JPH03160720A - 絶縁膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、膜厚の制御性が良く、絶縁破壊耐性に優れ、
かつ膜質の良い薄い絶!!膜を形成する方法に関するも
のである。
かつ膜質の良い薄い絶!!膜を形成する方法に関するも
のである。
(従来の技術)
M O S (Metal Oxide Semico
nductor)デバイスの発展は電気的に安定で、か
つ薄い酸化膜の形成技術に支えられている。最近のMO
S LSIでは50nlI+以下の薄い酸化膜が使用
されるようになり、短チャネルMOS FET の
信頼度に関係してその重要性がますます認識されている
。
nductor)デバイスの発展は電気的に安定で、か
つ薄い酸化膜の形成技術に支えられている。最近のMO
S LSIでは50nlI+以下の薄い酸化膜が使用
されるようになり、短チャネルMOS FET の
信頼度に関係してその重要性がますます認識されている
。
酸化膜の形成方法は、例えば文献: rMOs LSI
製造技術,徳山轟,橋本哲一編著,日経マグロヒル社,
P.65 (1985)Jに記載されている.以下、従
来の酸化膜の形成方法について説明する。
製造技術,徳山轟,橋本哲一編著,日経マグロヒル社,
P.65 (1985)Jに記載されている.以下、従
来の酸化膜の形成方法について説明する。
先ず、電気炉によって800〜1,200゜Cに加熱し
た石英管内に、清浄化したSi基板を配置する。
た石英管内に、清浄化したSi基板を配置する。
その後、酸化膜形成のための酸化ガスを石英管内に導入
する.酸化ガスとしては、乾燥した酸素ガス、あるいは
酸素及び水素の混合ガス、あるいは塩酸を霧状にして酸
素ガスと混合したガスを用いる. このように昇温された反応炉内では熱酸化によ?て基板
表面に酸化膜が形成される。
する.酸化ガスとしては、乾燥した酸素ガス、あるいは
酸素及び水素の混合ガス、あるいは塩酸を霧状にして酸
素ガスと混合したガスを用いる. このように昇温された反応炉内では熱酸化によ?て基板
表面に酸化膜が形成される。
熱酸化は、加熱状態で通常30〜60分の長時間にわた
って威される. (発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述した従来の酸化膜形成方法では高温
で熱酸化するために、膜戒長速度が速い。
って威される. (発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述した従来の酸化膜形成方法では高温
で熱酸化するために、膜戒長速度が速い。
例えば、lOO人以下の薄い膜厚の制御が困難であった
。そのため、膜厚制御を行うためには、800゜C以下
に熱酸化温度を下げて、酸化速度を下げるか、あるいは
窒素で酸素を希釈して熱酸化を行う方法をとっていた。
。そのため、膜厚制御を行うためには、800゜C以下
に熱酸化温度を下げて、酸化速度を下げるか、あるいは
窒素で酸素を希釈して熱酸化を行う方法をとっていた。
しかしながら、低温熱酸化法では、si,/sio■界
面が粗れる。一方、希釈熱酸化法の場合では、窒素がS
i/SiOz界面に偏析し、そのため、界面準位密度を
増加させる等の問題があった。
面が粗れる。一方、希釈熱酸化法の場合では、窒素がS
i/SiOz界面に偏析し、そのため、界面準位密度を
増加させる等の問題があった。
それ故、上述のいずれの方法を行っても、薄い酸化膜の
絶縁破壊耐性等の膜質自体の向上は望めなかった。
絶縁破壊耐性等の膜質自体の向上は望めなかった。
また、これらの低温熱酸化.希釈熱酸化による酸化膜と
Siとの界面で、例えば、シリコン原子の不対結合や、
あるいは歪んだSi一〇−Si結合が多く存在する、そ
のためもともと界面準位が高くなる傾向があった。この
ように形成された酸化膜をMOS FETのゲート酸
化膜として使用する場合、上述の現象に起因して種々の
問題が生じている。例えば、ゲート長1.0μm以下の
微細MOSFETにおいては、チャネル領域で発生した
ホットエレクトロンが酸化膜中に侵入した場合、電子は
このようなSi原子の対結合や、歪んだSi−0結合に
トラップされ、新らたな界面準位を発生させる、そのた
め、MOS FETにおける闇値電圧の変動や、伝達
コンダクタンスの低下を引き起すという問題が生しる. 従って、本発明の目的は、膜厚の制御性が良く、絶縁破
壊耐性に優れ、かつ膜質の良い薄い絶縁膜を形成する方
法を提供することにある。
Siとの界面で、例えば、シリコン原子の不対結合や、
あるいは歪んだSi一〇−Si結合が多く存在する、そ
のためもともと界面準位が高くなる傾向があった。この
ように形成された酸化膜をMOS FETのゲート酸
化膜として使用する場合、上述の現象に起因して種々の
問題が生じている。例えば、ゲート長1.0μm以下の
微細MOSFETにおいては、チャネル領域で発生した
ホットエレクトロンが酸化膜中に侵入した場合、電子は
このようなSi原子の対結合や、歪んだSi−0結合に
トラップされ、新らたな界面準位を発生させる、そのた
め、MOS FETにおける闇値電圧の変動や、伝達
コンダクタンスの低下を引き起すという問題が生しる. 従って、本発明の目的は、膜厚の制御性が良く、絶縁破
壊耐性に優れ、かつ膜質の良い薄い絶縁膜を形成する方
法を提供することにある。
(課題を解決するための手段)
本発明の絶縁膜形成方法は、先ず、シリコン基板の清浄
化として、還元性ガス雰囲気中、反応性ガス雰囲気中と
順次熱処理を行う。その後、窒素を含まない酸化性ガス
雰囲気中で熱処理することによって、シリコン基板上に
第1の絶縁膜となる酸化膜を形成する、次に一酸化二窒
素雰囲気中で熱処理するここしよって第1の絶縁膜上に
第2の絶縁膜となる酸化窒化膜を形成する。
化として、還元性ガス雰囲気中、反応性ガス雰囲気中と
順次熱処理を行う。その後、窒素を含まない酸化性ガス
雰囲気中で熱処理することによって、シリコン基板上に
第1の絶縁膜となる酸化膜を形成する、次に一酸化二窒
素雰囲気中で熱処理するここしよって第1の絶縁膜上に
第2の絶縁膜となる酸化窒化膜を形成する。
(作 用)
本発明の絶縁膜形成方法によれば、シリコン基板の清浄
化どして還元性ガス雰囲気中で熱処理するようにしたの
で還元性ガスが自然酸化膜を還元する。次に、反応性ガ
ス雰囲気中で熱処理するようにしたので、熱的に活性化
した反応性ガスが基板についた不純物と化学的に反応し
て揮発する。
化どして還元性ガス雰囲気中で熱処理するようにしたの
で還元性ガスが自然酸化膜を還元する。次に、反応性ガ
ス雰囲気中で熱処理するようにしたので、熱的に活性化
した反応性ガスが基板についた不純物と化学的に反応し
て揮発する。
そして、本発明では、シリコン基板上に第1及び第2の
絶縁膜を形成するようにしたので、第1の絶縁膜である
酸化膜中に存在する未結合手に対して、第2の絶縁膜で
ある酸化窒化膜中に存在する窒素原子が酸化膜中に侵入
し、新らたにSi−N結合,O−N結合を発生され、未
結合手を低減する。
絶縁膜を形成するようにしたので、第1の絶縁膜である
酸化膜中に存在する未結合手に対して、第2の絶縁膜で
ある酸化窒化膜中に存在する窒素原子が酸化膜中に侵入
し、新らたにSi−N結合,O−N結合を発生され、未
結合手を低減する。
(実施例)
以下、図面を参照して、本発明の実施例につき説明する
。尚、以下の実施例で参照する図面は、本発明の理解が
容易となる程度に概略的に示してあるに過ぎず、本発明
は、これら図示例にのみ限定されるものではないことを
理解されたい。
。尚、以下の実施例で参照する図面は、本発明の理解が
容易となる程度に概略的に示してあるに過ぎず、本発明
は、これら図示例にのみ限定されるものではないことを
理解されたい。
先ず、本発明の絶縁膜形成方法の説明に入る前に、本発
明の実施に供する絶縁膜形成装置につき説明する。
明の実施に供する絶縁膜形成装置につき説明する。
第2図は、本発明の実施に供する絶縁膜形成装置の主要
部(主として反応炉及び加熱部の構戒)を概略的に示す
断面図である。尚、第2図では反応炉内に基板を設置し
た状態を示す。
部(主として反応炉及び加熱部の構戒)を概略的に示す
断面図である。尚、第2図では反応炉内に基板を設置し
た状態を示す。
本体10a及び昇降部材10cの形成材料は、ステンレ
スを用い、また蓋部材10b及び後述の支持体20の形
成材料は、石英を用いる。
スを用い、また蓋部材10b及び後述の支持体20の形
成材料は、石英を用いる。
本体10a及び昇降部材10cは、分離可能に一体とな
って凹部aを形成してある。反応炉10内側の昇降部材
10cの上に基板18を載せるための支持体20を設け
てある。
って凹部aを形成してある。反応炉10内側の昇降部材
10cの上に基板18を載せるための支持体20を設け
てある。
反応炉10内への基板18の出し入れは、昇降部材10
cの昇降によって行われる。図示例では昇降部材10c
を機械的に昇降させるための昇降装置22と連結させて
いる。
cの昇降によって行われる。図示例では昇降部材10c
を機械的に昇降させるための昇降装置22と連結させて
いる。
また、蓋部材10bは着脱自在に本体10aに取付ける
。本体10aと蓋部材10b及び昇降部材10cとの間
には気密保持部材24、例えばハイトンパンキンを設け
ている、従って、反応炉10内の真空引きを行った際に
、気密保持部材24を介し、気密状態を保持できるよう
になる。
。本体10aと蓋部材10b及び昇降部材10cとの間
には気密保持部材24、例えばハイトンパンキンを設け
ている、従って、反応炉10内の真空引きを行った際に
、気密保持部材24を介し、気密状態を保持できるよう
になる。
また、温度測定手段26、例えばオプティ力ルパイロメ
ータは、凹部aの基板近傍位置に取付けられ、基板l8
の表面温度を測定するために用いられる。
ータは、凹部aの基板近傍位置に取付けられ、基板l8
の表面温度を測定するために用いられる。
さらに、加熱部l6は、赤外線照射手段として赤外線ラ
ンブ16aを用い、この赤外線ランブ16aは、支持部
材16bに支持されている。赤外線ランプ16aはタン
グステンハロゲンランプを用いる。また配置の仕方は、
反応炉IO内の加熱が均一に行えるようにする。
ンブ16aを用い、この赤外線ランブ16aは、支持部
材16bに支持されている。赤外線ランプ16aはタン
グステンハロゲンランプを用いる。また配置の仕方は、
反応炉IO内の加熱が均一に行えるようにする。
通常、赤外線ランブ16aは、反応炉10外に配置する
。この際、反応炉10の一部材である蓋部材10bは、
赤外線が透過する材料で構威される。これによって赤外
線は、反応炉10外から反応炉10内に透過する。
。この際、反応炉10の一部材である蓋部材10bは、
赤外線が透過する材料で構威される。これによって赤外
線は、反応炉10外から反応炉10内に透過する。
ガス供給管28は反応炉10とガス供給部l4(第3図
参照)の間に設けられる。
参照)の間に設けられる。
排気管30は、反応炉10と排気手段12(第3図参照
)の間に設けられる。
)の間に設けられる。
次に第3図を参照してこの実施例の真空排気系及びガス
供給系につき説明する. 第3図は本発明の実施に供する絶縁膜形成装置の全体構
戒を概略的に示す図である。
供給系につき説明する. 第3図は本発明の実施に供する絶縁膜形成装置の全体構
戒を概略的に示す図である。
まず、真空排気系につき説明する。この実施例において
、排気千段12は、ターボ分子ポンプ12aと、このボ
ンプ12aに接続されたロータリーポンプ12bとで構
戒する。排気千段12はまた、配設した排気管30及び
バルブ34.36a〜36f,38.40を介して反応
炉10と連通させて接続する。
、排気千段12は、ターボ分子ポンプ12aと、このボ
ンプ12aに接続されたロータリーポンプ12bとで構
戒する。排気千段12はまた、配設した排気管30及び
バルブ34.36a〜36f,38.40を介して反応
炉10と連通させて接続する。
真空計32a〜32dは、排気管30に連通させて設け
られている。真空計32aと32dは、例えばl =
l O−’Torrの範囲の圧力測定に用いるバラトロ
ン真空計とする。また真空計32bと32cは、例えば
1 0−3〜1 0 −’Torrの範囲の圧力測定に
用いるイオンゲージとする。真空計32bと排気管30
との間には、真空計32bを保護するための自動開閉バ
ルブ34を設ける。自動開閉バルブ34は、真空計32
bの動作時に、真空計32bに対して1 0−3Tor
r以上の圧力を負荷しないよつに、バルブの開閉を自動
制御する。
られている。真空計32aと32dは、例えばl =
l O−’Torrの範囲の圧力測定に用いるバラトロ
ン真空計とする。また真空計32bと32cは、例えば
1 0−3〜1 0 −’Torrの範囲の圧力測定に
用いるイオンゲージとする。真空計32bと排気管30
との間には、真空計32bを保護するための自動開閉バ
ルブ34を設ける。自動開閉バルブ34は、真空計32
bの動作時に、真空計32bに対して1 0−3Tor
r以上の圧力を負荷しないよつに、バルブの開閉を自動
制御する。
排気千段12及び反応炉10の間に設けられる自動開閉
バルブ36a〜36fは、バルブを任意好適に開閉する
ことによって、反応炉10内の圧力を任意好適な圧力に
制御する。
バルブ36a〜36fは、バルブを任意好適に開閉する
ことによって、反応炉10内の圧力を任意好適な圧力に
制御する。
さらに38は圧力調整用の二一ドルバルブ及び40は、
レリーフバルブである。バルブ40は、反応炉10内の
圧力が大気圧例えば7 6 0 Torrを越えた場合
に自動的に開放し、ハルブ40の開放によって、ガス供
給部14から反応炉10内へ供給されたガスを排気する
。
レリーフバルブである。バルブ40は、反応炉10内の
圧力が大気圧例えば7 6 0 Torrを越えた場合
に自動的に開放し、ハルブ40の開放によって、ガス供
給部14から反応炉10内へ供給されたガスを排気する
。
次にガス供給系につき説明する。
この実施例において、ガス供給部l4は、還元性ガス源
14a,反応性ガス源1 4 b.酸化ガス源14c,
14dおよび不活性ガス源14eによって構威する。ガ
ス供給部14は例えば図示のように配設した供給管28
及びバルブ44を介して反応炉10と連通させて接続す
る。第3図において、42はガス供給系,44はバルブ
,46a〜46e及び48a〜48eは自動開閉バルプ
,50a〜50bはガス供給部l4から反応炉ガスへ導
入されるガスに関する自動ガス流量コントローラである
。
14a,反応性ガス源1 4 b.酸化ガス源14c,
14dおよび不活性ガス源14eによって構威する。ガ
ス供給部14は例えば図示のように配設した供給管28
及びバルブ44を介して反応炉10と連通させて接続す
る。第3図において、42はガス供給系,44はバルブ
,46a〜46e及び48a〜48eは自動開閉バルプ
,50a〜50bはガス供給部l4から反応炉ガスへ導
入されるガスに関する自動ガス流量コントローラである
。
バルブ44.48a,48b,46a〜46eは、それ
ぞれ任意好適に開閉することによって、所望のガスをガ
ス供給部14から反応炉ガスへ導入されるガスに関する
自動ガス流量コントローラである。
ぞれ任意好適に開閉することによって、所望のガスをガ
ス供給部14から反応炉ガスへ導入されるガスに関する
自動ガス流量コントローラである。
バルプ44.48a,48b,46a 〜46eは、そ
れぞれ開閉することによって、所望のガスをガス供給部
l4から反応炉10へ供給できる。
れぞれ開閉することによって、所望のガスをガス供給部
l4から反応炉10へ供給できる。
次に、本発明の絶縁膜の形成方法につき説明するが、こ
の実施例では絶縁膜をシリコン酸化膜とする。
の実施例では絶縁膜をシリコン酸化膜とする。
第1図は、本発明の説明に供する加熱サイクルを説明す
るための図である。図中の横軸は時間、縦軸は温度をプ
ロソトして示している。
るための図である。図中の横軸は時間、縦軸は温度をプ
ロソトして示している。
以下、第2図,第3図を併用して説明する。
本発明では、反応炉lO内に基板l8を設置した後、基
板1日の清浄化を行ってから、絶縁膜の威膜処理を行う
。
板1日の清浄化を行ってから、絶縁膜の威膜処理を行う
。
以下、絶縁膜の形成方法について順次説明する。
〈予備処理〉
本発明における実施例では、予備処理として基板18に
対し、化学薬品.純水等を用いて洗浄を行う。
対し、化学薬品.純水等を用いて洗浄を行う。
次に、反応炉10内で基板l8に自然酸化膜が形成され
るのを防止するため、反応炉10内にパージ用の不活性
ガス、例えば窒素ガスを予め導入しておく。還元性ガス
,反応性ガス及び酸化ガスは、まだ導入しない。このと
きバルブ44,48b及び46eを開き、バルプ4 8
a. 4 6 a 〜46dを閉しておく。
るのを防止するため、反応炉10内にパージ用の不活性
ガス、例えば窒素ガスを予め導入しておく。還元性ガス
,反応性ガス及び酸化ガスは、まだ導入しない。このと
きバルブ44,48b及び46eを開き、バルプ4 8
a. 4 6 a 〜46dを閉しておく。
次に反応炉IO内に基板18を設置する、基板l8は、
昇降部材10cの支持体20上に固定する。
昇降部材10cの支持体20上に固定する。
上述した予備処理後、基板表面の清浄化処理を行う。
〈自然酸化膜の除去〉
基板18の清浄化に当り、まずバルブ48b46eを閉
して、基Fi1Bを設置した反応炉10内への不活性ガ
ス14eの供給を停止する。
して、基Fi1Bを設置した反応炉10内への不活性ガ
ス14eの供給を停止する。
次に排気千段l2によって反応炉10内を例えば、I
X 1 0−6Torrの高真空に真空排気し、反応炉
10内を清浄化する。この真空排気を行うため、バルブ
38.36a.36f,34を閉しておいてバルブ36
b,36c,36dを開き、ロータリーボンプ12bを
作動させ、反応炉10内の圧力を真空計32aでモニタ
ー(監視)しながら真空排気を行う。そして反応炉10
内が例えば、lX 1 0−”Torrの圧力となった
後、バルプ36C,36dを閉じて、バルプ36e,3
4を開き、真空計32bで反応炉10内の圧力をモニタ
ーしながら、I X 1 0−”Torrまで反応炉1
0内を真空排気する。
X 1 0−6Torrの高真空に真空排気し、反応炉
10内を清浄化する。この真空排気を行うため、バルブ
38.36a.36f,34を閉しておいてバルブ36
b,36c,36dを開き、ロータリーボンプ12bを
作動させ、反応炉10内の圧力を真空計32aでモニタ
ー(監視)しながら真空排気を行う。そして反応炉10
内が例えば、lX 1 0−”Torrの圧力となった
後、バルプ36C,36dを閉じて、バルプ36e,3
4を開き、真空計32bで反応炉10内の圧力をモニタ
ーしながら、I X 1 0−”Torrまで反応炉1
0内を真空排気する。
高真空に反応炉10内を排気したら、次に反応炉10内
に還元性ガス14a例えば、水素ガスを導入する(第1
図参照)。還元性ガス14aの導入に当っては、反応炉
IO内の減圧状態を維持するために、バルブ36b,3
6e,34を閉じてバルプ38.36aを開いた状態で
、還元性ガス14a例えば水素ガスを反応炉10内に導
入する。
に還元性ガス14a例えば、水素ガスを導入する(第1
図参照)。還元性ガス14aの導入に当っては、反応炉
IO内の減圧状態を維持するために、バルブ36b,3
6e,34を閉じてバルプ38.36aを開いた状態で
、還元性ガス14a例えば水素ガスを反応炉10内に導
入する。
反応炉10内の減圧状態の維持は、還元性ガス14aを
導入しながらバルブ38を操作するとともに、還元性ガ
ス14aの流量を自動コントローラ50aT:ll整す
ることによって行える。反応炉10内を例えば、lxl
υ一 ” I X 1 0 −”Torrの低真空の減
圧状態に維持する。
導入しながらバルブ38を操作するとともに、還元性ガ
ス14aの流量を自動コントローラ50aT:ll整す
ることによって行える。反応炉10内を例えば、lxl
υ一 ” I X 1 0 −”Torrの低真空の減
圧状態に維持する。
次に加熱部l6によって自然酸化膜の除去のための加熱
処理を行う(第l図参照).この加熱処理によって、還
元性ガス雰囲気中で基板18を加熱して基板1日の自然
酸化膜を還元し、自然酸化膜を基板18から除去する。
処理を行う(第l図参照).この加熱処理によって、還
元性ガス雰囲気中で基板18を加熱して基板1日の自然
酸化膜を還元し、自然酸化膜を基板18から除去する。
基板l8の加熱は、例えば基板l8への赤外線照射によ
って行う。反応炉10内を減圧状態に維持しながら加熱
処理を行うことによって、自然酸化膜の還元による反応
生戒物によって基板1日及び反応炉10内が汚染される
度合を低減できる。
って行う。反応炉10内を減圧状態に維持しながら加熱
処理を行うことによって、自然酸化膜の還元による反応
生戒物によって基板1日及び反応炉10内が汚染される
度合を低減できる。
この加熱処理では、基板l8の表面温度を、温度測定手
段26で測定しながら、例えば基板18の表面温度を5
0〜200″C/秒の間の適当な割合で、好ましくは、
約100℃/秒で上昇させて約1000゜Cとなったら
約10〜30秒間、1000゜Cの状態を保持するよう
に基板18の加熱を制御する。
段26で測定しながら、例えば基板18の表面温度を5
0〜200″C/秒の間の適当な割合で、好ましくは、
約100℃/秒で上昇させて約1000゜Cとなったら
約10〜30秒間、1000゜Cの状態を保持するよう
に基板18の加熱を制御する。
次に加熱部l6による基板18の加熱を停止するととも
にバルブ46aを閉じて還元性ガスの供給を停止し、そ
して基FiI8の表面温度が室温、例えば、約25゜C
となるまで基板18が冷却するのを待つ.この冷却は基
板18が自然に冷却するようにしても良い。強制冷却は
例えば、バルブ48aを閉してバルブ48b,46eを
開けて、不活性ガス14eを大量に反応炉10内に導入
することによって行える。
にバルブ46aを閉じて還元性ガスの供給を停止し、そ
して基FiI8の表面温度が室温、例えば、約25゜C
となるまで基板18が冷却するのを待つ.この冷却は基
板18が自然に冷却するようにしても良い。強制冷却は
例えば、バルブ48aを閉してバルブ48b,46eを
開けて、不活性ガス14eを大量に反応炉10内に導入
することによって行える。
次にバルブ38.36aを閉してバルブ36b,36e
を開けて反応炉IO内を例えば、I XIO−6Tor
rの高真空に排気し、反応炉10内を清浄化する。
を開けて反応炉IO内を例えば、I XIO−6Tor
rの高真空に排気し、反応炉10内を清浄化する。
〈基板表面の清浄〉
次に、バルプ36b,36eを閉してバルブ38.36
aを開き、反応性ガスl 4 b,例えば重量比で1%
一塩酸−99%水素ガスを導入する(第l図を参照)。
aを開き、反応性ガスl 4 b,例えば重量比で1%
一塩酸−99%水素ガスを導入する(第l図を参照)。
反応性ガス14bの導入に当たり、反応炉IO内は、減
圧状態に維持される。そのために還元性ガス14a雰囲
気中での加熱処理の時と同様に、反応炉10内を例えば
、IXIO” 〜IXIO−2Torrの低真空の減圧
状態に維持する。
圧状態に維持される。そのために還元性ガス14a雰囲
気中での加熱処理の時と同様に、反応炉10内を例えば
、IXIO” 〜IXIO−2Torrの低真空の減圧
状態に維持する。
次に加熱部l6によって加熱処理を行う。この加熱処理
によって、熱的に活性化された反応性ガス14bが、基
板l8自体及び不純物と化学的に反応して揮発するので
基板l8に付着している無機物等の不純物を除去できる
。反応性ガス14bの熱的活性化は、例えば反応性ガス
14bに赤外線を照射することによって行う。反応炉l
o内を減圧状態に維持しながら加熱処理を行うので、基
Fil8のエッチングによる揮発性の反応生戒物が反応
炉10外へ排気され、その結果、反応生戒物によって基
板l8及び反応炉10内が汚染される度合を低減できる
。例えば、基板l8の表面温度を約1000゜Cに保持
するように基板18を加熱しながら約20秒間、反応性
ガス14bによる基板l8のエッチングを行えば良い。
によって、熱的に活性化された反応性ガス14bが、基
板l8自体及び不純物と化学的に反応して揮発するので
基板l8に付着している無機物等の不純物を除去できる
。反応性ガス14bの熱的活性化は、例えば反応性ガス
14bに赤外線を照射することによって行う。反応炉l
o内を減圧状態に維持しながら加熱処理を行うので、基
Fil8のエッチングによる揮発性の反応生戒物が反応
炉10外へ排気され、その結果、反応生戒物によって基
板l8及び反応炉10内が汚染される度合を低減できる
。例えば、基板l8の表面温度を約1000゜Cに保持
するように基板18を加熱しながら約20秒間、反応性
ガス14bによる基板l8のエッチングを行えば良い。
次に、加熱部16による加熱処理を停止すると共にバル
ブ46bを閉して反応性ガス14bの供給を停止し、基
Fi1日が室温まで冷却するのを待つ。この冷却の仕方
は基板18の自然冷却としても良いし、強制冷却として
も良い。
ブ46bを閉して反応性ガス14bの供給を停止し、基
Fi1日が室温まで冷却するのを待つ。この冷却の仕方
は基板18の自然冷却としても良いし、強制冷却として
も良い。
次に、バルプ38.36aを閉し、バルブ36b,36
eを開き、反応炉10内を例えば、IXIO−’Tor
rO高真空に排気する。
eを開き、反応炉10内を例えば、IXIO−’Tor
rO高真空に排気する。
〈第1の絶縁膜の或膜〉
次に酸化ガス14c雰囲気中で加熱処理を行って基板l
8に第1の絶縁膜として酸化膜を形成するためにバルブ
36b,36eを閉じ、バルプ38.36a,48b,
46cを開き、酸化性ガス14c例えば、酸素ガスを反
応炉内に供給する.(第1図参照)このとき、酸化膜形
成時の反応生成物を反応炉IO外に排気するため、反応
炉10内を例えば、I X 1 02〜I X 1 0
−”Torrの低真空の減圧状態に維持する。
8に第1の絶縁膜として酸化膜を形成するためにバルブ
36b,36eを閉じ、バルプ38.36a,48b,
46cを開き、酸化性ガス14c例えば、酸素ガスを反
応炉内に供給する.(第1図参照)このとき、酸化膜形
成時の反応生成物を反応炉IO外に排気するため、反応
炉10内を例えば、I X 1 02〜I X 1 0
−”Torrの低真空の減圧状態に維持する。
次に加熱部l6による加熱処理によって基板18を加熱
して基板表面に酸化膜を形成する。
して基板表面に酸化膜を形成する。
基板1日の加熱は、基板表面温度を温度測定手段26で
測定しながら、例えば50〜200’C/秒の間の適当
な割合で行う。好ましくは、昇温速度約100゜C/秒
、加熱時間、約20秒間、加熱温度1 0 0 0 ”
Cで加熱を行う。また、この場合、上昇温度を一定の割
合で行うのが好適であるが、それは酸化膜の戒長度台で
−疋にして、膜質の良いものを形成するためである。こ
れらの条件のもと、基板を加熱処理することによって、
膜厚約50人の酸化膜を形成できる。酸化膜の膜厚制御
は、酸化時間(加熱時間)、酸化温度(加熱温度)及び
酸化ガス14cの流量を調整することによって行える. 所望の膜厚の酸化膜を形成したら、次に基板l8の加熱
を停止する。その後、バルブ46cを閉じて酸化ガス1
4cの供給を停止する。
測定しながら、例えば50〜200’C/秒の間の適当
な割合で行う。好ましくは、昇温速度約100゜C/秒
、加熱時間、約20秒間、加熱温度1 0 0 0 ”
Cで加熱を行う。また、この場合、上昇温度を一定の割
合で行うのが好適であるが、それは酸化膜の戒長度台で
−疋にして、膜質の良いものを形成するためである。こ
れらの条件のもと、基板を加熱処理することによって、
膜厚約50人の酸化膜を形成できる。酸化膜の膜厚制御
は、酸化時間(加熱時間)、酸化温度(加熱温度)及び
酸化ガス14cの流量を調整することによって行える. 所望の膜厚の酸化膜を形成したら、次に基板l8の加熱
を停止する。その後、バルブ46cを閉じて酸化ガス1
4cの供給を停止する。
以上の工程を経て第1の絶縁膜を形成する。
次に、バルブ38.36aを閉じ、バルプ36b,36
eを開き、反応炉10内を例えば、IXIO−”Tor
rO高真空に排気する。
eを開き、反応炉10内を例えば、IXIO−”Tor
rO高真空に排気する。
く第2の絶縁膜の或膜〉
第2の絶縁膜は、第1の絶縁膜の電気的絶縁破壊耐性の
向上化のため形成される。
向上化のため形成される。
この実施例では、第2の絶縁膜として酸化窒化膜( S
t O z N y ; X , Y≧O)を形成
した。
t O z N y ; X , Y≧O)を形成
した。
酸化窒化膜は、以下に示す方法で形成する。反応炉10
内をI X 10− ”TorrO高真空に排気後、バ
ルブ36b,36eを閉し、バルブ38.36a48b
.46dを開き、一酸化二窒素(szo)ガス14dを
反応炉10内に供給する(第1図を参照)この時、第1
の絶縁膜である酸化膜形成時と同様に、反応生成物を反
応炉IO外に排気するため;反応炉10内を例えばIX
IO”〜IXIO−”Torrの低真空の減圧状態に維
持する。
内をI X 10− ”TorrO高真空に排気後、バ
ルブ36b,36eを閉し、バルブ38.36a48b
.46dを開き、一酸化二窒素(szo)ガス14dを
反応炉10内に供給する(第1図を参照)この時、第1
の絶縁膜である酸化膜形成時と同様に、反応生成物を反
応炉IO外に排気するため;反応炉10内を例えばIX
IO”〜IXIO−”Torrの低真空の減圧状態に維
持する。
次に加熱部l6を用いた加熱処理によって、酸化膜上に
酸化窒化膜を形成する。
酸化窒化膜を形成する。
加熱処理は、第1の絶縁膜形成時と同様の処理工程及び
条件で行う。この結果、酸化膜上に約50入の酸化窒化
膜が戒長する。
条件で行う。この結果、酸化膜上に約50入の酸化窒化
膜が戒長する。
所望の膜厚の酸化窒化膜が形成したら、次に加熱を停止
する。この加熱停止と共に、ハルプ46dを閉して、N
20ガス14dの供給を停止し、バルブ46eを開いて
、反応炉10内のN,Oガス14dを不活性ガス14e
,窒素(N2)ガスに置換する。
する。この加熱停止と共に、ハルプ46dを閉して、N
20ガス14dの供給を停止し、バルブ46eを開いて
、反応炉10内のN,Oガス14dを不活性ガス14e
,窒素(N2)ガスに置換する。
不活性ガス14eに置換することによって必要以上に成
長するのを阻止する。
長するのを阻止する。
最後に基板18を室温まで冷却することで戒膜工程を終
了する。
了する。
通常の酸化膜形成を行うと、シリコン/酸化膜界面、酸
化膜中に、未結合手あるいは弱い結合を含むSi−Si
結合,Si−0結合,o−o結合が数多く存在する非結
晶構造となっている。
化膜中に、未結合手あるいは弱い結合を含むSi−Si
結合,Si−0結合,o−o結合が数多く存在する非結
晶構造となっている。
ここで、T D D B (Time−Depende
nt DielectricBreakdown)試験
により、絶縁破壊耐性を調べてみる。TDDBとは経時
破壊、つまり、一定電界を長時間印加していると、絶縁
破壊に至るという電界ストレスによる疲労現象である。
nt DielectricBreakdown)試験
により、絶縁破壊耐性を調べてみる。TDDBとは経時
破壊、つまり、一定電界を長時間印加していると、絶縁
破壊に至るという電界ストレスによる疲労現象である。
ここで、通常のシリコン/酸化膜に対して、TDDB試
験を行うと、上記未結合手あるいは、弱い結合を含むS
i−Si結合,Si−0結合,o−o結合の結合が切れ
、正孔トラップの発生に寄与してしまい最終的には、絶
縁破壊を起こす。
験を行うと、上記未結合手あるいは、弱い結合を含むS
i−Si結合,Si−0結合,o−o結合の結合が切れ
、正孔トラップの発生に寄与してしまい最終的には、絶
縁破壊を起こす。
本発明の実施例では、酸化膜中に存在する未結合手を低
減させるため、酸化股上に第2の絶縁膜として、酸化窒
化膜を戒長させた.このことにより、酸化窒化膜中に存
在する.窒素原子が酸化膜中に侵入し、それにより新ら
たにSi−N結合,o−N結合が発生する。従って、未
結合手ないしは弱い結合が低減され、絶縁破壊耐性が向
上する。
減させるため、酸化股上に第2の絶縁膜として、酸化窒
化膜を戒長させた.このことにより、酸化窒化膜中に存
在する.窒素原子が酸化膜中に侵入し、それにより新ら
たにSi−N結合,o−N結合が発生する。従って、未
結合手ないしは弱い結合が低減され、絶縁破壊耐性が向
上する。
第4図はTDDB試験によって得られた破壊時間−ワイ
ブル分布グラフを示したものである。本発明の第2の絶
縁膜/第1の絶縁膜/シリコン基板の絶縁破壊耐性が向
上したことが分かる。
ブル分布グラフを示したものである。本発明の第2の絶
縁膜/第1の絶縁膜/シリコン基板の絶縁破壊耐性が向
上したことが分かる。
(発明の効果)
上述した説明からも明らかなように、本発明の絶縁膜形
成方法は、還元性ガス雰囲気中で熱処理し、その後反応
性ガス雰囲気中で熱処理するようにしたので、低温によ
る熱酸化を行っても界面が粗れることかなくなり膜質の
向上が図れる。なお高温で熱酸化をする必要がなくなっ
たので膜厚の制御性も向上する。また、本発明では、第
2の絶縁膜を絶縁膜/シリコン基板上に形成するように
したので絶縁破壊耐性が向上する。
成方法は、還元性ガス雰囲気中で熱処理し、その後反応
性ガス雰囲気中で熱処理するようにしたので、低温によ
る熱酸化を行っても界面が粗れることかなくなり膜質の
向上が図れる。なお高温で熱酸化をする必要がなくなっ
たので膜厚の制御性も向上する。また、本発明では、第
2の絶縁膜を絶縁膜/シリコン基板上に形成するように
したので絶縁破壊耐性が向上する。
第1図は、本発明の絶縁膜形成方法の説明をするための
図である。 第2図は本発明の実施に供する絶縁膜形成装置の主要部
を概略的に示す断面図である。 第3図は、本発明の実施&.:供する絶縁膜形成装置の
全体構成を概略的に示す図である。 第4図は、TDDB試験によって得られた破壊時間−ワ
イブル分布グラフである。
図である。 第2図は本発明の実施に供する絶縁膜形成装置の主要部
を概略的に示す断面図である。 第3図は、本発明の実施&.:供する絶縁膜形成装置の
全体構成を概略的に示す図である。 第4図は、TDDB試験によって得られた破壊時間−ワ
イブル分布グラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、還元性ガス雰囲気中で、シリコン基板を熱処理し、
その後反応性ガス雰囲気中で、前記シリコン基板を熱処
理することによって、前記シリコン基板を清浄する工程
と、 窒素を含まない酸化性ガス雰囲気中で熱処理することに
よって前記シリコン基板上に第1の絶縁膜となる酸化膜
を形成する工程と、 一酸化二窒素雰囲気中で、熱処理することによって、前
記第1の絶縁膜上に、第2の絶縁膜となる酸化窒化膜を
形成する工程と、 から成ることを特徴とする絶縁膜形成方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1299546A JPH03160720A (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 絶縁膜形成方法 |
EP19900122168 EP0430030A3 (en) | 1989-11-20 | 1990-11-20 | Method of forming an insulating film |
KR1019900018834A KR910010646A (ko) | 1989-11-20 | 1990-11-20 | 절연막 형성방법 |
US07/718,792 US5198392A (en) | 1989-11-20 | 1991-06-21 | Method of forming a nitrided silicon dioxide (SiOx Ny) film |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1299546A JPH03160720A (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 絶縁膜形成方法 |
JP4220390A JPH03244125A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 絶縁膜形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03160720A true JPH03160720A (ja) | 1991-07-10 |
Family
ID=26381850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1299546A Pending JPH03160720A (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 絶縁膜形成方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0430030A3 (ja) |
JP (1) | JPH03160720A (ja) |
KR (1) | KR910010646A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05251428A (ja) * | 1992-03-06 | 1993-09-28 | Oki Electric Ind Co Ltd | 絶縁膜形成方法およびこの絶縁膜を用いた不揮発性半導体装置 |
JPH05304146A (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-16 | Oki Electric Ind Co Ltd | 絶縁膜形成方法 |
WO1994028579A1 (fr) * | 1993-05-25 | 1994-12-08 | Tadahiro Ohmi | Procede de formage d'une couche mince d'oxyde isolante et dispositif a semi-conducteur |
JPH0997789A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US6635589B2 (en) | 1994-08-11 | 2003-10-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Methods of heat treatment and heat treatment apparatus for silicon oxide films |
US6821566B2 (en) | 1999-09-07 | 2004-11-23 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for forming insulating film containing silicon oxy-nitride |
JP2007201507A (ja) * | 2007-05-01 | 2007-08-09 | Tokyo Electron Ltd | 基板処理方法および基板処理装置 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0637063B1 (en) * | 1993-07-30 | 1999-11-03 | Applied Materials, Inc. | Method for depositing silicon nitride on silicium surfaces |
FR2783530B1 (fr) | 1998-09-21 | 2001-08-31 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation, par nitruration, d'un substrat de silicium pour la formation d'une couche isolante mince |
KR100342976B1 (ko) * | 1998-12-29 | 2002-09-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의금속배선및그형성방법 |
US6494959B1 (en) | 2000-01-28 | 2002-12-17 | Applied Materials, Inc. | Process and apparatus for cleaning a silicon surface |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01134932A (ja) * | 1987-11-19 | 1989-05-26 | Oki Electric Ind Co Ltd | 基板清浄化方法及び基板清浄化装置 |
JPH01207930A (ja) * | 1988-02-16 | 1989-08-21 | Oki Electric Ind Co Ltd | 表面改質法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0154670B1 (en) * | 1978-06-14 | 1991-05-08 | Fujitsu Limited | Process for producing a semiconductor device having insulating film |
-
1989
- 1989-11-20 JP JP1299546A patent/JPH03160720A/ja active Pending
-
1990
- 1990-11-20 EP EP19900122168 patent/EP0430030A3/en not_active Withdrawn
- 1990-11-20 KR KR1019900018834A patent/KR910010646A/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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US6821566B2 (en) | 1999-09-07 | 2004-11-23 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for forming insulating film containing silicon oxy-nitride |
JP2007201507A (ja) * | 2007-05-01 | 2007-08-09 | Tokyo Electron Ltd | 基板処理方法および基板処理装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0430030A2 (en) | 1991-06-05 |
KR910010646A (ko) | 1991-06-29 |
EP0430030A3 (en) | 1991-09-04 |
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