JP3041114B2 - 酸窒化膜層の絶縁膜形成方法 - Google Patents
酸窒化膜層の絶縁膜形成方法Info
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- JP3041114B2 JP3041114B2 JP3327921A JP32792191A JP3041114B2 JP 3041114 B2 JP3041114 B2 JP 3041114B2 JP 3327921 A JP3327921 A JP 3327921A JP 32792191 A JP32792191 A JP 32792191A JP 3041114 B2 JP3041114 B2 JP 3041114B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、絶縁膜形成方法、特
に膜厚が薄くかつ特性の優れた絶縁膜の形成方法に関す
るものである。
に膜厚が薄くかつ特性の優れた絶縁膜の形成方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】超ＬＳＩの発展、特にデバイスの微細化
は、薄くかつ熱的に安定な絶縁膜形成技術の進歩に負う
ところが大きい。これは、デバイスの信頼性および動作
能力が、この絶縁膜の特性によって大きく左右されるか
らである。絶縁膜としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2
膜）がその安定性により、依然として、主要な材料であ
り今後も用い続けられることに疑う余地はない。
は、薄くかつ熱的に安定な絶縁膜形成技術の進歩に負う
ところが大きい。これは、デバイスの信頼性および動作
能力が、この絶縁膜の特性によって大きく左右されるか
らである。絶縁膜としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2
膜）がその安定性により、依然として、主要な材料であ
り今後も用い続けられることに疑う余地はない。
【０００３】酸化膜の形成方法は、例えば文献：「ＭＯ
ＳＬＳＩ製造技術、徳山巍、橋本哲一編著、日経マグロ
ウヒル社、６５頁（１９８５年）」に開示されている。
この従来の酸化膜形成方法では、まず、抵抗加熱炉によ
り、８００〜１２００℃に加熱された石英管内に、清浄
化処理を行ったシリコン（Ｓｉ）基板を設置する。次
に、酸化膜形成のための酸化性ガスを石英管内へ導入す
る。酸化性ガスとしては、酸素（Ｏ2 ）ガス、酸素と水
素の混合ガスを用いる。それにより、Ｓｉ基板の表面に
ＳｉＯ2 膜が形成される。
ＳＬＳＩ製造技術、徳山巍、橋本哲一編著、日経マグロ
ウヒル社、６５頁（１９８５年）」に開示されている。
この従来の酸化膜形成方法では、まず、抵抗加熱炉によ
り、８００〜１２００℃に加熱された石英管内に、清浄
化処理を行ったシリコン（Ｓｉ）基板を設置する。次
に、酸化膜形成のための酸化性ガスを石英管内へ導入す
る。酸化性ガスとしては、酸素（Ｏ2 ）ガス、酸素と水
素の混合ガスを用いる。それにより、Ｓｉ基板の表面に
ＳｉＯ2 膜が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の酸化膜形成方法では、高温で熱処理を行うため
膜の成長速度が速く、膜厚が薄い場合それを制御するの
が困難となる。そのため、将来、デバイスへの適用が予
定されている１０ｎｍ以下の酸化膜を再現性よく形成す
るのは難しい。
た従来の酸化膜形成方法では、高温で熱処理を行うため
膜の成長速度が速く、膜厚が薄い場合それを制御するの
が困難となる。そのため、将来、デバイスへの適用が予
定されている１０ｎｍ以下の酸化膜を再現性よく形成す
るのは難しい。
【０００５】従来の方法により、１０ｎｍ以下の酸化膜
を形成するには、酸化温度を８００℃以下に下げ、酸素
を窒素で希釈したりするなどして、酸化速度を落として
やる必要がある。
を形成するには、酸化温度を８００℃以下に下げ、酸素
を窒素で希釈したりするなどして、酸化速度を落として
やる必要がある。
【０００６】ところが、このような低温による酸化で
は、Ｓｉ基板とＳｉＯ2 膜との界面における平坦性が損
なわれる。また、希釈法による酸化を行なうと、高温長
時間の酸化過程により基板中の不純物が酸化膜中に取り
込まれ、これが核となって絶縁破壊が生じる、などの問
題があった。そのため、これらの方法では、膜質の劣化
を招くことなく薄膜化を達成することは困難である。
は、Ｓｉ基板とＳｉＯ2 膜との界面における平坦性が損
なわれる。また、希釈法による酸化を行なうと、高温長
時間の酸化過程により基板中の不純物が酸化膜中に取り
込まれ、これが核となって絶縁破壊が生じる、などの問
題があった。そのため、これらの方法では、膜質の劣化
を招くことなく薄膜化を達成することは困難である。
【０００７】また、上述の低温酸化法や希釈酸化法によ
って形成される酸化膜とＳｉとの界面近傍には、多数の
Ｓｉ原子の不対結合や、歪んだＳｉ−Ｏ結合が存在す
る。高エネルギー電子に対し、これらの結合は、電子ト
ラップとして働く。そのため、このような従来方法で形
成された絶縁膜を、例えばＭＯＳ型電界効果トランジス
タ（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート絶縁膜として用いた場合、
しきい値電圧の変動や伝達コンダクタンスの低下、さら
には高電界ストレスやホットキャリヤ耐性の低下が、問
題となる。
って形成される酸化膜とＳｉとの界面近傍には、多数の
Ｓｉ原子の不対結合や、歪んだＳｉ−Ｏ結合が存在す
る。高エネルギー電子に対し、これらの結合は、電子ト
ラップとして働く。そのため、このような従来方法で形
成された絶縁膜を、例えばＭＯＳ型電界効果トランジス
タ（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート絶縁膜として用いた場合、
しきい値電圧の変動や伝達コンダクタンスの低下、さら
には高電界ストレスやホットキャリヤ耐性の低下が、問
題となる。
【０００８】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従って、この発明の目的は、従来に比して薄
くしかも膜厚の制御性に優れ、かつ絶縁耐性が高く膜質
の優れた絶縁膜の形成方法を提供することにある。
のであり、従って、この発明の目的は、従来に比して薄
くしかも膜厚の制御性に優れ、かつ絶縁耐性が高く膜質
の優れた絶縁膜の形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、反応炉内で、シリコンの下地上
にいくつかの酸窒化膜層からなる絶縁膜を形成する方法
において、反応炉内を、窒素非含有の酸化性ガスと窒素
含有の酸化性ガスとからなる混合ガスの雰囲気とし、か
つ下地を加熱処理しながら、前記下地に第１の絶縁膜で
ある酸窒化膜層を形成する工程と、前記反応炉内の前記
混合ガスの混合比を窒素含有の酸化性ガスの比率が高く
なるようにして順次変え、かつ下地を加熱処理しなが
ら、前記第１絶縁膜上に第２以降の絶縁膜である酸窒化
膜層を順次形成していく工程とを含むことを特徴とす
る。
め、この発明によれば、反応炉内で、シリコンの下地上
にいくつかの酸窒化膜層からなる絶縁膜を形成する方法
において、反応炉内を、窒素非含有の酸化性ガスと窒素
含有の酸化性ガスとからなる混合ガスの雰囲気とし、か
つ下地を加熱処理しながら、前記下地に第１の絶縁膜で
ある酸窒化膜層を形成する工程と、前記反応炉内の前記
混合ガスの混合比を窒素含有の酸化性ガスの比率が高く
なるようにして順次変え、かつ下地を加熱処理しなが
ら、前記第１絶縁膜上に第２以降の絶縁膜である酸窒化
膜層を順次形成していく工程とを含むことを特徴とす
る。
【００１０】この発明の実施に当たり、好ましくは、前
述の窒素含有の酸化性ガスを、一酸化窒素（ＮＯ）、一
酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）および二酸化窒素（ＮＯ2 ）より
なるガス群から選択される１種のガスまたは複数の混合
ガスとするのがよい。
述の窒素含有の酸化性ガスを、一酸化窒素（ＮＯ）、一
酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）および二酸化窒素（ＮＯ2 ）より
なるガス群から選択される１種のガスまたは複数の混合
ガスとするのがよい。
【００１１】なお、ここでいうシリコンの下地とは、シ
リコン基板はもとより、そのほか、この基板にエピタキ
シャル層を形成したもの、またこれらに限らず基板やエ
ピタキシャル層に素子が作り込まれている中間体など、
絶縁膜が形成されるべき広く下地を意味している。
リコン基板はもとより、そのほか、この基板にエピタキ
シャル層を形成したもの、またこれらに限らず基板やエ
ピタキシャル層に素子が作り込まれている中間体など、
絶縁膜が形成されるべき広く下地を意味している。
【００１２】またここでいう混合比とは、この明細書で
は分圧比と同義であり、従って、分圧比によって規定さ
れるものである。
は分圧比と同義であり、従って、分圧比によって規定さ
れるものである。
【００１３】
【作用】この発明の構成によれば、まず、反応炉内を、
窒素非含有の酸化性ガスと窒素含有の酸化性ガス（例え
ばＮ2 Ｏガス）とからなる混合ガスの雰囲気とし、かつ
加熱処理することにより、下地上に第１の絶縁膜である
酸窒化膜層（ＳｉＯX ＮY 膜、Ｘ、Ｙ＞０を満たす値で
ある。）を形成する。次に、同一反応炉内を、混合ガス
における窒素非含有の酸化性ガスと窒素含有の酸化性ガ
スとの混合比を変えた混合ガスの雰囲気とし、かつ加熱
処理することにより、前記第１の絶縁膜層上に第２の絶
縁膜である酸窒化膜層を形成する。更に、反応炉内のガ
スの混合比を順次変え、かつ下地を加熱処理しながら、
第２酸窒化膜層上に第３以降の絶縁膜である酸窒化膜層
を順次形成する。このようにして行なわれる成膜工程
は、必要な工程数だけ行なわれる。
窒素非含有の酸化性ガスと窒素含有の酸化性ガス（例え
ばＮ2 Ｏガス）とからなる混合ガスの雰囲気とし、かつ
加熱処理することにより、下地上に第１の絶縁膜である
酸窒化膜層（ＳｉＯX ＮY 膜、Ｘ、Ｙ＞０を満たす値で
ある。）を形成する。次に、同一反応炉内を、混合ガス
における窒素非含有の酸化性ガスと窒素含有の酸化性ガ
スとの混合比を変えた混合ガスの雰囲気とし、かつ加熱
処理することにより、前記第１の絶縁膜層上に第２の絶
縁膜である酸窒化膜層を形成する。更に、反応炉内のガ
スの混合比を順次変え、かつ下地を加熱処理しながら、
第２酸窒化膜層上に第３以降の絶縁膜である酸窒化膜層
を順次形成する。このようにして行なわれる成膜工程
は、必要な工程数だけ行なわれる。
【００１４】このように、この発明の成膜工程では、最
初の絶縁膜形成時の窒素含有の酸化性ガスの混合比を低
くし、以降、順次高くしていくので、膜厚の細かな制御
と、膜中への窒素の効果的な導入、及びそれによる誘電
率の向上の図れる高品質の絶縁膜となる。
初の絶縁膜形成時の窒素含有の酸化性ガスの混合比を低
くし、以降、順次高くしていくので、膜厚の細かな制御
と、膜中への窒素の効果的な導入、及びそれによる誘電
率の向上の図れる高品質の絶縁膜となる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の絶縁膜形
成方法の実施例を詳細に説明する。
成方法の実施例を詳細に説明する。
【００１６】なお、説明に用いる各図は、この発明が理
解できる程度に、各構成成分の大きさ、形状および配置
関係を概略的に示してあるにすぎない。また次の説明で
は、特定の材料および特定の数値的条件を挙げて説明す
るが、これらの材料および条件は、単なる好適例にすぎ
ず、従って、この発明はこれらに限定されるものではな
い。
解できる程度に、各構成成分の大きさ、形状および配置
関係を概略的に示してあるにすぎない。また次の説明で
は、特定の材料および特定の数値的条件を挙げて説明す
るが、これらの材料および条件は、単なる好適例にすぎ
ず、従って、この発明はこれらに限定されるものではな
い。
【００１７】１．絶縁膜形成装置の説明 まず、この発明の方法を実施するために好適な装置例に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１８】図２は、この装置の主要部の構成を概略的
に示す図であり、図３は、実施例の装置の全体構成、特
にガス供給系を概略的に示す図である。なお、図２では
反応炉１０内にシリコンの下地としてこの場合シリコン
基板１８（以下、「基板」と略称することもある。）を
配置した状態を示してある。
に示す図であり、図３は、実施例の装置の全体構成、特
にガス供給系を概略的に示す図である。なお、図２では
反応炉１０内にシリコンの下地としてこの場合シリコン
基板１８（以下、「基板」と略称することもある。）を
配置した状態を示してある。
【００１９】図２にも示すように、反応炉１０は、ステ
ンレスからなる本体１０ａおよび昇降部１０ｃを、また
石英からなる蓋部材１０ｂおよび（基板１８の）支持体
２０を備えている。
ンレスからなる本体１０ａおよび昇降部１０ｃを、また
石英からなる蓋部材１０ｂおよび（基板１８の）支持体
２０を備えている。
【００２０】反応炉１０内への基板１８の出し入れは、
昇降装置２２の昇降部材１０ｃの昇降により行う。本体
１０ａと蓋部材１０ｂおよび昇降部材１０ｃの間には、
気密保持部材２４例えばバイトンパッキンを設けてあ
る。従って、反応炉１０内の真空引きを行った際に、気
密保持部材２４を介して気密状態が保てるようになって
いる。
昇降装置２２の昇降部材１０ｃの昇降により行う。本体
１０ａと蓋部材１０ｂおよび昇降部材１０ｃの間には、
気密保持部材２４例えばバイトンパッキンを設けてあ
る。従って、反応炉１０内の真空引きを行った際に、気
密保持部材２４を介して気密状態が保てるようになって
いる。
【００２１】さらに、この反応炉１０には加熱部１６を
設けてある。この加熱部１６は、任意好適な構成の赤外
線照射手段、例えば、支持部材１６ｂによって支持され
た赤外線ランプ１６ａをもって構成する。赤外線ランプ
１６ａとしては、タングステンハロゲンランプその他の
任意好適なランプを用いる。好ましくは、複数個の赤外
線ランプ１６ａを配置して反応炉内の加熱を均一に行え
るようにする。これは、反応炉１０の蓋部材１０ｂを赤
外線透過材とすることにより可能である。
設けてある。この加熱部１６は、任意好適な構成の赤外
線照射手段、例えば、支持部材１６ｂによって支持され
た赤外線ランプ１６ａをもって構成する。赤外線ランプ
１６ａとしては、タングステンハロゲンランプその他の
任意好適なランプを用いる。好ましくは、複数個の赤外
線ランプ１６ａを配置して反応炉内の加熱を均一に行え
るようにする。これは、反応炉１０の蓋部材１０ｂを赤
外線透過材とすることにより可能である。
【００２２】また、基板１８の表面温度を測定するた
め、凹部ａの基板近傍にはオプティカルパイロメータの
ような温度測定器２６を設けてある。
め、凹部ａの基板近傍にはオプティカルパイロメータの
ような温度測定器２６を設けてある。
【００２３】さらに、この反応炉１０には、ガス供給部
２８と排気管３０を設けてある。ガス供給部２８には、
バルブ４４を介して絶縁膜形成プロセスに用いる各種ガ
スが供給される。また、排気管３０には真空排気装置
（図示せず）が接続してある。
２８と排気管３０を設けてある。ガス供給部２８には、
バルブ４４を介して絶縁膜形成プロセスに用いる各種ガ
スが供給される。また、排気管３０には真空排気装置
（図示せず）が接続してある。
【００２４】図３において、４２はガス供給系、４４は
バルブ、４６ａ乃至４６ｃは自動開閉バルブ、５０はガ
ス供給部１４から反応炉１０へ導入されるガス流量のモ
ニターである。
バルブ、４６ａ乃至４６ｃは自動開閉バルブ、５０はガ
ス供給部１４から反応炉１０へ導入されるガス流量のモ
ニターである。
【００２５】ガス供給部１４は、（窒素含有及び非含有
の）酸化性ガス源１４ａ、１４ｂ、及び不活性ガス源１
４ｃから構成されている。それぞれのガスは、バルブ４
４、および４６ａ乃至４６ｃを適当量開閉することによ
り、所望の流量で反応炉１０内へ送給することができ
る。
の）酸化性ガス源１４ａ、１４ｂ、及び不活性ガス源１
４ｃから構成されている。それぞれのガスは、バルブ４
４、および４６ａ乃至４６ｃを適当量開閉することによ
り、所望の流量で反応炉１０内へ送給することができ
る。
【００２６】２．絶縁膜の形成方法 次に、この発明の絶縁膜、つまり酸窒化膜の形成方法の
実施例について説明する。図１（Ａ）〜（Ｄ）は、この
実施例の絶縁膜形成方法の説明に供する工程図である。
また、図４は、この実施例の形成方法中で行った加熱サ
イクルおよびガス制御サイクルの説明図である。加熱サ
イクルは、縦軸に温度をとりかつ横軸に処理時間をとっ
て示してある。また図中、破線は、反応炉内における一
酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスの分圧比を示す。次の説明
は、これらの図を適宜参照しておこなう。
実施例について説明する。図１（Ａ）〜（Ｄ）は、この
実施例の絶縁膜形成方法の説明に供する工程図である。
また、図４は、この実施例の形成方法中で行った加熱サ
イクルおよびガス制御サイクルの説明図である。加熱サ
イクルは、縦軸に温度をとりかつ横軸に処理時間をとっ
て示してある。また図中、破線は、反応炉内における一
酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスの分圧比を示す。次の説明
は、これらの図を適宜参照しておこなう。
【００２７】２−１．第１の絶縁膜の形成 まず、反応炉１０内に、シリコンの下地としてｐ型（１
００）Ｓｉ基板１８を設置する。必要に応じ、基板表面
の清浄化を行い、また反応炉内の清浄を行なう。その
際、例えば反応炉１０内を１０-3〜１０-5Ｔｏｒｒの高
真空に排気する（図４にＶ１で示す期間）。
００）Ｓｉ基板１８を設置する。必要に応じ、基板表面
の清浄化を行い、また反応炉内の清浄を行なう。その
際、例えば反応炉１０内を１０-3〜１０-5Ｔｏｒｒの高
真空に排気する（図４にＶ１で示す期間）。
【００２８】次に、バルブ４４、４６ａ、４６ｂを開
き、反応炉内に、窒素を含まない酸化性ガス例えばＯ2
ガス、および窒素を含む酸化性ガス例えばＮ2 Ｏガスを
導入する。この際、各バルブの開閉量を適当に調節する
ことにより、反応炉１０内におけるＮ2 Ｏガスの分圧比
を、例えば１０％以下とする。炉内に所望の混合比によ
るガスの雰囲気が形成されたところで、ガスの送給を停
止する。そして、炉内の圧力を常圧（７６０Ｔｏｒｒ）
とするが、成膜時の反応副生成物を反応炉外へ排気する
ため、炉内を例えば１００〜１０-2Ｔｏｒｒの低真空の
状態に維持してもよい。
き、反応炉内に、窒素を含まない酸化性ガス例えばＯ2
ガス、および窒素を含む酸化性ガス例えばＮ2 Ｏガスを
導入する。この際、各バルブの開閉量を適当に調節する
ことにより、反応炉１０内におけるＮ2 Ｏガスの分圧比
を、例えば１０％以下とする。炉内に所望の混合比によ
るガスの雰囲気が形成されたところで、ガスの送給を停
止する。そして、炉内の圧力を常圧（７６０Ｔｏｒｒ）
とするが、成膜時の反応副生成物を反応炉外へ排気する
ため、炉内を例えば１００〜１０-2Ｔｏｒｒの低真空の
状態に維持してもよい。
【００２９】次に、基板１８を加熱部１６により加熱処
理を行ない（図４にＨ１で示す期間）、基板表面に第１
の絶縁膜である酸窒化膜６２を形成する。
理を行ない（図４にＨ１で示す期間）、基板表面に第１
の絶縁膜である酸窒化膜６２を形成する。
【００３０】基板１８に対する加熱のピーク温度Ｔは、
１０００〜１２００℃とするのがよい。この基板の加熱
は、好ましくは、赤外線ランプ、アークランプ、レーザ
ビームあるいはヒータなどの加熱手段を用いて行なう。
この実施例では、赤外線ランプ１６ａとしてタングステ
ンハロゲンランプを用い、かつ基板１８の表面温度を、
温度測定手段例えばオプティカルパイロメータ２６で測
定しながら、約５０℃／秒〜２００℃／秒の間の適当な
割合、好ましくは、昇温速度約１００℃／秒で、約１１
００℃まで上昇させ、この温度に一定の時間期間保持し
て、例えば、膜厚が数１０オングストローム程度の第１
絶縁膜を形成する（図１の（Ｂ））。
１０００〜１２００℃とするのがよい。この基板の加熱
は、好ましくは、赤外線ランプ、アークランプ、レーザ
ビームあるいはヒータなどの加熱手段を用いて行なう。
この実施例では、赤外線ランプ１６ａとしてタングステ
ンハロゲンランプを用い、かつ基板１８の表面温度を、
温度測定手段例えばオプティカルパイロメータ２６で測
定しながら、約５０℃／秒〜２００℃／秒の間の適当な
割合、好ましくは、昇温速度約１００℃／秒で、約１１
００℃まで上昇させ、この温度に一定の時間期間保持し
て、例えば、膜厚が数１０オングストローム程度の第１
絶縁膜を形成する（図１の（Ｂ））。
【００３１】なお、この酸窒化膜の膜厚制御は、例え
ば、処理温度、加熱時間およびガスの反応炉内での圧力
を調整することによって行なうことができ、数１０オン
グストローム以上の任意の膜厚形成を達成できる。
ば、処理温度、加熱時間およびガスの反応炉内での圧力
を調整することによって行なうことができ、数１０オン
グストローム以上の任意の膜厚形成を達成できる。
【００３２】２−２．第２の絶縁膜の形成 次に、反応炉１０内を例えば１０-3〜１０-5Ｔｏｒｒの
高真空にいったん排気する（図４にＶ２で示す期間）。
それから、各バルブ４４、４６ａ、４６ｂを開き、反応
炉内に、各ガスを導入する。この際、各バルブの開閉量
を適当に調節することにより、反応炉１０内のＮ2 Ｏガ
スの分圧比を第１絶縁膜形成時よりも高く、例えば５０
％とする。炉内に所望の混合比によるガスの雰囲気が形
成されたところで、ガスの送給を停止する。そして、炉
内の圧力を常圧とするが、場合によっては、１００〜１
０-2Ｔｏｒｒの低真空の状態としてもよい。
高真空にいったん排気する（図４にＶ２で示す期間）。
それから、各バルブ４４、４６ａ、４６ｂを開き、反応
炉内に、各ガスを導入する。この際、各バルブの開閉量
を適当に調節することにより、反応炉１０内のＮ2 Ｏガ
スの分圧比を第１絶縁膜形成時よりも高く、例えば５０
％とする。炉内に所望の混合比によるガスの雰囲気が形
成されたところで、ガスの送給を停止する。そして、炉
内の圧力を常圧とするが、場合によっては、１００〜１
０-2Ｔｏｒｒの低真空の状態としてもよい。
【００３３】このように設定したガスの雰囲気中で、基
板温度を例えば約５０℃／秒〜２００℃／秒の範囲の適
当な割合で、１０００〜１２００℃の温度範囲の適当な
温度Ｔまで上昇させ、この温度に一定の時間期間（図４
のＨ2 で示す期間）保持して第１絶縁膜６２上に数オン
グストローム乃至数１０オングストロームの第２の絶縁
膜である酸窒化膜６４を得る（図１の（Ｃ））。
板温度を例えば約５０℃／秒〜２００℃／秒の範囲の適
当な割合で、１０００〜１２００℃の温度範囲の適当な
温度Ｔまで上昇させ、この温度に一定の時間期間（図４
のＨ2 で示す期間）保持して第１絶縁膜６２上に数オン
グストローム乃至数１０オングストロームの第２の絶縁
膜である酸窒化膜６４を得る（図１の（Ｃ））。
【００３４】この場合の加熱手段は、第１の絶縁膜形成
時に用いたと同様な加熱手段を用いればよい。なお、こ
のようにして得られる酸窒化膜の膜厚は、加熱時間、温
度およびガスの圧力を調整することによって適当に制御
できる。
時に用いたと同様な加熱手段を用いればよい。なお、こ
のようにして得られる酸窒化膜の膜厚は、加熱時間、温
度およびガスの圧力を調整することによって適当に制御
できる。
【００３５】２−３．第３の絶縁膜の形成 次に、第３の絶縁膜である酸窒化膜６６を形成する。そ
の際、反応炉内のＮ2 Ｏガスの分圧比を第２の絶縁膜形
成時よりも更に高く、例えばほぼ１００％とする以外
は、第１および第２の絶縁膜成膜時の工程に準じた要領
で実施する。図４において、処理温度Ｔでの一定の時間
期間Ｈｎのｎを３と置き換えてみればよい。このように
して、第２絶縁膜６４上に数オングストローム乃至数１
０オングストロームの第３の絶縁膜である酸窒化膜６６
を得る（図１の（Ｄ））。
の際、反応炉内のＮ2 Ｏガスの分圧比を第２の絶縁膜形
成時よりも更に高く、例えばほぼ１００％とする以外
は、第１および第２の絶縁膜成膜時の工程に準じた要領
で実施する。図４において、処理温度Ｔでの一定の時間
期間Ｈｎのｎを３と置き換えてみればよい。このように
して、第２絶縁膜６４上に数オングストローム乃至数１
０オングストロームの第３の絶縁膜である酸窒化膜６６
を得る（図１の（Ｄ））。
【００３６】なお、このようにして得られる酸窒化膜の
膜厚は、加熱時間、温度およびガスの圧力を調整するこ
とによって適当に制御できる。
膜厚は、加熱時間、温度およびガスの圧力を調整するこ
とによって適当に制御できる。
【００３７】所望の膜厚の酸窒化膜が得られたところ
で、混合ガスの送給を停止し、次にバルブ４４、４６ｃ
を開いて、不活性ガス例えば窒素（Ｎ2 ）ガスを反応炉
内へ導入しながら（図４にＶｎ（この場合ｎ＝３）で示
す期間）、基板１８を室温まで冷却することにより、成
膜工程を終了する。
で、混合ガスの送給を停止し、次にバルブ４４、４６ｃ
を開いて、不活性ガス例えば窒素（Ｎ2 ）ガスを反応炉
内へ導入しながら（図４にＶｎ（この場合ｎ＝３）で示
す期間）、基板１８を室温まで冷却することにより、成
膜工程を終了する。
【００３８】なお、上述した各処理期間Ｈ１、Ｈ２およ
びＨｎ（この場合ｎ＝３）における基板加熱温度をＴと
してあるが、この温度は各処理ごとに変えてもよい。
びＨｎ（この場合ｎ＝３）における基板加熱温度をＴと
してあるが、この温度は各処理ごとに変えてもよい。
【００３９】以上、この実施例では、第１乃至第３の絶
縁膜を形成する方法について説明したが、実施に当たり
この工数に制限されることなく、所望の膜厚の絶縁膜が
得られるまで任意の回数による処理が可能である（図４
参照）。しかし、高温熱処理を繰り返すことで基板に与
えるダメージを考慮すれば、最大でも４回程度に抑える
ことが望ましい。
縁膜を形成する方法について説明したが、実施に当たり
この工数に制限されることなく、所望の膜厚の絶縁膜が
得られるまで任意の回数による処理が可能である（図４
参照）。しかし、高温熱処理を繰り返すことで基板に与
えるダメージを考慮すれば、最大でも４回程度に抑える
ことが望ましい。
【００４０】以上、この発明の絶縁膜形成方法の実施例
について説明したが、この発明は、上述の実施例に制約
されるものではない。
について説明したが、この発明は、上述の実施例に制約
されるものではない。
【００４１】上述の実施例では、窒素を含む酸化性ガス
としてＮ2 Ｏガスの例を挙げて説明したが、一酸化窒素
（ＮＯ）ガスまたは二酸化窒素（ＮＯ2 ）ガスの単体ガ
ス、あるいは、ＮＯガス、Ｎ2 ＯガスおよびＮＯ2 ガス
よりなる群から選択された２種類以上の混合ガスを用い
てもよい。また、上述した実施例よりも、酸化膜／Ｎ2
Ｏ酸窒化膜系の絶縁膜の膜厚が薄い領域で、実施例と同
程度の改善効果が得られる。
としてＮ2 Ｏガスの例を挙げて説明したが、一酸化窒素
（ＮＯ）ガスまたは二酸化窒素（ＮＯ2 ）ガスの単体ガ
ス、あるいは、ＮＯガス、Ｎ2 ＯガスおよびＮＯ2 ガス
よりなる群から選択された２種類以上の混合ガスを用い
てもよい。また、上述した実施例よりも、酸化膜／Ｎ2
Ｏ酸窒化膜系の絶縁膜の膜厚が薄い領域で、実施例と同
程度の改善効果が得られる。
【００４２】また、上述した実施例では下地をシリコン
基板としたが、これに何ら限定されるものではなく、こ
の下地は成膜されるべき下地層がシリコンを含む層であ
ればどのような構成であっても良い。
基板としたが、これに何ら限定されるものではなく、こ
の下地は成膜されるべき下地層がシリコンを含む層であ
ればどのような構成であっても良い。
【００４３】
【発明の効果】通常の酸化膜は、膜中にＳｉ原子やＯ原
子の不対結合や弱い結合が多数存在するため、電子注入
のストレスによって、これら結合が切断されること、ま
た電子注入によるインパクトイオン化で生じた正孔がト
ラップされることなどにより絶縁破壊が発生する。しか
し、この発明により、絶縁膜として酸窒化膜を用いる
と、これら結合部分に窒素原子が侵入したり、置換され
て、Ｓｉと窒素の結合の安定性によって絶縁耐性が向上
する。
子の不対結合や弱い結合が多数存在するため、電子注入
のストレスによって、これら結合が切断されること、ま
た電子注入によるインパクトイオン化で生じた正孔がト
ラップされることなどにより絶縁破壊が発生する。しか
し、この発明により、絶縁膜として酸窒化膜を用いる
と、これら結合部分に窒素原子が侵入したり、置換され
て、Ｓｉと窒素の結合の安定性によって絶縁耐性が向上
する。
【００４４】また、酸窒化膜は、酸化膜と比べて緻密な
構造を有して、不純物拡散に対する抑止効果を発揮する
とともに、窒素の導入によって誘電率の向上も達成でき
る。
構造を有して、不純物拡散に対する抑止効果を発揮する
とともに、窒素の導入によって誘電率の向上も達成でき
る。
【００４５】また、酸窒化に当たり、窒素は酸化種の拡
散を抑制する働きをする、そのため、酸窒化の初期段階
において雰囲気中に多量の窒素が存在すると、膜厚の成
長が抑制され、Ｓｉとの界面の平坦性も損なわれる。そ
れが膜厚制御の低下、絶縁耐性の劣化の原因となる。
散を抑制する働きをする、そのため、酸窒化の初期段階
において雰囲気中に多量の窒素が存在すると、膜厚の成
長が抑制され、Ｓｉとの界面の平坦性も損なわれる。そ
れが膜厚制御の低下、絶縁耐性の劣化の原因となる。
【００４６】従って、この発明の絶縁膜の形成方法によ
れば、第１の絶縁膜形成に際しては、Ｎ2 Ｏガスの分圧
比を低く、以降、これを順次高くしていくことにより、
膜厚の細かな制御と、膜中への窒素の効果的な導入が可
能となる、これにより、従来の酸化膜と比べて、薄くし
かも膜厚の制御性に優れ、かつ絶縁耐性が高く膜質の優
れた絶縁膜が達成できる。
れば、第１の絶縁膜形成に際しては、Ｎ2 Ｏガスの分圧
比を低く、以降、これを順次高くしていくことにより、
膜厚の細かな制御と、膜中への窒素の効果的な導入が可
能となる、これにより、従来の酸化膜と比べて、薄くし
かも膜厚の制御性に優れ、かつ絶縁耐性が高く膜質の優
れた絶縁膜が達成できる。
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例の絶縁膜形成方法の
説明に供する工程図である。
説明に供する工程図である。
【図２】この発明の実施に使用する絶縁膜形成装置の主
要部の構成を概略的に示す断面図である。
要部の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】この発明の実施に使用する成膜装置の系全体を
概略的に示す説明図である。
概略的に示す説明図である。
【図４】実施例の絶縁膜形成過程の説明に供する図であ
り、ガス供給条件および基板加熱条件を示す説明図であ
る。
り、ガス供給条件および基板加熱条件を示す説明図であ
る。
１８：Ｓｉ基板 ６２：第１の絶縁膜 ６４：第２の絶縁膜 ６６：第３の絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/318
Claims (2)
- 【請求項１】 反応炉内で、シリコンの下地上にいくつ
かの酸窒化膜層からなる絶縁膜を形成する方法におい
て、 反応炉内を、窒素非含有の酸化性ガスと窒素含有の酸化
性ガスとからなる混合ガスの雰囲気とし、かつ下地を加
熱処理しながら、前記下地に第１の絶縁膜である酸窒化
膜層を形成する工程と、 前記反応炉内の前記混合ガスの混合比を窒素含有の酸化
性ガスの比率が高くなるようにして順次変え、かつ下地
を加熱処理しながら、前記第１絶縁膜上に第２以降の絶
縁膜である酸窒化膜層を順次形成していく工程とを含む
ことを特徴とする酸窒化膜層の絶縁膜形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の酸窒化膜層の絶縁膜形成
方法において、 窒素含有の酸化性ガスを、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化
二窒素（Ｎ2 Ｏ）および二酸化窒素（ＮＯ2 ）よりなる
ガス群から選択される１種のガスまたは複数の混合ガス
とすることを特徴とする酸窒化膜層の絶縁膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3327921A JP3041114B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 酸窒化膜層の絶縁膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3327921A JP3041114B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 酸窒化膜層の絶縁膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166799A JPH05166799A (ja) | 1993-07-02 |
| JP3041114B2 true JP3041114B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=18204493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3327921A Expired - Fee Related JP3041114B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 酸窒化膜層の絶縁膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041114B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970009863B1 (ko) * | 1994-01-22 | 1997-06-18 | 금성일렉트론 주식회사 | 반도체 소자의 실리콘절연막형성방법 |
-
1991
- 1991-12-12 JP JP3327921A patent/JP3041114B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05166799A (ja) | 1993-07-02 |
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