JP3232008B2 - 窒化酸化膜の形成方法 - Google Patents
窒化酸化膜の形成方法Info
- Publication number
- JP3232008B2 JP3232008B2 JP24146896A JP24146896A JP3232008B2 JP 3232008 B2 JP3232008 B2 JP 3232008B2 JP 24146896 A JP24146896 A JP 24146896A JP 24146896 A JP24146896 A JP 24146896A JP 3232008 B2 JP3232008 B2 JP 3232008B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide film
- nitrided oxide
- forming
- silicon substrate
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化酸化膜の形成
方法、更に詳しくは、ゲート電極のゲート絶縁膜の形成
において、通常のシリコン熱酸化膜をシリコン基板表面
に形成後、窒素含有酸素性雰囲気下でこのシリコン基板
の再酸化を行うことによって形成される窒化酸化膜をゲ
ート酸化膜として用いる半導体装置の高信頼性ゲート絶
縁膜の形成方法に関するものである。
方法、更に詳しくは、ゲート電極のゲート絶縁膜の形成
において、通常のシリコン熱酸化膜をシリコン基板表面
に形成後、窒素含有酸素性雰囲気下でこのシリコン基板
の再酸化を行うことによって形成される窒化酸化膜をゲ
ート酸化膜として用いる半導体装置の高信頼性ゲート絶
縁膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３に従来の窒化酸化膜の形成方法を示
す。以下、図３を用いて、従来の窒化酸化膜の形成工程
を説明する。
す。以下、図３を用いて、従来の窒化酸化膜の形成工程
を説明する。
【０００３】まず、酸素性雰囲気下で、シリコン基板１
表面にシリコン熱酸化膜２を形成する（図３（ａ））。
続いて、窒素含有酸化雰囲気、例えばＮ2Ｏ雰囲気下
で、このシリコン基板１の再酸化を行うと、シリコン基
板１とシリコン熱酸化膜２との界面で窒化酸化膜３の成
長が生じる（図３（ｂ））。
表面にシリコン熱酸化膜２を形成する（図３（ａ））。
続いて、窒素含有酸化雰囲気、例えばＮ2Ｏ雰囲気下
で、このシリコン基板１の再酸化を行うと、シリコン基
板１とシリコン熱酸化膜２との界面で窒化酸化膜３の成
長が生じる（図３（ｂ））。
【０００４】この窒化酸化膜の形成では、その成長過程
において、シリコン基板１とシリコン熱酸化膜２との界
面に窒素原子が蓄積していくので、ある一定の厚さにな
ると成長は止まってしまう。よって、通常のシリコン熱
酸化膜を形成するときには、上述しているように、一般
的な方法でシリコン熱酸化膜を形成し、ある程度の膜厚
を確保した後、窒化酸化処理を行う。
において、シリコン基板１とシリコン熱酸化膜２との界
面に窒素原子が蓄積していくので、ある一定の厚さにな
ると成長は止まってしまう。よって、通常のシリコン熱
酸化膜を形成するときには、上述しているように、一般
的な方法でシリコン熱酸化膜を形成し、ある程度の膜厚
を確保した後、窒化酸化処理を行う。
【０００５】この窒化酸化膜をゲート絶縁膜として用い
ると、この界面に蓄積する窒素原子の効果で、摩耗故障
の特性（ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄ
ｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性）やホ
ットキャリア特性が向上する。
ると、この界面に蓄積する窒素原子の効果で、摩耗故障
の特性（ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄ
ｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）特性）やホ
ットキャリア特性が向上する。
【０００６】窒素含有酸化雰囲気であるＮ2０ガスは高
温（９００〜１０００℃）の反応炉に供給すると、熱分
解を起こし、式（１）、式（２）にしたがって、ＮＯ、
Ｎ2を生成する。
温（９００〜１０００℃）の反応炉に供給すると、熱分
解を起こし、式（１）、式（２）にしたがって、ＮＯ、
Ｎ2を生成する。
【０００７】２Ｎ2Ｏ→２Ｎ2＋Ｏ2 （１） Ｎ2Ｏ＋Ｏ→２ＮＯ （２） Ｎ2Ｏガスを用いるシリコン酸化膜の窒化酸化反応で
は、この熱分解によって生じるＮＯが活性種となり反応
が進行する。よって、この窒化酸化反応を効果的に行う
ためには、活性種であるＮＯをスムーズにシリコン基板
まで到達させることが必要である。
は、この熱分解によって生じるＮＯが活性種となり反応
が進行する。よって、この窒化酸化反応を効果的に行う
ためには、活性種であるＮＯをスムーズにシリコン基板
まで到達させることが必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記式
（１）と式（２）との反応の割合は、式（１）の反応が
約９８％で、式（２）の反応が約２％であり、これは、
式（１）では、酸素原子が近傍の酸素原子と瞬間的に反
応し、酸素分子となるので、式（２）の反応が起こりに
くくなっているからである。その結果、Ｎ2Ｏを供給し
た拡散炉内のガス配管近傍の雰囲気の構成は、Ｎ2が約
６５％、Ｏ2が約３０％であり、活性種であるＮＯは約
５％とごく少量である。
（１）と式（２）との反応の割合は、式（１）の反応が
約９８％で、式（２）の反応が約２％であり、これは、
式（１）では、酸素原子が近傍の酸素原子と瞬間的に反
応し、酸素分子となるので、式（２）の反応が起こりに
くくなっているからである。その結果、Ｎ2Ｏを供給し
た拡散炉内のガス配管近傍の雰囲気の構成は、Ｎ2が約
６５％、Ｏ2が約３０％であり、活性種であるＮＯは約
５％とごく少量である。
【０００９】このため、Ｎ2Ｏによる窒化酸化膜形成の
工程であるにもかかわらず、Ｏ2による通常のシリコン
熱酸化膜の形成が支配的な工程になってしまう。よっ
て、効率よく活性種であるＮＯを発生させ、期待する高
濃度窒素含有の窒化酸化膜を得るためには、少しでも多
くのＮ2Ｏが式（２）の反応を起こす必要がある。この
ためには、上述の酸素原子同士の瞬間的な反応を抑える
ことが、より効率的な窒化酸化膜の形成に必要である。
工程であるにもかかわらず、Ｏ2による通常のシリコン
熱酸化膜の形成が支配的な工程になってしまう。よっ
て、効率よく活性種であるＮＯを発生させ、期待する高
濃度窒素含有の窒化酸化膜を得るためには、少しでも多
くのＮ2Ｏが式（２）の反応を起こす必要がある。この
ためには、上述の酸素原子同士の瞬間的な反応を抑える
ことが、より効率的な窒化酸化膜の形成に必要である。
【００１０】更に、生成した活性種であるＮＯは式
（３）なる反応を示し、時間とともにその量は減少す
る。
（３）なる反応を示し、時間とともにその量は減少す
る。
【００１１】 ２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2 （３） その結果、ガス配管から離れるにしたがって、活性種で
あるＮＯの濃度が減少していき、拡散炉内でＮＯの濃度
差が生じるため、Ｎ2Ｏガス配管に近いシリコン基板と
遠い位置にあるシリコン基板とで間では窒化酸化の反応
速度が異なり、窒化酸化膜の膜厚に差が生じる。よっ
て、この反応をより効果的で制御性よく進めるためには
原料であるＮ2Ｏガスからより多くのＮＯを発生させ、
発生したＮＯを長時間保ち、短時間でシリコン基板に到
達させる必要がある。
あるＮＯの濃度が減少していき、拡散炉内でＮＯの濃度
差が生じるため、Ｎ2Ｏガス配管に近いシリコン基板と
遠い位置にあるシリコン基板とで間では窒化酸化の反応
速度が異なり、窒化酸化膜の膜厚に差が生じる。よっ
て、この反応をより効果的で制御性よく進めるためには
原料であるＮ2Ｏガスからより多くのＮＯを発生させ、
発生したＮＯを長時間保ち、短時間でシリコン基板に到
達させる必要がある。
【００１２】これまで、Ｎ2Ｏ雰囲気下での熱処理手段
としては、通常の拡散炉内にＮ2Ｏを供給し、温度を上
げていく方法（特開平５−１９８５７３号公報、特開平
４−１９９６７２号公報、特開平４−１９９６８３号公
報）の他に、赤外線照射により加熱する方法（特開平５
−２５１４２８号公報）、ハロゲンランプにより加熱す
る方法（特開平５−３４３４２１号公報）や急速ランプ
加熱（特開平６−１０４２５２号公報）等の方法が提案
されている。
としては、通常の拡散炉内にＮ2Ｏを供給し、温度を上
げていく方法（特開平５−１９８５７３号公報、特開平
４−１９９６７２号公報、特開平４−１９９６８３号公
報）の他に、赤外線照射により加熱する方法（特開平５
−２５１４２８号公報）、ハロゲンランプにより加熱す
る方法（特開平５−３４３４２１号公報）や急速ランプ
加熱（特開平６−１０４２５２号公報）等の方法が提案
されている。
【００１３】熱拡散によるＮ2Ｏ処理で窒化酸化膜の形
成を行うと、窒化酸化膜の形成を行う工程であるにもか
かわらず、Ｏ2による通常のシリコン熱酸化膜形成の反
応が平行して進行してしまう。このような状態で窒化酸
化工程を行うと、シリコン基板と窒化酸化膜との界面の
平均粗さ（マイクロラフネス）の増大がおこり、期待し
ている効果とは逆に、摩耗故障特性や絶縁破壊耐性が低
下する。よって、普通の熱拡散による窒化酸化膜形成で
は、シリコン基板とシリコン熱酸化膜との界面に窒素原
子を高濃度に蓄積させることは不可能であった。
成を行うと、窒化酸化膜の形成を行う工程であるにもか
かわらず、Ｏ2による通常のシリコン熱酸化膜形成の反
応が平行して進行してしまう。このような状態で窒化酸
化工程を行うと、シリコン基板と窒化酸化膜との界面の
平均粗さ（マイクロラフネス）の増大がおこり、期待し
ている効果とは逆に、摩耗故障特性や絶縁破壊耐性が低
下する。よって、普通の熱拡散による窒化酸化膜形成で
は、シリコン基板とシリコン熱酸化膜との界面に窒素原
子を高濃度に蓄積させることは不可能であった。
【００１４】また、赤外線やランプ加熱による熱処理で
は、シリコン基板とシリコン熱酸化膜との界面に蓄積す
る窒素原子の濃度を大きくすることが可能であるとの報
告があるものの、処理方法が枚葉式となるので、通常の
バッチ処理の拡散炉に比べてスループットの低下、処理
能力の低下が懸念される。
は、シリコン基板とシリコン熱酸化膜との界面に蓄積す
る窒素原子の濃度を大きくすることが可能であるとの報
告があるものの、処理方法が枚葉式となるので、通常の
バッチ処理の拡散炉に比べてスループットの低下、処理
能力の低下が懸念される。
【００１５】更に、上述した様々な提案において、その
熱分解で反応種であるＮＯを効率的に生成することにつ
いては、何ら考慮されていない。このＮＯを効率的に生
成していなければ、製造工程のコスト高に結び付き、ま
た、上述のように、窒化酸化膜を成長させる工程である
にもかかわらず、酸素の発生も促進するような、通常の
シリコン熱酸化膜も成長しやすいような工程メカニズム
では、窒化酸化膜の膜質やシリコン基板と窒化酸化膜と
の界面のマイクロラフネス等に疑問が残る。また、生成
した活性種であるＮＯを速やかにシリコン基板表面に到
達させないと、活性種であるＮＯも式（３）の反応によ
り消滅する。
熱分解で反応種であるＮＯを効率的に生成することにつ
いては、何ら考慮されていない。このＮＯを効率的に生
成していなければ、製造工程のコスト高に結び付き、ま
た、上述のように、窒化酸化膜を成長させる工程である
にもかかわらず、酸素の発生も促進するような、通常の
シリコン熱酸化膜も成長しやすいような工程メカニズム
では、窒化酸化膜の膜質やシリコン基板と窒化酸化膜と
の界面のマイクロラフネス等に疑問が残る。また、生成
した活性種であるＮＯを速やかにシリコン基板表面に到
達させないと、活性種であるＮＯも式（３）の反応によ
り消滅する。
【００１６】本発明は、これからの大口径化していくシ
リコン基板を用いた超微細化技術を確立するために必要
とされる、原料ガスＮ2Ｏをシリコン熱酸化膜の窒化酸
化反応の活性化種ＮＯへ効率的に熱分解させ、生成する
ＮＯをできるだけ短時間でシリコン基板表面へ到達さ
せ、窒化酸化膜の形成技術を提供することを目的とす
る。また、通常の拡散炉の利点であるバッチ式による処
理方法を継承しつつ、マイクロラフネスの生じにくい高
窒素含有窒化酸化膜の形成方法を提供することを目的と
する。
リコン基板を用いた超微細化技術を確立するために必要
とされる、原料ガスＮ2Ｏをシリコン熱酸化膜の窒化酸
化反応の活性化種ＮＯへ効率的に熱分解させ、生成する
ＮＯをできるだけ短時間でシリコン基板表面へ到達さ
せ、窒化酸化膜の形成技術を提供することを目的とす
る。また、通常の拡散炉の利点であるバッチ式による処
理方法を継承しつつ、マイクロラフネスの生じにくい高
窒素含有窒化酸化膜の形成方法を提供することを目的と
する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の窒化酸化
膜の形成方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形
成した後、高圧拡散炉内で、亜酸化窒素雰囲気下で、常
圧より高い圧力で熱処理することで、上記シリコン基板
とシリコン酸化膜との間に窒化酸化膜を形成することを
特徴とするものである。
膜の形成方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形
成した後、高圧拡散炉内で、亜酸化窒素雰囲気下で、常
圧より高い圧力で熱処理することで、上記シリコン基板
とシリコン酸化膜との間に窒化酸化膜を形成することを
特徴とするものである。
【００１８】また、請求項２記載の窒化酸化膜の形成方
法は、上記亜酸化窒素雰囲気に不活性ガスを混入するこ
とを特徴とする、請求項１記載の窒化酸化膜の形成方法
である。
法は、上記亜酸化窒素雰囲気に不活性ガスを混入するこ
とを特徴とする、請求項１記載の窒化酸化膜の形成方法
である。
【００１９】更に、請求項３記載の窒化酸化膜の形成方
法は、上記亜酸化窒素の流量を１０（ｌ／ｍｉｎ．）乃
至１５（ｌ／ｍｉｎ．）とすることを特徴とする、請求
項１又は請求項２記載の窒化酸化膜の形成方法である。
法は、上記亜酸化窒素の流量を１０（ｌ／ｍｉｎ．）乃
至１５（ｌ／ｍｉｎ．）とすることを特徴とする、請求
項１又は請求項２記載の窒化酸化膜の形成方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、一実施の形態に基づいて、
本発明を詳細に説明します。
本発明を詳細に説明します。
【００２１】図１は本発明の一実施の形態の窒化酸化膜
の工程図、図２は本発明により表面に窒化酸化膜を形成
したシリコン基板の表面から深さ方向のＳＩＭＳプロフ
ァイルを示す図である。図１において、１はシリコン基
板、２はシリコン熱酸化膜、３は窒化酸化膜を示す。
の工程図、図２は本発明により表面に窒化酸化膜を形成
したシリコン基板の表面から深さ方向のＳＩＭＳプロフ
ァイルを示す図である。図１において、１はシリコン基
板、２はシリコン熱酸化膜、３は窒化酸化膜を示す。
【００２２】以下、図１を用いて、本発明の窒化酸化膜
の形成工程を説明する。
の形成工程を説明する。
【００２３】まず、シリコン基板１上に８５０℃で、少
量（流量０．１５〜０．３６（ｌ／ｍｉｎ）：Ｏ2に対
して３〜５％程度）のＨＣｌを供給しながら、ドライＯ
2を用いて、２ｎｍ程度のハロゲン含有の第１のシリコ
ン熱酸化膜２ａを形成する。このように酸化膜中にＣｌ
等のハロゲン元素を含有させると、シリコン基板１中に
混入していた重金属不純物と反応し、重金属のゲッタリ
ング反応が生じるため、膜中の重金属による膜質劣化を
防止する効果がある。また、シリコン熱酸化膜に存在す
るＳｉ−Ｓｉ結合やＳｉダングリングボンドには、塩素
原子が反応してＳｉ−Ｃｌ結合を生じることで終端化
し、酸化膜の絶縁破壊特性の低下を抑える効果がある。
その後、ＨＣｌの供給を止め、９００℃でドライＯ2を
用いて１ａｔｍで１５分間処理して、膜厚が１０ｎｍ程
度の第２のシリコン熱酸化膜２ａを形成する。
量（流量０．１５〜０．３６（ｌ／ｍｉｎ）：Ｏ2に対
して３〜５％程度）のＨＣｌを供給しながら、ドライＯ
2を用いて、２ｎｍ程度のハロゲン含有の第１のシリコ
ン熱酸化膜２ａを形成する。このように酸化膜中にＣｌ
等のハロゲン元素を含有させると、シリコン基板１中に
混入していた重金属不純物と反応し、重金属のゲッタリ
ング反応が生じるため、膜中の重金属による膜質劣化を
防止する効果がある。また、シリコン熱酸化膜に存在す
るＳｉ−Ｓｉ結合やＳｉダングリングボンドには、塩素
原子が反応してＳｉ−Ｃｌ結合を生じることで終端化
し、酸化膜の絶縁破壊特性の低下を抑える効果がある。
その後、ＨＣｌの供給を止め、９００℃でドライＯ2を
用いて１ａｔｍで１５分間処理して、膜厚が１０ｎｍ程
度の第２のシリコン熱酸化膜２ａを形成する。
【００２４】次に、原料ガスであるＮ2Ｏを流量１０〜
１５（ｌ／ｍｉｎ．）、本実施の形態では、１４（ｌ／
ｍｉｎ．）として供給しながら、高圧拡散炉を用いて、
窒化酸化処理を行い、窒化酸化膜３を形成する。このと
きの圧力は、１０ａｔｍとし、熱処理温度は６００〜１
０００℃、好ましくはより膜質のよい窒化酸化膜を得る
ために、８００〜９５０℃とし、約１０分間処理する。
尚、窒化酸化処理時の圧力は、常圧より高い圧力であ
る、２ａｔｍ乃至１０ａｔｍの範囲で効果がある。
１５（ｌ／ｍｉｎ．）、本実施の形態では、１４（ｌ／
ｍｉｎ．）として供給しながら、高圧拡散炉を用いて、
窒化酸化処理を行い、窒化酸化膜３を形成する。このと
きの圧力は、１０ａｔｍとし、熱処理温度は６００〜１
０００℃、好ましくはより膜質のよい窒化酸化膜を得る
ために、８００〜９５０℃とし、約１０分間処理する。
尚、窒化酸化処理時の圧力は、常圧より高い圧力であ
る、２ａｔｍ乃至１０ａｔｍの範囲で効果がある。
【００２５】上述のように、高圧下で熱処理をすると、
上述の式（１）の反応は、体積が増加する反応のため、
酸素原子から酸素分子への瞬間的な反応が起こりにくく
なるため、原料ガスＮ2Ｏが上述の式（２）の反応に用
いられる可能性が高くなり、発生したＮＯのシリコン熱
酸化膜への溶け込みが増大し、ＮＯの窒化酸化反応への
寄与が大きくなる。このシリコン熱酸化膜中への活性種
ＮＯの溶け込み易さが増大することに伴って、反応形態
が供給律速から反応律速へと変わるため、部分的な窒化
酸化反応がより抑えられ、結果として全体的に均一な窒
化酸化反応が進行し、マイクロラフネスの増加が抑えら
れる。
上述の式（１）の反応は、体積が増加する反応のため、
酸素原子から酸素分子への瞬間的な反応が起こりにくく
なるため、原料ガスＮ2Ｏが上述の式（２）の反応に用
いられる可能性が高くなり、発生したＮＯのシリコン熱
酸化膜への溶け込みが増大し、ＮＯの窒化酸化反応への
寄与が大きくなる。このシリコン熱酸化膜中への活性種
ＮＯの溶け込み易さが増大することに伴って、反応形態
が供給律速から反応律速へと変わるため、部分的な窒化
酸化反応がより抑えられ、結果として全体的に均一な窒
化酸化反応が進行し、マイクロラフネスの増加が抑えら
れる。
【００２６】また、Ｎ2ＯガスをＮ2ガス又はＡｒ等の不
活性ガスで希釈することにより、これら不活性ガスが式
（１）の反応で発生する酸素原子間でスペーサ的な役割
を果たし、酸素原子が酸素分子になる反応が更に抑制で
きる。
活性ガスで希釈することにより、これら不活性ガスが式
（１）の反応で発生する酸素原子間でスペーサ的な役割
を果たし、酸素原子が酸素分子になる反応が更に抑制で
きる。
【００２７】更に、Ｎ2Ｏガスの流量を大きめに設定す
ると、発生したＮＯがより速くシリコン基板表面に到達
することが可能となり、上述の式（３）なる反応に起因
するシリコン基板への活性種ＮＯの到達時間による濃度
差を緩和することが可能となり、拡散炉内の位置による
シリコン基板表面の窒化酸化膜厚の差を低減できる。
ると、発生したＮＯがより速くシリコン基板表面に到達
することが可能となり、上述の式（３）なる反応に起因
するシリコン基板への活性種ＮＯの到達時間による濃度
差を緩和することが可能となり、拡散炉内の位置による
シリコン基板表面の窒化酸化膜厚の差を低減できる。
【００２８】その結果、窒素含有率が高く、且つマイク
ロラフネスの小さい窒化酸化膜が形成される。
ロラフネスの小さい窒化酸化膜が形成される。
【００２９】また、この処理で、シリコン熱酸化膜は４
ｎｍ増加し、全体で１４ｎｍとなった。この原料ガスＮ
2Ｏの流量を４（ｌ／ｍｉｎ．）とした場合、シリコン
熱酸化膜は、２．５ｎｍ増加した。尚、この増加分が窒
化酸化膜の厚さに相当する。また、従来法である、１ａ
ｔｍ、流量４（ｌ／ｍｉｎ．）での処理では、０．８ｎ
ｍしか増加しなかった。これは、窒化酸化膜が従来技術
に比して、より厚く形成することができることを示して
いる。
ｎｍ増加し、全体で１４ｎｍとなった。この原料ガスＮ
2Ｏの流量を４（ｌ／ｍｉｎ．）とした場合、シリコン
熱酸化膜は、２．５ｎｍ増加した。尚、この増加分が窒
化酸化膜の厚さに相当する。また、従来法である、１ａ
ｔｍ、流量４（ｌ／ｍｉｎ．）での処理では、０．８ｎ
ｍしか増加しなかった。これは、窒化酸化膜が従来技術
に比して、より厚く形成することができることを示して
いる。
【００３０】尚、第１のシリコン熱酸化膜の形成を高圧
下で行うことも可能であるが、近年のデバイスのダウン
サイジング化の流れの中で、半導体装置の高精度なゲー
ト絶縁膜は２０ｎｍより薄くなってきている。よって、
本実施の形態では、第１のシリコン熱酸化膜の形成は、
高圧下で行うより制御性の高い、従来技術の常圧下での
酸化により行う。
下で行うことも可能であるが、近年のデバイスのダウン
サイジング化の流れの中で、半導体装置の高精度なゲー
ト絶縁膜は２０ｎｍより薄くなってきている。よって、
本実施の形態では、第１のシリコン熱酸化膜の形成は、
高圧下で行うより制御性の高い、従来技術の常圧下での
酸化により行う。
【００３１】上述の圧力及び原料ガスＮ2Ｏの流量を変
えた工程で形成した窒化酸化膜をゲート絶縁膜として用
いたＭＯＳトランジスタにおける、ゲート絶縁膜の定電
流ストレスによる摩耗故障特性（定電流ＴＤＤＢ特性）
を評価したところ、１０ａｔｍ、１４（ｌ／ｍｉｎ．）
の条件で作製されたＭＯＳトランジスタの測定ＴＥＧ
（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）の５０％が
破壊する時のブレークダウンチャージ量ＱBDは約９（Ｃ
／ｃｍ2）であり、また、１０ａｔｍ、４（ｌ／ｍｉ
ｎ．）の条件で作製されたＭＯＳトランジスタでは、ブ
レークダウンチャージ量ＱBDは約８（Ｃ／ｃｍ2）であ
り、常圧１ａｔｍで形成したＭＯＳトランジスタでは、
ブレークダウンチャージ量ＱBDは約５（Ｃ／ｃｍ2）で
あり、高圧下で窒化酸化処理したゲート絶縁膜に摩耗故
障特性の向上が見られた。また、ホットキャリア耐性に
ついても同様に向上していることが分かった。
えた工程で形成した窒化酸化膜をゲート絶縁膜として用
いたＭＯＳトランジスタにおける、ゲート絶縁膜の定電
流ストレスによる摩耗故障特性（定電流ＴＤＤＢ特性）
を評価したところ、１０ａｔｍ、１４（ｌ／ｍｉｎ．）
の条件で作製されたＭＯＳトランジスタの測定ＴＥＧ
（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）の５０％が
破壊する時のブレークダウンチャージ量ＱBDは約９（Ｃ
／ｃｍ2）であり、また、１０ａｔｍ、４（ｌ／ｍｉ
ｎ．）の条件で作製されたＭＯＳトランジスタでは、ブ
レークダウンチャージ量ＱBDは約８（Ｃ／ｃｍ2）であ
り、常圧１ａｔｍで形成したＭＯＳトランジスタでは、
ブレークダウンチャージ量ＱBDは約５（Ｃ／ｃｍ2）で
あり、高圧下で窒化酸化処理したゲート絶縁膜に摩耗故
障特性の向上が見られた。また、ホットキャリア耐性に
ついても同様に向上していることが分かった。
【００３２】これらの試料の絶縁膜の窒素濃度プロファ
イルをＳＩＭＳによって評価すると図２に示すようにな
る。図２に示すように、高圧条件下で窒化酸化処理を行
ったゲート絶縁膜では、窒素濃度の増加が認められる。
イルをＳＩＭＳによって評価すると図２に示すようにな
る。図２に示すように、高圧条件下で窒化酸化処理を行
ったゲート絶縁膜では、窒素濃度の増加が認められる。
【００３３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、高圧条件下でのＮ2Ｏによる窒化酸
化反応によって、摩耗故障特性やホットキャリア耐性が
向上し、したがって、デバイス、特にゲート絶縁膜の信
頼性が向上する。
用いることにより、高圧条件下でのＮ2Ｏによる窒化酸
化反応によって、摩耗故障特性やホットキャリア耐性が
向上し、したがって、デバイス、特にゲート絶縁膜の信
頼性が向上する。
【００３４】また、Ｎ2ＯのＮ2への熱分解を抑制でき、
反応種であるＮＯの量を増やすことができるので、原料
ガスＮ2Ｏのランニングコストを常圧法より低減でき
る。
反応種であるＮＯの量を増やすことができるので、原料
ガスＮ2Ｏのランニングコストを常圧法より低減でき
る。
【００３５】更に、絶縁膜中及びシリコン基板とシリコ
ン熱酸化膜との界面に窒素原子を従来に比してより多く
導入できるので、膜の非誘電率が向上し、トランジスタ
の駆動能力の向上が図れる。また、非誘電率を従来法の
常圧下での窒化酸化膜と同じにする場合、従来法に比し
てより薄膜化が可能となり、トランジスタのスピードが
増加し、結果として消費電力の低減にも寄与できる。
ン熱酸化膜との界面に窒素原子を従来に比してより多く
導入できるので、膜の非誘電率が向上し、トランジスタ
の駆動能力の向上が図れる。また、非誘電率を従来法の
常圧下での窒化酸化膜と同じにする場合、従来法に比し
てより薄膜化が可能となり、トランジスタのスピードが
増加し、結果として消費電力の低減にも寄与できる。
【図１】本発明の一実施の形態の窒化酸化膜の製造工程
図である。
図である。
【図２】本発明により表面に窒化酸化膜を形成したシリ
コン基板の表面から深さ方向のＳＩＭＳプロファイルを
示す図である。
コン基板の表面から深さ方向のＳＩＭＳプロファイルを
示す図である。
【図３】従来技術による、窒化酸化膜の製造工程図であ
る。
る。
１ シリコン基板 ２ａ 第１のシリコン熱酸化膜 ２ｂ 第２のシリコン熱酸化膜 ３ 窒化酸化膜
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成
した後、高圧拡散炉内で、亜酸化窒素雰囲気下で、常圧
より高い圧力で熱処理することで、上記シリコン基板と
シリコン酸化膜との間に窒化酸化膜を形成することを特
徴とする、窒化酸化膜の形成方法。 - 【請求項２】 上記亜酸化窒素雰囲気に不活性ガスを混
入することを特徴とする、請求項１記載の窒化酸化膜の
形成方法。 - 【請求項３】 上記亜酸化窒素の流量を１０（ｌ／ｍｉ
ｎ．）乃至１５（ｌ／ｍｉｎ．）とすることを特徴とす
る、請求項１又は請求項２記載の窒化酸化膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24146896A JP3232008B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 窒化酸化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24146896A JP3232008B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 窒化酸化膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1092818A JPH1092818A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3232008B2 true JP3232008B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=17074768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24146896A Expired - Fee Related JP3232008B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 窒化酸化膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3232008B2 (ja) |
-
1996
- 1996-09-12 JP JP24146896A patent/JP3232008B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1092818A (ja) | 1998-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5105627B2 (ja) | 複数のアニールステップを用いた酸窒化シリコンゲート誘電体の形成 | |
| KR100390686B1 (ko) | 질소산화물 게이트 유전체 및 그 형성방법 | |
| US5891809A (en) | Manufacturable dielectric formed using multiple oxidation and anneal steps | |
| US7569502B2 (en) | Method of forming a silicon oxynitride layer | |
| JP6027531B2 (ja) | その側壁での窒素濃度が高められたＳｉＯＮゲート誘電体を含むＭＯＳトランジスタ | |
| JP2004523134A (ja) | 誘電体膜の形成方法 | |
| JP4277268B2 (ja) | 金属化合物薄膜の製造方法、ならびに当該金属化合物薄膜を含む半導体装置の製造方法 | |
| KR19990023305A (ko) | 반도체 소자의 제조 방법 | |
| WO1998039802A1 (fr) | Procede de production de circuit integre | |
| US5506178A (en) | Process for forming gate silicon oxide film for MOS transistors | |
| US6803330B2 (en) | Method for growing ultra thin nitrided oxide | |
| JP3593340B2 (ja) | 集積回路デバイスの製造方法 | |
| JPH10163197A (ja) | 絶縁膜の形成方法 | |
| US7867918B1 (en) | Semiconductor topography including a thin oxide-nitride stack and method for making the same | |
| US7192887B2 (en) | Semiconductor device with nitrogen in oxide film on semiconductor substrate and method of manufacturing the same | |
| JP4742867B2 (ja) | Ｍｉｓ型電界効果トランジスタを備える半導体装置 | |
| US6001694A (en) | Manufacturing method for integrated circuit dielectric layer | |
| JP3232008B2 (ja) | 窒化酸化膜の形成方法 | |
| JPH1022455A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP3681525B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3439657B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US5854505A (en) | Process for forming silicon oxide film and gate oxide film for MOS transistors | |
| JP2003031571A (ja) | 炭化珪素半導体の酸化膜の形成方法 | |
| TW452891B (en) | Method for manufacturing thin gate silicon oxide layer | |
| US6407008B1 (en) | Method of forming an oxide layer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080914 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080914 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090914 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |