JP3296229B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3296229B2
JP3296229B2 JP00897697A JP897697A JP3296229B2 JP 3296229 B2 JP3296229 B2 JP 3296229B2 JP 00897697 A JP00897697 A JP 00897697A JP 897697 A JP897697 A JP 897697A JP 3296229 B2 JP3296229 B2 JP 3296229B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の製造
方法に係り、特に、MOSトランジスタに適用すると好
適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method suitably applied to a MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、LSI素子の性能および信頼
性確保のために、MOSトランジスタを構成するゲート
酸化膜の耐圧および寿命向上が要望されていた。このた
めの一手法として、ゲート酸化膜形成前においてシリコ
ン基板の表面に対し犠牲酸化(仮酸化)と呼ばれる熱酸
化を実施し、シリコン基板の表面における残留応力層、
汚染層、欠陥層等を除去することが行われている(例え
ば、特開昭56−103425号公報、特開昭59−1
94473号公報)。
2. Description of the Related Art Hitherto, in order to ensure the performance and reliability of LSI elements, there has been a demand for improving the breakdown voltage and life of a gate oxide film constituting a MOS transistor. As one method for this, thermal oxidation called sacrificial oxidation (temporary oxidation) is performed on the surface of the silicon substrate before forming the gate oxide film, and a residual stress layer on the surface of the silicon substrate is formed.
Removal of a contaminated layer, a defective layer, and the like has been performed (for example, JP-A-56-103425, JP-A-59-1).
No. 94473).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、この犠牲酸
化はシリコン基板の表面に存在する汚染層、欠陥層に対
して直接効果を発揮するが、表面より数10μmも深い
箇所に存在し、ゲート酸化時に表面付近までシリコン中
を熱拡散する金属汚染物質に対してはその効果は十分と
は言えない。つまり、例えば、Feの場合を考えると、
ゲート酸化時に高温にすることで、その温度に対する飽
和濃度に至るまでシリコン中を溶け出し、シリコン中に
溶け出したFeはゲート酸化膜中にも拡散してしまう。
However, this sacrificial oxidation has a direct effect on the contaminant layer and the defect layer existing on the surface of the silicon substrate. The effect is not sufficient for metal contaminants that sometimes diffuse heat in silicon to near the surface. That is, for example, in the case of Fe,
By raising the temperature during the gate oxidation, the silicon is dissolved in the silicon up to the saturation concentration at that temperature, and the Fe dissolved in the silicon diffuses into the gate oxide film.

【0004】そこで、この発明の目的は、一般的に酸化
膜耐圧低下の原因となるシリコン基板中の汚染物質濃度
を低下させ、その後の酸化膜形成時に酸化膜に溶出する
汚染物質濃度を低下させることができる半導体装置の製
造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the concentration of contaminants in a silicon substrate, which generally causes a reduction in the breakdown voltage of an oxide film, and to reduce the concentration of contaminants eluted in the oxide film when the oxide film is subsequently formed. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can be used.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】犠牲酸化時に犠牲酸化膜
内に金属汚染物質(Fe等)を捕獲することでシリコン
中のFe等を吸い出すことができるが、この際、Fe等
の拡散速度および飽和温度を考慮すると、絶縁膜形成の
ための酸化(例えば、ゲート酸化)に対して、その酸化
温度よりも大幅に低い温度での犠牲酸化ではシリコン中
に存在するFeを犠牲酸化膜内に十分に取り込むことは
困難となり、犠牲酸化膜除去後に絶縁膜形成のための酸
化(例えば、ゲート酸化)を行った時に、犠牲酸化時に
除去されずに残っていた汚染物質がシリコン中および酸
化膜中に多量に溶け出し酸化膜質の低下を招く。このた
め、絶縁膜形成温度(例えば、ゲート酸化温度)よりも
大幅に低い温度での犠牲酸化では、金属汚染物質(Fe
等)に対しては十分な除去効果が得られないことにな
る。
Means for Solving the Problems It is possible to suck out Fe and the like in silicon by capturing metal contaminants (Fe and the like) in the sacrificial oxide film at the time of the sacrificial oxidation. Considering the saturation temperature, in the sacrificial oxidation at a temperature significantly lower than the oxidation temperature (eg, gate oxidation) for forming the insulating film, Fe present in silicon is sufficiently contained in the sacrificial oxide film. When oxidation for forming an insulating film (for example, gate oxidation) is performed after removing the sacrificial oxide film, contaminants remaining without being removed at the time of sacrificial oxidation remain in silicon and the oxide film. A large amount of the oxide film is dissolved and the quality of the oxide film is deteriorated. For this reason, in sacrificial oxidation at a temperature significantly lower than the insulating film formation temperature (for example, gate oxidation temperature), metal contaminants (Fe
Etc.), a sufficient removal effect cannot be obtained.

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【0008】そこで、請求項に記載の発明において
は、シリコン基板の上に絶縁膜としての薄膜の酸化膜を
形成するに先立ち、前記シリコン基板の上にフィールド
酸化膜を形成し、このフィールド酸化膜形成工程を経た
後、前記薄膜の酸化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温
度よりも低い温度での熱酸化により犠牲酸化膜を形成
し、絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温
でのアニールを行う。そして、アニール後の犠牲酸化膜
を除去する。
Therefore, in the first aspect of the present invention, prior to forming a thin oxide film as an insulating film on a silicon substrate, a field oxide film is formed on the silicon substrate. After a film forming step, a sacrificial oxide film is formed by thermal oxidation at a temperature lower than the formation temperature of the oxide film in the formation region of the oxide film of the thin film, and the temperature is equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film. Is performed at a high temperature. Then, the sacrificial oxide film after the annealing is removed.

【0009】よって、犠牲酸化膜の形成により、シリコ
ン基板の表面の残留応力層や残留異物を取り込んで、犠
牲酸化膜の除去によりこれを排除できる。又、絶縁膜と
しての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温でのアニール
により、シリコン表面から深い箇所に存在する汚染物質
を犠牲酸化膜に吸い上げることができる。その結果、酸
化膜耐圧低下の原因となるシリコン基板中の汚染物質濃
度を低下させ、その後の酸化膜形成時に酸化膜に溶出す
る汚染物質濃度を低下させることができる。
Therefore, by forming the sacrificial oxide film, the residual stress layer and the residual foreign matter on the surface of the silicon substrate can be taken in, and can be eliminated by removing the sacrificial oxide film. Further, by performing annealing at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film, contaminants existing deep in the silicon surface can be sucked into the sacrificial oxide film. As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a decrease in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film when the oxide film is subsequently formed can be reduced.

【0010】請求項に記載の発明においては、シリコ
ン基板の上に絶縁膜としての薄膜の酸化膜を形成するに
先立ち、この酸化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温度
よりも低い温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜を形
成し、前記シリコン基板中に残された汚染物質をシリコ
ン界面付近に析出させるために、絶縁膜としての薄膜の
酸化膜の形成温度以上の高温でのアニールを行う。そし
て、アニール後の犠牲酸化膜を除去してシリコン基板を
露出する。さらに、シリコン界面付近に析出した前記汚
染物質を取り込むために、絶縁膜としての薄膜の酸化膜
の形成領域に当該酸化膜の形成温度よりも低い温度での
熱酸化により第2の犠牲酸化膜を形成し、第2の犠牲酸
化膜を除去する。
According to the second aspect of the present invention, prior to forming a thin oxide film as an insulating film on a silicon substrate, the oxide film is formed in a region where the oxide film is formed at a temperature lower than the formation temperature of the oxide film. A first sacrificial oxide film is formed by thermal oxidation of the silicon substrate, and contaminants left in the silicon substrate are deposited near the silicon interface. Annealing is performed. Then, the sacrificial oxide film after the annealing is removed to expose the silicon substrate. Further, in order to take in the contaminants deposited near the silicon interface, a second sacrificial oxide film is formed by thermal oxidation at a temperature lower than the temperature at which the oxide film is formed in the region where the thin oxide film as the insulating film is formed. Then, the second sacrificial oxide film is removed.

【0011】よって、第1の犠牲酸化膜の形成により、
シリコン基板の表面の残留応力層や残留異物を取り込ん
で、第1の犠牲酸化膜の除去によりこれを排除できる。
又、絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温
でのアニールにより、シリコン表面から深い箇所に存在
する汚染物質を犠牲酸化膜に吸い上げることができる。
その結果、酸化膜耐圧低下の原因となるシリコン基板中
の汚染物質濃度を低下させ、その後の酸化膜形成時に酸
化膜に溶出する汚染物質濃度を低下させることができ
る。
Therefore, by forming the first sacrificial oxide film,
The residual stress layer and residual foreign matter on the surface of the silicon substrate can be taken in and removed by removing the first sacrificial oxide film.
Further, by performing annealing at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film, contaminants existing deep in the silicon surface can be sucked into the sacrificial oxide film.
As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a decrease in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film when the oxide film is subsequently formed can be reduced.

【0012】さらに、第2の犠牲酸化膜の形成により、
シリコン基板の表面の残留汚染物質を取り込んで、第2
の犠牲酸化膜の除去によりこれを排除できる。つまり、
アニールによりSiO2 /Siの界面に酸化膜に溶け込
まない汚染物質が析出しやすいが、本発明によれば当該
汚染物質を確実に除去できる。
Further, by forming a second sacrificial oxide film,
By taking in residual contaminants on the surface of the silicon substrate, the second
This can be eliminated by removing the sacrificial oxide film. That is,
Contaminants that do not dissolve in the oxide film tend to precipitate at the SiO 2 / Si interface by annealing, but according to the present invention, the contaminants can be reliably removed.

【0013】請求項に記載の発明においては、シリコ
ン基板の上に絶縁膜としての薄膜の酸化膜を形成するに
先立ち、この酸化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温度
よりも低い温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜を形
成し、第1の犠牲酸化膜を除去してシリコン基板を露出
する。そして、絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成領域
に当該酸化膜の形成温度以上の高温での熱酸化により第
2の犠牲酸化膜を形成し、さらに、この第2の犠牲酸化
膜を除去する。
According to the third aspect of the present invention, prior to forming a thin oxide film as an insulating film on a silicon substrate, the oxide film is formed in a region where the oxide film is formed at a temperature lower than the formation temperature of the oxide film. A first sacrificial oxide film is formed by thermal oxidation, and the first sacrificial oxide film is removed to expose the silicon substrate. Then, a second sacrificial oxide film is formed by thermal oxidation at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the oxide film in a region where the thin oxide film serving as the insulating film is formed, and the second sacrificial oxide film is further removed. .

【0014】よって、第1の犠牲酸化膜の形成により、
シリコン基板の表面の残留応力層や残留異物を取り込ん
で、第1の犠牲酸化膜の除去によりこれを排除できる。
又、絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温
において第2の犠牲酸化膜を形成することにより、シリ
コン表面から深い箇所に存在する汚染物質を第2の犠牲
酸化膜に吸い上げることができる。その結果、酸化膜耐
圧低下の原因となるシリコン基板中の汚染物質濃度を低
下させ、その後の酸化膜形成時に酸化膜に溶出する汚染
物質濃度を低下させることができる。
Therefore, by forming the first sacrificial oxide film,
The residual stress layer and residual foreign matter on the surface of the silicon substrate can be taken in and removed by removing the first sacrificial oxide film.
Further, by forming the second sacrificial oxide film at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film, the contaminants existing deep in the silicon surface can be absorbed into the second sacrificial oxide film. it can. As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a decrease in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film when the oxide film is subsequently formed can be reduced.

【0015】請求項に記載の発明においては、シリコ
ン基板の上に絶縁膜としての薄膜の酸化膜を形成するに
先立ち、この酸化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温度
よりも低い温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜を形
成し、絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高
温での熱酸化により、第1の犠牲酸化膜が成長した第2
の犠牲酸化膜を形成し、引き続き、第2の犠牲酸化膜を
除去する。
[0015] In the invention of claim 4, prior to forming the oxide film of the thin film as an insulating film on a silicon substrate, at a temperature lower than the formation temperature of the oxide film in the formation region of the oxide film A first sacrificial oxide film is formed by thermal oxidation of the first sacrificial oxide film, and the second sacrificial oxide film is grown by the thermal oxidation at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as an insulating film.
Is formed, and then the second sacrificial oxide film is removed.

【0016】よって、第1の犠牲酸化膜の形成により、
シリコン基板の表面の残留応力層や残留異物を取り込ん
で、第2の犠牲酸化膜の除去によりこれを排除できる。
又、絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温
において犠牲酸化膜を形成することにより、シリコン表
面から深い箇所に存在する汚染物質を犠牲酸化膜に吸い
上げることができる。その結果、酸化膜耐圧低下の原因
となるシリコン基板中の汚染物質濃度を低下させ、その
後の酸化膜形成時に酸化膜に溶出する汚染物質濃度を低
下させることができる。
Therefore, by forming the first sacrificial oxide film,
The residual stress layer and residual foreign matter on the surface of the silicon substrate can be taken in and removed by removing the second sacrificial oxide film.
Further, by forming the sacrificial oxide film at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film, contaminants existing deep in the silicon surface can be absorbed into the sacrificial oxide film. As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a decrease in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film when the oxide film is subsequently formed can be reduced.

【0017】請求項に記載の発明のように、犠牲酸化
膜の形成前に形成したウエル領域での不純物拡散温度よ
りも低い温度にて犠牲酸化を行うようにすれば、ウエル
領域が犠牲酸化により拡がることが抑制できる。
[0017] As in the embodiment described in claim 5, when to perform sacrificial oxidation at a temperature lower than the impurity diffusion temperature in the well region is formed before the formation of the sacrificial oxide film, well region sacrificial oxide Can be prevented from spreading.

【0018】請求項に記載の発明のように、犠牲酸化
膜の形成前に形成したチャネルストッパー層での不純物
拡散温度付近の温度にて犠牲酸化を行うようにすれば、
チャネルストッパー層が犠牲酸化により過大に拡がるこ
とが抑制できる。
According to a sixth aspect of the present invention, when the sacrificial oxidation is performed at a temperature near the impurity diffusion temperature in the channel stopper layer formed before the formation of the sacrificial oxide film,
Excessive expansion of the channel stopper layer due to sacrificial oxidation can be suppressed.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(参考例) 以下、この発明を具体化した参考例を図面に従って説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Reference Example) will be described below with reference to the drawings reference examples embodying the present invention.

【0020】本参考例ではCMOSトランジスタに具体
化しており、図1には、CMOSトランジスタにおける
NチャネルMOSトランジスタのゲート長方向の断面図
を示す。
In this embodiment , a CMOS transistor is embodied. FIG. 1 is a cross-sectional view of an N-channel MOS transistor in a CMOS transistor in the gate length direction.

【0021】図1において、シリコン基板1の上面での
表層部には所定深さのウエル領域1aが形成され、その
ウエル領域1aにはソース領域2とドレイン領域3が離
間して形成されている。ソース領域2とドレイン領域3
との間におけるシリコン基板1の上にはゲート酸化膜4
を介してゲート電極5が配置されている。ここで、ゲー
ト酸化膜4は、厚さが80〜200Å程度であり、10
50℃の熱酸化により形成したものである。このゲート
酸化膜4が絶縁膜としての薄膜の酸化膜に相当する。
In FIG. 1, a well region 1a having a predetermined depth is formed in a surface layer on the upper surface of a silicon substrate 1, and a source region 2 and a drain region 3 are formed in the well region 1a with a space therebetween. . Source region 2 and drain region 3
A gate oxide film 4 on the silicon substrate 1 between
, The gate electrode 5 is arranged. Here, the gate oxide film 4 has a thickness of about 80 to 200 °,
It is formed by thermal oxidation at 50 ° C. This gate oxide film 4 corresponds to a thin oxide film as an insulating film.

【0022】又、ソース領域2とドレイン領域3との
間、即ち、ゲート電極5の下におけるウエル領域1aに
は活性不純物拡散領域6が形成されている。この活性不
純物拡散領域6がチャネル領域となる。
An active impurity diffusion region 6 is formed between the source region 2 and the drain region 3, that is, in the well region 1a below the gate electrode 5. This active impurity diffusion region 6 becomes a channel region.

【0023】ソース領域2およびドレイン領域3の表面
にはシリコン酸化膜7が形成されている。素子形成領域
の周囲におけるシリコン基板1の上にはフィールド酸化
膜(LOCOS酸化膜)8が形成され、その下でのウエ
ル領域1aにはチャネルストッパー層9が形成されてい
る。このチャネルストッパー層9により隣接する素子と
の耐圧を十分確保することができる。
A silicon oxide film 7 is formed on the surfaces of source region 2 and drain region 3. A field oxide film (LOCOS oxide film) 8 is formed on the silicon substrate 1 around the element formation region, and a channel stopper layer 9 is formed in the well region 1a thereunder. With this channel stopper layer 9, a sufficient withstand voltage with respect to an adjacent element can be ensured.

【0024】一方、ゲート電極5の周囲にはゲート保護
膜10が形成されている。ゲート保護膜10、シリコン
酸化膜7およびフィールド酸化膜8の上には層間絶縁膜
11が形成され、層間絶縁膜11およびシリコン酸化膜
7にはコンタクトホール12,13が形成されている。
コンタクトホール12,13にはソース電極14とドレ
イン電極15が配置されている。この電極14,15の
上には保護膜16が形成されている。
On the other hand, a gate protection film 10 is formed around the gate electrode 5. An interlayer insulating film 11 is formed on gate protection film 10, silicon oxide film 7 and field oxide film 8, and contact holes 12 and 13 are formed in interlayer insulating film 11 and silicon oxide film 7.
A source electrode 14 and a drain electrode 15 are arranged in the contact holes 12 and 13. A protective film 16 is formed on the electrodes 14 and 15.

【0025】次に、CMOSトランジスタの製造方法
を、図1〜図10を用いて説明する。まず、図2に示す
ように、P型もしくはN型不純物をドープしたシリコン
基板1を用意する。そして、このシリコン基板1に、P
型の不純物(Pチャネルの場合はN型)をイオン注入
し、1100〜1200℃の熱処理を経て、ウエル領域
1aを形成する。続いて、シリコン基板1の上面にパッ
ド酸化膜20を形成するとともにその上に選択酸化のた
めの非酸化マスクとしての窒化シリコン膜21を形成
し、ホトエッチング工程により、パターニングを行う。
その結果、トランジスタの形成領域に窒化シリコン膜2
1が配置される。このとき、Nチャネルトランジスタに
おける素子分離領域(フィールド酸化膜形成予定箇
所)、即ち、チャネルストッパー層形成用イオン注入領
域22にP型不純物をイオン注入する。
Next, a method of manufacturing a CMOS transistor will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a silicon substrate 1 doped with a P-type or N-type impurity is prepared. Then, on this silicon substrate 1, P
A type impurity (N-type in the case of a P-channel) is ion-implanted, and heat treatment is performed at 1100 to 1200 ° C. to form a well region 1a. Subsequently, a pad oxide film 20 is formed on the upper surface of the silicon substrate 1 and a silicon nitride film 21 is formed thereon as a non-oxidation mask for selective oxidation, and is patterned by a photoetching process.
As a result, the silicon nitride film 2
1 is arranged. At this time, a P-type impurity is ion-implanted into an element isolation region (a portion where a field oxide film is to be formed) of the N-channel transistor, that is, an ion implantation region 22 for forming a channel stopper layer.

【0026】その後、図3に示すように、素子分離領域
でのウエル領域1a上に選択酸化法によりフィールド酸
化膜8を形成する。同時に、チャネルストッパー層9が
形成される。このときの雰囲気温度は950〜1050
℃程度である。
Thereafter, as shown in FIG. 3, a field oxide film 8 is formed on the well region 1a in the element isolation region by a selective oxidation method. At the same time, a channel stopper layer 9 is formed. The atmosphere temperature at this time is 950 to 1050
It is about ° C.

【0027】そして、窒化シリコン膜21とその下のパ
ッド酸化膜20を除去する。その結果、図4に示すよう
になる。引き続き、図5に示すように、シリコン基板1
の上面におけるトランジスタ形成領域に、1050〜1
100℃での熱酸化により厚さが400Å〜数1000
Åの犠牲酸化膜23を形成する。つまり、ゲート酸化膜
4の形成温度である1050℃以上の高温(1050〜
1100℃)での熱酸化により犠牲酸化膜23を形成す
る。
Then, the silicon nitride film 21 and the pad oxide film 20 thereunder are removed. As a result, the result is as shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG.
In the transistor formation region on the upper surface of
400Å to several thousand thickness by thermal oxidation at 100 ° C
A sacrificial oxide film 23 is formed. That is, a high temperature of 1050 ° C. or more (1050 to
The sacrificial oxide film 23 is formed by thermal oxidation at 1100 ° C.).

【0028】引き続き、図6に示すように、犠牲酸化膜
23をウエットエッチングにより完全に除去する。その
後、図7に示すように、シリコン基板1の上面における
トランジスタ形成領域に、80〜200Å程度のゲート
酸化膜4を1050℃の熱酸化で形成する。さらに、シ
リコン基板1に対しイオン注入によりトランジスタのし
きい値電圧調整用の不純物を注入する(活性不純物拡散
領域6を形成する)。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the sacrificial oxide film 23 is completely removed by wet etching. Thereafter, as shown in FIG. 7, a gate oxide film 4 of about 80 to 200 ° is formed in the transistor formation region on the upper surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation at 1050 ° C. Further, an impurity for adjusting the threshold voltage of the transistor is implanted into the silicon substrate 1 by ion implantation (forming an active impurity diffusion region 6).

【0029】そして、図8に示すように、多結晶シリコ
ンを堆積し、パターニングによりゲート電極5を形成す
る。続いて、図9に示すように、熱酸化あるいは堆積に
てゲート保護膜10及びシリコン酸化膜7を500〜1
500Å形成し、ゲート電極5の自己整合作用を用いて
ソース用イオン注入領域24およびドレイン用イオン注
入領域25にN型不純物(Pチャネルトランジスタの場
合、P型不純物)をイオン注入する。
Then, as shown in FIG. 8, polycrystalline silicon is deposited and a gate electrode 5 is formed by patterning. Subsequently, as shown in FIG. 9, the gate protective film 10 and the silicon oxide film 7 are
An N-type impurity (P-type impurity in the case of a P-channel transistor) is ion-implanted into the source ion-implanted region 24 and the drain ion-implanted region 25 by using the self-alignment action of the gate electrode 5.

【0030】その後、図10に示すように、熱処理に
て、ソース領域2およびドレイン領域3を形成する。さ
らに、層間絶縁膜(BPSG膜)11を堆積させた後、
配線用のコンタクトホール12,13をホトエッチング
にて形成し、図1に示すように、ソースおよびドレイン
電極14,15を接続する。その後、素子保護膜16を
堆積し、外部電極用のパターニングをしてCMOSトラ
ンジスタが完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 10, a source region 2 and a drain region 3 are formed by heat treatment. Further, after an interlayer insulating film (BPSG film) 11 is deposited,
Wiring contact holes 12 and 13 are formed by photoetching, and source and drain electrodes 14 and 15 are connected as shown in FIG. After that, an element protection film 16 is deposited and patterned for external electrodes to complete a CMOS transistor.

【0031】次に、ゲート酸化膜4の特性評価に関する
各種の実験を行ったので、その結果を説明する。ゲート
酸化膜4の特性評価は、上述の工程を経て製造された図
11に示す平行平板型のコンデンサーを用いた。これ
は、ゲート酸化膜4を挟んで、フィールド酸化膜8の端
を含むゲート電極5を第1の対向電極とし、シリコン基
板(素子領域)1を第2の対向電極としたものである。
ゲート酸化膜4の膜厚は150Åとしている。
Next, various experiments regarding the characteristic evaluation of the gate oxide film 4 were performed, and the results will be described. The characteristics of the gate oxide film 4 were evaluated using a parallel plate type capacitor shown in FIG. 11 manufactured through the above-described steps. In this case, the gate electrode 5 including the end of the field oxide film 8 is used as a first counter electrode with the gate oxide film 4 interposed therebetween, and the silicon substrate (element region) 1 is used as a second counter electrode.
The thickness of the gate oxide film 4 is set to 150 °.

【0032】耐圧測定は、図11に示す構造を持った素
子にて、ゲート電極5に負バイアス(Pチャネルトラン
ジスタでは正バイアス)を印加して、1μAのリーク電
流が発生した時の電圧を耐圧と定義し、耐圧値が8MV
/cm以上を良品として判定した。
The breakdown voltage is measured by applying a negative bias (positive bias in the case of a P-channel transistor) to the gate electrode 5 in an element having the structure shown in FIG. With a withstand voltage of 8 MV
/ Cm or more was judged as good.

【0033】その耐圧測定結果を、図12に示す。図1
2において横軸には犠牲酸化温度をとり、縦軸には耐圧
良品率をとっている。又、図12において特性線L1に
てゲート酸化温度が1050℃の場合を示し、特性線L
2にてゲート酸化温度が850℃の場合を示す。
FIG. 12 shows the measurement results of the breakdown voltage. FIG.
In FIG. 2, the abscissa indicates the sacrificial oxidation temperature, and the ordinate indicates the withstand voltage non-defective rate. FIG. 12 shows a case where the gate oxidation temperature is 1050 ° C. on the characteristic line L1.
2 shows a case where the gate oxidation temperature is 850 ° C.

【0034】寿命評価は、図11に示す構造を待った素
子にて、ゲート電極5に負バイアス(Pチャネルトラン
ジスタでは正バイアス)を印加して、ゲート酸化膜4に
一定電流密度10〜100mA/cm2 になるように定
電流を流して、ゲート酸化膜4が破壊に至るまでゲート
酸化膜4を通過した電荷量を評価し、ワイブルプロット
したときの累積故障率が50%となるときの電荷量(5
0%Qbd)を寿命として見積もった。
In the evaluation of the life, in the device waiting for the structure shown in FIG. 11, a negative bias (positive bias for a P-channel transistor) is applied to the gate electrode 5 and a constant current density of 10 to 100 mA / cm is applied to the gate oxide film 4. A constant current is passed so as to be 2 , and the amount of charge that has passed through the gate oxide film 4 until the gate oxide film 4 is destroyed is evaluated. The amount of charge when the cumulative failure rate when the Weibull plot is 50% becomes 50% (5
0% Qbd) was estimated as the life.

【0035】その寿命評価結果を、図13に示す。図1
3において横軸には犠牲酸化温度をとり、縦軸には酸化
膜寿命(50%Qbd)をとっている。又、図13におい
て特性線L3にてゲート酸化温度が1050℃の場合を
示し、特性線L4にてゲート酸化温度が850℃の場合
を示す。
FIG. 13 shows the life evaluation results. FIG.
In FIG. 3, the horizontal axis represents the sacrificial oxidation temperature, and the vertical axis represents the oxide film life (50% Qbd). In FIG. 13, the characteristic line L3 shows the case where the gate oxidation temperature is 1050 ° C., and the characteristic line L4 shows the case where the gate oxidation temperature is 850 ° C.

【0036】図12,13から、特性線L2,L4にて
示すゲート酸化温度が850℃の場合では、875℃以
上の犠牲酸化に対して全てが耐圧良品率および寿命に対
して飽和した結果が得られている。これに対し、特性線
L1,L3にて示すゲート酸化温度が1050℃の場合
では、犠牲酸化温度が1050℃近傍より低いと耐圧良
品率が低く且つ寿命も短いが、犠牲酸化温度が1050
℃近傍よりも高いと耐圧良品率および寿命の改善が図ら
れることが分かる。
FIGS. 12 and 13 show that when the gate oxidation temperature indicated by the characteristic lines L2 and L4 is 850 ° C., all of the sacrificial oxidation at 875 ° C. or more is saturated with respect to the withstand voltage non-defective rate and the life. Have been obtained. On the other hand, in the case where the gate oxidation temperature indicated by the characteristic lines L1 and L3 is 1050 ° C., if the sacrificial oxidation temperature is lower than about 1050 ° C., the yield rate is low and the life is short, but the sacrificial oxidation temperature is 1050 ° C.
It can be seen that if the temperature is higher than around ℃, the yield rate of non-defective products and the life can be improved.

【0037】これは以下のようなゲート酸化膜4への汚
染混入メカニズムによるものと推測される。図15に示
すように、フィールド酸化膜8の形成時においては、シ
リコン基板1において結晶欠陥30や汚染物質31や残
留応力層及び残留異物(ホワイトリボン等)32が残っ
ている。この状態から、図16に示すように、窒化シリ
コン膜、パッド酸化膜20を除去し、さらに、図17に
示すように、ゲート酸化温度以上の温度雰囲気下におい
て犠牲酸化を行うと、シリコン基板1中の汚染物質31
や残留応力層及び残留異物32が犠牲酸化膜23の中に
入り込まれる。そして、図18に示すように、犠牲酸化
膜23が除去され、図19に示すように、ゲート酸化膜
4が形成される。このゲート酸化膜4には汚染物質31
や残留応力層及び残留異物32が入り込むことはない。
This is presumed to be due to the following contamination mechanism into the gate oxide film 4. As shown in FIG. 15, when forming the field oxide film 8, crystal defects 30, contaminants 31, residual stress layers, and residual foreign substances (such as white ribbons) 32 remain in the silicon substrate 1. From this state, as shown in FIG. 16, the silicon nitride film and the pad oxide film 20 are removed, and further, as shown in FIG. Pollutants 31 in
The residual stress layer and the residual foreign matter 32 enter the sacrificial oxide film 23. Then, as shown in FIG. 18, the sacrificial oxide film 23 is removed, and as shown in FIG. 19, the gate oxide film 4 is formed. This gate oxide film 4 has a contaminant 31
And the residual stress layer and the residual foreign matter 32 do not enter.

【0038】このようにして、ゲート酸化温度以上の温
度での犠牲酸化を、LOCOS酸化後・ゲート酸化前に
行うと、シリコン中に存在するFe等の汚染物質31を
犠牲酸化膜23内に十分取り込むことができ、その後に
形成されるゲート酸化膜4の膜質を向上することが可能
となる。
In this manner, when the sacrificial oxidation at a temperature equal to or higher than the gate oxidation temperature is performed after the LOCOS oxidation and before the gate oxidation, the contaminants 31 such as Fe present in silicon can be sufficiently contained in the sacrificial oxide film 23. Thus, the film quality of the gate oxide film 4 formed thereafter can be improved.

【0039】図14は、ゲート酸化膜耐圧良品率の犠牲
酸化膜厚依存性を示す図であり、横軸には犠牲酸化膜厚
をとり、縦軸には耐圧不良率をとっている。この図14
から、犠牲酸化膜厚が400Åよりも小さいと良品率が
低いが、400Åよりも大きくなると良品率が極めて大
きくなっていることが分かる。よって、犠牲酸化膜23
の膜厚を400Å以上とすることにより良品率を極めて
良くすることができる。
FIG. 14 is a graph showing the dependence of the yield rate of the gate oxide film on the sacrificial oxide film thickness. The horizontal axis represents the sacrificial oxide film thickness, and the vertical axis represents the breakdown voltage failure rate. This FIG.
From this it can be seen that the yield rate is low when the sacrificial oxide film thickness is less than 400 °, but the yield rate is extremely high when the thickness is greater than 400 °. Therefore, the sacrificial oxide film 23
By setting the thickness of the film to 400 ° or more, the yield can be extremely improved.

【0040】このように本参考例は、下記の特徴を有す
る。 (イ)ゲート酸化膜4を形成するに先立ち、図5に示す
ように、シリコン基板1の上におけるゲート酸化膜4の
形成領域にゲート酸化膜4の形成温度以上の高温での熱
酸化により犠牲酸化膜23を形成し、図6に示すように
同膜23を除去するようにしたので、犠牲酸化膜23の
形成の際にシリコン表面から深い箇所に存在するFe等
の汚染物質を犠牲酸化膜23に吸い上げることができ
る。その結果、酸化膜耐圧低下の原因となるシリコン基
板中の汚染物質濃度を低下させ、その後の酸化膜形成時
に酸化膜に溶出する汚染物質濃度を低下させることがで
きることとなる。
As described above, this embodiment has the following features. (A) Prior to forming the gate oxide film 4, as shown in FIG. 5, the region where the gate oxide film 4 is formed on the silicon substrate 1 is sacrificed by thermal oxidation at a temperature higher than the temperature at which the gate oxide film 4 is formed. Since the oxide film 23 is formed and the film 23 is removed as shown in FIG. 6, contaminants such as Fe existing deep in the silicon surface when forming the sacrificial oxide film 23 are removed. 23. As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a reduction in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film during the subsequent formation of the oxide film can be reduced.

【0041】又、ゲート酸化膜4を形成する直前におい
て犠牲酸化膜23の形成および除去を行ったのでゲート
酸化膜4を形成する際にはより良いシリコン表面となっ
ている。つまり、チャネルストッパー層形成のイオン注
入やLOCOS酸化形成のためのエッチングプロセスに
よりシリコン基板1の汚染を招く可能性があるが、LO
COS酸化の後に犠牲酸化膜23の形成および除去を行
ったのでLOCOS酸化の前に犠牲酸化膜23の形成お
よび除去を行う場合に比べ、より良いシリコン表面を得
ることができる。 (ロ)ウエル領域1aの拡散温度である1100〜12
00℃よりも低い温度の1050℃にて犠牲酸化膜23
を形成するようにしたので、犠牲酸化膜23の形成の際
にウエル領域1aが拡がることがなく所定の深さを確保
できる。
Since the sacrificial oxide film 23 was formed and removed immediately before the gate oxide film 4 was formed, a better silicon surface was obtained when the gate oxide film 4 was formed. That is, the ion implantation for forming the channel stopper layer and the etching process for forming the LOCOS oxide may cause contamination of the silicon substrate 1.
Since the formation and removal of the sacrificial oxide film 23 are performed after the COS oxidation, a better silicon surface can be obtained as compared with the case where the formation and removal of the sacrificial oxide film 23 are performed before the LOCOS oxidation. (B) 1100 to 12 which is the diffusion temperature of the well region 1a
At a temperature of 1050 ° C. lower than 00 ° C., the sacrificial oxide film 23
Is formed, the well region 1a does not expand when the sacrificial oxide film 23 is formed, and a predetermined depth can be secured.

【0042】さらに、LOCOS酸化膜の形成温度、即
ち、チャネルストッパー層9の拡散温度である950〜
1050℃に近い温度の1050℃にて犠牲酸化膜23
を形成するようにしたので、犠牲酸化膜23の形成の際
にチャネルストッパー層9が拡がり過ぎることがなく所
定の領域に(トランジスタ形成領域の周囲のみに)配置
できる。 (第の実施の形態) 次に、この発明を具体化したの実施の形態を、参考
との相違点を中心に説明する。
Further, the formation temperature of the LOCOS oxide film, that is, the diffusion temperature of the channel stopper layer 9 is 950 to 950.
At a temperature close to 1050 ° C., 1050 ° C., the sacrificial oxide film 23
Is formed, the channel stopper layer 9 can be disposed in a predetermined region (only around the transistor forming region) without forming the channel stopper layer 9 excessively when the sacrificial oxide film 23 is formed. (First Embodiment) Next, a first embodiment embodying the present invention, reference
The following description focuses on the differences from the example .

【0043】本実施の形態においては、図20〜図27
のようなプロセス(メカニズム説明を兼用)を用いてい
る。まず、図20に示すように、フィールド酸化膜8を
形成する。このとき、シリコン基板1において結晶欠陥
30や汚染物質31や残留応力層及び残留異物32が残
っている。この状態から、図21に示すように、窒化シ
リコン膜21、パッド酸化膜20を除去し、その後、図
22に示すように、875℃での熱酸化により厚さ40
0Å〜数1000Åの犠牲酸化膜40を形成する。つま
り、ゲート酸化膜4の形成温度である1050℃よりも
低い低温(875℃)での熱酸化により犠牲酸化膜40
を形成する。
In this embodiment, FIGS.
(The mechanism is also used to explain the mechanism). First, as shown in FIG. 20, a field oxide film 8 is formed. At this time, crystal defects 30, contaminants 31, residual stress layers, and residual foreign substances 32 remain in the silicon substrate 1. From this state, as shown in FIG. 21, the silicon nitride film 21 and the pad oxide film 20 are removed, and then, as shown in FIG.
A sacrificial oxide film 40 of 0 to several thousand degrees is formed. That is, the sacrificial oxide film 40 is formed by thermal oxidation at a low temperature (875 ° C.) lower than 1050 ° C., which is the formation temperature of the gate oxide film 4.
To form

【0044】そして、図23に示すように、1050℃
で30〜数100分アニール処理する。つまり、ゲート
酸化膜4の形成温度以上の温度でのアニールを行う。こ
の時の雰囲気は非酸化性雰囲気であり、具体的には窒素
ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気を指す。この
アニールにより、汚染物質31が犠牲酸化膜40に吸い
上げられ犠牲酸化膜40内に溶融する。そして、図24
に示すように、犠牲酸化膜40を除去してシリコン基板
1を露出する。
Then, as shown in FIG.
For 30 to several hundred minutes. That is, annealing is performed at a temperature equal to or higher than the temperature at which the gate oxide film 4 is formed. The atmosphere at this time is a non-oxidizing atmosphere, and specifically refers to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas or an argon gas. By this annealing, the contaminants 31 are sucked up by the sacrificial oxide film 40 and melted in the sacrificial oxide film 40. And FIG.
As shown in FIG. 7, the sacrificial oxide film 40 is removed to expose the silicon substrate 1.

【0045】ここで、非酸化性雰囲気でのアニールを実
施すると、図23に示すように、酸化膜に溶け込まない
汚染物質(酸化膜界面に析出する物質)39は酸化膜と
シリコン界面付近に析出し、図24に示すように、その
汚染物質39が残る。
Here, when annealing is performed in a non-oxidizing atmosphere, as shown in FIG. 23, a contaminant 39 (a substance that precipitates at the oxide film interface) that does not dissolve in the oxide film deposits near the oxide film-silicon interface. Then, as shown in FIG. 24, the contaminants 39 remain.

【0046】そのため、引き続き、図25に示すよう
に、ゲート酸化膜4の形成温度よりも低い温度(例え
ば、875℃)での熱酸化により厚さ数100Å程度の
第2の犠牲酸化膜41を形成して汚染物質39を取り込
む。その後、図26に示すように、犠牲酸化膜41を除
去してシリコン基板1を露出した後、図27に示すよう
に、ゲート酸化膜4を形成する。
For this reason, as shown in FIG. 25, a second sacrificial oxide film 41 having a thickness of about several hundred degrees is formed by thermal oxidation at a temperature lower than the temperature at which the gate oxide film 4 is formed (for example, 875 ° C.). Form and take up contaminants 39. Thereafter, as shown in FIG. 26, after removing the sacrificial oxide film 41 to expose the silicon substrate 1, a gate oxide film 4 is formed as shown in FIG.

【0047】次に、実験結果を説明する。図28には、
図20〜図27での犠牲酸化膜40を875℃で850
Å形成し、窒素雰囲気で1050℃のアニールを240
min(分)実施し、ウエットエッチにて犠牲酸化膜4
0を完全に除去した後、850℃で第2の犠牲酸化膜4
1を250Å形成および除去し、1050℃のO2 雰囲
気でゲート酸化膜42を150Åを形成したサンプル
と、途中のアニールを実施しなかったサンプルとの寿命
評価結果を示す。
Next, the experimental results will be described. In FIG. 28,
The sacrificial oxide film 40 in FIGS.
Å Form and anneal at 1050 ° C in nitrogen atmosphere for 240
min (min), and a sacrificial oxide film 4 is formed by wet etching.
0 is completely removed, the second sacrificial oxide film 4 is formed at 850 ° C.
1 shows the results of life evaluation of a sample in which the gate oxide film 42 was formed at 150 ° in an O 2 atmosphere at 1050 ° C. by forming and removing 250 ° and a sample in which annealing was not performed in the middle.

【0048】図28から、1050℃のアニールを行う
ことにより、参考例での1050℃の犠牲酸化を行った
場合と同様に寿命が向上することが確認できた。このよ
うに本実施形態は、下記の特徴を有する。 (イ)図22〜図24に示すように、シリコン基板1の
上にゲート酸化膜4を形成するに先立ち、ゲート酸化膜
4の形成領域にゲート酸化膜4の形成温度よりも低い温
度での熱酸化により犠牲酸化膜40を形成し、ゲート酸
化膜4の形成温度以上の高温でのアニールを行った後に
犠牲酸化膜40を除去するようにしたので、犠牲酸化膜
40の形成によりシリコン基板1の表面の残留応力層や
残留異物を取り込んで犠牲酸化膜40の除去によりこれ
を排除でき、しかも、アニールによりシリコン表面から
深い箇所に存在する汚染物質を犠牲酸化膜40に吸い上
げることができる。その結果、酸化膜耐圧低下の原因と
なるシリコン基板中の汚染物質濃度を低下させ、その後
の酸化膜形成時に酸化膜に溶出する汚染物質濃度を低下
させることができることとなる。 (ロ)さらに、アニール後において犠牲酸化膜40を除
去した後に、図25に示すように、ゲート酸化膜4の形
成領域にゲート酸化膜4の形成温度よりも低い温度での
熱酸化により第2の犠牲酸化膜41を形成し、その犠牲
酸化膜41を除去したので、シリコン基板1の表面の残
留汚染物質39を取り込んで、第2の犠牲酸化膜41の
除去によりこれを排除できる。つまり、アニールにより
SiO2 /Siの界面に酸化膜に溶け込まない汚染物質
が析出しやすいが、この汚染物質を確実に除去できる。
From FIG. 28, it was confirmed that the lifetime was improved by performing the annealing at 1050 ° C. in the same manner as in the case of performing the sacrificial oxidation at 1050 ° C. in the reference example . As described above, this embodiment has the following features. (A) As shown in FIGS. 22 to 24, prior to forming the gate oxide film 4 on the silicon substrate 1, the formation region of the gate oxide film 4 is formed at a temperature lower than the formation temperature of the gate oxide film 4. The sacrificial oxide film 40 is formed by thermal oxidation, and the sacrificial oxide film 40 is removed after annealing at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the gate oxide film 4. The residual stress layer and foreign particles on the surface can be taken in and removed by removing the sacrificial oxide film 40, and the contaminants existing deep in the silicon surface can be sucked into the sacrificial oxide film 40 by annealing. As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a reduction in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film during the subsequent formation of the oxide film can be reduced. (B) Further, after the sacrificial oxide film 40 is removed after annealing, as shown in FIG. 25, the second region is formed by thermal oxidation at a temperature lower than the formation temperature of the gate oxide film 4 in the formation region of the gate oxide film 4. Since the sacrificial oxide film 41 is formed and the sacrificial oxide film 41 is removed, the residual contaminants 39 on the surface of the silicon substrate 1 are taken in, and this can be eliminated by removing the second sacrificial oxide film 41. In other words, the contaminants which do not dissolve in the oxide film tend to precipitate at the SiO2 / Si interface by annealing, but the contaminants can be reliably removed.

【0049】本実施の形態の応用例としては、第2の犠
牲酸化膜41を形成することなく犠牲酸化膜40の除去
後にゲート酸化を行ってもよい。即ち、図24の汚染物
質39の生成量が少なかったり素子性能上問題がない場
合には第2の犠牲酸化膜41の形成および除去を不要と
することができる。 (第の実施の形態) 次に、第の実施の形態を、第の実施の形態との相違
点を中心に説明する。
As an application example of the present embodiment, the gate oxidation may be performed after removing the sacrificial oxide film 40 without forming the second sacrificial oxide film 41. That is, when the amount of generation of the contaminant 39 in FIG. 24 is small or there is no problem in element performance, the formation and removal of the second sacrificial oxide film 41 can be unnecessary. Second Embodiment Next, a second embodiment will be described, focusing on differences from the first embodiment.

【0050】本実施の形態においては、図29〜図35
のようなプロセス(メカニズム説明を兼用)を用いる。
まず、図29に示すように、フィールド酸化膜8を形成
する。このとき、シリコン基板1において結晶欠陥30
や汚染物質31や残留応力層及び残留異物32が残って
いる。この状態から、図30に示すように、窒化シリコ
ン膜21、パッド酸化膜20を除去し、その後、図31
に示すように、表面の残留応力層および異物除去用の犠
牲酸化膜50を850℃前後の低温の熱酸化で400Å
〜数1000Å形成する。つまり、ゲート酸化膜の形成
温度よりも低い温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜
50を形成する。尚このとき、酸化速度を稼ぐためにH
2O雰囲気やHCl等を用いるとよい。
In this embodiment, FIGS.
(A mechanism is also used).
First, as shown in FIG. 29, a field oxide film 8 is formed. At this time, the crystal defects 30 in the silicon substrate 1
, Contaminants 31, residual stress layers, and residual foreign substances 32 remain. From this state, as shown in FIG. 30, the silicon nitride film 21 and the pad oxide film 20 are removed.
As shown in FIG. 5, the surface residual stress layer and the sacrificial oxide film 50 for removing foreign matter are subjected to thermal oxidation at a low temperature of about 850 ° C. to 400 ° C.
To several thousand degrees. That is, the first sacrificial oxide film 50 is formed by thermal oxidation at a temperature lower than the formation temperature of the gate oxide film. At this time, in order to increase the oxidation rate, H
It is preferable to use a 2 O atmosphere, HCl, or the like.

【0051】さらに、図32に示すように、犠牲酸化膜
50をウエットエッチングにより完全に除去してシリコ
ン基板1を露出する。その後、図33に示すように、再
度ゲート酸化温度以上の高温(例えば1050℃)で第
2の犠牲酸化膜51を数100Å形成する。この時の酸
化雰囲気はO2 雰囲気の方がよく、これにより酸化速度
を遅くし、汚染物質が表面に拡散する時間を稼ぐことが
できる。
Further, as shown in FIG. 32, the sacrificial oxide film 50 is completely removed by wet etching to expose the silicon substrate 1. Thereafter, as shown in FIG. 33, a second sacrificial oxide film 51 is formed again at a high temperature (for example, 1050 ° C.) higher than the gate oxidation temperature by several hundreds of degrees. At this time, the oxidizing atmosphere is preferably an O 2 atmosphere, whereby the oxidizing rate can be reduced, and the time for the contaminants to diffuse to the surface can be increased.

【0052】そして、図34に示すように、第2の犠牲
酸化膜51を除去した後、図35に示すように、ゲート
酸化膜4を形成する。次に、実験結果を説明する。
After removing the second sacrificial oxide film 51 as shown in FIG. 34, a gate oxide film 4 is formed as shown in FIG. Next, experimental results will be described.

【0053】図36には、3つ試作品(サンプル)に対
する寿命評価(50%Qbd)結果を示す。つまり、第1
の犠牲酸化膜50を875℃でH2 O雰囲気で850Å
形成し、それをウエットエッチングにより完全に除去し
た後、第2の犠牲酸化膜51として、875℃、100
0℃、1050℃の温度で300Å熱酸化により形成
し、これを除去し、1050℃のO2 雰囲気で150Å
のゲート酸化膜を形成したものをサンプルとして用いて
いる。
FIG. 36 shows the results of life evaluation (50% Qbd) for three prototypes (samples). That is, the first
Of the sacrificial oxide film 50 at 875 ° C. in an H 2 O atmosphere at 850 ° C.
After it is formed and completely removed by wet etching, a second sacrificial oxide film 51 is formed at 875 ° C. and 100 ° C.
0 ° C., to form a 300Å thermal oxidation at a temperature of 1050 ° C., to remove this, 150 Å in O 2 atmosphere at 1050 ° C.
The gate oxide film formed above is used as a sample.

【0054】図36から分かるように、1050℃の犠
牲酸化を行ったサンプルは、寿命が顕著に向上すること
が確認できる。このように本実施形態は、下記の特徴を
有する。 (イ)図31〜図33に示すように、シリコン基板1の
上にゲート酸化膜4を形成するに先立ち、ゲート酸化膜
4の形成領域にゲート酸化膜4の形成温度よりも低い温
度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜50を形成および
除去し、ゲート酸化膜4の形成温度以上の高温での熱酸
化により第2の犠牲酸化膜51を形成および除去するの
で、第1の犠牲酸化膜50の形成によりシリコン基板1
の表面の残留応力層や残留異物を取り込んで、第1の犠
牲酸化膜50の除去によりこれを排除でき、さらに、第
2の犠牲酸化膜51の形成によりシリコン表面から深い
箇所に存在する汚染物質を犠牲酸化膜に吸い上げること
ができる。その結果、酸化膜耐圧低下の原因となるシリ
コン基板中の汚染物質濃度を低下させ、その後の酸化膜
形成時に酸化膜に溶出する汚染物質濃度を低下させるこ
とができる。
As can be seen from FIG. 36, it can be confirmed that the life of the sample subjected to the sacrificial oxidation at 1050 ° C. is remarkably improved. As described above, this embodiment has the following features. (A) As shown in FIGS. 31 to 33, prior to forming the gate oxide film 4 on the silicon substrate 1, the region where the gate oxide film 4 is formed at a temperature lower than the temperature at which the gate oxide film 4 is formed. Since the first sacrificial oxide film 50 is formed and removed by thermal oxidation, and the second sacrificial oxide film 51 is formed and removed by thermal oxidation at a temperature higher than the formation temperature of the gate oxide film 4, the first sacrificial oxidation is performed. The silicon substrate 1 is formed by forming the film 50.
The first sacrificial oxide film 50 can be removed by taking in the residual stress layer and the residual foreign matter on the surface of the semiconductor device, and furthermore, by forming the second sacrificial oxide film 51, the contaminant existing deep in the silicon surface can be removed. Can be absorbed into the sacrificial oxide film. As a result, the concentration of a contaminant in the silicon substrate that causes a decrease in the breakdown voltage of the oxide film can be reduced, and the concentration of the contaminant eluted in the oxide film when the oxide film is subsequently formed can be reduced.

【0055】本実施の形態の応用例を以下に説明する。
これまで述べた第の実施形態においては、図32に示
すように、犠牲酸化膜50をウエットエッチングにより
除去した後に、図33に示すように、高温(例えば10
50℃)での犠牲酸化膜51を形成したが、犠牲酸化膜
50を除去することなく、犠牲酸化膜50を残した状態
で、高温(例えば1050℃)での犠牲酸化膜51を形
成してもよい。つまり、第1の犠牲酸化膜50を成長さ
せて第2の犠牲酸化膜51を形成してもよい。
An application example of the present embodiment will be described below.
In the second embodiment described so far, as shown in FIG. 32, after removing the sacrificial oxide film 50 by wet etching, as shown in FIG.
Although the sacrificial oxide film 51 is formed at 50 ° C., the sacrificial oxide film 51 is formed at a high temperature (for example, 1050 ° C.) without removing the sacrificial oxide film 50 and leaving the sacrificial oxide film 50. Is also good. That is, the second sacrificial oxide film 51 may be formed by growing the first sacrificial oxide film 50.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 参考例及び実施の形態でのCMOSトランジ
スタにおけるNチャネルMOSトランジスタのゲート長
方向の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view in the gate length direction of an N-channel MOS transistor in a CMOS transistor according to a reference example and an embodiment;

【図2】 参考例におけるNチャネルMOSトランジス
タの製造工程を説明するための断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an N-channel MOS transistor in a reference example .

【図3】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図4】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図5】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図6】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図7】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図8】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図9】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図10】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図11】 ゲート酸化膜の評価用パターンの断面図。FIG. 11 is a sectional view of a pattern for evaluating a gate oxide film.

【図12】 ゲート酸化膜耐圧良品率の犠牲酸化温度依
存性を示す図。
FIG. 12 is a graph showing the sacrificial oxidation temperature dependency of the yield rate of a gate oxide film withstand voltage.

【図13】 ゲート酸化膜寿命の犠牲酸化温度依存性を
示す図。
FIG. 13 is a diagram showing the sacrificial oxidation temperature dependence of the gate oxide film life.

【図14】 ゲート酸化膜耐圧良品率の犠牲酸化膜厚の
依存性を示す図。
FIG. 14 is a graph showing the dependency of a gate oxide film withstand voltage ratio on a sacrificial oxide film thickness.

【図15】 ゲート酸化膜への汚染混入のメカニズムを
示す説明図。
FIG. 15 is an explanatory view showing a mechanism of contamination contamination in a gate oxide film.

【図16】 同じくメカニズム説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram of the same mechanism.

【図17】 同じくメカニズム説明図。FIG. 17 is an explanatory view of the mechanism.

【図18】 同じくメカニズム説明図。FIG. 18 is an explanatory view of the mechanism.

【図19】 同じくメカニズム説明図。FIG. 19 is an explanatory view of the same mechanism.

【図20】 第の実施の形態におけるNチャネルMO
Sトランジスタの製造工程を説明するための断面図。
FIG. 20 shows an N-channel MO according to the first embodiment.
Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of S transistor.

【図21】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図22】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図23】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図24】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図25】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図26】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図27】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図28】 アニールの有無によるゲート酸化膜寿命へ
の影響を示す図。
FIG. 28 is a view showing the influence of the presence or absence of annealing on the life of a gate oxide film.

【図29】 第の実施の形態におけるNチャネルMO
Sトランジスタの製造工程を説明するための断面図。
FIG. 29 shows an N-channel MO according to the second embodiment.
Sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of S transistor.

【図30】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 30 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図31】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図32】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 32 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図33】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 33 is a sectional view for explaining the manufacturing process;

【図34】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 34 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図35】 同じく製造工程を説明するための断面図。FIG. 35 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process.

【図36】 ゲート酸化膜寿命の評価結果を示す図。FIG. 36 shows an evaluation result of a gate oxide film life.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、4…ゲート酸化膜(絶縁膜としての
薄膜の酸化膜)、5…ゲート電極、23…犠牲酸化膜、
40…犠牲酸化膜(第1の犠牲酸化膜)、41…犠牲酸
化膜(第2の犠牲酸化膜)、50…犠牲酸化膜(第1の
犠牲酸化膜)、51…犠牲酸化膜(第2の犠牲酸化膜)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 4 ... Gate oxide film (a thin oxide film as an insulating film), 5 ... Gate electrode, 23 ... Sacrificial oxide film,
40: sacrificial oxide film (first sacrificial oxide film), 41: sacrificial oxide film (first sacrificial oxide film), 50: sacrificial oxide film (first sacrificial oxide film), 51: sacrificial oxide film (second) Sacrificial oxide film)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−236639(JP,A) 特開 昭61−193459(JP,A) 特開 昭56−103425(JP,A) 特開 昭57−199227(JP,A) 特開 平1−244621(JP,A) 特開 平8−107205(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/316 H01L 21/8234 H01L 27/088 Continuation of front page (56) References JP-A-8-236639 (JP, A) JP-A-61-193459 (JP, A) JP-A-56-103425 (JP, A) JP-A-57-199227 (JP) JP-A-1-244621 (JP, A) JP-A-8-107205 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/316 H01L 21/8234 H01L 27/088

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板の上に、絶縁膜としての薄
膜の酸化膜を介して電極が配置された半導体装置の製造
方法であって、 シリコン基板の上に前記酸化膜を形成するに先立ち、 前記シリコン基板の上にフィールド酸化膜を形成する工
程と、 このフィールド酸化膜形成工程を経た後、前記薄膜の酸
化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温度よりも低い温度
での熱酸化により犠牲酸化膜を形成する工程と、 前記絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温
でのアニールを行う工程と、 アニール後の犠牲酸化膜を除去する工程と を備えたこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
A thin film as an insulating film is provided on a silicon substrate.
Of semiconductor device in which electrodes are arranged via oxide film
A method, prior to forming the oxide film on the silicon substrate, a field oxide film on the silicon substrate Engineering
And degree, after a field oxide film forming step, an acid of the thin film
Temperature lower than the oxide film formation temperature in the oxide film formation region
Forming a sacrificial oxide film by thermal oxidation at a temperature higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film.
And a step of removing a sacrificial oxide film after annealing .
【請求項2】 シリコン基板の上に、絶縁膜としての薄
膜の酸化膜を介して電極が配置された半導体装置の製造
方法であって、 シリコン基板の上に前記酸化膜を形成するに先立ち、こ
の酸化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温度よりも低い
温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜を形成する工程
と、 前記シリコン基板中に残された汚染物質をシリコン界面
付近に析出させるために、前記絶縁膜としての薄膜の酸
化膜の形成温度以上の高温でのアニールを行う工程と、 アニール後の犠牲酸化膜を除去して前記シリコン基板を
露出する工程と、 シリコン界面付近に析出した前記汚染物質を取り込むた
めに、前記絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成領域に当
該酸化膜の形成温度よりも低い温度での熱酸化により第
2の犠牲酸化膜を形成する工程と、 前記第2の犠牲酸化膜を除去する工程とを備えたことを
特徴とする 半導体装置の製造方法。
2. A thin film as an insulating film on a silicon substrate.
Of semiconductor device in which electrodes are arranged via oxide film
Prior to forming the oxide film on a silicon substrate.
Lower than the temperature at which the oxide film is formed in the region where the oxide film is formed
Forming a first sacrificial oxide film by thermal oxidation at a temperature
And contaminants left in the silicon substrate at the silicon interface.
In order to deposit in the vicinity, the acid of the thin film as the insulating film is used.
Annealing at a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the oxide film, and removing the sacrificial oxide film after the annealing to remove the silicon substrate.
Exposing and capturing the contaminants deposited near the silicon interface.
In this case, the area where the thin oxide film as the insulating film is formed is
Thermal oxidation at a temperature lower than the temperature at which the oxide film is formed.
2) forming a sacrificial oxide film, and removing the second sacrificial oxide film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】 シリコン基板の上に、絶縁膜としての薄
膜の酸化膜を介して電極が配置された半導体装置の製造
方法であって、 シリコン基板の上に前記酸化膜を形成するに先立ち、こ
の酸化膜の形成領域に 当該酸化膜の形成温度よりも低い
温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜を形成する工程
と、 前記第1の犠牲酸化膜を除去して前記シリコン基板を露
出する工程と、 前記絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成領域に当該酸化
膜の形成温度以上の高温での熱酸化により第2の犠牲酸
化膜を形成する工程と、 前記第2の犠牲酸化膜を除去する工程と を備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A thin film as an insulating film is formed on a silicon substrate.
Of semiconductor device in which electrodes are arranged via oxide film
Prior to forming the oxide film on a silicon substrate.
Lower than the temperature at which the oxide film is formed in the region where the oxide film is formed
Forming a first sacrificial oxide film by thermal oxidation at a temperature
If, dew said silicon substrate by removing the first sacrificial oxide film
And forming the oxide film in the region where the thin oxide film as the insulating film is formed.
The second sacrificial acid is formed by thermal oxidation at a temperature higher than the film formation temperature.
A method of manufacturing a semiconductor device , comprising: forming a passivation film; and removing the second sacrificial oxide film .
【請求項4】 シリコン基板の上に、絶縁膜としての薄
膜の酸化膜を介して電極が配置された半導体装置の製造
方法であって、 シリコン基板の上に前記酸化膜を形成するに先立ち、こ
の酸化膜の形成領域に当該酸化膜の形成温度よりも低い
温度での熱酸化により第1の犠牲酸化膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜としての薄膜の酸化膜の形成温度以上の高温
での熱酸化により、前記第1の犠牲酸化膜が成長した第
2の犠牲酸化膜を形成する工程と、 前記第2の犠牲酸化膜を除去する工程と を備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A thin film as an insulating film is formed on a silicon substrate.
Of semiconductor device in which electrodes are arranged via oxide film
Prior to forming the oxide film on a silicon substrate.
Lower than the temperature at which the oxide film is formed in the region where the oxide film is formed
Forming a first sacrificial oxide film by thermal oxidation at a temperature
And a high temperature equal to or higher than the formation temperature of the thin oxide film as the insulating film.
The first sacrificial oxide film is grown by thermal oxidation
2. A method for manufacturing a semiconductor device , comprising: forming a second sacrificial oxide film; and removing the second sacrificial oxide film .
【請求項5】 前記犠牲酸化膜の形成は、当該犠牲酸化
膜の形成前に形成したウエル領域での不純物拡散温度よ
りも低い温度にて行うようにした請求項1〜4のいずれ
か1項に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 5, wherein said sacrificial oxide film is formed.
The impurity diffusion temperature in the well region formed before film formation
5. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at a lower temperature.
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
【請求項6】 前記犠牲酸化膜の形成は、当該犠牲酸化
膜の形成前に形成したチャネルストッパー層での不純物
拡散温度付近の温度にて行うようにした請求項1〜4の
いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 6, wherein said sacrificial oxide film is formed.
Impurities in channel stopper layer formed before film formation
5. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at a temperature near the diffusion temperature.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
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