半導体層を主に構成する原子が半導体層の表面か
ら脱離しない雰囲気温度は、半導体層表面を終端してい
る原子と半導体層を主に構成する原子との結合が切断さ
れない温度であることが好ましい。更には、半導体層を
主に構成する原子が半導体層の表面から脱離しない温度
は、半導体層が主にシリコン原子から構成されている場
合、シリコン半導体基板あるいはシリコン層表面のSi
−H結合が切断されない温度、若しくは、シリコン半導
体基板あるいはシリコン層表面のSi−F結合が切断さ
れない温度であることが好ましい。面方位が(100)
のシリコン半導体基板を用いる場合、シリコン半導体基
板の表面における水素原子の大半がシリコン原子の2本
の結合手のそれぞれに1つずつ結合しており、H−Si
−Hの終端構造を有する。然るに、シリコン半導体基板
の表面状態が崩れた部分(例えばステップ形成箇所)に
は、シリコン原子の1本の結合手のみに水素原子が結合
した状態の終端構造、あるいは、シリコン原子の3本の
結合手のそれぞれに水素原子が結合した状態の終端構造
が存在する。尚、通常、シリコン原子の残りの結合手は
結晶内部のシリコン原子と結合している。本明細書にお
ける「Si−H結合」という表現には、シリコン原子の
2本の結合手のそれぞれに水素原子が結合した状態の終
端構造、シリコン原子の1本の結合手のみに水素原子が
結合した状態の終端構造、あるいは、シリコン原子の3
本の結合手のそれぞれに水素原子が結合した状態の終端
構造の全てが包含される。半導体層の表面に酸化膜の形
成を開始するときの雰囲気温度は、より具体的には、湿
式ガスが半導体層表面で結露しない温度以上、好ましく
は150゜C以上、より好ましくは300゜C以上とす
ることが、スループットの面から望ましい。あるいは
又、湿式ガスが半導体層表面で結露しない温度以上、5
00゜C以下、好ましくは450゜C以下、より好まし
くは400゜C以下の雰囲気温度にて酸化膜を形成する
第1の酸化膜形成工程と、第1の酸化膜形成工程よりも
高い雰囲気温度にて、湿式ガスによって所望の厚さにな
るまで酸化膜を更に形成する第2の酸化膜形成工程とを
含む形態とすることができる。これらの形態において、
第2の酸化膜形成工程における酸化膜の形成温度は、7
00乃至1000゜C、好ましくは750乃至900゜
Cであることが望ましい。また、第1の酸化膜形成工
程、第2の酸化膜形成工程、又は、第1の酸化膜形成工
程及び第2の酸化膜形成工程における湿式ガスの生成方
法は、上述の〜の生成方法の内の少なくとも1種の
方法であることが好ましい。ここで、第1の酸化膜形成
工程と第2の酸化膜形成工程とで、湿式ガスの生成方法
として、同じ方法を採用してもよいし、異なる方法を採
用してもよい。第1の酸化膜形成工程、第2の酸化膜形
成工程、又は、第1の酸化膜形成工程及び第2の酸化膜
形成工程における湿式ガスとして、窒素ガス、アルゴン
ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスで希釈した湿式ガス
を用いてもよい。
When the oxidation temperature is changed stepwise, an oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer by a wet gas at an ambient temperature at which atoms (eg, silicon atoms) mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer. A first oxide film forming step of forming an oxide film while maintaining an atmosphere in an atmosphere temperature range in which atoms mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer for a predetermined period after the formation of the oxide film is started. A second oxide film further forming an oxide film by a wet gas at a temperature higher than an atmosphere temperature range in which atoms mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer until a desired thickness is obtained. And a forming step. Note that, in this case, the atmosphere temperature at which atoms mainly forming the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer does not break bonds between atoms terminating the surface of the semiconductor layer and atoms mainly forming the semiconductor layer. Preferably it is temperature. Further, the temperature at which atoms mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer depends on the silicon semiconductor substrate or the silicon layer surface when the semiconductor layer is mainly composed of silicon atoms.
The temperature is preferably a temperature at which the -H bond is not broken, or a temperature at which the Si-F bond on the surface of the silicon semiconductor substrate or the silicon layer is not broken. Plane orientation is (100)
When a silicon semiconductor substrate is used, most of the hydrogen atoms on the surface of the silicon semiconductor substrate are bonded one by one to each of two bonds of silicon atoms, and
It has a -H termination structure. However, a portion where the surface state of the silicon semiconductor substrate is broken (for example, a step formation portion) has a terminal structure in which a hydrogen atom is bonded to only one bond of a silicon atom, or a three-bonded silicon atom. There is a terminal structure in which a hydrogen atom is bonded to each of the hands. Usually, the remaining bonds of silicon atoms are bonded to silicon atoms inside the crystal. The expression “Si—H bond” in this specification refers to a terminal structure in which a hydrogen atom is bonded to each of two silicon atoms, and a hydrogen atom is bonded to only one silicon atom. Termination structure, or silicon atom 3
All of the terminal structures in which a hydrogen atom is bonded to each of the bonding hands are included. The ambient temperature at which the formation of the oxide film on the surface of the semiconductor layer is started is more specifically a temperature at which the wet gas does not condense on the surface of the semiconductor layer, preferably at least 150 ° C, more preferably at least 300 ° C. Is desirable from the viewpoint of throughput. Alternatively, the temperature is higher than the temperature at which the wet gas does not cause condensation on the surface of the semiconductor layer.
A first oxide film forming step of forming an oxide film at an atmosphere temperature of 00 ° C. or less, preferably 450 ° C. or less, more preferably 400 ° C. or less, and an atmosphere temperature higher than that of the first oxide film forming step And a second oxide film forming step of further forming an oxide film by a wet gas until a desired thickness is obtained. In these forms,
The formation temperature of the oxide film in the second oxide film formation step is 7
The temperature is desirably from 00 to 1000 ° C., preferably from 750 to 900 ° C. In addition, the method for generating a wet gas in the first oxide film forming step, the second oxide film forming step, or the first oxide film forming step and the second oxide film forming step is the same as the above-described method (1). It is preferable to use at least one of the above methods. Here, in the first oxide film forming step and the second oxide film forming step, the same method or a different method may be employed as a method for generating a wet gas. As a wet gas in the first oxide film forming step, the second oxide film forming step, or the first oxide film forming step and the second oxide film forming step, an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas is used. A wet gas diluted with a gas may be used.

【0029】また、第1の酸化膜形成工程と第2の酸化
膜形成工程の間の昇温工程における雰囲気を不活性ガス
雰囲気若しくは減圧雰囲気としてもよい。更には、第1
の酸化膜形成工程と第2の酸化膜形成工程の間の昇温工
程における雰囲気を湿式ガスを含む酸化雰囲気とするこ
ともできるし、不活性ガスで希釈された湿式ガスを含む
酸化雰囲気とすることもできる。ここで、不活性ガスと
しては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示
することができる。昇温工程における雰囲気中の不活性
ガス若しくは湿式ガスには、ハロゲン元素が含有されて
いてもよい。これによって、第1の酸化膜形成工程にて
形成されたシリコン酸化膜の特性の一層の向上を図るこ
とができる。即ち、半導体層を構成する主な原子がシリ
コンである場合、第1の酸化膜形成工程において生じ得
る欠陥であるシリコンダングリングボンド(Si・)や
SiOHが昇温工程においてハロゲン元素と反応し、シ
リコンダングリングボンドが終端しあるいは脱水反応を
生じる結果、信頼性劣化因子であるこれらの欠陥が排除
される。特に、これらの欠陥の排除は、第1の酸化膜形
成工程において形成された初期のシリコン酸化膜に対し
て効果的である。ハロゲン元素として、塩素、臭素、フ
ッ素を挙げることができるが、なかでも塩素であること
が望ましい。不活性ガス若しくは湿式ガス中に含有され
るハロゲン元素の形態としては、例えば、塩化水素(H
Cl)、CCl4、C2HCl3、Cl2、HBr、NF3
を挙げることができる。不活性ガス若しくは湿式ガス中
のハロゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基
準として、0.001〜10容量%、好ましくは0.0
05〜10容量%、更に好ましくは0.02〜10容量
%である。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガ
ス若しくは湿式ガス中の塩化水素ガス含有率は0.02
〜10容量%であることが望ましい。
The atmosphere in the temperature raising step between the first oxide film forming step and the second oxide film forming step may be an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. Furthermore, the first
The atmosphere in the temperature raising step between the oxide film forming step and the second oxide film forming step may be an oxidizing atmosphere containing a wet gas or an oxidizing atmosphere containing a wet gas diluted with an inert gas. You can also. Here, examples of the inert gas include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. The inert gas or the wet gas in the atmosphere in the temperature raising step may contain a halogen element. Thereby, the characteristics of the silicon oxide film formed in the first oxide film forming step can be further improved. That is, when the main atoms constituting the semiconductor layer are silicon, silicon dangling bonds (Si.) And SiOH, which are defects that can occur in the first oxide film forming step, react with the halogen element in the temperature increasing step, As a result of termination or dehydration reaction of the silicon dangling bond, these defects, which are reliability deterioration factors, are eliminated. In particular, the elimination of these defects is effective for the initial silicon oxide film formed in the first oxide film forming step. Examples of the halogen element include chlorine, bromine, and fluorine, and among them, chlorine is preferable. Examples of the form of the halogen element contained in the inert gas or the wet gas include hydrogen chloride (H
Cl), CCl 4 , C 2 HCl 3 , Cl 2 , HBr, NF 3
Can be mentioned. The content of the halogen element in the inert gas or the wet gas is 0.001 to 10% by volume, preferably 0.0
It is from 0.05 to 10% by volume, more preferably from 0.02 to 10% by volume. For example, when using hydrogen chloride gas, the content of hydrogen chloride gas in an inert gas or wet gas is 0.02.
Desirably, it is 10 to 10% by volume.

【0030】第2の酸化膜形成工程を経た後の最終的な
酸化膜の膜厚は、半導体装置に要求される所定の厚さと
すればよい。一方、第1の酸化膜形成工程を経た後の酸
化膜の膜厚は、出来る限り薄いことが好ましい。但し、
現在、半導体装置の製造に用いられているシリコン半導
体基板の面方位は殆どの場合(100)であり、如何に
シリコン半導体基板の表面を平滑化しても(100)シ
リコン半導体基板の表面には必ずステップと呼ばれる段
差が形成される。このステップは通常シリコン原子1層
分であるが、場合によっては2〜3層分の段差が形成さ
れることがある。従って、第1の酸化膜形成工程を経た
後の酸化膜の膜厚は、半導体層を有する基体として(1
00)シリコン半導体基板を用いる場合、1nm以上と
することが好ましいが、これに限定するものではない。
The final thickness of the oxide film after the second oxide film forming step may be a predetermined thickness required for the semiconductor device. On the other hand, the thickness of the oxide film after the first oxide film forming step is preferably as thin as possible. However,
At present, the plane orientation of a silicon semiconductor substrate used for manufacturing a semiconductor device is almost (100), and no matter how the surface of the silicon semiconductor substrate is smoothed, the surface of the silicon semiconductor substrate must be (100). A step called a step is formed. This step is usually for one layer of silicon atoms, but in some cases, a step for two to three layers may be formed. Therefore, the thickness of the oxide film after the first oxide film forming step is (1)
00) When a silicon semiconductor substrate is used, the thickness is preferably 1 nm or more, but is not limited thereto.

【0031】形成された酸化膜の特性を一層向上させる
ために、本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の形成
方法においては、所望の厚さの酸化膜の形成が完了した
後、形成された酸化膜に熱処理を施すことが好ましい。
In order to further improve the characteristics of the formed oxide film, in the method of forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, after the formation of the oxide film having a desired thickness is completed, Preferably, the formed oxide film is subjected to a heat treatment.

【0032】この場合、熱処理の雰囲気を、ハロゲン元
素を含有する不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。
ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気中で酸化膜を
熱処理することによって、タイムゼロ絶縁破壊(TZD
B)特性及び経時絶縁破壊(TDDB)特性に優れた酸
化膜を得ることができる。熱処理における不活性ガスと
しては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示
することができる。また、ハロゲン元素として、塩素、
臭素、フッ素を挙げることができるが、なかでも塩素で
あることが望ましい。不活性ガス中に含有されるハロゲ
ン元素の形態としては、例えば、塩化水素(HCl)、
CCl4、C2HCl3、Cl2、HBr、NF3を挙げる
ことができる。不活性ガス中のハロゲン元素の含有率
は、分子又は化合物の形態を基準として、0.001〜
10容量%、好ましくは0.005〜10容量%、更に
好ましくは0.02〜10容量%である。例えば塩化水
素ガスを用いる場合、不活性ガス中の塩化水素ガス含有
率は0.02〜10容量%であることが望ましい。尚、
熱処理を、ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気を
大気圧よりも減圧した状態で行ってもよい。
In this case, it is desirable that the atmosphere for the heat treatment be an inert gas atmosphere containing a halogen element.
By heat-treating the oxide film in an inert gas atmosphere containing a halogen element, time-zero dielectric breakdown (TZD)
B) An oxide film having excellent characteristics and time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics can be obtained. Examples of the inert gas in the heat treatment include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. Also, as a halogen element, chlorine,
Bromine and fluorine can be mentioned, and among them, chlorine is desirable. Examples of the form of the halogen element contained in the inert gas include hydrogen chloride (HCl),
Examples include CCl 4 , C 2 HCl 3 , Cl 2 , HBr, and NF 3 . The content of the halogen element in the inert gas ranges from 0.001 to 0.001 based on the form of the molecule or compound.
It is 10% by volume, preferably 0.005 to 10% by volume, and more preferably 0.02 to 10% by volume. For example, when using hydrogen chloride gas, the content of hydrogen chloride gas in the inert gas is preferably 0.02 to 10% by volume. still,
The heat treatment may be performed in a state in which the atmosphere of an inert gas containing a halogen element is reduced in pressure from atmospheric pressure.

【0033】本発明の第1〜第3の態様に係る酸化膜の
形成方法においては、熱処理を、枚葉処理とすることも
できるが、スループットの面から、炉アニール処理とす
ることが好ましい。熱処理の雰囲気温度は、700〜1
200゜C、好ましくは700〜1000゜C、更に好
ましくは700〜950゜Cである。また、熱処理を炉
アニール処理とする場合の熱処理の時間は、5〜60
分、好ましくは10〜40分、更に好ましくは20〜3
0分である。一方、熱処理を枚葉処理とする場合の熱処
理の時間は、1〜10分とすることが好ましい。
In the method of forming an oxide film according to the first to third aspects of the present invention, the heat treatment may be a single-wafer treatment, but is preferably a furnace annealing treatment from the viewpoint of throughput. Atmospheric temperature of heat treatment is 700 ~ 1
The temperature is 200 ° C, preferably 700 to 1000 ° C, and more preferably 700 to 950 ° C. When the heat treatment is furnace annealing, the heat treatment time is 5 to 60.
Minutes, preferably 10 to 40 minutes, more preferably 20 to 3 minutes.
0 minutes. On the other hand, when the heat treatment is a single-wafer treatment, the heat treatment time is preferably 1 to 10 minutes.

【0034】熱処理後、酸化膜を窒化処理してもよい。
この場合、窒化処理を、N2Oガス、NOガス、NO2
ス雰囲気中で行うことが望ましいが、中でもN2Oガス
雰囲気中で行うことが望ましい。あるいは又、窒化処理
をNH3ガス、N24、ヒドラジン誘導体雰囲気中で行
い、その後、N2Oガス、O2雰囲気中でアニール処理を
行うことが望ましい。窒化処理を700乃至1200゜
C、好ましくは800乃至1150゜C、更に好ましく
は900乃至1100゜Cの温度で行うことが望まし
く、この場合、半導体層の加熱を赤外線照射や炉アニー
ルによって行うことが好ましい。
After the heat treatment, the oxide film may be nitrided.
In this case, the nitriding treatment is preferably performed in an N 2 O gas, NO gas, or NO 2 gas atmosphere, and particularly preferably in an N 2 O gas atmosphere. Alternatively, it is preferable to perform the nitriding treatment in an atmosphere of NH 3 gas, N 2 H 4 , and hydrazine derivative, and then perform the annealing treatment in an atmosphere of N 2 O gas and O 2 . It is desirable to perform the nitriding treatment at a temperature of 700 to 1200 ° C., preferably 800 to 1150 ° C., and more preferably 900 to 1100 ° C. In this case, the semiconductor layer is heated by infrared irradiation or furnace annealing. preferable.

【0035】あるいは又、熱処理の雰囲気を、窒素系ガ
ス雰囲気としてもよい。ここで窒素系ガスとして、
2、NH3、N2O、NO2、NOを例示することができ
る。
Alternatively, the atmosphere for the heat treatment may be a nitrogen-based gas atmosphere. Here, as nitrogen-based gas,
Examples include N 2 , NH 3 , N 2 O, NO 2 , and NO.

【0036】通常、シリコン半導体基板あるいはシリコ
ン層にシリコン酸化膜を形成する前に、NH4OH/H2
2水溶液で洗浄し更にHCl/H22水溶液で洗浄す
るというRCA洗浄によりシリコン半導体基板あるいは
シリコン層の表面を洗浄し、その表面から微粒子や金属
不純物を除去した後、フッ化水素酸水溶液及び純水によ
るシリコン半導体基板あるいはシリコン層の表面洗浄を
行う。ところが、その後、シリコン半導体基板あるいは
シリコン層が大気に曝されると、シリコン半導体基板あ
るいはシリコン層の表面が汚染され、水分や有機物がシ
リコン半導体基板あるいはシリコン層の表面に付着し、
あるいは又、シリコン半導体基板あるいはシリコン層表
面のSi原子が水酸基(OH)と結合する虞がある(例
えば、文献 "Highly-reliable Gate Oxide Formation f
or Giga-Scale LSIs by using Closed Wet Cleaning Sy
stem and Wet Oxidation with Ultra-Dry Unloading",
J.Yugami, et al., International Electron Device Me
eting Technical Digest95, pp 855-858 参照)。この
ような場合、そのままの状態でシリコン酸化膜の形成を
開始すると、形成されたシリコン酸化膜中に水分や有機
物、あるいは又、Si−OHが取り込まれ、形成された
シリコン酸化膜の特性低下あるいは欠陥部分の発生の原
因となり得る。尚、欠陥部分とは、シリコンダングリン
グボンド(Si・)やSi−H結合といった欠陥が含ま
れるシリコン酸化膜の部分、あるいは又、Si−O−S
i結合が応力によって圧縮され若しくはSi−O−Si
結合の角度が厚い若しくはバルクのシリコン酸化膜中の
Si−O−Si結合の角度と異なるといったSi−O−
Si結合が含まれたシリコン酸化膜の部分を意味する。
それ故、このような問題の発生を回避するために、酸化
膜の形成前に半導体層表面を洗浄する工程を含み、表面
洗浄後の半導体層を大気に曝すことなく酸化炉内に搬入
することが好ましい。即ち、例えば、半導体層表面の洗
浄から酸化炉への搬入までの雰囲気を不活性ガス雰囲気
若しくは真空雰囲気とすることが好ましい。これによっ
て、大部分が水素で終端され、極一部がフッ素で終端さ
れた清浄な表面を有する半導体層に酸化膜を形成するこ
とができ、形成された酸化膜の特性低下あるいは欠陥部
分の発生を防止することができる。
Normally, before forming a silicon oxide film on a silicon semiconductor substrate or a silicon layer, NH 4 OH / H 2
O 2 was washed with an aqueous solution to wash the surface of the silicon semiconductor substrate or a silicon layer by RCA cleaning of further washed with HCl / H 2 O 2 aqueous solution to remove particulate and metal impurities from the surface, hydrofluoric acid aqueous solution Then, the surface of the silicon semiconductor substrate or the silicon layer is cleaned with pure water. However, after that, when the silicon semiconductor substrate or the silicon layer is exposed to the air, the surface of the silicon semiconductor substrate or the silicon layer is contaminated, and moisture and organic substances adhere to the surface of the silicon semiconductor substrate or the silicon layer,
Alternatively, there is a possibility that Si atoms on the surface of the silicon semiconductor substrate or the silicon layer may be bonded to a hydroxyl group (OH) (for example, see “Lily-reliable Gate Oxide Formation f
or Giga-Scale LSIs by using Closed Wet Cleaning Sy
stem and Wet Oxidation with Ultra-Dry Unloading ",
J. Yugami, et al., International Electron Device Me
eting Technical Digest95, pp 855-858). In such a case, when the formation of the silicon oxide film is started as it is, moisture, an organic substance, or Si-OH is taken into the formed silicon oxide film, and the characteristics of the formed silicon oxide film deteriorate or It can cause the generation of defective portions. The defect portion is a portion of a silicon oxide film including a defect such as a silicon dangling bond (Si.) Or a Si-H bond, or a portion of Si-OS.
i-bond is compressed by stress or Si-O-Si
Si-O- such that the bond angle is different from that of the Si-O-Si bond in the thick or bulk silicon oxide film
A portion of a silicon oxide film including a Si bond is meant.
Therefore, in order to avoid occurrence of such a problem, a step of cleaning the surface of the semiconductor layer before forming the oxide film is included, and the semiconductor layer after the surface cleaning is carried into the oxidation furnace without being exposed to the atmosphere. Is preferred. That is, for example, the atmosphere from the cleaning of the semiconductor layer surface to the transfer to the oxidation furnace is preferably an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. As a result, an oxide film can be formed on a semiconductor layer having a clean surface that is mostly terminated with hydrogen and a very small portion is terminated with fluorine, and the characteristics of the formed oxide film are deteriorated or defects are generated. Can be prevented.

【0037】半導体層としては、シリコン単結晶ウエハ
といったシリコン半導体基板を挙げることができ、この
場合には、基体もシリコン半導体基板である。また、半
導体層とは、基体である半導体基板や半絶縁性基板、絶
縁性基板の上又は上方に形成されたエピタキシャルシリ
コン層(選択エピタキシャル成長法にて形成されたエピ
タキシャルシリコン層を含む)、ポリシリコン層、ある
いはアモルファスシリコン層、所謂張り合わせ法やSI
MOX法に基づき製造されたSOI構造におけるシリコ
ン層、更には、シリコン半導体基板やこれらの層に半導
体素子が形成されたもの、Si−Ge混晶等、絶縁膜を
形成すべき材料層を意味する。半導体層に絶縁膜を形成
するとは、半導体基板等の上若しくは上方に形成された
半導体層に絶縁膜を形成する場合だけでなく、半導体基
板の表面に絶縁膜を形成する場合を含む。尚、シリコン
単結晶ウエハは、CZ法、MCZ法、DLCZ法、FZ
法等、如何なる方法で作製されたウエハであってもよ
く、また、予め水素アニールが加えられたものでもよ
い。
As the semiconductor layer, a silicon semiconductor substrate such as a silicon single crystal wafer can be used. In this case, the base is also a silicon semiconductor substrate. Further, the semiconductor layer includes a semiconductor substrate or a semi-insulating substrate as a base, an epitaxial silicon layer formed on or above the insulating substrate (including an epitaxial silicon layer formed by a selective epitaxial growth method), and polysilicon. Layer or amorphous silicon layer, so called lamination method or SI
A silicon layer in an SOI structure manufactured based on the MOX method, and further a material layer on which an insulating film is to be formed, such as a silicon semiconductor substrate or a semiconductor element formed on these layers, or a Si-Ge mixed crystal. . Forming an insulating film on a semiconductor layer includes not only forming an insulating film on a semiconductor layer formed on or above a semiconductor substrate or the like, but also forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate. In addition, the silicon single crystal wafer can be used for CZ method, MCZ method, DLCZ method, FZ method.
It may be a wafer manufactured by any method such as a method, or may be one to which hydrogen annealing has been added in advance.

【0038】本発明の酸化膜の形成方法は、例えばMO
S型トランジスタのゲート酸化膜、層間絶縁膜や素子分
離領域の形成、トップゲート型若しくはボトムゲート型
薄膜トランジスタのゲート酸化膜の形成、EEPROM
として知られている不揮発性半導体メモリセルにおける
トンネル酸化膜の形成等、各種半導体装置における酸化
膜の形成に適用することができる。
The method for forming an oxide film according to the present invention is, for example, an MO method.
Formation of gate oxide film of S type transistor, formation of interlayer insulating film and element isolation region, formation of gate oxide film of top gate type or bottom gate type thin film transistor, EEPROM
For example, the present invention can be applied to formation of an oxide film in various semiconductor devices, such as formation of a tunnel oxide film in a nonvolatile semiconductor memory cell known as a nonvolatile semiconductor memory cell.

【0039】あるいは又、本発明の酸化膜の形成方法に
おいては、酸化膜はゲート酸化膜である態様だけでな
く、半導体層及び基体はシリコン半導体基板から構成さ
れ、酸化膜は、シリコン半導体基板の表面にゲート酸化
膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜で
ある態様とすることもできる。後者の場合、シリコン半
導体基板の表面にゲート酸化膜形成以前にシリコン半導
体基板に形成される酸化膜を、素子分離領域を形成する
ための酸化膜(即ち、LOCOS構造やトレンチ構造の
素子分離領域形成工程において、シリコン窒化膜を堆積
させるための下地としての酸化膜)とすることができ、
あるいは又、犠牲酸化膜とすることができる。尚、素子
分離領域は、LOCOS構造を有し、あるいは、トレン
チ構造を有し、あるいは又、LOCOS構造及びトレン
チ構造を有する形態とすることができる。
Alternatively, in the method of forming an oxide film according to the present invention, not only is the oxide film a gate oxide film, but also the semiconductor layer and the base are formed of a silicon semiconductor substrate, and the oxide film is formed of a silicon semiconductor substrate. An embodiment may be an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed on the surface. In the latter case, an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate is replaced with an oxide film for forming an element isolation region (that is, an element isolation region having a LOCOS structure or a trench structure). In the process, an oxide film as a base for depositing a silicon nitride film)
Alternatively, it can be a sacrificial oxide film. The element isolation region may have a LOCOS structure, a trench structure, or a form having a LOCOS structure and a trench structure.

【0040】本発明の第1の態様に係る酸化膜の形成方
法においては、酸化炉内を、酸素ガスを0.67容積%
乃至20容積%含有する不活性ガス雰囲気とした後、酸
化炉内に半導体層を有する基体を搬入するので、半導体
層表面に付着した有機物が雰囲気中の酸素ガスと反応し
て除去される結果、優れた耐圧特性を有する酸化膜を形
成することができる。また、本発明の第2の態様に係る
酸化膜の形成方法においては、酸化膜の形成が完了した
後、酸化炉内を速やかに不活性ガス雰囲気とするので、
膜厚ばらつきの少ない酸化膜を形成することができる。
In the method for forming an oxide film according to the first aspect of the present invention, the inside of the oxidizing furnace is supplied with oxygen gas of 0.67% by volume.
After the substrate having the semiconductor layer is carried into the oxidation furnace after the inert gas atmosphere containing from 20% by volume to 20% by volume, organic substances attached to the surface of the semiconductor layer react with oxygen gas in the atmosphere and are removed. An oxide film having excellent withstand voltage characteristics can be formed. Further, in the method for forming an oxide film according to the second aspect of the present invention, the inside of the oxidation furnace is promptly brought into an inert gas atmosphere after the formation of the oxide film is completed.
An oxide film with small thickness variation can be formed.

【0041】[0041]

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.

【0042】(実施例1)実施例1は、本発明の第1、
第2及び第3の態様に係る酸化膜の形成方法に関する。
実施例1においては、酸化炉内を、酸素ガスを6.25
容積%含有する不活性ガス雰囲気とした後、酸化炉内に
半導体層を有する基体を搬入する。更には、基体を酸化
炉内に搬入する前の酸化炉の雰囲気温度を、半導体層表
面に付着した有機物が酸素ガスと反応して除去される温
度である700゜Cとし、そして、酸化炉へのシリコン
半導体基板の搬入後、酸化炉の雰囲気温度を所定の温度
まで昇温する。その後、酸化炉内に湿式ガスを導入し、
酸化炉の雰囲気温度を所定の温度に保持した状態で半導
体層の表面に酸化膜を形成する。更には、酸化膜の形成
完了後、酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化炉内
に不活性ガスを導入しながら、酸化炉の雰囲気温度を降
温し、次いで、酸化炉から基体を搬出する。尚、酸化膜
の形成完了後、酸化炉内に不活性ガスを導入することに
よって、酸化炉内を湿式ガス雰囲気から不活性ガス雰囲
気に5分以内に置換し、あるいは又、降温工程におい
て、酸化炉の容積をV(リットル)、酸化炉内に導入す
る不活性ガスの流量をF(SLM)としたとき、F≧
0.3Vを満足する条件にて不活性ガスを酸化炉中に導
入する。
(Embodiment 1) Embodiment 1 is the first embodiment of the present invention.
The present invention relates to a method for forming an oxide film according to the second and third aspects.
In the first embodiment, the inside of the oxidation furnace is supplied with oxygen gas for 6.25 hours.
After setting the atmosphere to an inert gas atmosphere containing volume%, the substrate having the semiconductor layer is carried into the oxidation furnace. Further, the atmosphere temperature of the oxidation furnace before carrying the substrate into the oxidation furnace is set to 700 ° C., which is a temperature at which organic substances adhering to the surface of the semiconductor layer react with oxygen gas and are removed. After loading the silicon semiconductor substrate, the ambient temperature of the oxidation furnace is increased to a predetermined temperature. After that, wet gas is introduced into the oxidation furnace,
An oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer while maintaining the atmosphere temperature of the oxidation furnace at a predetermined temperature. Furthermore, after the formation of the oxide film is completed, the introduction of the wet gas into the oxidation furnace is stopped, and while the inert gas is introduced into the oxidation furnace, the ambient temperature of the oxidation furnace is lowered. Take it out. After the formation of the oxide film is completed, an inert gas is introduced into the oxidation furnace to replace the inside of the oxidation furnace from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes. When the furnace volume is V (liter) and the flow rate of the inert gas introduced into the oxidation furnace is F (SLM), F ≧
An inert gas is introduced into the oxidation furnace under a condition satisfying 0.3 V.

【0043】実施例1においては、図2にて説明した、
パイロジェニック酸化法に基づきシリコン酸化膜を形成
するための縦型方式の酸化膜形成装置を使用し、バッチ
方式にて酸化膜を形成した。酸化炉10の容積Vは約7
0リットルである。また、半導体層を有する基体として
シリコン半導体基板を用い、不活性ガスとして窒素ガス
を使用した。形成されたシリコン酸化膜はゲート酸化膜
として機能する。
In the first embodiment, as described with reference to FIG.
An oxide film was formed by a batch method using a vertical-type oxide film forming apparatus for forming a silicon oxide film based on a pyrogenic oxidation method. The volume V of the oxidation furnace 10 is about 7
It is 0 liter. Further, a silicon semiconductor substrate was used as a base having a semiconductor layer, and nitrogen gas was used as an inert gas. The formed silicon oxide film functions as a gate oxide film.

【0044】以下、酸化膜形成装置等の概念図である図
3〜図6を参照して実施例1の酸化膜の形成方法を説明
する。また、実施例1における雰囲気温度プロファイル
等を模式的に図1に示す。尚、図1、図9及び図10に
おいて、「搬入」とは、酸化炉へのシリコン半導体基板
の搬入を意味する。
Hereinafter, a method for forming an oxide film according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6 which are conceptual views of an oxide film forming apparatus and the like. FIG. 1 schematically shows an atmosphere temperature profile and the like in Example 1. In FIGS. 1, 9, and 10, "loading" means loading a silicon semiconductor substrate into an oxidation furnace.

【0045】[工程−100]先ず、リンをドープした
直径8インチのN型シリコンウエハ(CZ法にて作製)
であるシリコン半導体基板40に、公知の方法でLOC
OS構造を有する素子分離領域を形成し、次いでウエル
イオン注入、チャネルストップイオン注入、閾値調整イ
オン注入を行った。尚、素子分離領域はトレンチ構造を
有していてもよいし、LOCOS構造とトレンチ構造の
組み合わせであってもよい。その後、RCA洗浄により
シリコン半導体基板40の表面の微粒子や金属不純物を
除去し、次いで、0.1%フッ化水素酸水溶液及び純水
によりシリコン半導体基板40の表面洗浄を行い、シリ
コン半導体基板40の表面を露出させた。尚、シリコン
半導体基板40の表面は大半が水素で終端しており、極
一部がフッ素で終端されている。
[Step-100] First, an N-type silicon wafer doped with phosphorus and having a diameter of 8 inches (prepared by the CZ method)
LOC is formed on a silicon semiconductor substrate 40 by a known method.
An element isolation region having an OS structure was formed, and then well ion implantation, channel stop ion implantation, and threshold adjustment ion implantation were performed. Note that the element isolation region may have a trench structure or a combination of a LOCOS structure and a trench structure. Thereafter, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 are removed by RCA cleaning, and then the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is cleaned with a 0.1% aqueous hydrofluoric acid solution and pure water. The surface was exposed. The surface of the silicon semiconductor substrate 40 is mostly terminated with hydrogen, and a very small portion is terminated with fluorine.

【0046】[工程−110]配管32,33、燃焼室
30、配管31、ガス流路11及びガス導入部12を介
して酸化炉10へ不活性ガス(窒素ガス)と酸素ガスを
導入し、酸化炉10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気
とし(減圧雰囲気であってもよい)、且つ、均熱管16
を介してヒータ14によって酸化炉10の雰囲気温度を
700゜Cに保持しておく(図3の(A)参照)。窒素
ガスの流量を15SLM、酸素ガスの流量を1SLMと
した。即ち、酸化炉10内を、酸素ガスを6.25容積
%含有する温度700゜Cの不活性ガス雰囲気とした。
尚、この状態においては、シャッター15は閉じてお
く。基板搬入出部20は大気に解放された状態である。
そして、複数(実施例1においては110枚)のシリコ
ン半導体基板40を、図2に示した酸化膜形成装置の基
板搬入出部20に図示しない扉から搬入し、石英ボート
24に載置した(図3の(B)参照)。尚、この状態に
おいても、シャッター15は閉じておく。
[Step-110] Inert gas (nitrogen gas) and oxygen gas are introduced into the oxidizing furnace 10 through the pipes 32 and 33, the combustion chamber 30, the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introducing section 12, The inside of the oxidation furnace 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas (or may be a reduced pressure atmosphere).
The atmosphere temperature of the oxidizing furnace 10 is maintained at 700 ° C. by the heater 14 via the heater (see FIG. 3A). The flow rate of nitrogen gas was 15 SLM, and the flow rate of oxygen gas was 1 SLM. That is, the inside of the oxidation furnace 10 was set to an inert gas atmosphere containing 6.25% by volume of oxygen gas at a temperature of 700 ° C.
In this state, the shutter 15 is closed. The substrate loading / unloading section 20 is open to the atmosphere.
Then, a plurality of (110 in the first embodiment) silicon semiconductor substrates 40 were loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the oxide film forming apparatus shown in FIG. 2 from a door (not shown) and placed on the quartz boat 24 ( (See FIG. 3B). In this state, the shutter 15 is kept closed.

【0047】[工程−120]そして、基板搬入出部2
0へのシリコン半導体基板40の搬入が完了した後、図
示しない扉を閉め、基板搬入出部20にガス導入部21
から窒素ガスを導入し、ガス排気部22から排出し、基
板搬入出部20内を窒素ガス雰囲気とした。尚、基板搬
入出部20内の酸素ガス濃度をモニターし、酸素ガス濃
度が例えば100ppm以下となったならば、基板搬入
出部20内が十分に窒素ガス雰囲気となったと判断す
る。その後、シャッター15を開き(図4の(A)参
照)、エレベータ機構23を作動させて石英ボート24
を上昇させ(上昇速度:100mm/分)、シリコン半
導体基板40を石英製の二重管構造の酸化炉10内に搬
入した(図4の(B)参照)。エレベータ機構23が最
上昇位置に辿り着くと、石英ボート24の基部によって
酸化炉10と基板搬入出部20との間は連通しなくな
る。酸化炉10の雰囲気温度はヒータ14によって70
0゜Cに保持されている。
[Step-120] Then, the substrate loading / unloading section 2
0, the door (not shown) is closed, and the gas introduction unit 21 is inserted into the substrate carry-in / out unit 20.
The nitrogen gas was introduced from the gas exhaust unit 22 and exhausted from the gas exhaust unit 22, and the inside of the substrate loading / unloading unit 20 was set to a nitrogen gas atmosphere. The oxygen gas concentration in the substrate loading / unloading section 20 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the shutter 15 is opened (see FIG. 4A), and the elevator mechanism 23 is operated to operate the quartz boat 24.
(Ascending speed: 100 mm / min), and the silicon semiconductor substrate 40 was carried into the oxidation furnace 10 having a double tube structure made of quartz (see FIG. 4B). When the elevator mechanism 23 reaches the highest position, the base of the quartz boat 24 stops communication between the oxidation furnace 10 and the substrate loading / unloading section 20. The ambient temperature of the oxidation furnace 10 is set to 70 by the heater 14.
It is kept at 0 ° C.

【0048】[工程−130]その後、不活性ガス(窒
素ガス)及び酸素ガスを、配管32,33、燃焼室3
0、配管31、ガス流路11及びガス導入部12を介し
て酸化炉10内に導入し続けながら、酸化膜形成装置の
酸化炉10の雰囲気温度を、均熱管16を介してヒータ
14によって850゜Cまで昇温した(図5の(A)参
照)。尚、昇温速度を5゜C/分とした。
[Step-130] Thereafter, inert gas (nitrogen gas) and oxygen gas are supplied to the pipes 32 and 33,
0, the atmosphere temperature of the oxidizing furnace 10 of the oxide film forming apparatus is maintained at 850 by the heater 14 through the soaking tube 16 while continuously introducing the oxidizing furnace 10 into the oxidizing furnace 10 through the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introducing section 12. The temperature was raised to ゜ C (see FIG. 5A). The heating rate was 5 ° C / min.

【0049】[工程−120]において、酸化炉10内
を、酸素ガスを6.25容積%含有する不活性ガス雰囲
気とした後、酸化炉10内にシリコン半導体基板40を
搬入し、次いで、[工程−130]において、酸化炉1
0の雰囲気温度を所定の温度(850゜C)まで昇温す
るので、シリコン半導体基板40の表面に付着した有機
物、特に炭素を含有する有機物が酸化炉10雰囲気中の
酸素ガスと反応して、CO2として除去される。
In [Step-120], the inside of the oxidation furnace 10 is set to an inert gas atmosphere containing 6.25% by volume of oxygen gas, and then the silicon semiconductor substrate 40 is loaded into the oxidation furnace 10; Step-130], the oxidation furnace 1
Since the temperature of the atmosphere of 0 is raised to a predetermined temperature (850 ° C.), organic substances, particularly carbon-containing organic substances, attached to the surface of the silicon semiconductor substrate 40 react with oxygen gas in the atmosphere of the oxidation furnace 10, It is removed as CO 2.

【0050】[工程−140]所定の温度(実施例1に
おいては850゜C)に酸化炉10の雰囲気温度が達し
た後、この温度に雰囲気を保持した状態にて、酸化炉1
0内に湿式ガスを導入して、シリコン半導体基板40の
表面にシリコン酸化膜を形成した。具体的には、窒素ガ
スの酸化炉10への供給を中断し、配管32からの酸素
ガスの燃焼室30への供給量を増加させた後、配管33
から燃焼室30内に水素ガスを供給し、燃焼室30内で
水素ガスを燃焼させ、燃焼室30内で生成した湿式ガス
を配管31、ガス流路11及びガス導入部12を介して
酸化炉10内に導入し、パイロジェニック酸化法によっ
てシリコン半導体基板40の表面に膜厚5nmのシリコ
ン酸化膜を形成した(図5の(B)参照)。尚、酸素ガ
ス及び水素ガスの燃焼室30への供給量を、それぞれ、
10SLM、10SLMとした。
[Step-140] After the ambient temperature of the oxidizing furnace 10 reaches a predetermined temperature (850 ° C. in the first embodiment), the oxidizing furnace 1
A silicon oxide film was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by introducing a wet gas into the inside. Specifically, the supply of the nitrogen gas to the oxidation furnace 10 is interrupted, and the supply amount of the oxygen gas from the pipe 32 to the combustion chamber 30 is increased.
Supplies hydrogen gas into the combustion chamber 30 and burns the hydrogen gas in the combustion chamber 30. The wet gas generated in the combustion chamber 30 is oxidized through the pipe 31, the gas passage 11, and the gas introduction unit 12. Then, a silicon oxide film having a thickness of 5 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method (see FIG. 5B). The supply amounts of oxygen gas and hydrogen gas to the combustion chamber 30 are respectively
10 SLM and 10 SLM were set.

【0051】[工程−150]以上により、シリコン半
導体基板40の表面におけるシリコン酸化膜の形成が完
了するので、酸化炉10内を窒素ガス等の不活性ガス雰
囲気とした。この際、酸化炉10内に導入する不活性ガ
スの流量(F)を30SLMとした。即ち、F/V=3
0/70=0.43である。また、酸化炉10内を湿式
ガス雰囲気から不活性ガス雰囲気に5分以内に、実施例
1においては約3分間で置換した(図6参照)。降温速
度を3゜C/分とした。そして、酸化炉10の雰囲気温
度が700゜Cとなったならば、エレベータ機構23を
動作させて石英ボート24を下降させ、次いで、図示し
ない扉を開き、シリコン半導体基板40を搬出した。
[Step-150] Since the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed as described above, the inside of the oxidation furnace 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas. At this time, the flow rate (F) of the inert gas introduced into the oxidation furnace 10 was set to 30 SLM. That is, F / V = 3
0/70 = 0.43. Further, the inside of the oxidizing furnace 10 was replaced from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes, and in Example 1, about 3 minutes (see FIG. 6). The cooling rate was 3 ° C / min. Then, when the ambient temperature of the oxidizing furnace 10 reached 700 ° C., the elevator mechanism 23 was operated to lower the quartz boat 24, and then the door (not shown) was opened to carry out the silicon semiconductor substrate 40.

【0052】(比較例1)比較例1においては、実施例
1の[工程−110]及び[工程−120]における酸
化炉10の雰囲気を100%窒素ガス雰囲気とした。こ
の点を除き、実施例1と同様の方法、条件にてシリコン
酸化膜を形成した。
Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the atmosphere of the oxidation furnace 10 in [Step-110] and [Step-120] of Example 1 was a 100% nitrogen gas atmosphere. Except for this point, a silicon oxide film was formed under the same method and conditions as in Example 1.

【0053】実施例1及び比較例1にて得られたシリコ
ン酸化膜のQBD特性を測定した。尚、QBD測定用試料に
おいては、素子分離領域の形成を省略した。具体的に
は、3枚のシリコン半導体基板40のそれぞれに59個
のMOSキャパシタを作製した。また、MOSキャパシ
タのゲート面積を5.0mm2とした。そして、図7に
模式的に図示する回路を作り、ゲート電極42に定電流
(J=0.1A/cm2)ストレスを印加する定電流ス
トレス法により所謂クーロンブレイクダウン(Q BD)を
測定した。尚、図7中、参照番号41はシリコン酸化膜
である。ここで、QBDは、J(A/cm2)と、絶縁破
壊に至るまでの時間tBDの積で表される。図8は、累積
不良率Pと絶縁破壊に至るまでの時間tBDの関係のワイ
ブル確率分布を示した図である。尚、図8中、黒三角
印、黒丸印、黒四角印は実施例1にて得られたシリコン
酸化膜の評価結果を示し、白三角印、白丸印、白四角印
は比較例1にて得られたシリコン酸化膜の評価結果を示
す。図8から明らかなように、実施例1にて得られたシ
リコン酸化膜においては、絶縁破壊に至るまでの時間t
BDが比較例1よりも長く、初期信頼性が向上しているこ
とが判る。また、摩耗故障領域に関しても、実施例1に
て得られたシリコン酸化膜の方が長寿命側にシフトして
おり、実施例1にて得られたシリコン酸化膜の方が長期
信頼性を有していることが判る。比較例1においては、
実施例1の[工程−110]及び[工程−120]と同
様の工程において、シリコン半導体基板40の表面に付
着した有機物、特に炭素を含有する有機物が除去されな
いため、QBDが低下すると考えられる。
The silicon obtained in Example 1 and Comparative Example 1
Q of oxide filmBDThe properties were measured. In addition, QBDFor measurement samples
Here, the formation of the element isolation region was omitted. Specifically
Are 59 on each of the three silicon semiconductor substrates 40
Was manufactured. In addition, MOS capacity
5.0mm gate areaTwoAnd And in FIG.
The circuit shown in the figure is made schematically, and a constant current is applied to the gate electrode 42.
(J = 0.1 A / cmTwo) Constant current switch to apply stress
The so-called Coulomb breakdown (Q BD)
It was measured. In FIG. 7, reference numeral 41 denotes a silicon oxide film.
It is. Where QBDIs J (A / cmTwo) And insulation break
Time t to breakBDIt is expressed by the product of FIG. 8 shows the cumulative
Failure rate P and time t to dielectric breakdownBDRelationship Wai
It is the figure which showed the bull probability distribution. In addition, in FIG.
Marks, black circles, and black squares indicate the silicon obtained in Example 1.
The evaluation results of the oxide film are shown, with white triangles, white circles, and white squares.
Shows the evaluation results of the silicon oxide film obtained in Comparative Example 1.
You. As is clear from FIG. 8, the system obtained in Example 1 was used.
In the silicon oxide film, the time t until the dielectric breakdown occurs is t
BDIs longer than Comparative Example 1 and the initial reliability is improved.
I understand. Further, regarding the wear failure area, the first embodiment
The silicon oxide film obtained by shifting to longer life side
Therefore, the silicon oxide film obtained in Example 1 is longer
It turns out that it has reliability. In Comparative Example 1,
Same as [Step-110] and [Step-120] in Example 1.
In the same process, the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is
Organic substances, especially organic substances containing carbon, are not removed.
Because QBDIs thought to decrease.

【0054】尚、実施例1の[工程−110]及び[工
程−120]における酸化炉10の雰囲気を100%酸
素ガス雰囲気とした点を除き、実施例1と同様の方法、
条件にてシリコン酸化膜を形成し、得られたシリコン酸
化膜のQBD特性を測定した。その結果、比較例1と同様
の結果が得られた。酸化炉10の雰囲気を100%酸素
ガス雰囲気とした場合には、形成されたシリコン酸化膜
中に、実施例1の[工程−110]及び[工程−12
0]と同様の工程において形成されたドライシリコン酸
化膜(高純度の乾燥酸素ガスによって形成されるシリコ
ン酸化膜)の占める割合が高くなる結果、QBDが低下す
ると考えられる。
The same method as in Example 1 except that the atmosphere of the oxidation furnace 10 in [Step-110] and [Step-120] of Example 1 was changed to a 100% oxygen gas atmosphere.
A silicon oxide film was formed under the conditions, and QBD characteristics of the obtained silicon oxide film were measured. As a result, a result similar to that of Comparative Example 1 was obtained. When the atmosphere of the oxidation furnace 10 is a 100% oxygen gas atmosphere, [Step-110] and [Step-12] of the first embodiment are included in the formed silicon oxide film.
[0], it is considered that the QBD decreases as a result of an increase in the proportion of the dry silicon oxide film (silicon oxide film formed by high-purity dry oxygen gas) formed in the same step as in [0].

【0055】(比較例2)比較例2においては、実施例
1の[工程−150]と同様の工程において、酸化炉1
0内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気としたが、この
際、酸化炉10内に導入する不活性ガスの流量Fを15
SLMとした。即ち、F/V=15/70=0.21で
ある。また、酸化炉10内を湿式ガス雰囲気から不活性
ガス雰囲気に約6分間で置換した。降温速度を3゜C/
分とした。そして、酸化炉10の雰囲気温度が700゜
Cとなったならば、エレベータ機構23を動作させて石
英ボート24を下降させ、シリコン半導体基板40を搬
出した。
(Comparative Example 2) In Comparative Example 2, the oxidation furnace 1 was used in the same step as [Step-150] of Example 1.
0 was set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. At this time, the flow rate F of the inert gas
SLM. That is, F / V = 15/70 = 0.21. Further, the inside of the oxidation furnace 10 was replaced from the wet gas atmosphere to the inert gas atmosphere in about 6 minutes. The cooling rate is 3 ゜ C /
Minutes. Then, when the ambient temperature of the oxidizing furnace 10 reached 700 ° C., the elevator mechanism 23 was operated to lower the quartz boat 24 and unload the silicon semiconductor substrate 40.

【0056】実施例1及び比較例2にて得られたシリコ
ン酸化膜の膜厚を1枚のシリコン半導体基板当たり49
カ所、エリプソメーターにて測定した。測定結果を、以
下の表1に示す。尚、表1中、「シリコン酸化膜平均」
は、1枚のシリコン半導体基板において、[(シリコン
酸化膜最大膜厚)−(シリコン酸化膜最小膜厚)]/
(シリコン酸化膜平均値×2)×100(%)から求め
た値である。比較例2と比べて、実施例1にて得られた
シリコン酸化膜の膜厚ばらつきは約1/2であった。比
較例2においては、酸化膜の形成完了直後から相当の時
間、酸化炉内に湿式ガスが豊富に残存する。そのため、
酸化炉の雰囲気温度を降温しているときにも、シリコン
半導体基板の面内に或る分布をもって湿式ガスが存在
し、かかる湿式ガスによって酸化膜の形成が進行してし
まい、新たな酸化膜が形成される結果、酸化膜の膜厚の
面内ばらつきが大きくなると考えられる。一方、実施例
1においては、大量の不活性ガスを酸化炉に導入するの
で、酸化炉の雰囲気が速やかに不活性ガス雰囲気に置換
される結果、酸化膜の形成進行が抑制される。それ故、
酸化膜の膜厚の面内ばらつきが小さくなると考えられ
る。
The thickness of the silicon oxide film obtained in Example 1 and Comparative Example 2 was set at 49 per silicon semiconductor substrate.
It was measured at ellipsometers at several places. The measurement results are shown in Table 1 below. In Table 1, "Average silicon oxide film"
In one silicon semiconductor substrate, [(maximum thickness of silicon oxide film) − (minimum thickness of silicon oxide film)] /
It is a value obtained from (silicon oxide film average value × 2) × 100 (%). Compared to Comparative Example 2, the thickness variation of the silicon oxide film obtained in Example 1 was about 1 /. In Comparative Example 2, a rich amount of wet gas remains in the oxidation furnace for a considerable time immediately after the completion of the formation of the oxide film. for that reason,
Even when the ambient temperature of the oxidation furnace is lowered, a wet gas exists with a certain distribution in the plane of the silicon semiconductor substrate, and the formation of the oxide film proceeds by the wet gas, and a new oxide film is formed. As a result, it is considered that the in-plane variation of the thickness of the oxide film is increased. On the other hand, in the first embodiment, since a large amount of inert gas is introduced into the oxidation furnace, the atmosphere of the oxidation furnace is promptly replaced with the inert gas atmosphere, so that the progress of forming an oxide film is suppressed. Therefore,
It is considered that the in-plane variation of the thickness of the oxide film is reduced.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】(実施例2)実施例2は、実施例1の変形
である。実施例2においては、図2に示した縦型方式の
酸化膜形成装置を用い、実施例1の[工程−140]に
引き続き、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施し
た。即ち、[工程−140]の完了後、酸化炉10への
湿式ガスの導入を中止し、窒素ガスをガス導入部12か
ら酸化炉10内に導入しつつ、酸化炉10の雰囲気温度
をヒータ14によって900゜Cまで昇温し、次いで、
塩化水素ガスを1.3容量%含有する窒素ガスをガス導
入部12から酸化炉10内に導入し、30分間、熱処理
を行った。具体的には、窒素ガスの流量を15SLM、
塩化水素ガスの流量を0.2SLMとした。実施例2に
おける雰囲気温度プロファイル等を模式的に図9に示
す。
(Embodiment 2) Embodiment 2 is a modification of Embodiment 1. In Example 2, a heat treatment was performed on the formed silicon oxide film following [Step-140] of Example 1 using the vertical type oxide film forming apparatus shown in FIG. That is, after [Step-140] is completed, the introduction of the wet gas into the oxidation furnace 10 is stopped, and while the nitrogen gas is introduced into the oxidation furnace 10 from the gas introduction unit 12, the atmospheric temperature of the oxidation furnace 10 is reduced by the heater 14. To 900 ° C, and then
Nitrogen gas containing 1.3% by volume of hydrogen chloride gas was introduced into the oxidation furnace 10 from the gas introduction unit 12 and heat-treated for 30 minutes. Specifically, the flow rate of nitrogen gas is set to 15 SLM,
The flow rate of the hydrogen chloride gas was 0.2 SLM. FIG. 9 schematically shows an atmosphere temperature profile and the like in the second embodiment.

【0059】熱処理の完了後、酸化炉10内を窒素ガス
等の不活性ガス雰囲気とした。この際、酸化炉10内に
導入する不活性ガスの流量Fを30SLMとした。即
ち、F/V=0.43である。また、酸化炉10内を湿
式ガス雰囲気から不活性ガス雰囲気に5分以内に、実施
例2においては約3分間で置換した。降温速度を3゜C
/分とした。そして、酸化炉10の雰囲気温度が700
゜Cとなったならば、エレベータ機構23を動作させて
石英ボート24を下降させ、次いで、図示しない扉を開
き、シリコン半導体基板40を搬出した。
After the completion of the heat treatment, the inside of the oxidation furnace 10 was set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas. At this time, the flow rate F of the inert gas introduced into the oxidation furnace 10 was set to 30 SLM. That is, F / V = 0.43. Further, the inside of the oxidizing furnace 10 was replaced from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes, and in Example 2, about 3 minutes. 3 ℃ lowering rate
/ Min. Then, the ambient temperature of the oxidation furnace 10 is set to 700
When the temperature reached ゜ C, the elevator mechanism 23 was operated to lower the quartz boat 24, and then a door (not shown) was opened to carry out the silicon semiconductor substrate 40.

【0060】(実施例3)実施例3も、実施例1の変形
である。実施例3においては、第1の酸化膜形成工程と
第2の酸化膜形成工程とに基づき酸化膜を形成した。実
施例3における雰囲気温度プロファイル等を図10に示
す。以下、実施例3の酸化膜形成方法を説明する。
Third Embodiment The third embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 3, an oxide film was formed based on the first oxide film forming step and the second oxide film forming step. FIG. 10 shows the ambient temperature profile and the like in the third embodiment. Hereinafter, an oxide film forming method according to the third embodiment will be described.

【0061】[工程−300]先ず、シリコン半導体基
板に、実施例1と同様の方法で、素子分離領域等を形成
した後、RCA洗浄によりシリコン半導体基板の表面の
微粒子や金属不純物を除去し、次いで、0.1%フッ化
水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基板の表面
洗浄を行い、シリコン半導体基板の表面を露出させた。
[Step-300] First, after a device isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Example 1, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate was washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.

【0062】[工程−310]次に、複数のシリコン半
導体基板40を、図2に示した酸化膜形成装置の基板搬
入出部20に図示しない扉から搬入し、石英ボート24
に載置した。尚、酸化炉10へガス導入部12から窒素
ガスと酸素ガスを導入し、酸化炉10内を窒素ガス等の
不活性ガス雰囲気とし(減圧雰囲気であってもよい)、
且つ、均熱管16を介してヒータ14によって酸化炉1
0の雰囲気温度を400゜Cに保持した。尚、この状態
においては、シャッター15は閉じておく。窒素ガスの
流量を15SLM、酸素ガスの流量を1SLMとした。
即ち、酸化炉10内を、酸素ガスを6.25容積%含有
する温度400゜Cの不活性ガス雰囲気とした。
[Step-310] Next, the plurality of silicon semiconductor substrates 40 are loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the oxide film forming apparatus shown in FIG.
Placed on In addition, nitrogen gas and oxygen gas are introduced into the oxidation furnace 10 from the gas introduction unit 12, and the inside of the oxidation furnace 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas (a reduced pressure atmosphere may be used).
Further, the oxidation furnace 1 is heated by the heater 14 through the soaking tube 16.
The atmosphere temperature of 0 was maintained at 400 ° C. In this state, the shutter 15 is closed. The flow rate of nitrogen gas was 15 SLM, and the flow rate of oxygen gas was 1 SLM.
That is, the inside of the oxidation furnace 10 was set to an inert gas atmosphere at a temperature of 400 ° C. containing 6.25% by volume of oxygen gas.

【0063】[工程−320]そして、基板搬入出部2
0へのシリコン半導体基板40の搬入が完了した後、図
示しない扉を閉め、基板搬入出部20にガス導入部21
から窒素ガスを導入し、ガス排気部22から排出し、基
板搬入出部20内を窒素ガス雰囲気とした。その後、シ
ャッター15を開き、エレベータ機構23を作動させて
石英ボート24を上昇させ(上昇速度:250mm/
分)、シリコン半導体基板40を石英製の二重管構造の
酸化炉10内に搬入した。酸化炉10内の酸素ガスを
6.25容積%含有する不活性ガス雰囲気の温度はヒー
タ14によって400゜Cに保持されているので、即
ち、半導体層を主に構成する原子であるシリコン原子が
半導体層の表面から脱離しない雰囲気温度に酸化炉10
内が保持されているので、シリコン半導体基板表面のS
i−H結合が切断されず、あるいは又、シリコン半導体
基板表面のSi−F結合が切断されないので、シリコン
半導体基板40の表面に荒れが発生することを抑制する
ことができる。
[Step-320] Then, the substrate loading / unloading section 2
0, the door (not shown) is closed, and the gas introduction unit 21 is inserted into the substrate carry-in / out unit 20.
The nitrogen gas was introduced from the gas exhaust unit 22 and exhausted from the gas exhaust unit 22, and the inside of the substrate loading / unloading unit 20 was set to a nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the shutter 15 is opened, and the elevator mechanism 23 is operated to raise the quartz boat 24 (elevation speed: 250 mm /
Minute), the silicon semiconductor substrate 40 was carried into the oxidation furnace 10 having a double tube structure made of quartz. Since the temperature of the inert gas atmosphere containing 6.25% by volume of oxygen gas in the oxidizing furnace 10 is maintained at 400 ° C. by the heater 14, that is, silicon atoms, which are atoms mainly constituting the semiconductor layer, are removed. Oxidizing furnace 10 is heated to an ambient temperature at which the
Is held in the silicon semiconductor substrate surface.
Since the i-H bond is not broken or the Si-F bond on the surface of the silicon semiconductor substrate is not broken, generation of roughness on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 can be suppressed.

【0064】[工程−330]次いで、半導体層を主に
構成する原子(シリコン原子)が半導体層の表面から脱
離しない雰囲気温度(酸化温度)にて、湿式ガスによっ
て半導体層の表面に酸化膜の形成を開始した。あるいは
又、湿式ガスが半導体層表面で結露しない温度以上、5
00゜C以下の雰囲気温度(酸化温度)にて、湿式ガス
によって半導体の表面に酸化膜の形成を開始した。そし
て、半導体層を主に構成する原子(シリコン原子)が半
導体層の表面から脱離しない雰囲気温度にて、湿式ガス
によって半導体層の表面に酸化膜の形成を開始した後、
所定の期間、半導体層を主に構成する原子が半導体層の
表面から脱離しない雰囲気温度範囲に雰囲気を保持して
酸化膜を形成する第1の酸化膜形成工程を実行した。具
体的には、シリコン原子がシリコン半導体基板40の表
面から脱離しない温度に雰囲気温度(酸化温度)を保持
した状態で(実施例3においては、具体的には、雰囲気
温度を400゜Cに設定)、湿式ガスによって半導体層
の表面に酸化膜を形成した。実施例3においては、配管
32,33を介して燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガ
スを供給し、燃焼室30内で生成した湿式ガスを配管3
1、ガス流路11及びガス導入部12を介して酸化炉1
0内に導入し、パイロジェニック酸化法によってシリコ
ン半導体基板40の表面に厚さ1.2nmのシリコン酸
化膜を形成した。このシリコン酸化膜の厚さはSiO2
の数分子層に相当する厚さであり、シリコン半導体基板
の表面のステップを考慮しても、保護膜として機能する
のに十分な厚さである。
[Step-330] Next, an oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer by a wet gas at an ambient temperature (oxidation temperature) at which atoms (silicon atoms) mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer. Began to form. Alternatively, the temperature is higher than the temperature at which the wet gas does not cause condensation on the surface of the semiconductor layer.
At an atmosphere temperature (oxidation temperature) of 00 ° C. or less, formation of an oxide film on the surface of the semiconductor was started by a wet gas. Then, after the formation of an oxide film on the surface of the semiconductor layer by the wet gas at an ambient temperature at which atoms (silicon atoms) mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer,
During a predetermined period, a first oxide film forming step of forming an oxide film while maintaining an atmosphere in an atmosphere temperature range in which atoms mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer was performed. Specifically, while maintaining the ambient temperature (oxidation temperature) at a temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon semiconductor substrate 40 (specifically, in the third embodiment, the ambient temperature is set to 400 ° C.). Setting), an oxide film was formed on the surface of the semiconductor layer by wet gas. In the third embodiment, oxygen gas and hydrogen gas are supplied into the combustion chamber 30 via the pipes 32 and 33, and the wet gas generated in the combustion chamber 30 is supplied to the pipe 3
1. Oxidizing furnace 1 via gas flow path 11 and gas introduction unit 12
Then, a silicon oxide film having a thickness of 1.2 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method. The thickness of this silicon oxide film is SiO 2
And a thickness sufficient to function as a protective film even in consideration of steps on the surface of the silicon semiconductor substrate.

【0065】[工程−340]その後、酸化炉10内へ
の湿式ガスの導入を中止し、不活性ガス(窒素ガス)
を、配管32、燃焼室30、配管31、ガス流路11及
びガス導入部12を介して酸化炉10内に導入しなが
ら、酸化膜形成装置の酸化炉10の雰囲気温度を、均熱
管16を介してヒータ14によって800゜Cまで昇温
した。尚、昇温速度を10゜C/分とした。[工程−3
30]にてシリコン半導体基板の表面には保護膜として
も機能するシリコン酸化膜が既に形成されているので、
この[工程−340]において、半導体層(シリコン半
導体基板40)の表面に荒れが発生することはない。
[Step-340] Thereafter, the introduction of the wet gas into the oxidation furnace 10 is stopped, and an inert gas (nitrogen gas) is introduced.
Is introduced into the oxidation furnace 10 through the pipe 32, the combustion chamber 30, the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12, and the atmosphere temperature of the oxidation furnace 10 of the oxide film forming apparatus is set to The temperature was increased to 800 ° C. by the heater 14 via the heater. The heating rate was 10 ° C./min. [Step-3
30], a silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon semiconductor substrate.
In this [Step-340], the surface of the semiconductor layer (silicon semiconductor substrate 40) is not roughened.

【0066】[工程−350]半導体層を主に構成する
原子(シリコン原子)が半導体層の表面から脱離しない
雰囲気温度範囲よりも高い雰囲気温度(実施例3におい
ては800゜C)に酸化炉10の雰囲気温度が達した
後、この雰囲気温度(酸化温度)に雰囲気を保持した状
態にて、湿式ガスによって、更にシリコン酸化膜を形成
する第2の酸化膜形成工程を実行した。具体的には、再
び、配管32,33を介して燃焼室30内に酸素ガス及
び水素ガスを供給し、燃焼室30内で生成した湿式ガス
を配管31、ガス流路11及びガス導入部12を介して
酸化炉10内に導入し、パイロジェニック酸化法によっ
てシリコン半導体基板40の表面に総厚4.0nmのシ
リコン酸化膜を形成した。
[Step-350] The oxidation furnace is heated to an atmosphere temperature (800 ° C. in Example 3) higher than the atmosphere temperature range in which atoms (silicon atoms) mainly constituting the semiconductor layer do not desorb from the surface of the semiconductor layer. After the atmospheric temperature of 10 was reached, a second oxide film forming step of forming a silicon oxide film with a wet gas was performed while maintaining the atmosphere at this atmospheric temperature (oxidation temperature). Specifically, oxygen gas and hydrogen gas are again supplied into the combustion chamber 30 via the pipes 32 and 33, and the wet gas generated in the combustion chamber 30 is supplied to the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introduction section 12 again. Then, a silicon oxide film having a total thickness of 4.0 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method.

【0067】以上により、シリコン半導体基板40の表
面におけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、実施
例1の[工程−150]と同様の工程を経て、即ち、酸
化炉10内に流量(F)30SLMの不活性ガスを酸化
炉10に導入し、酸化炉10内を湿式ガス雰囲気から不
活性ガス雰囲気に5分以内に置換した。降温速度を3゜
C/分とした。そして、酸化炉10の雰囲気温度が70
0゜Cとなったならば、エレベータ機構23を動作させ
て石英ボート24を下降させ、次いで、図示しない扉を
開き、シリコン半導体基板40を搬出した。尚、実施例
2と同様に、シリコン酸化膜の形成後、熱処理をシリコ
ン酸化膜に施してもよい。
As described above, since the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed, the flow rate (F) is passed through the same steps as [Step-150] of the first embodiment, ie, into the oxidation furnace 10. An inert gas of 30 SLM was introduced into the oxidation furnace 10, and the inside of the oxidation furnace 10 was replaced with a inert gas atmosphere from a wet gas atmosphere within 5 minutes. The cooling rate was 3 ° C / min. And the ambient temperature of the oxidation furnace 10 is 70
When the temperature reached 0 ° C., the elevator mechanism 23 was operated to lower the quartz boat 24, and then a door (not shown) was opened to carry out the silicon semiconductor substrate 40. As in the second embodiment, after forming the silicon oxide film, heat treatment may be performed on the silicon oxide film.

【0068】(実施例4)実施例4においては、酸化炉
には、その外側に配設され、且つ、半導体層の表面と略
平行に配設された、半導体層を加熱するための加熱手段
が備えられている横型の酸化膜形成装置を使用した。実
施例4にて使用した酸化膜形成装置の一例の模式図を、
図11に示す。この酸化膜形成装置は、酸化炉50と、
半導体層を加熱するための加熱手段である抵抗加熱ヒー
タ51とを備えている。酸化炉50の容積Vは約70リ
ットルである。酸化炉50は石英製の炉心管から成り、
半導体層に酸化膜を形成するためにその内部に半導体層
(具体的には、例えばシリコン半導体基板)を収納す
る。加熱手段である抵抗加熱ヒータ51は、酸化炉50
の外側に配設されており、且つ、半導体層の表面と略平
行に配設されている。半導体層(例えばシリコン半導体
基板40)は、ウエハ台52に載置され、酸化炉50の
一端に設けられたゲートバルブ53を介して、酸化炉5
0内に搬入出される。酸化膜形成装置には、酸化炉50
へ湿式ガス及び/又はガスを導入するためのガス導入部
54と、酸化炉50から湿式ガス及び/又はガスを排気
するガス排気部55が更に備えられている。半導体層
(具体的には、例えばシリコン半導体基板)の温度は、
図示しない熱電対によって測定することができる。尚、
実施例1と同様に、燃焼室に供給された水素ガスを酸素
ガスと、燃焼室内で高温にて混合し、燃焼させることに
よって、湿式ガスを生成させる。かかる湿式ガスは、配
管及びガス導入部54を介して酸化炉50内に導入され
る。燃焼室及び配管の図示は省略した。
(Embodiment 4) In Embodiment 4, a heating means for heating the semiconductor layer, which is provided outside the oxidation furnace and substantially parallel to the surface of the semiconductor layer, is provided in the oxidation furnace. A horizontal oxide film forming apparatus provided with was used. A schematic diagram of an example of the oxide film forming apparatus used in Example 4 is shown in FIG.
As shown in FIG. This oxide film forming apparatus includes an oxidation furnace 50,
A resistance heater 51 is provided as heating means for heating the semiconductor layer. The volume V of the oxidation furnace 50 is about 70 liters. The oxidation furnace 50 includes a furnace tube made of quartz,
In order to form an oxide film on the semiconductor layer, a semiconductor layer (specifically, for example, a silicon semiconductor substrate) is housed therein. The resistance heater 51 serving as a heating unit includes an oxidation furnace 50.
And is arranged substantially parallel to the surface of the semiconductor layer. The semiconductor layer (for example, the silicon semiconductor substrate 40) is placed on a wafer table 52, and is oxidized through a gate valve 53 provided at one end of the oxidizing furnace 50.
It is carried in and out of 0. An oxidation furnace 50 is provided in the oxide film forming apparatus.
A gas introduction unit 54 for introducing a wet gas and / or a gas and a gas exhaust unit 55 for exhausting the wet gas and / or the gas from the oxidation furnace 50 are further provided. The temperature of the semiconductor layer (specifically, for example, a silicon semiconductor substrate)
It can be measured by a thermocouple (not shown). still,
As in the first embodiment, a wet gas is generated by mixing hydrogen gas supplied to the combustion chamber with oxygen gas at a high temperature in the combustion chamber and burning the mixture. The wet gas is introduced into the oxidation furnace 50 through the pipe and the gas introduction unit 54. Illustration of the combustion chamber and piping is omitted.

【0069】あるいは又、図12に模式図を示す形式の
横型の酸化膜形成装置を用いることもできる。この図1
2に示した横型の酸化膜形成装置においては、加熱手段
は、赤外線若しくは可視光を発する複数のランプ51A
から構成されている。また、図示しないパイロメータに
よってシリコン半導体基板の温度を測定する。その他の
構造は、基本的には、図11に示した酸化膜形成装置と
同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
Alternatively, a horizontal oxide film forming apparatus of the type schematically shown in FIG. 12 can be used. This figure 1
In the horizontal oxide film forming apparatus shown in FIG. 2, the heating means comprises a plurality of lamps 51A emitting infrared or visible light.
It is composed of The temperature of the silicon semiconductor substrate is measured by a pyrometer (not shown). Other structures can be basically the same as those of the oxide film forming apparatus shown in FIG. 11, and a detailed description thereof will be omitted.

【0070】以下、実施例4のシリコン酸化膜の形成方
法を説明する。尚、実施例4における雰囲気温度プロフ
ァイルは図1と同様とした。
Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of the fourth embodiment will be described. The atmosphere temperature profile in Example 4 was the same as that in FIG.

【0071】[工程−400]先ず、シリコン半導体基
板に、実施例1と同様の方法で、素子分離領域等を形成
した後、RCA洗浄によりシリコン半導体基板の表面の
微粒子や金属不純物を除去し、次いで、0.1%フッ化
水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基板の表面
洗浄を行い、シリコン半導体基板の表面を露出させた。
[Step-400] First, an element isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in the first embodiment, and then fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate was washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.

【0072】[工程−410]次に、ウエハ台52に載
置されたシリコン半導体基板40を、図11若しくは図
12に示した酸化膜形成装置のゲートバルブ53を開い
て、酸化炉50内に搬入した後、ゲートバルブ53を閉
じた。予め、酸化炉50の雰囲気を、加熱手段によって
700゜C程度に加熱された不活性ガス雰囲気(酸素ガ
ス濃度:6.25容積%)としておいた。
[Step-410] Next, the silicon semiconductor substrate 40 placed on the wafer table 52 is placed in the oxidation furnace 50 by opening the gate valve 53 of the oxide film forming apparatus shown in FIG. 11 or FIG. After carrying in, the gate valve 53 was closed. The atmosphere of the oxidation furnace 50 was previously set to an inert gas atmosphere (oxygen gas concentration: 6.25% by volume) heated to about 700 ° C. by a heating means.

【0073】[工程−420]その後、酸素ガスを6.
25容積%含む窒素ガスの酸化炉50内への導入を継続
しながら、酸化炉50の雰囲気温度を、加熱手段によっ
て850゜Cまで昇温した。尚、実施例4においては、
加熱手段が半導体層の表面と略平行に配設されているの
で、例えばシリコン半導体基板の昇温時のシリコン半導
体基板の面内温度ばらつきの発生を抑制することができ
る。
[Step-420] Then, an oxygen gas is introduced into 6.
While continuously introducing nitrogen gas containing 25% by volume into the oxidation furnace 50, the ambient temperature of the oxidation furnace 50 was raised to 850 ° C. by a heating means. In Example 4,
Since the heating means is disposed substantially parallel to the surface of the semiconductor layer, it is possible to suppress, for example, the occurrence of in-plane temperature variations of the silicon semiconductor substrate when the temperature of the silicon semiconductor substrate is raised.

【0074】[工程−430]850゜Cに酸化炉50
の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保持した
状態にて、酸化炉50内に湿式ガスを導入して、シリコ
ン半導体基板40の表面にシリコン酸化膜を形成した。
具体的には、燃焼室内で生成した湿式ガスを配管及びガ
ス導入部54を介して酸化炉50内に導入し、パイロジ
ェニック酸化法によってシリコン半導体基板40の表面
に4.0nmのシリコン酸化膜を形成した。
[Step-430] Oxidizing furnace 50 at 850 ° C.
After the ambient temperature was reached, a wet gas was introduced into the oxidation furnace 50 while maintaining the atmosphere at this temperature to form a silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40.
Specifically, a wet gas generated in the combustion chamber is introduced into the oxidation furnace 50 through a pipe and a gas introduction unit 54, and a 4.0 nm silicon oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method. Formed.

【0075】[工程−440]以上により、シリコン半
導体基板40の表面におけるシリコン酸化膜の形成が完
了するので、酸化炉50内を窒素ガス等の不活性ガス雰
囲気とした。この際、酸化炉50内に導入する不活性ガ
スの流量(F)を30SLMとした。即ち、F/V=
0.43である。また、酸化炉50内を湿式ガス雰囲気
から不活性ガス雰囲気に5分以内に、実施例4において
は約3分間で置換した。降温速度を3゜C/分とした。
そして、酸化炉50の雰囲気温度が700゜Cとなった
ならば、ゲートバルブ53を経由してシリコン半導体基
板40を酸化炉50から搬出した。
[Step-440] Since the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed as described above, the inside of the oxidation furnace 50 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas. At this time, the flow rate (F) of the inert gas introduced into the oxidation furnace 50 was set to 30 SLM. That is, F / V =
0.43. Further, the inside of the oxidizing furnace 50 was replaced from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes, and in Example 4, about 3 minutes. The cooling rate was 3 ° C / min.
Then, when the ambient temperature of the oxidation furnace 50 reached 700 ° C., the silicon semiconductor substrate 40 was unloaded from the oxidation furnace 50 via the gate valve 53.

【0076】尚、実施例4においても、実施例2と同様
に酸化炉50内で熱処理を行ってもよいし、別のバッチ
方式の熱処理装置にシリコン半導体基板を搬入し、かか
るバッチ方式の熱処理装置にて熱処理を行ってもよい。
In the fourth embodiment, the heat treatment may be performed in the oxidation furnace 50 as in the second embodiment, or the silicon semiconductor substrate may be loaded into another batch-type heat treatment apparatus, and the batch-type heat treatment may be performed. The heat treatment may be performed by an apparatus.

【0077】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した温度条件を含む各種の条件
や酸化膜形成装置の構造は例示であり、適宜変更するこ
とができる。酸化膜の成膜は、パイロジェニック酸化法
だけでなく、純水の加熱により発生した湿式ガスによる
酸化法、酸素ガス又は不活性ガスによって加熱純水をバ
ブリングすることで発生した湿式ガスによる酸化法、あ
るいはこれらの酸化法を併用した方法とすることができ
る。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. Various conditions including the temperature conditions described in the embodiments and the structure of the oxide film forming apparatus are merely examples, and can be changed as appropriate. The oxide film is formed not only by the pyrogenic oxidation method, but also by an oxidation method using a wet gas generated by heating pure water, and an oxidation method using a wet gas generated by bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas. Alternatively, a method using these oxidation methods in combination can be used.

【0078】あるいは又、触媒作用に基づき、水素ガス
と酸素ガスとの反応により発生した湿式ガスによって酸
化膜を形成してもよい。この場合、使用する触媒とし
て、例えばNiO等のNi系触媒、PtやPtO2等の
Pt系触媒、PdやPdO等のPd系触媒、Ir系触
媒、RuやRuO2等のRu系触媒、AgやAg2O等の
Ag系触媒、Au系触媒、CuO等のCu系触媒、Mn
2等のMn系触媒、Co34等のCo系触媒を挙げる
ことができる。触媒を湿式ガス発生装置の内部に配置
し、湿式ガス発生装置の内部に配設されたヒータによっ
て所望の温度に加熱し、湿式ガス発生装置には、配管か
ら水素ガス及び酸素ガス(必要に応じて不活性ガス)を
供給すれば、水素ガスと酸素ガスとの反応により湿式ガ
スを発生させることができる。
Alternatively, the oxide film may be formed by a wet gas generated by a reaction between hydrogen gas and oxygen gas based on a catalytic action. In this case, as a catalyst to be used, for example, a Ni-based catalyst such as NiO, a Pt-based catalyst such as Pt or PtO 2 , a Pd-based catalyst such as Pd or PdO, an Ir-based catalyst, a Ru-based catalyst such as Ru or RuO 2, or an Ag-based catalyst Catalysts such as Ag and Ag 2 O, Au catalysts, Cu catalysts such as CuO, Mn
Examples thereof include a Mn-based catalyst such as O 2 and a Co-based catalyst such as Co 3 O 4 . The catalyst is placed inside the wet gas generator, and heated to a desired temperature by a heater provided inside the wet gas generator. Hydrogen gas and oxygen gas (if necessary) are supplied to the wet gas generator from piping. If an inert gas is supplied to the gas, a wet gas can be generated by the reaction between the hydrogen gas and the oxygen gas.

【0079】あるいは又、酸素プラズマと水素プラズマ
との反応によって、湿式ガスを生成させることもでき
る。酸素プラズマと水素プラズマとの反応により発生し
た湿式ガスによる酸化法にあっては、マイクロ波放電に
よって生成した酸素プラズマが、基底状態O2(X3Σg
-)は電子の衝突によって励起状態O2(A3Σu+)又は
2(B3Σu-)に励起され、それぞれ、以下の式のよ
うに酸素原子に解離する。
Alternatively, a wet gas can be generated by a reaction between oxygen plasma and hydrogen plasma. In the oxidation method using a wet gas generated by a reaction between oxygen plasma and hydrogen plasma, oxygen plasma generated by microwave discharge is converted into ground state O 2 (X 3 Σg
- ) Is excited into an excited state O 2 (A 3 Σu + ) or O 2 (B 3 Σu ) by electron collision, and dissociates into oxygen atoms as in the following formulas.

【0080】[0080]

【化1】 O2(X3Σg-)+ e → O2(A3Σu+)+ e 式(1−1) O2(A3Σu+)+ e → O(3P)+O(3P)+ e 式(1−2) O2(X3Σg-)+ e → O2(B3Σu-)+ e 式(1−3) O2(B3Σu-)+ e → O(3P)+O(1D)+ e 式(1−4)Embedded image O 2 (X 3 -g ) + e → O 2 (A 3 + u + ) + e Formula (1-1) O 2 (A 3 Σu + ) + e → O ( 3 P) + O ( 3 P) + e Formula (1-2) O 2 (X 3 Σg ) + e → O 2 (B 3 Σu ) + e Formula (1-3) O 2 (B 3 Σu ) + e → O ( 3 P) + O (1 D ) + e equation (1-4)

【0081】従って、酸素プラズマ中には励起酸素分子
と酸素原子が存在し、これらが反応種となる。ここに水
素H2を導入すると、以下のようなプラズマが生成す
る。
Therefore, excited oxygen molecules and oxygen atoms are present in the oxygen plasma, and these become reactive species. When hydrogen H 2 is introduced here, the following plasma is generated.

【0082】[0082]

【化2】H2 + e → 2H 式(2)H 2 + e → 2H Formula (2)

【0083】そして、酸素プラズマの内、例えば式(1
−2)で生成した酸素プラズマと式(2)で生成した水
素プラズマが反応して、湿式ガスが発生する。そして、
加熱された半導体層の表面は、かかる湿式ガスによって
熱酸化され、半導体層の表面に酸化膜が形成される。
In the oxygen plasma, for example, the formula (1)
The oxygen plasma generated in -2) reacts with the hydrogen plasma generated in equation (2) to generate a wet gas. And
The surface of the heated semiconductor layer is thermally oxidized by the wet gas, and an oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer.

【0084】[0084]

【化3】 2H + O(3P) → H2O 式(3)Embedded image 2H + O ( 3 P) → H 2 O Formula (3)

【0085】酸素プラズマと水素プラズマとの反応によ
り発生した湿式ガスによる酸化法に基づく酸化膜形成装
置の概念図を図13に示す。この装置は、酸化炉60と
湿式ガス発生装置70から構成されている。湿式ガス発
生装置70は、石英製の湿式ガス発生室71、マイクロ
波導波管72、及びマイクロ波導波管72に取り付けら
れたマグネトロン73から構成されている。マグネトロ
ン73においては、周波数2.45GHzのマイクロ波
が生成する。かかるマイクロ波は、マイクロ波導波管7
2を介して、湿式ガス発生室71に導入される。湿式ガ
ス発生室71には、配管74,75を経由して水素ガス
及び酸素ガスが導入される。湿式ガス発生室71に導入
された水素ガス及び酸素ガスに対してマイクロ波(電磁
波)が照射される。これによって、式(1−1)〜式
(1−4)、及び式(2)に示した反応が進行し、酸素
プラズマ及び水素プラズマが生成され、式(3)に示し
た反応の結果、湿式ガスが発生する。湿式ガス発生室7
1の外側にはヒータ77が配設され、湿式ガス発生室7
1の内部は所望の温度(例えば、200〜300゜C)
に保持される。湿式ガス発生室71にて生成した湿式ガ
スは、配管78から酸化炉60内に導入される。尚、配
管78の外側には、配管78内での湿式ガスの結露を防
止するためにヒータ79を配設し、例えば配管78内を
200〜300゜Cに保持することが好ましい。また、
不活性ガス(例えば窒素ガス)を湿式ガス発生室71に
導入するための配管76が、湿式ガス発生室71に設け
られている。一部の構成要素のみを図示する酸化炉60
は、ヒータ14等、図2、図11あるいは図12に示し
た酸化膜形成装置と同様の構造とすることができ、酸化
炉60内でシリコン半導体基板40の表面にシリコン酸
化膜を形成することができる。
FIG. 13 is a conceptual diagram of an oxide film forming apparatus based on an oxidation method using a wet gas generated by a reaction between oxygen plasma and hydrogen plasma. This apparatus includes an oxidation furnace 60 and a wet gas generator 70. The wet gas generating device 70 includes a wet gas generating chamber 71 made of quartz, a microwave waveguide 72, and a magnetron 73 attached to the microwave waveguide 72. In the magnetron 73, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is generated. The microwave is applied to the microwave waveguide 7.
2 and is introduced into the wet gas generating chamber 71. Hydrogen gas and oxygen gas are introduced into the wet gas generation chamber 71 via pipes 74 and 75. Microwaves (electromagnetic waves) are applied to the hydrogen gas and the oxygen gas introduced into the wet gas generation chamber 71. As a result, the reactions shown in Equations (1-1) to (1-4) and Equation (2) proceed, and oxygen plasma and hydrogen plasma are generated. As a result of the reaction shown in Equation (3), Wet gas is generated. Wet gas generation chamber 7
1, a heater 77 is disposed outside the wet gas generating chamber 7.
1 is at a desired temperature (for example, 200 to 300 ° C.)
Is held. The wet gas generated in the wet gas generation chamber 71 is introduced into the oxidation furnace 60 from a pipe 78. It is preferable that a heater 79 is provided outside the pipe 78 in order to prevent dew condensation of the wet gas in the pipe 78, and for example, the inside of the pipe 78 is maintained at 200 to 300 ° C. Also,
A pipe 76 for introducing an inert gas (for example, nitrogen gas) into the wet gas generation chamber 71 is provided in the wet gas generation chamber 71. Oxidation furnace 60 showing only some components
Can have the same structure as the oxide film forming apparatus shown in FIG. 2, FIG. 11 or FIG. 12, such as the heater 14, and form a silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 in the oxidation furnace 60. Can be.

【0086】あるいは又、実施例1〜実施例4において
0.1%フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン半
導体基板40の表面洗浄を行った後、シリコン半導体基
板40を酸化膜形成装置に搬入したが、シリコン半導体
基板40の表面洗浄から酸化膜形成装置への搬入までの
雰囲気を、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気として
もよい。尚、このような雰囲気は、例えば、シリコン半
導体基板の表面洗浄装置の雰囲気を不活性ガス雰囲気と
し、且つ、不活性ガスが充填された搬送用ボックス内に
シリコン半導体基板40を納めて酸化膜形成装置の基板
搬入出部20や酸化炉50に搬入する方法や、図14に
模式図を示すように、表面洗浄装置、酸化膜形成装置、
搬送路、ローダー及びアンローダーから構成されたクラ
スターツール装置を用い、シリコン半導体基板の表面洗
浄装置から酸化膜形成装置の基板搬入出部20あるいは
酸化炉50までを搬送路で結び、かかる表面洗浄装置及
び搬送路の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする方法によっ
て達成することができる。
Alternatively, after cleaning the surface of the silicon semiconductor substrate 40 with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water in Examples 1 to 4, the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the oxide film forming apparatus. However, the atmosphere from the surface cleaning of the silicon semiconductor substrate 40 to the transfer into the oxide film forming apparatus may be an inert gas (eg, nitrogen gas) atmosphere. In this case, for example, the atmosphere of the apparatus for cleaning the surface of a silicon semiconductor substrate is made an inert gas atmosphere, and the silicon semiconductor substrate 40 is placed in a transport box filled with an inert gas to form an oxide film. A method for loading the substrate into and out of the substrate loading / unloading section 20 and the oxidation furnace 50, and a surface cleaning device, an oxide film forming device,
Using a transport tool, a cluster tool device including a loader and an unloader, connecting the surface cleaning device of the silicon semiconductor substrate to the substrate loading / unloading section 20 of the oxide film forming device or the oxidation furnace 50 by a transport route, and the surface cleaning device. In addition, it can be achieved by a method in which the atmosphere of the transport path is an inert gas atmosphere.

【0087】あるいは又、0.1%フッ化水素酸水溶液
及び純水により半導体層の表面洗浄を行う代わりに、表
2に例示する条件にて、無水フッ化水素ガスを用いた気
相洗浄法によって半導体層の表面洗浄を行ってもよい。
尚、パーティクルの発生防止のためにメタノールを添加
する。あるいは又、表3に例示する条件にて、塩化水素
ガスを用いた気相洗浄法によって半導体層の表面洗浄を
行ってもよい。尚、半導体層の表面洗浄開始前あるいは
表面洗浄完了後における表面洗浄装置の雰囲気や搬送路
等の雰囲気は、不活性ガス雰囲気としてもよいし、例え
ば1.3×10 -1Pa(10-3Torr)程度の真空雰囲気
としてもよい。尚、搬送路等の雰囲気を真空雰囲気とす
る場合には、半導体層を搬入する際の酸化膜形成装置の
基板搬入出部20あるいは酸化炉50の雰囲気を例えば
1.3×10-1Pa(10-3Torr)程度の真空雰囲気と
しておき、半導体層の搬入完了後、基板搬入出部20あ
るいは酸化炉50の雰囲気を、酸素ガスを0.67容積
%乃至20容積%含有する大気圧の不活性ガス(例えば
窒素ガス)雰囲気とすればよい。
Alternatively, a 0.1% hydrofluoric acid aqueous solution
Instead of cleaning the surface of the semiconductor layer with pure water and
Gas using anhydrous hydrogen fluoride gas under the conditions exemplified in FIG.
The surface of the semiconductor layer may be cleaned by a phase cleaning method.
Methanol is added to prevent the generation of particles
I do. Alternatively, under the conditions exemplified in Table 3, hydrogen chloride
Surface cleaning of semiconductor layer by gas phase cleaning method using gas
May go. Before starting the surface cleaning of the semiconductor layer or
Atmosphere and transport path of surface cleaning equipment after surface cleaning is completed
Atmosphere may be an inert gas atmosphere.
1.3 × 10 -1Pa (10-3Torr) vacuum atmosphere
It may be. In addition, the atmosphere of the transfer path, etc.
In this case, when the semiconductor layer is carried in,
The atmosphere of the substrate loading / unloading section 20 or the oxidizing furnace 50 is, for example,
1.3 × 10-1Pa (10-3Torr) vacuum atmosphere
After the loading of the semiconductor layer is completed, the substrate loading / unloading section 20 is opened.
Or the atmosphere of the oxidizing furnace 50 is set to an oxygen gas of 0.67 volume.
% To 20% by volume of an inert gas at atmospheric pressure (eg,
A nitrogen gas atmosphere may be used.

【0088】[0088]

【表2】 無水フッ化水素ガス:300sccm メタノール蒸気 :80sccm 窒素ガス :1000sccm 圧力 :0.3Pa 温度 :60゜C[Table 2] Anhydrous hydrogen fluoride gas: 300 sccm Methanol vapor: 80 sccm Nitrogen gas: 1000 sccm Pressure: 0.3 Pa Temperature: 60 ° C

【0089】[0089]

【表3】 塩化水素ガス/窒素ガス:1容量% 温度 :800゜C[Table 3] Hydrogen chloride gas / nitrogen gas: 1% by volume Temperature: 800 ° C

【0090】尚、これらの場合の酸化膜形成装置として
は、図2、図11、図12に示した酸化膜形成装置を用
いることができる。これにより、酸化膜の形成前に水素
やフッ素で終端された半導体層の表面を汚染等の無い状
態に保つことができる結果、形成された酸化膜中に水分
や有機物、あるいは又、Si−OHが取り込まれ、形成
された酸化膜の特性が低下しあるいは欠陥部分が発生す
ることを、効果的に防ぐことができる。
In these cases, the oxide film forming apparatus shown in FIGS. 2, 11 and 12 can be used. This makes it possible to keep the surface of the semiconductor layer terminated with hydrogen or fluorine free of contamination or the like before the oxide film is formed. As a result, moisture, organic substances, or Si-OH Can be effectively prevented from deteriorating the properties of the formed oxide film or generating defective portions.

【0091】更には、酸化膜の形成に引き続き、例えば
ゲート電極を形成するために、酸化膜上に不純物を含有
するポリシリコン層やアモルファスシリコン層を成膜
し、更に、ポリシリコン層やアモルファスシリコン層に
含有された不純物を活性化アニール処理することもでき
る。
Further, following the formation of the oxide film, a polysilicon layer or an amorphous silicon layer containing impurities is formed on the oxide film to form, for example, a gate electrode. Activation annealing treatment can be performed on impurities contained in the layer.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明の第1の態様に係る酸化膜の形成
方法においては、酸化炉内に搬入された半導体層の表面
に付着した有機物が酸化炉雰囲気中の酸素ガスと反応し
て除去される結果、電荷量をより保持する方向に真性不
良率がシフトしており、初期不良率の低い、優れた耐圧
特性を有する酸化膜を形成することができる。この結
果、半導体装置に高い信頼性を付与することが可能とな
る。また、シリコン半導体基板を酸化炉に搬入する際の
大気の巻き込みの影響を排除することができる。更に
は、本発明の第2の態様に係る酸化膜の形成方法におい
ては、酸化膜の形成が完了した後、酸化炉内を速やかに
不活性ガス雰囲気とするので、膜厚ばらつきの少ない酸
化膜を形成することができる。
According to the method for forming an oxide film according to the first aspect of the present invention, organic substances adhering to the surface of the semiconductor layer carried into the oxidation furnace are removed by reacting with oxygen gas in the atmosphere of the oxidation furnace. As a result, the intrinsic defect rate shifts in the direction of more retaining the charge amount, and an oxide film having a low initial defect rate and excellent withstand voltage characteristics can be formed. As a result, high reliability can be imparted to the semiconductor device. Further, it is possible to eliminate the influence of air entrapment when the silicon semiconductor substrate is carried into the oxidation furnace. Furthermore, in the method for forming an oxide film according to the second aspect of the present invention, since the inside of the oxidation furnace is immediately brought into an inert gas atmosphere after the formation of the oxide film is completed, the oxide film having a small thickness variation is small. Can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1における雰囲気温度プロファイル等を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an ambient temperature profile and the like in Example 1.

【図2】縦型方式の酸化膜形成装置(熱酸化炉)の模式
的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a vertical type oxide film forming apparatus (thermal oxidation furnace).

【図3】実施例1における酸化膜の形成方法を説明する
ための酸化膜形成装置等の概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming an oxide film in Example 1.

【図4】図3に引き続き、実施例1における酸化膜の形
成方法を説明するための酸化膜形成装置等の概念図であ
る。
FIG. 4 is a conceptual diagram of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming an oxide film in Example 1, following FIG. 3;

【図5】図4に引き続き、実施例1における酸化膜の形
成方法を説明するための酸化膜形成装置等の概念図であ
る。
FIG. 5 is a conceptual diagram of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming an oxide film in Example 1 following FIG. 4;

【図6】図5に引き続き、実施例1における酸化膜の形
成方法を説明するための酸化膜形成装置等の概念図であ
る。
FIG. 6 is a conceptual diagram of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming an oxide film in Example 1, following FIG.

【図7】QBD特性を測定するための回路の模式図であ
る。
FIG. 7 is a schematic diagram of a circuit for measuring Q BD characteristics.

【図8】実施例1及び比較例1にて得られたシリコン酸
化膜において、累積不良率Pと絶縁破壊に至るまでの時
間tBDの関係のワイブル確率分布を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a Weibull probability distribution of the relationship between the cumulative failure rate P and the time t BD up to dielectric breakdown in the silicon oxide films obtained in Example 1 and Comparative Example 1.

【図9】実施例2における雰囲気温度プロファイル等を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an ambient temperature profile and the like in Example 2.

【図10】実施例3における雰囲気温度プロファイル等
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an ambient temperature profile and the like in Example 3.

【図11】本発明の酸化膜の形成方法の実施に適した横
型の酸化膜形成装置の模式的な断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a horizontal oxide film forming apparatus suitable for carrying out an oxide film forming method of the present invention.

【図12】図11とは若干構造が異なる、本発明の酸化
膜の形成方法の実施に適した横型の酸化膜形成装置の模
式的な断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a horizontal oxide film forming apparatus suitable for carrying out an oxide film forming method of the present invention, which has a structure slightly different from that of FIG.

【図13】酸素プラズマと水素プラズマとの反応により
発生した湿式ガスによって酸化膜を形成するための酸化
膜形成装置の概念図である。
FIG. 13 is a conceptual diagram of an oxide film forming apparatus for forming an oxide film using a wet gas generated by a reaction between oxygen plasma and hydrogen plasma.

【図14】クラスターツール装置の模式図である。FIG. 14 is a schematic view of a cluster tool device.

【図15】従来のシリコン酸化膜の形成方法を説明する
ための酸化膜形成装置等の模式的な断面図である。
FIG. 15 is a schematic sectional view of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a conventional method for forming a silicon oxide film.

【図16】図15に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するための酸化膜形成装置等の模式的な
断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a conventional method of forming a silicon oxide film, following FIG.

【図17】図16に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するための酸化膜形成装置等の模式的な
断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a conventional method of forming a silicon oxide film, following FIG. 16;

【図18】図17に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するための酸化膜形成装置等の模式的な
断面図である。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of an oxide film forming apparatus and the like for explaining a conventional method of forming a silicon oxide film, following FIG. 17;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,50,60・・・酸化炉、11・・・ガス流路、
12・・・ガス導入部、13・・・ガス排気部、14・
・・ヒータ、15・・・シャッター、16・・・均熱
管、20・・・基板搬入出部、21・・・ガス導入部、
22・・・ガス排気部、23・・・エレベータ機構、2
4・・・石英ボート、30・・・燃焼室、31,32,
33・・・配管、40・・・シリコン半導体基板、51
・・・抵抗加熱ヒータ、51A・・・ランプ、52・・
・ウエハ台、53・・・ゲートバルブ、54・・・ガス
導入部、55・・・ガス排気部、70・・・湿式ガス発
生装置、71・・・湿式ガス発生室、72・・・マイク
ロ波導波管、73・・・マグネトロン、74,75,7
6,78・・・配管、77,79・・・ヒータ
10, 50, 60: oxidation furnace, 11: gas flow path,
12 ... gas introduction part, 13 ... gas exhaust part, 14.
..Heater, 15 ... Shutter, 16 ... Heat equalizing tube, 20 ... Substrate carry-in / out part, 21 ... Gas introduction part,
22: gas exhaust unit, 23: elevator mechanism, 2
4 ... quartz boat, 30 ... combustion chamber, 31, 32,
33 ... piping, 40 ... silicon semiconductor substrate, 51
... Resistance heater, 51A ... Lamp, 52 ...
・ Wafer table, 53 ・ ・ ・ Gate valve, 54 ・ ・ ・ Gas introduction part, 55 ・ ・ ・ Gas exhaust part, 70 ・ ・ ・ Wet gas generator, 71 ・ ・ ・ Wet gas generation chamber, 72 ・ ・ ・ Micro Wave waveguide, 73 ... magnetron, 74, 75, 7
6, 78: piping, 77, 79: heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AA20 AB32 AC11 AC13 AC15 AC18 AD11 AD12 AD13 BB02 BB16 CA05 DP04 DP19 EB08 EB13 EK06 EN04 EN05 HA04 HA16 5F058 BA06 BA11 BA20 BC02 BE02 BF37 BF55 BF63 BF68 BH01 BJ01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F045 AA20 AB32 AC11 AC13 AC15 AC18 AD11 AD12 AD13 BB02 BB16 CA05 DP04 DP19 EB08 EB13 EK06 EN04 EN05 HA04 HA16 5F058 BA06 BA11 BA20 BC02 BE02 BF37 BF55 BF63 BF68 BH01 BJ01

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(イ)酸化炉内に半導体層を有する基体を
搬入した後、酸化炉内に湿式ガスを導入して半導体層の
表面に酸化膜を形成する工程と、 (ロ)酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化炉内に
不活性ガスを導入して酸化炉の雰囲気を不活性ガス雰囲
気とした後、酸化炉から基体を搬出する工程、から成
り、 酸化炉内に基体を搬入する前から半導体層の表面に酸化
膜を形成する前までの酸化炉の雰囲気を、酸素ガスを
0.67容積%乃至20容積%含有する不活性ガス雰囲
気とすることを特徴とする酸化膜の形成方法。
(A) a step of introducing a substrate having a semiconductor layer into an oxidation furnace and then introducing a wet gas into the oxidation furnace to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer; Stopping the introduction of the wet gas into the oxidizing furnace, introducing an inert gas into the oxidizing furnace to change the atmosphere of the oxidizing furnace to an inert gas atmosphere, and then carrying out the substrate from the oxidizing furnace. The atmosphere of the oxidizing furnace from before carrying in the substrate to before forming the oxide film on the surface of the semiconductor layer is an inert gas atmosphere containing 0.67% by volume to 20% by volume of oxygen gas. A method for forming an oxide film.
【請求項2】前記工程(イ)において、酸化炉内に半導
体層を有する基体を搬入した後、酸化炉の雰囲気温度を
所定の温度まで昇温し、その後、酸化炉内に湿式ガスを
導入し、酸化炉の雰囲気温度を該所定の温度に保持した
状態で半導体層の表面に酸化膜を形成することを特徴と
する請求項1に記載の酸化膜の形成方法。
2. In the step (a), after carrying the substrate having the semiconductor layer into the oxidation furnace, the ambient temperature of the oxidation furnace is raised to a predetermined temperature, and thereafter, a wet gas is introduced into the oxidation furnace. 2. The method as claimed in claim 1, wherein an oxide film is formed on the surface of the semiconductor layer while maintaining the ambient temperature of the oxidation furnace at the predetermined temperature.
【請求項3】前記工程(ロ)において、酸化炉への湿式
ガスの導入を中止し、酸化炉内に不活性ガスを導入しな
がら、酸化炉の雰囲気温度を降温し、次いで、酸化炉か
ら基体を搬出することを特徴とする請求項2に記載の酸
化膜の形成方法。
3. In the step (b), the introduction of the wet gas into the oxidation furnace is stopped, and while the inert gas is introduced into the oxidation furnace, the ambient temperature of the oxidation furnace is lowered. 3. The method according to claim 2, wherein the substrate is carried out.
【請求項4】工程(イ)において、基体を酸化炉内に搬
入する前の酸化炉の雰囲気温度を、半導体層表面に付着
した有機物が酸素ガスと反応して除去される温度とする
ことを特徴とする請求項1に記載の酸化膜の形成方法。
4. In the step (a), the atmosphere temperature of the oxidizing furnace before carrying the substrate into the oxidizing furnace is a temperature at which organic substances adhering to the surface of the semiconductor layer react with oxygen gas and are removed. The method for forming an oxide film according to claim 1, wherein:
【請求項5】前記工程(ロ)において、酸化炉内に不活
性ガスを導入することによって、酸化炉内を湿式ガス雰
囲気から不活性ガス雰囲気に5分以内に置換することを
特徴とする請求項1に記載の酸化膜の形成方法。
5. In the step (b), an inert gas is introduced into the oxidation furnace, whereby the inside of the oxidation furnace is changed from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes. Item 3. The method for forming an oxide film according to Item 1.
【請求項6】前記工程(ロ)において、酸化炉の容積を
V(リットル)、酸化炉内に導入する不活性ガスの流量
をF(SLM)としたとき、F≧0.3Vを満足するこ
とを特徴とする請求項1に記載の酸化膜の形成方法。
6. In the step (b), when the volume of the oxidation furnace is V (liter) and the flow rate of the inert gas introduced into the oxidation furnace is F (SLM), F ≧ 0.3V is satisfied. The method for forming an oxide film according to claim 1, wherein:
【請求項7】(イ)酸化炉内に半導体層を有する基体を
搬入した後、酸化炉内に湿式ガスを導入して半導体層の
表面に酸化膜を形成する工程と、 (ロ)酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化炉内に
不活性ガスを導入して酸化炉の雰囲気を不活性ガス雰囲
気とした後、酸化炉から基体を搬出する工程、から成
り、 工程(ロ)において、酸化炉内に不活性ガスを導入する
ことによって、酸化炉内を湿式ガス雰囲気から不活性ガ
ス雰囲気に5分以内に置換することを特徴とする酸化膜
の形成方法。
7. A method comprising: (a) carrying a substrate having a semiconductor layer into an oxidation furnace; and introducing a wet gas into the oxidation furnace to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer. Stopping the introduction of the wet gas into the oxidizing furnace, introducing an inert gas into the oxidizing furnace to change the atmosphere of the oxidizing furnace to an inert gas atmosphere, and then removing the substrate from the oxidizing furnace. 3. The method for forming an oxide film according to claim 1, wherein an inert gas is introduced into the oxidizing furnace to replace the inside of the oxidizing furnace from a wet gas atmosphere to an inert gas atmosphere within 5 minutes.
【請求項8】(イ)酸化炉内に半導体層を有する基体を
搬入した後、酸化炉内に湿式ガスを導入して半導体層の
表面に酸化膜を形成する工程と、 (ロ)酸化炉への湿式ガスの導入を中止し、酸化炉内に
不活性ガスを導入して酸化炉の雰囲気を不活性ガス雰囲
気とした後、酸化炉から基体を搬出する工程、から成
り、 工程(ロ)において、酸化炉の容積をV(リットル)、
酸化炉内に導入する不活性ガスの流量をF(SLM)と
したとき、F≧0.3V を満足することを特徴とする
酸化膜の形成方法。
8. A method comprising: (a) carrying a substrate having a semiconductor layer into an oxidation furnace; and introducing a wet gas into the oxidation furnace to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer. Stopping the introduction of the wet gas into the oxidizing furnace, introducing an inert gas into the oxidizing furnace to change the atmosphere of the oxidizing furnace to an inert gas atmosphere, and then carrying out the substrate from the oxidizing furnace. , The volume of the oxidation furnace is V (liter),
A method for forming an oxide film, wherein F ≧ 0.3V, where F (SLM) is a flow rate of an inert gas introduced into the oxidation furnace.
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