JP3345636B2 - 極薄シリコン酸化膜の生成方法 - Google Patents
極薄シリコン酸化膜の生成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、極薄シリ
コン酸化膜の生成方法に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、シリコン表面の酸化絶縁膜の
生成方法として有用な、極薄領域において均質性を保ち
実用可能な酸化膜を得ることのできる、新しい極薄シリ
コン酸化膜の生成方法に関するものである。
コン酸化膜の生成方法に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、シリコン表面の酸化絶縁膜の
生成方法として有用な、極薄領域において均質性を保ち
実用可能な酸化膜を得ることのできる、新しい極薄シリ
コン酸化膜の生成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、極薄シリコン酸化
膜の生成方法として、熱酸化膜生成方法が知られている
が、近年、半導体デバイスの縮小化に伴い、膜厚１０ｎ
ｍ以下、さらには５ｎｍ以下の極薄シリコンの生成プロ
セスの確立が急務とされている。そこで、このような極
薄領域において実用可能な酸化膜を得るには、均質性を
保ちながら膜厚を高精度（誤差１Å以下）に制御する必
要があるため、Ｏ2 ガスのプラズマプロセスによってシ
リコン酸化種を供給する方法（以下プラズマ酸化と略
称）によって極薄酸化膜を生成する試みがなされてき
た。
膜の生成方法として、熱酸化膜生成方法が知られている
が、近年、半導体デバイスの縮小化に伴い、膜厚１０ｎ
ｍ以下、さらには５ｎｍ以下の極薄シリコンの生成プロ
セスの確立が急務とされている。そこで、このような極
薄領域において実用可能な酸化膜を得るには、均質性を
保ちながら膜厚を高精度（誤差１Å以下）に制御する必
要があるため、Ｏ2 ガスのプラズマプロセスによってシ
リコン酸化種を供給する方法（以下プラズマ酸化と略
称）によって極薄酸化膜を生成する試みがなされてき
た。
【０００３】しかしながら、従来のプラズマ酸化方法に
おいては、実用可能な酸化膜を得るためには、基板に正
バイアスを加えるとともに、基板温度を５００Ｋ以上に
保つことが必要とされているため、この条件では、酸化
膜成長速度が速すぎ、酸化膜厚が薄膜領域である場合に
は膜厚の制御が困難であり、また、基板温度が高すぎる
ために酸化膜成長中に基板中に存在する不純物の拡散を
阻止できない等の問題点があった。さらに、従来の方法
によって生成された酸化膜は、膜厚が２０〜３０ｎｍと
厚い（D.A.Carl et al.,J.Appl.Phys.,70,3301(1991))
という問題があった。このため、従来では、膜厚１０ｎ
ｍ以下、さらには５ｎｍ以下の極薄領域において均質性
を保ち実用可能な酸化膜は得られていない。
おいては、実用可能な酸化膜を得るためには、基板に正
バイアスを加えるとともに、基板温度を５００Ｋ以上に
保つことが必要とされているため、この条件では、酸化
膜成長速度が速すぎ、酸化膜厚が薄膜領域である場合に
は膜厚の制御が困難であり、また、基板温度が高すぎる
ために酸化膜成長中に基板中に存在する不純物の拡散を
阻止できない等の問題点があった。さらに、従来の方法
によって生成された酸化膜は、膜厚が２０〜３０ｎｍと
厚い（D.A.Carl et al.,J.Appl.Phys.,70,3301(1991))
という問題があった。このため、従来では、膜厚１０ｎ
ｍ以下、さらには５ｎｍ以下の極薄領域において均質性
を保ち実用可能な酸化膜は得られていない。
【０００４】そこで、この出願の発明は、膜厚制御性を
向上させ、且つ不純物の拡散を阻止して、極薄領域にお
いて均質性を保ち実用可能な酸化膜を生成できる、極薄
シリコン酸化膜の生成方法を提供することを目的とす
る。
向上させ、且つ不純物の拡散を阻止して、極薄領域にお
いて均質性を保ち実用可能な酸化膜を生成できる、極薄
シリコン酸化膜の生成方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、シリコン基板に正もしく
は負バイアス電圧を印加し、または印加することなし
に、シリコン基板を室温に保持して、シリコン基板表面
を、酸素プラズマのプラズマ密度が１０ 7 〜１０ 8 ／ｃｍ
3 でプラズマ酸化することを特徴とする酸化膜の均質性
が０．１ｎｍ以下の極薄シリコン酸化膜の生成方法（請
求項１）を提供する。
の課題を解決するものとして、シリコン基板に正もしく
は負バイアス電圧を印加し、または印加することなし
に、シリコン基板を室温に保持して、シリコン基板表面
を、酸素プラズマのプラズマ密度が１０ 7 〜１０ 8 ／ｃｍ
3 でプラズマ酸化することを特徴とする酸化膜の均質性
が０．１ｎｍ以下の極薄シリコン酸化膜の生成方法（請
求項１）を提供する。
【０００６】さらに、この出願の発明は、生成される酸
化膜厚が３．５ｎｍ以下であることを特徴とする上記生
成方法（請求項２）を提供する。
化膜厚が３．５ｎｍ以下であることを特徴とする上記生
成方法（請求項２）を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】この出願の発明では、プラズマ酸
化において、基板温度を室温に保つことによって、シリ
コン基板への正もしくは負バイアスの印加による酸化成
長速度のコントロールを可能ならしめ、極薄領域での膜
厚制御性を向上させることができる。もちろん、基板温
度が室温となっているので、不純物の拡散を阻止するこ
ともできる。
化において、基板温度を室温に保つことによって、シリ
コン基板への正もしくは負バイアスの印加による酸化成
長速度のコントロールを可能ならしめ、極薄領域での膜
厚制御性を向上させることができる。もちろん、基板温
度が室温となっているので、不純物の拡散を阻止するこ
ともできる。
【０００８】このことにより、０．１ｎｍ以下の均質性
を保った、膜厚が５ｎｍ以下の極薄のシリコン酸化膜が
提供されることになる。このような室温レベルでの極薄
シリコン酸化膜のプラズマ酸化による生成は、これまで
の公知の技術や知見からは全く想到できなかったもので
あり、この発明の優位性は特筆されるものである。以上
の極薄シリコン酸化膜の生成については、排気して減圧
し、いわゆる真空状態（たとえば１×１０-5Ｐａ以下の
圧力）とすることのできる真空チェンバー内において、
シリコン基板に正・負バイアスを印加することのできる
手段を備え、シリコン基板をプラズマ酸化することので
きる各種の態様の装置、システムが採用される。
を保った、膜厚が５ｎｍ以下の極薄のシリコン酸化膜が
提供されることになる。このような室温レベルでの極薄
シリコン酸化膜のプラズマ酸化による生成は、これまで
の公知の技術や知見からは全く想到できなかったもので
あり、この発明の優位性は特筆されるものである。以上
の極薄シリコン酸化膜の生成については、排気して減圧
し、いわゆる真空状態（たとえば１×１０-5Ｐａ以下の
圧力）とすることのできる真空チェンバー内において、
シリコン基板に正・負バイアスを印加することのできる
手段を備え、シリコン基板をプラズマ酸化することので
きる各種の態様の装置、システムが採用される。
【０００９】プラズマ酸化のための手段としては、たと
えばマイクロ波、高周波等の励起により生成させたプラ
ズマ、あるいはＥＣＲプラズマ、さらにはこれら各種プ
ラズマ生成種段により生成されたプラズマからのプラズ
マ粒子の輸送を介して供給したもの等として適宜なもの
を採用することができる。この場合のプラズマ酸化のた
めには、酸素含有ガスが用いられることになる。酸素ガ
スがその代表的なものとして示されるが、この発明のプ
ラズマ酸化を阻害しない限り、希ガスやＮ2 という不活
性ガス等を共存させてもよい。
えばマイクロ波、高周波等の励起により生成させたプラ
ズマ、あるいはＥＣＲプラズマ、さらにはこれら各種プ
ラズマ生成種段により生成されたプラズマからのプラズ
マ粒子の輸送を介して供給したもの等として適宜なもの
を採用することができる。この場合のプラズマ酸化のた
めには、酸素含有ガスが用いられることになる。酸素ガ
スがその代表的なものとして示されるが、この発明のプ
ラズマ酸化を阻害しない限り、希ガスやＮ2 という不活
性ガス等を共存させてもよい。
【００１０】シリコン基板に印加されるバイアス電圧に
ついては、一般的には−１００Ｖ〜＋１００Ｖ程度、さ
らに好ましくは−６０〜＋６０Ｖ程度を目安とすること
ができる。さらには、−６０〜＋１０Ｖの程度の範囲、
たとえば負バイアスの電圧が適当なものとして例示され
る。従来ではバイアス電圧の印加は膜の均質性を損なう
ものとして好ましくないと考えられてきたが、この発明
における基板温度を室温とする方法では、バイアス電圧
は印加しなくともよいし、あるいは印加してもよい。特
に負バイアス電圧ないしは６０Ｖ程度までの正バイアス
電圧の印加はより顕著に効果を生じる。また、プラズマ
酸化については、装置、システムの方式や規模によって
も相違するが、一般的には、酸素ガス（Ｏ2 ）のプラズ
マ生成のための励起電力は８００Ｗ程度まで、シリコン
基板表面域でのプラズマ密度は６×１０11／ｃｍ3 程度
まで、たとえば１×１０5 〜６×１０11／ｃｍ3 等の範
囲を目安とすることができる。
ついては、一般的には−１００Ｖ〜＋１００Ｖ程度、さ
らに好ましくは−６０〜＋６０Ｖ程度を目安とすること
ができる。さらには、−６０〜＋１０Ｖの程度の範囲、
たとえば負バイアスの電圧が適当なものとして例示され
る。従来ではバイアス電圧の印加は膜の均質性を損なう
ものとして好ましくないと考えられてきたが、この発明
における基板温度を室温とする方法では、バイアス電圧
は印加しなくともよいし、あるいは印加してもよい。特
に負バイアス電圧ないしは６０Ｖ程度までの正バイアス
電圧の印加はより顕著に効果を生じる。また、プラズマ
酸化については、装置、システムの方式や規模によって
も相違するが、一般的には、酸素ガス（Ｏ2 ）のプラズ
マ生成のための励起電力は８００Ｗ程度まで、シリコン
基板表面域でのプラズマ密度は６×１０11／ｃｍ3 程度
まで、たとえば１×１０5 〜６×１０11／ｃｍ3 等の範
囲を目安とすることができる。
【００１１】なお、シリコン基板については、予めベー
キングして表面清浄化処理を行うようにしてもよい。以
下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明
する。
キングして表面清浄化処理を行うようにしてもよい。以
下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明
する。
【００１２】
【実施例】添付した図面の図１は、この発明を実施する
システムの一例を示したものである。たとえば、この図
１に示したように、真空チャンバー（１）は、ポンプ
（２）によって排気され、真空に保たれる。Ｏ2 ガスボ
ンベ（５）に蓄えられたＯ2ガスは、その供給ライン
（４）からプラズマ発生領域（６）に導入され、パワー
コントローラによって制御されるプラズマ発生装置
（３）の作動によってプラズマ化される。
システムの一例を示したものである。たとえば、この図
１に示したように、真空チャンバー（１）は、ポンプ
（２）によって排気され、真空に保たれる。Ｏ2 ガスボ
ンベ（５）に蓄えられたＯ2ガスは、その供給ライン
（４）からプラズマ発生領域（６）に導入され、パワー
コントローラによって制御されるプラズマ発生装置
（３）の作動によってプラズマ化される。
【００１３】表面に酸化膜が生成されるシリコン基板
（７）は、アースである真空チャンバー（１）に対して
正・負の電位を印加可能なサセプター（８）に配設さ
れ、基板電圧印加用電源（１３）によって負バイアス電
圧が印加される。試料ベーキングのために、サセプター
（８）の温度を室温以上に上昇させる場合には、抵抗線
（９）に電流を流すことで加熱することができる。
（７）は、アースである真空チャンバー（１）に対して
正・負の電位を印加可能なサセプター（８）に配設さ
れ、基板電圧印加用電源（１３）によって負バイアス電
圧が印加される。試料ベーキングのために、サセプター
（８）の温度を室温以上に上昇させる場合には、抵抗線
（９）に電流を流すことで加熱することができる。
【００１４】また、基板表面上に生成した酸化膜は、エ
リプソメータ用光源（１０）、エリプソメータ用入射光
学系（１１）、エリプソメータ用受光装置（１２）から
構成されるエリプソメータによって、その膜厚が測定さ
れる。添付した図面の図２は、この発明によって生成し
た酸化膜厚と酸化時間の関係を示したものである。図１
において、プラズマ発生領域（６）の中心点から真空チ
ャンバー（１）のシリコン基板（７）の表面までの距離
（Ｌ）は約１００ｍｍとし、供給ライン（４）からＯ2
ガスの供給を行い、プラズマ発生装置（３）のでの励起
電力は２００〜６００Ｗ（プラズマ密度１０7 〜１０8
／ｃｍ3 ）、そして、サセプター（８）を介してのバイ
アス電圧の範囲は、−６０〜＋６０Ｖとした。
リプソメータ用光源（１０）、エリプソメータ用入射光
学系（１１）、エリプソメータ用受光装置（１２）から
構成されるエリプソメータによって、その膜厚が測定さ
れる。添付した図面の図２は、この発明によって生成し
た酸化膜厚と酸化時間の関係を示したものである。図１
において、プラズマ発生領域（６）の中心点から真空チ
ャンバー（１）のシリコン基板（７）の表面までの距離
（Ｌ）は約１００ｍｍとし、供給ライン（４）からＯ2
ガスの供給を行い、プラズマ発生装置（３）のでの励起
電力は２００〜６００Ｗ（プラズマ密度１０7 〜１０8
／ｃｍ3 ）、そして、サセプター（８）を介してのバイ
アス電圧の範囲は、−６０〜＋６０Ｖとした。
【００１５】この条件下においては、図２に示したよう
に、酸化膜厚は３．５ｎｍ以下の領域で膜厚制御が可能
となった。また、生成した酸化膜の膜厚の均質性は０．
１ｎｍ以下であった。また、添付した図面の図３は、こ
の発明の方法によって生成した酸化膜（印加バイアス電
圧−６０Ｖ、膜厚２．８ｎｍ）のキャパシタンス−電圧
特性を示したものである。この図３に示したように、こ
の発明によって生成された酸化膜は、良好なキャパシタ
ンス−電圧特性を示していた。
に、酸化膜厚は３．５ｎｍ以下の領域で膜厚制御が可能
となった。また、生成した酸化膜の膜厚の均質性は０．
１ｎｍ以下であった。また、添付した図面の図３は、こ
の発明の方法によって生成した酸化膜（印加バイアス電
圧−６０Ｖ、膜厚２．８ｎｍ）のキャパシタンス−電圧
特性を示したものである。この図３に示したように、こ
の発明によって生成された酸化膜は、良好なキャパシタ
ンス−電圧特性を示していた。
【００１６】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この出願の
発明によって、シリコン基板のプラズマ酸化プロセスに
おいて、基板温度を室温としたシリコン基板上に、均質
性の良好な極薄酸化膜の生成が可能とされる。
発明によって、シリコン基板のプラズマ酸化プロセスに
おいて、基板温度を室温としたシリコン基板上に、均質
性の良好な極薄酸化膜の生成が可能とされる。
【図１】この発明を実施する装置システムの一例を示し
たものである。
たものである。
【図２】この発明によって生成した酸化膜厚と酸化時間
の関係を示した図である。
の関係を示した図である。
【図３】この発明の方法によって生成した酸化膜（印加
電圧−６０Ｖ、膜厚２．８ｎｍ）のキャパシタンス−電
圧特性を示した図である。
電圧−６０Ｖ、膜厚２．８ｎｍ）のキャパシタンス−電
圧特性を示した図である。
１ 真空チャンバー ２ ポンプ ３ プラズマ発生装置 ４ Ｏ2 ガスの供給ライン ５ Ｏ2 ガスボンベ ６ プラズマ発生領域 ７ シリコン基板 ８ サセプター ９ 抵抗線 １０ エリプソメータ用光源 １１ エリプソメータ用入射光学系 １２ エリプソメータ用受光装置 １３ 基板電圧印加用電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン基板に正もしくは負バイアス電
圧を印加し、または印加することなしに、シリコン基板
を室温に保持して、シリコン基板表面を、酸素プラズマ
のプラズマ密度が１０ 7 〜１０ 8 ／ｃｍ 3 でプラズマ酸化
することを特徴とする酸化膜の均質性が０．１ｎｍ以下
の極薄シリコン酸化膜の生成方法。 - 【請求項２】 生成される酸化膜厚が５ｎｍ以下である
請求項１の極薄シリコン酸化膜の生成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28241397A JP3345636B2 (ja) | 1997-10-15 | 1997-10-15 | 極薄シリコン酸化膜の生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28241397A JP3345636B2 (ja) | 1997-10-15 | 1997-10-15 | 極薄シリコン酸化膜の生成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11121448A JPH11121448A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3345636B2 true JP3345636B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=17652095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28241397A Expired - Lifetime JP3345636B2 (ja) | 1997-10-15 | 1997-10-15 | 極薄シリコン酸化膜の生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3345636B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6800512B1 (en) | 1999-09-16 | 2004-10-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of forming insulating film and method of fabricating semiconductor device |
| JP4613015B2 (ja) * | 2004-02-10 | 2011-01-12 | 株式会社アルバック | 成膜方法及び成膜装置 |
| TWI476921B (zh) | 2008-07-31 | 2015-03-11 | Semiconductor Energy Lab | 半導體裝置及其製造方法 |
| JP5388306B2 (ja) * | 2010-04-13 | 2014-01-15 | 富士フイルム株式会社 | プラズマ酸化方法及びプラズマ酸化装置 |
-
1997
- 1997-10-15 JP JP28241397A patent/JP3345636B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11121448A (ja) | 1999-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |