JPH03244125A - Formation of insulating film - Google Patents

Formation of insulating film

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JPH03244125A
JPH03244125A JP4220390A JP4220390A JPH03244125A JP H03244125 A JPH03244125 A JP H03244125A JP 4220390 A JP4220390 A JP 4220390A JP 4220390 A JP4220390 A JP 4220390A JP H03244125 A JPH03244125 A JP H03244125A
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JP
Japan
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insulating film
substrate
film
reactor
gas
Prior art date
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JP4220390A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Fukuda
永 福田
Tomiyuki Arakawa
富行 荒川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication of JPH03244125A publication Critical patent/JPH03244125A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable formation of insulating films excellent in quality by forming the first insulating film from the first oxidizing gas containing no nitrogen and the overlying second insulating film from the second oxidizing gas containing nitrogen. CONSTITUTION:After a silicon substrate 18 is mounted on a supporter in a reactor furnace, this substrate 18 is cleaned and treated for deposition of an insulating film. That is, the first oxidizing gas containing no nitrogen is used as the insulating film deposition gas to deposit the first insulating film 61 on the substrate 18; then, the second oxidizing gas containing nitrogen is used to deposit the second insulating film 63 on the film 61. In other words, the substrate 18 is overlaid with a silicon oxide film as the film 61 and a silicon oxide nitride film as the film 63, and nitrogen atoms contained in the silicon oxide nitride film by several atom % diffuse uniformly through an insulating film constituted of the silicon oxide nitride film. Therefore, silicon atoms act on unpaired coupling means such as unpaired coupling of silicon atoms contained in these films or strained Si-O-Si coupling to constitute SiN coupling, thereby providing an insulating film excellent in quality.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、絶縁膜形成方法に関するもので、特に膜厚
の薄い絶縁膜であって品質の優れた絶縁膜を形成する方
法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for forming an insulating film, and particularly to a method for forming an insulating film that is thin and has excellent quality. .

(従来の技術) 最先端技術(こより形成されるシリコン集積回路、特に
MOS (Metal 0xide Sem1cond
uctor)集積回路では膜厚が極めて薄い酸化膜がゲ
ート絶縁膜に用いられる。とりわけ1.Oum以下のゲ
ト長を有するサブミクロンMOSデバイスでは膜厚が例
えば100大以下となる酸化膜が用いられ、このように
膜厚を薄くすること(こまって利得の向上が図られてい
る。
(Conventional technology) Cutting edge technology (silicon integrated circuits formed from this, especially MOS (Metal Oxide Sem1cond)
In integrated circuits, an extremely thin oxide film is used as a gate insulating film. Especially 1. In a submicron MOS device having a gate length of Oum or less, an oxide film having a film thickness of, for example, 100 nm or less is used, and by reducing the film thickness in this way, the gain is improved.

酸化膜の従来の形成方法の一例としては、例えば文献:
 rMO3LsI製造技術、徳山  轟、橋本 哲−編
著、日経マグロウヒル社、P、65 (1985)」に
開示されるものがあった。
As an example of a conventional method for forming an oxide film, for example, see the literature:
"rMO3LsI Production Technology," edited by Todoroki Tokuyama and Satoshi Hashimoto, Nikkei McGraw-Hill Publishing, P. 65 (1985).

この文献に開示されている方法では、まず、電気炉によ
って800〜1200’Cに加熱した石英管内に、清浄
化した基板が配Hされる。その後、酸化膜形成のための
酸化性ガスが石英管内に導入される。酸化性ガスとして
は例えば、乾燥した酸素ガス、或は酸素及び水素の混合
ガス、或は塩酸を霧状にして酸素ガスと混合したガス等
が用いられる。酸化性ガスの導入された石英管内に基板
を、形成しようとする酸化膜の膜厚に見合った時間一定
温度で放貿しておくことによって基板表面に均一な膜厚
の酸化膜か形成される。
In the method disclosed in this document, first, a cleaned substrate is placed in a quartz tube heated to 800-1200'C in an electric furnace. Thereafter, an oxidizing gas for forming an oxide film is introduced into the quartz tube. As the oxidizing gas, for example, dry oxygen gas, a mixed gas of oxygen and hydrogen, a gas obtained by atomizing hydrochloric acid and mixing it with oxygen gas, etc. are used. By leaving the substrate in a quartz tube into which oxidizing gas is introduced at a constant temperature for a period of time commensurate with the thickness of the oxide film to be formed, an oxide film with a uniform thickness is formed on the surface of the substrate. .

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述の文献に開示されている絶縁膜形成
方法では、膜厚か例えば100大以下の薄い酸化膜を形
成する場合膜厚制御か困難であった。そのため、従来の
絶縁膜形成方法で上述のような薄い酸化膜を形成する場
合は、石英管の加熱温度を800℃以下にする方法(以
下、これを低温酸化法と略称することもある。)或いは
、窒素で酸素を稀釈して酸化速度の低下を図る方法(以
下、これを稀釈酸化法と略称することもある。)をとら
ざるを得ない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the insulating film forming method disclosed in the above-mentioned literature, it is difficult to control the film thickness when forming a thin oxide film having a film thickness of, for example, 100 or less. Therefore, when forming a thin oxide film as described above using the conventional insulating film forming method, the heating temperature of the quartz tube is set to 800 degrees Celsius or less (hereinafter, this may be abbreviated as low-temperature oxidation method). Alternatively, it is necessary to use a method of diluting oxygen with nitrogen to reduce the oxidation rate (hereinafter, this may be abbreviated as a dilution oxidation method).

しかし、低温酸化法では、シリコン(基板)/シリコン
酸化膜界面が荒れてしまうという問題点かあった。また
、稀釈酸化法では窒素がシリコン/シリコン酸化膜界面
(こ偏析するので新たに界面準位か発生する等の問題点
があった。
However, the low-temperature oxidation method has a problem in that the silicon (substrate)/silicon oxide film interface becomes rough. In addition, the dilute oxidation method has problems such as the fact that nitrogen segregates at the silicon/silicon oxide film interface, resulting in the generation of new interface states.

また、低温酸化法及び稀釈酸化法のいずれの方法でも、
得られる酸化膜は、緻密でなく、シリコン/シリコン酸
化膜界面及び酸化膜中に例えばシリコン原子の不対結合
や或いは歪んたSi−〇Si結合が多く存在するもので
あり、このためそもそも界面準位が高くなる傾向があっ
た。従って、このような酸化膜GMO5型O5効果トラ
ンジスタのゲート絶縁膜として使用した場合、上記の原
因に起因する種々の問題が生じる。例えば、ゲート長1
um以下の微細なMO8型電界効果トランジスタの場合
では、チャネル領域で発生したホットエレクトロンがこ
の酸化膜中に侵入すると、電子はこの酸化膜中のシリコ
ン原子の不対結合や歪んだSi−〇−31結合にトラッ
プされ新たな界面準位を発生させ、このためMO3型ト
ランジスタにおける閾値電圧の変動や伝達コンダクタン
スの低下を引き起しでしまう。または、このような酸化
膜を用いてMO3構造を構成しこれの耐圧試験を行うと
、シリコン原子の不対結合や歪んk S 1−〇−Si
結合等のような結合が切れることにより新たなトラップ
が当該酸化膜中に発生し絶縁破壊の原因(こなる。
In addition, in both the low temperature oxidation method and the diluted oxidation method,
The resulting oxide film is not dense, and there are many unpaired bonds of silicon atoms or distorted Si-〇Si bonds, for example, at the silicon/silicon oxide film interface and in the oxide film. There was a tendency for the rank to be higher. Therefore, when such an oxide film is used as a gate insulating film of a GMO5 type O5 effect transistor, various problems arise due to the above-mentioned causes. For example, gate length 1
In the case of a micro MO8 field effect transistor with a size smaller than um, when hot electrons generated in the channel region enter the oxide film, the electrons are absorbed into the unpaired bonds of silicon atoms in the oxide film and the distorted Si-〇-. 31 bonds and generates a new interface level, which causes a fluctuation in the threshold voltage and a decrease in transfer conductance in the MO3 type transistor. Alternatively, when an MO3 structure is constructed using such an oxide film and a withstand voltage test is performed on the structure, dangling bonds and distortions of silicon atoms occur.
When bonds such as bonds are broken, new traps are generated in the oxide film, causing dielectric breakdown.

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、従来(こ比し膜質の優れた絶縁
膜を形成出来る方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of these points, and therefore, an object of the present invention is to provide a method that can form an insulating film with superior film quality compared to the conventional method.

(課題を解決するための手段) この目的の遠戚を図るため、この発明によれば、反応炉
内で基板1こ対し絶R膜形成ガス雰囲気中での加熱処理
を行なって該基板に絶R膜を形成するに当たり、 絶縁膜形成ガスを窒素非含有の第1の酸化性ガスとして
第1の絶縁膜を形成し、続いて前述の絶縁膜形成ガスを
窒素含有の第2の酸化性ガスに代えで前述の第1の絶縁
膜上(こ第2の絶縁膜を形成する工程を少なくとも1回
含むことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this objective, according to the present invention, a heat treatment is performed on a substrate in an atmosphere of an absolutely R film forming gas in a reaction furnace, so that the substrate is completely In forming the R film, a first insulating film is formed using a nitrogen-free first oxidizing gas as the insulating film forming gas, and then the above-mentioned insulating film forming gas is replaced with a nitrogen-containing second oxidizing gas. Instead, the method is characterized in that it includes at least one step of forming a second insulating film on the first insulating film described above.

なお、ここで云う基板とは、シリコン基板等のような基
板そのものである場合は勿論のこと、基板上にエピタキ
シャル層が形成されたもの、基板やエピタキシャル層(
こ素子か作り込まれている中間体等、絶縁膜が形成され
るべき広く下地を意味している。
Note that the term "substrate" here refers to not only the substrate itself such as a silicon substrate, but also a substrate on which an epitaxial layer is formed, a substrate, or an epitaxial layer (
This broadly refers to the base material on which an insulating film is to be formed, such as an intermediate body in which a device is fabricated.

また、この発明の実施に当たり、絶縁膜の形成前(こ前
述の基板に対し還元性ガス雰囲気中での加熱処理を行な
うのが好適である。
Further, in carrying out the present invention, it is preferable to heat the above-mentioned substrate in a reducing gas atmosphere before forming the insulating film.

さらにこの発明の実施に当たり、前述の絶縁膜形成ガス
雰囲気中での加熱処理及び還元性ガス雰囲気中での加熱
処理各々を赤外線照射により行なうのが好適である。
Further, in carrying out the present invention, it is preferable that the heat treatment in the insulating film-forming gas atmosphere and the heat treatment in the reducing gas atmosphere are each performed by infrared irradiation.

(作用) この発明の絶縁膜形成方法(こよれば、窒素非含有の第
1の酸化性ガスを用い基板上に第1の絶縁膜が先ず形成
され、続いて、窒素含有の第2の酸化性ガスを用い第1
の絶縁膜上に第2の絶縁膜が形成される。従って、窒素
含有の酸化性ガスを用いているとはいえ、このガスを用
いる際には基板上には第1の絶縁膜が既に形成されてい
るので、基板/絶縁膜界面に窒素が偏析するようなこと
は起こらない。
(Function) The method for forming an insulating film of the present invention (according to which a first insulating film is first formed on a substrate using a first oxidizing gas that does not contain nitrogen, and then a second oxidizing gas that does not contain nitrogen is used). First using sexual gas
A second insulating film is formed on the insulating film. Therefore, although a nitrogen-containing oxidizing gas is used, since the first insulating film is already formed on the substrate when this gas is used, nitrogen segregates at the substrate/insulating film interface. Such a thing doesn't happen.

また、シリコン基板上に絶縁膜を形成する例で考えた場
合この発明によれば、シリコン基板上には、第1の絶縁
膜としてのシリコン酸化膜及び第2の絶縁膜としてのシ
リコン酸化窒化膜がこの順に形成される。この構成にお
いては、シリコン酸化窒化膜中には数原子%の窒素原子
か含まれるようになる。そして、この窒素原子は、シリ
コン酸化窒化膜中やシリコン酸化膜中に一様に拡散する
ようになり、これら膜中含まれているシリコン原子の不
対結合や或いは歪んだSl−○−31結合等のような未
結合手等に作用しSiN結合やON結合を構成して、上
記未結合手の低減に寄与する。
Further, when considering an example in which an insulating film is formed on a silicon substrate, according to the present invention, a silicon oxide film as a first insulating film and a silicon oxynitride film as a second insulating film are formed on the silicon substrate. are formed in this order. In this configuration, the silicon oxynitride film contains several atomic percent of nitrogen atoms. These nitrogen atoms then diffuse uniformly into the silicon oxynitride film and the silicon oxide film, causing unpaired bonds or distorted Sl-○-31 bonds of the silicon atoms contained in these films. It acts on dangling bonds, etc., to form SiN bonds and ON bonds, thereby contributing to the reduction of the dangling bonds.

また、絶縁膜形成前に基板に対し還元性ガス雰囲気中で
の加熱処理を行う構成によれば、基板上の自然酸化膜等
を除去出来清浄化された基板に絶縁膜が形成されるよう
(こなる。
In addition, according to the configuration in which the substrate is heat-treated in a reducing gas atmosphere before forming the insulating film, natural oxide films etc. on the substrate can be removed and the insulating film can be formed on the cleaned substrate ( This will happen.

また、還元性ガス雰囲気中での加熱処理及び絶縁膜形成
ガス雰囲気中での加熱処理各々を赤外線ランプ照射によ
り行なった場合、基板の加熱及び冷却を応答性良く行な
える。
Furthermore, when the heat treatment in a reducing gas atmosphere and the heat treatment in an insulating film forming gas atmosphere are each performed by irradiation with an infrared lamp, the substrate can be heated and cooled with good responsiveness.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の絶縁膜形成方法の実施
例(こつき説明する。
(Example) Examples of the insulating film forming method of the present invention will be explained below with reference to the drawings.

なお、図面はこの発明を理解出来る程度に、各構成成分
の寸法、形状及び配設位置を概略的に示しているにすぎ
ない。従って各構成成分の寸法、形状及び配曹関係は図
示例に限定されるものではない。また、以下の説明では
、特定の材料及び特定の数値的条件を挙げて説明するが
、これら材料及び条件は単なる好適例にすぎず、従って
この発明はこれら材料及び条件に限定されるものではな
い。
Note that the drawings only schematically show the dimensions, shapes, and arrangement positions of each component to the extent that the present invention can be understood. Therefore, the dimensions, shapes, and distribution relationships of each component are not limited to the illustrated examples. Further, in the following explanation, specific materials and specific numerical conditions will be cited and explained, but these materials and conditions are merely preferred examples, and therefore, the present invention is not limited to these materials and conditions. .

色、  2 ゛ の10 ます、この発明の絶縁膜形成方法の説明に先立ち、この
方法の実施に用いて好適な絶縁膜形成装置につき説明す
る。
First, prior to explaining the insulating film forming method of the present invention, an insulating film forming apparatus suitable for carrying out this method will be explained.

第3図はこの絶縁膜形成装置の主要部(主として反応炉
及び加熱部の構成)を概略的に示す断面図である。なお
、第3図では反応炉内に基板を設置した状態を示す。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing the main parts of this insulating film forming apparatus (mainly the structure of the reactor and heating section). Note that FIG. 3 shows a state in which the substrate is installed in the reactor.

また第4図はこの絶縁膜形成装置の全体構成を概略的に
示す図である。
Further, FIG. 4 is a diagram schematically showing the overall configuration of this insulating film forming apparatus.

第3図にも示すよう(ここの実施例では、反応炉(チャ
ンバー)10ヲ例えば本体10a、蓋部材+ob及び昇
降部材10cから構成する。本体10a及び昇降部材1
0cの形成材料としては例えば、ステンレスを、また蓋
部材10b及び後述の支持体20の形成材料としては、
例えば石英を用いる。
As shown in FIG. 3 (in this embodiment, the reactor (chamber) 10 is composed of, for example, a main body 10a, a lid member +ob, and an elevating member 10c.A main body 10a and an elevating member 1
For example, the material for forming 0c is stainless steel, and the material for forming the lid member 10b and the support body 20, which will be described later, is as follows:
For example, use quartz.

また上述の反応炉10の本体10a及び昇降部材10c
は分離可能に一体となって凹部aU形形成るものである
。また、昇降部材10cの凹部aの側には基板18ヲ載
せるための支持体20を設けて昇降部材10cの昇降(
こよって支持体20ヲのせた基板18ヲ反応炉10内へ
入れ或は反応炉10外へ取り出せるようにする。図示例
では昇降部材10cを例えば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。
Moreover, the main body 10a and the elevating member 10c of the above-mentioned reactor 10
are separably integrated to form a recess aU shape. Further, a support 20 for placing the substrate 18 is provided on the side of the recess a of the elevating member 10c, so that the elevating member 10c can be raised and lowered (
Thus, the substrate 18 on which the support 20 is placed can be put into the reactor 10 or taken out from the reactor 10. In the illustrated example, the elevating member 10c is connected to, for example, an elevating device 22 for mechanically elevating the elevating member 10c.

また蓋部材10b M着脱自在に本体10aに取り付け
る。本体10aと蓋部材+ob及び昇降部材10cとの
間には気密保持部材24例えばパイトンパツキンを設け
ており、従って反応炉10内の真空引きを行なった際に
気密保持部材24を介し、気密状態が形成できる。
Further, the lid member 10b M is detachably attached to the main body 10a. An airtight maintenance member 24, for example, a piton packing, is provided between the main body 10a, the lid member +ob, and the lifting member 10c. Therefore, when the inside of the reactor 10 is evacuated, the airtight state is maintained through the airtightness maintenance member 24. Can be formed.

また凹部aの基板近傍位置に基板18の表面温度を測定
するための温度測定手段26例えばオプティカルパイロ
メータを設ける。
Further, a temperature measuring means 26, such as an optical pyrometer, for measuring the surface temperature of the substrate 18 is provided in the recess a near the substrate.

さらにこの実施例では加熱部16ヲ任意好適な構成の赤
外線照射手段、例えば赤外線ランプ16aと、この赤外
線ランプ16a @支持するための支持部材+6bとを
以って構成する。赤外線ランプ16aとしてはタングス
テンハロゲンランプその他の任意好適なランプを用いる
。好ましくは、複数個の赤外線ランプ16a @反応炉
10内の加熱を均一に行なえるように配置する。通常、
赤外線ランプ16aは、反応炉10外に配置する。この
際、反応炉10の部を、赤外線を反応炉10外から反応
炉10内に透過させ得る構成とする。この実施例では、
蓋部材10bを既(こ説明したよう(こ石英で構成しで
あるので赤外線の透過が可能である。
Further, in this embodiment, the heating section 16 is constituted by an infrared irradiation means of any suitable configuration, such as an infrared lamp 16a, and a support member +6b for supporting the infrared lamp 16a. The infrared lamp 16a may be a tungsten halogen lamp or any other suitable lamp. Preferably, a plurality of infrared lamps 16a are arranged so as to uniformly heat the interior of the reactor 10. usually,
The infrared lamp 16a is placed outside the reactor 10. At this time, the reactor 10 is configured to allow infrared rays to pass from outside the reactor 10 into the reactor 10. In this example,
As described above, since the lid member 10b is made of quartz, it is possible to transmit infrared rays.

また、赤外線ランプ16aの支持部材16bの配設位置
をこれ(こ限定するものではないが、図示例では支持部
材+6b %、支持部材+6bと本体10aとの間に蓋
部材+ob及び本体10aの当接部を閉し込めるように
、本体10aに着脱自在に取り付け、ざら(こ支持部材
tabと本体10との間1こ気密保持部材24を設ける
。このように支持部材+6b G設けることによって反
応炉10内の真空気密性の向上が図れる。
In addition, the arrangement position of the support member 16b of the infrared lamp 16a is set as follows (although not limited to this, in the illustrated example, the support member +6b% is placed between the support member +6b and the main body 10a, and the cover member +ob and the main body 10a are placed between the support member +6b and the main body 10a). An airtight retaining member 24 is provided between the support member tab and the main body 10, which is removably attached to the main body 10a so as to confine the contact part. 10 can be improved in vacuum tightness.

なお、第3図(こおいで符号28は反応炉10及びガス
供給部14(第4図参照)の間に設けたガス供給管、ま
た30は反応炉10及び排気手段12の間に設けた排気
管を示す。
In addition, in FIG. 3, the reference numeral 28 is a gas supply pipe provided between the reactor 10 and the gas supply section 14 (see FIG. 4), and 30 is an exhaust pipe provided between the reactor 10 and the exhaust means 12. Showing the tube.

次(こ、第4図ヲ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。なお、真空排気系及びガス
供給系を以下に述べる例に限定するものではない。
Next, the evacuation system and gas supply system of this embodiment will be explained with reference to FIG. 4. Note that the evacuation system and gas supply system are not limited to the example described below.

ます真空排気系につき説明する。この実施例では排気手
段+2i例えばターボ分子ポンプ12aとこのポンプ1
2aと接続されたロータリーポンプ+2bとを以って構
成する。排気手段12ヲ例えば図示のように配設した排
気管30及びバルブを介して反応炉10と連通させで接
続する。
I will now explain the vacuum exhaust system. In this embodiment, the exhaust means +2i, for example, the turbo molecular pump 12a and the pump 1
2a and a connected rotary pump +2b. The exhaust means 12 is connected in communication with the reactor 10 via, for example, an exhaust pipe 30 and a valve arranged as shown.

第4図において32a〜32dは排気管30に連通させ
て設けた真空計(或は圧力ゲージ)であり、真空計32
a及び32d 8例えば1〜1O−3TOrrの範囲の
圧力測定に用いるバラトロン真空計(或いはビラニー真
空計)とし、また真空計32b及び32cを例えば10
−3−10−8To r r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
ヲ設け、真空計32bの動作時に真空計32bに対して
1O−3TOrr以上の圧力を負荷しないようにバルブ
34の開閉を自動制御する。36a〜36fは排気手段
12及び反応炉10の間に設けられる自動開閉バルブで
あり、これらバルブ36a〜36f @それぞれ任意好
適(こ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1こ制御し反応炉10内(こ低真空排気状
態及び高真空排気状態を形成する。
In FIG. 4, 32a to 32d are vacuum gauges (or pressure gauges) provided in communication with the exhaust pipe 30.
a and 32d 8 are Baratron vacuum gauges (or Villany vacuum gauges) used for pressure measurement in the range of 1 to 1 O-3 TOrr, and vacuum gauges 32b and 32c are, for example, 10
An ion gauge used for pressure measurement in the range of -3-10-8 Torr. An automatic opening/closing valve 34 is provided between the vacuum gauge 32b and the exhaust pipe 30 to protect the vacuum gauge 32b.
The opening and closing of the valve 34 is automatically controlled so that a pressure of 10-3 TOrr or more is not applied to the vacuum gauge 32b during operation of the vacuum gauge 32b. 36a to 36f are automatic opening/closing valves provided between the exhaust means 12 and the reactor 10, and by opening and closing these valves 36a to 36f, the pressure inside the reactor 10 can be adjusted to any suitable pressure 1. This control creates a low vacuum evacuation state and a high vacuum evacuation state within the reactor 10.

さらに38は圧力調整用のニードルバルブ及び40はレ
リーフバルブであり、バルブ40は反応炉10内の圧力
が大気圧例えば760To r rを越えた場合に自動
的に開放し、バルブ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。
Furthermore, 38 is a needle valve for pressure adjustment, and 40 is a relief valve. The valve 40 automatically opens when the pressure inside the reactor 10 exceeds atmospheric pressure, for example, 760 Torr. Supply section 14
The gas supplied into the reactor 10 from the reactor 10 is exhausted.

次にガス供給系につき説明する。この実施例ではガス供
給部14を還元性ガス源14aと、第1の酸化性ガス源
としてのこの場合N20ガス源+4bと、第2の酸化性
ガス源としてのこの場合02ガス源14cと、不活性ガ
ス源+4dとを以って構成する。このガス供給部14を
例えば図示のように配設した供給管28及びバルブを介
して反応炉10と連通させで接続する。
Next, the gas supply system will be explained. In this embodiment, the gas supply unit 14 includes a reducing gas source 14a, a first oxidizing gas source in this case an N20 gas source +4b, and a second oxidizing gas source in this case an 02 gas source 14c. It consists of an inert gas source +4d. This gas supply section 14 is connected in communication with the reactor 10 via, for example, a supply pipe 28 and a valve arranged as shown in the figure.

ざら(こ第4図において42はガス供給系、44はバル
ブ、46a〜46d及び48a、48bは自動開閉バル
ブ、50a、50bはガス供給部14がら反応炉10へ
導入されるガスの流lを制御する自動ガス流量コントロ
ーラである。
(In FIG. 4, 42 is a gas supply system, 44 is a valve, 46a to 46d, 48a, 48b are automatic opening/closing valves, and 50a, 50b is a gas flow l introduced into the reactor 10 from the gas supply section 14. Automatic gas flow controller to control.

バルブ44.48a、48b、46a〜46bヲそれぞ
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10へ供給できる。
A desired gas can be supplied from the gas supply unit 14 to the reactor 10 by opening and closing the valves 44, 48a, 48b, and 46a to 46b as desired.

・   多  法 ミロ 次に、基板としてシリコン基板を用いこの基板に絶縁膜
を形成する例によりこの発明の絶縁膜形成方法の実施例
の説明を行なう。ここで、第1図(A)〜(F)は、実
施例の絶縁膜形成方法の説明に供する工程図であり工程
中の主な工程における試料の様子をシリコン基板の厚み
方向で切った断面図を以って示した工程図である。また
、第2図は、実施例の締縛膜形成工程中に実施した加熱
サイクルを説明するための図である。なお、第2図は横
軸に時間をとり縦軸に温度をとって示しである。
・Multi-method Miro Next, an embodiment of the insulating film forming method of the present invention will be explained using an example in which a silicon substrate is used as the substrate and an insulating film is formed on this substrate. Here, FIGS. 1(A) to 1(F) are process diagrams for explaining the insulating film forming method of the example, and are cross-sectional views of the sample in the main steps of the process, taken in the thickness direction of the silicon substrate. It is a process diagram shown with a figure. Moreover, FIG. 2 is a diagram for explaining the heating cycle carried out during the constraining film forming step of the example. Note that FIG. 2 shows time on the horizontal axis and temperature on the vertical axis.

なお、以下の説明では第3図及び第4図を適宜参照され
たい。
In the following description, please refer to FIGS. 3 and 4 as appropriate.

この実施例では、反応炉10内の支持体20にシリコン
基板18(以下、基板18と略称する。)を設置した後
、この基板18の清浄化を行なってから絶縁膜の成膜処
理を行なう。ます、この清浄化(こつき説明する。
In this embodiment, after a silicon substrate 18 (hereinafter referred to as substrate 18) is installed on a support 20 in a reactor 10, the substrate 18 is cleaned and then an insulating film is formed. . Now, let me explain the difficulty of this cleaning.

■〈清浄化〉 基板18の清浄化は例えばこの出願の出願人により提案
されている方法で行なえこの実施例でもその方法を用い
る。具体的に説明する。
<Cleaning> The substrate 18 can be cleaned by, for example, a method proposed by the applicant of this application, and this method is also used in this embodiment. I will explain in detail.

■−■・・・前処理 先ず、従来から行なわれている如く化学薬品及び純水等
を用いて基板の前洗浄を行なう。
(1)-(2) Pre-treatment First, the substrate is pre-cleaned using chemicals, pure water, etc. as has been conventionally done.

次に、反応炉10内で基板18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(こパージ用のガス
として例えば窒素ガス或いはアルゴン等のような不活性
ガスを予め導入しておく。ここては、還元性ガス及び酸
化性ガスは未だ導入しない。このよう(こガス供給を行
なう(こは、バルブ44.48b及び46d !開け、
バルブ48a、46a 〜46c 7Fr閉しれば良い
Next, in order to prevent the formation of a natural oxide film on the substrate 18 in the reactor 10, an inert gas such as nitrogen gas or argon is introduced in advance into the reactor 10 (for example, as a purge gas). At this point, the reducing gas and oxidizing gas are not introduced yet.
It is sufficient to close the valves 48a, 46a to 46c 7Fr.

次に、反応炉10内1こ基板18を設置する。基板18
は昇降部材10cの支持体20上に固定する。
Next, one substrate 18 is installed in the reactor 10. Substrate 18
is fixed on the support body 20 of the elevating member 10c.

■−■・・・自然酸化膜の除去 シリコン基板18は、上述の如く極力自然酸化膜が形成
されないように配慮された状態で反応炉10内に設置さ
れるが、このように取り扱いを慎重(こしたとしても不
可避的(こ自然酸化膜が表面に形成されることが多い。
■-■ Removal of natural oxide film The silicon substrate 18 is placed in the reactor 10 in a state where consideration is given to preventing the formation of a natural oxide film as much as possible as described above. Even if it does, it is unavoidable (a natural oxide film is often formed on the surface).

第1図(A)はこの様子を示した図であり、図中18a
で示すものが自然酸化膜である。従って、この実施例で
は自然酸化膜18aを以下に説明するように除去する。
FIG. 1(A) is a diagram showing this situation, and 18a in the figure
What is shown is a natural oxide film. Therefore, in this embodiment, the natural oxide film 18a is removed as described below.

ます、バルブ44.48b、 46dを閉じて、反応炉
10内への不活性ガスの供給を停止する。
First, the valves 44, 48b and 46d are closed to stop the supply of inert gas into the reactor 10.

次に、排気手段12によって反応炉10内を例えば1×
]○−6TOrrの真空度となるように排気し反応炉1
0内を清浄化する。なお、この真空排気のため、バルブ
38.36a 、36f 、34、を閉じておいてバル
ブ36b 、36c 、36d @開き、ロータリーポ
ンプ12b u作動させ、反応炉10内の圧力を真空計
32aでモニター(監視)しながら反応炉10内を排気
する。さらに、反応炉10内が例えば1×1O−3To
rrの圧力となった後、バルブ36c 、36dを閉じ
てバルブ36e 、34u開き、真空計32bで反応炉
10内の圧力をモニターしながらlXl0−”T○r「
まで反応炉10内を排気する。
Next, the inside of the reactor 10 is pumped by the exhaust means 12, e.g.
]○ Evacuate the reactor 1 to a vacuum level of -6 TOrr.
Clean the inside of 0. For this evacuation, the valves 38, 36a, 36f, 34 are closed, the valves 36b, 36c, 36d are opened, the rotary pump 12bu is operated, and the pressure inside the reactor 10 is monitored with the vacuum gauge 32a. (monitoring) while exhausting the inside of the reactor 10. Furthermore, the inside of the reactor 10 is, for example, 1×1O-3To.
After the pressure reaches rr, the valves 36c and 36d are closed, the valves 36e and 34u are opened, and the pressure inside the reactor 10 is monitored with the vacuum gauge 32b.
The inside of the reactor 10 is evacuated until the temperature is reached.

反応炉10内を上述の如く高真空に排気したら、次に反
応炉10内に還元性ガス例えば水素ガスを導入する(第
2図の領域工:日。フロー)。この還元性ガスの導入1
こ当たっては、次1こ行なう還元性ガス雰囲気中での加
熱処理において反応炉10内の減圧状態を維持するため
に、バルブ36b、36e、34を閉しバルブ38.3
6aを開いた状態としこの状態でバルブ44.48a、
 46a%開いて還元性ガス例えば水素ガスを反応炉1
0内に供給する。このときの反応炉10内の減圧状態の
維持は、還元性ガスを導入しながらバルブ38を操作す
ると共に還元性ガスの流量を自動コントローラ50aで
調製することによって行なえる。この実施例では、反応
炉10内を例えば100〜1O−2Torrの低真空の
減圧状態(こ維持する。
After the inside of the reactor 10 is evacuated to a high vacuum as described above, a reducing gas such as hydrogen gas is then introduced into the reactor 10 (region flow in FIG. 2). Introduction of this reducing gas 1
In this case, the valves 36b, 36e, and 34 are closed, and the valve 38.
6a is open, and in this state valves 44, 48a,
Open 46a% and introduce a reducing gas such as hydrogen gas into the reactor 1.
Supply within 0. The reduced pressure state in the reactor 10 at this time can be maintained by operating the valve 38 while introducing the reducing gas and adjusting the flow rate of the reducing gas with the automatic controller 50a. In this embodiment, the interior of the reactor 10 is maintained at a low vacuum of, for example, 100 to 1 O-2 Torr.

次に、加熱部16によって自然酸化膜の除去のための加
熱処理を行なう(第2図の領域の)。この加熱処理によ
って還元性ガス雰囲気中で基板18ヲ加熱して基板18
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(第1図(8))。自然酸化膜の除去の際には、シ
リコン基板18表面に付着していた不純物等も除去出来
る。なお、この実施例では、反応炉10内を減圧状態に
維持しながら加熱処理を行なう。これにより、自然酸化
膜の還元による反応生成物が反応炉10外へ排気され、
その結果、反応生成物によって基板18及び反応炉10
内が汚染される度合を低減出来る。
Next, heat treatment is performed using the heating unit 16 to remove the native oxide film (in the area shown in FIG. 2). By this heat treatment, the substrate 18 is heated in a reducing gas atmosphere and the substrate 18 is heated.
The natural oxide film is reduced and removed from the substrate 18 (FIG. 1 (8)). When removing the natural oxide film, impurities and the like attached to the surface of the silicon substrate 18 can also be removed. In this example, the heat treatment is performed while maintaining the inside of the reactor 10 in a reduced pressure state. As a result, reaction products resulting from the reduction of the natural oxide film are exhausted to the outside of the reactor 10,
As a result, the reaction products cause the substrate 18 and the reactor 10 to
The degree of internal contamination can be reduced.

ここで、この加熱処理は、加熱部16の赤外線ランプ1
6aによって行なっている、そして、基板18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50℃/秒〜200’C/秒の間の適当な割
合で好ましくは約100°C/秒で上昇させて、約10
00℃となったら約10〜30秒間1000℃の状態を
保持するように基板18の加熱を制御する。
Here, this heat treatment is carried out by the infrared lamp 1 of the heating section 16.
6a, and while measuring the surface temperature of the substrate 18 with the temperature measuring means 26, for example, the surface temperature of the substrate 18 is measured at a suitable rate between 50'C/sec and 200'C/sec, preferably about 100'C/sec. Rise at °C/s to approx. 10
When the temperature reaches 00°C, the heating of the substrate 18 is controlled so as to maintain the state at 1000°C for about 10 to 30 seconds.

次(こ、加熱部16(こよる基板18の加熱を停止する
と共にバルブ46aを閉じて還元性ガスの供給を停止し
、そして基板18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か自然に冷却するようにしても良いし、強制的に冷
却するようにしても良い。強制冷却は、例えばバルブ4
8a @閉しバルブ48b、46dを開けて不活性ガス
を反応炉10内1こ大M(こ導入することにより行なえ
る。
Next, heating of the substrate 18 by the heating section 16 is stopped, the valve 46a is closed to stop the supply of reducing gas, and the substrate 18 is heated until the surface temperature of the substrate 18 reaches room temperature, for example, about 25°C. Wait for the board 18 to cool down.This cooling may be done by allowing the board 18 to cool naturally, or may be forced to cool down.Forced cooling, for example, the valve 4
8a @ Close, open the valves 48b and 46d, and introduce an inert gas into the reactor 10.

次に、バルブ38.36a@閉してバルブ36b、36
e @開けて反応炉10内を例えば1×1O−6Tor
rの高真空に排気し、反応炉10内を清浄化する。
Next, valve 38.36a@close and valve 36b, 36
e@Open the reactor 10 and set the inside of the reactor 10 to, for example, 1×1O-6 Torr.
The inside of the reactor 10 is cleaned by evacuating to a high vacuum of r.

■〈絶縁膜の成膜〉 ■−■・・・第1の絶縁膜の成膜 次に、窒素非含有の第1の酸化性ガス雰囲気中で加熱処
理を行なって基板18に第1の絶縁膜を形成するため、
バルブ36b、36e %閉し、バルブ38゜36a、
48b、46c @開き、第1の酸化性ガスとしてこの
実施例では酸素ガスを反応炉10内に供給する(第2図
の領t12rr:02フロー)。この第1の絶縁膜形成
は大気圧下でも行なえるが、絶縁膜形成時の反応性生成
物を反応炉10外に排気するため、反応炉10内を例え
ば100〜1O−2TO「「の低真空の減圧状態に維持
する。この状態で加熱部16による加熱処理によって基
板18ヲ加熱する。具体的には、基板18の表面温度を
温度測定手段26で測定しながら、基板18の温度を例
えば50℃/秒〜200’C/秒の間の適当な割合で、
好ましくは昇温速度約り00℃/秒で上昇させた後、約
20秒間、1000’Cに保持するよう(こ行なう(第
2図の領域■)。この場合、温度の上昇割合が一定とな
るように加熱を行なうのが好適であるが、それは第1の
絶縁膜の成長度合を一定にして品質の良い絶縁膜を形成
するためである。このような条件で基板を加熱すること
(こよっで第1の絶縁膜としてこの場合シリコン酸化膜
61ヲ約50大の膜厚で形成出来る(第2図(C))。
■<Film formation of insulating film> ■-■...Film formation of first insulating film Next, heat treatment is performed in a nitrogen-free first oxidizing gas atmosphere to form the first insulating film on the substrate 18. To form a film,
Valve 36b, 36e % closed, valve 38° 36a,
48b, 46c @open, and in this embodiment, oxygen gas is supplied into the reactor 10 as the first oxidizing gas (region t12rr:02 flow in FIG. 2). Although this first insulating film formation can be performed under atmospheric pressure, in order to exhaust the reactive products during the insulating film formation to the outside of the reactor 10, the interior of the reactor 10 is The substrate 18 is maintained in a reduced pressure state of vacuum. In this state, the substrate 18 is heated by heat treatment by the heating unit 16. Specifically, while measuring the surface temperature of the substrate 18 with the temperature measuring means 26, the temperature of the substrate 18 is measured, for example. at a suitable rate between 50°C/sec and 200'C/sec,
Preferably, the temperature should be raised at a rate of about 00°C/sec and then held at 1000'C for about 20 seconds (region ■ in Figure 2). In this case, the rate of temperature rise is constant. It is preferable to heat the substrate under such conditions in order to maintain a constant growth rate of the first insulating film and form a high-quality insulating film. Therefore, in this case, the silicon oxide film 61 can be formed with a thickness of about 50 mm as the first insulating film (FIG. 2(C)).

なお第1の絶縁膜の膜厚制御は、例えば、酸化温度、酸
化時間及び02ガスの流Jlを調整することによって行
なえる。
Note that the thickness of the first insulating film can be controlled by, for example, adjusting the oxidation temperature, oxidation time, and O2 gas flow Jl.

■−〇・・・第2の絶縁膜の成膜 次に、絶縁膜形成ガスを酸素ガスから窒素含有の第2の
酸化性ガスに代え前記第1の絶縁膜61上(こ第2の絶
縁膜を形成する。この実施例では、これを以下に説明す
るように行う。
■-〇... Formation of second insulating film Next, the insulating film forming gas is replaced with a nitrogen-containing second oxidizing gas on the first insulating film 61 (this second insulating film). Forming a film, which in this example is done as described below.

先ず、赤外線ランプ16a @消し基板18の加熱を停
止する。次に、バルブ38.36au閉し、バルブ36
b、 36eを開いて反応炉10内を例えば1×1O−
6Torrの高真空に排気する。
First, the heating of the infrared lamp 16a @extinguishing board 18 is stopped. Next, valve 38.36au is closed, valve 36
b, 36e is opened and the inside of the reactor 10 is heated to, for example, 1×1O-
Evacuate to a high vacuum of 6 Torr.

次(こ、バルブ36b、36e %閉じ、バルブ36a
 3848a、46bを開いて、第2の酸化性ガスとし
てこの実施例の場合−酸化二窒素(N20)ガスを反応
炉10内に供給する(第2図の領域III:N20フロ
ー)。この際、反応炉10内は減圧状態1こ維持するの
が好適である。これによれば、後の加熱処理において生
成される反応性生成物等を反応炉10外(こ効率的に除
去出来るからである。また、反応炉10内の減圧状態の
維持は、N20ガスを導入しながらバルブ38ヲ操作す
ると共にN20ガスの流量を自動コントローラ50aで
調製することによって行なえる。この実施例では、反応
炉10内を例えば100〜1O−2Torrの低真空の
減圧状態に維持する。
Next (this, valve 36b, 36e % closed, valve 36a
3848a, 46b are opened to supply a second oxidizing gas, in this example - dinitrogen oxide (N20) gas, into the reactor 10 (region III in FIG. 2: N20 flow). At this time, it is preferable that the inside of the reactor 10 is maintained in a reduced pressure state. According to this, reactive products etc. generated in the subsequent heat treatment can be efficiently removed from the outside of the reactor 10. Also, the reduced pressure state inside the reactor 10 can be maintained by using N20 gas. This can be done by operating the valve 38 while introducing the N20 gas and adjusting the flow rate of the N20 gas with the automatic controller 50a.In this embodiment, the interior of the reactor 10 is maintained at a low vacuum of, for example, 100 to 1 O-2 Torr. .

なお、第1の絶縁膜形成@(こ反応炉雰囲気を第1の酸
化性ガス雰囲気から第2の酸化性ガス雰囲気に変えるこ
とを、基板の加熱を続けたままの状態で行なうことも考
えられるが、最終的な膜厚が100人程席上いうような
薄い酸化膜を形成する場合ガス交換中に絶縁膜の成長が
進み最終的な膜厚になってしまう危険か高い。従って、
この実施例では、基板加熱を停止した状態でガス交換を
行なっている。
Note that it is also possible to perform the first insulating film formation @ (changing the reactor atmosphere from the first oxidizing gas atmosphere to the second oxidizing gas atmosphere while continuing to heat the substrate. However, when forming a thin oxide film with a final film thickness of about 100 people, there is a high risk that the insulating film will grow during gas exchange and reach the final film thickness.
In this embodiment, gas exchange is performed while substrate heating is stopped.

次に、赤外線ランプ16aを点灯し第1の絶縁膜形成済
み基板18をN20ガス雰囲気中で加熱する。具体的に
は、基板18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の表面温度を例えば100℃/秒の
割合で上昇させで、約1000℃となったら約10〜3
0秒間1000℃の状態を保持するように基板18の加
熱を制御する(第2図の領域■)。このような条件で基
板18を加熱することによって、第1の絶縁膜61上に
第2の絶縁膜として膜厚が約50大のシリコン酸化窒化
膜63 (S z 0XNv 0但しX、Y各々は、X
、Y2Oである。但し、×=Y=○はとらない。)を形
成出来る(第1図(D))。なお、第2の絶縁膜63の
膜厚制御は、例えば、酸化温度、酸化時間及びN20ガ
スの流量を調整することによって行なえる。
Next, the infrared lamp 16a is turned on to heat the first insulating film-formed substrate 18 in an N20 gas atmosphere. Specifically, while measuring the surface temperature of the substrate 18 with the temperature measuring means 26, for example, the surface temperature of the substrate 18 is increased at a rate of, for example, 100°C/second, and when it reaches about 1000°C, the temperature is increased by about 10 to 30°C.
The heating of the substrate 18 is controlled so as to maintain the temperature at 1000° C. for 0 seconds (region 2 in FIG. 2). By heating the substrate 18 under such conditions, a silicon oxynitride film 63 with a film thickness of approximately 50 mm is formed as a second insulating film on the first insulating film 61 (S z 0XNv 0, where X and Y are each ,X
, Y2O. However, ×=Y=○ is not taken. ) can be formed (Fig. 1(D)). Note that the thickness of the second insulating film 63 can be controlled by, for example, adjusting the oxidation temperature, oxidation time, and flow rate of N20 gas.

所望の膜厚の第2の絶縁膜63の形成が終了したら次(
こ基板18の加熱を停止する。
After the formation of the second insulating film 63 with the desired thickness is completed, the next step (
The heating of the substrate 18 is then stopped.

加熱の停止と共に或は加熱停止の後に、バルブ46b 
i閉してN20ガスの供給を停止する。
At the same time or after the heating stops, the valve 46b
i Close to stop the supply of N20 gas.

ここまでの工程により、シリコン基板18上には、シリ
コン酸化膜61及びシリコン酸化窒化膜63がこの順に
積層された膜厚が約100人の絶縁膜が形成される。
Through the steps up to this point, an insulating film having a thickness of approximately 100 layers is formed on the silicon substrate 18 by laminating the silicon oxide film 61 and the silicon oxynitride film 63 in this order.

この後、ざらに厚い絶縁膜を得たい場合は、その膜厚に
対応するだけ第2図の領域II及び領域■に示した手順
を交互に繰返して行う(第1図(E)及び(F)。第2
図の領域■〜■)。
After this, if you want to obtain a roughly thicker insulating film, repeat the steps shown in region II and region (■) in FIG. 2 alternately to correspond to the film thickness ((E) and (F) in FIG. ).Second
Figure area ■~■).

所望の膜厚の絶縁膜を形成したら、赤外線ランプ16a
の加熱を停止し、その後、絶縁膜が必要以上1こ成長す
るのを防止するためにバルブ46dを開いて反応炉10
内に例えば窒素ガスを導入する。
After forming the insulating film with the desired thickness, the infrared lamp 16a
After that, in order to prevent the insulating film from growing more than necessary, the valve 46d is opened and the reactor 10 is turned off.
For example, nitrogen gas is introduced into the chamber.

次に基板18を室温例えば25℃まで冷却する。Next, the substrate 18 is cooled to room temperature, for example, 25°C.

基板18が室温まで下がったら反応炉10から基板18
を取り出す。
Once the substrate 18 has cooled down to room temperature, the substrate 18 is removed from the reactor 10.
Take out.

上述においては、この発明の絶縁膜形成方法の実施例に
つき説明したが、この発明はこの実施例のみに限られる
ものではなく、以下に説明するような種々の変更又は変
形を加えることが出来る。
Although the embodiment of the insulating film forming method of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various changes and modifications as described below can be made.

上述の実施例では、各加熱処理を赤外線ランプにより行
なっているが、この加熱処理はアークランプやレーザビ
ーム、さらにはヒーター等で行なっても良い。
In the above embodiments, each heat treatment is performed using an infrared lamp, but this heat treatment may also be performed using an arc lamp, a laser beam, a heater, or the like.

また、この発明の絶縁膜形成方法(よ、低温酸化法に適
用した場合(こも、絶縁膜の膜質向上が図れることは明
らかである。
Furthermore, it is clear that when the insulating film forming method of the present invention is applied to a low-temperature oxidation method, the film quality of the insulating film can be improved.

また、実施例では窒素非含有の第1の酸化性ガスとして
02ガスを用い、窒素含有の第2の酸化性ガスとしてN
20ガスを用いていたか、これら第1及び第2の酸化性
ガスは、同様な効果が得られる他のガスでも良いことは
明らかである。
In addition, in the example, 02 gas was used as the nitrogen-free first oxidizing gas, and N was used as the nitrogen-containing second oxidizing gas.
It is clear that the first and second oxidizing gases may be other gases that provide the same effect.

また、実施例では絶縁膜の形成前に還元性ガス雰囲気中
での加熱処理を行なって基板の清浄化をしているが、設
計によってはこの処理は省いても勿論良い。
Further, in the embodiment, the substrate is cleaned by heat treatment in a reducing gas atmosphere before forming the insulating film, but this treatment may of course be omitted depending on the design.

(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の絶縁膜
形成方法tこよれば、窒素非含有の第1の酸化性ガスを
用い基板上に第1の絶縁膜を先ず形成し、続いて、窒素
含有の第2の酸化性ガスを用い第1の絶縁股上に第2の
絶縁膜を形成する。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the method for forming an insulating film of the present invention includes first forming a first insulating film on a substrate using a first oxidizing gas that does not contain nitrogen. Then, a second insulating film is formed on the first insulating layer using a second oxidizing gas containing nitrogen.

従って、窒素含有の酸化性ガスを用いているとはいえ、
このガスを用いる際には基板上(こは第1の絶R膜が既
1こ形成されているので、稀釈酸化法で問題となってい
た基板/絶縁膜界面(こ窒素か偏析するようなことは、
この発明では起こらない。また、シリコン基板上に絶縁
膜を形成する例で考えた場合、シリコン基板上には、第
1の絶縁膜としてのシリコン酸化膜及び第2の絶R膜と
してのシリコン酸化窒化膜がこの順に形成される。そし
て、シリコン酸化窒化膜中に数原子%含まれる窒素原子
は、シリコン酸化窒化膜及びシリコン酸化膜で構成され
る絶縁膜中に一様(こ拡散しこれら膜中に含まれでいる
シリコン原子の不対結合や或いは歪んたSi−○−3i
結合等のような未結合手等に作用してSiN結合ヤO−
N結合を構成する。
Therefore, even though nitrogen-containing oxidizing gas is used,
When using this gas, it is necessary to avoid the problem of nitrogen segregating on the substrate (this is because the first R film has already been formed) and the interface between the substrate and the insulating film, which was a problem with the diluted oxidation method. The thing is,
That doesn't happen with this invention. Furthermore, when considering an example of forming an insulating film on a silicon substrate, a silicon oxide film as a first insulating film and a silicon oxynitride film as a second R film are formed on the silicon substrate in this order. be done. The nitrogen atoms contained in the silicon oxynitride film at several atomic percent are uniformly diffused into the insulating film composed of the silicon oxynitride film and the silicon oxide film, and the silicon atoms contained in these films are Unpaired bond or distorted Si-○-3i
SiN bonds act on dangling bonds such as bonds, etc.
Constructs an N-coupling.

このため、未結合手や弱い結合が低減されるので、絶縁
膜の絶縁破壊特性等の向上が図れ、品質の優れた絶縁膜
が得られる。
Therefore, dangling bonds and weak bonds are reduced, so that the dielectric breakdown characteristics of the insulating film can be improved, and an insulating film of excellent quality can be obtained.

また、絶縁膜形成前に基板に対し還元性ガス雰囲気中で
の加熱処理を行う構成によれば、基板上の自然酸化膜等
を除去出来清浄化された基板に絶縁膜が形成されるよう
になる。
Furthermore, according to a configuration in which the substrate is heat-treated in a reducing gas atmosphere before forming the insulating film, natural oxide films etc. on the substrate can be removed, and the insulating film can be formed on the cleaned substrate. Become.

また、絶縁膜形成ガス雰囲気中での加熱処理を赤外線ラ
ンプ照射により行なった場合、基板の加熱及び冷却を応
答性良く行なえる。このため、絶縁膜を高温条件で形成
してもその絶縁膜の戊辰・停止か容易であるので、薄い
膜厚でかつ品質の優れた絶縁膜形成か可能になる。
Furthermore, when the heat treatment in the insulating film forming gas atmosphere is performed by irradiation with an infrared lamp, the substrate can be heated and cooled with good responsiveness. Therefore, even if the insulating film is formed under high-temperature conditions, the insulating film can be easily deformed or stopped, making it possible to form an insulating film with a thin film thickness and excellent quality.

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

第1図(A)〜(「)は、実施例の絶縁膜形成方法を示
す工程図、 第2図は、実施例の絶縁膜形成方法で実施したヒートサ
イクルを示す図、 第3図は、この発明の詳細な説明図であり、絶縁膜形成
方法の実施に好適な装置の要部を示す断面図、 第4図は、この発明の詳細な説明図であり、絶縁膜形成
方法の実施に好適な装置の全体構1512を示す図であ
る。 0・・・反応炉、     1oa・・・本体Ob・・
・蓋部材、    IOc・・・昇降部材2・・・排気
手段、    12a・・・ターボ分子ポンプ2b・・
・ロータリーポンプ 4・・・ガス供給部、   14a・・・還元性ガス源
4b・・・N20ガス源、 14c・・・02ガス源4
d・・・不活性ガス源、 16・・・加熱部6a・・・
赤外線ランプ、 +6b・・・支持部材8・・・基板、
      2o・・・支持体22・・・昇降装置、 
   24・・・気密保持部材26・・・温度測定手段
、  28・・・ガス供給管30・・・排気管、   
  32a〜32d・・・真空計34、36a 〜36
f、38.40.44.46a −46d、48a、 
48b −バルブ 42・・・ガス供給系 50a、50b・・・ガス流量コントローラ18a・・
・自然酸化膜 61・・・第1の絶縁膜(シリコン酸化膜)63・・・
第二の絶縁膜(SiOxNy)。 ぐて
FIGS. 1(A) to (") are process diagrams showing the insulating film forming method of the example, FIG. 2 is a diagram showing a heat cycle carried out in the insulating film forming method of the example, and FIG. FIG. 4 is a detailed explanatory diagram of the present invention, and is a sectional view showing essential parts of an apparatus suitable for implementing the insulating film forming method. FIG. It is a diagram showing the overall structure 1512 of a suitable device. 0... Reactor, 1oa... Main body Ob...
- Lid member, IOc...Elevating member 2...Exhaust means, 12a...Turbo molecular pump 2b...
- Rotary pump 4...Gas supply unit, 14a...Reducing gas source 4b...N20 gas source, 14c...02 gas source 4
d... Inert gas source, 16... Heating section 6a...
Infrared lamp, +6b...Support member 8...Substrate,
2o...Support body 22...Elevating device,
24...Airtight maintenance member 26...Temperature measuring means, 28...Gas supply pipe 30...Exhaust pipe,
32a to 32d...vacuum gauges 34, 36a to 36
f, 38.40.44.46a -46d, 48a,
48b - Valve 42... Gas supply system 50a, 50b... Gas flow controller 18a...
・Natural oxide film 61...First insulating film (silicon oxide film) 63...
Second insulating film (SiOxNy). Gute

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)反応炉内で基板に対し絶縁膜形成ガス雰囲気中で
の加熱処理を行なって該基板に絶縁膜を形成するに当た
り、 絶縁膜形成ガスを窒素非含有の第1の酸化性ガスとして
第1の絶縁膜を形成し、続いて前記絶縁膜形成ガスを窒
素含有の第2の酸化性ガスに代えて前記第1の絶縁膜上
に第2の絶縁膜を形成する工程を少なくとも1回含むこ
と を特徴とする絶縁膜形成方法。
(1) When forming an insulating film on the substrate by heat-treating the substrate in an insulating film-forming gas atmosphere in a reaction furnace, the insulating film-forming gas is used as a nitrogen-free first oxidizing gas. forming a first insulating film, and then forming a second insulating film on the first insulating film by replacing the insulating film forming gas with a second oxidizing gas containing nitrogen. An insulating film forming method characterized by:
(2)第1の絶縁膜形成前に前記基板に対し還元性ガス
雰囲気中での加熱処理を行なうことを特徴とする請求項
1に記載の絶縁膜形成方法。
(2) The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the substrate is subjected to heat treatment in a reducing gas atmosphere before forming the first insulating film.
(3)前記加熱処理を赤外線照射により行なうことを特
徴とする請求項1または2に記載の絶縁膜形成方法。
(3) The insulating film forming method according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment is performed by infrared irradiation.
JP4220390A 1989-11-20 1990-02-22 Formation of insulating film Pending JPH03244125A (en)

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KR1019900018834A KR910010646A (en) 1989-11-20 1990-11-20 Insulation Formation Method
EP19900122168 EP0430030A3 (en) 1989-11-20 1990-11-20 Method of forming an insulating film
US07/718,792 US5198392A (en) 1989-11-20 1991-06-21 Method of forming a nitrided silicon dioxide (SiOx Ny) film

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05304146A (en) * 1992-04-28 1993-11-16 Oki Electric Ind Co Ltd Deposition of insulation film
JPH0669198A (en) * 1992-08-17 1994-03-11 Oki Electric Ind Co Ltd Method of forming insulating film
US5972800A (en) * 1995-05-10 1999-10-26 Nec Corporation Method for fabricating a semiconductor device with multi-level structured insulator
US6144094A (en) * 1997-05-07 2000-11-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device including an insulation film and electrode having nitrogen added thereto

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