JP3202401B2 - Ｍｏｓ型半導体装置におけるゲート酸化膜の製造方法 - Google Patents
Ｍｏｓ型半導体装置におけるゲート酸化膜の製造方法Info
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- JP3202401B2 JP3202401B2 JP09220993A JP9220993A JP3202401B2 JP 3202401 B2 JP3202401 B2 JP 3202401B2 JP 09220993 A JP09220993 A JP 09220993A JP 9220993 A JP9220993 A JP 9220993A JP 3202401 B2 JP3202401 B2 JP 3202401B2
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- Japan
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- oxide film
- gate oxide
- oxidation
- burner
- gas
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＭＯＳ型半導体装置のゲ
ート酸化膜を形成する方法に関し、特にパイロジェニッ
ク酸化法と称される方法に関するものである。
ート酸化膜を形成する方法に関し、特にパイロジェニッ
ク酸化法と称される方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコンウエハにゲート酸化膜を形成す
る方法としてはドライＯ2酸化、ウエットＯ2酸化、パイ
ロジェニック酸化、ＨＣｌ酸化、ＴＣＡ酸化、高圧酸化
などが一般に用いられている。
る方法としてはドライＯ2酸化、ウエットＯ2酸化、パイ
ロジェニック酸化、ＨＣｌ酸化、ＴＣＡ酸化、高圧酸化
などが一般に用いられている。
【０００３】パイロジェニック酸化はＨ2−Ｏ2混合ガス
を用いる酸化方法であり、入口に水素を燃焼させて水を
生成するバーナが設けられている酸化炉内に半導体ウエ
ハを収容し、バーナに水素ガスと酸素ガスを供給し、そ
のバーナから酸化炉に酸素中に水蒸気を含むガスを供給
して半導体ウエハに酸化膜を形成する方法である。
を用いる酸化方法であり、入口に水素を燃焼させて水を
生成するバーナが設けられている酸化炉内に半導体ウエ
ハを収容し、バーナに水素ガスと酸素ガスを供給し、そ
のバーナから酸化炉に酸素中に水蒸気を含むガスを供給
して半導体ウエハに酸化膜を形成する方法である。
【０００４】パイロジェニック酸化法はドライＯ2酸化
法に比べると、酸化速度が速く、厚い酸化膜を形成する
のに適した酸化法である。また、得られるパイロジェニ
ック酸化膜はドライＯ2酸化膜に比べて膜厚の均一性は
劣るものの、ゲート酸化膜に用いる場合のＴＤＤＢ（Ti
me Dependent Dielectric Breakdown；経時破壊）特性
が優れている。
法に比べると、酸化速度が速く、厚い酸化膜を形成する
のに適した酸化法である。また、得られるパイロジェニ
ック酸化膜はドライＯ2酸化膜に比べて膜厚の均一性は
劣るものの、ゲート酸化膜に用いる場合のＴＤＤＢ（Ti
me Dependent Dielectric Breakdown；経時破壊）特性
が優れている。
【０００５】パイロジェニック酸化法では、酸化炉の入
口に設けられたバーナに供給する水素ガスと酸素ガスの
比率を調節することによって、酸化炉には所定の分圧の
水蒸気を含む酸素ガスが供給されるようにしている。水
蒸気分圧が小さくなると酸化速度が下がるため、通常は
水蒸気分圧が０．５気圧以上になるような条件でゲート
酸化膜が形成されている。
口に設けられたバーナに供給する水素ガスと酸素ガスの
比率を調節することによって、酸化炉には所定の分圧の
水蒸気を含む酸素ガスが供給されるようにしている。水
蒸気分圧が小さくなると酸化速度が下がるため、通常は
水蒸気分圧が０．５気圧以上になるような条件でゲート
酸化膜が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、ゲート酸
化膜の特性のうちのＴＤＤＢ特性が水蒸気分圧に対して
依存性をもつことを見出した。そこで、本発明の目的
は、パイロジェニック酸化法において、ＴＤＤＢ特性の
優れたゲート酸化膜を形成するための最適な酸素分圧を
明かにすることである。
化膜の特性のうちのＴＤＤＢ特性が水蒸気分圧に対して
依存性をもつことを見出した。そこで、本発明の目的
は、パイロジェニック酸化法において、ＴＤＤＢ特性の
優れたゲート酸化膜を形成するための最適な酸素分圧を
明かにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化炉内での
水蒸気分圧が０．１〜０．３気圧となるようにバーナに
供給する水素ガスと酸素ガスの流量を調節することを特
徴とするパイロジェニック酸化法によるゲート酸化膜の
製造方法である。
水蒸気分圧が０．１〜０．３気圧となるようにバーナに
供給する水素ガスと酸素ガスの流量を調節することを特
徴とするパイロジェニック酸化法によるゲート酸化膜の
製造方法である。
【０００８】
【実施例】図１に本発明を実施するパイロジェニック酸
化装置の一例を示す。酸化炉は横形の円筒状石英管２と
その外側に配置されたヒータ３とを備えており、炉内温
度制御される。炉内温度は例えば８００〜９５０℃の間
で制御される。石英管２内にはホルダ４により垂直方向
に立てて保持された複数のシリコンウエハ６が設置され
る。石英管２の一端は開放され、他端は絞り込まれて酸
化性ガス入口８となっている。その入口８には水素を燃
焼させて水蒸気を発生するバーナ１０が設けられてお
り、バーナ１０にはヒータ１２が設けられて８００〜８
５０℃に加熱するようになっている。バーナ１０には水
素と酸素が供給されて水蒸気が発生し、水蒸気を含んだ
酸素ガスとして酸化炉２に供給される。
化装置の一例を示す。酸化炉は横形の円筒状石英管２と
その外側に配置されたヒータ３とを備えており、炉内温
度制御される。炉内温度は例えば８００〜９５０℃の間
で制御される。石英管２内にはホルダ４により垂直方向
に立てて保持された複数のシリコンウエハ６が設置され
る。石英管２の一端は開放され、他端は絞り込まれて酸
化性ガス入口８となっている。その入口８には水素を燃
焼させて水蒸気を発生するバーナ１０が設けられてお
り、バーナ１０にはヒータ１２が設けられて８００〜８
５０℃に加熱するようになっている。バーナ１０には水
素と酸素が供給されて水蒸気が発生し、水蒸気を含んだ
酸素ガスとして酸化炉２に供給される。
【０００９】バーナ１０に供給される水素と酸素の流量
比は、全水素が燃焼して水蒸気となり、酸素が残るよう
に、酸素過剰の状態で供給される。バーナ１０に供給さ
れる水素の流量をａリットル／分、酸素の流量をｂリッ
トル／分とすると、水素が燃焼してａリットル／分の水
蒸気が生成し、酸素が（ａ／２）リットル／分消費され
る。バーナ１０から石英管２に供給されるガスは、ａリ
ットル／分の水蒸気と（ｂ−ａ／２）リットル／分の酸
素との混合ガスである。石英管２内の水蒸気分圧はバー
ナ１０から石英管２に供給される酸素ガスと水蒸気の流
量比から算出することができる。
比は、全水素が燃焼して水蒸気となり、酸素が残るよう
に、酸素過剰の状態で供給される。バーナ１０に供給さ
れる水素の流量をａリットル／分、酸素の流量をｂリッ
トル／分とすると、水素が燃焼してａリットル／分の水
蒸気が生成し、酸素が（ａ／２）リットル／分消費され
る。バーナ１０から石英管２に供給されるガスは、ａリ
ットル／分の水蒸気と（ｂ−ａ／２）リットル／分の酸
素との混合ガスである。石英管２内の水蒸気分圧はバー
ナ１０から石英管２に供給される酸素ガスと水蒸気の流
量比から算出することができる。
【００１０】シリコンウエハにゲート酸化膜を形成する
ときの炉内温度制御の一例を図２に示す。この例では、
炉内温度を８００℃に保った状態で、シリコンウエハ６
を保持したホルダ４を石英管２内に入れ、炉内温度を９
２０℃に上げて１０〜１５分間保持した後、再び８００
℃まで低下させ、しばらく保持した後、シリコンウエハ
６をホルダ４とともに取り出す。
ときの炉内温度制御の一例を図２に示す。この例では、
炉内温度を８００℃に保った状態で、シリコンウエハ６
を保持したホルダ４を石英管２内に入れ、炉内温度を９
２０℃に上げて１０〜１５分間保持した後、再び８００
℃まで低下させ、しばらく保持した後、シリコンウエハ
６をホルダ４とともに取り出す。
【００１１】ゲート酸化膜を形成するシリコンウエハと
して、Ｐ型導電型で（１００）面方位をもち、ＬＯＣＯ
Ｓ（選択酸化）法によりフィールド酸化膜を形成したも
のを用い、石英管２に供給する酸素と水蒸気の混合ガス
中の水蒸気分圧を、石英管２内での混合ガスの全圧を１
気圧としたときの分圧で表わして、０（ドライＯ2酸
化）、０.０６２気圧、０.１０５気圧、０.２２２気
圧、０.５５６気圧とそれぞれ設定してゲート酸化膜を
形成した。このように水蒸気分圧を種々に変えてゲート
酸化膜を形成したシリコンウエハに、不純物導入により
低抵抗化したポリシリコン膜を堆積し、写真製版とエッ
チングにより、図３に示されるように、フィールド酸化
膜２４上を通るゲート電極２０を形成してＭＯＳキャパ
シタを作成した。なお、図３で、２２は（１００）面方
位をもつＰ型シリコン基板、２６はゲート酸化膜であ
り、ゲート酸化膜２６の膜厚は約１５０Åである。
して、Ｐ型導電型で（１００）面方位をもち、ＬＯＣＯ
Ｓ（選択酸化）法によりフィールド酸化膜を形成したも
のを用い、石英管２に供給する酸素と水蒸気の混合ガス
中の水蒸気分圧を、石英管２内での混合ガスの全圧を１
気圧としたときの分圧で表わして、０（ドライＯ2酸
化）、０.０６２気圧、０.１０５気圧、０.２２２気
圧、０.５５６気圧とそれぞれ設定してゲート酸化膜を
形成した。このように水蒸気分圧を種々に変えてゲート
酸化膜を形成したシリコンウエハに、不純物導入により
低抵抗化したポリシリコン膜を堆積し、写真製版とエッ
チングにより、図３に示されるように、フィールド酸化
膜２４上を通るゲート電極２０を形成してＭＯＳキャパ
シタを作成した。なお、図３で、２２は（１００）面方
位をもつＰ型シリコン基板、２６はゲート酸化膜であ
り、ゲート酸化膜２６の膜厚は約１５０Åである。
【００１２】図３のＭＯＳキャパシタにゲート電極２０
からゲート酸化膜２６へ電流密度を２５０ｍＡ／ｃｍ2
で一定に保ちながら電流注入を行なった。そのときの累
積故障率を図４（Ａ）に示す。縦軸は累積故障率、横軸
はＱｂｄで、Ｑｂｄは注入電流密度に時間を乗じた値で
あり、単位はＣ／ｃｍ2である。
からゲート酸化膜２６へ電流密度を２５０ｍＡ／ｃｍ2
で一定に保ちながら電流注入を行なった。そのときの累
積故障率を図４（Ａ）に示す。縦軸は累積故障率、横軸
はＱｂｄで、Ｑｂｄは注入電流密度に時間を乗じた値で
あり、単位はＣ／ｃｍ2である。
【００１３】累積故障率が５０％になるＱｂｄを酸化炉
中での水蒸気分圧を横軸にして表わすと、図４（Ｂ）の
ようになり、Ｑｂｄは水蒸気分圧に対して依存性のある
ことが分かった。図４の結果から、パイロジェニック酸
化法において、酸化炉内の水蒸気分圧を０．１〜０．３
気圧とすることによってＱｂｄの優れたゲート酸化膜を
得ることができる。
中での水蒸気分圧を横軸にして表わすと、図４（Ｂ）の
ようになり、Ｑｂｄは水蒸気分圧に対して依存性のある
ことが分かった。図４の結果から、パイロジェニック酸
化法において、酸化炉内の水蒸気分圧を０．１〜０．３
気圧とすることによってＱｂｄの優れたゲート酸化膜を
得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明ではパイロジェニック酸化膜にお
いて、酸化炉内での水蒸気分圧が０．１〜０．３気圧と
なるようにバーナに供給する水素ガスと酸素ガスの流量
を調節するようにしたので、ドライＯ2酸化膜よりも優
れ、従来の高い水蒸気分圧下でのパイロジェニック酸化
膜よりも優れた経時破壊耐性をもつゲート酸化膜を形成
することができる。
いて、酸化炉内での水蒸気分圧が０．１〜０．３気圧と
なるようにバーナに供給する水素ガスと酸素ガスの流量
を調節するようにしたので、ドライＯ2酸化膜よりも優
れ、従来の高い水蒸気分圧下でのパイロジェニック酸化
膜よりも優れた経時破壊耐性をもつゲート酸化膜を形成
することができる。
【図１】本発明を実施する酸化装置の一例を示す概略構
成図である。
成図である。
【図２】一実施例の酸化温度を示す図である。
【図３】一実施例で特性を比較するために形成したＭＯ
Ｓキャパシタを示す斜視断面図である。
Ｓキャパシタを示す斜視断面図である。
【図４】実施例と従来例の比較を示す図であり、（Ａ）
はＱｂｄに対する累積故障率を示す図、（Ｂ）は累積故
障率が５０％でのＱｂｄの水蒸気分圧依存性を示す図で
ある。
はＱｂｄに対する累積故障率を示す図、（Ｂ）は累積故
障率が５０％でのＱｂｄの水蒸気分圧依存性を示す図で
ある。
２ 酸化炉の石英管 ３ 酸化炉のヒータ ４ ホルダ ６ シリコンウエハ ８ 石英管のガス入口 １０ バーナ １２ バーナのヒータ
Claims (1)
- 【請求項１】 入口に水素を燃焼させて水を生成するバ
ーナが設けられている酸化炉内に半導体ウエハを収容
し、前記バーナに水素ガスと酸素ガスを供給し、酸素中
に水蒸気を含むガスとして前記酸化炉に供給して前記半
導体ウエハにゲート酸化膜を形成する方法において、 前記酸化炉内での水蒸気分圧が０．１〜０．３気圧とな
るように前記バーナに供給する水素ガスと酸素ガスの流
量を調節することを特徴とするゲート酸化膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09220993A JP3202401B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | Ｍｏｓ型半導体装置におけるゲート酸化膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09220993A JP3202401B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | Ｍｏｓ型半導体装置におけるゲート酸化膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283712A JPH06283712A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3202401B2 true JP3202401B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14048061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09220993A Expired - Lifetime JP3202401B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | Ｍｏｓ型半導体装置におけるゲート酸化膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3202401B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08172084A (ja) * | 1994-12-19 | 1996-07-02 | Kokusai Electric Co Ltd | 半導体成膜方法及びその装置 |
| EP1271636A1 (en) * | 2001-06-22 | 2003-01-02 | Infineon Technologies AG | Thermal oxidation process control by controlling oxidation agent partial pressure |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP09220993A patent/JP3202401B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06283712A (ja) | 1994-10-07 |
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