JP3484480B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3484480B2
JP3484480B2 JP28748495A JP28748495A JP3484480B2 JP 3484480 B2 JP3484480 B2 JP 3484480B2 JP 28748495 A JP28748495 A JP 28748495A JP 28748495 A JP28748495 A JP 28748495A JP 3484480 B2 JP3484480 B2 JP 3484480B2
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silicon substrate
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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】本発明は、酸化膜を有する半
導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having an oxide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の微細化が進み、論理素
子に用いるCMOSにおいては、ゲート酸化膜の厚さを
数nm程度まで薄くすることが望まれている。従来、ゲ
ート酸化膜の形成には、ドライ酸素酸化、ウェット酸素
酸化、塩酸酸化、ジクロロエチレン(DCE)酸化が用
いられてきた。
2. Description of the Related Art With the progress of miniaturization of semiconductor integrated circuits, it is desired to reduce the thickness of a gate oxide film to several nm in a CMOS used for a logic element. Conventionally, dry oxygen oxidation, wet oxygen oxidation, hydrochloric acid oxidation, and dichloroethylene (DCE) oxidation have been used for forming a gate oxide film.

【0003】ドライ酸素酸化により形成されたシリコン
酸化膜においては、膜中の酸素比率が低くなる傾向があ
り、酸素原子の欠乏により生じたシリコン原子の未結合
手が正孔トラップとして働く。このため、経時絶縁破壊
(TDDB)寿命が短くなる。
In a silicon oxide film formed by dry oxygen oxidation, the oxygen ratio in the film tends to be low, and dangling bonds of silicon atoms generated by the lack of oxygen atoms act as hole traps. Therefore, the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) life is shortened.

【0004】ウェット酸素酸化によるシリコン酸化膜に
おいては、シリコン原子の未結合手が水素原子で終端さ
れるため、TDDB寿命が比較的長い。しかし、ホット
キャリアによって膜中のSi−HやSiO−H結合が切
断されると電子トラップが発生し、トランジスタの特性
変動をもたらす。
In a silicon oxide film formed by wet oxygen oxidation, TDDB life is relatively long because dangling bonds of silicon atoms are terminated by hydrogen atoms. However, when the Si—H and SiO—H bonds in the film are broken by the hot carriers, electron traps are generated and the characteristics of the transistor are changed.

【0005】塩酸酸化やDCE酸化によるシリコン酸化
膜においては、HClやDCEが分解する際に発生する
水素原子や塩素原子が膜中に取り込まれるため、ウェッ
ト酸素酸化によるシリコン酸化膜と同様にトランジスタ
の特性変動をもたらし易い。
In a silicon oxide film formed by hydrochloric acid oxidation or DCE oxidation, hydrogen atoms or chlorine atoms generated when HCl or DCE is decomposed are incorporated into the film, and therefore, similar to the silicon oxide film formed by wet oxygen oxidation, a transistor oxide film is formed. It is easy to cause characteristic changes.

【0006】正孔トラップと電子トラップとを共に減少
させるためには、水分を含まないドライな雰囲気で、強
力な酸化剤を用いて酸化することが有効である。オゾン
酸化はその一つの手法であり、オゾン酸化によって形成
されたシリコン酸化膜は、比較的長いTDDB寿命と、
高いホットキャリア耐性を有する。しかし、オゾンは酸
化時の熱によって容易に酸素ガスに分解し、大気圧下に
おいてはオゾン濃度がppbオーダまで低下してしま
う。
In order to reduce both hole traps and electron traps, it is effective to oxidize with a strong oxidizing agent in a dry atmosphere containing no water. Ozone oxidation is one of the methods, and the silicon oxide film formed by ozone oxidation has a relatively long TDDB life,
Has high hot carrier resistance. However, ozone is easily decomposed into oxygen gas by the heat at the time of oxidation, and the ozone concentration drops to ppb order under atmospheric pressure.

【0007】酸化時のオゾンの分解を抑制しオゾン濃度
を高く維持するために、減圧雰囲気で酸化を行ったり、
ランプ加熱を用いたりする方法が提案されている。酸化
時の雰囲気を減圧雰囲気とすると、オゾン分子同士の衝
突確率が低くなるため、オゾン分子の分解が抑制され
る。また、ランプ加熱にすると、オゾンガス自体の加熱
を抑制できるため、オゾン分子の分解が抑制される。
In order to suppress the decomposition of ozone during oxidation and maintain a high ozone concentration, oxidation is performed in a reduced pressure atmosphere,
Methods such as using lamp heating have been proposed. When the atmosphere at the time of oxidation is a reduced pressure atmosphere, the probability of collision of ozone molecules with each other is lowered, so that the decomposition of ozone molecules is suppressed. Further, when the lamp is heated, the heating of the ozone gas itself can be suppressed, so that the decomposition of ozone molecules is suppressed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、オゾン
を用いた酸化において、酸化中の雰囲気を減圧雰囲気と
すると、オゾン濃度の低下を抑制できるが、反応容器に
ガス排気系を取り付ける必要があり、装置が大型化す
る。特に、シリコン基板の大口径化に対応して装置も大
型化するため、大口径化に適さない。
As described above, in the oxidation using ozone, if the atmosphere during the oxidation is a reduced pressure atmosphere, the decrease of the ozone concentration can be suppressed, but it is necessary to attach a gas exhaust system to the reaction vessel. Yes, the device becomes larger. In particular, since the apparatus also increases in size in response to the increase in the diameter of the silicon substrate, it is not suitable for the increase in the diameter.

【0009】また、加熱方法をランプ加熱にすることに
よってもオゾン濃度の低下を抑制できるが、ランプ加熱
ではシリコン基板の全面を均一に加熱することが困難で
ある。さらに、ランプ加熱はバッチ処理に不向きであり
枚葉処理にする必要があるため、スループットが低くな
る。
Further, although the decrease in ozone concentration can be suppressed by using lamp heating as the heating method, it is difficult to uniformly heat the entire surface of the silicon substrate by lamp heating. Further, the lamp heating is not suitable for batch processing and requires single-wafer processing, resulting in low throughput.

【0010】本発明の目的は、TDDB寿命の長い良質
の酸化膜を形成することができる半導体装置の製造方法
を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a high quality oxide film having a long TDDB life.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、表面に自然酸化膜が形成されたシリコン基板を、温
度0℃〜100℃の条件下で、オゾンを含むガスに接触
させ、前記自然酸化膜を改質する工程と、改質された前
記自然酸化膜を不活性ガス中で熱処理する工程とを含む
半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a silicon substrate having a natural oxide film formed on its surface is heated.
Contact with ozone-containing gas under conditions of 0 ° C to 100 ° C
The step of modifying the native oxide film, and
And a step of heat-treating the natural oxide film in an inert gas.
A method of manufacturing a semiconductor device is provided.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】自然酸化膜をオゾンに接触させることによ
り、自然酸化膜を改質し、良質な膜にすることができ
る。また、接触時の温度を温度0℃〜100℃とするこ
とにより、自然酸化膜の下の処理対象物表面の酸化を抑
制できるため、酸化膜の厚さを薄く維持したままで改質
することができる。
By contacting the natural oxide film with ozone, the natural oxide film can be modified to obtain a good quality film. Further, by setting the temperature at the time of contact to a temperature of 0 ° C. to 100 ° C., it is possible to suppress the oxidation of the surface of the object to be processed below the natural oxide film, so that the oxide film should be modified while being kept thin. You can

【0018】本発明の他の観点によると、前記自然酸化
膜を改質する工程が、減圧雰囲気で前記シリコン基板を
前記オゾンを含むガスに接触させる半導体装置の製造方
法が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of modifying the natural oxide film brings the silicon substrate into contact with the gas containing ozone in a reduced pressure atmosphere.

【0019】減圧雰囲気とすることにより、オゾンの分
解を抑制し、オゾン濃度を高く維持することができる。
本発明の他の観点によると、前記オゾンを含むガスが、
オゾンと酸素ガスとの混合ガスを不活性ガスで希釈した
ガスである半導体装置の製造方法が提供される。
By setting the reduced pressure atmosphere, the decomposition of ozone can be suppressed and the ozone concentration can be maintained high.
According to another aspect of the present invention, the gas containing ozone is
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which is a gas obtained by diluting a mixed gas of ozone and oxygen gas with an inert gas.

【0020】オゾンと酸素ガスとの混合ガスを不活性ガ
スで希釈することにより、オゾンの分解を抑制し、オゾ
ン濃度を高く維持することが可能になる。本発明の他の
観点によると、前記自然酸化膜を改質する工程が、さら
に、前記シリコン基板の表面近傍の前記オゾンを含むガ
スに紫外光を照射する工程を含む半導体装置の製造方法
が提供される。
By diluting the mixed gas of ozone and oxygen gas with an inert gas, it becomes possible to suppress the decomposition of ozone and maintain the ozone concentration high. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of modifying the natural oxide film further includes the step of irradiating the gas containing ozone near the surface of the silicon substrate with ultraviolet light. To be done.

【0021】紫外光を照射することにより、オゾン濃度
を高めることができる。
By irradiating with ultraviolet light, the ozone concentration can be increased.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】まず、オゾン分子(O3 分子)が
分解して酸素分子(O2 分子)に変わる要因について考
察する。オゾンは、
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the factors that decompose ozone molecules (O 3 molecules) to oxygen molecules (O 2 molecules) will be considered. Ozone is

【0023】[0023]

【化1】O3 →O2 +O …(1) O+O3 →2O2 …(2) の反応過程で分解することが知られている。反応式
(1)の反応速度定数k1 は、
It is known that decomposition occurs in the reaction process of O 3 → O 2 + O (1) O + O 3 → 2O 2 (2). The reaction rate constant k 1 of the reaction formula (1) is

【0024】[0024]

【数1】 k1 =A×exp(−Ea1/RT) …(3) で表される。ここで、Aは頻度因子と呼ばれる比例定数
(1015.7)、Ea1は活性化エネルギ(2.4kcal
/mol)、Rは気体定数、Tは絶対温度である。従っ
て、反応温度が決まれば反応速度定数k1 も一意に定ま
る。
## EQU1 ## k 1 = A × exp (−E a1 / RT) (3) Here, A is a proportional constant (10 15.7 ) called a frequency factor, and E a1 is activation energy (2.4 kcal).
/ Mol), R is a gas constant, and T is an absolute temperature. Therefore, if the reaction temperature is determined, the reaction rate constant k 1 is also uniquely determined.

【0025】反応式(2)の反応速度定数k2 は、The reaction rate constant k 2 of the reaction formula (2) is

【0026】[0026]

【数2】 k2 =pZ×exp(−Ea2/RT) …(4) で表される。ここで、pは立体因子と呼ばれる比例定
数、Ea2は活性化エネルギ(4.1kcal/mo
l)、Zは1秒間にOラジカルとO3 分子が衝突する回
数である。
Represented by the [number 2] k 2 = pZ × exp (-E a2 / RT) ... (4). Here, p is a proportional constant called a steric factor, and E a2 is activation energy (4.1 kcal / mo).
l) and Z are the number of collisions of O radicals and O 3 molecules in 1 second.

【0027】反応式(2)の反応が生じるためには、酸
素(O)ラジカルが必要とされる。酸素分子の分解によ
りOラジカルが生じるが、この場合の活性化エネルギは
494kJ/molである。これに対し、反応式(1)
におけるO3 分子の活性化エネルギは95kJ/mol
であり、O2 分子の分解のための活性化エネルギよりも
かなり小さい。従って、O2 とO3 の混合ガス中におい
て実質的にOラジカルの供給は反応式(1)の反応によ
って行われる。
Oxygen (O) radicals are required for the reaction of the reaction formula (2) to occur. O radicals are generated by the decomposition of oxygen molecules, and the activation energy in this case is 494 kJ / mol. On the other hand, reaction formula (1)
Activation energy of the O 3 molecule is 95 kJ / mol
Which is considerably smaller than the activation energy for decomposition of O 2 molecule. Therefore, in the mixed gas of O 2 and O 3 , the O radicals are substantially supplied by the reaction of the reaction formula (1).

【0028】このため、OラジカルとO3 分子が衝突す
るためには、O3 分子同士が接近する必要がある。O3
分子同士の接近確率を低減させることができれば、式
(4)における衝突回数Zを小さくすることができると
考えられる。O2 とO3 の混合ガスを減圧することによ
り、O3 分子同士の接近確率を低減させることができる
が、既に述べたように減圧のための排気系が必要となる
ため装置が大型化してしまう。
Therefore, in order for the O radical and the O 3 molecule to collide with each other, it is necessary for the O 3 molecules to approach each other. O 3
It is considered that the number of collisions Z in the equation (4) can be reduced if the probability of approaching molecules can be reduced. By reducing the pressure of the mixed gas of O 2 and O 3 , it is possible to reduce the proximity probability of the O 3 molecules to each other, but as described above, the exhaust system for reducing the pressure is required, so that the apparatus becomes large. I will end up.

【0029】また、ドライO2 で酸化を行うと酸化膜中
の酸素比率が低下する傾向があるため、良好な酸化膜を
形成するためには、O2 ガスで酸化を行うよりも、O3
ガスで酸化を行う方が好ましい。従って、酸化雰囲気中
のO2 ガス分圧に対するO3ガス分圧の比を大きくする
ことが好ましい。
Oxidation with dry O 2 tends to reduce the oxygen ratio in the oxide film. Therefore, in order to form a good oxide film, O 3 gas is used rather than oxidation with O 2 gas.
It is preferable to carry out the oxidation with a gas. Therefore, it is preferable to increase the ratio of the partial pressure of O 3 gas to the partial pressure of O 2 gas in the oxidizing atmosphere.

【0030】以下、上記考察に基づいた本発明の第1の
実施例について説明する。図1(A)中に、本実施例で
用いた酸化装置の概略断面図を示す。石英管1が縦型抵
抗加熱ヒータ2の加熱空間内に配置されている。石英管
1の上方に設けられたガス導入管3から反応ガスが導入
され、下方に設けられたガス排出管4から外部に排出さ
れる。酸化時には、石英管1内にシリコン基板10が装
填される。
The first embodiment of the present invention based on the above consideration will be described below. FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of the oxidation device used in this example. The quartz tube 1 is arranged in the heating space of the vertical resistance heater 2. A reaction gas is introduced from a gas introduction pipe 3 provided above the quartz pipe 1 and discharged to the outside from a gas discharge pipe 4 provided below. At the time of oxidation, the silicon substrate 10 is loaded in the quartz tube 1.

【0031】面方位(100)、導電型がp型のシリコ
ン基板の表面を、アンモニア、過酸化水素水、弗酸及び
硝酸で洗浄する。洗浄後のシリコン基板10を石英管1
内に装填して加熱し、基板温度を800℃とする。な
お、本実施例においては、同時に8枚のシリコン基板1
0を装填して酸化を行った。
The surface of a silicon substrate having a plane orientation (100) and a conductivity type of p-type is washed with ammonia, hydrogen peroxide solution, hydrofluoric acid and nitric acid. The cleaned silicon substrate 10 is replaced with the quartz tube 1
The substrate temperature is set to 800 ° C. by loading it inside and heating. In addition, in this embodiment, eight silicon substrates 1 are simultaneously formed.
Oxidation was carried out by loading 0.

【0032】アルゴンガス及び酸素ガスを−90℃以下
まで冷却して純化する。純化された酸素ガスをオゾナイ
ザに供給してオゾンを生成し、オゾン濃度4〜5体積%
の混合ガスを得る。オゾンと酸素の混合ガスの分圧が2
00Torr、アルゴンガスの分圧が560Torrに
なるよう混合したO3 /O2 /Ar混合ガスを石英管1
内に供給する。基板温度800℃で30分間の酸化を行
った後、O3 /O2 /Ar混合ガスの供給を停止して酸
化炉内をアルゴンガスで置換する。シリコン基板10を
降温して石英管1から取り出す。
Argon gas and oxygen gas are cooled to -90 ° C. or lower for purification. The purified oxygen gas is supplied to the ozonizer to generate ozone, and the ozone concentration is 4 to 5% by volume.
To obtain a mixed gas of. The partial pressure of the mixed gas of ozone and oxygen is 2
Quartz tube 1 was mixed with O 3 / O 2 / Ar mixed gas mixed with 00 Torr and argon gas at a partial pressure of 560 Torr.
Supply in. After performing oxidation for 30 minutes at a substrate temperature of 800 ° C., the supply of the O 3 / O 2 / Ar mixed gas is stopped and the inside of the oxidation furnace is replaced with argon gas. The temperature of the silicon substrate 10 is lowered, and the silicon substrate 10 is taken out from the quartz tube 1.

【0033】図1(A)は、上記第1の実施例による方
法で形成したシリコン酸化膜の膜厚を、O3 を含まない
2 /Ar混合ガスを用いて形成した場合と比較して示
す。図中の記号●は上記第1の実施例による方法で形成
した場合、記号■は酸素分圧200Torr、アルゴン
分圧560TorrのO2 /Ar混合ガスを用いて形成
したシリコン酸化膜の膜厚を示す。なお、その他の条件
は上記第1の実施例と同一である。横軸は酸化したシリ
コン基板の種別を表し、酸化炉1に装填されたシリコン
基板10に上から順番に0〜7の番号を付して示してい
る。縦軸はシリコン酸化膜の膜厚を単位nmで表す。
FIG. 1A compares the thickness of the silicon oxide film formed by the method according to the first embodiment with the case of using an O 2 / Ar mixed gas containing no O 3. Show. In the figure, the symbol ● indicates the film thickness of the silicon oxide film formed by using the O 2 / Ar mixed gas having an oxygen partial pressure of 200 Torr and an argon partial pressure of 560 Torr when formed by the method according to the first embodiment. Show. The other conditions are the same as those in the first embodiment. The horizontal axis represents the type of the oxidized silicon substrate, and the silicon substrate 10 loaded in the oxidation furnace 1 is shown by numbering 0 to 7 in order from the top. The vertical axis represents the thickness of the silicon oxide film in nm.

【0034】図1(B)は、上記第1の実施例により形
成したシリコン酸化膜との比較のために、減圧雰囲気で
形成したシリコン酸化膜の膜厚を示す。ガス排気管4に
拡散ポンプ5を取り付けて石英管1内を圧力200To
rrの減圧雰囲気として酸化を行った。図中の記号●
は、オゾン濃度4〜5体積%のO3 /O2 混合ガスを用
いた場合、記号■はO2 ガスのみを用いた場合を示す。
FIG. 1B shows the thickness of the silicon oxide film formed in a reduced pressure atmosphere for comparison with the silicon oxide film formed in the first embodiment. The diffusion pump 5 is attached to the gas exhaust pipe 4, and the pressure in the quartz pipe 1 is 200To.
Oxidation was performed in a reduced pressure atmosphere of rr. Symbol in the figure ●
Indicates a case of using an O 3 / O 2 mixed gas having an ozone concentration of 4 to 5% by volume, and a symbol 2 indicates a case of using only O 2 gas.

【0035】図1(A)、(B)に示すように、シリコ
ン基板の装填位置の違いによる膜厚差はほとんど無い。
アルゴンを含む混合ガスを用いて大気圧下で酸化する場
合、O3 ガスを生成させて酸化したシリコン酸化膜の膜
厚が、O2 ガスのみで酸化した酸化膜の膜厚よりも約
0.4nm程度厚い。また、減圧雰囲気で酸化する場
合、その差は約0.5nmである。
As shown in FIGS. 1A and 1B, there is almost no difference in film thickness due to the difference in the loading position of the silicon substrate.
If the oxidation under atmospheric pressure using a mixed gas containing argon, the film thickness of the silicon oxide film oxidized to generate O 3 gas, about than the thickness of the oxide film obtained by oxidizing only O 2 gas 0. It is about 4 nm thick. In the case of oxidation in a reduced pressure atmosphere, the difference is about 0.5 nm.

【0036】このように、アルゴンを含む大気圧下で酸
化する場合と、減圧雰囲気で酸化する場合との、O3
有無によるシリコン酸化膜の膜厚差はほぼ等しい。この
ことから、アルゴンを含む大気圧雰囲気中のO3 濃度
は、減圧雰囲気の場合のO3 濃度とほぼ同等と考えられ
る。すなわち、O3 とO2 の混合ガスをアルゴンガスで
希釈することにより、減圧する場合と同様に、O3 分子
の消滅が抑制されていると考えられる。
As described above, the difference in the film thickness of the silicon oxide film due to the presence or absence of O 3 is almost equal between the case of oxidizing under the atmospheric pressure containing argon and the case of oxidizing under a reduced pressure atmosphere. Therefore, O 3 concentration in the atmospheric atmosphere containing argon is considered to almost equal to the concentration of O 3 in the case of reduced pressure atmosphere. That is, it is considered that the disappearance of O 3 molecules is suppressed by diluting the mixed gas of O 3 and O 2 with argon gas, as in the case of reducing the pressure.

【0037】両者とも、O3 ガスの分圧は8Torr〜
10Torr程度ありほぼ等しい。O3 ガスの分圧が等
しければ、O3 分子同士の接近確率もほぼ等しいと考え
られる。式(4)からも、O3 分子同士の接近確率が同
等であれば、O3 濃度もほぼ同等であると推測される。
In both cases, the partial pressure of O 3 gas is 8 Torr
There is about 10 Torr and they are almost equal. If the partial pressures of O 3 gas are the same, it is considered that the O 3 molecules have almost the same probability of approaching each other. From the equation (4), it is estimated that the O 3 concentrations are almost the same if the O 3 molecules have the same approach probability.

【0038】また、アルゴンを含む大気圧下で酸化した
場合のシリコン酸化膜の基板面内の膜厚の3σの範囲内
のばらつきは、0.3nm以内であった。図2は、シリ
コン酸化膜の経時絶縁破壊耐性を示す。横軸はシリコン
酸化膜を流れた累積電荷量を単位C/cm2 で表し、縦
軸は絶縁破壊したサンプルの割合を単位%で表す。
The variation in the film thickness of the silicon oxide film in the substrate surface within the range of 3σ when oxidized under atmospheric pressure containing argon was within 0.3 nm. FIG. 2 shows the time-dependent dielectric breakdown resistance of the silicon oxide film. The abscissa represents the cumulative charge amount flowing through the silicon oxide film in the unit of C / cm 2 , and the ordinate represents the ratio of the sample subjected to dielectric breakdown in the unit of%.

【0039】以下、測定に用いたサンプルの作製方法を
説明する。シリコン基板表面に厚さ250nmのフィー
ルド酸化膜を形成し、その後厚さ5nmの犠牲酸化を行
い表面を清浄化する。次に、上記第1の実施例による方
法で厚さ4nmのシリコン酸化膜を形成する。シリコン
酸化膜上に、CVDにより、成長温度450℃で厚さ1
80nmのアモルファスシリコン層を形成する。このア
モルファスシリコン層をパターニングして面積1.0×
10-4cm2 の電極を形成する。このようにして、MO
S構造のダイオードが得られる。このMOSダイオード
に100mA/cm2 の電流を流し、絶縁破壊が生ずる
までに流れた累積電荷量を測定した。
The method of preparing the sample used for the measurement will be described below. A field oxide film with a thickness of 250 nm is formed on the surface of the silicon substrate, and then sacrificial oxidation with a thickness of 5 nm is performed to clean the surface. Next, a silicon oxide film having a thickness of 4 nm is formed by the method according to the first embodiment. A thickness of 1 on a silicon oxide film by CVD at a growth temperature of 450 ° C.
An 80 nm amorphous silicon layer is formed. This amorphous silicon layer is patterned to have an area of 1.0 ×
An electrode of 10 −4 cm 2 is formed. In this way, MO
An S structure diode is obtained. A current of 100 mA / cm 2 was passed through this MOS diode, and the amount of accumulated charge that had flowed until dielectric breakdown was measured.

【0040】図中の破線は、O3 /O2 /Ar混合ガス
を用いて酸化した場合、実線はO2/Ar混合ガスを用
いて酸化した場合を示す。O2 /Ar混合ガスを用いて
酸化したシリコン酸化膜は、累積電荷量が約1C/cm
2 になるまでに約50%のサンプルが絶縁破壊した。こ
れに対し、O3 /O2 /Ar混合ガスを用いて酸化した
シリコン酸化膜は、累積電荷量が約1C/cm2 になっ
ても絶縁破壊したサンプルはなかった。
The broken line in the figure shows the case of oxidation using the O 3 / O 2 / Ar mixed gas, and the solid line shows the case of oxidation using the O 2 / Ar mixed gas. A silicon oxide film oxidized using an O 2 / Ar mixed gas has a cumulative charge amount of about 1 C / cm.
By the time it reached 2 , about 50% of the samples had a dielectric breakdown. On the other hand, in the silicon oxide film oxidized using the O 3 / O 2 / Ar mixed gas, no sample had a dielectric breakdown even when the accumulated charge amount became about 1 C / cm 2 .

【0041】O3 /O2 /Ar混合ガスを用いて酸化し
たシリコン酸化膜が50%破壊に至までの累積電荷量
は、O2 /Ar混合ガスを用いて酸化したシリコン酸化
膜のそれの約30倍であった。このように、O3 ガスを
用いて酸化することにより、絶縁破壊しにくい良好なシ
リコン酸化膜を形成することができる。これは、O3
スの作用により、シリコン酸化膜中に酸素欠陥が発生し
にくくなるためと考えられる。従って、正孔トラップと
して作用するSiの未結合手の少ない良質な膜を得るこ
とが可能になる。
The cumulative charge amount up to 50% destruction of the silicon oxide film oxidized using the O 3 / O 2 / Ar mixed gas is the same as that of the silicon oxide film oxidized using the O 2 / Ar mixed gas. It was about 30 times. Thus, by oxidizing with O 3 gas, it is possible to form a good silicon oxide film that is hard to cause dielectric breakdown. It is considered that this is because oxygen defects are less likely to occur in the silicon oxide film due to the action of O 3 gas. Therefore, it becomes possible to obtain a high-quality film having few unbonded Si atoms that act as a hole trap.

【0042】上記第1の実施例では、O3 /O2 /Ar
混合ガスの圧力を大気圧としているため、酸化装置に排
気系を設置する必要がなく、装置の大型化を防止する点
で有効である。
In the first embodiment, O 3 / O 2 / Ar is used.
Since the pressure of the mixed gas is atmospheric pressure, it is not necessary to install an exhaust system in the oxidizer, which is effective in preventing the device from becoming large.

【0043】また、Arガスを混合してO3 ガスの分圧
を低下させ、O3 分子同士の接近確率を低減させてい
る。O3 ガスとO2 ガスのみを混合して大気圧にする
と、O3ガスの絶対分圧を高くすることができるが、O
2 ガスの分圧も高くなる。Arガスを混合することによ
り、O2 ガス分圧に対するO3 ガス分圧の比を大きくす
ることができる。O2 ガスによる酸化が抑制され、O3
ガスによる酸化が促進されるため、良質な膜を形成する
ことができる。
Further, Ar gas is mixed to reduce the partial pressure of O 3 gas to reduce the approach probability of O 3 molecules. If only O 3 gas and O 2 gas are mixed and brought to atmospheric pressure, the absolute partial pressure of O 3 gas can be increased.
The partial pressure of 2 gas also becomes high. By mixing Ar gas, the ratio of the partial pressure of O 3 gas to the partial pressure of O 2 gas can be increased. Oxidation by O 2 gas is suppressed, and O 3
Since the oxidation by the gas is promoted, a good quality film can be formed.

【0044】なお、上記第1の実施例では、酸素とオゾ
ンの混合ガス中のオゾンの濃度を4〜5体積%とした場
合を説明したが、オゾン濃度を変えてもよい。十分な効
果を得るためには、O2 とO3 の混合ガス中のO3 の濃
度を体積割合で100ppb以上とすることが好まし
い。
In the first embodiment described above, the ozone concentration in the mixed gas of oxygen and ozone is set to 4 to 5% by volume, but the ozone concentration may be changed. In order to obtain a sufficient effect, it is preferably not less than 100ppb by volume ratio concentration of O 3 in the mixed gas of O 2 and O 3.

【0045】また、上記第1の実施例では、酸素とオゾ
ンの混合ガスの分圧が200Torrになる条件で酸化
する場合を説明したが、その他の圧力としてもよい。例
えば、酸素とオゾンの混合ガスの分圧を50Torrと
してもよく、体積割合で100ppb以上としてもよ
い。
In the first embodiment described above, the case where the mixed gas of oxygen and ozone is oxidized under the condition that the partial pressure thereof is 200 Torr has been described, but other pressures may be used. For example, the partial pressure of the mixed gas of oxygen and ozone may be 50 Torr, or may be 100 ppb or more in volume ratio.

【0046】上記第1の実施例では、シリコン基板を酸
化する場合を説明したが、O3 ガスを用いて良質な酸化
膜を得ることができる材料であれば、第1の実施例はシ
リコン以外の材料を酸化する場合にも有効である。
In the first embodiment described above, the case where the silicon substrate is oxidized has been described, but the first embodiment is made of materials other than silicon as long as it is a material capable of obtaining a good quality oxide film using O 3 gas. It is also effective when oxidizing the material.

【0047】また、上記第1の実施例では、O3 とO2
の混合ガスにArガスを混合する場合を説明したが、A
rガス以外の不活性ガスを混合してもよい。ここで、不
活性ガスとは、処理対象物を酸化せず、かつ処理温度及
び処理圧力下においてO3 と反応しないガスをいうもの
とする。例えば、He、Ne等の希ガス、またはN2
ス等を用いてもよい。
In the first embodiment, O 3 and O 2
The case where Ar gas is mixed with the mixed gas of A has been described.
An inert gas other than r gas may be mixed. Here, the inert gas means a gas that does not oxidize the object to be processed and does not react with O 3 under the processing temperature and the processing pressure. For example, a rare gas such as He or Ne, or N 2 gas may be used.

【0048】また、上記第1の実施例は、アンモニアガ
スを用いてシリコン基板を窒化してSiN膜を形成する
場合、あるいはアンモニアガスやN2 Oガス等を用いて
シリコン基板を酸化窒化してSiON膜を形成する場合
にも適用できる。O3 を含む混合ガスをSiN膜、Si
ON膜にさらすことによってSiN膜あるいはSiON
膜中の未結合手にO原子を結合させ、またはH原子をO
原子に置換して膜中のトラップを減少させることができ
るであろう。
In the first embodiment, when the silicon substrate is nitrided with ammonia gas to form the SiN film, or the silicon substrate is oxynitrided with ammonia gas or N 2 O gas. It can also be applied when forming a SiON film. A mixed gas containing O 3 is applied to the SiN film, Si
SiN film or SiON film by exposing to ON film
O atoms are bonded to dangling bonds in the film, or H atoms are replaced by O atoms.
Substitution with atoms could reduce traps in the film.

【0049】次に、図3〜図5を参照して、第2の実施
例を説明する。図3は、第2の実施例で使用する酸化装
置の概略を示す断面図である。反応容器21内に基板載
置台25が配置されており、酸化処理時には、その上面
にシリコン基板30が載置される。反応容器21の外部
に、シリコン基板30に対向するように加熱用のハロゲ
ンランプ22が配置されている。反応容器21には、反
応ガス導入管23とガス排出管24が取り付けられてい
る。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a sectional view showing the outline of an oxidizing device used in the second embodiment. A substrate mounting table 25 is arranged in the reaction vessel 21, and a silicon substrate 30 is mounted on the upper surface of the substrate mounting table 25 during the oxidation process. A halogen lamp 22 for heating is arranged outside the reaction vessel 21 so as to face the silicon substrate 30. A reaction gas introduction pipe 23 and a gas discharge pipe 24 are attached to the reaction vessel 21.

【0050】反応容器21の図中右側の側面は、紫外光
を透過させる石英窓21aで構成されている。紫外線ラ
ンプ26から放射された紫外光が、反射鏡27により反
射されて石英窓21aを透過し、反応容器21内に照射
される。
The side surface on the right side of the reaction vessel 21 in the figure is formed with a quartz window 21a that transmits ultraviolet light. The ultraviolet light emitted from the ultraviolet lamp 26 is reflected by the reflecting mirror 27, passes through the quartz window 21 a, and is irradiated into the reaction vessel 21.

【0051】次に、第2の実施例による酸化方法を説明
する。シリコン基板を硫酸と過酸化水素水との混合液に
5分間浸漬する。その後、10分間の純水リンスを行
い、弗化水素溶液に1分間浸漬する。10分間の純水リ
ンスを行い、硝酸に10分間浸漬し、再度10分間の純
水リンスを行う。
Next, the oxidation method according to the second embodiment will be described. The silicon substrate is immersed in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution for 5 minutes. Then, pure water rinsing is performed for 10 minutes and immersion in a hydrogen fluoride solution for 1 minute. Rinsing with pure water for 10 minutes, immersing in nitric acid for 10 minutes, and rinsing with pure water for 10 minutes again.

【0052】上記の手順でウェット洗浄したシリコン基
板30を図3の基板載置台25上に載置する。反応容器
21内にO3 ガス濃度4〜5体積%のO2 とO3 の混合
ガスを導入し、シリコン基板30の表面を大気圧下で1
0分間O2 とO3 の混合ガスに接触させる(以下、シリ
コン基板をO3 とO2 の混合ガスに接触させる処理を
「O3 処理」と呼ぶ)。その後、反応容器21内を大気
圧のArガスで置換し、温度800℃で5分間の熱処理
を行う。
The silicon substrate 30 which has been wet-cleaned by the above procedure is placed on the substrate platform 25 shown in FIG. A mixed gas of O 2 and O 3 having an O 3 gas concentration of 4 to 5% by volume is introduced into the reaction vessel 21, and the surface of the silicon substrate 30 is set to 1 at atmospheric pressure.
It is brought into contact with a mixed gas of O 2 and O 3 for 0 minutes (hereinafter, a treatment of bringing a silicon substrate into contact with a mixed gas of O 3 and O 2 is referred to as “O 3 treatment”). Then, the inside of the reaction vessel 21 is replaced with Ar gas at atmospheric pressure, and heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. for 5 minutes.

【0053】このようにして形成したシリコン酸化膜の
表面上に面積0.105cm2 のポリシリコン電極を形
成してMOSダイオードを構成し、シリコン基板とポリ
シリコン電極間に電圧を印加して絶縁破壊耐性を測定し
た。
A MOS electrode is formed by forming a polysilicon electrode having an area of 0.105 cm 2 on the surface of the silicon oxide film thus formed, and a voltage is applied between the silicon substrate and the polysilicon electrode to cause dielectric breakdown. Resistance was measured.

【0054】図4(A)は、シリコン酸化膜の絶縁破壊
耐圧を示すヒストグラムである。横軸は印加電界を単位
MV/cmで表し、縦軸は絶縁破壊したサンプル数の割
合を単位%で表す。参考のために、図4(B)にウェッ
ト洗浄とO3 処理のみを行ったシリコン酸化膜、図4
(C)にウェット洗浄と熱処理のみを行ったシリコン酸
化膜、及び図4(D)にウェット洗浄のみを行って形成
された自然酸化膜の絶縁破壊耐性を示す。
FIG. 4A is a histogram showing the dielectric breakdown voltage of the silicon oxide film. The abscissa represents the applied electric field in the unit of MV / cm, and the ordinate represents the ratio of the number of samples subjected to dielectric breakdown in the unit of%. For reference, FIG. 4B shows a silicon oxide film which has been subjected to only wet cleaning and O 3 treatment.
FIG. 4C shows the dielectric breakdown resistance of the silicon oxide film that has been subjected only to wet cleaning and heat treatment, and FIG. 4D shows the natural oxide film that has been formed only after wet cleaning.

【0055】ウェット洗浄のみを行って形成された自然
酸化膜の膜厚は、約1.5nmであり、その後O3
理、熱処理を行っても膜厚は増加しなかった。なお、本
明細書において、自然酸化膜とは、溶液中あるいは室温
における大気中でSi表面に形成されたシリコン酸化膜
をいうものとする。
The film thickness of the natural oxide film formed only by wet cleaning was about 1.5 nm, and the film thickness did not increase even after O 3 treatment and heat treatment. In this specification, the natural oxide film means a silicon oxide film formed on the Si surface in a solution or in the air at room temperature.

【0056】図4(D)に示すように、ウェット洗浄の
みを行って形成された自然酸化膜の場合には、15%程
度の初期不良があった。これは、ピンホール等によるも
のと考えられる。また、絶縁破壊耐圧は8.5〜12.
5MV/cmの範囲であった。これに対し、O3 処理ま
たは熱処理を行ったシリコン酸化膜の場合には、初期不
良率が低減し、絶縁破壊耐圧も11〜12.5MV/c
mの範囲まで改善された。
As shown in FIG. 4D, in the case of the natural oxide film formed only by wet cleaning, there was an initial defect of about 15%. It is considered that this is due to a pinhole or the like. The breakdown voltage is 8.5 to 12.
It was in the range of 5 MV / cm. On the other hand, in the case of a silicon oxide film that has been subjected to O 3 treatment or heat treatment, the initial defect rate is reduced and the dielectric breakdown voltage is 11 to 12.5 MV / c.
It was improved to the range of m.

【0057】図4(A)に示すように、O3 処理と熱処
理の両方を行った場合には、初期不良の発生は無く、絶
縁破壊耐性も11.5〜12.5MV/cmの範囲まで
さらに改善された。
As shown in FIG. 4A, when both the O 3 treatment and the heat treatment are performed, no initial failure occurs and the dielectric breakdown resistance is within the range of 11.5 to 12.5 MV / cm. Further improved.

【0058】図5は、MOSダイオードのリーク電流を
示す。横軸は印加電圧を単位Vで表し、縦軸はリーク電
流密度を単位A/cm2 で表す。曲線a、b、c及びd
は、それぞれ図4(A)、(B)、(C)及び(D)に
示すシリコン酸化膜を用いたMOSダイオードのリーク
電流密度を示す。
FIG. 5 shows the leakage current of the MOS diode. The horizontal axis represents the applied voltage in V, and the vertical axis represents the leakage current density in A / cm 2 . Curves a, b, c and d
Shows the leakage current density of the MOS diode using the silicon oxide film shown in FIGS. 4 (A), (B), (C) and (D), respectively.

【0059】ウェット洗浄のみによって形成された自然
酸化膜を用いたMOSダイオードのリーク電流密度が最
も大きい。ウェット洗浄に加えて熱処理またはO3 処理
を行った場合には、リーク電流密度が減少し、熱処理と
3 処理の両方を行った場合にリーク電流密度が最小に
なる。
The leakage current density of the MOS diode using the natural oxide film formed only by wet cleaning is the highest. When the heat treatment or the O 3 treatment is performed in addition to the wet cleaning, the leak current density decreases, and the leak current density becomes the minimum when both the heat treatment and the O 3 treatment are performed.

【0060】O3 処理と熱処理を行うと、シリコン酸化
膜の絶縁破壊耐圧が向上し、リーク電流密度が低減する
理由は以下のように考察される。理想的なシリコン酸化
膜においては、Si原子の4本の結合手のすべてにO原
子が結合している。しかし、ウェット洗浄等を行って形
成された自然酸化膜中には、Si原子同士が直接結合し
たサブオキサイドと呼ばれる結合の不完全な領域が存在
する。また、自然酸化膜中には、多くの歪が発生してい
る。このサブオキサイド及び歪のために、自然酸化膜の
絶縁破壊耐圧が低下し、リーク電流が増加する。
The reason why the breakdown voltage of the silicon oxide film is improved and the leakage current density is reduced by the O 3 treatment and the heat treatment is considered as follows. In an ideal silicon oxide film, O atoms are bonded to all four bonds of Si atoms. However, in a natural oxide film formed by performing wet cleaning or the like, there is an incompletely bonded region called a suboxide in which Si atoms are directly bonded to each other. Further, many strains are generated in the natural oxide film. Due to this sub-oxide and strain, the breakdown voltage of the natural oxide film is lowered, and the leak current is increased.

【0061】O3 処理を行うと、自然酸化膜中のサブオ
キサイドがほぼ完全に酸化されると考えられる。なお、
第2の実施例では、基板温度20℃でO3 処理を行うた
め、自然酸化膜下のシリコン基板表面を酸化しない。従
って、基板表面の酸化膜厚を増加させることなくサブオ
キサイドを消滅させることができる。また、熱処理を行
うと、自然酸化膜中の歪が除去されると考えられる。従
って、O3 処理と熱処理を行うことにより、シリコン酸
化膜の膜質が改善され、絶縁破壊耐性が向上しリーク電
流が低減すると考えられる。
It is considered that the sub oxide in the natural oxide film is almost completely oxidized by the O 3 treatment. In addition,
In the second embodiment, since the O 3 treatment is performed at the substrate temperature of 20 ° C., the surface of the silicon substrate below the natural oxide film is not oxidized. Therefore, the sub oxide can be eliminated without increasing the oxide film thickness on the substrate surface. Further, it is considered that the heat treatment removes the strain in the natural oxide film. Therefore, it is considered that the film quality of the silicon oxide film is improved, the dielectric breakdown resistance is improved, and the leak current is reduced by performing the O 3 treatment and the heat treatment.

【0062】このように、基板温度20℃程度の室温領
域でO3 処理を行い、その後不活性ガス雰囲気中で熱処
理を行うことにより、自然酸化膜と同等の厚さで、かつ
良質のシリコン酸化膜を形成することができる。
As described above, the O 3 treatment is performed in the room temperature region of the substrate temperature of about 20 ° C., and then the heat treatment is performed in the inert gas atmosphere. A film can be formed.

【0063】なお、上記実施例では、O3 処理を基板温
度20℃で行う場合を示したが、実質的に自然酸化膜下
のシリコン基板を酸化しない温度であればその他の温度
でもよい。例えば、基板温度を0〜100℃としてO3
処理を行ってもよい。また、0℃以上20℃よりも低い
温度でO3 処理を行ってもよい。
In the above embodiment, the case where the O 3 treatment is carried out at the substrate temperature of 20 ° C. is shown, but any other temperature may be used as long as it does not substantially oxidize the silicon substrate below the natural oxide film. For example, when the substrate temperature is 0 to 100 ° C., O 3
Processing may be performed. Further, the O 3 treatment may be performed at a temperature of 0 ° C. or higher and lower than 20 ° C.

【0064】また上記実施例では、O3 処理を行う圧力
を大気圧としたが、減圧雰囲気としてもよい。例えば、
図3の反応容器21内の圧力を10TorrとしてO3
処理を行ってもよい。また、O3 とO2 の混合ガスにA
rガス等の不活性ガスを混合してもよい。例えば、O3
とO2 の混合ガスを1リットル/minの流量で、Ar
ガスを4リットル/minの流量で供給しながらO3
理を行ってもよい。第1の実施例で説明したように、減
圧雰囲気にするかまたは不活性ガスを混合することによ
り、O3 とO2 の混合ガスの中のO3 濃度を高めること
ができる。
Further, in the above embodiment, the pressure for carrying out the O 3 treatment is atmospheric pressure, but a reduced pressure atmosphere may be used. For example,
O 3 the pressure in the reaction vessel 21 of FIG. 3 as 10Torr
Processing may be performed. In addition, the mixed gas of O 3 and O 2 contains A
You may mix inert gas, such as r gas. For example, O 3
Ar and O 2 mixed gas at a flow rate of 1 liter / min.
O 3 treatment may be performed while supplying gas at a flow rate of 4 liter / min. As described in the first embodiment, it is possible to increase the concentration of O 3 in the mixed gas of O 3 and O 2 by setting a reduced pressure atmosphere or mixing an inert gas.

【0065】また、O3 処理中に、図3に示す紫外線ラ
ンプ26を用いて反応容器21内のO3 とO2 の混合ガ
スに紫外光を照射してもよい。紫外光の照射によりO2
分子がO3 分子に変わるためO3 濃度を高めることがで
きる。なお、シリコン基板30の表面近傍の混合ガスに
紫外光を照射することが好ましい。また、上記第1の実
施例においても紫外光の照射が有効であろう。
During the O 3 treatment, the ultraviolet gas 26 shown in FIG. 3 may be used to irradiate the mixed gas of O 3 and O 2 in the reaction vessel 21 with ultraviolet light. O 2 by irradiation with ultraviolet light
Since the molecule is changed to the O 3 molecule, the O 3 concentration can be increased. It is preferable to irradiate the mixed gas near the surface of the silicon substrate 30 with ultraviolet light. Irradiation with ultraviolet light may be effective also in the first embodiment.

【0066】また上記第2の実施例では、硫酸、過酸化
水素水、純水、弗化水素溶液、及び硝酸を用いてウェッ
ト洗浄する場合を示したが、シリコン基板の表面に接触
して自然酸化膜を形成する液体であれば、その他の液体
を用いてウェット洗浄してもよい。さらには、シリコン
基板の表面に自然酸化膜が形成されれば、ウェット洗浄
に限らない。例えばドライ洗浄でもよい。
In the second embodiment described above, wet cleaning is performed using sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, pure water, hydrogen fluoride solution, and nitric acid. As long as it is a liquid that forms an oxide film, other liquids may be used for wet cleaning. Furthermore, if a natural oxide film is formed on the surface of the silicon substrate, it is not limited to wet cleaning. For example, dry cleaning may be used.

【0067】次に、図6を参照して、上記第2の実施例
による方法を用いてMOSトランジスタを作製する方法
を説明する。図6(A)に示すように、活性領域をSi
N膜(図示せず)でマスクしてシリコン基板40の表面
上の一部領域に熱酸化によりフィールド酸化膜41を形
成する。SiN膜を除去して第2の実施例で説明したウ
ェット洗浄を行う。
Next, with reference to FIG. 6, a method of manufacturing a MOS transistor using the method according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 6A, the active region is
Masking with an N film (not shown), a field oxide film 41 is formed on a partial region of the surface of the silicon substrate 40 by thermal oxidation. The SiN film is removed and the wet cleaning described in the second embodiment is performed.

【0068】図6(B)に示すように、ウェット洗浄に
より活性領域の表面上に自然酸化膜42が形成される。
図3に示す反応容器21内の圧力が10Torrになる
ように調整しつつ、O3 濃度が5体積%のO3 とO2
混合ガスを10分間供給して自然酸化膜42を改質す
る。これにより膜厚1.5nm程度の良質なシリコン酸
化膜を得ることができる。
As shown in FIG. 6B, a natural oxide film 42 is formed on the surface of the active region by wet cleaning.
While adjusting the pressure in the reaction vessel 21 shown in FIG. 3 to 10 Torr, a mixed gas of O 3 and O 2 having an O 3 concentration of 5% by volume is supplied for 10 minutes to modify the natural oxide film 42. . As a result, a good quality silicon oxide film having a film thickness of about 1.5 nm can be obtained.

【0069】図6(C)に示すように、CVDにより基
板表面に多結晶シリコン層43を堆積する。なお、もっ
と厚いゲート酸化膜を必要と場合には、多結晶シリコン
層43を堆積する前に、基板表面を酸化して酸化膜42
を所望の厚さまで厚くしてもよい。
As shown in FIG. 6C, a polycrystalline silicon layer 43 is deposited on the surface of the substrate by CVD. If a thicker gate oxide film is required, the surface of the substrate is oxidized to deposit the oxide film 42 before depositing the polycrystalline silicon layer 43.
May be thickened to a desired thickness.

【0070】図6(D)に示すように、多結晶シリコン
層43をパターニングしてゲート電極43aを形成す
る。ゲート電極43aをイオン注入のマスクとし、シリ
コン基板と反対導電型の不純物をイオン注入して、ソー
ス領域44S及びドレイン領域44Dを形成する。
As shown in FIG. 6D, the polycrystalline silicon layer 43 is patterned to form a gate electrode 43a. Using the gate electrode 43a as a mask for ion implantation, impurities of the opposite conductivity type to the silicon substrate are ion-implanted to form a source region 44S and a drain region 44D.

【0071】このようにして、薄くて良質のゲート酸化
膜を有するMOSトランジスタを作製することができ
る。以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明は
これらに制限されるものではない。例えば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。
In this way, a MOS transistor having a thin and high-quality gate oxide film can be manufactured. Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
良質な酸化膜を形成することができる。これにより、酸
化膜を利用した半導体装置の信頼性を向上させることが
可能になる。特に、自然酸化膜程度の薄さであって、良
好な絶縁破壊耐性及びリーク電流特性等を有する半導体
装置を作製することが可能になる。
As described above, according to the present invention,
A good quality oxide film can be formed. As a result, the reliability of the semiconductor device using the oxide film can be improved. In particular, it is possible to manufacture a semiconductor device which is as thin as a natural oxide film and has good dielectric breakdown resistance and leak current characteristics.

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

【図1】本発明の第1の実施例により形成したシリコン
酸化膜の膜厚、及び従来の減圧雰囲気下により形成した
シリコン酸化膜の膜圧を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the film thickness of a silicon oxide film formed according to a first embodiment of the present invention and the film pressure of a silicon oxide film formed under a conventional reduced pressure atmosphere.

【図2】第1の実施例により作製したシリコン酸化膜の
絶縁破壊特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing dielectric breakdown characteristics of a silicon oxide film manufactured according to the first embodiment.

【図3】第2の実施例で使用した酸化装置の概略を示す
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of an oxidation device used in a second embodiment.

【図4】第2の実施例により形成したシリコン酸化膜の
絶縁破壊耐性、及びウェット処理のみ、ウェット処理と
3 処理のみ、及びウェット処理と熱処理のみによりそ
れぞれ形成したシリコン酸化膜の絶縁破壊耐性を示すグ
ラフである。
FIG. 4 shows the dielectric breakdown resistance of the silicon oxide film formed according to the second embodiment, and the dielectric breakdown resistance of the silicon oxide film formed by only wet treatment, only wet treatment and O 3 treatment, and only wet treatment and heat treatment. It is a graph which shows.

【図5】第2の実施例により形成したシリコン酸化膜の
リーク電流密度を、ウェット処理のみ、ウェット処理と
3 処理のみ、及びウェット処理と熱処理のみによりそ
れぞれ形成したシリコン酸化膜の絶縁破壊耐性のリーク
電流密度と比較して示すグラフである。
FIG. 5 shows the leakage current density of the silicon oxide film formed according to the second embodiment, with respect to the dielectric breakdown resistance of the silicon oxide film formed by the wet treatment only, the wet treatment and the O 3 treatment only, and the wet treatment and the heat treatment only. 5 is a graph showing the leakage current density of FIG.

【図6】第2の実施例による方法を用いてMOSトラン
ジスタを作製する方法を説明するための基板の断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view of a substrate for explaining a method of manufacturing a MOS transistor by using the method according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 石英管 2 ヒータ 3 ガス導入管 4 ガス排出管 5 拡散ポンプ 10 シリコン基板 21 反応容器 22 ハロゲンランプ 23 反応ガス導入管 24 ガス排出管 25 基板載置台 26 紫外線ランプ 27 反射鏡 30、40 シリコン基板 41 フィールド酸化膜 42 自然酸化膜 43 多結晶シリコン層 43a ゲート電極 44S ソース領域 44D ドレイン領域 1 quartz tube 2 heater 3 gas introduction pipes 4 gas exhaust pipe 5 diffusion pump 10 Silicon substrate 21 Reaction vessel 22 Halogen lamp 23 Reaction gas introduction pipe 24 gas exhaust pipe 25 Substrate mounting table 26 UV lamp 27 Reflector 30, 40 Silicon substrate 41 Field oxide film 42 Natural oxide film 43 Polycrystalline silicon layer 43a Gate electrode 44S source area 44D drain region

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 悟 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 入野 清 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−145624(JP,A) 特開 平3−134153(JP,A) 特開 平7−86271(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 29/78 Front page continuation (72) Inventor Satoru Watanabe 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Fujitsu Limited (72) Inventor Kiyo Irino 1015, Ueda-anaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (56) Reference References JP-A-4-145624 (JP, A) JP-A-3-134153 (JP, A) JP-A-7-86271 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 29/78

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 表面に自然酸化膜が形成されたシリコン
基板を、温度0℃〜100℃の条件下で、オゾンを含む
ガスに接触させ、前記自然酸化膜を改質する工程と、 改質された前記自然酸化膜を不活性ガス中で熱処理する
工程とを含む半導体装置の製造方法。
1. A step of modifying a natural oxide film by bringing a silicon substrate having a natural oxide film formed on its surface into contact with a gas containing ozone at a temperature of 0 ° C. to 100 ° C. And a step of heat-treating the formed natural oxide film in an inert gas.
【請求項2】 前記自然酸化膜を改質する工程が、減圧
雰囲気で前記シリコン基板を前記オゾンを含むガスに接
触させる請求項に記載の半導体装置の製造方法。
Wherein the step of modifying the natural oxide film, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, contacting said silicon substrate to a gas containing ozone reduced pressure atmosphere.
【請求項3】 前記オゾンを含むガスが、オゾンと酸素
ガスとの混合ガスを不活性ガスで希釈したガスである請
求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
3. A gas containing ozone, the method of manufacturing a semiconductor device according to the mixed gas to claim 1 or 2 which is a gas diluted with an inert gas of ozone and oxygen gas.
【請求項4】 前記自然酸化膜を改質する工程が、さら
に、前記シリコン基板の表面近傍の前記オゾンを含むガ
スに紫外光を照射する工程を含む請求項1〜3のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法。
Wherein the step of modifying the natural oxide film, further, according to claim 1, comprising the step of irradiating ultraviolet light to the gas containing the ozone in the vicinity of the surface of the silicon substrate Manufacturing method of semiconductor device.
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