JPH04262532A - 絶縁膜形成方法 - 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】この発明は絶縁膜形成方法、特に
膜厚の極めて薄い絶縁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
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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．
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：「ＶＬＳＩ
製造技術、徳山　　　　巍、橋本　　哲一編著、日経Ｂ
Ｐ社、Ｐ．８３（１９８９）」に示されるように次のよ
うにして行われる。

【０００４】この文献に開示されている方法では、先ず
、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
のための酸化性ガスを石英管内に導入する。酸化性ガス
としては例えば、乾燥した酸素ガス、或いは酸素および
水素の混合ガス、或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。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、酸化膜を休みなく連続成長
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、
或いは窒素で酸素を希釈して酸化速度を下げて行う方法
（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酸
化膜／シリコン（基板）界面が凹凸面となって粗れ、リ
ーク電流の増加、耐圧の低下を招くという問題があった
。一方、希釈酸化法の場合では、一般に１０００℃以上
の高温で長時間熱処理を行うため、不純物の再分布が生
じ、不純物の分布が設計通りにならない等の問題があっ
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。

【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、或いは歪んだ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（Ｄｉ
ｔ）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
ＭＯＳ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、絶縁
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絶縁膜を形成できる、絶縁膜形
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、同一の反応炉内でシリコンの下
地に対し絶縁膜形成用ガス雰囲気中で加熱処理を行って
この下地に絶縁膜を形成するに当り、反応炉内で還元性
ガス雰囲気中での加熱処理を行ってシリコンの下地を清
浄化する工程と、エピタキシャル膜形成用ガス雰囲気中
で加熱処理を行って前記下地にエピタキシャル膜を形成
する工程と、前記エピタキシャル膜上に、絶縁膜形成用
の酸化性ガス雰囲気中で、加熱処理を行って、絶縁膜と
してのＳｉＯ２膜を形成する工程とを含むことを特徴と
する。

【００１１】この発明の実施に当り、好ましくは、絶縁
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、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、エピタキ
シャル形成用ガスをＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｓｉ（
ＣＨ３）２のうちの一つのガスないしは、任意の二つま
たは三つの混合ガスとするのが良い。

【００１３】また、この発明の実施に当り、絶縁膜形成
用の酸化性ガスを酸素（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。

【００１４】また、この発明の実施に当り、好ましくは
、加熱処理を赤外線照射により行うのが良い。

【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、絶縁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絶縁膜形成方法によれば、
同一反応炉内で、還元性ガスを用いて下地の清浄化をし
た後に、エピタキシャル膜形成用の原料ガスを用いて、
下地上に基板と同一の原子をエピタキシャル成長させ、
薄くてかつ平坦なエピタキシャル膜を形成する。続いて
、酸化性ガスを用いてエピタキシャル膜上に絶縁膜を形
成する。

【００１７】従って、エピタキシャル膜の表面は原子層
オーダで平坦であるので、エピタキシャル膜と絶縁膜と
の界面近傍での原子の不対結合や歪んだ結合は減少する
。また、赤外線ランプを用いて短時間の加熱処理を行う
ので不純物の再分布が少ない。また、同一反応炉内で成
膜を連続して行うので不純物の混入が少ない。その結果
、膜欠陥のない、また絶縁破壊の恐れのない高品質の膜
となる。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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絶縁膜形成装
置の構造の実施例の説明＞図３はこの発明の方法を実施
するための絶縁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３では反応炉内に基板を設置した状態を示す。

【００２１】また図４はこの発明の実施例の説明に供す
る図であり、絶縁膜形成装置の全体構成を概略的に示す
図である。

【００２２】図３にも示すように、この絶縁膜形成装置
は、基板が設置される反応炉１０と、反応炉１０内の真
空排気を行うための排気手段１２と、ガス供給部１４と
、加熱処理を行うための加熱部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。

【００２３】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。

【００２４】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内へ入れ或いは反応炉１
０外へ取り出せるようにする。図示例では昇降部材１０
ｃ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。

【００２５】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
きるように成している。

【００２６】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。

【００２７】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え
るように配置する。

【００２８】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。

【００２９】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をヒータを以って構成し、こ
のヒータを反応炉１０内に設けるようにしても良い。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】先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。

【００３４】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（或いは圧力ゲージ）であり
、真空計３２ａおよび３２ｄを例えば１〜１０−３（１
０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
３４を設け、真空計３２ｂの動作時に真空計３２ｂに対
して１０−３（１０のマイナス３乗）Ｔｏｒｒ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３６
ａ〜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。

【００３５】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。

【００３６】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、原料ガス
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。

【００３７】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。

【００３８】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。 ＜この発明の絶縁膜形成方法の実施例の説明＞次に、こ
の発明の絶縁膜形成方法につき説明する。

【００３９】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。

【００４０】図２の（Ａ）〜（Ｅ）は、この発明の絶縁
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。

【００４１】また、以下の説明では図３および図４を適
宜参照されたい。

【００４２】この発明では、反応炉１０内の支持体２０
に基板１８を設置した後、基板の清浄化を行ってから、
Ｓｉエピタキシャル膜の成膜、絶縁膜の成膜およびポリ
Ｓｉの成膜処理を連続して行う。以下、これにつき順次
説明する。 ■［清浄化］この絶縁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の前洗浄を行う
。

【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、先ずバルブ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
の真空排気を行うためバルブ３８、３６ａ、３６ｅ、３
６ｆ、３４を閉じておいてバルブ３６ｂ、３６ｃ、３６
ｄを開きロータリーポンプ１２ｂを作動させ、反応炉１
０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１×１０
−３（１０のマイナス３乗）Ｔｏｒｒの圧力となった後
、バルブ３６ｃ、３６ｄ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（１０のマイナス６乗）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、４８
ａ、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）Ｔｏｒｒ
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
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−
６（１０のマイナス６乗）Ｔｏｒｒの高真空に排気し、
反応炉１０内を清浄化する。 ■［Ｓｉエピタキシャル膜の成膜］次に原料ガス雰囲気
中で加熱処理を行って基板１８にＳｉエピタキシャル膜
を形成するためバルブ３６ｂ、３６ｅを閉じ、バルブ３
８、３６ａ、４８ａ、４６ｂを開き、原料ガス例えばシ
ラン（ＳｉＨ４）ガスを反応炉１０内に供給する（図１
にＩＩで示す時間領域の（ＳｉＨ４）フロー）。このと
きＳｉエピタキシャル膜形成時の反応生成物を反応炉１
０外に排気するため、反応炉１０内を例えば１００〜１
０−２（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による加熱処理によって
基板１８表面にＳｉエピタキシャル層２０を形成する（
図２の（Ｃ））。

【００５４】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２０秒間（図１に
Ｈ２で示す時間期間）、約１０００℃に保持するように
行う。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、それはエピタキシャル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。また、加熱温
度Ｔ１を約１０００℃としたのは、エピタキシャル膜の
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Ｈ２を約２０秒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°
という薄く、かつ平坦なＳｉエピタキシャル膜を基板上
に形成できる。

【００５５】Ｓｉエピタキシャル膜の膜厚制御は例えば
、加熱温度、加熱時間および原料ガスの流量を調整する
ことによって行える。

【００５６】所望の膜厚のエピタキシャル膜２０を形成
したら、次に基板１８の加熱を停止し、次に基板１８を
室温例えば２５℃まで冷却する。

【００５７】次にバルブ３８、３６ａおよび４８ａ、４
６ｂを閉じ、バルブ３６ｂ、３６ｅを開き、反応炉１０
内を例えば１×１０−８（１０のマイナス８乗）Ｔｏｒ
ｒの高真空に排気する。 ■［酸化膜の成膜］次に酸化性ガス雰囲気中で加熱処理
を行って基板１８に酸化膜を形成するためバルブ３８、
３６ａ、４８ｂ、４６ｃを開き、酸化性ガス例えば酸素
（Ｏ２）ガスを反応炉１０内に供給する（図１にＩＩＩ
で示す時間領域のＯ２フロー）。この時酸化膜形成時の
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１００〜１０−２（１０のマイナス２乗）Ｔ
ｏｒｒ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を加熱してエピタキシャル膜２０の上に酸化膜
５１を形成する（図２の（Ｄ））。

【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３０秒間（図２に
Ｈ３で示す時間期間）、約１０００℃に保持するように
行う。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、それは酸化膜等の絶縁膜の成長度合いを一定
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。また、加熱
温度Ｔ１を約１０００℃としたのは、絶縁膜の成膜に要
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３０秒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５０Ａ°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
える。

【００６１】所望の膜厚の酸化膜５１を形成したら、次
に基板１８の加熱を停止し、室温例えば２５℃まで冷却
する。

【００６２】次にバルブ３８、３６ａ、４８ｂ、４６ｃ
を閉じ、バルブ３６ｂ、３６ｅを開き、反応炉１０内を
例えば１×１０−８（１０のマイナス８乗）Ｔｏｒｒの
高真空に排気する。 ■［ポリＳｉ膜の成膜］次に原料ガス雰囲気中で加熱処
理を行って基板１８面上のＳｉＯ２膜上にポリシリコン
膜を形成するためバルブ３６ｂ、３６ｅを閉じ、バルブ
３８、３６ａ、４８ａ、４６ｂを開き、原料ガス例えば
ＳｉＨ４ガスを反応炉１０内に供給する（図１にＩＶで
示す時間領域の（ＳｉＨ４）フロー）。この時ポリＳｉ
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１００〜１０−２（１０のマイナ
ス２乗）Ｔｏｒｒの低真空の減圧状態に維持する。

【００６３】次に、加熱部１６による加熱処理によって
基板１８を加熱して酸化膜５１表面にポリＳｉ膜５３を
形成する（図２の（Ｅ））。

【００６４】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Ｔ２である約６５
０℃まで上昇させ、好ましくは、約４０分間（図１にＨ
４で示す時間期間）、約６５０℃に保持するように行う
。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、それはポリＳｉ膜の成長度合いを一定にして品質
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。また、加熱温度Ｔ２を
約６５０℃としたのは、ポリＳｉ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Ｈ
４を約４０分間程度としたのはポリＳｉが電極として使
用できる膜厚約３０００〜４０００Ａ°にまで成長に要
する時間期間からである。このような条件で基板を加熱
することによって良質のポリＳｉ膜を形成できる。

【００６５】ポリＳｉ膜の膜厚制御は例えば、加熱温度
、加熱時間および原料ガスの流量を調整することによっ
て行える。

【００６６】所望の膜厚のポリＳｉ膜５３を形成したら
、次に基板１８の加熱を停止し、室温例えば２５℃まで
冷却する。

【００６７】次にバルブ３８、３６ａおよび４８ａ、４
６ｂを閉じ、バルブ３６ｂ、３６ｅを開き、反応炉１０
内を例えば１×１０−８（１０のマイナス８乗）Ｔｏｒ
ｒの高真空に排気する。

【００６８】その後、３６ｂ、３６ｅを閉じ、バルブ４
８ｂ、４６ｄを開き不活性ガス、例えば窒素を反応炉１
０内に大気圧になるまでパージし、ポリＳｉ膜５３が酸
化することを防止する。

【００６９】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。

【００７０】上述した実施例では、エピタキシャル膜形
成用ガスをＳｉＨ４として説明したが、これに限定され
るものではなく、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスまたはＳｉ（ＣＨ
３）２Ｈ３ガスを用いてもよいし、或いは、ＳｉＨ４、
ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＳｉ（ＣＨ３）２Ｈ３のガス群か
ら選ばれた任意の２種以上の混合ガスを用いてもよい。

【００７１】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十分な酸化効果を上げることが
できる。

【００７２】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。

【００７３】上述の実施例では、各加熱処理を赤外線ラ
ンプにより行っているが、これは基板の加熱および冷却
を応答性よく行うためである。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ってもよい。

【００７４】また、上述した実施例では、絶縁膜の形成
前に還元ガス雰囲気中で加熱を行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
も勿論良い。

【００７５】

【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、シリコンの下地上に
成長した薄くかつ原子のオーダで平坦なＳｉエピタキシ
ャル膜上に酸化膜を形成し絶縁膜としているので、Ｓｉ
Ｏ２／Ｓｉ界面近傍でのシリコン原子の不対結合や、歪
んだＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が減少する。

【００７６】また、この発明では、加熱処理に赤外線ラ
ンプを用いることにより、短時間の加熱で処理できるの
で、絶縁膜中の不純物の再分布を抑制できる。

【００７７】従って、絶縁膜上にポリシリコン層を形成
し、ＭＯＳ構造のゲート電極として用い、この発明によ
り形成した絶縁膜を用いて電子デバイス例えばＭＯＳ型
電界効果トランジスタを作製すると、トランジスタのチ
ャネル領域で発生したホットエレクトロンはトラップさ
れにくくなりそのため、従来のＭＯＳ型トランジスタで
見られた閾値電圧の変動や伝達コンダクタンスの低下が
起きにくくなり、これら電子デバイスの電気的特性と信
頼性を従来よりも向上させることができる。

【００７８】さらに、本実施例において、エピタキシャ
ルＳｉ膜、酸化膜そしてポリＳｉ膜を減圧下、同一反応
炉内で連続して形成するため、工程中において微粒子の
発生が抑止されるため、雰囲気に含まれている不純物、
反応生成物等の酸化膜中への侵入がなくなり、絶縁耐圧
が著しく向上し、これら電子デバイスの電気的特性と信
頼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】この発明の絶縁膜形成方法の一実施例の説明に
供する図である。

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

【図３】この発明の絶縁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】この発明の絶縁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。

【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：原料ガス源 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 ５０ａ、５０ｂ：ガス流量コントローラ５１：酸化膜 ５３：ポリシリコン層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同一の反応炉内でシリコンの下地に対
   し絶縁膜形成用ガス雰囲気中で加熱処理を行って該下地
   に絶縁膜を形成するに当り、反応炉内で還元性ガス雰囲
   気中での加熱処理を行ってシリコンの下地を清浄化する
   工程と、エピタキシャル膜形成用ガス雰囲気中で加熱処
   理を行って前記下地にエピタキシャル膜を形成する工程
   と、前記エピタキシャル膜上に、絶縁膜形成用の酸化性
   ガス雰囲気中で、加熱処理を行って、絶縁膜としてのＳ
   ｉＯ２膜を形成する工程とを含むことを特徴とする絶縁
   膜形成方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の絶縁膜形成方法にお
   いて、前記エピタキシャル層の構成原子が、前記下地を
   構成する原子と同一であることを特徴とする絶縁膜形成
   方法。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の絶縁膜形成方法にお
   いて、前記エピタキシャル形成用ガスをＳｉＨ４、Ｓｉ
   Ｈ２Ｃｌ２およびＳｉ（ＣＨ３）２Ｈ２のガス群から選
   ばれた１種のガスまたは２種以上の混合ガスとし、前記
   エピタキシャル膜をシリコンとすることを特徴とする絶
   縁膜形成方法。
4. 【請求項４】　　請求項１に記載の絶縁膜形成方法にお
   いて、前記絶縁膜形成用ガスを酸素（Ｏ２）ガスまたは
   一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスとすることを特徴とする絶
   縁膜形成方法。
5. 【請求項５】　　請求項１に記載の絶縁膜形成方法にお
   いて、前記加熱処理を全て赤外線照射で行うことを特徴
   とする絶縁膜形成方法。