JPH03237719A - 半導体絶縁膜の形成方法 - Google Patents
半導体絶縁膜の形成方法Info
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- JPH03237719A JPH03237719A JP3430990A JP3430990A JPH03237719A JP H03237719 A JPH03237719 A JP H03237719A JP 3430990 A JP3430990 A JP 3430990A JP 3430990 A JP3430990 A JP 3430990A JP H03237719 A JPH03237719 A JP H03237719A
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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ｉｔ メモリ等の半導体装置に使用されている
半導体絶縁膜の形成方法に関するものであも従来の技術 従来の半導体絶縁膜の形成方法の一例を第５図に示す。
半導体絶縁膜の形成方法に関するものであも従来の技術 従来の半導体絶縁膜の形成方法の一例を第５図に示す。
通常Ｓｉの熱酸化膜を形成するには以下の方法を用いて
いた まず第５図（ａ）においてＳｉ基板ｌを酸系ある
いはアルカリ系の洗浄を行なｔ、％ パーティクルや
重金属などのコンタミネーションを除去した抵 第５図
（ｂ）のようにＳｉ基板ｌを例えばドライ０２酸化によ
りＳｉの熱酸化膜４を形成すも以上の様に形成された酸
化膜（友 通家 半導体装置において、分離絶縁風 ゲ
ート酸化法 容量絶縁膜等に使用されていも 発明が解決しようとする課題 上記のようなＳｉ熱酸化膜で（上 容量絶縁膜あるいは
ゲート酸化膜として使用する場合、熱酸化膜の比誘電率
が３．９であるか転 容量を増大させるにば 膜厚を薄
くする力＼ 面積を大きくするしか方法がなへ 容量面
積を増大させること（よ 素子の高集積化あるいは素子
としてのトランジスタの駆動能力を低下させｂ −ｘ
ｗｌ化膜厚を薄くすること（表 酸化膜耐圧等信頼
性の点で限界があん本発明は素子の高集積化に対応する
半導体絶縁膜を提供することを目的とすも 課題を解決するための手段 本発明（よ シリコン基板をＡｌを含むアルカリ系の洗
浄液で洗浄した眞 熱酸化を行Ｌ＼ 前記シリコン基板
上にＡｌを含んだシリコン酸化膜を形成する半導体絶縁
膜の形成方法であも あるいＣ上 酸化膜中にＡｌを
イオン注入ＬＡＡｌを含んだＳｉ酸化膜を形成する半導
体絶縁膜の形成方法であム作用 本発明（よ 上述の構成により、Ｓｉの熱酸化膜内にＡ
ｌを含ませ、絶縁膜をアルミナ（Ａ１２０３）系にする
ことにより、絶縁膜の比誘電率を上げることができも
比誘電率を上げることにより容量を増大させることがで
き、将来の素子の高集積化に対応することができも 実施例 第１図（友 本発明の第１の実施例における半導体絶縁
膜の形成方法を示す工程断面図であも 以下に第１図を
用いて、上述の半導体絶縁膜の製造方法について説明す
も 第１図（ａ）ではＳｉ基板１を最初に酸爪 アルカ
リ系の洗浄液を用いて洗浄すも これにより、シリコン
基板１表面のパーティクルや重金属（Ｆｅ、 Ｃｕ、
Ａｕ、 Ｃｒ等）を取り除く。第１図（ｂ）ではそのｉ
Ａｌを含んだアルカリ系の洗浄夜例えばＡｌを含ん
だアンモニア過酸化水素水（ＮＨＪ ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：
Ｈ２Ｏ−１： １ ：５．８０℃）で約１０分間洗浄す
も アンモニア過酸化水素水中のＡ ｌ ｊ；Ｌ 洗
浄中にＳｉウエノ＼−１表面に形成される自然酸化膜の
中に取り込まれも 従ってＳｉウェハー１表面ｇ；ｉ、
Ａ１２が吸着した状態となん 第１図（Ｃ）ではそ
の後、Ａ１２が吸着したＳｉウェハーｌを例えばドライ
酸素雰囲気で酸化する。Ａｌが吸着したＳｉ表面を酸化
してｉ Ａｌは酸化時にはすでにアルミナ（ＡｈＯｓ
）系になっている忍 はとんどＳｉ基板中には拡散しな
鴇 すなわちＳｉの酸化膜中にＡｌが残り、アルミナ系
の絶縁膜３として形威されも 第２図（ａ）ｌ＆ 上述の形成方法によってＡｌをＳ
ｉ表面に吸着させ、 ドライ酸化した場合の深さ方向の
ＳＩＭＳ分析結果であん ただし第２図（ａ）で４１
ＳＩＭＳ分析結果をわかりやすくする＆ Ａｌを含
んだ絶縁膜上にｐｏｌｙ Ｓｉを堆積しである（第２図
（ｂ）参照）。
いた まず第５図（ａ）においてＳｉ基板ｌを酸系ある
いはアルカリ系の洗浄を行なｔ、％ パーティクルや
重金属などのコンタミネーションを除去した抵 第５図
（ｂ）のようにＳｉ基板ｌを例えばドライ０２酸化によ
りＳｉの熱酸化膜４を形成すも以上の様に形成された酸
化膜（友 通家 半導体装置において、分離絶縁風 ゲ
ート酸化法 容量絶縁膜等に使用されていも 発明が解決しようとする課題 上記のようなＳｉ熱酸化膜で（上 容量絶縁膜あるいは
ゲート酸化膜として使用する場合、熱酸化膜の比誘電率
が３．９であるか転 容量を増大させるにば 膜厚を薄
くする力＼ 面積を大きくするしか方法がなへ 容量面
積を増大させること（よ 素子の高集積化あるいは素子
としてのトランジスタの駆動能力を低下させｂ −ｘ
ｗｌ化膜厚を薄くすること（表 酸化膜耐圧等信頼
性の点で限界があん本発明は素子の高集積化に対応する
半導体絶縁膜を提供することを目的とすも 課題を解決するための手段 本発明（よ シリコン基板をＡｌを含むアルカリ系の洗
浄液で洗浄した眞 熱酸化を行Ｌ＼ 前記シリコン基板
上にＡｌを含んだシリコン酸化膜を形成する半導体絶縁
膜の形成方法であも あるいＣ上 酸化膜中にＡｌを
イオン注入ＬＡＡｌを含んだＳｉ酸化膜を形成する半導
体絶縁膜の形成方法であム作用 本発明（よ 上述の構成により、Ｓｉの熱酸化膜内にＡ
ｌを含ませ、絶縁膜をアルミナ（Ａ１２０３）系にする
ことにより、絶縁膜の比誘電率を上げることができも
比誘電率を上げることにより容量を増大させることがで
き、将来の素子の高集積化に対応することができも 実施例 第１図（友 本発明の第１の実施例における半導体絶縁
膜の形成方法を示す工程断面図であも 以下に第１図を
用いて、上述の半導体絶縁膜の製造方法について説明す
も 第１図（ａ）ではＳｉ基板１を最初に酸爪 アルカ
リ系の洗浄液を用いて洗浄すも これにより、シリコン
基板１表面のパーティクルや重金属（Ｆｅ、 Ｃｕ、
Ａｕ、 Ｃｒ等）を取り除く。第１図（ｂ）ではそのｉ
Ａｌを含んだアルカリ系の洗浄夜例えばＡｌを含ん
だアンモニア過酸化水素水（ＮＨＪ ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：
Ｈ２Ｏ−１： １ ：５．８０℃）で約１０分間洗浄す
も アンモニア過酸化水素水中のＡ ｌ ｊ；Ｌ 洗
浄中にＳｉウエノ＼−１表面に形成される自然酸化膜の
中に取り込まれも 従ってＳｉウェハー１表面ｇ；ｉ、
Ａ１２が吸着した状態となん 第１図（Ｃ）ではそ
の後、Ａ１２が吸着したＳｉウェハーｌを例えばドライ
酸素雰囲気で酸化する。Ａｌが吸着したＳｉ表面を酸化
してｉ Ａｌは酸化時にはすでにアルミナ（ＡｈＯｓ
）系になっている忍 はとんどＳｉ基板中には拡散しな
鴇 すなわちＳｉの酸化膜中にＡｌが残り、アルミナ系
の絶縁膜３として形威されも 第２図（ａ）ｌ＆ 上述の形成方法によってＡｌをＳ
ｉ表面に吸着させ、 ドライ酸化した場合の深さ方向の
ＳＩＭＳ分析結果であん ただし第２図（ａ）で４１
ＳＩＭＳ分析結果をわかりやすくする＆ Ａｌを含
んだ絶縁膜上にｐｏｌｙ Ｓｉを堆積しである（第２図
（ｂ）参照）。
０とＡｌのピークを見てＳＩＭＳ分析のノックオン効果
等を考慮すると、Ａｌのピークは図中の点線で示される
分布となり、第２図からも明白な様にＡ １ ｉ；ｉ、
シリコン−絶縁膜界面よりζよ むしろｐｏｌｙ
Ｓｉ−絶縁膜界面で検出されていも すなわちＡｌがほ
とんどシリコン基板内に拡散していないことがわかもＡ
ｔ力文 熱酸化膜に残りやすいという現象を簡単な熱化
学方程式で考えてみると次の様になん 例えばＳｉとＡ
ｌの１０００℃での酸化反応における熱化学方程式は Ｓｉ＋０ｅ−８ｉＯ＊＋１５４ｋｃａｌ
（１）２ − Ａｌ＋ＳｉＯ＊−−Ａｌ５Ｏｓ＋Ｓｉ＋４８ｋｃａ
ｌ （３）３ を得も 反応熱が正であるか転 式（３）は右に進へＡ
ｌは酸化され５ｉｎｓは還元されも すなわちＡｌはＳ
ｉ内部よりも酸化膜内部”に存在しやすいと考えてもよ
賎 以上の様なＡｌの特性を生かすことによって、Ａｌ
を含んだ誘電率の高い絶縁膜を形成することが可能とな
ん 第３図１上 本発明の第２の実施例における半導体
絶縁膜の形成方法を示す工程断面であも 以下に第３図
を用いて、上述の半導体絶縁膜の製造方法について説明
すも 第１の実施例と同根 第３図（ａ）ではＳｉ基板
ｌを最初に酸久 アルカリ系の洗浄液で洗浄し パーテ
ィクルや重金属等を除去すも その抵 第３図（ｂ）で
（友 例えばドライ０２酸化により純粋な５ｉｎｓ ４
を極く薄く形威すも その抵 第３図（Ｃ）ではＡｌを
含んだアルカリ系の洗浄液例えばＡｌを含んだアンモニ
ア過酸化水素水で洗浄すると、純粋な５ｉｎｓ Ａ上に
Ａ１２が吸着すも その抵 第３図（ｄ）では純粋なＳ
ｉｇｈ Ｊ上に吸着（１）、（２）式か＝ Ａｌと５
ｉｆｔの酸化還元反応としてさせたＡ１２とともに第３
図（Ｃ）のウェハーを例えばドライ０２酸化で酸化り、
Ａｌを含んだ絶縁膜３を形成すも 本実施例におい
て（よ 純粋な５ｉＯａ薄膜が存在する＆ ＡｌのＳ
ｉ基板への拡散 その位 重金属等の拡散を完全に止め
ることができも 実施例１において、Ａ ｌ ｉ＆
はとんど拡散しないと記述した力＜、Ａｌが掻く少量拡
散した場合でもリコンビネーションライフタイムが多少
低下すム 従って、ライフタイムを下げずニＡｌを含ん
だ高誘電率の絶縁膜を形成するには 本実施例を用いる
ことが望ましＩ、％ 第４図（上 本発明の第３の実
施例における半導体絶縁膜の形成方法を示す工程断面図
であも 以下に第４図を用いて、上述の半導体絶縁膜の
製造方法について説明すも 第１の実施例と同Ｓ、第４
図（ａ）ではＳｉ基板ｌを最初に酸系あるいはアルカリ
系の洗浄液で洗浄しパーティクルや重金属等を除去すも
その後、第４図（ｂ）で（戴 例えばドライ０２酸化
により純粋な５ｉＯａ ４を形成する。
等を考慮すると、Ａｌのピークは図中の点線で示される
分布となり、第２図からも明白な様にＡ １ ｉ；ｉ、
シリコン−絶縁膜界面よりζよ むしろｐｏｌｙ
Ｓｉ−絶縁膜界面で検出されていも すなわちＡｌがほ
とんどシリコン基板内に拡散していないことがわかもＡ
ｔ力文 熱酸化膜に残りやすいという現象を簡単な熱化
学方程式で考えてみると次の様になん 例えばＳｉとＡ
ｌの１０００℃での酸化反応における熱化学方程式は Ｓｉ＋０ｅ−８ｉＯ＊＋１５４ｋｃａｌ
（１）２ − Ａｌ＋ＳｉＯ＊−−Ａｌ５Ｏｓ＋Ｓｉ＋４８ｋｃａ
ｌ （３）３ を得も 反応熱が正であるか転 式（３）は右に進へＡ
ｌは酸化され５ｉｎｓは還元されも すなわちＡｌはＳ
ｉ内部よりも酸化膜内部”に存在しやすいと考えてもよ
賎 以上の様なＡｌの特性を生かすことによって、Ａｌ
を含んだ誘電率の高い絶縁膜を形成することが可能とな
ん 第３図１上 本発明の第２の実施例における半導体
絶縁膜の形成方法を示す工程断面であも 以下に第３図
を用いて、上述の半導体絶縁膜の製造方法について説明
すも 第１の実施例と同根 第３図（ａ）ではＳｉ基板
ｌを最初に酸久 アルカリ系の洗浄液で洗浄し パーテ
ィクルや重金属等を除去すも その抵 第３図（ｂ）で
（友 例えばドライ０２酸化により純粋な５ｉｎｓ ４
を極く薄く形威すも その抵 第３図（Ｃ）ではＡｌを
含んだアルカリ系の洗浄液例えばＡｌを含んだアンモニ
ア過酸化水素水で洗浄すると、純粋な５ｉｎｓ Ａ上に
Ａ１２が吸着すも その抵 第３図（ｄ）では純粋なＳ
ｉｇｈ Ｊ上に吸着（１）、（２）式か＝ Ａｌと５
ｉｆｔの酸化還元反応としてさせたＡ１２とともに第３
図（Ｃ）のウェハーを例えばドライ０２酸化で酸化り、
Ａｌを含んだ絶縁膜３を形成すも 本実施例におい
て（よ 純粋な５ｉＯａ薄膜が存在する＆ ＡｌのＳ
ｉ基板への拡散 その位 重金属等の拡散を完全に止め
ることができも 実施例１において、Ａ ｌ ｉ＆
はとんど拡散しないと記述した力＜、Ａｌが掻く少量拡
散した場合でもリコンビネーションライフタイムが多少
低下すム 従って、ライフタイムを下げずニＡｌを含ん
だ高誘電率の絶縁膜を形成するには 本実施例を用いる
ことが望ましＩ、％ 第４図（上 本発明の第３の実
施例における半導体絶縁膜の形成方法を示す工程断面図
であも 以下に第４図を用いて、上述の半導体絶縁膜の
製造方法について説明すも 第１の実施例と同Ｓ、第４
図（ａ）ではＳｉ基板ｌを最初に酸系あるいはアルカリ
系の洗浄液で洗浄しパーティクルや重金属等を除去すも
その後、第４図（ｂ）で（戴 例えばドライ０２酸化
により純粋な５ｉＯａ ４を形成する。
その後、第４図（Ｃ）ではＡｌイオン５を５ｉｎｓ ４
中にイオン注入り、 Ａｌを含んだ熱酸化膜３とすも
本実施例において（友 約２００人のＳｉＯ２ ４を
形ｔｊ、ｔ、、Ａｌイオン５を約５ ｋｅＶの低加速エ
ネルギーで注入してい、４ Ａｌイオン５のＳｉＯ２
中の飛程は約９０人であり、ＳｉＯ２の中ば付近にイオ
ン注入していることになもその後、イオン注入によるダ
メージ除去の為９００℃の窒素雰囲気で３０分間アニー
ルを行っていも上述の形成方法を用いて、Ａｌを含んだ
アルミナ系の絶縁膜を形成することによってＬ 高誘電
率の膜を得ることができも 発明の詳細 な説明した様に 本発明によれば 洗浄液を用いてＡ１
を含んだＳｉの熱酸化膜を形成することができ、アルミ
ナ系の絶縁膜とすることにより、高誘電率の絶縁膜とす
ることができも あるい（よＳｉウェハーを熱酸化した
後、Ａｌを酸化膜内部にイオン注入することにより、ア
ルミナ系の絶縁膜とすることができも これらの方法に
よれハＣＶＤ膜などの様に耐圧等の悪化がなく、又ウェ
ハーのライフタイムも低下させることもなく、高品質の
高誘電率絶縁膜となりその実用的効果は大きしｔ
中にイオン注入り、 Ａｌを含んだ熱酸化膜３とすも
本実施例において（友 約２００人のＳｉＯ２ ４を
形ｔｊ、ｔ、、Ａｌイオン５を約５ ｋｅＶの低加速エ
ネルギーで注入してい、４ Ａｌイオン５のＳｉＯ２
中の飛程は約９０人であり、ＳｉＯ２の中ば付近にイオ
ン注入していることになもその後、イオン注入によるダ
メージ除去の為９００℃の窒素雰囲気で３０分間アニー
ルを行っていも上述の形成方法を用いて、Ａｌを含んだ
アルミナ系の絶縁膜を形成することによってＬ 高誘電
率の膜を得ることができも 発明の詳細 な説明した様に 本発明によれば 洗浄液を用いてＡ１
を含んだＳｉの熱酸化膜を形成することができ、アルミ
ナ系の絶縁膜とすることにより、高誘電率の絶縁膜とす
ることができも あるい（よＳｉウェハーを熱酸化した
後、Ａｌを酸化膜内部にイオン注入することにより、ア
ルミナ系の絶縁膜とすることができも これらの方法に
よれハＣＶＤ膜などの様に耐圧等の悪化がなく、又ウェ
ハーのライフタイムも低下させることもなく、高品質の
高誘電率絶縁膜となりその実用的効果は大きしｔ
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明における実施例１の絶縁
膜形成方法を示す工程断面は 第２図（ａ）は形成され
た絶縁膜のＳＩＭＳ分析結果を示す＠ 第２図（ｂ）は
分析した試料を示す断面は 第３図（ａ）〜（ｄ）は実
施例２の絶縁膜形成方法を示す工程断面は 第４図（ａ
）〜（ｃ）は実施例３の絶縁膜形成方法を示す工程断面
図、１ｆｆ２１（ａ）、 （”ｂ）Ｉｔ従未の絶縁膜形
成方法を示す工程断面図で′あう。
膜形成方法を示す工程断面は 第２図（ａ）は形成され
た絶縁膜のＳＩＭＳ分析結果を示す＠ 第２図（ｂ）は
分析した試料を示す断面は 第３図（ａ）〜（ｄ）は実
施例２の絶縁膜形成方法を示す工程断面は 第４図（ａ
）〜（ｃ）は実施例３の絶縁膜形成方法を示す工程断面
図、１ｆｆ２１（ａ）、 （”ｂ）Ｉｔ従未の絶縁膜形
成方法を示す工程断面図で′あう。
Claims (3)
- （１）シリコン基板をＡｌを含むアルカリ系の洗浄液で
洗浄した後、熱酸化を行い前記シリコン基板上にＡｌを
含んだシリコン酸化膜を形成することを特徴とする半導
体絶縁膜の形成方法。 - （２）シリコン基板を不純物を含まない洗浄液で洗浄し
、熱酸化を行い前記シリコン基板上に純粋なＳｉＯ＿２
を形成する工程と、その後、Ａｌを含むアルカリ系の洗
浄液で洗浄し、前記純粋なＳｉＯ＿２上にＡｌを含んだ
シリコン酸化膜を形成する工程とを備えた半導体絶縁膜
の形成方法。 - （３）シリコン基板を洗浄後、熱酸化を行い前記シリコ
ン基板上にＳｉＯ＿２を形成する工程と、前記ＳｉＯ＿
２膜内部にＡｌをイオン注入しＡｌを含んだシリコン酸
化膜を形成する工程とを備えた半導体絶縁膜の形成方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3430990A JPH03237719A (ja) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | 半導体絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3430990A JPH03237719A (ja) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | 半導体絶縁膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03237719A true JPH03237719A (ja) | 1991-10-23 |
Family
ID=12410560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3430990A Pending JPH03237719A (ja) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | 半導体絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03237719A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100356473B1 (ko) * | 1999-12-29 | 2002-10-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 알루미늄 옥사이드 박막 형성 방법 |
-
1990
- 1990-02-14 JP JP3430990A patent/JPH03237719A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100356473B1 (ko) * | 1999-12-29 | 2002-10-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 알루미늄 옥사이드 박막 형성 방법 |
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