JPH06204465A - Formation of gate oxide film - Google Patents
Formation of gate oxide filmInfo
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- JPH06204465A JPH06204465A JP34960292A JP34960292A JPH06204465A JP H06204465 A JPH06204465 A JP H06204465A JP 34960292 A JP34960292 A JP 34960292A JP 34960292 A JP34960292 A JP 34960292A JP H06204465 A JPH06204465 A JP H06204465A
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- gate oxide
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート酸化膜の形成方
法に関し、特に、フッ素の含有によるゲート酸化膜の劣
化を抑制することができるゲート酸化膜の形成方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a gate oxide film, and more particularly to a method for forming a gate oxide film capable of suppressing the deterioration of the gate oxide film due to the inclusion of fluorine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩ製造の各種プロセスでは各種のフ
ッ素化合物が用いられる。このフッ素化合物を構成する
フッ素原子は、熱処理過程でゲート酸化膜中に偏析し、
酸化膜中のシリコンと酸素との結合を切断して酸化膜の
膜厚を増加させたり、酸化膜が破壊に至るまでの注入電
荷量を低減させたり、さらに酸化膜中に電子トラップや
正孔トラップを形成させたりすることが IEEE TRANSACT
ION ON ELECTRONDEVICES, Vo136, No.5, pp87〜889 で
Ｐ．Ｊ．ＷＲＩＧＨＴにより報告されている。2. Description of the Related Art Various fluorine compounds are used in various processes for manufacturing LSI. Fluorine atoms constituting this fluorine compound segregate in the gate oxide film during the heat treatment process,
The bond between silicon and oxygen in the oxide film is cut to increase the film thickness of the oxide film, reduce the amount of injected charges until the oxide film is destroyed, and further trap electrons and holes in the oxide film. Forming traps is IEEE TRANSACT
ION ON ELECTRONDEVICES, Vo136, No.5, pp87-889 P. J. Reported by WRIGHT.
【０００３】例えば、ゲート電極用ポリサイドゲートを
形成する際にＷＦ6 とＳｉＨ4 よりＬＰＣＶＤ装置を用
いてポリシリコン上にＷＳｉ2 を形成した場合、フッ素
原子は、その後の８００℃、３０分の熱処理時に酸化膜
中に１０21個／ｃｍ3 程度偏析する。For example, when WSi 2 is formed on polysilicon by using an LPCVD apparatus from WF 6 and SiH 4 when forming a polycide gate for a gate electrode, fluorine atoms are added at 800 ° C. for 30 minutes thereafter. During the heat treatment, about 10 21 particles / cm 3 are segregated in the oxide film.
【０００４】また、ｐ+ ポリシリコンゲートを形成する
ためにゲート電極用ポリシリコンにＢＦ 2 + をイオン注
入し、９００℃程度に熱処理した場合、ポリシリコン中
のフッ素原子は、酸化膜中に偏析する。例えば、厚さ８
ｎｍのゲート酸化膜を持つＭＯＳＦＥＴのポリシリコン
中に加速エネルギー２０ｋｅＶでＢＦ 2 + を５×１０ 15
個／ｃｍ2 イオン注入した場合、フッ素原子はゲート酸
化膜中に約５×１０20個／ｃｍ3 程度偏析する。In addition, p+Forming a polysilicon gate
BF for polysilicon for gate electrode2 +The ion injection
When placed in a polysilicon and heat-treated at about 900 ° C,
Fluorine atoms segregate in the oxide film. For example, thickness 8
MOSFET polysilicon with nm gate oxide
BF with acceleration energy of 20 keV2 +5 x 10 15
Pieces / cm2When ion-implanted, the fluorine atom is the gate acid
About 5 × 10 in the chemical film20Pieces / cm3Segregate to some extent.
【０００５】このように、フッ素がゲート酸化膜に偏析
すると、ゲート酸化膜を構成するシリコンと酸素の結合
が破壊され、電子や正孔を捕獲するダングリングボンド
とＳｉ−Ｆおよび遊離した酸素原子が生成される。遊離
した酸素原子は、熱処理中にシリコン基板と反応し、新
たな酸化膜となる。また、フッ素により形成されたダン
グリングボンドは、トランジスターの動作中に発生する
ホットキャリアを捕獲し、トランジスタ寿命を著しく劣
化させる原因となる。When fluorine is segregated in the gate oxide film, the bond between silicon and oxygen forming the gate oxide film is broken, and dangling bonds for capturing electrons and holes, Si-F, and free oxygen atoms. Is generated. The released oxygen atoms react with the silicon substrate during the heat treatment to form a new oxide film. Further, the dangling bond formed of fluorine captures hot carriers generated during the operation of the transistor, which causes the transistor life to be significantly deteriorated.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ゲート酸化膜
に偏析したフッ素によって生起される上記の問題を抑制
するために有効な方法が、従来はなかった。従来は、Ｗ
Ｓｉ2 を形成する際にフッ素の発生量を抑止する方法や
酸化膜が不活性雰囲気の熱処理中に増膜する対策とし
て、最初に酸化膜を薄く形成しておく等の対策をとって
きた。However, there has hitherto been no effective method for suppressing the above problems caused by the fluorine segregated in the gate oxide film. Conventionally, W
As a method for suppressing the amount of fluorine generated when forming Si 2 and a measure for increasing the oxide film during heat treatment in an inert atmosphere, measures such as first forming a thin oxide film have been taken.
【０００７】そこで、本発明の目的は、フッ素の含有に
よるゲート酸化膜の劣化を抑制することができるゲート
酸化膜の形成方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a gate oxide film which can suppress the deterioration of the gate oxide film due to the inclusion of fluorine.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、シリ
コン基板を種々の雰囲気中で熱処理し、得られた種々の
酸化膜についてフッ素原子の含有による劣化を評価し
た。評価は、まず、形成したゲート酸化膜上に、厚さ１
５０ｎｍのポリシリコン膜を形成し、これにＢＦ 2 + を
５×１０15個／ｃｍ2 だけイオン注入し９００℃で熱処
理した試料を作成した。さらに、これを、ＭＯＳキャパ
シター構造（図５参照）に加工し、ゲート電極に正電荷
をかけて、シリコン基板側から電子を一定速度で注入し
た後のゲート電圧変化、および界面準位密度変化を測定
した。Therefore, the present inventor
The various substrates obtained by heat treating
We evaluated the deterioration of the oxide film due to the inclusion of fluorine atoms.
It was First of all, the thickness of 1 is formed on the formed gate oxide film.
A 50 nm polysilicon film is formed and BF is formed on this. 2 +To
5 x 1015Pieces / cm2Ion implantation and heat treatment at 900 ℃
A processed sample was prepared. Furthermore, this is the MOS capacity.
Processed into a sitter structure (see Fig. 5), and positive charge is applied to the gate electrode
By injecting electrons from the silicon substrate side at a constant speed
Change in gate voltage and interface state density after measurement
did.
【０００９】まず、特公昭６３−３１８１６２号公報に
開示された方法によって、アンモニアガス雰囲気中、シ
リコン基板を９５０℃で３０秒間だけ熱処理して酸化膜
を形成した。得られた酸化膜の表面付近に窒素が高濃度
に存在し、酸化膜表面からシリコン基板の深さ方向に従
って急激に減少し、また酸化膜とシリコン基層との界面
付近で増加していた。このシリコン基板をさらに窒化さ
せると酸化膜中の窒素濃度は上昇するが、酸化膜の表面
付近の窒素濃度も急激に上昇してしまい、酸化膜の表面
付近に窒素原子起因の電子トラップが多量に形成されて
しまった。したがって、この方法では酸化膜の表面が優
先的に窒化されてしまい、酸化膜の厚さ方向に均一に窒
素が分布されないことが分かった。また、このようにし
て形成したゲート酸化膜には、１０Ｃ／ｃｍ2 の電子注
入後の容量を測定した結果、５×１０11個／ｃｍ2 程度
の多量の電子トラップが存在していることが分かった。First, according to the method disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 63-318162, a silicon substrate was heat-treated at 950 ° C. for 30 seconds in an ammonia gas atmosphere to form an oxide film. Nitrogen was present at a high concentration near the surface of the obtained oxide film, was rapidly decreased in the depth direction of the silicon substrate from the surface of the oxide film, and was increased near the interface between the oxide film and the silicon base layer. If this silicon substrate is further nitrided, the nitrogen concentration in the oxide film rises, but the nitrogen concentration near the surface of the oxide film also rises sharply, and a large amount of electron traps due to nitrogen atoms near the surface of the oxide film. It has been formed. Therefore, it was found that in this method, the surface of the oxide film was preferentially nitrided, and nitrogen was not uniformly distributed in the thickness direction of the oxide film. In addition, as a result of measuring the capacity after electron injection of 10 C / cm 2 in the gate oxide film thus formed, it is found that a large amount of electron traps of about 5 × 10 11 pieces / cm 2 are present. Do you get it.
【００１０】また、特公平３−１６０７２０号公報に
は、シリコン基板を酸素ガス雰囲気中で熱処理して酸化
膜を形成した後、亜酸化窒素ガス中で熱処理することに
より、上記酸化膜中に窒素原子を導入する方法が開示さ
れている。この方法を用いると、酸化膜とシリコン基板
の界面近傍に、窒素原子を導入することができるが、酸
化膜に窒素を均一に導入することができなかった。ま
た、酸化膜中の窒素濃度が低いため、フッ素原子による
酸化膜の劣化を抑制できなかった。さらに、１０Ｃ／ｃ
ｍ2 の電子注入後の容量測定を行なった結果、１０12個
／ｃｍ2 程度の多量の電子トラップが存在していた。Further, in Japanese Patent Publication No. 3-160720, a silicon substrate is heat-treated in an oxygen gas atmosphere to form an oxide film, and then heat-treated in a nitrous oxide gas so that the nitrogen in the oxide film is reduced. A method of introducing atoms is disclosed. Using this method, nitrogen atoms could be introduced near the interface between the oxide film and the silicon substrate, but nitrogen could not be uniformly introduced into the oxide film. Further, since the nitrogen concentration in the oxide film is low, the deterioration of the oxide film due to the fluorine atom could not be suppressed. Furthermore, 10C / c
As a result of measuring the capacity after injecting m 2 electrons, a large number of electron traps of about 10 12 / cm 2 were present.
【００１１】さらに、亜酸化窒素ガスを用いシリコン基
板を直接窒化する方法がある。この方法を用いると、窒
素原子を酸化膜中に均一に存在させることができるが、
酸化膜とシリコン基板の界面の凹凸が大きくなり、ＭＯ
ＳＦＥＴを製造するには不適である。Further, there is a method of directly nitriding a silicon substrate using nitrous oxide gas. Using this method, nitrogen atoms can be made to exist uniformly in the oxide film.
The unevenness of the interface between the oxide film and the silicon substrate becomes large, and the MO
It is not suitable for manufacturing SFET.
【００１２】また、特公平１−１８７８２８号公報に
は、アンモニアガスと酸素ガスを用いて、シリコン基板
を熱処理し、酸化膜を形成する方法が開示されている。
この方法を用いると、窒素は酸化膜の深さ方向にほぼ均
一に導入されるが、アンモニアを構成する水素が酸化膜
中にＳｉ−ＨまたはＳｉ−ＯＨの形で残り、ゲート酸化
膜上のポリシリコンにＢＦ2 + をイオン注入し熱処理し
た時、フッ素原子が酸化膜中のＳｉ−ＨまたはＳｉ−Ｏ
Ｈと反応し、電子やホールトラップとなる。１０Ｃ／ｃ
ｍ2 の電子注入後の容量測定の結果、電子トラップが１
０12個／ｃｍ2 程度生成していることがわかった。これ
は、ＭＯＳＦＥＴの特性を著しく劣化させる量である。
この膜の場合、窒素は添加されているがその効果が見ら
れなかった。Further, Japanese Patent Publication No. 1-187828 discloses a method of forming an oxide film by heat-treating a silicon substrate using ammonia gas and oxygen gas.
When this method is used, nitrogen is introduced substantially uniformly in the depth direction of the oxide film, but hydrogen constituting ammonia remains in the oxide film in the form of Si—H or Si—OH and remains on the gate oxide film. When BF 2 + is ion-implanted into polysilicon and heat-treated, fluorine atoms are contained in the Si-H or Si-O oxide film.
It reacts with H and becomes an electron or hole trap. 10 C / c
As a result of the capacitance measurement after the electron injection of m 2 , the electron trap was 1
It was found that about 0 12 pieces / cm 2 were generated. This is an amount that significantly deteriorates the characteristics of the MOSFET.
In the case of this film, nitrogen was added, but its effect was not observed.
【００１３】最後に、本発明者は、亜酸化窒素に微量の
酸素を含有させたガス雰囲気中でシリコン基板を熱処理
した。この方法を用いることによって、窒素は酸化膜の
厚さ方向に均一に含有されていることを新たに発見し
た。さらに、水素は酸化膜中に２０ｐｐｍ以下しか含有
されないことが分かった。このゲート酸化膜の特性を評
価した。１０Ｃ／ｃｍ2 の電子注入後の容量測定の結
果、酸化膜中には２×１０ 10程度の電子トラップしか発
生していないことが分かった。また、界面準位密度も、
１０10／ｅＶ・ｃｍ2 程度しか増加していなかった。Finally, the present inventors have found that nitrous oxide contains a trace amount of
Heat treatment of a silicon substrate in a gas atmosphere containing oxygen
did. By using this method, nitrogen is removed from the oxide film.
Newly discovered that it is uniformly contained in the thickness direction
It was Furthermore, hydrogen contains less than 20 ppm in the oxide film.
It turns out that it will not be done. Evaluation of characteristics of this gate oxide film
I paid. 10 C / cm2Of capacity measurement after electron injection of
2x10 in the oxide film TenOnly an electronic trap of about
I found that it wasn't live. Also, the interface state density is
10Ten/ EV · cm2It was only increasing.
【００１４】そこで本発明者は、フッ素によるゲート酸
化膜の劣化を抑制するためには、ゲート酸化膜の膜厚方
向に窒素原子を均一に分散させ、かつ水素を低減するこ
とが有効であることを見いだした。そこで、微量の酸素
を含有する亜酸化窒素雰囲気中でシリコン基板を熱処理
することにより、ゲート酸化膜を構成する酸素の一部を
窒素原子に置き換えることによって、フッ素の含有によ
るゲート酸化膜の劣化を抑制できることを見出した。Therefore, in order to suppress the deterioration of the gate oxide film due to fluorine, the present inventor has found that it is effective to uniformly disperse nitrogen atoms in the film thickness direction of the gate oxide film and reduce hydrogen. I found it. Therefore, by heat-treating the silicon substrate in a nitrous oxide atmosphere containing a small amount of oxygen, a part of oxygen constituting the gate oxide film is replaced with nitrogen atoms, so that the deterioration of the gate oxide film due to the inclusion of fluorine is prevented. It was found that it can be suppressed.
【００１５】すなわち、本発明は、酸素を含む亜酸化窒
素雰囲気中でシリコン基板を熱処理する工程を有する、
窒素を含むゲート酸化膜の形成方法を提供するものであ
る。That is, the present invention has a step of heat-treating a silicon substrate in a nitrous oxide atmosphere containing oxygen.
A method for forming a gate oxide film containing nitrogen is provided.
【００１６】本発明の方法において、熱処理の雰囲気中
の亜酸化窒素の含有量は、ゲート酸化膜中の窒素原子の
濃度が、フッ素の含有によるゲート酸化膜の膜質劣化を
抑制し、窒化ケイ素に起因する新たな電子、正孔トラッ
プの形成を抑制できるように、通常、３〜１０原子％程
度、好ましくは４〜６原子％程度になるように調整され
る。In the method of the present invention, the content of nitrous oxide in the atmosphere of the heat treatment is such that the concentration of nitrogen atoms in the gate oxide film suppresses the deterioration of the film quality of the gate oxide film due to the inclusion of fluorine, and silicon nitride is formed. In order to suppress the formation of new electron and hole traps due to this, the amount is usually adjusted to about 3 to 10 atom%, preferably about 4 to 6 atom%.
【００１７】また、本発明の方法において、熱処理雰囲
気中における亜酸化窒素／酸素の含有割合は、通常、１
０〜１００の割合、好ましくは２０〜５０の割合に調整
される。In the method of the present invention, the content ratio of nitrous oxide / oxygen in the heat treatment atmosphere is usually 1
The proportion is adjusted to 0 to 100, preferably 20 to 50.
【００１８】また、熱処理雰囲気中には、上記亜酸化窒
素および酸素以外に、窒素、アルゴン等が含まれていて
もよい。The heat treatment atmosphere may contain nitrogen, argon, etc. in addition to the nitrous oxide and oxygen.
【００１９】さらに、本発明の方法において、熱処理の
温度は、９００〜１２００℃程度、好ましくは１０５０
〜１１５０℃程度である。また、熱処理時の雰囲気圧力
は、通常、大気圧程度に調整される。Further, in the method of the present invention, the temperature of the heat treatment is about 900 to 1200 ° C., preferably 1050.
It is about 1150 ° C. The atmospheric pressure during heat treatment is usually adjusted to about atmospheric pressure.
【００２０】亜酸化窒素に酸素を含有させた場合、実用
温度範囲で酸化する場合、酸化が優先して起こり、窒化
は抑制されるため、酸化膜中に窒素が１０％以上含有さ
れない。When nitrous oxide contains oxygen, when it is oxidized in a practical temperature range, the oxidation takes precedence and nitriding is suppressed, so that the oxide film does not contain 10% or more of nitrogen.
【００２１】[0021]
【作用】本発明の方法によれば、酸素および亜酸化窒素
を含む雰囲気でシリコン基板を熱処理することにより、
酸化膜の膜厚方向に窒素原子を一様に含んだゲート酸化
膜を形成でき、この膜を用いるとフッ素原子による酸化
膜の膜質特性の劣化が抑制され、ＭＯＳＦＥＴのゲート
酸化膜として優れた特性を示す。According to the method of the present invention, by heat-treating a silicon substrate in an atmosphere containing oxygen and nitrous oxide,
A gate oxide film that contains nitrogen atoms uniformly in the thickness direction of the oxide film can be formed. By using this film, deterioration of the film quality characteristics of the oxide film due to fluorine atoms is suppressed, and it is an excellent gate oxide film for MOSFET. Indicates.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を示し、
本発明を具体的に説明する。EXAMPLES Examples and comparative examples of the present invention will be shown below.
The present invention will be specifically described.
【００２３】（実施例および比較例）図１に示す装置に
よって、ゲート酸化膜の形成を行った。Example and Comparative Example A gate oxide film was formed by the apparatus shown in FIG.
【００２４】図１に示す装置において、まず、シリコン
基板１を反応容器２内に設置する。次に反応容器２内に
は、酸素ガスボンベ３および亜酸化窒素ガスボンベ４か
ら、それぞれ流量計５3 および５4 を通して酸素および
亜酸化窒素を、それぞれ２〜１０（ｌ／ｍｉｎ．）、
０．１〜１（ｌ／ｍｉｎ．）の流量で供給した。赤外ラ
ンプ６によりシリコン基板１を１０５０〜１１００℃ま
で急速加熱し、この温度を３２〜７３秒間だけ保持し、
膜厚９ｎｍの窒素を含むゲート酸化膜をシリコン基板１
の表面に形成した。その後、室温まで急速に冷却させ
た。このときのゲート酸化膜の形成条件、ならびに形成
されたゲート酸化膜の膜厚を、表１に示す。In the apparatus shown in FIG. 1, first, the silicon substrate 1 is placed in the reaction container 2. Next, in the reaction container 2, oxygen and nitrous oxide are supplied from the oxygen gas cylinder 3 and the nitrous oxide gas cylinder 4 through the flowmeters 5 3 and 5 4 , respectively, at 2 to 10 (l / min.),
It was supplied at a flow rate of 0.1 to 1 (l / min.). The silicon substrate 1 is rapidly heated to 1050 to 1100 ° C. by the infrared lamp 6, and this temperature is held for 32 to 73 seconds,
A gate oxide film containing nitrogen having a film thickness of 9 nm is formed on the silicon substrate 1.
Formed on the surface of. Then, it was made to cool rapidly to room temperature. Table 1 shows the conditions for forming the gate oxide film and the film thickness of the formed gate oxide film at this time.
【００２５】また、得られたゲート酸化膜における深さ
方向の窒素原子の濃度および水素原子の濃度を、ＳＩＭ
Ｓ分析で測定した。結果を図２〜４に示す。Further, the concentration of nitrogen atoms and the concentration of hydrogen atoms in the depth direction in the obtained gate oxide film were measured by SIM.
It was measured by S analysis. The results are shown in FIGS.
【００２６】図２は、表１の条件１で形成されたゲート
酸化膜の深さ方向のＳＩＭＳ分析結果である。図中、Ｓ
ＩＭＳのスパッタリング時間は、ゲート酸化膜の深さと
比例する。図３および図４においても同様である。この
ゲート酸化膜においては、窒素原子は深さ方向に均一に
分布しており、その窒素原子の濃度の値も４〜５原子％
であった。また、水素原子の濃度は、２０ｐｐｍ以下と
十分低くなっていた。FIG. 2 shows the results of SIMS analysis in the depth direction of the gate oxide film formed under the condition 1 in Table 1. In the figure, S
The IMS sputtering time is proportional to the depth of the gate oxide film. The same applies to FIGS. 3 and 4. In this gate oxide film, nitrogen atoms are evenly distributed in the depth direction, and the concentration value of the nitrogen atoms is also 4 to 5 atomic%.
Met. Further, the concentration of hydrogen atoms was sufficiently low at 20 ppm or less.
【００２７】これに対して、図３は、表１中の条件３で
形成されたゲート酸化膜試料のＳＩＭＳ分析結果を示
す。この試料では、ゲート酸化膜を９ｎｍだけ形成し、
これを９５０℃で３０秒間だけアンモニアガス雰囲気中
にて急速加熱装置で熱処理した。その結果、この試料で
は、ゲート酸化膜の表面だけが窒化され、ゲート酸化膜
の深さ方向にしたがって窒素原子の濃度が低減している
ことがわかる。On the other hand, FIG. 3 shows SIMS analysis results of the gate oxide film sample formed under the condition 3 in Table 1. In this sample, the gate oxide film is formed to a thickness of 9 nm,
This was heat-treated at 950 ° C. for 30 seconds in an ammonia gas atmosphere with a rapid heating device. As a result, in this sample, it is found that only the surface of the gate oxide film is nitrided, and the concentration of nitrogen atoms decreases in the depth direction of the gate oxide film.
【００２８】図４は、表１の条件５で形成されたゲート
酸化膜試料のＳＩＭＳ分析結果を示す。この試料では、
窒素原子の濃度は、ゲート酸化膜の深さ方向でほぼ均一
な濃度を示しているが、水素原子の濃度が酸化膜の表面
付近で０．１％程度と非常に高い濃度を示した。FIG. 4 shows the SIMS analysis results of the gate oxide film sample formed under the condition 5 in Table 1. In this sample,
The concentration of nitrogen atoms was almost uniform in the depth direction of the gate oxide film, but the concentration of hydrogen atoms was as high as about 0.1% near the surface of the oxide film.
【００２９】次に、表１の各条件で形成したゲート酸化
膜の上に、ゲート電極用ポリシリコンを厚さ１５０ｎｍ
だけ形成し、これにＢＦ 2 + を５×１０15個／ｃｍ2 だ
けエネルギー４０ｋｅＶで注入した。その後、９００℃
で３０分間、炉を用い熱処理した。次に、図５に示すと
おり、ゲート酸化膜１０の上に形成されたポリシリコン
からなるゲート電極１１、フィールド酸化膜１２、ゲー
ト電極１１に接続するＡｌ電極１３、ならびに絶縁膜１
４、および保護膜１５を形成して、ＭＯＳキャパシタを
作成した。このＭＯＳキャパシタに、図５に示すよう
に、ゲートに正の電圧Ｖｇを加え、ゲート酸化膜１０中
を２．５×１０-3Ａ／ｃｍ2 の電流が流れるようにし
た。このとき、シリコン基板１６からゲート酸化膜１０
に１０Ｃ／ｃｍ2 だけ電子を注入し、１ＭＨｚの高周波
容量測定および準静的な容量測定をした。Next, on the gate oxide film formed under each condition of Table 1, polysilicon for a gate electrode is formed to a thickness of 150 nm.
Then, BF 2 + was implanted into this by 5 × 10 15 pieces / cm 2 at an energy of 40 keV. Then 900 ° C
And heat-treated in a furnace for 30 minutes. Next, as shown in FIG. 5, a gate electrode 11 made of polysilicon formed on the gate oxide film 10, a field oxide film 12, an Al electrode 13 connected to the gate electrode 11, and an insulating film 1 are formed.
4 and the protective film 15 were formed to form a MOS capacitor. As shown in FIG. 5, a positive voltage Vg was applied to the gate of this MOS capacitor so that a current of 2.5 × 10 −3 A / cm 2 could flow through the gate oxide film 10. At this time, the gate oxide film 10 is removed from the silicon substrate 16.
Electrons were injected into the substrate at 10 C / cm 2 , and high frequency capacitance measurement at 1 MHz and quasi-static capacitance measurement were performed.
【００３０】また、２．５×１０-3Ａ／ｃｍ2 の一定電
流を流すためのゲート電圧の変化量を測定した。電子の
注入開始時のゲート電圧と、電子を１０Ｃ／ｃｍ2 注入
後のゲート電圧の変化分をΔＶｇとした。また、電子の
注入前の界面準位密度と１０Ｃ／ｃｍ2 注入後の界面準
位密度の差をΔＤｉｔとした。結果を表２に示す。な
お、ここで示す酸化膜厚は、シリコン基板が蓄積状態に
なるゲート電圧をかけ１ＭＨｚの高周波容量測定法によ
って決定した。The amount of change in the gate voltage for flowing a constant current of 2.5 × 10 -3 A / cm 2 was measured. The change in the gate voltage at the start of electron injection and the change in the gate voltage after 10 C / cm 2 injection of electrons were defined as ΔVg. Further, the difference between the interface state density before electron injection and the interface state density after 10 C / cm 2 injection was defined as ΔDit. The results are shown in Table 2. Note that the oxide film thickness shown here was determined by a high-frequency capacitance measuring method of 1 MHz by applying a gate voltage at which the silicon substrate is in an accumulated state.
【００３１】[0031]
【表１】 [Table 1]
【００３２】[0032]
【表２】 [Table 2]
【００３３】表１に示す条件１および条件２は、亜酸化
窒素に酸素を混合した雰囲気中でシリコン基板を熱処理
して、ゲート酸化膜を形成する本発明例である。この本
発明例においては、ゲート酸化膜に電子を１０Ｃ／ｃｍ
2 注入前後のΔＶｇは、２５ｍＶと３１ｍＶでしかなか
った。しかし、比較例においては、ΔＶｇが、１９０ｍ
Ｖ、２１０ｍＶおよび１８０ｍＶと大きな変化を示し
た。また、従来の方法である条件６によって形成された
ゲート酸化膜については、ΔＶｇは３００ｍＶであっ
た。また、界面準位密度の変化ΔＤｉｔにおいても、本
発明例では、比較例に比べて１／１０程度の変化に抑え
られた。Conditions 1 and 2 shown in Table 1 are examples of the present invention in which a gate oxide film is formed by heat treating a silicon substrate in an atmosphere in which nitrous oxide is mixed with oxygen. In this example of the present invention, the gate oxide film is provided with electrons of 10 C / cm.
The ΔVg before and after the two injections were only 25 mV and 31 mV. However, in the comparative example, ΔVg is 190 m
V, 210 mV and 180 mV showed large changes. The ΔVg of the gate oxide film formed under the conventional method of Condition 6 was 300 mV. Also, in the change ΔDit of the interface state density, the change of the present invention example was suppressed to about 1/10 of that of the comparative example.
【００３４】また、フッ素によるゲート酸化膜の増加
は、条件１、条件２の試料においては、０．１ｎｍであ
るのに対して、比較例では１．０〜１．１ｎｍの増加が
あった。また従来の方法である条件５によって作成され
たゲート酸化膜では、１．５ｎｍもの増膜が観察され
た。したがって、本発明の方法を用いれば、フッ素によ
るゲート酸化膜の増加を抑制できることがわかる。Further, the increase in the gate oxide film due to fluorine was 0.1 nm in the samples under the conditions 1 and 2, whereas it increased by 1.0 to 1.1 nm in the comparative example. Further, in the gate oxide film formed under the conventional method of Condition 5, an increase of 1.5 nm was observed. Therefore, it can be seen that the use of the method of the present invention can suppress the increase in the gate oxide film due to fluorine.
【００３５】以上の結果から、本発明の方法によれば、
従来方法に比べ、Ｗポリサイドゲート形成工程やＢＦ 2
+ のイオン注入工程において、ゲート酸化膜に偏析する
フッ素原子による悪影響を抑えることができることが判
る。From the above results, according to the method of the present invention,
Compared with the conventional method, W polycide gate formation process and BF 2
It can be seen that in the + ion implantation step, the adverse effect of fluorine atoms segregated in the gate oxide film can be suppressed.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明の方法によれば、窒素原子が膜厚
方向に均一に分布するゲート酸化膜を形成することがで
きる。そのため、本発明の方法によってゲート酸化膜を
形成すれば、各種のプロセスで生ずるフッ素の偏析によ
る酸化膜の劣化を抑制することができる。例えば、ゲー
ト電極用ポリシリコンにＢＦ 2 + をイオン注入した後、
活性化熱処理時に発生するゲート酸化膜の劣化や、ＷＦ
6 ガスとＳＨ4 ガスを用いてＷＳｉ2 をゲート電極用ポ
リシリコン上に形成し、熱処理した場合に生起するゲー
ト酸化膜の劣化を抑制することができる。According to the method of the present invention, a gate oxide film in which nitrogen atoms are uniformly distributed in the film thickness direction can be formed. Therefore, if the gate oxide film is formed by the method of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the oxide film due to the segregation of fluorine that occurs in various processes. For example, after ion-implanting BF 2 + into polysilicon for a gate electrode,
Deterioration of the gate oxide film that occurs during activation heat treatment and WF
It is possible to suppress the deterioration of the gate oxide film that occurs when WSi 2 is formed on the polysilicon for the gate electrode using 6 gas and SH 4 gas and heat-treated.
【図１】 酸化膜の形成装置の構成を説明する概略図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an oxide film forming apparatus.
【図２】 実施例におけるＳＩＭＳ分析結果を示す図。FIG. 2 is a diagram showing SIMS analysis results in Examples.
【図３】 比較例におけるＳＩＭＳ分析結果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing SIMS analysis results in a comparative example.
【図４】 比較例におけるＳＩＭＳ分析結果を示す図。FIG. 4 is a diagram showing SIMS analysis results in a comparative example.
【図５】 測定に用いたＭＯＳキャパシターの模式図で
ある。FIG. 5 is a schematic diagram of a MOS capacitor used for measurement.
１ シリコン基板 ２ 反応容器 ３ 酸素ガスボンベ ４ 亜酸化窒素ガスボンベ ５3 ，５4 流量計 ６ 赤外ランプ １０ ゲート酸化膜 １１ ゲート電極 １２ フィールド酸化膜 １３ Ａｌ電極 １４ 絶縁膜 １５ 保護膜 １６ シリコン基板1 Silicon Substrate 2 Reaction Container 3 Oxygen Gas Cylinder 4 Nitrous Oxide Gas Cylinder 5 3 , 5 4 Flow Meter 6 Infrared Lamp 10 Gate Oxide Film 11 Gate Electrode 12 Field Oxide Film 13 Al Electrode 14 Insulating Film 15 Protective Film 16 Silicon Substrate
Claims (1)
基板を熱処理する工程を有する、窒素を含むゲート酸化
膜の形成方法。1. A method for forming a gate oxide film containing nitrogen, comprising the step of heat-treating a silicon substrate in a nitrous oxide atmosphere containing oxygen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34960292A JPH06204465A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Formation of gate oxide film |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP34960292A JPH06204465A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Formation of gate oxide film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204465A true JPH06204465A (en) | 1994-07-22 |
Family
ID=18404841
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34960292A Withdrawn JPH06204465A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Formation of gate oxide film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06204465A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990517A (en) * | 1997-03-06 | 1999-11-23 | Fujitsu Limited | Semiconductor memory device containing nitrogen in a gate oxide film |
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| US6245652B1 (en) | 1998-09-04 | 2001-06-12 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of forming ultra thin gate dielectric for high performance semiconductor devices |
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-
1992
- 1992-12-28 JP JP34960292A patent/JPH06204465A/en not_active Withdrawn
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