JPH04245631A - 酸化膜形成方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は酸化膜形成方法、特に
膜厚の極めて薄い酸化膜を高品質に形成するための方法
に関する。

【０００２】

【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ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　　Ｏｘｉｄｅ　　Ｓ
ｅｍｉｃｏｄｕｃｔｏｒ）集積回路では膜厚が極めて薄
い酸化膜がゲート酸化膜として用いられる。とりわけ１
．０μｍ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オングストローム（以下
、Ａ°の記号で示す場合がある）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によって利得の
向上を図っている。

【０００３】酸化膜の形成は、例えば文献：「ＭＯＳＬ
ＳＩ製造技術、徳山　　　　巍、橋本哲一編著、日経マ
グロウヒル社、Ｐ．６５〜８２（１９８５）」に示され
るように次のようにして行なわれる。

【０００４】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℃に加熱した石英管
内に、清浄化した基板を配置する。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
ては例えば、乾燥した酸素ガス、或は酸素および水素の
混合ガス、或は塩酸を霧状にして酸素ガスと混合したガ
スを用いる。酸化時間と酸化膜厚とは図５に、横軸に酸
化時間（秒）および縦軸に酸化膜厚（Ａ°）をプロット
して示した、破線曲線で示すように、一定の関係がある
ので、酸化性ガスを導入した石英管内に、形成しようと
する膜厚に見合った一定時間、一定温度で基板を放置し
て酸化膜を連続成長させることによって、均一な膜厚の
酸化膜を基板表面に形成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上に
述べた酸化膜形成方法では、酸化膜を休み無く連続成長
させているので、例えば、１００Ａ°以下の薄い領域の
膜厚を制御するのが困難であった。そのため、このよう
な薄い酸化膜を形成する場合、その膜厚制御を行なうた
めには、８００℃以下に酸化温度を下げて酸化速度を下
げる（以下、これを低温酸化法と称することもある）か
、或は窒素で酸素を希釈して酸化速度を下げて行なう方
法（以下、これを希釈酸化法と称することもある）をと
っていた。

【０００６】しかしながら、低温酸化法ではシリコン／
二酸化シリコン界面が粗れるという問題があった。一方
、希釈酸化法の場合では、窒素がシリコン／二酸化シリ
コン界面に偏析するので、新たに界面準位が発生する等
の問題があった。それ故、上述のいずれの方法を行なっ
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。

【０００７】また、これらの低温酸化法、希釈酸化法に
より得られる酸化膜は一般に緻密ではなく、シリコン／
シリコン酸化膜界面や、酸化膜中に原子の不安定の結合
状態、例えば、未結合手やシリコン原子の不対結合や、
弱い結合を含むＳｉ−Ｓｉ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｏ−Ｏ
結合、或は歪んだＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が多く存在する非
結晶構造となっているため、そもそも界面準位（Ｄｉｔ
）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型電界効果トランジスタのゲート酸化膜と
して使用する場合、上記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Ｍ
ＯＳ型電界効果トランジスタにおいては、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、電子はこのようなシリコン原子の不対結合や、歪ん
だＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合にトラップされ、新たな界面準位
を発生させ、そのためＭＯＳ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こ
すという問題が生じる。

【０００８】また、このようにして形成された酸化膜を
用いてＭＯＳ構造を構成し、このＭＯＳ構造の耐圧試験
を行うと、酸化膜中のシリコン原子の不対結合や歪んだ
Ｓｉ−Ｏ−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、このトラッ
プが絶縁破壊の原因となる。

【０００９】この発明は、上述した従来の問題点に鑑み
なされたものであり、従って、この発明の目的は、酸化
膜形成中に生じる不安定な結合手等に起因する膜欠陥を
低減し膜質の優れた薄い酸化膜を形成できる、酸化膜形
成方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、反応炉内でシリコンの下地に対
し酸化膜形成用ガス雰囲気中で加熱処理を行なって該下
地に酸化膜を形成するに当り、加熱処理を赤外線照射に
より行ない、酸化膜形成用ガスを酸化性ガスおよび反応
性ガスの混合ガスとし、該酸化性ガスを少なくとも酸素
含有ガスとし、および、反応性ガスをフッ素および塩素
の少なくとも一方を含むハロゲン含有ガスとすることを
特徴とする。

【００１１】この発明の実施に当り、好ましくは、酸化
膜の成膜の前処理として、前記下地に対し還元性ガス雰
囲気中で加熱処理を行い、続いて、反応性ガス雰囲気中
で加熱処理を行って清浄化した下地とするのが良い。

【００１２】さらに、この発明の実施に当り、酸化性ガ
スを酸素（Ｏ２）ガスおよび一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガ
スのいずれか一方のガスとするのが良い。

【００１３】また、この発明の実施に当り、好ましくは
、還元性ガスを水素ガスのような水素を含むガスとする
のが良い。

【００１４】また、この発明の実施に当り、好ましくは
、酸化膜をＳｉＯ２膜とするのが良い。

【００１５】尚、ここでシリコンの下地とは、シリコン
基板はもとより、その他に、このシリコン基板にエピタ
キシャル層を形成したもの、その他、これらに限らず基
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、酸化膜が形成されるべき広く下地を意味している。

【００１６】

【作用】上述したこの発明の酸化膜形成方法によれば、
酸化膜形成用ガスとして、ハロゲン化物含有ガスと酸化
性ガスとの混合ガスを用いてシリコンの下地上に酸化膜
の成膜を行う。シリコン酸化膜界面にもともと存在する
、シリコンの不対原子がハロゲン原子と結合してＳｉ−
Ｏ−Ｓｉ結合等の弱い結合等を安定な結合状態に変える
と共に、界面準位密度の低下に寄与する。その結果、酸
化膜は膜欠陥の無い、また、絶縁破壊の恐れのない、高
品質の膜となる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照し、この出願の発明の実施
例につき説明する。

【００１８】尚、図面は発明が理解出来る程度に、各構
成成分の寸法、形状および配設位置を概略的に示してい
るにすぎない。また、以下の説明では、特定の材料およ
び特定の数値的条件を挙げて説明するが、これら材料お
よび条件は単なる好適例にすぎず、従ってこれらに何ら
限定されるものではない。

【００１９】先ず、この発明の方法の説明に入る前に、
この発明を実施するための装置につき説明する。 ＜この発明の実施のために使用して好適な酸化膜形成装
置の構造の実施例の説明＞図３はこの発明の方法を実施
するための酸化膜形成装置の主要部（主として反応炉お
よび加熱部の構成）を概略的に示す断面図である。尚、
図２では反応炉内に基板を設置した状態を示す。

【００２０】また図４はこの発明の実施例の説明に供す
る図であり、酸化膜形成装置の全体構成を概略的に示す
図である。

【００２１】図４にも示すように、この酸化膜形成装置
は、基板が設置される反応炉１０と、反応炉１０内の真
空排気を行なうための排気手段１２と、ガス供給部１４
と、加熱処理を行なうための加熱部１６とを備えて成る
。以下、この装置の構造の実施例につき説明する。

【００２２】図３にも示すようにこの実施例では、反応
炉（チャンバー）１０を例えば本体１０ａ、蓋部材１０
ｂおよび昇降部材１０ｃから構成する。本体１０ａおよ
び昇降部材１０ｃの形成材料としては、例えばステンレ
スを、また蓋部材１０ｂおよび後述の支持体２０の形成
材料としては、例えば石英を用いるか、または、その逆
の組み合わせで用いてもよい。

【００２３】本体１０ａおよび昇降部材１０ｃは分離可
能に一体となって凹部ａを形成するものであり、昇降部
材１０ｃの凹部ａの側に基板１８を載せるための支持体
２０を設けて昇降部材１０ｃの昇降によって支持体２０
をのせた基板１８を反応炉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部材１０ｃを昇
降装置２２と連結させている。

【００２４】また蓋部材１０ｂを着脱自在に本体１０ａ
に取り付ける。本体１０ａと蓋部材１０ｂおよび昇降部
材１０ｃとの間には気密保持部材２４例えばバイトンパ
ッキンを設けており、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
できるようになしている。

【００２５】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。

【００２６】さらにこの実施例では加熱部１６を任意好
適な構成の赤外線照射手段、例えば赤外線ランプ１６ａ
とこの手段１６ａを支持するための支持部材１６ｂとを
以って構成する。赤外線ランプ１６ａとしては基板１８
を効率良く加熱できる波長域の光を発するランプとする
のが良く、基板材料に応じた任意好適なランプで構成す
る。この実施例では、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を反応炉１０内の加熱を均一に行な
えるように配置する。

【００２７】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の一部を赤外線を透
過する材料を以って構成し、赤外線を反応炉１０外から
反応炉１０内に透過させるようにする。既に説明したよ
うに、この実施例では、蓋部材１０ｂを石英で構成して
あるので、赤外線を透過することができる。

【００２８】加熱部１６の構成および配設位置は後述す
る加熱処理を行なえる任意好適な構成および配設位置と
して良く、例えば加熱部１６をヒーターを以って構成し
、このヒーターを反応炉１０内に設けるようにしても良
い。

【００２９】支持部材１６ｂの配設位置をこれに限定す
るものではないが、図示例では支持部材１６ｂを支持部
材１６ｂと本体１０ａとの間に蓋部材１０ｂおよび本体
１０ａの当接部を閉じ込めるように、本体１０ａに着脱
自在に取り付け、さらに支持部材１６ｂと本体１０との
間に気密保持部材２４を設ける。このように支持部材１
６ｂを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。

【００３０】尚、図３において符号２８は反応炉１０お
よびガス供給部１４の間に設けたガス供給管、また３０
は反応炉１０および排気手段１２の間に設けた排気管を
示す。

【００３１】次に図４を参照してこの実施例の真空排気
系およびガス供給系につき説明する。尚、真空排気系お
よ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。

【００３２】まず真空排気系につき説明する。この実施
例では排気手段１２を例えばターボ分子ポンプ１２ａと
このポンプ１２ａと接続されたロータリーポンプ１２ｂ
とを以って構成する。排気手段１２を例えば図示のよう
に配設した排気管３０およびバルブを介して反応炉１０
と連通させて接続する。

【００３３】図４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３２ａおよび３２ｄを例えば１〜１０−３（１０
のマイナス３乗）Ｔｏｒｒの範囲の圧力測定に用いるバ
ラトロン真空計（或いはピラニー真空計）とし、また真
空計３２ｂおよび３２ｃを例えば１０−３〜１０−８（
１０のマイナス８乗）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３
４を設け、真空計３２ｂの動作時に真空計３２ｂに対し
て１０−３Ｔｏｒｒ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および反応炉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をそれぞれ任意
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し反応炉１０内に低真空排気状態お
よび高真空排気状態を形成する。

【００３４】さらに３８は圧力調整用のニードルバルブ
および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７６０Ｔｏｒｒ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。

【００３５】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、反応性ガ
ス源１４ｂ、酸化性ガス源１４ｃおよびパージ用ガス源
例えば不活性ガス源１４ｄを以って構成する。ガス供給
部１４を例えば図示のように配設した供給管２８および
バルブを介して反応炉１０と連通させて接続する。

【００３６】図４において４２はガス供給系、４４はバ
ルブ、４６ａ〜４６ｄ、４８ａおよび４８ｂは自動開閉
バルブ、５０ａおよび５０ｂはガス供給部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。

【００３７】バルブ４４、４８ａ、４８ｂ、４６ａ〜４
６ｄを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。 ＜この発明の酸化膜形成方法の実施例の説明＞次に、こ
の発明の酸化膜形成方法につき説明する。

【００３８】また、図１は、この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。図の横軸は時
間および縦軸は温度をプロットして示してある。

【００３９】図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の酸化
膜形成方法の一実施例の説明に供する工程図であり、各
図は、主要工程段階で得られた構造体を断面の切り口を
概略的に示してある。

【００４０】又、以下の説明では図３および図４を適宜
参照されたい。

【００４１】この発明では、反応炉１０内の支持体２０
にシリコンの下地を設置した後、下地の清浄化を行なっ
てから、酸化膜の成膜処理を行なう。以下、これにつき
順次説明する。 ■［清浄化］この酸化膜の成膜前の基板の清浄化法につ
いては、この出願に係る出願人等によって既に提案され
ているが、この発明の方法でもこの清浄化方法を用いる
のが好適であり、これにつき説明する。 前処理 　　この発明における実施例では、下地として例えばシ
リコン基板を用意し、前処理として従来行なわれている
如く、化学薬品、純水等を用いて基板１８の前洗浄を行
なう。

【００４２】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内にパー
ジ用の不活性ガス例えば窒素ガス或いはアルゴンガスを
予め導入しておく。還元性ガス、反応性ガスおよび酸化
性ガスはまだ導入しない。このときバルブ４４、４８ｂ
および４６ｄを開き、バルブ４８ａ、４６ａ〜４６ｃを
閉じておく。

【００４３】次に反応炉１０内に基板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。 この際、基板１８は空気に一旦さらされるので、基板表
面に自然酸化膜１８ａが形成されている（図２の（Ａ）
）。

【００４４】次に、これらの前処理後、基板表面の清浄
化処理を行なう。この清浄化処理は、還元性ガス雰囲気
中で、加熱処理を行なって基板１８を反応炉１０内で清
浄化する。

【００４５】以下、この基板の清浄化処理工程につき説
明する。 自然酸化膜の除去 　　基板の清浄化に当り、まずバルブ４４、４８ｂ、４
６ｄを閉じて基板１８を設置した反応炉１０内への不活
性ガスの供給を停止する。

【００４６】次に、排気手段１２によって反応炉１０内
を例えば１×１０−６（１０のマイナス６乗）Ｔｏｒｒ
の高真空に真空排気し、反応炉１０内を清浄化する。こ
の真空排気を行なうためバルブ３８、３６ａ、３６ｅ、
３６ｆ、３４を閉じておいてバルブ３６ｂ、３６ｃ、３
６ｄを開きロータリーポンプ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
ら真空排気を行なう。そして反応炉１０内が例えば１×
１０−３Ｔｏｒｒの圧力となった後、バルブ３６ｃ、３
６ｄを閉じてバルブ３６ｅ、３４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１×１０−６
Ｔｏｒｒまで反応炉１０内を真空排気する。

【００４７】高真空に反応炉１０内を排気したら、次に
反応炉１０内に還元性ガス例えば水素ガスを導入する（
図１にＩの時間領域で示すＨ２フロー）。還元性ガスの
導入に当っては、次に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を閉じてバルブ３８
、３６ａを開いた状態としてこの状態でバルブ４４、４
８ａ、４６ａを開いて還元性ガス例えば水素ガスを反応
炉１０内に供給する。

【００４８】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を操作するとともに還元性
ガスの流量と自動流量コントローラ５０ａで調節するこ
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１００〜１０−２（１０のマイナス２乗）Ｔｏｒ
ｒの低真空の減圧状態に維持する。

【００４９】次に加熱部１６によって自然酸化膜１８ａ
（図１の（Ａ）参照）の除去のための加熱処理を行なう
（図１のＨ２フロー中Ｈ１で示す時間期間の加熱）。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１８の自然酸化膜１８ａを還元し自然酸化膜
を基板１８から除去する（図２の（Ｂ））。基板１８の
加熱は例えば基板１８への赤外線照射によって行なう。 尚、既に説明したように、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お
よび反応炉１０内が汚染される度合を低減出来る。

【００５０】この加熱処理では、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５０℃／秒〜２００℃／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１００
０℃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。

【００５１】次に、加熱部１６による基板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℃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４８ａを閉じてバルブ４８ｂ、４６ｄを開けて不活
性ガスを大量に反応炉１０内に導入することによって行
なえる。

【００５２】次にバルブ３８、３６ａを閉じてバルブ３
６ｂ、３６ｅを開けて反応炉１０内を例えば１×１０−
６Ｔｏｒｒ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、バルブ３６ｂ、３６ｅを閉
じてバルブ３８、３６ａ、４８ａおよび４６ｂを開き、
反応性ガス例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）を反応炉１０
内に導入する（図１にＩＩで示す時間領域のＮＦ３フロ
ー）。反応性ガスの導入に当っては、次に行なう反応性
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、還元性ガス雰囲気中での加熱処
理と同様にして、反応炉１０内を例えば１００〜１０−
２（１０のマイナス２乗）Ｔｏｒｒの低真空の減圧状態
に維持する。

【００５３】次に加熱部１６によって加熱処理を行なう
。この加熱処理によって、熱的に活性化された反応性ガ
スが基板１８自体および不純物と化学的に反応して揮発
性の反応生成物を形成し、基板１８をエッチングするの
で、基板１８に付着している無機物等の不純物を除去で
きる。反応性ガスの熱的活性化は例えば反応性ガスに赤
外線を照射することによって行なう。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ので、基板１８
のエッチングによる揮発性の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お
よび反応炉１０内が汚染される度合を低減できる。

【００５４】この加熱処理で、基板１８も加熱するよう
にすれば反応性ガスと基板１８および不純物との反応性
が向上し、清浄化も促進される。

【００５５】例えば、基板１８の表面温度を約１０００
℃に保持するように基板１８を加熱しながら約２０秒（
図１にＨ２で示す時間期間）間、反応性ガスによる基板
１８のエッチングを行なえばよい。

【００５６】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を閉じて反応性ガスの供給を停止
し、基板１８が室温まで冷却するのを待つ。この冷却は
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。

【００５７】次に、バルブ３８、３６ａを閉じ、バルブ
３６ｂ、３６ｅを開き反応炉１０内を例えば１×１０−
６Ｔｏｒｒの高真空に排気する。 ■［シリコン酸化膜の成膜］次に酸化性ガスおよびハロ
ゲン化物含有反応性ガスとの混合ガス雰囲気中で加熱処
理を行なって基板１８にシリコン酸化膜を形成するため
バルブ３６ｂ、３６ｅを閉じ、バルブ３８、３６ａ、４
８ａ、４８ｂ、４６ｂ、４６ｃを開き、酸化性ガス例え
ば酸素（Ｏ２）ガスとハロゲン化物含有反応性ガス例え
ば三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスとを反応炉１０内に供給
する（図１にＩＩＩで示す時間領域の（Ｏ２＋ＮＦ３）
フロー）。この酸化膜の形成は、大気圧下でも行える。 しかし、好ましくは、このとき酸化膜形成時の反応生成
物を反応炉１０外に排気するため、反応炉１０内を例え
ば１００〜１０−２Ｔｏｒｒの低真空の減圧状態に維持
する。

【００５８】次に、加熱部１６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５１を形成する（
図２の（Ｃ））。

【００５９】この基板１８の加熱は加熱部１６の赤外線
ランプ１６ａによって行う。この際、例えば、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℃
／秒〜２００℃／秒の間の適当な割合で、好ましくは、
昇温速度約１００℃／秒で、加熱温度Ｔ１である約１０
００℃まで上昇させ、好ましくは、約１分間（図２にＨ
３で示す時間期間）、約１０００℃に保持するように行
なう。この場合、上昇温度を一定の割合で行なうのが好
適であるが、それは酸化膜の成長度合を一定にして品質
の良い膜を形成するためである。尚、昇温速度を上述し
たような範囲としたのは膜厚の制御性およびまたは品質
の良い膜を形成するためである。又、加熱温度Ｔ１を約
１０００℃としたのは、酸化膜の成膜に要する、好まし
い最低の温度であるからである。また、時間期間Ｈ３を
約１分間程度としたのは膜厚の制御性およびまたは膜質
の観点からである。このような条件で、基板を加熱する
ことによって膜厚約１００Ａ°という薄い、良質の酸化
膜を形成できる。

【００６０】酸化膜の膜厚制御は例えば、酸化温度、酸
化時間および酸化ガスの流量を調整することによって行
なえる。

【００６１】所望の膜厚の酸化膜５１を形成したら、次
に基板１８の加熱を停止する。

【００６２】この加熱の停止と共に或は加熱停止の後に
、バルブ４６ｂ、４６ｃを閉じて酸化性ガスの供給を停
止する。また、酸化膜が必要以上に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内のガス雰
囲気を不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガスに置換す
る。

【００６３】次に基板１８を室温例えば２５℃まで冷却
した後、酸化膜５１が成膜されている基板を反応炉１０
外へ取り出す。

【００６４】このような工程を経て得られた酸化膜は、
シリコン酸化膜中（シリコン／酸化膜界面を含む）もと
もと存在していたシリコンの不対原子がハロゲン原子と
結合して界面準位密度の低下に寄与する。また、酸素原
子の不安定な結合状態、例えば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合等
のような弱い結合や未結合手が低減され、その結果、形
成されたシリコン酸化膜には膜欠陥は無くなって、高品
質の膜となり、ひいては、この酸化膜を用いて形成され
る電子デバイスの電気特性の向上を図ることができる。

【００６５】この発明は、上述した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また
は変形を加えることができる。

【００６６】上述した実施例では、ハロゲン化物含有反
応性ガスとして三フッ化窒素を用いたが、これに限定さ
れるものではなく、フッ素または塩素を含む反応性ガス
であれば良い。

【００６７】また、上述した実施例では酸化性ガスとし
て酸素（Ｏ２）ガスを用いたが、この酸素ガスの代わり
に例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスのような酸素を含
むガスを用いても同様に充分な酸化効果を上げることが
できる。

【００６８】さらに、還元性ガスとして水素ガスを用い
たが、これに限定されるものではなく、水素ガスを含む
ガスであれば良い。

【００６９】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、これは基板の加熱および冷
却を応答性良く行うためである。しかし、この発明では
、この加熱処理は、アークランプやレーザビームさらに
はヒータ等で赤外線照射を行なっても良い。

【００７０】また、この発明の酸化膜形成方法は、シリ
コン酸化膜中の原子の不安定な結合状態をより安定な結
合状態に変えるハロゲン元素を含むガスと酸化性ガスと
の混合ガスを用い、加熱処理を行なって成膜する限りに
おいては、低温酸化法に適用して酸化膜を形成した場合
、或いは希釈酸化法に適用して酸化膜を形成した場合に
も、酸化膜の膜質の向上が図れることは当業者に明らか
である。

【００７１】また、上述した実施例では、酸化膜の形成
前に還元ガス雰囲気中で加熱を行なって下地である基板
の清浄化をしているが、所要に応じて、この処理は省い
ても勿論よい。

【００７２】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の酸化膜形成方法によれば、シリコンの下地上に
成膜した酸化膜中では、不安定な結合をしていた原子が
このハロゲン元素の原子と結合して安定な結合状態に変
わり、従って膜欠陥がなく、絶縁破壊の生じない、高品
質の酸化膜が得られる。従って、この発明により形成し
た酸化膜を用いて電子デバイス例えばＭＯＳトランジス
タを作製すると、これら電子デバイスの電気的特性を従
来よりも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の酸化膜形成方法の一実施例の説明に
供する図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の酸化膜形成方法
の一実施例の説明に供する工程図である。

【図３】この発明の酸化膜形成方法の一実施例を実施す
るための装置の要部を概略的に示す断面図である。

【図４】この発明の酸化膜形成方法の一実施例を実施す
るための装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図５】この発明および従来の酸化膜形成方法の説明に
供する、酸化時間−酸化膜厚特性曲線図である。

【符号の説明】

１０：反応炉 １０ａ：本体 １０ｂ：蓋部材 １０ｃ：昇降部材 １２：排気手段 １２ａ：ターボ分子ポンプ １２ｂ：ロータリーポンプ １４：ガス供給部 １４ａ：還元性ガス源 １４ｂ：反応性ガス源 １４ｃ：酸化ガス源 １４ｄ：不活性ガス源 １６：加熱部 １６ａ：赤外線ランプ １６ｂ：支持部材 １８：基板 １８ａ：自然酸化膜 ２０：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〜３６ｆ、３８、４０、４４、４６ａ〜４
６ｄ、４８ａ、４８ｂ：バルブ ４２：ガス供給系 ５０ａ、５０ｂ：ガス流量コントローラ５１：酸化膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　反応炉内でシリコンの下地に対し酸化
   膜形成用ガス雰囲気中で加熱処理を行なって該下地に酸
   化膜を形成するに当り、加熱処理を赤外線照射により行
   ない、酸化膜形成用ガスを酸化性ガスおよび反応性ガス
   の混合ガスとし、該酸化性ガスを少なくとも酸素含有ガ
   スとし、および、反応性ガスをフッ素および塩素の少な
   くとも一方を含むハロゲン含有ガスとすることを特徴と
   する酸化膜形成方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の酸化膜の成膜の前処
   理として、前記下地に対し還元性ガス雰囲気中で加熱処
   理を行い、続いて、反応性ガス雰囲気中で加熱処理を行
   って清浄化した下地とすることを特徴とする酸化膜形成
   方法。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の酸素含有ガスを酸素
   （Ｏ２）ガスおよび一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスのいず
   れか一方のガスとすることを特徴とする酸化膜形成方法
   。
4. 【請求項４】　　請求項２に記載の還元性ガスを少なく
   とも水素含有ガスとすることを特徴とする酸化膜形成方
   法。
5. 【請求項５】　　請求項１の酸化膜をＳｉＯ２膜とする
   ことを特徴とする酸化膜形成方法。