JP2001203198A

JP2001203198A - 表面に絶縁膜を有するシリコン基板およびその製造方法および装置

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Publication number: JP2001203198A
Application number: JP2000014203A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kajiyama; 博司梶山; Tomihiro Hashizume; 富博橋詰; Seiji Heike; 誠嗣平家; Takeshi Uda; 毅宇田; Koichi Kato; 弘一加藤; Toshihiro Uchiyama; 登志弘内山
Original assignee: Toshiba Corp; Hitachi Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Hitachi Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2001-07-27
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: JP3250996B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン結晶表面の酸化工程での不純物混入
を抑制し、且つ酸化膜と半導体の界面をより平坦で均一
にした原子層レベルの酸化膜を提供すること。【解決手段】シリコン結晶表面の最表面の未結合ボン
ドが水素の原子または分子により終端されている半導体
表面に、未結合ボンドを任意の数密度でほぼ均一に分散
させたのちに酸素分子ガスと反応させる。また酸素分圧
と酸化時間の積および温度を制御して表面から１層毎に
任意の層まで酸化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に絶縁膜を有
するシリコン基板およびその製造方法および装置に係わ
り、特に絶縁膜の厚さが原子レベルで制御されたシリコ
ン基板およびその製造方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体装置において、半導体酸化膜
は絶縁膜として非常に大きな役割を有するため、その膜
質、形成方法について多くの研究が重ねられてきてい
る。シリコン酸化膜の製造方法に関しては、S.M.SZE著
「VLSI Technology、McGRAW-Hill」、98pp.-140pp.に記述さ
れている。半導体酸化膜の形成方法としては半導体表面
を高温で大気圧中の酸素分子ガスにさらす熱酸化工程が
広く用いられている。この熱工程において半導体の酸化
過程は表面より内部に向かって進行し、酸化膜が成長す
るとともに酸化膜の界面は半導体の内部に移動していく
ことになる。

【０００３】酸化過程における酸化のメカニズムとして
は酸素分子の原子への解離とその解離した酸素原子と半
導体原子との化学結合の形成からなり、この反応は主と
して酸化膜と半導体の界面付近で発生するため、界面が
浅い時の初期酸化においては反応律速となり反応は急激
に進行する。しかし、界面が深くなるにつれて酸素が表
面より界面まで拡散し移動する必要があるので、酸化反
応は酸素の拡散律速となり、酸化膜の成長が次第に遅く
なる。

【０００４】反応律速である初期酸化過程においては、
酸素の化学吸着が急激に進行するため、温度による熱的
揺らぎなどにより場所により反応の進行が異なる場合が
多い。また、半導体表面の洗浄処理により、表面の未結
合ボンドが他の原子や分子によって終端されることとな
り、その後の製造工程中において低温での酸化が妨げら
れることになる。このため、この表面終端された半導体
表面をそのまま熱酸化しようとすると、例えば水素脱離
による酸化反応促進のため当初より６００℃以上の高温
にする酸化工程が必要であり、１層目の酸化後急激に２
層目以降で酸化が進行することになり、酸化膜厚の不均
一さが拡大する原因ともなっていた。その後の酸化膜の
成長によって酸化速度が低下するが、不均一な界面構造
が保たれたまま酸化が進行し、最終的に半導体と酸化膜
の間に不均一な界面が形成されてしまうことになってい
た。

【０００５】このようにして形成された酸化膜はバンド
ギャップ中に界面付近での状態密度を比較的多く含むた
め、例えばＭＯＳトランジスターのゲート絶縁膜に使用
するとしきい値電圧のばらつきが大きく半導体装置の信
頼性の低下につながっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、表面を修
飾された半導体表面を高温において大気圧で熱酸化を行
う方法では、均一な酸化膜界面の形成が難しく、不均一
な酸化膜界面が形成されてしまうという問題があった。
また、清浄表面より酸化を開始するには、修飾された表
面から清浄表面を生成する必要があり、このため超高真
空又は非酸化性雰囲気で予め高温処理する必要があり、
工程の複雑さにも繋がっていた。

【０００７】一方、清浄なシリコン表面の酸化膜形成に
関しては、特許第２８８０９９３号において、酸化シリ
コンとシリコンの界面を原子レベルで平坦にできる熱酸
化工程が提示されている。しかしながら、清浄シリコン
の熱酸化工程中の不純物混入の問題は依然未解決のまま
である。

【０００８】本発明は、従来の製造工程から生じる素子
信頼性の低下の問題を解決するためになされたもので、
表面の未結合ボンドが不活性化されていることに着目し
て、酸化工程での不純物混入を抑制し、且つ酸化膜と半
導体の界面をより平坦で均一にした原子層レベルの酸化
膜を持つシリコン基板を提供することを目的とする。ま
た、この酸化膜に代わる絶縁膜としてのシリコン酸窒化
膜を持つシリコン基板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】上記課題を達成するた
め、本発明は、先に提案した特願平１１−０１３１３４
に開示されている露出された未結合ボンド周辺のダイマ
ボンドおよびバックボンドが酸化される現象を利用す
る。本発明では、先の発明に加えて、未結合ボンドを終
端している原子のドミノ的な移動が起こる新たな発見に
着目してなされたものである。すなわち、未結合ボンド
周辺のダイマボンドおよびバックボンドが酸化される
と、その未結合ボンドが、近隣の未結合ボンドを終端し
ている原子の移動により終端され、この原子の移動によ
る新たな未結合ボンドの生成が起こること、また、この
新たな未結合ボンドにより酸化が誘発されることの発見
に着目したものである。いわば、未結合ボンドをトリガ
ーとする酸化が起こると、この未結合ボンドの近隣の未
結合ボンドを終端している原子が酸化を誘発した未結合
ボンドに移動し、これが繰り返されることによりドミノ
的な未結合ボンドを終端している原子の移動が起こる。
したがって、基板表面上に未結合ボンドをほぼ均一に分
散させることにより、短時間で全面の酸化が可能となる
ばかりでなく、酸化開始サイトを分散させることができ
るので、酸化に伴う結晶ひずみを等方化できる。これに
より特に第1層の酸化においては結晶表面に対して垂直
方向への結晶膨張が均一に起こり、酸化膜とシリコン結
晶の界面の完全性を確保できる。

【００１０】終端された原子の移動を利用して表面と平
行に表面第１層を完全に酸化し、その後表面より１層毎
に酸化反応を行い、その１層毎の酸化反応が終了する度
に半導体と反応しないガスに対する酸素分子ガスの分圧
比または半導体表面の温度をもしくは双方とも酸化膜の
成長とともに上昇させることで必要な厚さの原子レベル
で管理された酸化膜を作製する。

【００１１】このようにして、酸化が初期の段階より層
ごとに進行するため、酸化膜の成長とともに酸素分子ガ
スの分圧比もしくは半導体表面の温度を上げていくこと
により、原子レベルで平坦で均一な界面の構造を保った
まま酸化膜が成長することになる。

【００１２】本発明によれば、表面第１層の酸化が完了
するまでは、未結合ボンド以外の場所は原子で終端され
ているので、酸化反応中の不純物の侵入を防ぐことがで
きる。酸化反応前の未結合ボンドの数密度は、シリコン
（１００）面の場合、１０¹³／ｃｍ²程度が一応の目安
となるが、この値は酸化温度、酸素分圧によっても異な
る。ここで、酸化に代えて窒化の環境を作れば、酸化と
同様に絶縁膜としての酸窒化膜を持つシリコン基板を形
成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の方法による酸化膜の形成
に際しては、まず、原子レベルで平坦な半導体表面が原
子または分子で終端されているのが望ましい。酸化工程
に供される半導体の表面が平坦でなければ、形成される
酸化膜の界面も平坦でなくなる可能性が高い。

【００１４】また、第１層の酸化膜を形成する酸化工程
を、室温から５００℃の間において酸素分圧と酸化時間
の積を１０^-6Ｔｏｒｒ・秒から１０^-2Ｔｏｒｒ・秒で行
うのが望ましい。工程温度が高い程、この値を小さくし
ていくことができる。

【００１５】電界効果型トランジスに用いられているゲ
ート絶縁膜はトタンジスタの集積度の向上に伴い年々膜
厚が薄くなっている。たとえば１ギガビットの随時読み
出し書き出し記憶素子では膜厚を３ｎｍ以下にまで薄く
することが求められている。ＳｉＯ₂の膜厚がこのよう
に薄くなると、Ｓｉ／ＳｉＯ₂界面の原子レベルでの乱
れ，ＳｉＯ₂中の結晶欠陥、転位、不純物による絶縁耐
圧不良などの問題が信頼性の高いＳｉＯ₂絶縁膜の形成
の障害になっている。ＳｉＯ₂の膜厚が２ｎｍ以下にな
るとトンネル電流の増大により絶縁膜としての使用が困
難になる。このためＳｉＯ₂に代わる高誘電率の絶縁材
料をシリコン表面に直接堆積する技術が求められてい
る。

【００１６】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施形態に係わる酸化
膜の形成方法に使用される酸化膜形成装置の構造を示す
模式図である。この酸化膜形成装置は、複数の半導体基
板１を支持する移動可能なサセプタ２を収容し、電子ビ
ーム照射源３と加熱炉４を有するチャンバー５により構
成される。このチャンバー５には、雰囲気ガスとして酸
素ガス源６と窒素ガス源７と酸素ガスと窒素ガスを導入
するガス導入口８とガスの排出を制御するガス排出バル
ブ９とを備えている。酸素ガス源６と窒素ガス源７には
それぞれバルブ１０、１１が取り付けられており、ガス
分圧の制御が可能とされている。加熱炉４の周囲には、
ヒーター１２が配置され、温度制御装置により、制御さ
れるようになっている。

【００１８】図２は本発明で採用した初期酸化の前のシ
リコン基板の一例の原子構造を示す模式図である。（１
００）面を主面とするシリコン基板１は希フッ酸処理さ
れて、図２に示すようにシリコン基板１の未結合ボンド
が水素により終端された構造を形成する。以下、原子構
造を示す模式図において、大きいハッチングを付した丸
で示すのはシリコン原子であり、これよりやや小さい白
丸で示すのは酸素原子であり、最も小さい黒丸は水素原
子を表す。この場合、最外表面の隣接するシリコン原子
は、図の左側にあるようにダイマーボンドにより結合さ
れる場合と、独立した二つの水素終端とを持つ場合とが
有る。この水素終端したシリコン基板１をサセプタ２上
に設置し、室温においてバルブ９、１１を開、バルブ１
０を閉とすることによりチャンバー４内の雰囲気を窒素
ガスのみとした後バルブ９、１１を閉とする。そこで、
電子ビーム照射源３によりシリコン基板１に電子ビーム
を照射する。電子ビーム照射源３は、所定の電子密度と
することおよび万遍なくシリコン基板１に電子ビームを
照射するためには、所定の電子密度の電子線ビームでシ
リコン基板１表面をスキャンするのが良い。

【００１９】図３は、未結合ボンドが水素により終端さ
れたシリコン基板１が電子ビームを照射されたことによ
り、シリコン表面に部分的に水素の脱離した未結合ボン
ドを生成した原子構造を示す模式図である。

【００２０】この状態で、シリコン基板１を搭載したサ
セプタ２を炉心部分に移動し、基板温度を２００℃まで
上昇させるとともに、バルブ９、１０の開閉操作によ
り、チャンバー４内の酸素ガスを１０^―6Ｔｏｒｒの酸
素分圧として、この温度のまま１分間維持する。この操
作により、シリコン表面の未結合ボンドへの酸素分子の
吸着が起こり、この酸素分子が酸素原子に解離してダイ
マボンド、バックボンドに吸着されてシリコン原子が酸
化される。このとき、水素原子にとっては酸化されてい
るシリコン原子と結合した方がエネルギーが低くなるの
で、同じダイマボンド列にあるシリコン原子のシリコン
表面を終端している水素原子がこの新しい未結合ボンド
に移動する。かくして新たな未結合ボンドを持つシリコ
ン原子が酸化される。このようにして、シリコン表面を
終端している原子が除去されて未結合ボンドとなると、
この未結合ボンドへの酸素分子の吸着をトリガーとし
て、終端原子のドミノ的な移動が起こる。

【００２１】この結果、シリコン表面が全面的に酸化さ
れることになる。この際、シリコン表面は、酸素分子の
雰囲気に曝されているわけであるが、上述の未結合ボン
ドへの酸素分子の吸着による酸化が最も低エネルギーに
より進むために、第２層への酸化は起きにくく、第１層
のみが酸化されることになる。

【００２２】以下、この酸化現象を図４から図９を参照
しながらもう少し具体的に説明する。

【００２３】図４および図５は、図２および図３に示す
原子構造の一部を３次元的に表現した図である。

【００２４】図４においてＳ₁−Ｓ₉で示すのはシリコン
原子、Ｈ₁−Ｈ₄はシリコン基板の最表面を終端している
水素原子である。シリコン原子Ｓ₁−Ｓ₅は図２に示す左
側最上段に示される５角形を形成している原子に対応す
る。シリコン原子Ｓ₁はシリコン原子Ｓ₅とダイマボンド
で結合されるとともに、シリコン原子Ｓ₂とバックボン
ドで結合される。また、シリコン原子Ｓ₅はシリコン原
子Ｓ₄とバックボンドで結合される。さらに、シリコン
原子Ｓ₁は、背面にあるシリコン原子Ｓ₆とバックボンド
で結合され、また、シリコン原子Ｓ₅は、背面にあるシ
リコン原子Ｓ₇とバックボンドで結合される。背面にあ
るシリコン原子Ｓ₆はバックボンドでシリコン原子Ｓ₈と
結合され、また、シリコン原子Ｓ₇はバックボンドでシ
リコン原子Ｓ₉と結合される。さらに、シリコン原子Ｓ₈
はシリコン原子Ｓ₉とダイマボンドで結合される。さら
にシリコン基板の最表面にあるシリコン原子は、水素原
子Ｈ₁−Ｈ₄で終端されている。このようにして、参照符
号を付さなかった原子も含めて、第１層のシリコン原子
は[１１０]の方向に伸びている。

【００２５】図５に示すように、たとえば、電子線照射
により、シリコン原子Ｓ₁を終端している水素原子Ｈ₁が
除去されて未結合ボンドＤ₁が形成されると、酸素ガス
の雰囲気中にあるシリコン基板表面の未結合ボンドＤ₁
には酸素分子が吸着される。

【００２６】図６はこの状態示す原子構造を示す模式図
であり、未結合ボンドＤ₁には酸素分子Ｏ₁−Ｏ₂が結合
している。この状態は安定しないから、酸素分子Ｏ₁−
Ｏ₂は酸素原子Ｏ₁、Ｏ₂に解離して、たとえば、ダイマ
ボンドあるいはバックボンドに吸着される。

【００２７】図７は、酸素分子が酸素原子Ｏ₁、Ｏ₂に解
離して、シリコン原子Ｓ₁とシリコン原子Ｓ₅とを結合す
るダイマボンドおよびシリコン原子Ｓ₁とシリコン原子
Ｓ₂とを結合するバックボンドに吸着された状態を示
す。このとき、水素原子にとっては酸素分子Ｏ₁−Ｏ₂を
失った未結合ボンドＤ₁と結合した方がエネルギー的に
安定となるので、ダイマボンドで結合されているシリコ
ン原子Ｓ₈を終端していた水素原子Ｈ₃が移動して水素原
子Ｈ₃により終端されるとともに、シリコン原子Ｓ₈に新
たに未結合ボンドＤ₂が生成されている。

【００２８】図８は、図６と同様に、新たに生成された
未結合ボンドＤ₂に酸素分子Ｏ₃−Ｏ₄が吸着した状態の
原子構造を示す模式図である。この状態は、図６と同じ
であり、上述したように、酸素分子は酸素原子の解離し
て、ダイマボンドあるいはバックボンドに入り込む。

【００２９】図９は、図７と同様に、図８の原子構造の
未結合ボンドＤ₂に吸着された酸素分子Ｏ₃−Ｏ₄が酸素
原子Ｏ₃、Ｏ₄に解離してシリコン原子Ｓ₈とシリコン原
子Ｓ₉とを結合するダイマボンドおよびシリコン原子Ｓ₅
とシリコン原子Ｓ₄とを結合するバックボンドに吸着さ
れた状態を示す。このとき、図７で説明したと同様に、
新たに未結合ボンドＤ₃が生成されている。

【００３０】ここで、図４−図９の説明では、バックボ
ンドのいくつかは酸化から取り残されたようにみえる
が、このバックボンドも酸化が進む過程で、いずれ酸化
されるから、問題となることはない。すなわち、未結合
ボンドへの酸素分子の結合は1回に限られるわけではな
く、酸素分子が吸着して酸素原子に解離される現象が何
度か繰り返されることもある。未結合ボンドへの水素原
子が吸着される場合と、酸素分子が結合する場合につい
て見ると、シリコン基板の表面の温度が高いときは、未
結合ボンドへの水素原子が吸着されやすく、周辺ガスの
酸素分圧が高いときは酸素分子が結合し易い。したがっ
て、両者の制御を工夫すれば、いずれはシリコン基板表
面のダイマボンドおよびバックボンドを全て酸化するこ
とができる。

【００３１】本実施例で問題があるとすれば、この未結
合ボンドを終端している原子のドミノ的な移動はダイマ
ー列内でしか起きないから、図１で説明した電子線照射
により生成される未結合ボンドが、もし、あるダイマー
列には一つも出来なかったときには、このダイマー列は
酸化の処理がなされないことになりうる。しかし、この
確率は極めて低い上に、周辺の未結合ボンドで解離した
酸素原子により酸化が進められることになり、本質的な
問題とはならない。

【００３２】図１０は、上述した第１の酸化処理によ
り、シリコン基板１の第１層めのバックボンドやダイマ
ーボンドのすべてが酸化した原子構造を示す模式図であ
る。図で１００はシリコン層と酸化層との界面を示す。

【００３３】この状態で、再度バルブ９，１０および１
１を開閉操作してチャンバー４内の雰囲気を窒素ガスの
みにして、基板温度を１０分間で５００℃まで上昇させ
る。その後、バルブ９および１０を開閉操作して、チャ
ンバー４内の酸素ガスを１０^―5Ｔｏｒｒの酸素分圧ま
で上昇させて、この温度のまま１０分間維持する。この
酸化処理では、上述した第１の酸化層は影響を受けず、
第２層の酸化のみが進行する。

【００３４】図１１は、上述した第２の酸化処理によ
り、シリコン基板１の第２層めのボンドのすべてが酸化
した原子構造を示す模式図である。図で２００はシリコ
ン層と酸化層との界面を示す。

【００３５】この状態で、再度バルブ９、１０および１
１を開閉操作してチャンバー４内の雰囲気を窒素ガスの
みにして、基板温度を１０分間で７００℃まで上昇させ
る。その後、バルブ９および１０を開閉操作してチャン
バー４内の酸素ガスを１０^―3Ｔｏｒｒの酸素分圧まで
上昇させて、この温度のまま１０分間維持する。この酸
化処理でも、上述した第１および第２の酸化層は影響を
受けず、第３層の酸化のみが進行する。

【００３６】図１２は、上述した第３の酸化処理によ
り、シリコン基板１の第３層めのボンドのすべてが酸化
した原子構造を示す模式図である。図で３００はシリコ
ン層と酸化層との界面を示す。

【００３７】その後、酸素分圧を大気と同じレベルにま
で上げ、基板温度を８５０℃にまで上げて２０分間さら
すと、酸化反応は拡散律速となり、均一な界面構造を保
ったまま酸化が進行し、界面構造が原子レベルで平坦な
構造の３０Åの膜厚のシリコン酸化膜が形成される。

【００３８】なお、本実施例では、酸化工程を始める前
に電子ビームにより基板表面上の水素を一部脱離させた
が、水素の脱離は熱工程などによっても可能であり、脱
離の方法としてはあらゆる可能性が考えられる。

【００３９】また、窒素ガスの代わりに半導体と反応し
ない限りにおいてあらゆるガス種、例えば、アルゴン等
の不活性ガスを用いることができる。また、半導体とし
ては、シリコン基板以外に酸化反応を起こすあらゆる半
導体の酸化膜形成に応用することができる。

【００４０】以上説明した酸化膜形成方法は、図１３に
示すようなＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜の形成に適用す
ることができる。即ち、図１３に示すように、シリコン
基板１３にフィールド酸化膜１４を形成し、このフィー
ルド酸化膜１４により分離された素子領域表面に、ゲー
ト酸化膜１５およびゲート電極１６を形成し、イオン注
入によりソース領域１７ａおよびドレイン領域１７ｂを
形成して、ＭＯＳＦＥＴが得られる。この場合、膜厚３
０オングストロームのゲート酸化膜１５を本発明の酸化
膜形成方法により形成することが出来る。

【００４１】このようにして形成されたゲート酸化膜１
５は、その界面が極めて均一であり、その結果得られた
ＭＯＳＦＥＴは、しきい値電圧のばらつきが少なく、安
定した特性を示す。

【００４２】なお、本実施例では、シリコン酸化膜の形
成について説明したが、本発明の原理は、半導体デバイ
スに有用な絶縁膜としてのシリコン酸窒化膜の均一な生
成への応用が可能である。すなわち、酸素ガスに代え酸
化窒素ガス（ＮＯ）あるいは酸素ガスと酸化窒素ガスの
混合ガス（Ｏ₂＋ＮＯ）の雰囲気中で前述の酸化処理と
同様の処理を行えばよい。

【００４３】本発明によれば、絶縁性の金属酸化物薄膜
の堆積基板として有用な原子層酸化膜を形成することが
できる。Ｔａ₂Ｏ₅やＢａＴｉＯ₃などの金属酸化物をシ
リコン基板上に成膜する場合、従来、金属シリサイドの
形成によって回路が短絡するのを防ぐためにシリコン酸
化膜がバッファー層として使用されていたが、本発明に
よれば、原子層酸化膜は絶縁性のシリコン酸化膜として
形成されていて、さらに最表面が水素原子などで覆われ
ているので、金属原子とシリコン原子の反応を抑えるこ
とができ、金属シリサイドが形成されることを防ぐ効果
がある。

【００４４】

【発明の効果】本発明では、第１層のみを未結合ボンド
より酸化してその後の酸化を容易にし、第２層以下では
酸素ガスにより、酸化膜の成長に伴って窒素ガス中の酸
素ガスの分圧と基板温度を上げていくことにより層毎の
酸化膜の形成が可能となり、原子レベルで平坦な界面が
形成されて、界面付近におけるバンドギャップ中の状態
密度が大幅に減少し、例えば、ＭＯＳトランジスターの
ゲート酸化膜として適用した場合、しきい値電圧にばら
つきの少なく均一で安定した動作を行う素子の形成が可
能となる。

【００４５】なお、本発明では、第１層のみ水素の拡散
を利用して酸化しているため、水素終端された半導体表
面でも比較的低温で層毎の酸化が可能という利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる酸化膜の形成方法
に使用される酸化膜形成装置の構造を示す模式図。

【図２】本発明で採用した初期酸化の前のシリコン基板
の一例の原子構造を示す模式図。

【図３】未結合ボンドが水素により終端されたシリコン
基板１が電子ビームを照射されたことにより、シリコン
表面に部分的に水素の脱離した未結合ボンドを生成した
原子構造を示す模式図。

【図４】図２に対応する原子構造の一部を３次元的に表
現した図。

【図５】図３に対応する原子構造の一部を３次元的に表
現した図。

【図６】図５の原子構造の未結合ボンドに酸素分子が吸
着した状態の原子構造を示す模式図。

【図７】図６の原子構造の未結合ボンドに吸着された酸
素分子が酸素原子に解離してダイマボンドおよびバック
ボンドの一つに吸着するとともに、終端原子が移動して
新たに未結合ボンドが生成された状態の原子構造を示す
模式図。

【図８】図７の新たに生成された未結合ボンドに酸素分
子が吸着した状態の原子構造を示す模式図。

【図９】図８の原子構造の未結合ボンドに吸着された酸
素分子が酸素原子に解離してダイマボンドおよびバック
ボンドの一つに吸着するとともに、終端原子が移動して
新たに未結合ボンドが生成された状態の原子構造を示す
模式図。

【図１０】第１の酸化処理により、シリコン基板１の第
１層めのバックボンドやダイマーボンドのすべてが酸化
した原子構造を示す模式図。

【図１１】第２の酸化処理により、シリコン基板１の第
２層めのバックボンドやダイマーボンドのすべてが酸化
した原子構造を示す模式図。

【図１２】第３の酸化処理により、シリコン基板１の第
３層めのバックボンドやダイマーボンドのすべてが酸化
した原子構造を示す模式図。

【図１３】本発明の実施例により形成されたゲート酸化
膜を有するＭＯＳＦＥＴを示す断面図。

【符号の説明】

１：半導体基板、２：サセプタ、３：電子ビーム照射
源、４：加熱炉、５：チャンバー、６：酸素ガス源、
７：窒素ガス源、８：ガス導入口、９：ガス排出口、１
０，１１：バルブ、１２：ヒーター、１３：シリコン基
板、１４：フィールド酸化膜、１５：ゲート酸化膜、１
６：ゲート電極、１７ａ：ソース領域、１７ｂ：ドレイ
ン領域、Ｓ：シリコン原子、Ｈ：水素原子。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月２９日（２００１．３．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶山博司茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者橋詰富博埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者平家誠嗣埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者宇田毅埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地株式会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者加藤弘一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者内山登志弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F040 DA06 DC01 DC10 ED03 EK01 FC00 FC18 5F058 BA06 BA09 BC02 BC11 BF29 BF30 BF54 BF60 BF62 BF64 BF75 BG01 BG02 BJ01 BJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素原子または重水素原子によって表面の
未結合ボンドが終端されているシリコン（１００）面の
２×１再構成表面あるいは１×１再構成表面を持つシリ
コン基板であって、該基板を終端している水素原子また
は重水素原子を任意の数密度でほぼ均一に除去した後に
酸素原子を含む分子ガスと反応させることにより作製し
た絶縁膜を表面に有することを特徴とするシリコン基
板。
【請求項２】前記酸素原子を含む分子ガスが酸素ガスで
ある請求項１に記載のシリコン基板。
【請求項３】前記酸素原子を含む分子ガスが酸化窒素ガ
スまたはこれと酸素ガスの混合ガスである請求項１記載
のシリコン基板。
【請求項４】水素原子または重水素原子によって表面の
未結合ボンドが終端されているシリコン（１００）面の
２×１再構成表面あるいは１×１再構成表面を持つ基板
を準備すること、該基板表面を終端している水素原子または重水素原子を
任意の数密度でほぼ均一に除去すること、終端している水素原子または重水素原子を任意の数密度
でほぼ均一に除去された基板表面を室温以上５００℃以
下の温度範囲で、所定の酸素分圧の酸素ガスを有する雰
囲気中で酸化する工程を有することを特徴とする表面に
絶縁膜を有するシリコン基板の製造方法。
【請求項５】前記酸化が酸素ガスの酸素分圧と酸化時間
の積を１０^-6Ｔｏｒｒ・秒以上１０^-2Ｔｏｒｒ・秒以下
の範囲として表面にＳｉＯ2の絶縁膜を有する請求項４
記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項６】前記酸素ガスによる酸化に代えて、酸化窒
素ガスまたはこれと酸素ガスの混合ガスによる酸窒化が
行われて、表面に絶縁膜としてのシリコン酸窒化膜を有
する請求項４記載のシリコン基板の製造方法。
【請求項７】前記酸化工程の後、前記温度または酸素分
圧若しくは双方とも前記酸化工程の値よりもより高い値
でさらに酸化させる請求項５記載のシリコン基板の製造
方法。
【請求項８】シリコン基板を保持しおよび移動させる第
１の手段と、該第１の手段の周辺を所定のガス分圧およ
び温度を持つ雰囲気に制御する手段と、前記第１の手段
に保持されたシリコン基板表面に電子線を照射する手段
とよりなることを特徴とするシリコン基板の製造装置。