JPH05259153A - Method and apparatus for manufacture of silicon oxide film - Google Patents

Method and apparatus for manufacture of silicon oxide film

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JPH05259153A
JPH05259153A JP5302392A JP5302392A JPH05259153A JP H05259153 A JPH05259153 A JP H05259153A JP 5302392 A JP5302392 A JP 5302392A JP 5302392 A JP5302392 A JP 5302392A JP H05259153 A JPH05259153 A JP H05259153A
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JP
Japan
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substrate
chamber
atoms
oxygen
oxide film
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JP5302392A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriyoshi Shimizu
紀嘉 清水
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable the formation at a low temperature of an oxide film of quality having a higher dielectric breakdown strength by jetting radical hydrogen atoms to a heated Si substrate in vacuum to reduce and clean the substrate and then jetting radical oxygen atoms to the Si substrate to oxidize it. CONSTITUTION:A processing chamber 1 is evacuated to vacuum. Meanwhile, hydrogen gas is introduced into a hydrogen radical source 7, and further high-frequency power is increased, until the plasma is pinched, to produce neutral radical hydrogen atoms. The radical hydrogen atoms are to a silicon substrate 5 heated in vacuum. The silicon substrate 5 is then reduced to be cleaned. Subsequently, oxygen gas is introduced into an oxygen radical source 8, and further high-frequency power is increased, until the plasma is pinched, to produce neutral radical oxygen atoms. The radical oxygen atoms are made to strike the silicon substrate 5 heated in vacuum to oxidize it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は絶縁破壊強度が高く、良
質なシリコン酸化膜の製造方法と製造装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a high-quality silicon oxide film having high dielectric breakdown strength.

【0002】シリコン(Si)酸化膜はMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜,多層構造をとる半導体装置の層間絶縁
膜,素子間分離用絶縁膜などに広く用いられているが、
集積度の向上と共に絶縁膜の厚さは数nm〜20nmと薄くな
っており、そのため、絶縁破壊強度の高い良質な酸化膜
( SiO2) を形成する必要がある。
A silicon (Si) oxide film is widely used as a gate insulating film of a MOS transistor, an interlayer insulating film of a semiconductor device having a multilayer structure, an insulating film for separating elements, and the like.
As the degree of integration is improved, the thickness of the insulating film is as thin as several nm to 20 nm. Therefore, a high-quality oxide film with high dielectric breakdown strength.
It is necessary to form (SiO 2 ).

【0003】[0003]

【従来の技術】MOSトランジスタのゲート絶縁膜など
従来の酸化膜は熱酸化法により作られている。
2. Description of the Related Art A conventional oxide film such as a gate insulating film of a MOS transistor is formed by a thermal oxidation method.

【0004】こゝで、熱酸化法はドライ酸化法とウェッ
ト酸化法があり、石英製の炉芯管の中にSiウエハを設置
し、ドライ酸化法は酸素(O2) や空気の雰囲気中で、ま
た、ウエット酸化は水蒸気雰囲気中でSiウエハを1000℃
程度に加熱することにより作られている。
Here, there are a dry oxidation method and a wet oxidation method as the thermal oxidation method. A Si wafer is installed in a quartz furnace core tube, and the dry oxidation method is performed in an atmosphere of oxygen (O 2 ) or air. In wet oxidation, the Si wafer was heated to 1000 ° C in a steam atmosphere.
Made by heating to a degree.

【0005】然し、ゲート絶縁膜の形成などデバイス形
成工程で行なう熱処理は、成分元素の拡散を伴い、特性
の劣化を生ずることから、素子の微細化が進むに従って
熱処理の低温化が要望され、研究されてはいるものゝ、
少なくとも700 ℃程度の加熱は必要であるが、膜質は良
くない。
However, the heat treatment performed in the device forming process such as the formation of the gate insulating film is accompanied by the diffusion of the constituent elements and causes the deterioration of the characteristics. Therefore, as the device becomes finer, it is desired to lower the heat treatment temperature. What is being done,
Heating at least about 700 ℃ is necessary, but the film quality is not good.

【0006】これは、Siの酸化に必要なエネルギーの付
与が不充分なためである。また、半導体デバイスとして
Si基板上にゲルマニウム(Ge)など、他の半導体元素の薄
膜と累積層を形成し、最上層のSi膜に酸化膜を形成する
場合があるが、この場合も低温で良質の酸化膜を形成す
る必要がある。
This is because the energy required to oxidize Si is insufficiently applied. Also, as a semiconductor device
A thin film of another semiconductor element such as germanium (Ge) and a cumulative layer may be formed on the Si substrate, and an oxide film may be formed on the uppermost Si film, but in this case also a good oxide film is formed at low temperature. There is a need to.

【0007】そこで、低温で膜質の良い酸化膜を形成す
る方法として気相成長法(CVD法)やスパッタ法が研
究されたが、酸化膜界面の不純物の除去が難しく、ま
た、緻密な酸化膜を得ることが難しいなどの問題があっ
て、現時点では実用に適したものは得られていない。
Therefore, a vapor phase growth method (CVD method) and a sputtering method have been studied as a method for forming an oxide film having a good film quality at a low temperature, but it is difficult to remove impurities at the interface of the oxide film and a dense oxide film is formed. However, there is a problem that it is difficult to obtain, and at present, there is no one suitable for practical use.

【0008】一方、低温でもSiと充分に酸化反応を生ず
る酸化剤を用いる方法として酸素プラズマを用いるか、
プラズマ中で陽極酸化を行なうか、紫外線照射により生
じた酸素ラジカルを用いて酸化するなどの方法がある。
On the other hand, whether oxygen plasma is used as a method of using an oxidant that causes a sufficient oxidation reaction with Si even at low temperature,
There are methods such as anodic oxidation in plasma or oxidation using oxygen radicals generated by ultraviolet irradiation.

【0009】然し、このようにして生じたSi酸化膜はプ
ラズマ中のイオンや電子などの衝撃により損傷を受けて
おり、MOSトランジスタのゲート絶縁膜の場合は閾値
電圧の変動、リーク電流の増加、スイッチング速度の低
下などを生ずることが知られている。
However, the Si oxide film thus formed is damaged by the impact of ions and electrons in the plasma, and in the case of the gate insulating film of the MOS transistor, the fluctuation of the threshold voltage and the increase of the leak current, It is known that switching speed is reduced.

【0010】これらのことから、低温処理で良質のSi酸
化膜を形成する技術の実用化が望まれている。
For these reasons, the practical application of a technique for forming a high-quality Si oxide film by low-temperature treatment is desired.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の集積度の
向上に伴い、ゲート絶縁膜や層間分離膜に使われるSi酸
化膜は処理温度が低く、且つ、膜質が優れていることが
望まれており、その製造方法を実用化することが課題で
ある。
With the improvement in the integration of semiconductor devices, it is desired that the Si oxide film used for the gate insulating film and the interlayer isolation film has a low processing temperature and excellent film quality. However, it is an issue to put the manufacturing method into practical use.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題は排気系を備
えた装置内の加熱源上に載置してあるSi基板に対向し
て、絶縁物より形成された放電管と、その外側に高周波
コイルを備えた水素ラジカル源および酸素ラジカル源が
あり、処理室を真空排気しながら、先ず、水素ラジカル
源に水素ガスを導入しつゝ、高周波電力をプラズマがピ
ンチするまで増加して中性の水素ラジカル・原子を発生
せしめ、この水素ラジカル・原子を真空中で加熱してあ
るSi基板に噴射してSi基板を還元して清浄化した後、酸
素ラジカル源に酸素ガスを導入しつゝ、高周波電力をプ
ラズマがピンチするまで増加して中性の酸素ラジカル・
原子を発生せしめ、この酸素ラジカル・原子を真空中で
加熱してあるSi基板に噴射してSi基板を酸化させること
を特徴としてSi酸化膜の製造方法を構成することにより
解決することができる。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problems face a Si substrate mounted on a heating source in an apparatus having an exhaust system, a discharge tube formed of an insulating material, and a discharge tube formed outside the discharge tube. There is a hydrogen radical source and an oxygen radical source equipped with a high frequency coil. While evacuating the processing chamber, first, while introducing hydrogen gas into the hydrogen radical source, increase the high frequency power until the plasma is pinched and neutralize. Of the hydrogen radicals / atoms are generated, and the hydrogen radicals / atoms are sprayed onto a heated Si substrate in a vacuum to reduce and clean the Si substrate, and then oxygen gas is introduced into the oxygen radical source. , Increase the high frequency power until the plasma is pinched and neutral oxygen radicals
This can be solved by configuring a method for producing a Si oxide film, which is characterized by generating atoms and injecting the oxygen radicals / atoms onto a Si substrate that has been heated in a vacuum to oxidize the Si substrate.

【0013】また、Si基板上に気相成長法たは分子線エ
ピタキシャル法によりSi膜或いはSi膜を最上層とする累
積層を形成した後、そのまゝ真空雰囲気中で引続き中性
の酸素ラジカル原子によりSi膜の表面を酸化することに
より解決することができる。
After forming a Si film or a cumulative layer having a Si film as the uppermost layer on a Si substrate by vapor phase epitaxy or molecular beam epitaxy, the neutral oxygen radicals are continuously kept in a vacuum atmosphere. This can be solved by oxidizing the surface of the Si film with atoms.

【0014】[0014]

【作用】本発明はSiウエハ上に低温でSi酸化膜を形成す
る方法として高周波放電による中性ラジカル・原子の発
生を利用するものである。
The present invention utilizes the generation of neutral radicals / atoms by high frequency discharge as a method for forming a Si oxide film on a Si wafer at a low temperature.

【0015】この方法は絶縁性の放電管の外側に水冷し
た高周波コイルを巻き、放電管の中のガス圧を1〜10Pa
として通電することによりプラズマを発生させる。こゝ
で、重要なことは高周波電力を放電管内のプラズマがピ
ンチ(Pinch) されるまで増加することで、この時、プラ
ズマは強い発光を生じ、イオンからの発光スペクトルは
殆ど観測されなくなり、中性ラジカル・原子だけとなる
ことが知られている。( 例えば、真空 第31巻 ,第4
号,p271 1988)本発明はこのようにして生ずる中性ラジ
カル・原子を使用することにより、イオン衝撃などによ
る損傷がなく良質なSi酸化膜を形成するものである。
According to this method, a water-cooled high-frequency coil is wound on the outside of an insulating discharge tube, and the gas pressure inside the discharge tube is 1 to 10 Pa.
As a result, plasma is generated by energizing. Here, it is important to increase the high-frequency power until the plasma in the discharge tube is pinched. At this time, the plasma emits a strong emission, and the emission spectrum from the ions is hardly observed. It is known that only radicals and atoms are included. (For example, Vacuum Volume 31, Volume 4
The present invention is intended to form a high-quality Si oxide film without damage due to ion bombardment by using the neutral radicals / atoms thus generated.

【0016】なお、厚さが数nmと薄いSi酸化膜につい
て、絶縁破壊強度などの電気的特性は酸化膜を形成する
Si基板の汚染や表面の凹凸と密接な関係があり、酸化膜
が薄いほど清浄な平坦面に膜形成する必要がある。
For a thin Si oxide film having a thickness of several nm, the electrical characteristics such as dielectric breakdown strength form the oxide film.
It is closely related to contamination of the Si substrate and surface irregularities, and it is necessary to form a film on a clean flat surface as the oxide film becomes thinner.

【0017】すなわち、Si基板上に酸化膜を形成する場
合、膜厚が20nm程度までは基板の凹凸をそのまゝ引き継
いで成長することから平坦面は必要であり、また、酸化
膜はSi原子の酸化膜面への拡散により生ずることから、
Si基板は汚染のないことが必要である。
That is, when an oxide film is formed on a Si substrate, a flat surface is necessary because the unevenness of the substrate continues to grow up to a film thickness of about 20 nm. From the diffusion of the oxide to the oxide film surface,
The Si substrate needs to be free of contamination.

【0018】発明者は基板のガス吸着や水蒸気吸着など
による汚染は基板が大気に触れることにより生ずること
から、良質で薄い酸化膜を得るには大気に触れることな
く一貫して製造することが必要なことに気付いた。
The inventor has found that contamination of the substrate due to gas adsorption or water vapor adsorption occurs when the substrate is exposed to the atmosphere. Therefore, in order to obtain a good quality thin oxide film, it is necessary to consistently manufacture the substrate without exposing it to the atmosphere. I realized that.

【0019】そこで、基板上に酸化膜を形成するには、
先ず、基板面を清浄化した後に膜形成することが必要な
ことから、本発明は中性の水素ラジカル・原子を用いて
基板面に形成している酸化膜を還元して清浄化し、次
に、酸素ラジカル・原子を供給して酸化せしめる。
Therefore, in order to form an oxide film on the substrate,
First, since it is necessary to form a film after cleaning the substrate surface, the present invention reduces the oxide film formed on the substrate surface by using neutral hydrogen radicals / atoms to clean it, and then , Supply oxygen radicals / atoms to oxidize.

【0020】図1はこのような工程を行なう装置構成を
示すものである。すなわち、処理室1は大排気量の排気
系2により高真空排気ができる真空チャンバーで、ゲー
トバルブ3を介して基板搬出入のためのロードロック室
4に接続している。
FIG. 1 shows an apparatus configuration for performing such steps. That is, the processing chamber 1 is a vacuum chamber capable of high vacuum exhaust by the exhaust system 2 having a large exhaust amount, and is connected to the load lock chamber 4 for loading / unloading the substrate through the gate valve 3.

【0021】こゝで、処理室1にはSi基板5を適当な位
置に保持し、且つ加熱するための基板マニピュレータ
6、Si基板5を清浄化するための水素ラジカル源7、酸
化膜形成のための酸素ラジカル源8が備わっている。
Here, in the processing chamber 1, a substrate manipulator 6 for holding the Si substrate 5 at an appropriate position and heating it, a hydrogen radical source 7 for cleaning the Si substrate 5, and an oxide film are formed. An oxygen radical source 8 is provided.

【0022】こゝで、水素ラジカル源7および酸素ラジ
カル源8には、それぞれプラズマを発生させる放電管
9,9´、水冷された銅製の高周波(RF)コイル10,10
´、アパーチャ11,11´、及びこれらを覆うシールド筒
12,12´からなり、それぞれガス導入システムからH2
よびO2を供給するよう構成されている。
The hydrogen radical source 7 and the oxygen radical source 8 are discharge tubes 9 and 9'for generating plasma, and water cooled copper high frequency (RF) coils 10 and 10, respectively.
', Apertures 11 and 11', and a shield tube that covers them
12 and 12 ', each configured to supply H 2 and O 2 from a gas introduction system.

【0023】動作手順としては、先ず、化学洗浄を施し
たSi基板5をロードロック室4に搬入し、図示を省略し
た排気系を用いて排気する。そして、ロードロック室4
が高真空になったら、ゲートバルブ3を開け、図示を省
略した搬送機構によりSi基板5をヒータ部34に装着し、
ヒータにより550 〜600 ℃に加熱する。
As the operation procedure, first, the chemically cleaned Si substrate 5 is loaded into the load lock chamber 4 and exhausted using an exhaust system (not shown). And the load lock chamber 4
When the temperature becomes high, the gate valve 3 is opened, and the Si substrate 5 is attached to the heater section 34 by a transfer mechanism (not shown).
Heat to 550-600 ° C with a heater.

【0024】一方、水素ラジカル源7と酸素ラジカル源
8は排気系15により充分に排気しておく。なお、水素ラ
ジカル源7と酸素ラジカル源8はリークバルブV1,V4
減圧弁16,16´、バルブV2,V3,V5,V6 を経てH2ボンベ17
とO2ボンベ18に連結されている。
On the other hand, the hydrogen radical source 7 and the oxygen radical source 8 are sufficiently exhausted by the exhaust system 15. The hydrogen radical source 7 and the oxygen radical source 8 are leak valves V 1 , V 4 ,
Pressure reducing valves 16 and 16 ', H 2 gas cylinder 17 through the valve V 2, V 3, V 5 , V 6
And is connected to an O 2 cylinder 18.

【0025】先ず、バルブV3, 減圧弁16,リークバルブV
1のガスラインにより、H2ボンベ17からのH2ガスを水素
ラジカル源7の放電管9に導入し,放電管9内の圧力が
数10mtorrr〜数100mtorrになったらRF電源19より整合回
路20を経てRFコイル10にRF電力を供給し、グロー放電を
発生させる。
First, the valve V 3 , the pressure reducing valve 16, the leak valve V
The H 2 gas from the H 2 cylinder 17 is introduced into the discharge tube 9 of the hydrogen radical source 7 through the gas line 1 and when the pressure in the discharge tube 9 reaches several tens mtorrr to several 100 mtorr, the matching circuit 20 is supplied from the RF power source 19 Then, RF power is supplied to the RF coil 10 to generate glow discharge.

【0026】例えば、処理室1の真空度が10-7torrにな
るようにH2を導入する場合はRF電力として約170 Wを投
入するとグロー放電が発生するそこで、更にRF電力を25
0Wまで増加させると,急にプラズマはピンチされアー
ク放電による強い発光を生じ、一度プラズマがピンチさ
れると電力を下げても維持されるので、250Wの投入電
力で安定に動作することができる。
For example, when H 2 is introduced so that the degree of vacuum in the processing chamber 1 is 10 −7 torr, glow discharge is generated when about 170 W is input as RF power.
When the power is increased to 0 W, the plasma is suddenly pinched to generate strong light emission due to arc discharge, and once the plasma is pinched, the power is maintained even if the power is reduced, so that stable operation can be performed with the applied power of 250 W.

【0027】次に、基板マニピュレータ6の回転機構に
よりSi基板5を回転させ、また図示を省略した基板シャ
ッターを開け、水素ラジカル・原子を照射する。これに
より、Si基板5に損傷を与えることなく基板表面の自然
酸化膜,炭素,金属などを除去することができる。
Next, the Si substrate 5 is rotated by the rotating mechanism of the substrate manipulator 6, and a substrate shutter (not shown) is opened to irradiate hydrogen radicals / atoms. As a result, the natural oxide film, carbon, metal, etc. on the substrate surface can be removed without damaging the Si substrate 5.

【0028】このようにしてSi基板5の清浄化が終わっ
た後はバルブの切り換えを行い、水素ラジカル源7と同
様な手順で酸素ラジカル源8を動作させる。O2の場合、
グロー放電は例えば150Wで生じ、220Wでプラズマがピ
ンチされた。
After the cleaning of the Si substrate 5 is completed in this way, the valve is switched and the oxygen radical source 8 is operated in the same procedure as the hydrogen radical source 7. For O 2 ,
The glow discharge occurred at 150 W, for example, and at 220 W the plasma was pinched.

【0029】このようにして、酸素ラジカル・原子を照
射することによりSi基板上に膜質が良く、絶縁破壊強度
の高い酸化膜を形成することができる。なお、本発明の
特徴はこのような酸化膜の形成を気相成長(CVD)ま
たは分子線エピタキシャル成長(MBE)に引き続いて
行なうものである。
In this way, by irradiating oxygen radicals / atoms, an oxide film having good film quality and high dielectric breakdown strength can be formed on the Si substrate. A feature of the present invention is that such an oxide film is formed following vapor phase epitaxy (CVD) or molecular beam epitaxial growth (MBE).

【0030】すなわち、従来はCVDまたはMBEによ
りSiなどの半導体層を作り、これを大気中に取り出し、
加熱して酸化膜を形成する工程をとるために半導体層の
汚染が生じ、そのために膜質の優れた酸化膜の形成が困
難であった。
That is, conventionally, a semiconductor layer such as Si is formed by CVD or MBE, and this is taken out into the atmosphere,
Contamination of the semiconductor layer occurs because of the step of heating to form an oxide film, which makes it difficult to form an oxide film having excellent film quality.

【0031】そこで、本発明はこの中性の酸素ラジカル
・原子による酸化膜の形成工程をCVD装置やMBE装
置に組み込むことにより特性の優れた半導体デバイスを
得るものである。
Therefore, the present invention is to obtain a semiconductor device having excellent characteristics by incorporating this oxide film forming step using neutral oxygen radicals / atoms into a CVD apparatus or an MBE apparatus.

【0032】なお、Si基板上にCVD法やMBE法によ
りエピタキシャル成長或いはヘテロエピタキシャル成長
を行なう前に水素ラジカル・原子を照射してSi基板上の
酸化膜の還元除去を行なえばなお効率的であり、そのた
めに本発明においてはCVD装置およびMBE装置内に
水素ラジカル・原子と酸素ラジカル・原子を照射する水
素ラジカル源と酸素ラジカル源を備えるものである。
It is more efficient to irradiate hydrogen radicals / atoms to reduce and remove the oxide film on the Si substrate before performing epitaxial growth or heteroepitaxial growth on the Si substrate by the CVD method or the MBE method. In addition, in the present invention, a CVD apparatus and an MBE apparatus are provided with a hydrogen radical source and an oxygen radical source for irradiating hydrogen radicals / atoms and oxygen radicals / atoms.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

実施例1:(CVD装置への適用例) 図2は本発明を適用したCVD装置の構成を示してい
る。
Example 1 (Example of application to CVD apparatus) FIG. 2 shows a configuration of a CVD apparatus to which the present invention is applied.

【0034】以下、図1と同じ物質については同じ番号
を用いて説明する。図2のCVD装置は基板を搬入する
ロード室20, 基板に中性の水素ラジカル・原子を照射し
て清浄化するクリーニング室21, 基板上にCVD膜の成
長を行なう基幹チャンバ22,CVD膜に中性の酸素ラジ
カル・原子を照射して酸化させる酸化室23, 基板を格納
し取り出すアンロード室24から構成されている。
Hereinafter, the same substances as those in FIG. 1 will be described by using the same numbers. The CVD apparatus shown in FIG. 2 has a load chamber 20 for loading a substrate, a cleaning chamber 21 for irradiating the substrate with neutral hydrogen radicals / atoms to clean it, a main chamber 22 for growing a CVD film on the substrate, and a CVD film. It consists of an oxidation chamber 23 that irradiates and oxidizes neutral oxygen radicals and atoms, and an unload chamber 24 that stores and takes out the substrate.

【0035】こゝで、クリーニング室21には水素ラジカ
ル源7と基板を駆動する基板マニュピレータ25が設けら
れている。また、基幹チャンバ22には基板を駆動する基
板マニュピレータ26と基板にCVDを行なう縦型反応炉
27があり、この反応炉27の外側にはRFコイル28が、また
基板マニュピレータ26により駆動するサセプタ14にはSi
基板5が装着されており、また、反応炉27の上には複数
個(この場合4個)のガス導入ライン29がある。
The cleaning chamber 21 is provided with a hydrogen radical source 7 and a substrate manipulator 25 for driving the substrate. Further, in the main chamber 22, a substrate manipulator 26 for driving the substrate and a vertical reactor for performing CVD on the substrate
There is an RF coil 28 on the outside of the reactor 27, and an Si coil on the susceptor 14 driven by the substrate manipulator 26.
The substrate 5 is mounted, and a plurality of (four in this case) gas introduction lines 29 are provided above the reaction furnace 27.

【0036】また、酸化室23には酸素ラジカル源8と基
板を駆動する基板マニュピレータ30が設けられている。
動作手順としては、ロード室20より搬入された基板はク
リーニング室21において中性の水素ラジカル・原子の照
射により低温クリーニングされた後、基板搬送機構によ
り基幹チャンバ22において基板マニュピレータ26に引き
渡たされる。
Further, the oxidation chamber 23 is provided with an oxygen radical source 8 and a substrate manipulator 30 for driving the substrate.
As the operation procedure, the substrate carried in from the load chamber 20 is low-temperature cleaned by irradiation of neutral hydrogen radicals / atoms in the cleaning chamber 21, and then handed over to the substrate manipulator 26 in the backbone chamber 22 by the substrate transport mechanism. It

【0037】基板は基板マニュピレータ26の直線導入機
構により縦型反応炉27の中に搬入され、RFコイル28の誘
導加熱によりグラファイト製のサセプタ14で加熱され
る。なお、サセプタ14は基板マニュピレータ26の回転導
入機構により成長中は回転している。
The substrate is carried into the vertical reactor 27 by the linear introduction mechanism of the substrate manipulator 26, and heated by the graphite susceptor 14 by the induction heating of the RF coil 28. The susceptor 14 is rotated during growth by the rotation introducing mechanism of the substrate manipulator 26.

【0038】なお、SiのCVD成長にはガス導入ライン
29よりシラン(SiH4)またはジシラン(Si2H6) を供給して
炉内の真空度を〜10-5 torr に保持し、基板温度を550
〜700 ℃に保って行なう。
A gas introduction line is used for CVD growth of Si.
Silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is supplied from 29 to maintain the vacuum in the furnace at ~ 10 -5 torr and the substrate temperature to 550.
Keep at ~ 700 ℃.

【0039】次に、基板搬送機構により酸化室23に移
し、基板温度を600 ℃として酸素ラジカル源8より中性
の酸素ラジカル・原子の照射を行なって酸化膜を形成し
た後、搬送機構によりアンロード室24に移される。
Next, the substrate is transferred to the oxidation chamber 23 by the substrate transport mechanism, the substrate temperature is set to 600 ° C., and neutral oxygen radicals / atoms are irradiated from the oxygen radical source 8 to form an oxide film. Moved to load room 24.

【0040】このようにSi基板上に一貫してゲート酸化
膜の形成を行なった結果、耐圧を従来の9MV/cmより
11.5MV/cmに向上することができた。 実施例2:(MBE装置への適用例) 図3は本発明を適用したMBE装置の構成図である。
As a result of consistently forming the gate oxide film on the Si substrate in this manner, the breakdown voltage is lower than that of the conventional 9 MV / cm.
It could be improved to 11.5 MV / cm. Second Embodiment: (Application Example to MBE Device) FIG. 3 is a configuration diagram of an MBE device to which the present invention is applied.

【0041】MBE装置は基板を搬入し搬出するロード
ロック室30, 基板に中性の水素ラジカル・原子を照射し
て清浄化し、また、中性の酸素ラジカル・原子を照射し
て酸化させる処理室31とMBEを行なう成長室32とから
構成されている。
The MBE apparatus is a load lock chamber 30 for loading and unloading a substrate, a processing chamber for irradiating the substrate with neutral hydrogen radicals / atoms for cleaning, and for irradiating the substrate with neutral oxygen radicals / atoms for oxidation. 31 and a growth chamber 32 for MBE.

【0042】こゝで、処理室31の上部には基板を駆動す
る基板マニュピレータがあり、下部には酸素ラジカル源
8と水素ラジカル源7がある。また、ゲートバルブ35を
介して隣接する成長室32の上部には基板マニュピレータ
35があって、Si基板5を装着しているヒータ部34を駆動
している。
Here, there is a substrate manipulator for driving the substrate in the upper part of the processing chamber 31, and an oxygen radical source 8 and a hydrogen radical source 7 in the lower part. A substrate manipulator is provided above the growth chamber 32 adjacent to the gate valve 35.
35, which drives the heater unit 34 on which the Si substrate 5 is mounted.

【0043】また、成長室32の下部には電子ビーム蒸着
器36,37 とドーパント蒸着用の分子線源38,39 があり、
また、成長室32の内壁は液体N2シュラウド40がある。動
作手順として、ロードロック室30にある基板は処理室31
において、水素ラジカル源7より照射される中性の水素
ラジカル・原子により低温クリーニングされた後、図示
を省略した基板搬送機構により成長室32の基板マニュピ
レータ35により保持される。
In the lower part of the growth chamber 32, there are electron beam evaporators 36, 37 and molecular beam sources 38, 39 for dopant evaporation.
Further, the inner wall of the growth chamber 32 has the liquid N 2 shroud 40. As an operating procedure, the substrate in the load lock chamber 30 is
In FIG. 3, after being cleaned at low temperature by neutral hydrogen radicals / atoms irradiated from the hydrogen radical source 7, the substrate is held by the substrate manipulator 35 in the growth chamber 32 by a substrate transport mechanism (not shown).

【0044】その後、ヒータ部34よりの加熱によりSi基
板5を300〜700 ℃の所定の温度に達して後、電子ビー
ム蒸着器36,37 と分子線源38,39 を用いてMBE成長を
行なう。
After that, the Si substrate 5 reaches a predetermined temperature of 300 to 700 ° C. by heating from the heater portion 34, and then MBE growth is performed using the electron beam vapor deposition devices 36 and 37 and the molecular beam sources 38 and 39. ..

【0045】次に、このSi基板5は再び処理室31に搬送
し、酸素ラジカル源8より中性の酸素ラジカル・原子を
照射して酸化を行なう。このように半導体層の形成とそ
の表面酸化の一連の処理をMBE装置で行なうことによ
り膜質の優れた酸化膜を製造することができる。
Next, the Si substrate 5 is again transported to the processing chamber 31 and is irradiated with neutral oxygen radicals / atoms from the oxygen radical source 8 to be oxidized. Thus, an oxide film having excellent film quality can be manufactured by performing a series of processes of forming the semiconductor layer and oxidizing the surface thereof with the MBE apparatus.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、低温で良質のSi酸化膜
を形成することができ、またCVD成長或いはMBE成
長工程に引き続いて酸化膜の形成ができることから、汚
染の恐れをなくすることができる。
According to the present invention, a good quality Si oxide film can be formed at a low temperature, and an oxide film can be formed subsequent to the CVD growth or MBE growth process, thus eliminating the risk of contamination. You can

【0047】そのため、発明の実施により半導体デバイ
スの性能向上が可能となる。
Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved by implementing the invention.

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

【図1】本発明に係る酸化膜製造装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an oxide film manufacturing apparatus according to the present invention.

【図2】本発明を適用したCVD装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a CVD apparatus to which the present invention is applied.

【図3】本発明を適用したMBE装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an MBE device to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31 処理室 4 ロードロック室 5 Si基板 6 基板マニュピレータ 7 水素ラジカル源 8 酸素ラジカル源 21 クリーニング室 22 基幹チャンバ 23 酸化室 27 縦型反応炉 32 成長室 36,37 電子ビーム蒸着器 38,39 分子線源 1,31 Processing chamber 4 Load lock chamber 5 Si substrate 6 Substrate manipulator 7 Hydrogen radical source 8 Oxygen radical source 21 Cleaning chamber 22 Core chamber 23 Oxidation chamber 27 Vertical reactor 32 Growth chamber 36,37 Electron beam evaporator 38,39 Molecular beam source

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 排気系(2)を備えた装置内のヒータ部(3
4)上に載置してあるシリコン基板(5)に対向して、絶縁
物よりなる放電管(9),(9´) とその外周に高周波コイル
(10),(10´)を備えた水素ラジカル源(7)および酸素ラジ
カル源(8)があり、処理室(1)を真空排気しながら、先
ず、水素ラジカル源(7)に水素ガスを導入しつゝ、高周
波電力をプラズマがピンチするまで増加して中性の水素
ラジカル・原子を発生せしめ、該水素ラジカル・原子を
真空中で加熱してあるシリコン基板(5)に噴射して該シ
リコン基板(5)を還元して清浄化した後、酸素ラジカル
源(8)に酸素ガスを導入しつゝ、高周波電力をプラズマ
がピンチするまで増加して中性の酸素ラジカル・原子を
発生せしめ、該酸素ラジカル・原子を真空中で加熱して
あるシリコン基板(5)に照射して該シリコン基板(5)を酸
化させることを特徴とするシリコン酸化膜の製造方法。
1. A heater section (3) in an apparatus equipped with an exhaust system (2)
4) Discharge tubes (9) and (9 ') made of an insulator and a high-frequency coil around the discharge tubes (9) and (9') facing the silicon substrate (5)
There is a hydrogen radical source (7) and an oxygen radical source (8) equipped with (10) and (10 '), and while evacuating the processing chamber (1), first, hydrogen gas is supplied to the hydrogen radical source (7). As it is introduced, the high frequency power is increased until the plasma is pinched to generate neutral hydrogen radicals / atoms, and the hydrogen radicals / atoms are jetted onto the silicon substrate (5) heated in a vacuum. After reducing and cleaning the silicon substrate (5), while introducing oxygen gas into the oxygen radical source (8), increase the high-frequency power until the plasma pinches to generate neutral oxygen radicals / atoms. A method for producing a silicon oxide film, characterized in that the silicon substrate (5) heated in vacuum is irradiated with the oxygen radicals / atoms to oxidize the silicon substrate (5).
【請求項2】 基板マニュピレータ(6)により駆動さ
れ、ヒータ部(34)上に載置したシリコン基板(5)と、該
基板(5)に対向して水素ラジカル源(7)と酸素ラジカル源
(8)を備えた処理室(1)と、ゲートバルブ(3)を介して基
板を供給し、また収納するロードロック室(4)と、真空
排気を行なう排気系(2)と、より少なくとも構成されて
おり、ロードロック室(4)より供給する基板(5)を処理室
(1)に搬送し、中性の水素ラジカル・原子により還元し
て後、中性の酸素ラジカル・原子により酸化を行い、酸
化膜形成後にロードロック室(4)に格納することを特徴
とするシリコン酸化膜成長装置。
2. A silicon substrate (5) driven by a substrate manipulator (6) and placed on a heater section (34), and a hydrogen radical source (7) and an oxygen radical source facing the substrate (5).
At least a processing chamber (1) provided with (8), a load lock chamber (4) for supplying and storing a substrate through a gate valve (3), and an exhaust system (2) for vacuum exhaust. It is configured and the substrate (5) supplied from the load lock chamber (4) is processed in the processing chamber.
It is characterized in that it is transported to (1), reduced by neutral hydrogen radicals / atoms, oxidized by neutral oxygen radicals / atoms, and stored in the load lock chamber (4) after forming an oxide film. Silicon oxide film growth equipment.
【請求項3】 シリコン基板上に気相成長法によりシリ
コン膜あるいはシリコン膜を最上層とする累積膜を形成
した後、そのまゝ真空雰囲気中で引き続き、請求項1記
載の中性の酸素ラジカル・原子により該シリコン膜の表
面を酸化させることを特徴とするシリコン酸化膜の製造
方法。
3. The neutral oxygen radical according to claim 1, wherein after a silicon film or a cumulative film having a silicon film as an uppermost layer is formed on a silicon substrate by a vapor phase growth method, the oxygen film is continuously kept in a vacuum atmosphere. A method for manufacturing a silicon oxide film, which comprises oxidizing the surface of the silicon film with atoms.
【請求項4】 サセプタ(14)上に載置したシリコン基板
(5)を中心とし、上部に反応ガスを供給するガス導入ラ
イン(29)を、また、外側に高周波コイル(28)を備えた縦
型反応炉(27)と、前記基板(5)を駆動する基板マニュピ
レータ(26)を備えた基幹チャンバ(22)を中央にし、片側
にゲートバルブを介して水素ラジカル源(7)と基板マニ
ュピレータ(25)を備えたクリーニング室(21)およびロー
ド室(20)があり、他の側にゲートバルブを介して酸素ラ
ジカル源(8)と基板マニュピレータ(30)を備えた酸化室
(23)およびアンロード室(24)があり、ロード室(20)より
供給するシリコン基板をクリーニング室(21)において、
中性の水素ラジカル・原子により還元して基板面を清浄
化した後、基幹チャンバ(22)に移動させて気相成長を行
い、次に、酸化室(23)において中性の酸素ラジカル・原
子により酸化を行い、酸化膜形成後にアンロード室(24)
に格納することを特徴とする気相成長装置。
4. A silicon substrate mounted on a susceptor (14).
Driving the gas introduction line (29) for supplying the reaction gas to the upper part of the (5) and the vertical reactor (27) equipped with the high frequency coil (28) on the outside and the substrate (5) A main chamber (22) equipped with a substrate manipulator (26) is located in the center, and a cleaning chamber (21) and a load chamber (20) equipped with a hydrogen radical source (7) and a substrate manipulator (25) are provided on one side through a gate valve. ) And an oxygen chamber with oxygen radical source (8) and substrate manipulator (30) on the other side through a gate valve
(23) and unload chamber (24), the silicon substrate supplied from the load chamber (20) in the cleaning chamber (21),
After reducing by neutral hydrogen radicals / atoms to clean the surface of the substrate, the substrate is moved to the basic chamber (22) for vapor phase growth, and then neutral oxygen radicals / atoms in the oxidation chamber (23) are used. Oxidation is performed by the unloading chamber (24) after the oxide film is formed.
A vapor phase growth apparatus characterized by being stored in.
【請求項5】 シリコン基板上に分子線エピタキシャル
成長法によりシリコン膜あるいはシリコン膜を最上層と
する累積膜を形成した後、そのまゝ真空雰囲気中で引き
続き、請求項1記載の中性の酸素ラジカル・原子により
該シリコン膜の表面を酸化させることを特徴とするシリ
コン酸化膜の製造方法。
5. The neutral oxygen radical according to claim 1, wherein a silicon film or a cumulative film having a silicon film as an uppermost layer is formed on a silicon substrate by a molecular beam epitaxial growth method, and then continued in the vacuum atmosphere. A method for manufacturing a silicon oxide film, which comprises oxidizing the surface of the silicon film with atoms.
【請求項6】 基板マニュピレータ(35)により駆動さ
れ、ヒータ部(34)上に載置したシリコン基板(5)と、該
基板(5)に対向して半導体材料蒸着用の電子ビーム蒸着
器(36),(37)とドーパント蒸着用の分子線源(38),(39)を
それぞれ複数個備えた成長室(32)と、ゲートバルブ(35)
を介して基板マニュピレータと水素ラジカル源(7)と酸
素ラジカル源(8)を備えた処理室(31)と、ロードロック
室(30)とからなり、ロードロック室(30)より供給するシ
リコン基板(5)を処理室(31)に搬送し、中性の水素ラジ
カル・原子により還元して後、成長室(32)において分子
線エピタキシャル成長を行い、次に、再び処理室(31)に
戻し中性の酸素ラジカル・原子により酸化を行い、酸化
膜形成後にロードロック室(30)に格納することを特徴と
する分子線エピタキシャル成長装置。
6. A silicon substrate (5) driven by a substrate manipulator (35) and placed on a heater section (34), and an electron beam vapor deposition device (6) for vapor deposition of a semiconductor material facing the substrate (5). 36), (37) and a growth chamber (32) each equipped with a plurality of molecular beam sources (38), (39) for dopant deposition, and a gate valve (35)
Silicon substrate supplied from the load lock chamber (30), consisting of a substrate manipulator, a processing chamber (31) equipped with a hydrogen radical source (7) and an oxygen radical source (8), and a load lock chamber (30). After transporting (5) to the processing chamber (31) and reducing it with neutral hydrogen radicals / atoms, molecular beam epitaxial growth is performed in the growth chamber (32) and then returning to the processing chamber (31) again. A molecular beam epitaxial growth apparatus characterized in that it is oxidized by a reactive oxygen radical / atom and stored in a load lock chamber (30) after forming an oxide film.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG152910A1 (en) * 2001-12-07 2009-06-29 Tokyo Electron Ltd Nitriding method for insulation film, semiconductor device and production method for semiconductor device, substrate treating device and substrate treating method
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