JP2000269210A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ロジックデバイス
およびその他に適用される窒素を含んだゲート酸窒化膜
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitrogen-containing gate oxynitride film applied to logic devices and others.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスの分野では、シリコンウ
ェハーが一般的に用いられているが、そこに含まれる微
量の金属不純物は半導体デバイスの欠陥の原因となる。
これらの不純物の影響を防ぐため、不純物ゲッタリング
が考えられている。例えばFeゲッタリングのためには
ウェハーにボロンを添加することが有効であることが知
られている。2. Description of the Related Art In the field of semiconductor devices, silicon wafers are generally used, but trace metal impurities contained therein cause defects in semiconductor devices.
To prevent the influence of these impurities, impurity gettering has been considered. For example, it is known that it is effective to add boron to a wafer for Fe gettering.
【0003】一方、ウェハーの表面にはゲート酸化膜が
設けられることがあるが、前記のボロン添加ウェハーの
表面に酸化膜を設けた場合、デバイス製造工程における
加熱工程で、ボロンが酸化膜に拡散してしまうという問
題があった。On the other hand, a gate oxide film is sometimes provided on the surface of the wafer. When an oxide film is provided on the surface of the boron-added wafer, boron diffuses into the oxide film in a heating step in a device manufacturing process. There was a problem of doing it.
【0004】このような問題を解決するため、酸化膜に
窒素を導入することが提案されている。すなわち、酸化
膜の代わりに酸窒化膜を設けることでボロンの拡散が防
がれるのである。In order to solve such a problem, it has been proposed to introduce nitrogen into an oxide film. That is, the diffusion of boron is prevented by providing an oxynitride film instead of the oxide film.
【0005】このような酸窒化膜をウェハー表面に形成
させるためには、従来はN2Oが用いられてきた。具体
的には、酸窒化膜を形成させるべきウェハーをチャンバ
ー内に設置し、このチャンバー内にN2Oガスを導入
し、さらに特定の温度および圧力で、例えば900℃4
00Torrで、ウェハー表面に酸窒化膜を形成させ
る。この酸窒化膜の形成過程において、N2Oの熱分解
によって生成するO2ガスが酸化剤として、生成したO2
ガスとN2Oガスの反応により生成するNOガスが窒化
剤として、作用する。In order to form such an oxynitride film on the wafer surface, N 2 O has been conventionally used. Specifically, a wafer on which an oxynitride film is to be formed is placed in a chamber, N 2 O gas is introduced into the chamber, and further, at a specific temperature and pressure, for example, 900 ° C.
At 00 Torr, an oxynitride film is formed on the wafer surface. In the process of forming the oxynitride film, O 2 gas generated by thermal decomposition of N 2 O is used as an oxidizing agent to generate O 2
The NO gas generated by the reaction between the gas and the N 2 O gas acts as a nitriding agent.
【0006】しかし、単にN2Oだけを用いたのである
と、酸窒化膜中の窒素濃度を上げることが困難である。
これは、N2Oが分解して生じる窒化材、すなわちN
O、の分圧が低いためである。例えば、900℃400
Torrの雰囲気の反応チャンバーに流入したN2Oガ
スは、約98%が分解し、そのときのガス構成はN2O
/O2/NO/NO2=1.86%/90.79%/0.
54%/6.81%となる。すなわち、チャンバー内の
ガスの90%がO2ガスであり、NOガスは0.5%程
度にすぎない。すなわち、チャンバー内には窒化材であ
るNOガスに対しO2ガスが170倍の濃度で存在し、
窒化反応に対して酸化反応が優位となるため、高窒素濃
度の窒酸化膜形成が困難となる。However, if only N 2 O is used, it is difficult to increase the nitrogen concentration in the oxynitride film.
This is because a nitride material generated by decomposition of N 2 O, that is, N 2
This is because the partial pressure of O is low. For example, 900 ° C 400
About 98% of the N 2 O gas flowing into the reaction chamber in the Torr atmosphere is decomposed, and the gas composition at that time is N 2 O
/ O 2 / NO / NO 2 = 1.86% / 90.79% / 0.
54% / 6.81%. That is, 90% of the gas in the chamber is O 2 gas, and NO gas is only about 0.5%. That is, the O 2 gas exists in the chamber at a concentration 170 times that of the NO gas which is a nitride material,
Since the oxidation reaction is superior to the nitridation reaction, it is difficult to form a nitrogen oxide film having a high nitrogen concentration.
【0007】このような点を改良するために、チャンバ
ー内の条件などの最適化により窒素濃度を高くすること
が試みられているが、充分な窒素濃度が得ることが困難
であり、また得られる酸窒化膜が厚くなってしまうなど
の問題があった。In order to improve such a point, attempts have been made to increase the nitrogen concentration by optimizing conditions in the chamber, but it is difficult to obtain a sufficient nitrogen concentration, and it is possible to obtain a sufficient nitrogen concentration. There is a problem that the oxynitride film becomes thick.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】N2Oガスの熱分解に
より、ウェハーの表面に酸窒化膜を形成させる方法にお
いて、窒素濃度を高くする方法が望まれていた。SUMMARY OF THE INVENTION In a method of forming an oxynitride film on the surface of a wafer by thermal decomposition of N 2 O gas, a method of increasing the nitrogen concentration has been desired.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造法は、N2Oガスを熱分解させてウェハー上に酸窒化
膜を形成させる半導体装置の製造法であって、O2ガス
と反応してウェハーの酸化反応に寄与しない生成物を生
じるガスをN2Oとともに供給すること、を特徴とする
ものである。Preparation of a semiconductor device of the present invention SUMMARY OF] is an a N 2 O gas by thermal decomposition method for producing a semiconductor device for forming an oxynitride film on the wafer, and O 2 gas A gas that reacts to produce a product that does not contribute to the oxidation reaction of the wafer is supplied together with N 2 O.
【0010】本発明の方法によれば、N2Oガスを熱分
解させてウェハー上に酸窒化膜を形成させる半導体装置
の製造において、窒素濃度の高く、かつ膜厚の薄い酸窒
化膜を形成させることができる。According to the method of the present invention, in the manufacture of a semiconductor device in which an N 2 O gas is thermally decomposed to form an oxynitride film on a wafer, an oxynitride film having a high nitrogen concentration and a small thickness is formed. Can be done.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の方法に用いることのでき
るウェハーは、酸化反応により表面に酸化膜を形成させ
ることができるものであれば任意のものをもちいること
ができ、用途に応じて選択される。このようなウェハー
としては、具体的には、シリコン、およびその他、が挙
げられる。これらの中で、ドーパント、特にB、を添加
したシリコンウェハーを用いることが好ましい。これは
窒素濃度の高い酸窒化膜を形成させることによる利益が
大きいためである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Any wafer that can be used in the method of the present invention can be used as long as it can form an oxide film on the surface by an oxidation reaction. Selected. Specific examples of such a wafer include silicon and others. Among these, it is preferable to use a silicon wafer to which a dopant, particularly B, is added. This is because the benefit of forming an oxynitride film having a high nitrogen concentration is great.
【0012】本発明の方法では、前記したウェハーを反
応室に配置し、反応室内にN2Oガスと、O2と反応して
ウェハーの酸化反応に寄与しない生成物を生じるガス
(以下、スカベンジャーガスという)とを導入し、所定
の温度および圧力のもとでウェハー表面を酸窒化させる
ものである。In the method of the present invention, the above-mentioned wafer is placed in a reaction chamber, and N 2 O gas and a gas which reacts with O 2 to generate a product which does not contribute to the oxidation reaction of the wafer (hereinafter referred to as a scavenger). Gas) and oxynitriding the wafer surface at a predetermined temperature and pressure.
【0013】スカベンジャーガスは、O2ガスと反応し
てウェハーの酸化反応に寄与しない生成物を生じるガス
である。すなわちスカベンジャーガスは、反応雰囲気中
のO2ガスを消費して、O2ガスの分圧を下げる作用をす
るものである。したがって、スカベンジャーガスは還元
性ガス、または可燃性ガスであり得る。ここで、N2O
ガスそのものもO2ガスと反応するものであるが、それ
自体が熱分解によりO2ガスを生じ、またO2ガスの分圧
を下げることもないのであり、N2Oガスそのものはス
カベンジャーガスとして作用せず、スカベンジャーガス
に包含されないことは言うまでもない。また、このスカ
ベンジャーガスは、N2O、またはその熱分解により生
じる分解生成物のうち、O2以外の成分、特にNO、と
反応しないものが好ましい。このようなスカベンジャー
ガスとしては、具体的には、炭化水素、アミン、アルコ
ール、エーテル、およびその他が挙げられる。これらの
中で、取り扱い易さやコストの点から、CH4、C
2H6、およびNH3が特に好ましい。The scavenger gas is a gas that reacts with O 2 gas to produce a product that does not contribute to the oxidation reaction of the wafer. That is, the scavenger gas consumes the O 2 gas in the reaction atmosphere and acts to lower the partial pressure of the O 2 gas. Thus, the scavenger gas can be a reducing gas, or a combustible gas. Where N 2 O
Although the gas itself reacts with the O 2 gas, the gas itself generates the O 2 gas by thermal decomposition and does not lower the partial pressure of the O 2 gas. The N 2 O gas itself is used as a scavenger gas. Needless to say, it does not work and is not included in the scavenger gas. The scavenger gas preferably does not react with components other than O 2 , particularly NO, of N 2 O or decomposition products generated by thermal decomposition thereof. Such scavenger gases specifically include hydrocarbons, amines, alcohols, ethers, and others. Among them, CH 4 and C are preferred in terms of ease of handling and cost.
2 H 6 and NH 3 are particularly preferred.
【0014】N2Oガスに対するスカベンジャーガスの
割合は任意であるが、一般にモル比で0.25倍以下、
好ましくは0.125倍以下、の割合で添加する。この
割合よりも小さいと酸窒化膜の窒素濃度が充分な高くな
らず、また大きすぎると酸窒化膜の形成速度が不充分と
なることがあるので注意が必要である。Although the ratio of the scavenger gas to the N 2 O gas is arbitrary, it is generally 0.25 times or less in molar ratio.
Preferably, it is added in a ratio of 0.125 times or less. If the ratio is smaller than this, the nitrogen concentration of the oxynitride film will not be sufficiently high, and if it is too large, the formation rate of the oxynitride film may be insufficient, so care must be taken.
【0015】酸窒化膜を形成させる条件は、酸窒化膜を
効率よく生成させるように選択されるが、好ましい条件
は800〜1000℃/100〜700Torrであ
る。The conditions for forming the oxynitride film are selected so as to efficiently form the oxynitride film, but the preferable conditions are 800 to 1000 ° C./100 to 700 Torr.
【0016】形成された酸窒化膜の窒素濃度は二次イオ
ンマスアナライザー(Secondary Ion Mass Spectroscop
y:以下、SIMSという)により測定することができ
る。従来技術のようなN2Oガスだけにより形成された
酸窒化膜は、SIMSにより測定すると、窒素ピーク濃
度が3%未満であったのに対して、本発明の方法により
形成された酸窒化膜では窒素ピーク濃度が3〜5%とな
り、Bが添加されたウェハーにおいて、Bの熱工程での
拡散を抑制するのに好ましい濃度である。The nitrogen concentration of the formed oxynitride film is measured by a secondary ion mass analyzer (Secondary Ion Mass Spectroscop).
y: hereinafter referred to as SIMS). The oxynitride film formed by only the N 2 O gas as in the prior art had a nitrogen peak concentration of less than 3% as measured by SIMS, whereas the oxynitride film formed by the method of the present invention. In this case, the nitrogen peak concentration becomes 3 to 5%, which is a preferable concentration for suppressing the diffusion of B in the heating step in the wafer to which B is added.
【0017】本発明は前記したとおり、酸窒化膜の形成
においてN2Oガスとスカベンジャーガスとを供給して
ウェハー表面を酸窒化するものであるが、ここに規定し
た以外は、従来知られている、酸窒化膜を形成させるた
めの方法を任意に組み合わせることができる。As described above, in the present invention, in forming an oxynitride film, N 2 O gas and scavenger gas are supplied to oxynitride the surface of the wafer. The methods for forming the oxynitride film can be arbitrarily combined.
【0018】[0018]
【実施例】本発明は、N2Oガスによるゲート酸窒化膜
形成において、窒化材であるNOガスに対して高い濃度
で存在するO2ガス濃度を低減し、ウェハー表面の酸化
反応に対する窒化反応の割合を改善し、5nm以下の薄
膜の高窒素濃度酸化膜を形成させる方法である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, in the formation of a gate oxynitride film using N 2 O gas, the concentration of O 2 gas which is present at a high concentration with respect to NO gas as a nitride material is reduced, and the nitridation reaction with respect to the oxidation reaction of the wafer surface is performed. Is improved to form an oxide film having a high nitrogen concentration of 5 nm or less.
【0019】N2Oガスを900℃400Torrの雰
囲気の反応チャンバーに導入すると以下の反応により熱
分解する。When N 2 O gas is introduced into a reaction chamber in an atmosphere of 900 ° C. and 400 Torr, it is thermally decomposed by the following reaction.
【化1】 Embedded image
【0020】このとき、酸化材はO2ガス、窒化材はN
Oガスである。O2ガスは上記反応により気相中濃度9
0.8%、NOガスは0.54%であり、酸化材は窒化
材の170倍の分圧で存在し、窒化反応に対し酸化反応
が優位な状況で酸窒化反応は進行する。従って、高窒素
濃度の酸窒化膜を形成させる場合、圧力上昇などによ
り、NOガス分圧を上昇させてようとしても、同時にO
2ガスによる酸化反応も加速され、酸窒化膜の窒素濃度
を上昇させることは困難である。At this time, the oxidizing material is O 2 gas, and the nitriding material is N 2 gas.
O gas. O 2 gas has a gaseous concentration of 9 by the above reaction.
0.8%, NO gas is 0.54%, and the oxidizing material exists at a partial pressure 170 times that of the nitriding material, and the oxynitriding reaction proceeds in a situation where the oxidation reaction is superior to the nitriding reaction. Therefore, when forming an oxynitride film having a high nitrogen concentration, even if the partial pressure of NO gas is increased by increasing the pressure or the like, O
The oxidation reaction by the two gases is also accelerated, and it is difficult to increase the nitrogen concentration of the oxynitride film.
【0021】本発明の方法では、N2Oガスの熱分解に
より発生する多量のO2ガスをN2Oガスと同時にスカベ
ンジャーガスをチャンバー内に導入することにより、O
2ガスとスカベンジャーガスを反応させ、酸化材である
O2ガスを消費させることでO2濃度を低下させ、窒化反
応に対して相対的に酸化反応を抑制し、高窒素濃度の窒
酸化膜を形成させる。このとき、本発明の効果として酸
窒化膜の膜厚を5nm以下にすることができる。[0021] In the method of the present invention, by introducing a large amount of O 2 gas generated by thermal decomposition of N 2 O gas simultaneously scavenger gas into the chamber and N 2 O gas, O
The two gases react with the scavenger gas to reduce the O 2 concentration by consuming the O 2 gas, which is an oxidizing agent. Let it form. At this time, as an effect of the present invention, the thickness of the oxynitride film can be reduced to 5 nm or less.
【0022】上記スカベンジガスとしてNH3/CH4/
C2H6など、O2ガスと反応して、ウェハー表面の酸化
反応に寄与しない生成物を生じるガスを添加する。これ
らのスカベンジガスとO2ガスとの反応は、例えば以下
の通りとなる。The scavenging gas is NH 3 / CH 4 /
A gas, such as C 2 H 6 , which reacts with O 2 gas to generate a product that does not contribute to the oxidation reaction on the wafer surface is added. The reaction between the scavenge gas and the O 2 gas is, for example, as follows.
【化2】 Embedded image
【0023】上記反応により気相中のO2ガスは消費さ
れ、ウェハー表面の酸化反応に寄与しないNOxガスや
CO2ガスに変換され、O2ガス濃度は低減される。これ
により、ウェハー表面の酸化反応に対して窒化反応を相
対的に促進することが可能となり、3%以上の窒素濃度
ピークを持つ5nm以下の薄膜酸窒化膜形成が可能とな
る。O 2 gas in the gas phase is consumed by the above reaction and is converted into NO x gas or CO 2 gas which does not contribute to the oxidation reaction on the wafer surface, and the O 2 gas concentration is reduced. This makes it possible to relatively accelerate the nitridation reaction with respect to the oxidation reaction on the wafer surface, and to form a thin film oxynitride film of 5 nm or less having a nitrogen concentration peak of 3% or more.
【0024】[0024]
【発明の効果】本発明の方法によれば、N2Oガスを熱
分解させてウェハー上に酸窒化膜を形成させる半導体装
置の製造において、窒素濃度の高く、かつ膜厚の薄い酸
窒化膜を形成させることができる。According to the method of the present invention, an oxynitride film having a high nitrogen concentration and a small film thickness is manufactured in the manufacture of a semiconductor device in which an N 2 O gas is thermally decomposed to form an oxynitride film on a wafer. Can be formed.
Claims (5)
窒化膜を形成させる半導体装置の製造法であって、O2
ガスと反応してウェハー表面の酸化反応に寄与しない生
成物を生じるガスをN2Oとともに供給することを特徴
とする半導体装置の製造法。We claim: 1. The N 2 O gas is thermally decomposed to a method of manufacturing a semiconductor device for forming an oxynitride film on the wafer, O 2
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising supplying a gas which reacts with a gas to produce a product which does not contribute to an oxidation reaction on a wafer surface together with N 2 O.
応に寄与しない生成物を生じるガスが、NH3、CH4、
およびC2H6からなる群から選ばれる、請求項1に記載
の半導体装置の製造法。 2. The gas which reacts with the O 2 gas to produce a product which does not contribute to the oxidation reaction of the wafer is NH 3 , CH 4 ,
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of C 2 and C 2 H 6 .
℃/100〜700Torrの条件下で行う、請求項1
または2に記載の半導体装置の製造法。3. The formation of the oxynitride film is performed at 800 to 1000
The method is performed under the condition of C / 100 to 700 Torr.
Or a method for manufacturing a semiconductor device according to item 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体の製造法。4. The oxynitride film has a thickness of 5 nm or less.
The method for manufacturing a semiconductor according to claim 1.
である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装
置の製造法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the wafer is a Si wafer to which B is added.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11073896A JP2000269210A (en) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11073896A JP2000269210A (en) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000269210A true JP2000269210A (en) | 2000-09-29 |
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ID=13531440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11073896A Pending JP2000269210A (en) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000269210A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100548550B1 (en) * | 2002-07-12 | 2006-02-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for in-situ forming oxide and nitride in semiconductor device |
JP2014500524A (en) * | 2010-11-03 | 2014-01-09 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | Optical waveguide formation |
-
1999
- 1999-03-18 JP JP11073896A patent/JP2000269210A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100548550B1 (en) * | 2002-07-12 | 2006-02-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for in-situ forming oxide and nitride in semiconductor device |
JP2014500524A (en) * | 2010-11-03 | 2014-01-09 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | Optical waveguide formation |
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