JPH06333918A - 絶縁酸化膜の形成方法及び半導体装置 - Google Patents
絶縁酸化膜の形成方法及び半導体装置Info
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- JPH06333918A JPH06333918A JP5122699A JP12269993A JPH06333918A JP H06333918 A JPH06333918 A JP H06333918A JP 5122699 A JP5122699 A JP 5122699A JP 12269993 A JP12269993 A JP 12269993A JP H06333918 A JPH06333918 A JP H06333918A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 絶縁耐圧が高く、リーク電流が小さく、注入
電荷量を大きくとることができる絶縁酸化膜を形成する
ことが可能な絶縁酸化膜の形成方法を提供し、また、絶
縁耐圧が高く、リーク電流が小さく、注入電荷量を大き
くとることができる絶縁酸化膜を有する半導体装置を提
供すること。 【構成】 本発明の絶縁酸化膜の形成方法は、不活性ガ
スと水分と水素の活性種とからなる弱酸化性ガス雰囲気
中、あるいは、不活性ガスと水分と水素の活性種と水素
とからなる弱酸化性雰囲気中において、半導体基体を加
熱することにより該基体表面に絶縁酸化膜を形成するこ
とを特徴とする。また、本発明の半導体装置は上記方法
により形成した絶縁膜を有することを特徴とする。
電荷量を大きくとることができる絶縁酸化膜を形成する
ことが可能な絶縁酸化膜の形成方法を提供し、また、絶
縁耐圧が高く、リーク電流が小さく、注入電荷量を大き
くとることができる絶縁酸化膜を有する半導体装置を提
供すること。 【構成】 本発明の絶縁酸化膜の形成方法は、不活性ガ
スと水分と水素の活性種とからなる弱酸化性ガス雰囲気
中、あるいは、不活性ガスと水分と水素の活性種と水素
とからなる弱酸化性雰囲気中において、半導体基体を加
熱することにより該基体表面に絶縁酸化膜を形成するこ
とを特徴とする。また、本発明の半導体装置は上記方法
により形成した絶縁膜を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁酸化膜の形成方法
に係り、特に、イナートガス、水分、及び水素の活性種
（及び選択的に水素）を用いた弱酸化性雰囲気で絶縁特
性の優れた絶縁酸化膜を形成することが可能な絶縁酸化
膜の形成方法に関する。
に係り、特に、イナートガス、水分、及び水素の活性種
（及び選択的に水素）を用いた弱酸化性雰囲気で絶縁特
性の優れた絶縁酸化膜を形成することが可能な絶縁酸化
膜の形成方法に関する。
【０００２】
【背景の技術】従来の半導体基板に酸化膜を形成する半
導体の製造方法としては、次の技術が知られている。
導体の製造方法としては、次の技術が知られている。
【０００３】１）ドライ酸化技術 １００％酸素雰囲気で酸化膜を形成する技術。
【０００４】２）ウエット酸化技術 ７００℃以上の酸素雰囲気に水素を燃焼させ水蒸気を発
生させて酸素と水分の混合ガスで酸化膜を形成する。
生させて酸素と水分の混合ガスで酸化膜を形成する。
【０００５】しかし、上記従来の技術には以下の問題点
がある。すなわち、ドライ酸化技術あるいはウエット酸
化技術どちらの方法で形成した酸化膜も、 絶縁耐圧が低い リーク電流が大きい 注入電荷量が小さい という問題点である。
がある。すなわち、ドライ酸化技術あるいはウエット酸
化技術どちらの方法で形成した酸化膜も、 絶縁耐圧が低い リーク電流が大きい 注入電荷量が小さい という問題点である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の現状に
鑑みなされたものであり、絶縁耐圧が高く、リーク電流
が小さく、注入電荷量を大きくとることができる絶縁酸
化膜を半導体上に形成することが可能な絶縁酸化膜の形
成方法を提供することを特徴とする。
鑑みなされたものであり、絶縁耐圧が高く、リーク電流
が小さく、注入電荷量を大きくとることができる絶縁酸
化膜を半導体上に形成することが可能な絶縁酸化膜の形
成方法を提供することを特徴とする。
【０００７】本発明は、絶縁耐圧が高く、リーク電流が
小さく、注入電荷量を大きくとることができる絶縁酸化
膜を有する半導体装置を提供することを目的とする。
小さく、注入電荷量を大きくとることができる絶縁酸化
膜を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の要旨は、
不活性ガスと水分と水素の活性種とからなる弱酸化性ガ
ス雰囲気中、あるいは、不活性ガスと水分と水素の活性
種と水素とからなる弱酸化性雰囲気中において、半導体
基体を加熱することにより該基体表面に絶縁酸化膜を形
成することを特徴とする絶縁酸化膜の形成方法に存在す
る。
不活性ガスと水分と水素の活性種とからなる弱酸化性ガ
ス雰囲気中、あるいは、不活性ガスと水分と水素の活性
種と水素とからなる弱酸化性雰囲気中において、半導体
基体を加熱することにより該基体表面に絶縁酸化膜を形
成することを特徴とする絶縁酸化膜の形成方法に存在す
る。
【０００９】本発明の第二の要旨は、前記方法により形
成した絶縁酸化物を有する半導体装置に存在する。
成した絶縁酸化物を有する半導体装置に存在する。
【００１０】
【作用】以下に本発明の作用を、本発明をなすに際して
得た知見等とともに説明する。
得た知見等とともに説明する。
【００１１】本発明者は、従来の酸化膜形成技術の根本
的見直しを行い、何故に、 絶縁耐圧が低い リーク電流が大きい 注入電荷量が小さい という欠点が生じるかの解明を行った。
的見直しを行い、何故に、 絶縁耐圧が低い リーク電流が大きい 注入電荷量が小さい という欠点が生じるかの解明を行った。
【００１２】まず、幾多の実験を重ねたところ、絶縁耐
圧、リーク電流、注入電荷量は、絶縁酸化膜を形成する
際における酸化速度に影響されるのではないかとの着想
を得た。かかる着想に基づき、さらに実験を重ねた結
果、速い酸化条件では、良好な絶縁酸化膜が得られない
こと、すなわち、絶縁耐圧が大きく、リーク電流が小さ
く、また、注入電荷量が大きい絶縁酸化膜が得られない
ことを確認した。
圧、リーク電流、注入電荷量は、絶縁酸化膜を形成する
際における酸化速度に影響されるのではないかとの着想
を得た。かかる着想に基づき、さらに実験を重ねた結
果、速い酸化条件では、良好な絶縁酸化膜が得られない
こと、すなわち、絶縁耐圧が大きく、リーク電流が小さ
く、また、注入電荷量が大きい絶縁酸化膜が得られない
ことを確認した。
【００１３】しかるに、従来の酸化技術は、酸素過剰の
雰囲気で酸化を行うため、酸化速度が速いと考えられ
る。そのために上記した〜の欠点が生じるのではな
いかと推測される。
雰囲気で酸化を行うため、酸化速度が速いと考えられ
る。そのために上記した〜の欠点が生じるのではな
いかと推測される。
【００１４】そこで、本発明者は、上記推測に基づき、
各種実験の重ねた結果、不活性ガスと水分と水素の活性
種とからなる弱酸化性ガス雰囲気中、あるいは、不活性
ガスと水分と水素の活性種と水素とからなる弱酸化性雰
囲気中において酸化膜を形成すると上記欠点が一挙に解
決できることを確認した。
各種実験の重ねた結果、不活性ガスと水分と水素の活性
種とからなる弱酸化性ガス雰囲気中、あるいは、不活性
ガスと水分と水素の活性種と水素とからなる弱酸化性雰
囲気中において酸化膜を形成すると上記欠点が一挙に解
決できることを確認した。
【００１５】かかるガス雰囲気中で酸化膜を形成すれば
上記欠点が解決される理由は必ずしも明確ではないが、
過剰酸素は存在せず、また、水素活性種が還元作用を行
うため、適度の酸化速度をもたらすためではないかと推
測される。
上記欠点が解決される理由は必ずしも明確ではないが、
過剰酸素は存在せず、また、水素活性種が還元作用を行
うため、適度の酸化速度をもたらすためではないかと推
測される。
【００１６】また、不活性ガスの作用も明確ではない
が、不活性ガスが存在しない場合は、必ずしも絶縁酸化
膜の上記特性は改善されないことから、やはり、酸化速
度の調整に寄与しているのではないかと推測される。
が、不活性ガスが存在しない場合は、必ずしも絶縁酸化
膜の上記特性は改善されないことから、やはり、酸化速
度の調整に寄与しているのではないかと推測される。
【００１７】なお、水素活性種は、半導体中に存在する
タングリングボンドの終端（ターミネート）作用をも有
しており、かかる作用も絶縁酸化膜の特性向上に寄与し
ている。
タングリングボンドの終端（ターミネート）作用をも有
しており、かかる作用も絶縁酸化膜の特性向上に寄与し
ている。
【００１８】
【実施態様例】以下に本発明の実施例を述べる。
【００１９】（弱酸化性ガス）本発明における弱酸化性
ガスとしては、不活性ガスと酸素と水素との混合ガス
を、水素を活性化させる作用を有する触媒に接触させる
ことにより生成せしめたものを用いることが好ましい。
ガスとしては、不活性ガスと酸素と水素との混合ガス
を、水素を活性化させる作用を有する触媒に接触させる
ことにより生成せしめたものを用いることが好ましい。
【００２０】そのための装置例を図１に示し、その詳細
は後述する。
は後述する。
【００２１】なお、弱酸化性ガス中における水分濃度を
１ｐｐｂ〜１０％とすることが好ましく、１ｐｐｍ〜１
％とすることがより好ましい。１ｐｐｂ以上とすること
により、特性の優れた酸化膜の形成を短時間で行うこと
ができる。また、１０％以下とすることによりより特性
の優れた絶縁酸化膜の形成が可能となる。特に、１ｐｐ
ｍ〜１％の場合には、特に電流電圧特性の向上が著し
い。
１ｐｐｂ〜１０％とすることが好ましく、１ｐｐｍ〜１
％とすることがより好ましい。１ｐｐｂ以上とすること
により、特性の優れた酸化膜の形成を短時間で行うこと
ができる。また、１０％以下とすることによりより特性
の優れた絶縁酸化膜の形成が可能となる。特に、１ｐｐ
ｍ〜１％の場合には、特に電流電圧特性の向上が著し
い。
【００２２】（絶縁酸化膜形成温度）絶縁酸化膜の形成
温度としては、１０５０℃以下が好ましく、５００〜１
０００℃がより好ましい。１０５０℃を超えると、酸化
速度が速くなりすぎ薄い酸化膜の形成が困難となる場合
がある。５００℃未満では酸化速度が非常に遅く酸化膜
の形成に時間を要してしまう。
温度としては、１０５０℃以下が好ましく、５００〜１
０００℃がより好ましい。１０５０℃を超えると、酸化
速度が速くなりすぎ薄い酸化膜の形成が困難となる場合
がある。５００℃未満では酸化速度が非常に遅く酸化膜
の形成に時間を要してしまう。
【００２３】（絶縁酸化膜形成装置−弱酸化性ガスの生
成装置）従来の技術として前述したウエット酸化技術に
おける水分発生は、７００℃以上の高温で水素を燃焼さ
せて行う燃焼式が行われている。このウエット酸化技術
により絶縁酸化膜を形成した半導体素子の特性には限界
があることがわかった。本発明者はその原因を鋭意探求
したところ次のことを見いだした。すなわち、このウエ
ット酸化技術においては、水分発生部の温度が約１００
０℃になっており、そのため様々な汚染物の発生が認め
られた。この汚染物は絶縁膜中に巻き込まれ、また、半
導体表面に付着していた。このような汚染物の巻き込
み、付着が半導体素子の特性に限界をもたらしていたこ
とを見いだしたのである。
成装置）従来の技術として前述したウエット酸化技術に
おける水分発生は、７００℃以上の高温で水素を燃焼さ
せて行う燃焼式が行われている。このウエット酸化技術
により絶縁酸化膜を形成した半導体素子の特性には限界
があることがわかった。本発明者はその原因を鋭意探求
したところ次のことを見いだした。すなわち、このウエ
ット酸化技術においては、水分発生部の温度が約１００
０℃になっており、そのため様々な汚染物の発生が認め
られた。この汚染物は絶縁膜中に巻き込まれ、また、半
導体表面に付着していた。このような汚染物の巻き込
み、付着が半導体素子の特性に限界をもたらしていたこ
とを見いだしたのである。
【００２４】また、このウエット酸化技術においては、
酸化膜形成は、酸素とパーセントオーダーの水分で行わ
れるため、微量の水分量を制御できず、そのため過剰の
水分の発生を招く場合もあり、かかる過剰の水分が絶縁
酸化膜に影響を及ぼし半導体素子の特性に限界をもたら
していたことも見いだした。
酸化膜形成は、酸素とパーセントオーダーの水分で行わ
れるため、微量の水分量を制御できず、そのため過剰の
水分の発生を招く場合もあり、かかる過剰の水分が絶縁
酸化膜に影響を及ぼし半導体素子の特性に限界をもたら
していたことも見いだした。
【００２５】一方、本発明者は、かかる問題を解決すべ
く鋭意研究を重ね汚染物の発生しない水分発生技術を開
発した（特願平４−２６６３８３号）。以下にこの装置
を用いて水分を発生させる場合について述べる。
く鋭意研究を重ね汚染物の発生しない水分発生技術を開
発した（特願平４−２６６３８３号）。以下にこの装置
を用いて水分を発生させる場合について述べる。
【００２６】図１に水分発生装置のー構成例を示す。
【００２７】酸化膜形成装置１００は、酸化炉１０１
（例えばステンレス製、しかし石英製でもよい）と、試
料（ウエハ）１０９の加熱器１０２と、ガス供給システ
ム１０３と、ロードロックシステム１０４で構成されて
いる。ここでロードロックシステム１０４はなくてもか
まわない。
（例えばステンレス製、しかし石英製でもよい）と、試
料（ウエハ）１０９の加熱器１０２と、ガス供給システ
ム１０３と、ロードロックシステム１０４で構成されて
いる。ここでロードロックシステム１０４はなくてもか
まわない。
【００２８】先ず、酸化炉１０１内への試料１０９の搬
入方法を説明する。試料は、ロードロックシステム１０
４の試料収納チャンバーに入れ、大気成分を極力低減す
るため真空引きを行う。その後超高純度アルゴンガスを
導入して不活性ガス雰囲気にし、酸化炉に搬入する。よ
って、酸化炉１０１内ヘの不純物の混入は、極力低減さ
れ超清浄雰囲気を形成できる。
入方法を説明する。試料は、ロードロックシステム１０
４の試料収納チャンバーに入れ、大気成分を極力低減す
るため真空引きを行う。その後超高純度アルゴンガスを
導入して不活性ガス雰囲気にし、酸化炉に搬入する。よ
って、酸化炉１０１内ヘの不純物の混入は、極力低減さ
れ超清浄雰囲気を形成できる。
【００２９】次いで、水分及び水素の活性種の製造方法
を説明する。ガス供給システム１０３には、アルゴン
（窒素でもよい）、酸素、水素のガスが供給されてお
り、それぞれＭＦＣ（マスフローコントローラ）で流量
制御されている。水分及び水素の活性種は、任意の濃度
の酸素ガスを含んだ不活性ガス雰囲気の反応管１０５
（例えばステンレス製、低温で水素を分解できる触媒作
用を有するものであれば他の材質でもかまわない）を、
例えば、５００℃（２００℃〜６００℃の範囲が好まし
く、３００℃〜５００℃がより好ましい。）に加熱器１
０６で加熱し、任意の濃度の水素を添加して発生させ
る。水素は、反応管１０５の触媒効果で分解され、酸素
濃度の２倍以上添加することにより、酸素濃度の２倍の
水分と水素の活性種を発生できる。例えば、酸素濃度
０．０５％に対して例えば水素濃度５％添加すると、
０．１％の水分と水素の活性種が発生できる。
を説明する。ガス供給システム１０３には、アルゴン
（窒素でもよい）、酸素、水素のガスが供給されてお
り、それぞれＭＦＣ（マスフローコントローラ）で流量
制御されている。水分及び水素の活性種は、任意の濃度
の酸素ガスを含んだ不活性ガス雰囲気の反応管１０５
（例えばステンレス製、低温で水素を分解できる触媒作
用を有するものであれば他の材質でもかまわない）を、
例えば、５００℃（２００℃〜６００℃の範囲が好まし
く、３００℃〜５００℃がより好ましい。）に加熱器１
０６で加熱し、任意の濃度の水素を添加して発生させ
る。水素は、反応管１０５の触媒効果で分解され、酸素
濃度の２倍以上添加することにより、酸素濃度の２倍の
水分と水素の活性種を発生できる。例えば、酸素濃度
０．０５％に対して例えば水素濃度５％添加すると、
０．１％の水分と水素の活性種が発生できる。
【００３０】なお、反応管１０５内には、例えば、繊維
状のニッケルなどの触媒を充填しておいてもよい。ま
た、反応管１０５を、例えば、ＳＵＳ３１６などのステ
ンレス製とし、その内表面に、クロム酸化物を主成分と
する酸化不動態膜を形成しておけば、その内表面は触媒
作用を有しているため水素活性種、酸素活性種を容易に
生成せしめることができ、水分を容易に発生させること
ができる。なお、かかる酸化不動態膜の形成は、例え
ば、次のように行えばよい。反応管の内面をＲmax＝
０．１μｍ以下に電解複合研磨し、不純物濃度が数ｐｐ
ｂ以下の弱酸化性雰囲気で熱処理すればよい（詳細は、
特願昭６３−５３８９号、特願平４−１６３７７号、Ｐ
ＣＴ／ＪＰ９２／６９９号）。
状のニッケルなどの触媒を充填しておいてもよい。ま
た、反応管１０５を、例えば、ＳＵＳ３１６などのステ
ンレス製とし、その内表面に、クロム酸化物を主成分と
する酸化不動態膜を形成しておけば、その内表面は触媒
作用を有しているため水素活性種、酸素活性種を容易に
生成せしめることができ、水分を容易に発生させること
ができる。なお、かかる酸化不動態膜の形成は、例え
ば、次のように行えばよい。反応管の内面をＲmax＝
０．１μｍ以下に電解複合研磨し、不純物濃度が数ｐｐ
ｂ以下の弱酸化性雰囲気で熱処理すればよい（詳細は、
特願昭６３−５３８９号、特願平４−１６３７７号、Ｐ
ＣＴ／ＪＰ９２／６９９号）。
【００３１】（酸化膜形成手順）前記要領で発生させた
水分及び水素の活性種は、例えばアルゴンとの混合ガス
としてガス導入口１０７から酸化炉１０１に供給され
る。ここで、導入口１０７近傍を加熱するための加熱器
１０８によりガス導入口１０７近傍のガスを４００〜５
００℃に加熱することが好ましい。４００〜５００℃と
することにより、反応管１０５において生成した水素活
性種の減少を防止することができ、より特性の優れた絶
縁酸化膜を効率よく形成することが可能となる。
水分及び水素の活性種は、例えばアルゴンとの混合ガス
としてガス導入口１０７から酸化炉１０１に供給され
る。ここで、導入口１０７近傍を加熱するための加熱器
１０８によりガス導入口１０７近傍のガスを４００〜５
００℃に加熱することが好ましい。４００〜５００℃と
することにより、反応管１０５において生成した水素活
性種の減少を防止することができ、より特性の優れた絶
縁酸化膜を効率よく形成することが可能となる。
【００３２】試料１０９の温度は、加熱器１０２で制御
され、例えば８００℃に制御すればよい。なお、前述し
た通り、１０５０℃以下が好ましく、５００℃〜１００
０℃がより好ましい。ここで、酸化温度及び水分、酸素
と水素の混合比は、所望の値に適宜選択可能であり、ま
た、アルゴンの代わりに窒素ガスその他の不活性ガスを
用いてもよい。
され、例えば８００℃に制御すればよい。なお、前述し
た通り、１０５０℃以下が好ましく、５００℃〜１００
０℃がより好ましい。ここで、酸化温度及び水分、酸素
と水素の混合比は、所望の値に適宜選択可能であり、ま
た、アルゴンの代わりに窒素ガスその他の不活性ガスを
用いてもよい。
【００３３】
【実施例】（実施例１）以下に本発明の実施例を示す。
【００３４】図１に示すガス供給システム１０３のＭＦ
Ｃ１，２，３，４，５を用いて、本例では、ＭＦＣ１よ
りＡｒ＝４５０ｃｃｍｉｎ、ＭＦＣ２よりＯ2＝５０ｃ
ｃ／ｍｉｎ、ＭＦＣ３よりＨ2＝５００ｃｃ／ｍｉｎを
それぞれ流し、これらの混合ガスをＭＦＣ５より１０ｃ
ｃ／ｍｉｎ流した。また、ＭＦＣ４からはＡｒ＝９９０
ｃｃ／ｍｉｎ流して、反応管１０５内に供給した。本例
では、反応管１０５は、内面をＲmax＝０．１μｍ以下
に電解研磨したＳＵＳ３１６Ｌを使用した。反応管１０
５は、加熱器１０６により５００℃に加熱されており、
反応管１０５内の水素ガスは触媒作用により分解されて
酸素と反応した。
Ｃ１，２，３，４，５を用いて、本例では、ＭＦＣ１よ
りＡｒ＝４５０ｃｃｍｉｎ、ＭＦＣ２よりＯ2＝５０ｃ
ｃ／ｍｉｎ、ＭＦＣ３よりＨ2＝５００ｃｃ／ｍｉｎを
それぞれ流し、これらの混合ガスをＭＦＣ５より１０ｃ
ｃ／ｍｉｎ流した。また、ＭＦＣ４からはＡｒ＝９９０
ｃｃ／ｍｉｎ流して、反応管１０５内に供給した。本例
では、反応管１０５は、内面をＲmax＝０．１μｍ以下
に電解研磨したＳＵＳ３１６Ｌを使用した。反応管１０
５は、加熱器１０６により５００℃に加熱されており、
反応管１０５内の水素ガスは触媒作用により分解されて
酸素と反応した。
【００３５】ここで、水分１０００ｐｐｍと水素と水素
の活性種を含んだＡｒガスを、ガス導入口１０７を介し
て酸化炉１０１内に供給した。ガス導入口１０７近傍
は、加熱器１０８により本例では５００℃に加熱した。
なお、ここで、各々のガス混合比は、変化可能であるこ
とはいうまでもなく、加熱器１０６は２００〜６００℃
でもかまわず、加熱器１０８は４００〜５００℃でもか
まわないことは前述した通りである。
の活性種を含んだＡｒガスを、ガス導入口１０７を介し
て酸化炉１０１内に供給した。ガス導入口１０７近傍
は、加熱器１０８により本例では５００℃に加熱した。
なお、ここで、各々のガス混合比は、変化可能であるこ
とはいうまでもなく、加熱器１０６は２００〜６００℃
でもかまわず、加熱器１０８は４００〜５００℃でもか
まわないことは前述した通りである。
【００３６】Ａｒガスをガス導入口１０７から供給し、
ガス排気口１０８から放出した状態で、加熱器１０２に
より酸化炉１０１（本例では石英製を使用した。）を加
熱し、その内部の温度を８００℃に保持した。なお、こ
こで酸化炉の内部の温度（酸化温度）は、５００〜１０
００℃であればよい。
ガス排気口１０８から放出した状態で、加熱器１０２に
より酸化炉１０１（本例では石英製を使用した。）を加
熱し、その内部の温度を８００℃に保持した。なお、こ
こで酸化炉の内部の温度（酸化温度）は、５００〜１０
００℃であればよい。
【００３７】試料（ここではＰ型（１００）シリコンウ
エハ）１０９を、ロードロックシステム１０４を用いて
酸化炉１０１（本例では石英製）内に搬入した。また、
シリコンウエハ１０９はＮ型でもよい。また、半導体
は、シリコンに限ることなく、化合物半導体（例えば、
ＧａＡｓ）を含む他の半導体にも適用可能であるが、シ
リコンの場合が特に有効である。
エハ）１０９を、ロードロックシステム１０４を用いて
酸化炉１０１（本例では石英製）内に搬入した。また、
シリコンウエハ１０９はＮ型でもよい。また、半導体
は、シリコンに限ることなく、化合物半導体（例えば、
ＧａＡｓ）を含む他の半導体にも適用可能であるが、シ
リコンの場合が特に有効である。
【００３８】酸化は、８００℃（５００℃〜１０００℃
であればかまわない）で１時間行った。本例では、上記
半導体上に絶縁酸化膜を形成した。その絶縁酸化膜厚は
５．５ｎｍであった。
であればかまわない）で１時間行った。本例では、上記
半導体上に絶縁酸化膜を形成した。その絶縁酸化膜厚は
５．５ｎｍであった。
【００３９】絶縁酸化膜上にｎ+−poly−Ｓｉを形成し
て電極とし、ＭＯＳダイオードを作製した。なお、ＭＯ
Ｓダイオードの電極は、ここでは、ｎ+−poly−Ｓｉを
用いたが、ｐ+−poly−Ｓｉでもよく、また金属でもか
まわない。
て電極とし、ＭＯＳダイオードを作製した。なお、ＭＯ
Ｓダイオードの電極は、ここでは、ｎ+−poly−Ｓｉを
用いたが、ｐ+−poly−Ｓｉでもよく、また金属でもか
まわない。
【００４０】以下に上記工程で形成したＭＯＳダイオー
ドを用い、以下に示す特性を調査した。
ドを用い、以下に示す特性を調査した。
【００４１】（電流−電圧特性）リーク電流を調べるた
めにＭＯＳダイオードの電流−電圧特性を調べた。
めにＭＯＳダイオードの電流−電圧特性を調べた。
【００４２】図２に、水分１０００ｐｐｍ、水素の活性
種５％程度のイナートガス雰囲気で形成した酸化膜を有
するＭＯＳダイオードの電流電圧特性を示す。
種５％程度のイナートガス雰囲気で形成した酸化膜を有
するＭＯＳダイオードの電流電圧特性を示す。
【００４３】一方、比較例として酸素１００％のドライ
酸化によって形成した酸化膜を有するＭＯＳダイオード
の特性も示す。この場合のゲート酸化膜厚は、５．５ｎ
ｍとした。
酸化によって形成した酸化膜を有するＭＯＳダイオード
の特性も示す。この場合のゲート酸化膜厚は、５．５ｎ
ｍとした。
【００４４】図２に示すように、どの電界においても本
実施例に係る酸化膜形成法のサンプルの方が流れる電流
量が少ないことがわかる。これは、弱酸化性雰囲気で酸
化膜を形成することにより選択的に絶縁性能の高い酸化
膜が形成できることを意味している。
実施例に係る酸化膜形成法のサンプルの方が流れる電流
量が少ないことがわかる。これは、弱酸化性雰囲気で酸
化膜を形成することにより選択的に絶縁性能の高い酸化
膜が形成できることを意味している。
【００４５】（絶縁耐圧特性）図３に水分１０００ｐｐ
ｍ、水素の活性種５％程度のイナートガス雰囲気で形成
したされた酸化膜を有したＭＯＳダイオードの絶緑耐圧
特性を示す。比較として酸素１００％のドライ酸化によ
って形成された酸化膜を有すＭＯＳダイオードの特性も
示す。本実施例に係る酸化膜形成方法のサンプルの方が
分布が高電界に集中している。これは、弱酸化性雰囲気
で酸化膜を形成することにより絶縁破壊電界の高い酸化
膜が形成できることを意味している。
ｍ、水素の活性種５％程度のイナートガス雰囲気で形成
したされた酸化膜を有したＭＯＳダイオードの絶緑耐圧
特性を示す。比較として酸素１００％のドライ酸化によ
って形成された酸化膜を有すＭＯＳダイオードの特性も
示す。本実施例に係る酸化膜形成方法のサンプルの方が
分布が高電界に集中している。これは、弱酸化性雰囲気
で酸化膜を形成することにより絶縁破壊電界の高い酸化
膜が形成できることを意味している。
【００４６】（ＴＤＤＢ特性）注入電荷量を調べるため
にＴＤＤＢ(Time Dependence Dielectric Breakdown)：
経時的絶縁破壊）特性を調べた。図４に水分１０００ｐ
ｐｍ、水素の活性種、５％程度のイナートガス雰囲気で
形成した酸化膜を有するＭＯＳダイオードのＴＤＤＢ特
性を示す。比較例として酸素１００％のドライ酸化によ
って形成された酸化膜を有するＭＯＳダイオードの特性
も示す。電流密度は１００ｍＡ／ｃｍの値において一定
とした。
にＴＤＤＢ(Time Dependence Dielectric Breakdown)：
経時的絶縁破壊）特性を調べた。図４に水分１０００ｐ
ｐｍ、水素の活性種、５％程度のイナートガス雰囲気で
形成した酸化膜を有するＭＯＳダイオードのＴＤＤＢ特
性を示す。比較例として酸素１００％のドライ酸化によ
って形成された酸化膜を有するＭＯＳダイオードの特性
も示す。電流密度は１００ｍＡ／ｃｍの値において一定
とした。
【００４７】本実施例に係る酸化膜形成法のサンプルの
方が寿命が長いことがわかる。これは、弱酸化性雰囲気
で酸化膜を形成することにより信頼性の高い酸化膜が形
成できることを意味している。
方が寿命が長いことがわかる。これは、弱酸化性雰囲気
で酸化膜を形成することにより信頼性の高い酸化膜が形
成できることを意味している。
【００４８】なお、上記実施例に用いたシリコン基板
は、ｐ型であるがｎ型でもよい。
は、ｐ型であるがｎ型でもよい。
【００４９】また、酸化膜厚は、５．５ｎｍであるが、
これ以上あるいはこれ以下の膜厚でもほぼ同様の結果が
得られた。ただ、１０ｎｍ以下の膜厚の場合がより良好
な結果が得られた。
これ以上あるいはこれ以下の膜厚でもほぼ同様の結果が
得られた。ただ、１０ｎｍ以下の膜厚の場合がより良好
な結果が得られた。
【００５０】（実施例２）上記実施例と同様の方法で、
数々のガスの混合比を変えて水分濃度を変化させた場合
の形成された酸化膜の特性を示す。ここで酸化膜は、ガ
スの混合比以外は、実施例１と同じ条件で製作したが、
実施例１で変化可能な項目は、ここでも変化可能であ
る。
数々のガスの混合比を変えて水分濃度を変化させた場合
の形成された酸化膜の特性を示す。ここで酸化膜は、ガ
スの混合比以外は、実施例１と同じ条件で製作したが、
実施例１で変化可能な項目は、ここでも変化可能であ
る。
【００５１】
【表１】 電流−電圧特性： ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い 絶縁耐圧： ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い ＴＤＤＢ：◎ ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い 界面準位密度： ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い
××：悪い 絶縁耐圧： ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い ＴＤＤＢ：◎ ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い 界面準位密度： ◎：非常に良好、○：良好、△：普通、×：やや悪い、
××：悪い
【００５２】
【発明の効果】以上示したように、本発明よれば、弱酸
化性雰囲気での酸化膜形成と同時に選択的に高性能な酸
化膜を形成することが可能になる。よって、高性能な薄
い酸化膜を必要とする将来のＵＬＳＩデバイス製造に大
きな効果をもたらす。
化性雰囲気での酸化膜形成と同時に選択的に高性能な酸
化膜を形成することが可能になる。よって、高性能な薄
い酸化膜を必要とする将来のＵＬＳＩデバイス製造に大
きな効果をもたらす。
【図１】本実施例に使用した装置の概略図である。
【図２】電流−電圧特性を示すグラフである。
【図３】絶縁耐圧特性を示すグラフである。
【図４】ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ
Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ特性を示す
グラフである。
Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ特性を示す
グラフである。
１００ 酸化膜形成装置、 １０１ 酸化炉、 １０２ 加熱器、 １０３ ガス供給システム、 １０４ ロードロックシステム、 １０５ 反応管、 １０６ 加熱器、 １０７ ガス導入口、 １０８ ガス排気口、 １０９ 試料（ウエハ）。
Claims (10)
- 【請求項１】 不活性ガスと水分と水素の活性種とから
なる弱酸化性ガス雰囲気中、あるいは、不活性ガスと水
分と水素の活性種と水素とからなる弱酸化性雰囲気中に
おいて、半導体基体を加熱することにより該基体表面に
絶縁酸化膜を形成することを特徴とする絶縁酸化膜の形
成方法。 - 【請求項２】 前記弱酸化性ガスは、不活性ガスと酸素
と水素との混合ガスを、水素を活性化させる作用を有す
る触媒に接触させることにより生成せしめたものである
ことを特徴とする請求項１記載の絶縁酸化膜の形成方
法。 - 【請求項３】 前記混合ガス中における水素の濃度を、
酸素の濃度の２倍以上としたことを特徴とする請求項２
記載の絶縁酸化膜の形成方法。 - 【請求項４】 前記弱酸化性ガス中における水分濃度を
１ｐｐｂ〜１０％としたことを特徴とする請求項１ない
し請求項３のいずれか１項に記載の絶縁酸化膜の形成方
法。 - 【請求項５】 前記弱酸化性ガス中における水分濃度を
１ｐｐｍ〜１％としたことを特徴とする請求項４に記載
の酸化膜形成方法。 - 【請求項６】 絶縁酸化膜の形成を１０５０℃以下の温
度で行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
１項に記載の絶縁酸化膜の形成方法。 - 【請求項７】 絶縁酸化膜の形成を５００〜１０００℃
の温度で行うことを特徴とする請求項６に記載の絶縁酸
化膜の形成方法。 - 【請求項８】 前記混合ガスと前記触媒との接触は、２
００〜６００℃で行うことを特徴とする請求項２ないし
７のいずれか１項に記載の絶縁酸化膜の形成方法。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
記載の方法により形成された絶縁酸化膜を有することを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項１０】 前記絶縁酸化膜は、ＭＯＳ半導体のゲ
ート酸化膜であることを特徴とする請求項９記載の半導
体装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP12269993A JP3310386B2 (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | 絶縁酸化膜の形成方法及び半導体装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12269993A JP3310386B2 (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | 絶縁酸化膜の形成方法及び半導体装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06333918A true JPH06333918A (ja) | 1994-12-02 |
| JP3310386B2 JP3310386B2 (ja) | 2002-08-05 |
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ID=14842427
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| JP12269993A Expired - Fee Related JP3310386B2 (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | 絶縁酸化膜の形成方法及び半導体装置 |
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| WO (1) | WO1994028579A1 (ja) |
Cited By (11)
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| JPH11212653A (ja) * | 1998-01-21 | 1999-08-06 | Fujikin Inc | 流体供給装置 |
| US6197702B1 (en) | 1997-05-30 | 2001-03-06 | Hitachi, Ltd. | Fabrication process of a semiconductor integrated circuit device |
| US6323115B1 (en) | 1998-05-20 | 2001-11-27 | Hitachi, Ltd. | Method of forming semiconductor integrated circuit device with dual gate CMOS structure |
| US7049187B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-23 | Renesas Technology Corp. | Manufacturing method of polymetal gate electrode |
| US7053459B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and process for producing the same |
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| JP2010171442A (ja) * | 1999-01-15 | 2010-08-05 | Lsi Corp | フレームフリー湿式酸化 |
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| JP2014078747A (ja) * | 2006-08-17 | 2014-05-01 | Cree Inc | 高電力絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IN145547B (ja) * | 1976-01-12 | 1978-11-04 | Rca Corp | |
| JPS60173867A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体表面に絶縁層を形成する方法 |
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| JPS6435929A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-07 | Hitachi Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPH03160720A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | 絶縁膜形成方法 |
-
1993
- 1993-05-25 JP JP12269993A patent/JP3310386B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-05-25 WO PCT/JP1994/000835 patent/WO1994028579A1/ja active Application Filing
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