JPH05243211A - シリコン酸化膜形成方法 - Google Patents
シリコン酸化膜形成方法Info
- Publication number
- JPH05243211A JPH05243211A JP7821692A JP7821692A JPH05243211A JP H05243211 A JPH05243211 A JP H05243211A JP 7821692 A JP7821692 A JP 7821692A JP 7821692 A JP7821692 A JP 7821692A JP H05243211 A JPH05243211 A JP H05243211A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- oxide film
- substrate
- silicon oxide
- oxygen
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- Pending
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低温でシリコン酸化膜を作成する。
【構成】 超真空チャンバー１内にシリコン基板２をロ
ードし、まず、液体窒素温度まで冷却し、その温度を保
持し、酸素マイクロドーザー４から酸素分子を導入して
酸素分子雰囲気に曝す。シリコン表面に飽和吸着量の酸
素分子が吸着した後、真空排気し、エキシマレーザー５
によって発生した紫外光を照射して基板上に酸化膜を形
成する。
ードし、まず、液体窒素温度まで冷却し、その温度を保
持し、酸素マイクロドーザー４から酸素分子を導入して
酸素分子雰囲気に曝す。シリコン表面に飽和吸着量の酸
素分子が吸着した後、真空排気し、エキシマレーザー５
によって発生した紫外光を照射して基板上に酸化膜を形
成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上のシリコン酸化
膜形成方法に関する。
膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン酸化膜の形成方法としては、ド
ライ酸化，ウェット酸化などの熱酸化膜形成と、シラン
と酸素を用いた化学気相反応成長法が従来よく用いられ
ている。シリコン系デバイス作成の観点からは、シリコ
ンとシリコン酸化膜界面の界面準位が少ないことが望ま
しい。この点では熱酸化膜が最も優れているが、成長温
度が高い。
ライ酸化，ウェット酸化などの熱酸化膜形成と、シラン
と酸素を用いた化学気相反応成長法が従来よく用いられ
ている。シリコン系デバイス作成の観点からは、シリコ
ンとシリコン酸化膜界面の界面準位が少ないことが望ま
しい。この点では熱酸化膜が最も優れているが、成長温
度が高い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このため、熱酸化膜で
は、下地にすでに回路が形成されているような基板に対
しては成長時に下地の素子の不純物のドーピングプロフ
ァイルが熱拡散による変化を引き起こしてしまい、デバ
イスの特性が劣化する。一方化学気相反応法で作成した
酸化膜では成長温度が低いためにデバイスを下地に持つ
基板に対しても適応可能であるが、界面準位が多いため
に、やはりデバイス特性の劣化が引き起こされる。
は、下地にすでに回路が形成されているような基板に対
しては成長時に下地の素子の不純物のドーピングプロフ
ァイルが熱拡散による変化を引き起こしてしまい、デバ
イスの特性が劣化する。一方化学気相反応法で作成した
酸化膜では成長温度が低いためにデバイスを下地に持つ
基板に対しても適応可能であるが、界面準位が多いため
に、やはりデバイス特性の劣化が引き起こされる。
【０００４】またこれら従来技術では、既に下地にシリ
コン，シリコン酸化膜，シリコン窒化膜で回路パターン
が形成されているような基板に対してパッシベーション
の必要なシリコン露出部分だけに選択的に酸化膜を形成
することは不可能である。
コン，シリコン酸化膜，シリコン窒化膜で回路パターン
が形成されているような基板に対してパッシベーション
の必要なシリコン露出部分だけに選択的に酸化膜を形成
することは不可能である。
【０００５】本発明の目的は、シリコン，シリコン酸化
膜，シリコン窒化膜が混在する回路パターンを持った基
板に対し、シリコン部分だけに選択的にシリコン酸化膜
を形成する方法を提供することにある。
膜，シリコン窒化膜が混在する回路パターンを持った基
板に対し、シリコン部分だけに選択的にシリコン酸化膜
を形成する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるシリコン酸化膜形成方法においては、
酸素分子吸着工程と、紫外線照射工程とを有するシリコ
ン酸化膜形成方法であって、酸素分子吸着工程は、清浄
なシリコンの表面を低温に冷却した状態で酸素分子雰囲
気に曝す処理であり、紫外線照射工程は、酸素分子を吸
着したシリコン表面に低温の下で紫外線を照射して酸化
膜を形成する処理である。
め、本発明によるシリコン酸化膜形成方法においては、
酸素分子吸着工程と、紫外線照射工程とを有するシリコ
ン酸化膜形成方法であって、酸素分子吸着工程は、清浄
なシリコンの表面を低温に冷却した状態で酸素分子雰囲
気に曝す処理であり、紫外線照射工程は、酸素分子を吸
着したシリコン表面に低温の下で紫外線を照射して酸化
膜を形成する処理である。
【０００７】また、紫外線照射工程は、シリコン，シリ
コン酸化膜，シリコン窒化膜などが混在する基板上に照
射する処理であり、照射する紫外光の波長を選定し、基
板上に露出するシリコン表面のみに選択的にシリコン酸
化膜を形成するものである。
コン酸化膜，シリコン窒化膜などが混在する基板上に照
射する処理であり、照射する紫外光の波長を選定し、基
板上に露出するシリコン表面のみに選択的にシリコン酸
化膜を形成するものである。
【０００８】
【作用】清浄なシリコン表面上への酸素分子の吸着確率
は、基板温度に依存する。従って室温において、シリコ
ン表面−酸素雰囲気系で吸着平衡状態が成立している場
合のシリコン表面上酸素分子被覆率は極めて小さい。し
かし基板温度を液体窒素温度まで下げた場合には、平衡
吸着の被覆率は１となり、シリコン表面は、完全に酸素
分子で覆われる。
は、基板温度に依存する。従って室温において、シリコ
ン表面−酸素雰囲気系で吸着平衡状態が成立している場
合のシリコン表面上酸素分子被覆率は極めて小さい。し
かし基板温度を液体窒素温度まで下げた場合には、平衡
吸着の被覆率は１となり、シリコン表面は、完全に酸素
分子で覆われる。
【０００９】しかし、液体窒素温度での酸素吸着では、
基板温度が低いために酸素分子の解離が起こらない。こ
のため、このままの状態ではシリコン表面のダングリン
グボンドと酸素間に安定な結合が形成されず、デバイス
用の酸化膜としての特性はよくない。
基板温度が低いために酸素分子の解離が起こらない。こ
のため、このままの状態ではシリコン表面のダングリン
グボンドと酸素間に安定な結合が形成されず、デバイス
用の酸化膜としての特性はよくない。
【００１０】安定な酸化膜を形成するためには、分子状
で吸着している酸素分子内の酸素−酸素結合を切って、
単体の酸素原子を作り出す必要がある。単体の酸素原子
は、化学的に極めて活性であり、低温においてもシリコ
ン表面のダングリングボンドと安定な結合を形成する。
で吸着している酸素分子内の酸素−酸素結合を切って、
単体の酸素原子を作り出す必要がある。単体の酸素原子
は、化学的に極めて活性であり、低温においてもシリコ
ン表面のダングリングボンドと安定な結合を形成する。
【００１１】液体窒素温度において、分子吸着した酸素
分子内の結合を切って酸素分子の解離を起こさせるため
に、本発明では紫外光を照射する。基板表面に照射され
た紫外光は、シリコン結晶により吸収され、フォトン１
個当たりのエネルギーがシリコンのバンドギャップエネ
ルギーよりも大きい場合には、ホットエレクトロンを発
生する。
分子内の結合を切って酸素分子の解離を起こさせるため
に、本発明では紫外光を照射する。基板表面に照射され
た紫外光は、シリコン結晶により吸収され、フォトン１
個当たりのエネルギーがシリコンのバンドギャップエネ
ルギーよりも大きい場合には、ホットエレクトロンを発
生する。
【００１２】このホットエレクトロンは、シリコン表面
方向に拡散し、表面において酸素分子と相互作用する。
具体的にエレクトロンは、酸素分子の反結合性軌道３σ
uに取り込まれる。反結合性軌道に電子が入り込んだた
めに酸素分子は解離し、結果的に紫外光照射により酸素
分子の解離が起こる。解離により発生した酸素原子は、
ただちにシリコン表面のダングリングボンドと結合し、
液体窒素温度という低温で良好な特性のシリコン酸化膜
が形成される。
方向に拡散し、表面において酸素分子と相互作用する。
具体的にエレクトロンは、酸素分子の反結合性軌道３σ
uに取り込まれる。反結合性軌道に電子が入り込んだた
めに酸素分子は解離し、結果的に紫外光照射により酸素
分子の解離が起こる。解離により発生した酸素原子は、
ただちにシリコン表面のダングリングボンドと結合し、
液体窒素温度という低温で良好な特性のシリコン酸化膜
が形成される。
【００１３】シリコン，シリコン酸化膜，シリコン窒化
膜が混在した基板上に液体窒素温度で飽和吸着した酸素
分子に紫外光を照射する際、紫外光のエネルギーをシリ
コンのバンドギャップエネルギーに相当する値近傍に選
んだ場合には、フォトン１個当たりのエネルギーは、絶
縁体であるシリコン酸化膜，窒化膜に関してホットエレ
クトロンを発生するために必要なエネルギーに満たな
い。このため、酸素分子の解離はシリコン部分でのみ選
択的に起こる。
膜が混在した基板上に液体窒素温度で飽和吸着した酸素
分子に紫外光を照射する際、紫外光のエネルギーをシリ
コンのバンドギャップエネルギーに相当する値近傍に選
んだ場合には、フォトン１個当たりのエネルギーは、絶
縁体であるシリコン酸化膜，窒化膜に関してホットエレ
クトロンを発生するために必要なエネルギーに満たな
い。このため、酸素分子の解離はシリコン部分でのみ選
択的に起こる。
【００１４】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例について説
明する。図１は、本発明の実施例を説明するためのシリ
コン酸化膜形成装置である。図において、超高真空チャ
ンバー１の中に、基板２として４インチＳｉ（１００）
ｐ型（２０Ω・ｃｍ）をロードした。超高真空チャンバ
ー１のベース真空度は、１×１０-10Ｔｏｒｒ以下であ
る。
明する。図１は、本発明の実施例を説明するためのシリ
コン酸化膜形成装置である。図において、超高真空チャ
ンバー１の中に、基板２として４インチＳｉ（１００）
ｐ型（２０Ω・ｃｍ）をロードした。超高真空チャンバ
ー１のベース真空度は、１×１０-10Ｔｏｒｒ以下であ
る。
【００１５】基板２は、裏側の基板加熱冷却機構３によ
って１０００Ｋまでの加熱及び液体窒素温度までの冷却
が可能である。基板２は、まずチャンバー１中で基板冷
却機構３により液体窒素温度（７７Ｋ）まで冷却され
る。
って１０００Ｋまでの加熱及び液体窒素温度までの冷却
が可能である。基板２は、まずチャンバー１中で基板冷
却機構３により液体窒素温度（７７Ｋ）まで冷却され
る。
【００１６】この後、基板２は、液体窒素温度に保った
状態で酸素マイクロドーザー４から酸素分子ガスを１Ｌ
（ラングミュアー）導入する。酸素導入後、チャンバー
１内は、再び超高真空に排気され、エキシマレーザー５
によって発生した紫外光をビームエキスパンダ６，紫外
光窓７を通してチャンバー１中で液体窒素温度に保たれ
た基板２に照射する。
状態で酸素マイクロドーザー４から酸素分子ガスを１Ｌ
（ラングミュアー）導入する。酸素導入後、チャンバー
１内は、再び超高真空に排気され、エキシマレーザー５
によって発生した紫外光をビームエキスパンダ６，紫外
光窓７を通してチャンバー１中で液体窒素温度に保たれ
た基板２に照射する。
【００１７】本実施例ではエキシマレーザー励起にはＸ
ｅＣｌを用いた。このときのフォトンエネルギーは、
３．５ｅＶである。また基板２に照射した紫外光量は、
５×１０18ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2である。紫外光照射
後、基板温度は室温に戻される。
ｅＣｌを用いた。このときのフォトンエネルギーは、
３．５ｅＶである。また基板２に照射した紫外光量は、
５×１０18ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2である。紫外光照射
後、基板温度は室温に戻される。
【００１８】以上の手順によって基板表面に形成された
酸化膜を、まず電子線エネルギー損失分光装置８によっ
て評価した。本実施例によって形成された酸化膜では、
シリコン清浄表面において観測されるダングリングボン
ドに起因したエネルギー損失ピークＳ１，Ｓ２，Ｓ３が
消失していた。
酸化膜を、まず電子線エネルギー損失分光装置８によっ
て評価した。本実施例によって形成された酸化膜では、
シリコン清浄表面において観測されるダングリングボン
ドに起因したエネルギー損失ピークＳ１，Ｓ２，Ｓ３が
消失していた。
【００１９】これは、本実施例で界面にダングリングボ
ンド界面準位を残さずに良好な酸化膜が形成されている
ことを意味する。また本実施例で作成された酸化膜を電
子銃９と蛍光スクリーン１０を用いて反射高速電子線回
折（ＲＨＥＥＤ）パターンを観測すると、パターン酸化
膜成長前は、清浄なＳｉ（１００）表面に特有な２×１
超構造を示していたものが、酸化膜形成後は酸化膜構造
によるハローパターンに変化していることが明らかにな
った。
ンド界面準位を残さずに良好な酸化膜が形成されている
ことを意味する。また本実施例で作成された酸化膜を電
子銃９と蛍光スクリーン１０を用いて反射高速電子線回
折（ＲＨＥＥＤ）パターンを観測すると、パターン酸化
膜成長前は、清浄なＳｉ（１００）表面に特有な２×１
超構造を示していたものが、酸化膜形成後は酸化膜構造
によるハローパターンに変化していることが明らかにな
った。
【００２０】さらに本実施例で形成した酸化膜のＸ線光
電子分光（ＸＰＳ）をＸＰＳ光源１１と電子エネルギー
分光装置８とを用いて観測すると、良好な酸化膜に特有
なシリコン２ｐピークの化学シフトが観測された。以上
の結果は全て本実施例において、低温で良好なシリコン
酸化膜が形成されたことを示している。
電子分光（ＸＰＳ）をＸＰＳ光源１１と電子エネルギー
分光装置８とを用いて観測すると、良好な酸化膜に特有
なシリコン２ｐピークの化学シフトが観測された。以上
の結果は全て本実施例において、低温で良好なシリコン
酸化膜が形成されたことを示している。
【００２１】シリコン酸化膜の選択的形成を確認するた
めに、図１の装置に基板２として４インチシリコンウエ
ハーに、一部シリコン酸化膜，窒化膜からなるパターン
を持った基板を用いて、先と同じ条件で酸化膜形成を行
なった。酸化膜形成後の基板は、チャンバー外に取り出
し、その断面を高分解能電子顕微鏡により観測した。そ
の結果酸化膜は、シリコン露出部分にのみ成長し、従来
から形成されていた酸化膜パターンの膜厚増加、及びシ
リコン窒化膜上の酸化膜形成は観測されなかった。これ
は本実施例でシリコン酸化膜の選択的形成が実現されて
いることを意味する。
めに、図１の装置に基板２として４インチシリコンウエ
ハーに、一部シリコン酸化膜，窒化膜からなるパターン
を持った基板を用いて、先と同じ条件で酸化膜形成を行
なった。酸化膜形成後の基板は、チャンバー外に取り出
し、その断面を高分解能電子顕微鏡により観測した。そ
の結果酸化膜は、シリコン露出部分にのみ成長し、従来
から形成されていた酸化膜パターンの膜厚増加、及びシ
リコン窒化膜上の酸化膜形成は観測されなかった。これ
は本実施例でシリコン酸化膜の選択的形成が実現されて
いることを意味する。
【００２２】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、界面準位の少ない良好なシリコン酸化膜を液体窒
素温度と言う低温で形成することができる。
れば、界面準位の少ない良好なシリコン酸化膜を液体窒
素温度と言う低温で形成することができる。
【００２３】また本方法によれば、シリコン，シリコン
酸化膜，シリコン窒化膜が混在する回路パターン基板に
おいて、シリコン露出部分にだけ選択的に酸化膜を形成
することができる。
酸化膜，シリコン窒化膜が混在する回路パターン基板に
おいて、シリコン露出部分にだけ選択的に酸化膜を形成
することができる。
【図１】本発明の実施例を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置の概略図である。
膜形成装置の概略図である。
１ 超高真空チャンバー ２ シリコン基板 ３ 基板加熱冷却機構 ４ 酸素マイクロドーザー ５ エキシマレーザー ６ ビームエキスパンダー ７ 紫外光窓 ８ 電子エネルギー分光装置 ９ 電子銃 １０ 蛍光スクリーン １１ ＸＰＳ光源
Claims (2)
- 【請求項１】 酸素分子吸着工程と、紫外線照射工程と
を有するシリコン酸化膜形成方法であって、 酸素分子吸着工程は、清浄なシリコンの表面を低温に冷
却した状態で酸素分子雰囲気に曝す処理であり、 紫外線照射工程は、酸素分子を吸着したシリコン表面に
低温の下で紫外線を照射して酸化膜を形成する処理であ
ることを特徴とするシリコン酸化膜形成方法。 - 【請求項２】 紫外線照射工程は、シリコン，シリコン
酸化膜，シリコン窒化膜などが混在する基板上に照射す
る処理であり、照射する紫外光の波長を選定し、基板上
に露出するシリコン表面のみに選択的にシリコン酸化膜
を形成するものであることを特徴とするシリコン酸化膜
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7821692A JPH05243211A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | シリコン酸化膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7821692A JPH05243211A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | シリコン酸化膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243211A true JPH05243211A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=13655857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7821692A Pending JPH05243211A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | シリコン酸化膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05243211A (ja) |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP7821692A patent/JPH05243211A/ja active Pending
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