JP3300781B2 - 酸化膜の形成方法 - Google Patents
酸化膜の形成方法Info
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- JP3300781B2 JP3300781B2 JP26065191A JP26065191A JP3300781B2 JP 3300781 B2 JP3300781 B2 JP 3300781B2 JP 26065191 A JP26065191 A JP 26065191A JP 26065191 A JP26065191 A JP 26065191A JP 3300781 B2 JP3300781 B2 JP 3300781B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に酸化膜を形成
する方法、特に半導体装置の製造に好適に適用される酸
化膜の形成方法に関する。
する方法、特に半導体装置の製造に好適に適用される酸
化膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体の製造は、高温に熱したS
iウエハに酸素または水蒸気を流し、Si表面を熱酸化
させてSiO2 層を作り、これにホトレジストを塗布
し、回路パターンを露光後現像し、その後、フッ酸また
はプラズマによってSiO2 層をエッチングしてボア・
ホールを形成している。
iウエハに酸素または水蒸気を流し、Si表面を熱酸化
させてSiO2 層を作り、これにホトレジストを塗布
し、回路パターンを露光後現像し、その後、フッ酸また
はプラズマによってSiO2 層をエッチングしてボア・
ホールを形成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体の製造は
上述のように各種工程を介在させなければならず、プロ
セスが複雑となる。
上述のように各種工程を介在させなければならず、プロ
セスが複雑となる。
【0004】本発明は、上記事情に鑑みてなされたのも
で、その目的とするところは、簡単なプロセスで酸化膜
を形成することができ、特に半導体装置の製造に有効な
酸化膜の形成方法を提供することにある。
で、その目的とするところは、簡単なプロセスで酸化膜
を形成することができ、特に半導体装置の製造に有効な
酸化膜の形成方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の酸化膜製造方法は、NF3と酸素または酸
素化合物との混合ガス雰囲気中に基板と必要により酸化
膜形成用金属体とを配置する工程と、前記混合ガス雰囲
気中に180〜230nmの紫外線を入射し、同時に2
40〜400nmの紫外光を照射し、放置して基板上に
酸化膜を積層形成し、更に基板上に垂直方向から180
nm〜11μmの光を照射して露光部分をエッチング
し、未露光部分のみに酸化膜を形成する工程と、を具備
する。
に、本発明の酸化膜製造方法は、NF3と酸素または酸
素化合物との混合ガス雰囲気中に基板と必要により酸化
膜形成用金属体とを配置する工程と、前記混合ガス雰囲
気中に180〜230nmの紫外線を入射し、同時に2
40〜400nmの紫外光を照射し、放置して基板上に
酸化膜を積層形成し、更に基板上に垂直方向から180
nm〜11μmの光を照射して露光部分をエッチング
し、未露光部分のみに酸化膜を形成する工程と、を具備
する。
【0006】例示的に説明すれば、NF3 とO2 混合ガ
ス雰囲気に置かれたSiウエハに水平方向からArFレ
ーザー光を入射させ、光励起されたNF3 とSiおよび
酸素とを互に反応させる。一方Siウエハに対して垂直
方向から回路パターン状のKrFレーザー光を同時照射
して、未露光部にSiO2 膜を析出させ、露光部でSi
をエッチングさせる。この様にして絶縁層(SiO
2 膜)とボアホール(露光部のSi)が単一プロセスで
形成される。
ス雰囲気に置かれたSiウエハに水平方向からArFレ
ーザー光を入射させ、光励起されたNF3 とSiおよび
酸素とを互に反応させる。一方Siウエハに対して垂直
方向から回路パターン状のKrFレーザー光を同時照射
して、未露光部にSiO2 膜を析出させ、露光部でSi
をエッチングさせる。この様にして絶縁層(SiO
2 膜)とボアホール(露光部のSi)が単一プロセスで
形成される。
【0007】
【作用】NF3 とO2 混合ガス雰囲気中に、180〜2
30nmの紫外光、例えばArFレーザー光(波長、19
3nm)を入射すると、その雰囲気中になにも存在しない
時は図1の(a)の様にNFOが生成するが、その雰囲
気中にSiを入れると図1の(b)の様にNFOは認め
られない。以下の式(1)の様に
30nmの紫外光、例えばArFレーザー光(波長、19
3nm)を入射すると、その雰囲気中になにも存在しない
時は図1の(a)の様にNFOが生成するが、その雰囲
気中にSiを入れると図1の(b)の様にNFOは認め
られない。以下の式(1)の様に
【0008】Si表面を光分解されたFでエッチングし
て、SiF4 とNO2 を生成する(図2参照)。このS
iF4 は反応容器中に拡散され、その一部は基板上に吸
着する。一方NO2 は基板上のSiF4 からOが引き抜
かれ、時間経過と共に下記式の様に進行する。 SiF4 +NO2 →SiO2 +NO+F2 (2)
て、SiF4 とNO2 を生成する(図2参照)。このS
iF4 は反応容器中に拡散され、その一部は基板上に吸
着する。一方NO2 は基板上のSiF4 からOが引き抜
かれ、時間経過と共に下記式の様に進行する。 SiF4 +NO2 →SiO2 +NO+F2 (2)
【0009】この反応によって雰囲気ガス中のSiF4
およびNO2 は減少し、それと反対にNOおよびF2 が
増大する(図2の(b)参照)。また基板上にはSiO
2 が析出する(図3参照)。尚SiO2 を形成する過程
で、ガスを180nm〜11μm の光、例えばKrFレー
ザーで励起すると、 の様に活性の強い基底状態の酸素原子が生成されるた
め、SiO2 膜が強くなり、ピンホールも発生しない良
質の膜が出来る。
およびNO2 は減少し、それと反対にNOおよびF2 が
増大する(図2の(b)参照)。また基板上にはSiO
2 が析出する(図3参照)。尚SiO2 を形成する過程
で、ガスを180nm〜11μm の光、例えばKrFレー
ザーで励起すると、 の様に活性の強い基底状態の酸素原子が生成されるた
め、SiO2 膜が強くなり、ピンホールも発生しない良
質の膜が出来る。
【0010】
【発明の効果】絶縁層とボアホールが単一プロセスで形
成されれば、プロセスを省力化することができる。
成されれば、プロセスを省力化することができる。
【0011】
【実施例】実施例1
【0012】図4に示す様に反応セル10の中にN
F3:O2=4:1全圧100Torrのガスを満た
し、Si基板11に対して水平方向からエネルギー密度
50mJ/cm2のArFレーザー光を1000ショッ
ト入射させた。レーザー照射後約10分間セル内に放置
して取り出した試料のSiO2酸化膜12の厚は200
オングストロームであった。
F3:O2=4:1全圧100Torrのガスを満た
し、Si基板11に対して水平方向からエネルギー密度
50mJ/cm2のArFレーザー光を1000ショッ
ト入射させた。レーザー照射後約10分間セル内に放置
して取り出した試料のSiO2酸化膜12の厚は200
オングストロームであった。
【0013】図5の膜形成原理図に示すように、ArF
レーザー光によって光分解されたNF3 は気相中でO2
と反応してNO2 を作り、残ったFは、Siウエハ表面
のSiと反応して、SiF4 となって気相中に拡散す
る。その中でSi表面に残っているSiF4 にNO2 ガ
スが吸着されて、SiO2 を形成する。この実施例では
一度Si表面にSiO2 膜が付いてしまうと、それ以
後、SiF4 の供給が止まってしまうため、気相中に拡
散したSiF4が再度基板11の上に吸着し、それがN
O2 と反応して、SiO2 を作り続けるが、膜形成速度
は極めて遅く、すぐ終局に向う。 実施例2
レーザー光によって光分解されたNF3 は気相中でO2
と反応してNO2 を作り、残ったFは、Siウエハ表面
のSiと反応して、SiF4 となって気相中に拡散す
る。その中でSi表面に残っているSiF4 にNO2 ガ
スが吸着されて、SiO2 を形成する。この実施例では
一度Si表面にSiO2 膜が付いてしまうと、それ以
後、SiF4 の供給が止まってしまうため、気相中に拡
散したSiF4が再度基板11の上に吸着し、それがN
O2 と反応して、SiO2 を作り続けるが、膜形成速度
は極めて遅く、すぐ終局に向う。 実施例2
【0014】図6に示す様に、実施例1と同一条件で、
SiF4の供給源となるSiを金属体13をArFレー
ザー光に照たる個所に置くと、3000オングストロー
ムの酸化膜12ができた。図7の原理図に示す様に、比
較的弱いArFレーザー光50mJ/cm2をSiウエ
ハに照射してその雰囲気にある光分解したNF3とO2
とを反応させSiF4を生成させるのであるから、一般
の強いレーザー光でSiをアブレーションするのと根本
的に異なる。ここで生成されたSiF4は気相中に拡散
するが、その一部は基板中に吸着され、NO2と結合し
てSiO2の薄膜を形成する。その膜の上に再度SiF
4が吸着され、NO2と結合する。この自然に起こる操
作が繰り返されながら、膜成長が行われる。この間、た
えずArFレーザー光によってSi面が露出されている
ために、SiF4の供給が続く。これによって連続的に
SiO2膜の単分子層が重なり、膜厚が厚くなってい
く。従って、ArFレーザーのパルス数をコントロール
すれば、膜成長速度もコントロールできる。文字どお
り、パルスレーザーによる連続ALE(Atomic Layer E
pitaxiy)である。
SiF4の供給源となるSiを金属体13をArFレー
ザー光に照たる個所に置くと、3000オングストロー
ムの酸化膜12ができた。図7の原理図に示す様に、比
較的弱いArFレーザー光50mJ/cm2をSiウエ
ハに照射してその雰囲気にある光分解したNF3とO2
とを反応させSiF4を生成させるのであるから、一般
の強いレーザー光でSiをアブレーションするのと根本
的に異なる。ここで生成されたSiF4は気相中に拡散
するが、その一部は基板中に吸着され、NO2と結合し
てSiO2の薄膜を形成する。その膜の上に再度SiF
4が吸着され、NO2と結合する。この自然に起こる操
作が繰り返されながら、膜成長が行われる。この間、た
えずArFレーザー光によってSi面が露出されている
ために、SiF4の供給が続く。これによって連続的に
SiO2膜の単分子層が重なり、膜厚が厚くなってい
く。従って、ArFレーザーのパルス数をコントロール
すれば、膜成長速度もコントロールできる。文字どお
り、パルスレーザーによる連続ALE(Atomic Layer E
pitaxiy)である。
【0015】図8に示す反応装置20内をNF3 分圧2
00TorrとO2 分圧5Torrの雰囲気とし、基板21の水
平および垂直方向から50mJ/cm2 のArFレーザー光
を5000ショット照射後、雰囲気ガスを廃気した。露
光部はSi面が、未露光部は400オングストロームの
SiO2 酸化膜22が形成された。なお基板の垂直方向
からのArFレーザーの代りにKrFレーザー光を入射
した場合は、水平方向からのArFレーザー光を止めた
後、垂直方向からのKrFレーザー光を10分間照射し
続け、ボアホールへのSiO2 の析出を抑え、かつ10
分間SiO2 の反応を気相中で、行なったため、膜厚は
700オングストロームと厚くなった。なおKrFレー
ザーを垂直から照射すると、膜質が強く、均質になる。
00TorrとO2 分圧5Torrの雰囲気とし、基板21の水
平および垂直方向から50mJ/cm2 のArFレーザー光
を5000ショット照射後、雰囲気ガスを廃気した。露
光部はSi面が、未露光部は400オングストロームの
SiO2 酸化膜22が形成された。なお基板の垂直方向
からのArFレーザーの代りにKrFレーザー光を入射
した場合は、水平方向からのArFレーザー光を止めた
後、垂直方向からのKrFレーザー光を10分間照射し
続け、ボアホールへのSiO2 の析出を抑え、かつ10
分間SiO2 の反応を気相中で、行なったため、膜厚は
700オングストロームと厚くなった。なおKrFレー
ザーを垂直から照射すると、膜質が強く、均質になる。
【0016】図9の原理図に示す様に、まずは、Si表
面がFでエッチングされ、ここで生成されたSiF4 が
Si表面に吸着し、そこでNO2と反応してSiO2 を
形成する。ところが、垂直方向からのレーザー光がSi
を照射しているため、SiF4 の供給がたえず行なわれ
る。このためSiO2 膜は厚くなっていく。ここで、K
rFレーザー光を入射させた時の効果は、249nmのK
rFレーザー光は、NO2の吸収帯にあり、
面がFでエッチングされ、ここで生成されたSiF4 が
Si表面に吸着し、そこでNO2と反応してSiO2 を
形成する。ところが、垂直方向からのレーザー光がSi
を照射しているため、SiF4 の供給がたえず行なわれ
る。このためSiO2 膜は厚くなっていく。ここで、K
rFレーザー光を入射させた時の効果は、249nmのK
rFレーザー光は、NO2の吸収帯にあり、
【0017】KrFレーザー照射によって基底状態の酸
素原子O(3 P)を形成するため、SiOの反応を促進
する。一方KrFレーザー光ではNF3 は光分解出来な
いため、ArFレーザーは止めるとNF3の分解が止ま
るが、垂直方向からのKrFレーザー光の照射を続けれ
ば露光部分へのSiO2 の堆積が防止でき、雰囲気ガス
をすぐ廃気する必要もなくなる。
素原子O(3 P)を形成するため、SiOの反応を促進
する。一方KrFレーザー光ではNF3 は光分解出来な
いため、ArFレーザーは止めるとNF3の分解が止ま
るが、垂直方向からのKrFレーザー光の照射を続けれ
ば露光部分へのSiO2 の堆積が防止でき、雰囲気ガス
をすぐ廃気する必要もなくなる。
【0018】あくまでも、ここでのKrFレーザーの効
果は、NO2 を励起してO(3 P)を形成するもので、
膜質を良くするためには、垂直方向からの入射に限ら
ず、水平から入射しても同一効果が得られる。すなわち
本反応にはNF3 を分解するためのArFレーザーと、
NO2 を励起するためのKrFレーザーの同時照射が高
い効果を生み出すことがわかる。
果は、NO2 を励起してO(3 P)を形成するもので、
膜質を良くするためには、垂直方向からの入射に限ら
ず、水平から入射しても同一効果が得られる。すなわち
本反応にはNF3 を分解するためのArFレーザーと、
NO2 を励起するためのKrFレーザーの同時照射が高
い効果を生み出すことがわかる。
【図1】NF3 +O2 混合ガス中にArFレーザー光を
照射した時のUVチャートを示す図で、(a)はSiが
ないとき、(b)はSiが存在する時をそれぞれ示す。
照射した時のUVチャートを示す図で、(a)はSiが
ないとき、(b)はSiが存在する時をそれぞれ示す。
【図2】Siが存在するNF3 +O2 混合ガス中にAr
Fレーザー光を照射した時の赤外差スペクトルを示す図
で、(a)はレーザー照射中を、(b)はレーザー照射
10分後をそれぞれ示す。
Fレーザー光を照射した時の赤外差スペクトルを示す図
で、(a)はレーザー照射中を、(b)はレーザー照射
10分後をそれぞれ示す。
【図3】SiO2 のXPS分析を示す図。
【図4】本発明方法をおこなう反応装置の概略図。
【図5】図4の反応装置によるSiO2 形成の原理を示
す図。
す図。
【図6】本発明方法をおこなう別の反応装置の概略図。
【図7】図6の反応装置によるSiO2 多層膜形成の原
理を示す図。
理を示す図。
【図8】本発明方法をおこなうさらに異なる反応装置の
概略図。
概略図。
【図9】図8の反応装置によるSiO2 膜とコンタクト
ホール形成の原理を示す図。
ホール形成の原理を示す図。
10…反応セル、11…Si基板、12…SiO2 酸化
膜、13…金属体、20…反応装置、21…基板、22
…SiO2 酸化膜
膜、13…金属体、20…反応装置、21…基板、22
…SiO2 酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−199640(JP,A) Fluorine−enhanced photo−oxidation o f silicon under Ar F exciemer laser i rradiation in an O 2+NF3 gas mi,Appl. Phys.Lett.,米国,1986年 7月22日,49(12),699−700 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/268
Claims (11)
- 【請求項1】 NF3と酸素または酸素化合物との混合
ガス雰囲気中に基板を配置する工程と、前記混合ガス雰
囲気中に180〜230nmの紫外線を入射し、放置し
て基板上に酸化膜を積層形成する工程とを具備した酸化
膜の形成方法。 - 【請求項2】 NF3と酸素または酸素化合物との混合
ガス雰囲気中に基板と酸化膜形成用金属体とを配置する
工程と、前記金属体に180〜230nmの紫外線を入
射し、放置して基板上に前記金属体の酸化膜を積層形成
する工程とを具備した酸化膜の形成方法。 - 【請求項3】 基板はSiウエハで、このSiウエハ基
板に垂直方向から180nm〜11μmの光を照射して
露光部分をエッチングし、未露光部分のみにSiO2の
酸化膜を形成させることを特徴とする請求項1に記載さ
れた酸化膜形成方法。 - 【請求項4】 金属体はSiで、前記基板に垂直方向か
ら180nm〜11μmの光を照射して露光部分をエッ
チングし、未露光部分のみにSiO2の酸化膜を形成さ
せることを特徴とする請求項2に記載された酸化膜形成
方法。 - 【請求項5】 前記混合ガスに前記180〜230nm
の紫外光とともに240〜400nmの紫外光を照射す
ることを特徴とする請求項1又は2に記載された酸化膜
形成方法。 - 【請求項6】 前記180〜230nmの紫外光は、1
86nmのHgランプ、193nmのArFレーザー、
及び222nmのKrClレーザーからなる群から選択
されることを特徴とする請求項1又は2に記載された酸
化膜形成方法。 - 【請求項7】 前記180nm〜11μmの光は、Si
F4を連続的に放出し続けかつ露光面を酸化から保護す
るためのもので、Hgランプ、ArFレーザー、KrC
lレーザー,KrFレーザー,XeClレーザー,He
−Cdレーザー,XeFレーザー,Ar+レーザー,K
r+レーザー,YAGレーザー,及びCO2レーザーか
らなる群から選択される請求項4に記載された酸化膜形
成方法。 - 【請求項8】 前記酸素化合物はNO2である請求項1
又は2に記載された酸化膜形成方法。 - 【請求項9】 前記酸素化合物はNO2であり、かつ前
記240〜400nmの紫外光はこのNO2を励起する
ためのもので、KrF,XeCl,XeF,及びHE−
Cdレーザーからなる群から選択される請求項5に記載
された酸化膜形成方法。 - 【請求項10】 前記金属体は、Si及びGeからなる
群から選択される請求項2に記載された酸化膜形成方
法。 - 【請求項11】 前記金属体は、前記180〜230n
mの紫外光に直接照射される位置に配置され、前記酸化
膜は、紫外光のパルス数に対応して、前記基板上に一層
ごとに形成される連続的アトミック レイヤ エピタキ
シーである請求項2に記載された酸化膜形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26065191A JP3300781B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 酸化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26065191A JP3300781B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 酸化膜の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05102130A JPH05102130A (ja) | 1993-04-23 |
JP3300781B2 true JP3300781B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=17350880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26065191A Expired - Fee Related JP3300781B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 酸化膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3300781B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005023199A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Chisso Corp | 機能性超薄膜およびその形成方法 |
-
1991
- 1991-10-08 JP JP26065191A patent/JP3300781B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Fluorine−enhanced photo−oxidation of silicon under ArF exciemer laser irradiation in an O2+NF3 gas mi,Appl.Phys.Lett.,米国,1986年 7月22日,49(12),699−700 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05102130A (ja) | 1993-04-23 |
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