JP2000357688A - 熱酸化膜の形成方法 - Google Patents
熱酸化膜の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板上に、窒素濃度分布が制御されト
ランジスタのゲート絶縁膜等として好適する熱酸化膜を
形成する。また、半導体基板へのダメージの少ないプロ
セスで、領域により異なる膜厚を有する熱酸化膜を形成
する。 【解決手段】 本発明の熱酸化膜の形成方法では、まず
半導体基板上に熱酸化膜を形成した後、この半導体基板
を、ＮＯガス等の雰囲気で第１の熱処理を行ない、第１
の酸化窒化膜を形成する。次いで、この酸化窒化膜の少
なくとも一部を、ウェットエッチングにより除去した
後、酸素やＮＯガスまたはＮ2 Ｏガス等の反応性ガス雰
囲気で第２の熱処理を行ない、所望の窒素濃度分布を有
する第２の酸化窒化膜を形成する。
ランジスタのゲート絶縁膜等として好適する熱酸化膜を
形成する。また、半導体基板へのダメージの少ないプロ
セスで、領域により異なる膜厚を有する熱酸化膜を形成
する。 【解決手段】 本発明の熱酸化膜の形成方法では、まず
半導体基板上に熱酸化膜を形成した後、この半導体基板
を、ＮＯガス等の雰囲気で第１の熱処理を行ない、第１
の酸化窒化膜を形成する。次いで、この酸化窒化膜の少
なくとも一部を、ウェットエッチングにより除去した
後、酸素やＮＯガスまたはＮ2 Ｏガス等の反応性ガス雰
囲気で第２の熱処理を行ない、所望の窒素濃度分布を有
する第２の酸化窒化膜を形成する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱酸化膜の形成方
法に係わり、特にシリコン基板のような半導体基板の表
面に、ゲート絶縁膜として有用な、窒素を含む酸化膜を
形成する方法に関する。
法に係わり、特にシリコン基板のような半導体基板の表
面に、ゲート絶縁膜として有用な、窒素を含む酸化膜を
形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁
膜として、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜に代わり、構造
が緻密でボロン拡散のバリア性が良好な、窒素を含む酸
化膜（酸化窒化膜）が用いられつつある。
膜として、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜に代わり、構造
が緻密でボロン拡散のバリア性が良好な、窒素を含む酸
化膜（酸化窒化膜）が用いられつつある。
【０００３】このような酸化窒化膜を形成する方法とし
て、従来から、シリコン基板を酸素雰囲気で例えば約 8
00℃の温度で熱処理することによって、図５（ａ）に示
すように、シリコン基板１１の表面に熱酸化膜であるＳ
ｉＯ2 膜１２を形成した後、さらに図５（ｂ）に示すよ
うに、一酸化窒素（ＮＯ）ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ2
Ｏ）ガス雰囲気で熱処理することにより、図５（ｃ）に
示すように、ＳｉＯ2膜１２中に窒素を導入して、酸化
窒化膜１３とする方法がある。
て、従来から、シリコン基板を酸素雰囲気で例えば約 8
00℃の温度で熱処理することによって、図５（ａ）に示
すように、シリコン基板１１の表面に熱酸化膜であるＳ
ｉＯ2 膜１２を形成した後、さらに図５（ｂ）に示すよ
うに、一酸化窒素（ＮＯ）ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ2
Ｏ）ガス雰囲気で熱処理することにより、図５（ｃ）に
示すように、ＳｉＯ2膜１２中に窒素を導入して、酸化
窒化膜１３とする方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で、特にＮＯガス雰囲気で熱処理を行なった場合に
は、シリコン基板１１との界面近傍にのみ窒素が導入さ
れ、酸化窒化膜１３中での窒素含有濃度が、図６に示す
ように、シリコン基板１１との界面近傍にピークを有す
るプロファイルとなるため、ＭＯＳトランジスタの電流
駆動力が劣化するという問題があった。なお、Ｎ2 Ｏガ
ス雰囲気での熱処理では、酸化窒化膜１３中の窒素濃度
の分布が、厚さ方向によりブロードとなるが、シリコン
基板１１との界面に近い下層部にピークを有し、同様な
問題が生じていた。
法で、特にＮＯガス雰囲気で熱処理を行なった場合に
は、シリコン基板１１との界面近傍にのみ窒素が導入さ
れ、酸化窒化膜１３中での窒素含有濃度が、図６に示す
ように、シリコン基板１１との界面近傍にピークを有す
るプロファイルとなるため、ＭＯＳトランジスタの電流
駆動力が劣化するという問題があった。なお、Ｎ2 Ｏガ
ス雰囲気での熱処理では、酸化窒化膜１３中の窒素濃度
の分布が、厚さ方向によりブロードとなるが、シリコン
基板１１との界面に近い下層部にピークを有し、同様な
問題が生じていた。
【０００５】また、一回の熱酸化処理により、シリコン
基板上に、領域により膜厚の異なる酸化膜を形成する方
法として、従来から、シリコン基板の所定の領域に窒素
イオン注入を行なった後、熱酸化する方法がある。シリ
コン基板の窒素イオンが注入された領域の酸化レート
は、イオン注入されない領域の酸化レートに比べて小さ
いので、前記方法により、前者の領域に薄い酸化膜（酸
化窒化膜）、後者の領域に厚い酸化膜と、２種類の異な
る膜厚の酸化膜を形成することができる。
基板上に、領域により膜厚の異なる酸化膜を形成する方
法として、従来から、シリコン基板の所定の領域に窒素
イオン注入を行なった後、熱酸化する方法がある。シリ
コン基板の窒素イオンが注入された領域の酸化レート
は、イオン注入されない領域の酸化レートに比べて小さ
いので、前記方法により、前者の領域に薄い酸化膜（酸
化窒化膜）、後者の領域に厚い酸化膜と、２種類の異な
る膜厚の酸化膜を形成することができる。
【０００６】しかし、この方法では、シリコン基板の所
定の領域に窒素を導入するために、窒素イオン注入の方
法が用いられているため、イオン注入により、シリコン
基板にダメージが発生しやすいばかりでなく、基板上に
設けられるレジストや他の装置からの汚染が生じやすい
という問題があった。
定の領域に窒素を導入するために、窒素イオン注入の方
法が用いられているため、イオン注入により、シリコン
基板にダメージが発生しやすいばかりでなく、基板上に
設けられるレジストや他の装置からの汚染が生じやすい
という問題があった。
【０００７】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、半導体基板上に、窒素濃度分布が制
御され、トランジスタのゲート絶縁膜等として好適する
熱酸化膜を形成する方法を提供することを目的とする。
になされたもので、半導体基板上に、窒素濃度分布が制
御され、トランジスタのゲート絶縁膜等として好適する
熱酸化膜を形成する方法を提供することを目的とする。
【０００８】また、半導体基板に対するダメージや汚染
の少ないプロセスで、一回の酸化工程で領域により膜厚
の異なる熱酸化膜を形成する方法を提供することを目的
とする。
の少ないプロセスで、一回の酸化工程で領域により膜厚
の異なる熱酸化膜を形成する方法を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明の熱
酸化膜の形成方法は、半導体基板上に酸化膜を形成する
工程と、前記酸化膜が形成された半導体基板を、窒素を
含む分子式を有する第１の反応性ガス雰囲気で第１の熱
処理を行ない、酸化窒化膜を形成する工程と、前記酸化
窒化膜の少なくとも一部をウェットエッチングにより除
去する工程と、少なくとも一部が除去された前記酸化窒
化膜を、分子式中に酸素を含む第２の反応性ガス雰囲気
で第２の熱処理を行なう工程とを備えたことを特徴とす
る。
酸化膜の形成方法は、半導体基板上に酸化膜を形成する
工程と、前記酸化膜が形成された半導体基板を、窒素を
含む分子式を有する第１の反応性ガス雰囲気で第１の熱
処理を行ない、酸化窒化膜を形成する工程と、前記酸化
窒化膜の少なくとも一部をウェットエッチングにより除
去する工程と、少なくとも一部が除去された前記酸化窒
化膜を、分子式中に酸素を含む第２の反応性ガス雰囲気
で第２の熱処理を行なう工程とを備えたことを特徴とす
る。
【００１０】この第１の発明により、半導体基板上に、
窒素濃度分布が所望のプロファイルとなるように制御さ
れた、ＭＯＳトランジスタ等のゲート絶縁膜として好適
する熱酸化膜（酸化窒化膜）が形成される。また、一回
の酸化で、領域により膜厚の異なる熱酸化膜が形成さ
れ、かつ半導体基板に対するダメージや汚染の発生が少
ない。
窒素濃度分布が所望のプロファイルとなるように制御さ
れた、ＭＯＳトランジスタ等のゲート絶縁膜として好適
する熱酸化膜（酸化窒化膜）が形成される。また、一回
の酸化で、領域により膜厚の異なる熱酸化膜が形成さ
れ、かつ半導体基板に対するダメージや汚染の発生が少
ない。
【００１１】本第１の発明において、第２の反応性ガス
としては、酸素（Ｏ2 ）の他に、ＮＯガスまたはＮ2 Ｏ
ガスを用いることができる。ＮＯガスまたはＮ2 Ｏガス
のような酸化窒素ガスの使用により、厚さ方向によりブ
ロードな窒素濃度分布を有する酸化窒化膜が形成され
る。
としては、酸素（Ｏ2 ）の他に、ＮＯガスまたはＮ2 Ｏ
ガスを用いることができる。ＮＯガスまたはＮ2 Ｏガス
のような酸化窒素ガスの使用により、厚さ方向によりブ
ロードな窒素濃度分布を有する酸化窒化膜が形成され
る。
【００１２】また、第１の熱処理を行なう際の第１の反
応性ガスと、第２の熱処理を行なう際の第２の反応性ガ
スとは、それぞれ分子式中に窒素を含む酸化窒素ガスで
あっても、異なる種類の反応性ガスとすることができ
る。こうして、半導体基板との界面側と表面側の両方に
それぞれ窒素濃度のピークを有する酸化窒化膜を、形成
することができる。
応性ガスと、第２の熱処理を行なう際の第２の反応性ガ
スとは、それぞれ分子式中に窒素を含む酸化窒素ガスで
あっても、異なる種類の反応性ガスとすることができ
る。こうして、半導体基板との界面側と表面側の両方に
それぞれ窒素濃度のピークを有する酸化窒化膜を、形成
することができる。
【００１３】第２の発明の熱酸化膜の形成方法は、半導
体基板上に熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜が
形成された半導体基板を、ＮＯガス雰囲気で第１の熱処
理を行ない、第１の酸化窒化膜を形成する工程と、前記
第１の酸化窒化膜の窒素濃度の低い表層部を、ウェット
エッチングにより除去する工程と、前記表層部が除去さ
れた前記第１の酸化窒化膜を、酸化性のガス雰囲気で第
２の熱処理を行ない、第２の酸化窒化膜を形成する工程
とを備えたことを特徴とする。
体基板上に熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜が
形成された半導体基板を、ＮＯガス雰囲気で第１の熱処
理を行ない、第１の酸化窒化膜を形成する工程と、前記
第１の酸化窒化膜の窒素濃度の低い表層部を、ウェット
エッチングにより除去する工程と、前記表層部が除去さ
れた前記第１の酸化窒化膜を、酸化性のガス雰囲気で第
２の熱処理を行ない、第２の酸化窒化膜を形成する工程
とを備えたことを特徴とする。
【００１４】第３の発明の熱酸化膜の形成方法は、半導
体基板上に熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜上
に窒化膜のパターンを形成する工程と、前記熱酸化膜お
よび窒化膜のパターンがそれぞれ形成された半導体基板
を、窒素を含む分子式を有する第１の反応性ガス雰囲気
で第１の熱処理を行ない、前記窒化膜のパターンをマス
クとして、前記熱酸化膜中に窒素を導入する工程と、前
記窒化膜のパターンを除去する工程と、前記窒素が導入
された窒化領域のみを残して、前記熱酸化膜をウェット
エッチングにより除去する工程と、前記窒化領域のみを
残して前記熱酸化膜が除去された前記半導体基板を、酸
化性のガス雰囲気で第２の熱処理を行ない、前記窒化領
域とそれ以外の領域とで膜厚の異なる酸化膜を形成する
工程とを備えたことを特徴とする。
体基板上に熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜上
に窒化膜のパターンを形成する工程と、前記熱酸化膜お
よび窒化膜のパターンがそれぞれ形成された半導体基板
を、窒素を含む分子式を有する第１の反応性ガス雰囲気
で第１の熱処理を行ない、前記窒化膜のパターンをマス
クとして、前記熱酸化膜中に窒素を導入する工程と、前
記窒化膜のパターンを除去する工程と、前記窒素が導入
された窒化領域のみを残して、前記熱酸化膜をウェット
エッチングにより除去する工程と、前記窒化領域のみを
残して前記熱酸化膜が除去された前記半導体基板を、酸
化性のガス雰囲気で第２の熱処理を行ない、前記窒化領
域とそれ以外の領域とで膜厚の異なる酸化膜を形成する
工程とを備えたことを特徴とする。
【００１５】第２の発明においては、半導体基板上に、
窒素濃度分布が所望のプロファイルを有するように制御
された熱酸化膜（酸化窒化膜）が形成される。したがっ
て、この熱酸化膜をゲート絶縁膜として有するトランジ
スタでは、電流駆動力劣化が生じない。
窒素濃度分布が所望のプロファイルを有するように制御
された熱酸化膜（酸化窒化膜）が形成される。したがっ
て、この熱酸化膜をゲート絶縁膜として有するトランジ
スタでは、電流駆動力劣化が生じない。
【００１６】また、第３の発明においては、一回の酸化
工程で、領域により膜厚の異なる熱酸化膜が形成され
る。そしてこの発明では、窒素イオン注入プロセスを持
つ従来の方法に比べて、半導体基板に対するダメージや
汚染が少ない。
工程で、領域により膜厚の異なる熱酸化膜が形成され
る。そしてこの発明では、窒素イオン注入プロセスを持
つ従来の方法に比べて、半導体基板に対するダメージや
汚染が少ない。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【００１８】本発明の第１の実施例においては、シリコ
ン基板を酸素雰囲気で約 800℃の温度に加熱することに
より、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面
に、約 5nmの厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）２を形成す
る。次いで、このように熱酸化膜２が形成されたシリコ
ン基板１を、ＮＯガス雰囲気で約 800℃の温度で加熱
し、第１の熱処理を行なう。この熱処理により、図１
（ｂ）に示すように、熱酸化膜の厚さが約 5.5nmに増大
され、同時に熱酸化膜中に窒素が導入される。そして、
シリコン基板１との界面近傍に窒素濃度のピークを有す
る第１の酸化窒化膜３が形成される。なお、符号３ａ
は、第１の酸化窒化膜３中で窒素濃度の高い領域を示
す。
ン基板を酸素雰囲気で約 800℃の温度に加熱することに
より、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面
に、約 5nmの厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）２を形成す
る。次いで、このように熱酸化膜２が形成されたシリコ
ン基板１を、ＮＯガス雰囲気で約 800℃の温度で加熱
し、第１の熱処理を行なう。この熱処理により、図１
（ｂ）に示すように、熱酸化膜の厚さが約 5.5nmに増大
され、同時に熱酸化膜中に窒素が導入される。そして、
シリコン基板１との界面近傍に窒素濃度のピークを有す
る第１の酸化窒化膜３が形成される。なお、符号３ａ
は、第１の酸化窒化膜３中で窒素濃度の高い領域を示
す。
【００１９】次に、こうして形成された酸化窒化膜３に
対して、約0.25wt％に希釈したフッ化水素（ＨＦ）水溶
液によるエッチングを所定の時間施すことにより、第１
の酸化窒化膜３の表面に近い表層部を除去する。
対して、約0.25wt％に希釈したフッ化水素（ＨＦ）水溶
液によるエッチングを所定の時間施すことにより、第１
の酸化窒化膜３の表面に近い表層部を除去する。
【００２０】ＨＦ水溶液によるエッチングでは、図２に
示すように、窒素を含まない表面近くの酸化膜のエッチ
ングレートに比べて、シリコン基板１との界面近傍の窒
素を多く含む領域３ａのエッチングレートが、極端に小
さくなる。例えば、約 5wt％の濃度で窒素を含む約 1nm
の厚さの酸化窒化膜では、エッチングレートが、窒素を
含まない酸化膜の約1/10に減少し、ＨＦ水溶液を用いる
ウエットエッチングに対するマージンが大幅に向上す
る。したがって、窒素を含まない表面近くの酸化膜が除
去された時点で、エッチングを容易に停止することがで
き、その結果、図１（ｃ）に示すように、厚さ方向全体
に亘って窒素を高濃度に含む、約 1nmの厚さの酸化窒化
膜４が残る。
示すように、窒素を含まない表面近くの酸化膜のエッチ
ングレートに比べて、シリコン基板１との界面近傍の窒
素を多く含む領域３ａのエッチングレートが、極端に小
さくなる。例えば、約 5wt％の濃度で窒素を含む約 1nm
の厚さの酸化窒化膜では、エッチングレートが、窒素を
含まない酸化膜の約1/10に減少し、ＨＦ水溶液を用いる
ウエットエッチングに対するマージンが大幅に向上す
る。したがって、窒素を含まない表面近くの酸化膜が除
去された時点で、エッチングを容易に停止することがで
き、その結果、図１（ｃ）に示すように、厚さ方向全体
に亘って窒素を高濃度に含む、約 1nmの厚さの酸化窒化
膜４が残る。
【００２１】次いで、こうして表面に酸化窒化膜４が残
留されたシリコン基板１に、酸素雰囲気で第２の熱処理
を行ない、熱酸化する。酸化レートは、表面にこのよう
な酸化窒化膜を有しないシリコン基板１単独のものに比
べて小さいが、以下に示すような熱酸化膜が形成され
る。
留されたシリコン基板１に、酸素雰囲気で第２の熱処理
を行ない、熱酸化する。酸化レートは、表面にこのよう
な酸化窒化膜を有しないシリコン基板１単独のものに比
べて小さいが、以下に示すような熱酸化膜が形成され
る。
【００２２】すなわち、この熱酸化は、酸素のような酸
化剤がシリコン基板１と反応することによって行われ、
新たな酸化膜が主に基板側に成長する。そして、第２の
熱処理前からあった、窒素を含む酸化膜（酸化窒化膜
４）の下側に、新たな酸化膜が形成される。その結果、
図１（ｄ）に示すように、表面近傍に窒素濃度のピーク
を有する第２の酸化窒化膜５が形成される。したがっ
て、シリコン基板１上にこのような第２の酸化窒化膜５
がゲート絶縁膜として形成されたＭＯＳトランジスタで
は、電流駆動力の劣化が防止される。
化剤がシリコン基板１と反応することによって行われ、
新たな酸化膜が主に基板側に成長する。そして、第２の
熱処理前からあった、窒素を含む酸化膜（酸化窒化膜
４）の下側に、新たな酸化膜が形成される。その結果、
図１（ｄ）に示すように、表面近傍に窒素濃度のピーク
を有する第２の酸化窒化膜５が形成される。したがっ
て、シリコン基板１上にこのような第２の酸化窒化膜５
がゲート絶縁膜として形成されたＭＯＳトランジスタで
は、電流駆動力の劣化が防止される。
【００２３】また、第２の熱処理を、ＮＯガスまたはＮ
2 Ｏガス雰囲気で行なった場合には、新たな熱酸化膜が
基板側に成長・形成されると同時に、その熱酸化膜に窒
素が導入され、図３に示すように、窒素濃度分布が厚さ
方向にブロードで２つのピークを有する酸化窒化膜５が
形成される。なお、図１（ｄ）および図３において、符
号５ａは、第２の酸化窒化膜５中で窒素を含む領域を示
す。
2 Ｏガス雰囲気で行なった場合には、新たな熱酸化膜が
基板側に成長・形成されると同時に、その熱酸化膜に窒
素が導入され、図３に示すように、窒素濃度分布が厚さ
方向にブロードで２つのピークを有する酸化窒化膜５が
形成される。なお、図１（ｄ）および図３において、符
号５ａは、第２の酸化窒化膜５中で窒素を含む領域を示
す。
【００２４】このように第１の実施例においては、第１
の熱処理工程で窒化を行ない、第２の熱処理工程で酸化
または窒化を行なうことにより、酸化窒化膜中の窒素濃
度の分布を所望のプロファイルにコントロールすること
ができ、ＭＯＳトランジスタ等の電流駆動力の劣化を抑
えることができる。
の熱処理工程で窒化を行ない、第２の熱処理工程で酸化
または窒化を行なうことにより、酸化窒化膜中の窒素濃
度の分布を所望のプロファイルにコントロールすること
ができ、ＭＯＳトランジスタ等の電流駆動力の劣化を抑
えることができる。
【００２５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。
する。
【００２６】第２の実施例においては、シリコン基板を
酸素雰囲気で約 800℃の温度に加熱することにより、図
４（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に、約10
nmの厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）２を形成する。次い
で、この熱酸化膜２の上に、ＣＶＤ法により約10nmの厚
さの窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）を形成した後、この窒化膜
を通常のフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
し、図４（ｂ）に示すように、窒化膜のパターン６を形
成する。
酸素雰囲気で約 800℃の温度に加熱することにより、図
４（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に、約10
nmの厚さの熱酸化膜（ＳｉＯ2 膜）２を形成する。次い
で、この熱酸化膜２の上に、ＣＶＤ法により約10nmの厚
さの窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）を形成した後、この窒化膜
を通常のフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング
し、図４（ｂ）に示すように、窒化膜のパターン６を形
成する。
【００２７】次に、このように熱酸化膜２および窒化膜
のパターン６が形成されたシリコン基板１を、ＮＯガス
雰囲気で約 900℃の温度で30分間加熱することにより、
第１の熱処理を行ない、窒化膜のパターン６をマスクと
して、熱酸化膜２中に窒素を導入する。こうして、図４
（ｃ）に示すように、酸化膜中で、窒化膜のパターン６
に覆われた領域以外の露出した領域にのみ、窒素が導入
され、第１の酸化窒化膜３が形成される。なお、この第
１の酸化窒化膜３中の窒素の濃度分布は、シリコン基板
１との界面近傍にピークを有するプロファイルとなる。
のパターン６が形成されたシリコン基板１を、ＮＯガス
雰囲気で約 900℃の温度で30分間加熱することにより、
第１の熱処理を行ない、窒化膜のパターン６をマスクと
して、熱酸化膜２中に窒素を導入する。こうして、図４
（ｃ）に示すように、酸化膜中で、窒化膜のパターン６
に覆われた領域以外の露出した領域にのみ、窒素が導入
され、第１の酸化窒化膜３が形成される。なお、この第
１の酸化窒化膜３中の窒素の濃度分布は、シリコン基板
１との界面近傍にピークを有するプロファイルとなる。
【００２８】その後、窒素導入のマスクとして使用した
窒化膜のパターン６を除去した後、さらに下層の酸化窒
化膜３の一部を、ＨＦ水溶液を用いてエッチングし除去
する。このとき、酸化窒化膜３中の窒素濃度により、エ
ッチングレートが大きく異なる。すなわち、窒素濃度の
高い領域３ａは、窒化膜のパターン６で覆われ，窒素が
導入されなかった領域に比べて、エッチングレートが極
めて小さくなり、特に、窒素濃度の高いシリコン基板１
との界面近傍の領域は、ＨＦ水溶液によるエッチングで
は除去しにくい。したがって、ＨＦ水溶液の濃度とエッ
チング時間とを適当に設定することにより、図４（ｄ）
に示すように、シリコン基板１上に窒素を高濃度に含む
酸化窒化膜のパターン７を残すことが可能になる。
窒化膜のパターン６を除去した後、さらに下層の酸化窒
化膜３の一部を、ＨＦ水溶液を用いてエッチングし除去
する。このとき、酸化窒化膜３中の窒素濃度により、エ
ッチングレートが大きく異なる。すなわち、窒素濃度の
高い領域３ａは、窒化膜のパターン６で覆われ，窒素が
導入されなかった領域に比べて、エッチングレートが極
めて小さくなり、特に、窒素濃度の高いシリコン基板１
との界面近傍の領域は、ＨＦ水溶液によるエッチングで
は除去しにくい。したがって、ＨＦ水溶液の濃度とエッ
チング時間とを適当に設定することにより、図４（ｄ）
に示すように、シリコン基板１上に窒素を高濃度に含む
酸化窒化膜のパターン７を残すことが可能になる。
【００２９】次いで、こうして表面に窒素を高濃度に含
む酸化窒化膜のパターン７が残されたシリコン基板１
を、酸素雰囲気で第２の熱処理を行ない、熱酸化する。
この熱酸化では、窒素を高濃度に含む酸化窒化膜は、酸
化剤の侵入を阻むため、酸化レートが小さく、その結
果、図４（ｅ）に示すように、膜厚の薄い酸化膜（酸化
窒化膜）８ａが形成される。これに対して、このような
酸化窒化膜のパターン７を有しない（シリコン基板１が
露出）領域には、厚い酸化膜８ｂが形成される。
む酸化窒化膜のパターン７が残されたシリコン基板１
を、酸素雰囲気で第２の熱処理を行ない、熱酸化する。
この熱酸化では、窒素を高濃度に含む酸化窒化膜は、酸
化剤の侵入を阻むため、酸化レートが小さく、その結
果、図４（ｅ）に示すように、膜厚の薄い酸化膜（酸化
窒化膜）８ａが形成される。これに対して、このような
酸化窒化膜のパターン７を有しない（シリコン基板１が
露出）領域には、厚い酸化膜８ｂが形成される。
【００３０】このように第２の実施例においては、第２
の熱処理（熱酸化）を行なうことで、シリコン基板１上
に、領域により異なる膜厚を有する酸化膜８ａ、８ｂを
形成することができる。
の熱処理（熱酸化）を行なうことで、シリコン基板１上
に、領域により異なる膜厚を有する酸化膜８ａ、８ｂを
形成することができる。
【００３１】なお、この第２の実施例では、ＨＦ水溶液
によるエッチング工程で、シリコン基板１上に窒素を高
濃度に含む酸化窒化膜のパターン７を残しているが、こ
のようなパターンを残すことなく全剥しても、シリコン
基板１中に微量の窒素が導入されているため、同様の効
果が得られる。
によるエッチング工程で、シリコン基板１上に窒素を高
濃度に含む酸化窒化膜のパターン７を残しているが、こ
のようなパターンを残すことなく全剥しても、シリコン
基板１中に微量の窒素が導入されているため、同様の効
果が得られる。
【００３２】また、第２の熱処理を、ＮＯガスまたはＮ
2 Ｏガスのような酸化窒素ガスの雰囲気で行なうことも
できる。その場合には、熱酸化膜が形成されると同時に
その熱酸化膜中に窒素が導入され、シリコン基板上で領
域ごとに異なる膜厚と異なる窒素濃度を有する酸化膜を
形成することができる。
2 Ｏガスのような酸化窒素ガスの雰囲気で行なうことも
できる。その場合には、熱酸化膜が形成されると同時に
その熱酸化膜中に窒素が導入され、シリコン基板上で領
域ごとに異なる膜厚と異なる窒素濃度を有する酸化膜を
形成することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、半導体基板上に、窒素濃度分布が所望のプロ
ファイルを有し、ＭＯＳトランジスタ等のゲート絶縁膜
として好適する熱酸化膜（酸化窒化膜）を形成すること
ができる。また、半導体基板に対してダメージや汚染を
与えることなく、一回の酸化工程で、領域により膜厚の
異なる熱酸化膜を形成することができる。
によれば、半導体基板上に、窒素濃度分布が所望のプロ
ファイルを有し、ＭＯＳトランジスタ等のゲート絶縁膜
として好適する熱酸化膜（酸化窒化膜）を形成すること
ができる。また、半導体基板に対してダメージや汚染を
与えることなく、一回の酸化工程で、領域により膜厚の
異なる熱酸化膜を形成することができる。
【図１】本発明の第１の実施例において、各工程後の半
導体基板の構造を示す断面図。
導体基板の構造を示す断面図。
【図２】第１の実施例において、酸化窒化膜の厚さとＨ
Ｆ水溶液によるエッチングレートとの関係を示す図。
Ｆ水溶液によるエッチングレートとの関係を示す図。
【図３】第１の実施例において、第２の熱処理をＮＯガ
スまたはＮ2 Ｏガス雰囲気で行なった場合の半導体基板
の構造を示す断面図。
スまたはＮ2 Ｏガス雰囲気で行なった場合の半導体基板
の構造を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施例において、各工程後の半
導体基板の構造を示す断面図。
導体基板の構造を示す断面図。
【図５】従来からの酸化窒化膜の形成方法を説明するた
めの断面図。
めの断面図。
【図６】従来の方法で形成される酸化窒化膜中の窒素濃
度分布を示す図。
度分布を示す図。
１………シリコン基板、３………第１の酸化窒化膜、５
………第２の酸化窒化膜、６………窒化膜のパターン、
７………酸化窒化膜のパターン、８ａ………膜厚の薄い
酸化窒化膜、８ｂ………膜厚の厚い酸化膜
………第２の酸化窒化膜、６………窒化膜のパターン、
７………酸化窒化膜のパターン、８ａ………膜厚の薄い
酸化窒化膜、８ｂ………膜厚の厚い酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F040 DA00 DA05 DC01 ED03 FC00 FC22 5F058 BA20 BC02 BC11 BE02 BF55 BF62 BF64 BH01 BH03 BH11 BJ01 BJ10
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に酸化膜を形成する工程
と、 前記酸化膜が形成された半導体基板を、窒素を含む分子
式を有する第１の反応性ガス雰囲気で第１の熱処理を行
ない、酸化窒化膜を形成する工程と、 前記酸化窒化膜の少なくとも一部をウェットエッチング
により除去する工程と、 少なくとも一部が除去された前記酸化窒化膜を、分子式
中に酸素を含む第２の反応性ガス雰囲気で第２の熱処理
を行なう工程とを備えたことを特徴とする熱酸化膜の形
成方法。 - 【請求項２】 前記第２の反応性ガスが、一酸化窒素
（ＮＯ）ガスまたは亜酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスであるこ
とを特徴とする請求項１記載の熱酸化膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記第１の反応性ガスと第２の反応性ガ
スが、それぞれ異なる種類の酸化窒素ガスであることを
特徴とする請求項１または２記載の熱酸化膜の形成方
法。 - 【請求項４】 半導体基板上に熱酸化膜を形成する工程
と、 前記熱酸化膜が形成された半導体基板を、一酸化窒素
（ＮＯ）ガス雰囲気で第１の熱処理を行ない、第１の酸
化窒化膜を形成する工程と、 前記第１の酸化窒化膜の窒素濃度の低い表層部を、ウェ
ットエッチングにより除去する工程と、 前記表層部が除去された前記第１の酸化窒化膜を、酸化
性のガス雰囲気で第２の熱処理を行ない、第２の酸化窒
化膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする熱酸化
膜の形成方法。 - 【請求項５】 前記酸化性のガスが、分子式中に窒素を
含む酸化窒素ガスであることを特徴とする請求項４記載
の熱酸化膜の形成方法。 - 【請求項６】 半導体基板上に熱酸化膜を形成する工程
と、 前記熱酸化膜上に窒化膜のパターンを形成する工程と、 前記熱酸化膜および窒化膜のパターンがそれぞれ形成さ
れた半導体基板を、窒素を含む分子式を有する第１の反
応性ガス雰囲気で第１の熱処理を行ない、前記窒化膜の
パターンをマスクとして、前記熱酸化膜中に窒素を導入
する工程と、 前記窒化膜のパターンを除去する工程と、 前記窒素が導入された窒化領域のみを残して、前記熱酸
化膜をウェットエッチングにより除去する工程と、 前記窒化領域のみを残して前記熱酸化膜が除去された前
記半導体基板を、酸化性のガス雰囲気で第２の熱処理を
行ない、前記窒化領域とそれ以外の領域とで膜厚の異な
る酸化膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする熱
酸化膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11170151A JP2000357688A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 熱酸化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11170151A JP2000357688A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 熱酸化膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357688A true JP2000357688A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15899635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11170151A Withdrawn JP2000357688A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 熱酸化膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000357688A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001053242A (ja) * | 1999-08-13 | 2001-02-23 | Nec Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP2003060198A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-02-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| US6794257B2 (en) | 2002-06-20 | 2004-09-21 | Renesas Technology Corp. | Method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device |
| WO2007132913A1 (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-22 | Tokyo Electron Limited | 窒素濃度の測定方法、シリコン酸窒化膜の形成方法および半導体装置の製造方法 |
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| US7405757B2 (en) | 2002-07-23 | 2008-07-29 | Fujitsu Limited | Image sensor and image sensor module |
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-
1999
- 1999-06-16 JP JP11170151A patent/JP2000357688A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8030198B2 (en) * | 2008-01-08 | 2011-10-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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