JPH03259524A

JPH03259524A - 絶縁膜形成方法

Info

Publication number: JPH03259524A
Application number: JP34177089A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Fukuda; 永福田; Tomiyuki Arakawa; 富行荒川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-11-19

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。

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貢の優れた絶縁膜を形成する方
法に関するものである。

（従来の技術）最先端技術により形成されるシリコン集積回路、特にＭ
ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ　０ｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ）集積回路では膜厚が極めで薄い酸化膜かゲー
ト絶縁膜に用いられる。とりわけ１．０ｕｍ以下のゲー
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か用いられ、このように
膜厚を薄くすることによって利得の向上が図られている
。

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　　嚢、橋本　哲−編
著、日経マグロウヒル社、Ｐ、６５　（＋９８５）」に
開示されるものがあった。

この文献に開示されでいる方法では、まず、電気炉１こ
よって８００〜１２００°Ｃに加熱した石英管内に、清
浄化した基板が配置される。その後、酸化膜形成のため
の酸化性ガスか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Ｍ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
定温度で放置しておくことによって基板表面に均一な膜
厚の酸化膜が形成される。

（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１００λ以下の薄い酸化膜を形
成する場合膜厚制御が困難であった。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。

しかし、低温酸化法では、シリコン（基板）／シリコン
酸化膜界面か荒れでしまうという問題点かあった。また
、稀釈酸化法では窒素かシリコン／シリコン酸化膜界面
に偏析するので新たに界面準位が発生する等の問題点か
あった。

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
化膜界面に例えばシリコン原子の不対結合や或いは歪ん
たＳｌ−○−５１結合か多く存在しでしまい、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
のような酸化膜をＭＯ３型電界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
々の問題が生しる。例えば、ゲート長］ＬＩｍ以下の微
細なＭＯ５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かこの酸化膜中に
侵入すると、電子はこの酸化膜中のシリコン原子の不対
結合や歪んたＳｌ−○Ｓｉ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ＭＯ８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。

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、絶縁膜形成中に生しる未結合手
等に起因する膜欠陥を低減出来る絶縁膜形成方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段）この目的の達ＩＩｉ、を図るため、この発明によれば、
反応炉内で基板に対し酸化性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方法において、絶縁膜の形成前に、反応炉内を反応性ガス雰囲気とし、
高周波放電により前述の反応性ガスのプラズマを発生さ
せ、該プラズマにより基板を処理することを特徴とする
９ここで、この発明に用いて好適な反応性ガスとしては、
例えばハロゲン系ガス等のようなガスを挙げることか出
来る。具体的には、例えばＦ２．５ｉＦａ、ＸｅＦ２、
ＮＦ３等のようなフッ素系ガスである。

また、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に
素子が作り込まれている中間体等、絶縁膜が形成される
へき広く下地を意味している。

また、この発明の実施に当たり、反応性ガスのプラズマ
による前述の基板処理を行なう前に、反応炉内を還元性
ガス等のような基板清浄化が図れるガス雰囲気とし、高
周波放電により前述の基盤清浄化ガスのプラズマを発生
させ、該プラズマにより基板を処理し基板の清浄化を図
るのか好適である。

さらにこの発明の実施に当たり、反応性ガスのプラズマ
による前述の基板処理、基板清浄化ガスのプラズマによ
る前述の基板処理各々を、加熱状態で行なうのが好適で
ある。そして、この加熱及び絶縁膜形成時の加熱を、赤
外線照射により行なうのが好適である。

（作用）この発明の絶縁膜形成方法によれば、以下に説明するよ
うな作用が得られる。

絶縁膜形成前に行なわれる反応性ガスのプラズマによる
基板処理において、反応性ガスに含まれる原子が基板に
侵入するようになり、基板表層に反応性ガスに含まれる
原子の侵入層が形成される。反応性ガスを例えばハロゲ
ン系ガスとした場合の例で説明すれば基板表層にハロゲ
ン原子の侵入層が形成される。

このような侵入層を表層に有する基板上に絶縁膜を形成
すると、この侵入層中の反応性ガスに由来する原子（反
応性ガスをハロゲン系ガスとした場合であればハロゲン
原子）は、基板／絶縁膜界面に生しる従来から問題とな
っているシリコン原子の不対結合や歪んたＳｌ−〇−３
ｉ結合に作用しこれら結合を減少させると考えられる。

なお、反応性ガスのプラズマによる基板処理を加熱状態
で行なうことにより、加熱をしない場合に比し、上記侵
入層の形成が容易になる。

また、反応性ガスのプラズマによる前述の基板処理を行
なう前に基板清浄化ガスのプラズマにより基板処理を行
なうと、基板清浄化ガスとして例えば還元性ガスを用い
た場合で云えば、還元性ガスの還元作用により基板の自
然酸化膜の除去が図れると共に基板表面に付着している
炭素等のような不純物は活性なプラズマによるエツチン
グ作用により除去される。

また、反応性ガスのプラズマによる基板処理、還元性ガ
スのプラズマによる基板処理夫々における加熱及び酸化
性ガス雰囲気での加熱を赤外線ランプ照射により行なっ
た場合、ヒーター等を用いる加熱に比し、基板の加熱及
び冷却を応答性良く行なえる。

（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
例につき説明する。

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でいるにすぎ
ない、従って各構成成分の寸法、形状及び配置関係は図
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。

ガ〉　３　の；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。

第２図はこの絶縁膜形成装置の全体構ＩＩｊ、を概略的
に示した図である。なお、第２図は、絶縁膜を形成しよ
うとする基板１２が装置に設Ｍ′２！れている状態で示
しである。

この実施例の絶縁膜形成装置は、基板加熱装置１０と、
真空排気手段２８と１、ガス供給部３２とで主に構成し
である。

基板加熱装置１０は、この実施例の場合、基板（例えば
シリコン基板）１２が内部に設置される反応炉１４と、
この反応炉１４内に供給される反応性ガス及び基板清浄
化ガスを高周波（Ｒ「）放電させるための第一電極部材
１６１及び第二電極部材１６２から成るプラズマ放電用
電極部１６と、反応炉１４内に設置された基板１２を加
熱処理するための加熱部１８とを具えで戊る。なお、こ
の実施例の場合のプラズマ放電用電極部１６及び加熱部
１８は、詳細は後述するが、いずれも反応炉１４内に設
けである。

反応炉１４は、凹部ａを有する本体１４１と、凹部すを
有する蓋部材１４２と、これら本体１４１及び蓋部材１
４２間に設けられた気密保持部材２０（例えばゴムパツ
キン）とを具える。この反応炉１４は、真空排気千２８
及びガス供給部３２（詳細は後述する。）とそれぞれ接
続しである。そして、この反応炉１４は、真空排気手段
２８により排気を行なうと、気密保持部材２０か本体１
４１及び蓋部材１４２によつ押圧挟持され、気密状態と
なる。本体１４１及び蓋部材１４２の構／１ｉ１２材料
としては、これに限られるものではないが、ステンレス
を用いている。

また、反応炉本体１４１の凹部ａの底部には、基板１２
の表面温度を測定するための測定袋Ｍ（例えば、オプテ
ィカルパイロメータと称される装置）を設けてあり、ま
た、反応炉本体１４１は、円「電源２４の一方の端子と
電気的に接続しである。

次に、加熱部１８は、この実施例の場合、反応炉１４の
蓋部材１４１の凹部すに設けである。この加熱部１８は
、この実施例の場合、赤外光を発する複数個のランプを
第二電極部材１６２に対向するように並置したもので構
成しである。赤外線ランプは、基板１２を効率良く加熱
出来る波長域の光を発するランプとするのが良く、基板
材料に応した任意好適なランプで構成する。加熱部１８
をランプで構成することにより基板を短時間のうちに所
定温度（例えば１１００℃）まで加熱出来る。ざらに、
基板温度か局所的に高くなったり局所的に低くなったり
することを防止出来、基板全体を均等に加熱出来る。ざ
らに、ランプ照射を停止することで基板を速やかに冷却
出来る。このため、プラズマによる基板処理の際の基板
温度の制御、絶縁膜形成の際の基板温度の制御を精度良
く出来る等の利点が得られる。この実施例では赤外線ラ
ンプとしてＷ（タングステン）−ハロゲンランプを用い
ている。

次に、プラズマ放電用電極部１６は、この実施例の場合
、反応炉１４の本体１４１の凹部ａに設けである。そし
て、その第一電極部材１６１は、反応炉本体１４１の凹
部ａを覆える大きざを有し然も加熱部１８で発せられた
赤外光を透過させることか出来るような材料で構成した
透過部材１６１及びこの透過部材１６１に設けた透明導
電膜１６１ｂで構成しである。この第一電極部材１６１
は、反応炉本体１４１の縁部分に透明導電膜１６１ｂ側
か凹部ａ側となるように着脱自在に係止出来る。そして
、この係止状態において透明導電膜１６１ｂか反応炉本
体１４１ヲ介しＲＦ電源２４と電気的に接続される。透
過部材１δ１及び透明導電膜１６１ｂの構成材料は、こ
れに限られるものではないが、透過部材１６１ａについ
ては石英板を、透明導電膜１６１ｂについてはＩｎ２Ｏ
３を用いでいる。この工ｎ２０３は、スパッタ法により
透過部材１６１ａ上に約１０ｕｍ程度の膜厚て形成して
いる。なお、透明導電膜１６１ｂの構成材料は、Ｉｎ２
Ｏ３のみ（こ限られるもので（（ｔなく、赤外光を透過
出来かつＲＦ放電用電極として利用出来るものであれば
他のものでも良い。具体例としては、ＳｎＯ□、Ｃｄ２
Ｓｎ○４、Ｚｎ○、Ｓｎ○２−３ｂ、ＩｎＯ２−３ｎ等
を挙げルコトが出来る。また、透明導電膜１６１ｂの形
成方法は、スパッタ法に限られるものではなく、電子ビ
ーム蒸着法、イオンビームスパッタ法、ＣＶＤ法その他
任意好適な方法で良い。

また、プラズマ放電用電極部１６の第二電極部材１６２
は、この実施例の場合、サセプタで構成している。そし
て、この第二電極部材１６２は反応炉本体１４１に絶縁
体２２を介し設けである。ざらに、この第二電極部材１
６２の一方の側は、反応炉）４の内側となる本体＋４１
の凹部ａ側に延出させ基板１２の設置部として構成して
いる。ざらに第二電極部材１６の他方の側を反応炉本体
１４１の外側に延出させこの延出部をＲＦ電源２４と電
気的に接続しである。

次に、絶縁膜形成装置に備わる真空排気手段２８及びガ
ス供給部３２につき夫々説明する。

この実施例の真空排気手段２８は、例えばターボ分子ポ
ンプ２８１及びロータリーポンプ２８２ヲ以って構成し
である。ターボ分子ポンプ２８１は圧力調整パルプ３０
ヲ介し反応炉１４と接続しである。ロータリーポンプ２
８２はターボ分子ポンプ２８１と接続しである。

また、この実施例のガス供給部３２は、反応炉１４に基
板清浄化ガスとしての還元性ガスを供給するための還元
性ガス源３２０と、反応性ガスを供給するための反応性
ガス源３２１と、絶縁膜形成のため用いる酸化性ガスを
供給するための酸化性ガス源３２２と、反応炉１４内に
設Ｍされた基板１２に自然酸化膜が形成されるのを防止
するための不活性ガスを供給するための不活性ガス源３
２３とを以って構成しである。これらガス源のうち、ガ
ス源３２１゜３２２及び３２３は、それぞれ、ガス導入
管３４と、対応するバルブ３６．３６ａ又は３６ｂと、
バルブ３６ｄとを介して反応炉１４と接続しである。不
活性ガス源３２３はガス導入管３４と、バルブ３６ｃと
を介して反応炉１４と接続しである。バルブ３６．３６
ａ、　３６ｂ及び３６ｃは、各ガス供給源用ガス導入管
の開閉用バルブであり、また、バルブ３６ｄは反応炉１
４を真空排気する際にガス導入管３４を閉鎖するための
バルブである。

＝シ　　　　　　ン　　　　；次に、基板としてシリコン基板を用いこの基板にシリコ
ン酸化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図は、この発明
の絶縁膜形成方法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。なお、第１図は横軸に時間をとり縦
軸に温度をとって示しである。また、第３図（Ａ）〜（
Ｄ）は、この発明の絶縁膜形成方法により絶縁膜を形成
する工程中の主な工程における基板の様子を断面図を以
って示した図である。以下の説明においては、第１図〜
第３図を適宜参照されたい。

先ず、基板１２としてシリコン基板を用意する。

この実施例では、このシリコン基板に対し化学集品及び
純水等を用いた洗浄（前洗浄）を行なう。

勿論、前洗浄は必ずしも行なわなくとも良い。

次に、反応炉１４の蓋部材１４２及びプラズマ放電用電
極部１６の第一電極部材１６１を反応炉本体１４１から
取り外した状態で、第二電極部材１６２上に前洗浄の済
んた基板１２を設置する。その後、本体１４１に第一電
極部材１６１及び蓋部材１４２を順次に取り付ける。

なお、前洗浄の済んた基板が酸化され自然酸化膜が形成
されるのを極力防ぐために、基板１２ヲ反応炉１４内に
設置する前には反応炉内に不活性ガスを導入しでおくよ
うにする。これは、バルブ３６ｃを開けでおくことによ
り可能である。

第一電極部材１６１及び蓋部材１４２の取付けが終了し
たら、反応炉１４内への不活性ガスの導入を停止し、次
いで排気手段２日を作動させて反応炉１４内を排気する
。この排気は、バルブ３６ｃ及びバルブ３６ｄ　！閉し
てからターボ分子ポンプ２８１及びロータリーポンプ２
８２を作動させ圧力調整バルブ３０を徐々に開けながら
行なう。反応炉１４内の清浄度を向上させるため、この
排気は、反応炉１４内の真空度が１ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒ
以下の高真空度となるようにするのが好適である。

この真空排気の後、基板清浄化ガス（この場合は還元性
ガス）のプラズマによる前記基板処理を以下に説明する
ように行なう。

先ず、バルブ３６ａ及びバルブ３６ｄを開けて反応炉１
４内に還元性ガスとしての例えば水素ガスを導入する（
第１図の＠域Ｉ：Ｈ２フロー）、この際、自然酸化膜の
除去及び清浄化を反応炉内を減圧状態とした状態で行な
うため、還元性ガスを反応炉１４内に導入しながら圧力
調整バルブ３０を操作して排気量を調整すると共に還元
性ガスのガス流Ｍ＋調整する。これらの調整は、反応炉
内の真空度が例えば１×］○−２Ｔｏｒｒ程度となるよ
うに行なう。還元性ガスの流量調整は、通常行なわれて
いる如く、フローメーター等のガス流量調整手段（図示
せず）を用いて行なえる。

このような減圧状態の下で、８「電源２４を作動させ例
えば円「パワーを約］５０Ｗ及び放電時間を１０分間と
した条件で還元性ガスをプラズマ放電させ基板１２を処
理する（第１図の領域■）、この処理の際、主としで、
還元性ガスの還元作用とプラズマ放電により化学的に活
性化された還元性ガスのエツチング作用とによって基板
１２の自然酸化膜１２ａか除去出来（第３図（Ａ）及び
（Ｂ）９照）、また、基板１２の表面に付着している炭
素その他の不純物が除去出来る。なお、還元性ガスのプ
ラズマによる上記処理は、加熱部１８ヲ用いて基板１２
ヲ加熱しながら行なうのか好ましい。これによつ、単位
時間当たりの自然酸化膜の除去量及び不純物の除去量を
増やすことが出来る。この基板加熱温度は、これに限ら
れるものではないか、３００℃程度が良い、なお、還元
性ガスのプラズマによる上記処理を反応炉１４内を減圧
状態に維持しながら行なっているので、基板１２のエツ
チングによる揮発性の反応生成物や炭素等の不純物か反
応炉１４外へ排気され、その結果、反応生成物や不純物
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。

還元性ガスのプラズマによる基板処理か終了したらＲＦ
電源２４をオフにする。その後、バルブ３６及びバルブ
３６ｄ　％閉し反応炉１４内への還元性ガスの導入を停
止する。次に、圧力調整バルブ３０ヲ徐々に開けてゆき
反応炉１４内の排気を行なう。この排気は、反応炉１４
内の清浄度を向上きせるため、反応炉内の真空度が１×
１０−＠以下となるように行なうのが好ましい。

次に、バルブ３６ａ及びバルブ３６ｄを開は反応炉１４
内に反応性ガスとしてこの場合フッ素系ガスの１ｆ！で
ある「２ガスを導入する（第１図の領域ｎ：Ｆ２フロー
）、なお、反応性ガスは、「２ガスに限られるものでは
なく他の好適なものでも良い。このようなガスとしては
種々のものが考えられるが、好ましくはハロゲン系のガ
ス、より好ましくは、Ｆ２ガスをも含むフッ素系ガスや
塩素系ガスか良い。また、反応性ガスは１種類のみ用い
ても良く、また設計によっては２種類以上のガスを混合
して用いても良い。

反応性ガスの導入に当たっては、基板１２と反応性ガス
との反応によつ生した反応生成物を反応炉１４外に効率
的に除去するため、反応炉１４内を１×］○−２程度の
減圧状態とするのか良い。このような減圧状態の調整は
、還元性ガスの流ｆｆｉをフロメーター等のガス流量調
整手段（図示せず）で調整することで行なえる。

このような減圧状態の下で、ＲＦ電源２４ヲ作動させ例
えば８「パワーを約１５０Ｗ及び放電時間を約１０分間
とした条件で反応性ガスをプラズマ放電させ基板１２そ
処理する（第１図の領域■）。

この処理の際、プラズマ放電により活性化きれた反応性
ガスは、基板１２の表面部分と化学反応を起し基板１２
の表層部にフッ素の侵入層５１（以下、フッ素のドーピ
ング層５１）ヲ形成する（第３図（Ｃ））、この場合の
侵入層５１は、基板構成原子であるシリコン原子と、反
応性ガスに含まれるフッ素原子とか化学的に結合し構成
された層である。なお、反応性ガスのプラズマによる上
記処理は、加熱部１８を用いて基板１２を加熱しなから
行なうのが好ましい、これにより、ドーピング層５１の
厚みを増すことが出来る。この基板加熱温度は、これに
限られるものではないが、３００″Ｃ程度が良い、また
、ドーピング層５１の厚みであるか、後に形成する酸化
膜中のシリコン原子の不対結合等に対しドーピング層５
１のフッ素を作用させ得るフッ素が得られるような膜厚
とするのが良い。しかし、ＲＦプラズマではあまり厚い
ドーピング層の形成は困難である。これらを考えこの実
施例では、ドーピング層５１の厚みは、約０．０１〜０
゜１Ｌ１ｍとしである。

反応性ガスのプラズマによる基板処理か終了したらＲＦ
電源２４ヲオフにする。その後、バルブ３６ａ及びバル
ブ３’６ｄを閉し反応炉１４内への反応性ガスの導入を
停止する。次に、圧力調整バルブ３０を徐々に開けてゆ
き反応炉１４内の排気を行なう。

この排気は、反応炉１４内の清浄度を向上させるため、
反応炉１４内の真空度か１×］○−６以下となるように
行なうのが好ましい。

次に、酸化性ガス雰囲気中で加熱処理を行なって基板１
８に酸化膜を形成するため、バルブ３６ｂ及びバルブ３
６ｄ　％開は酸化性ガス例えば酸素カスを反応炉１４内
に導入する（第１図の領域ｍ、０２フロー）。酸化膜形
成は大気圧下でも行なえるが、酸化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−２Ｔｏｒｒの低真空の減圧状態に維
持する。このため、圧力調整バルブ３０の開き具合を調
整すると共に酸化性ガスのガス流量を調整する。

反応炉１４内をこのように減圧状態とした後加熱部１８
の赤外線ランプを点灯し赤外線を基板１２に照射しこの
基板を任意好適な温度に加熱する。この加熱は、基板１
２の表面温度を温度測定装Ｍ２６て測定しながら、基板
１２の温度を例えば５０℃／秒〜２００℃／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、１１００℃に保持するように行
なう（第１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か好適であるか、それ
は酸化膜の成長度合を一定にして品質の良い酸化膜を形
成するためである。このような条件で加熱処理をした場
合、フッ素のドーピング層５１を第３図（Ｄ）に示すよ
うに基板１２と絶縁膜１４との界面に残したまま、膜厚
が約１００人の絶縁膜５３（熱酸化膜５３）が形成出来
る。なお、基板１２の表面温度を所定温度（この例では
１１００℃）に維持することは、公知の温度制御技術に
より赤外線ランプのオン・オフを制御することで行なえ
る。また、絶縁膜５３の膜厚制御は例えば、酸化温度、
酸化時間及び酸化ガスの流量を調整することによって行
なえる。

絶縁膜５３の形成が終了した後、加熱部１８の赤外線ラ
ンプを消し基板１８の加熱を停止する。加熱の停止と共
に或は加熱停止の後に、バルブ３２ｂ及びバルブ３６ｂ
　を閉して酸化性ガスの供給を停止し、また、絶縁膜が
必要以上に成長するのを防止するために先ず圧力調整バ
ルブ３０を開けて反応炉１４内を真空排気する。ここで
の真空排気は、反応炉内を１×１０−６以下の高真空に
するように行なうのか良い。真空排気の後圧力調整バル
ブ３０を閉じ、次に、バルブ３６ｃ　％開いて反応炉１
４内の酸素ガスを不活性ガスに置換する（第１図の領域
■　不活性ガスフロー）。

次に基板１２を室温例えば２５°Ｃまて冷却する。

基板１２が室温まで下かったら反応炉１４から基板１２
を取り出す、なお、絶縁膜形成後、基板１２は不活性ガ
ス中雰囲気中に放置し冷却するのが良いが、冷却方法は
これに限られるものではない０例えば不活性ガス流量を
多くして冷却速度を早める等を必要に応し行なうことも
出来る。

上述の絶縁膜の形成工程においては基板加熱を赤外線ラ
ンプによる急速加熱法で行なっているので、以下のよう
な効果が得られる。

■・・・赤外線ランプを作ｗ′Ｊさせると基板は応答性
良く加熱されさらにランプを消すことで基板は応答性良
く冷却される。このため、絶Ｒ膜（熱酸化膜）の成長及
びその停止か容易になる。従って、基板温度を］０００
〜１２００℃（実施例では１１００”Ｃ）という高温に
し絶縁膜の形成を行なっても薄い熱酸化膜の制御が可炬
であるので、高温処理によっで絶縁膜の膜質の向上か図
れる。

■・・・また、上述の実施例では、絶縁膜形成後には反
応炉１４内の清浄度を向上させるため反応炉１４内を高
真空状態或いは減圧状態として反応生成物等の不純物を
反応炉１４内から極力排除していた。

しかし、これにも限界があるため、不純物は僅かながら
反応炉内に残留している。しかし、絶線膜形成時（ｖ、
は、赤外線ランプによる急速加熱により熱酸化膜を得る
ので、基板か高温状態で不純物に汚染される時間が従来
の方法に比し短くて済む。

実際、加熱時間（基板温度か所定温度に達してからラン
プを切るまでの時間）は例えば６０秒以内（好ましくは
１０〜３０秒）と短い。従って、従来より清浄な熱酸化
膜か得られ従って膜欠陥の少ない絶縁膜か得られる。

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
き説明したか、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
を加えることか出来る。

上述の実施例では、絶縁膜の形成をランプによる急速加
熱で行なっていたか、絶縁膜の形成方法を低温酸化法と
し、或いは稀釈酸化法として本発明を適用しても、ドー
ピング層の作用による絶縁膜の膜質向上が図れることは
明らかである。

また、実施例ではＩ！！縁膜の形成前に還元性ガスのプ
ラズマによる基板処理を行なって基板の清浄化をしてい
るか、設計によってはこの処理は省いても勿論良い。

（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
形成方法によれば、絶縁膜形成後に反応牲ガスのプラズ
マによる基板処理を行ないその後この基板上に絶Ｒ膜を
形成する。従って、基板の表層部には反応性ガス中の原
子（実施例で云えばフッ素原子）のドーピング層か形成
され、絶縁膜は、このドーピング層を有する基板上に形
成される。このため、基板／絶縁膜界面に反応性ガス中
の原子（フッ素原子）が偏析し、この原子かこの界面に
生しる従来から問題となっているシリコン原子の不対結
合や歪んだＳｌ−○−３ｉ結合に作用しこれら結合を減
少させる。この結果、界面準位密度が低い絶縁膜が得ら
れるので、例えばＭＯＳデバイスへ応用した場合ホット
エレクトロン耐性が向上し信頼性の高いＭＯＳデバイス
か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の絶縁膜形成方法の説明に供する図で
あり、加熱サイクルを示した図、第２図は、この発明の
絶縁膜形成方法の実施に好適な装置の説明に供する図、第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例の絶縁膜形成方法の説
明に供する図である。０・・・基板加熱装置、　　　＋　２−・・基板（シリ
コン）２ａ・・・自然酸化膜、　　　１４・・・反応炉
４１・・・本体、　　　　　　＋４２−＝蓋部材６・・
・プラズマ放電用電極部６１・・・第一電極部材、６１ｂ−・・透明導電膜、８・・・加熱部、２２・・・絶縁体、２６−・測定装置、２８１・・・ターボ分子ポンプ２８２・・・ロータリーポンプ、３２・・・ガス供給部、３２４−・・反応性ガス源、３２３−・・不活性ガス源、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ　−・バルブ５１−・
・フッ素のドーピング層５３・・・絶縁膜（熱酸化膜）。３０−・・圧力調整バルブ３２０−・・還元性ガス源３２２−・・酸化性ガス源３４・・・ガス導入管１６１　ａ−透過部材＋６２−・・第二電極部材２０・・・気密保持部材２４・・・８「電源２８−・・真空排気手段温Ｉｘ（℃）１２：基板（シリコン）１２ａ自然酸化膜５１フツ素のドーピング層実施例の絶縁膜形成方法の説明に供する図第３図１０：基板加熱装置１２：基板１４：反応炉１６：プラズマ放電用電極部１８：加熱部２０：気密保持部材２２：絶縁体２４：日「電源２６：測定装置２８：真空排気手段３０：圧力調整バルブ３２：ガス供給部３４：ガス導入管３６．３６ａ、　３６ｂ、　３６ｃ、３６ｄ　：バルブ
１４１：本体１４２：　Ｉｉ＝部材１６１：第一電極部材１６１ａ：透過部材１６１ｂ　　透明導電膜１６２：第二電極部材２８１：ターボ分子ポンプ２８２：ロータリーポンプ３２０：還元性ガス源３２１：反応性ガス源３２２：　Ｍ化性ガス源３２３：不活性ガス源この発明の絶縁膜形成方法の実施に好適な装置の説明に
供する図第２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応炉内で基板に対し酸化性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方法におい
て、絶縁膜の形成前に、反応炉内を反応性ガス雰囲気とし、
高周波放電により前記反応性ガスのプラズマを発生させ
、該プラズマにより基板を処理することを特徴とする絶縁膜形成方法。
（２）前記反応性ガスをハロゲン系ガスとしたことを特
徴とする請求項１に記載の絶縁膜形成方法。
（３）反応性ガスのプラズマによる前記基板処理を行な
う前に、反応炉内を基板清浄化ガス雰囲気とし、高周波
放電により前記基板清浄化ガスのプラズマを発生させ、
該プラズマにより基板を処理することを特徴とする請求
項１に記載の絶縁膜形成方法。
（４）反応性ガスのプラズマによる前記基板処理を加熱
状態で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。
（５）基板清浄化ガスのプラズマによる前記基板処理を
加熱状態で行なうことを特徴とする請求項３に記載の絶
縁膜形成方法。
（６）前記加熱を赤外線照射により行なうことを特徴と
する請求項１、４または５に記載の絶縁膜形成方法。