JP3493371B2 - シリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents

シリコン酸化膜の形成方法

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明 黒河
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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハー
や基板にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜の形
成方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＭＯＳデバイス等の半導体デバイスにお
いて、シリコン酸化膜は必須の構成部材ないし構造膜の
一つであり、その絶縁性能やその下の結晶シリコン層と
の界面の急峻性等、酸化膜自体としての性質は、最終的
に作製されるデバイスの特性を左右するほどに重要な要
素である。しかし従来、その形成は比較的簡便、低廉で
済むが故に、専ら熱酸化法に頼ることが多かった。熱酸
化法自体は周知であって、シリコン基板をドライ酸素雰
囲気中に置き、かなりな高温、例えば８００〜１０００
℃程度にまで加熱する。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、熱酸化法の場
合には、シリコン酸化膜の形成に高温環境を必要とする
ため、ドープしてある不純物が拡散しやすくなり、形成
されるシリコン酸化膜下の結晶シリコン部分に悪影響を
及ぼしたり、結晶シリコン層との界面付近に絶縁性能を
低下させる亜酸化層を形成するという問題がある。 【０００４】本発明はシリコン酸化膜の形成を室温から
６００℃程度の低温雰囲気で形成するシリコン酸化膜の
形成方法を提供することを目的とする。 【０００５】 上述の目的を達成するために、本発明
は、シリコン基板にオゾンガスを作用させてシリコン酸
化膜を形成するにあたり、濃度１５〜３０ vol ％のオゾ
ンガスを６００℃以下の温度条件で、該オゾン濃度及び
温度条件での爆発下限界圧力以下に減圧した雰囲気でシ
リコン基板に作用させるようにしたものである。 【０００６】 【発明の作用】ガス濃度１５〜３０ vol％のオゾンガス
をシリコン基板に作用させることにより、熱酸素による
酸化膜形成工程での温度よりもかなり低い６００℃以下
の温度で酸化膜を形成することができるようになり、シ
リコン基板の熱による悪影響を抑制できる。また、熱酸
素の場合には酸素分圧が低いと酸化力が低下することか
ら、減圧雰囲気での酸化膜形成はできなかったが、オゾ
ンガスを使用した場合には、例えば４０torr以下という
減圧雰囲気でかつ６００℃以下の低温雰囲気でも、きれ
いな界面を持つ良好な酸化膜を形成することができる。 【０００７】 【発明の実施の形態】シリコン基板をチャンバー内に配
置し、チャンバー内を２０７℃、１５torrの減圧雰囲気
で酸素中のガス濃度が２５ vol％のオゾンガスを３００
sccmで流通させ、シリコン基板に酸化膜を形成した。こ
のときの処理時間と酸化膜厚との関係は図１に示す通り
である。ちなみに、酸素ガスを同一条件で流通させた場
合の酸化膜厚は図１中に破線で示すとおりであった。 【０００８】また、チャンバー内の圧力を大気圧に変え
たほかは、前記と同一の条件にした場合の処理時間と酸
化膜厚との関係を図２に示す。この図１と図２から、オ
ゾンガスは減圧雰囲気でも同程度の酸化膜を形成するこ
とができるのに対し，酸素は，減圧雰囲気にすると酸化
膜形成力が低下することがわかる。 【０００９】図３は、処理温度を３７５℃にして導入ガ
スを３００sccmで流通させたときに形成される酸化膜の
膜厚を示すもので、導入したガスは、１００％酸素、ガ
ス濃度が４ vol％のオゾンガス、及びガス濃度が２０ v
ol％のオゾンガスである。図３によると、オゾン濃度が
増えるほど、酸化膜厚が厚くなることがわかる。 【００１０】図４は、７５０℃で熱酸化させた酸化膜
と、ガス濃度が２５ vol％のオゾンガスを３７５℃で使
用して形成した酸化膜と、化学的に生成した酸化膜の厚
みとフッ化水素でのエッチング時間との関係を示す図で
ある。これによると、熱酸化させた酸化膜と、ガス濃度
が２５ vol％のオゾンガスを使用して形成した酸化膜で
は、ほぼ同じようなエッチング速度でエッチングされる
ことがわかる。 【００１１】以上の結果、酸素に対してオゾンを添加す
ると、オゾン濃度とともに，酸化膜厚が増大し，低温オ
ゾン酸化で高温酸素と同等な酸化膜厚を形成することが
できることがわかった。また、酸素酸化では減圧すると
酸化膜厚も薄くなるが、オゾン酸化では雰囲気圧は膜厚
に殆ど影響しないことがわかった。 【００１２】また、周知のようにオゾン・酸素の混合に
おいて、オゾン濃度がある程度以上高い時にスパークを
起こしたり、他の方法で十分励起すると爆発する。図５
はオゾンの爆発下限界を示すオゾン濃度と圧力の関係図
である。なお，この場合温度は室温(２５℃)である。こ
の図から、室温状態ではオゾン濃度１５ vol％での爆発
下限界は２２０torr、２０ vol％では１７０torr、オゾ
ン濃度３０ vol％では５０torrと推定される。この爆発
下限界圧力は温度が上がると低下し、例えばオゾン濃度
３０ vol％では温度３００℃では４０torr程度まで低下
する。 【００１３】以上の結果、シリコン基板等の半導体表面
に酸化膜を形成するにあたり、オゾンガスを添加する
と，室温から６００℃程度の比較的低温領域で酸化膜を
形成することができ、しかもオゾン濃度が高いほど形成
された酸化膜の膜厚が厚くなるが、その分爆発下限界が
低下することになり、減圧作業等に高度性が要求される
ようになって作業性に影響が出ることから、酸素ガス中
のオゾンガス濃度は１５〜３０ vol％程度がのぞまし
い。 【００１４】 【発明の効果】本発明は、ガス濃度１５〜３０ vol％の
オゾンガスをシリコン基板に作用させることにより、熱
酸素による酸化膜形成工程での温度よりもかなり低い６
００℃以下の温度で酸化膜を形成することができること
から、シリコン基板の熱による悪影響を抑制することが
できる。また、熱酸素の場合には酸素分圧が低いと酸化
力が低下することになるから、減圧雰囲気での酸化膜形
成はできなかったが、オゾンガスを使用した場合には、
雰囲気圧が膜形成に影響を与えないから、例えば４０to
rr以下という減圧雰囲気、かつ６００℃以下の低温雰囲
気ででも、きれいな界面を持つ良好な酸化膜を形成する
ことができる。これにより、高濃度のオゾンガスを使用
して安全に作業することができる。
【図面の簡単な説明】 【図１】１５torr減圧下での酸化時間と膜厚との関係を
示す図である。 【図２】大気圧下での酸化時間と膜厚との関係を示す図
である。 【図３】酸化時間と形成膜厚との関係を示す図である。 【図４】ＨＦでのエッチング時間と膜厚との関係を示す
図である。 【図５】オゾンの爆発下限界を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒河 明 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業 技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 中村 健 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業 技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 小池 国彦 滋賀県守山市勝部４丁目５番１号 岩谷 産業株式会社滋賀技術センター内 (56)参考文献 特開 平９−162138（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299523（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−235104（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−67501（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−283975（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 シリコン基板にオゾンガスを作用させて
    シリコン酸化膜を形成するにあたり、濃度１５〜３０ v
    ol ％のオゾンガスを６００℃以下の温度条件で、該オゾ
    ン濃度及び温度条件での爆発下限界圧力以下に減圧した
    雰囲気でシリコン基板に作用させるようにしたシリコン
    酸化膜の形成方法。
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JP4621848B2 (ja) * 2006-03-20 2011-01-26 岩谷産業株式会社 酸化薄膜の作成方法
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