JPH0669198A - 絶縁膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁耐性に優れた絶縁膜を短い時間でかつ膜
厚制御を精確に行なって形成する。 【構成】 Ｓｉ基板１８を炉に入れ、これを酸素ガス中
で約１００℃／秒の昇温速度で加熱し、１０００〜１２
００℃の温度Ｔ１に保持してＳｉ酸化膜６０を成膜す
る。次に、この温度Ｔ１に保持して、Ｎ₂ Ｏガスに切り
換えてこのガス中でＳｉ酸化膜形成済の基板に対して第
１回目の酸窒化処理を行なってＳｉ酸化膜をＳｉ酸窒化
膜６２に変える。次に、この加熱温度を８００〜９５０
℃の温度Ｔ２に下げて、第２回目の酸窒化処理を行なっ
て先のＳｉ酸窒化膜とは膜が変わらないが、窒素の取り
込み量が多い、最終のＳｉ酸窒化膜６４を絶縁膜として
得る。

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
に膜厚が薄く特性の優れた絶縁膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩの発展、特にデバイスの微細化
は、薄くて熱的に安定な絶縁膜を形成出来るか否かに負
うところが大である。デバイスの信頼性および動作特性
は、絶縁膜の特性によって大きく左右される。この絶縁
膜としてシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）がその安定性
によって依然として主要な材料であり、今後もその特性
の改善等が期待される。

【０００３】この酸化膜の形成方法については、文献：
「徳山 たかしおよび橋本 哲一編者 ＭＯＳ ＬＳＩ
製造技術、日本マグロウヒル社、１９８５ ｐ．６５」
に開示されている。この発明の説明に先たち、この従来
の酸化膜形成技術につき簡単に説明する。

【０００４】先ず、抵抗加熱炉（成膜炉または反応炉と
も言う）内の石英管内に清浄化したシリコン基板（Ｓｉ
基板）を設置する。この石英管を８００−１２００℃の
範囲内の適当な温度に加熱する。この加熱下において、
石英管内に酸化性ガス、例えば酸素ガス（Ｏ₂ ガス）ま
たは酸素と水素の混合ガスを流入させて、基板上に酸化
膜の成膜を行なう。

【０００５】この従来方法であると、基板を８００−１
２００℃の範囲内の温度という高温状態にしておいて酸
化性ガスを用いた熱酸化処理によって酸化膜の成膜を行
なっているため、膜の成長速度が速い。このため、特に
１０ｎｍ以下というような半導体薄膜を成長させたい場
合、膜厚の制御を精確に行なえず、従って、酸化膜を再
現性良く形成するのが困難であった。

【０００６】そこで、このような薄膜を再現性良く形成
するためには、酸化温度を８００℃以下に下げること、
酸素を不活性ガス例えばアルゴン（Ａｒ）ガスや窒素
（Ｎ）ガスで希釈する等の工夫を行なって酸化速度を遅
くすることが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな低温による酸化法では、酸化膜中に発生する応力の
ため、Ｓｉ基板と酸化膜との界面の平坦性が損なわれ、
その結果、膜質が良くない。

【０００８】また、希釈法による酸化を行なうと、高温
での長時間に亙る酸化過程に起因して、基板中の不純物
が酸化膜中に取り込まれてしまうため、膜質が良くな
く、従って、取り込まれた不純物が核となって絶縁破壊
が生じる恐れがあった。

【０００９】また、上述の低温酸化法および希釈酸化法
のいずれの方法によって形成された酸化膜も、この酸化
膜とＳｉ基板との境界面近傍には、多数のＳｉ原子の不
対結合や、歪んだＳｉ−Ｏ結合が存在する。このような
Ｓｉ原子やＯ原子の不対結合や弱い結合が多数含まれて
いると、電子注入のストレスによってこれら結合が切断
されたり、或いは、電子注入によるインパクトイオン化
で生じた正孔がトラップされるなどにより絶縁破壊、従
って、リーク電流の増大およびまたは高電界ストレス耐
性の低下をもたらすという問題があった。

【００１０】従って、この発明の目的は、膜厚の制御が
容易であり、しかも、より短い時間で絶縁膜を形成する
方法を提供することにある。

【００１１】この発明の他の目的は、膜質が優れ、しか
も、絶縁耐性に優れた絶縁膜の形成方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明の絶縁膜形成方法によれば、シリコンの下
地上に酸化膜を形成した後、この酸化膜を酸窒化して酸
窒化膜としての絶縁膜を形成するに当たり、酸窒化処理
を、第１および第２酸窒化処理とに分け、第１酸窒化処
理を酸化膜の形成のときの下地の加熱温度と同一の第１
温度で行い、および第２酸窒化処理を酸窒化膜の膜厚が
増加しないとともに、形成途中の酸窒化膜への窒素元素
の導入を維持する第２温度で行うことを特徴とする。

【００１３】この発明の実施に当たり、好ましくは、上
述した酸化膜を、窒素非含有の酸化性ガス雰囲気中で数
十オングストローム程度の膜厚に形成し、および、前述
の第１酸窒化処理を窒素含有の酸化性ガス雰囲気中で行
って、前述の酸化膜を５０−１００オングストロームの
範囲内のいずれかの値の膜厚の酸窒化膜に置換するのが
良い。

【００１４】また、この発明の好適実施例によれば、前
述の窒素非含有の酸化性ガスを、酸素（Ｏ₂ ）ガスまた
はオゾン（Ｏ₃ ）ガスとするのが良い。

【００１５】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、前述の窒素含有の酸化性ガスを、一酸化窒素（Ｎ
Ｏ）ガス、一酸化二窒素（Ｎ₂ Ｏ）および二酸化窒素
（ＮＯ₂）ガスの群から選ばれた一種類のガス又は二種
類以上の混合ガスとするのが良い。

【００１６】

【作用】このように、この発明の絶縁膜形成方法によれ
ば、酸化膜の形成後、この酸化膜形成のための処理温度
と同一の第１温度で第１酸窒化処理を行なって酸化膜を
酸窒化膜に変えている。このため、酸化膜の形成と酸窒
化膜の形成との間に処理温度を上下させることがないの
で、より効果的に絶縁膜中の不対結合や弱い結合の数を
減少させ、しかも、処理工程中に成膜しつつある酸窒化
膜中に侵入する水分量を抑えることが出来る。また、処
理時間全体の短縮化が可能となる。

【００１７】また、この発明によれば、第１酸窒化処理
に続けて、この第１温度よりも低い第２温度で第２酸窒
化処理を行なう。この第２温度としては、酸窒化膜の膜
厚が第１酸窒化処理で形成されたときの膜厚からは増加
しない温度であって、しかも、形成しつつある酸窒化膜
への窒素原子の取り込みが停止せずに行なわれる温度で
行なう。従って、この第２酸窒化処理により、形成中の
酸窒化膜の膜厚を増加させることなく、この酸窒化膜へ
の窒素量を全体的に増加させることができるので、両極
性における高電界ストレス耐性を向上させることが出来
る。

【００１８】また、上述した酸化膜を数十オングストロ
ーム程度の膜厚に形成し、および、酸化膜を５０−１０
０オングストロームの範囲内のいずれかの値の膜厚の酸
窒化膜に置換することにより、この酸窒化膜のデバイス
への適用が可能となる。

【００１９】また、窒素非含有の酸化性ガスを、酸素
（Ｏ₂ ）ガスまたはオゾン（Ｏ₃ ）ガスとすることによ
り、シリコンの下地を効率良くしかも膜質を損なうこと
なく酸化させることが出来る。

【００２０】また、窒素含有の酸化性ガスを、一酸化窒
素（ＮＯ）ガス、一酸化二窒素（Ｎ₂ Ｏ）および二酸化
窒素（ＮＯ₂ ）ガスの群から選ばれた一種類のガス又は
二種類以上の混合ガスとすることにより、酸化膜を酸窒
化膜へと、効率良くしかも膜質を損なうことなく、変え
ることが出来るとともに、酸窒化膜への窒素の導入も効
率よく行なえる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
き説明する。なお、図は、この発明が理解出来る程度に
各構成成分の形状、配置および寸法を概略的に示してい
るにすぎない。また、以下説明する実施例は単なる好適
例にすぎず、従ってこの発明は以下説明する実施例のみ
に何ら限定されるものではないことを理解されたい。

【００２２】先ず、この発明の絶縁膜形成方法を実施す
るために用いる絶縁膜形成装置について、図２および図
３を参照して簡単に説明する。

【００２３】この装置の反応炉１０は、ステンレス製の
本体１０ａおよび昇降部材１０ｃと、石英製の蓋部材１
０ｂおよび下地（ここでは一例として基板１８の）支持
体２０とを具えている。

【００２４】反応炉１０内への基板１８の出し入れは、
昇降装置２２による昇降部材１０ｃの昇降により行なわ
れる。本体１０ａ、蓋部材１０ｂおよび昇降部材１０ｃ
間には機密保持部材２４、例えば、バイトンパッキンを
設けている。従って、反応炉１０内の真空引きを行なっ
た際に、機密保持部材２４を介して炉内の機密状態を保
持できるようになっている。

【００２５】また、温度測定器２６、例えば、オプチカ
ルパイロメータは凹部１０ａの基板近傍位置に取り付け
てあり、基板１８の表面温度１８を測定するために用い
る。加熱部１６には、赤外線照射手段として赤外線ラン
プ１６ａを用い、これを支持部材１６ｂにより支持して
設けてある。この赤外線ランプ１６ａには、例えば、タ
ングステンハロゲンランプを用いる。反応炉１０の蓋部
材１０ｂを赤外線透過材で形成してあるので、赤外線は
反応炉１０内へと透過する。

【００２６】このランプへのパワー供給装置のコントロ
ール部（図示せず）は、温度測定装置とクローズドルー
プを構成しているものとする。すなわち、温度測定装置
により測定された基板１８の温度はランプパワーのコン
トロール部にフィードバックされ、基板温度が目標とす
る値に一定に保たれるようにランプパワーが制御される
ような構造となっている。

【００２７】ガス供給管２８は、反応炉１０とガス供給
部１４（図３）との間に設けられている。また、排気管
３０には真空排気装置が接続されている。

【００２８】次に、図３を参照して、この実施例のガス
供給系について説明する。この実施例において、ガス供
給部１４を、窒素非含有の酸化性ガス源１４ａ、窒素含
有の酸化性ガス源１４ｂ、不活性ガス源１４ｃで構成し
てある。図３において、４２はガス供給系、４４はバル
ブ、４６ａ〜４６ｃは自動開閉バルブ、５０はガス供給
部１４から反応炉へ導入されるガス流量のモニタであ
る。バルブ４４および４６ａ〜４６ｃを適当量開閉する
ことによって所望の流量のガスを反応炉内へと導入する
ことが出来る。

【００２９】次に、この発明における絶縁膜形成方法の
具体的実施例につき説明する。

【００３０】この発明では、シリコンの下地上に酸化膜
を形成する。然る後、この酸化膜を酸窒化処理を行なっ
て酸窒化膜としての絶縁膜を形成する。

【００３１】このため、先ず、反応炉１０内に膜形成の
下地となるＳｉ基板、好ましくは、Ｓｉ単結晶基板を導
入する。この基板は必要に応じて表面の清浄化処理を行
なったものとする。

【００３２】次に、第１の絶縁膜を形成する。図１は、
絶縁膜形成にあたっての加熱処理およびガス制御サイク
ルを説明するための図であり、図の左の縦軸に処理温度
を℃の単位で取ってあり、また、右の縦軸に圧力をＴｏ
ｒｒの単位でとって示してある。そして、実線は温度プ
ロファイルを示しており、破線は反応炉内における各種
ガスの圧力を表す。

【００３３】先ず、この酸窒化膜としての絶縁膜を形成
する前にＳｉ基板１８上に酸化膜、従って、この場合に
はシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）６０を成膜する（図４
の（Ａ））。そのため、まず、反応炉１０内を例えば、
１０^-3−１０^-5Ｔｏｒｒの範囲内の適当な高真空度とな
るように排気する（図１にＶＩで示す期間）。

【００３４】次に、バルブ４４、４６ａを開き、反応炉
１０内に窒素非含有の酸化性ガス、例えば、酸素
（Ｏ₂ ）ガスを導入する（図１にＯ₂ で示す期間）。こ
の実施例では、炉内の圧力を大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）
まで上昇させているが、１００Ｔｏｒｒ程度までの適当
な圧力での減圧状態に維持しても良い。

【００３５】次に、加熱部１６によって基板１８を加熱
し、Ｓｉ基板１８の表面にＳｉ酸化膜を成膜する。この
場合、基板１８の加熱は、基板表面の温度を温度測定手
段２６で測定しながら、１００−２００℃／秒の範囲内
の適当な昇温速度、好ましくは、１００℃／秒で行な
う。このような範囲内の昇温速度とするのは、酸窒化膜
の成長速度を一定にして膜質の向上を図るためである。
加熱第１温度すなわち加熱のピーク温度Ｔ１を、好まし
くは、１０００−１２００℃の範囲内の適当な温度とす
る。このような加熱温度および反応性ガスの雰囲気維持
時間（図１中にＯ１で示す期間）を適当に制御すること
によって数十オングストローム（Ａ°）オーダ以上の任
意の厚さの酸化膜６０を形成することが出来る。

【００３６】次に、酸窒化処理を行なって、この酸化膜
６０を窒化膜に変える。そのため、先ず、この発明では
酸窒化処理を、第１及び第２酸窒化処理とに分け、第１
酸窒化処理を酸化膜の形成のときの下地の加熱温度と同
一の第１温度Ｔ１で行い、続けて、第２酸窒化処理を、
酸窒化膜の膜厚が増加しないとともに、形成途中の酸窒
化膜への窒素原子の導入を維持する第２温度Ｔ２で行
う。

【００３７】先ず、第１酸窒化処理を行なうに当たり、
一旦、Ｏ₂ ガスを排気した（図１のＶ２で示す期間）
後、バルブ４４および４６ｂを開いて窒素含有の酸化性
ガス、例えば、Ｎ₂ Ｏガスを反応炉１０内へ導入する
（図１にＮ₂ Ｏで示す時間期間の一部の期間）。この
時、基板の加熱温度、すなわち、処理温度を先の酸化膜
６０を成膜したときの温度である第１温度Ｔ１に維持し
ておく。このように加熱処理温度を維持する（図１にＯ
Ｎ１で示す時間期間）ことにより、ガス導入後、直ち
に、酸窒化過程が始まり、その結果、Ｓｉ酸化膜６０が
Ｓｉ酸窒化膜（オキシニトライド（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄ
ｅ）膜）６２に置換される。ここでは、このＳｉ酸窒化
膜をＳｉ−Ｏ−Ｎ（ｘ，ｙを組成比とすると、ＳｉＯｘ
Ｎｙとも表せるが、ｘ，ｙの値は定かではない。）膜と
表す。この場合にも、酸化膜形成のときと同様に、反応
炉１０内の圧力を７００−１００Ｔｏｒｒまでの適当な
減圧状態としてもよい。また、雰囲気維持時間（図１に
ＯＮ１で示す時間期間）を適当に設定しておくことによ
り、絶縁膜の膜厚増加量を数〜数十オングストロームと
することが出来る。なお、この酸窒化膜の膜厚を予め設
計段階で定めておけば、最初に成膜した酸化膜の膜厚に
応じて、この膜厚に適った雰囲気維持時間を設定すれば
良い。

【００３８】次に、この第１酸窒化処理に続けて、第２
酸窒化処理を行なう。このため、反応炉１０内には、Ｎ
₂ Ｏガスを流入し続けるとともに、熱処理温度すなわち
基板１８の加熱温度を第２温度Ｔ２へ下げてその温度に
維持する。この第２加熱温度Ｔ２として、成膜中の酸窒
化膜６０の膜厚を増大せずに、この成膜中の酸窒化膜６
０への窒素原子の導入が停止しないような温度を設定す
る。この第２加熱温度Ｔ２を、好ましくは、例えば、８
００〜９５０℃の範囲内の適当な温度とするのが良い。
この場合、確実に成膜中のＳｉ酸窒化膜中に窒素を充分
に導入（又は侵入とも言う。）するようにするために、
適当な時間期間だけこの温度に維持する。図１にこの時
間期間をＯＮ２で示してある。この時間期間経過後に充
分な量の窒素原子が導入されている最終の酸窒化膜６４
が得られる（図４の（Ｃ））。

【００３９】最後に、炉内の真空排気を行ない（図１に
Ｖ３で示す時間期間）、続いてバルブ４４および４６ｃ
を開いて不活性ガス、例えば窒素ガスを反応炉１０内に
導入しながら（図１にＮ₂ で示す時間期間）、基板１８
を室温まで冷却する。以上により、この発明の実施例で
得ようとしている絶縁膜としての酸窒化膜の成膜工程を
終了する。

【００４０】上述したこの発明の方法により成膜した絶
縁膜はＳｉ酸窒化膜であるが、この酸窒化膜において
は、これらの結合部分に窒素原子（Ｎ）が侵入又は置換
しているため、Ｓｉ（シリコン）とＮ（窒素）との結合
の安定性によって絶縁耐性が向上する。また、酸窒化膜
は酸化膜に比べて、緻密な構造をしており、従って、不
純物拡散に対する抑制効果を持っている。さらに、窒素
の導入による誘電率の向上が期待出来るとともに、Ｓｉ
−Ｏ−Ｎ膜／Ｓｉ基板の界面のバリアハイトの低下も期
待出来る。

【００４１】さらに、この発明の絶縁膜形成方法におい
ては、加熱処理温度を反応停止温度にまで低下せずに反
応性ガスの導入／置換を繰り返すので、従来のような反
応炉内へのガス導入サイクル毎に処理温度を上下する場
合に比べて、より効果的に絶縁膜中の不対結合や弱い結
合の数を減少させることが出来ると共に、処理温度を上
下させることにより発生する結露に起因して生ずる水分
が膜中に取り込まれることもない。また、酸窒化膜形成
に要する処理時間全体の短縮化を図ることが出来る。

【００４２】次に、この発明の方法に従って形成した酸
窒化膜の窒素の分布を測定した。

【００４３】図５は、酸窒化膜中での窒素分布曲線図で
ある。この分布は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）
で測定した結果である。この図の縦軸は窒素（Ｎ）の濃
度分布（単位：原子／ｃｍ² ）であり、横軸は酸窒化膜
の表面から基板面側への深さ（単位：ｎｍ）をとって示
してある。第１酸窒化処理によって酸窒化膜を膜厚１０
ｎｍに形成する点までは同一の条件で形成下２つの酸窒
化膜に対して、その後に、この発明の第２酸窒化処理を
行なって酸窒化膜を得たこの発明の場合（曲線Ｉで示
す。）と、この第２酸窒化処理を行なわずして酸窒化膜
を得たこの発明とは異なる場合（曲線ＩＩで示す。）と
につき、測定を行なった。なお、第２加熱温度Ｔ２を９
５０℃とし、ＯＮ２の時間期間を６０秒とした。このＯ
Ｎ２の時間期間は、種々の条件によって異なるが、この
実施例の場合には、好ましくは、最大でも２００秒程度
とするのが良い。

【００４４】この測定結果からも理解出来るように、第
２酸窒化処理を行なわない酸窒化膜の（曲線ＩＩ）場合
には、窒素はＳｉとの界面近傍に速やかに偏析し、この
界面構造を強化している。従って、第１酸窒化処理によ
ってＳｉ側での絶縁耐性は充分に確保できることは理解
出来るが、表面側での窒素濃度は１０¹⁸原子／ｃｍ²オ
ーダの濃度であり、不十分である。

【００４５】図６は、この発明に従って形成した酸窒化
膜を用いてＭＯＳキャパシタを構成した例を説明するた
めの図である。この構成ではＳｉ基板７０上にＳｉ酸窒
化膜７２を形成した後、この上にゲート電極７４をパタ
ーニングして設けた構造である。この場合、第２酸窒化
処理の後にはこのゲート電極７４と酸窒化膜７２との界
面での窒素濃度が高まるので、ゲート電極側の界面も強
化される。従って、ゲート電極７４を負極性にとった高
電界ストレス（ゲートからの電子注入）に対する耐性も
向上する。

【００４６】実際に形成したＭＯＳキャパシタについて
その電気的特性を測定したところ図７および図８図に示
すような結果を得た。この場合のキャパシタを、面積：
２×１０^-4ｃｍ² とした。

【００４７】図７はリーク電流特性を示し、縦軸にＳｉ
基板とゲート電極間に流れるリーク電流（単位：アンペ
ア）を取り、また、横軸にＳｉ基板とゲート電極間の電
界強度（単位：ＭＶ／ｃｍ）をとって示してある。この
測定では、Ｓｉ酸化膜（破線曲線Ｉ1 ）、第１酸窒化処
理まで行なって得られたＳｉ酸窒化膜（曲線Ｉ2 ）、第
２酸窒化処理を３０秒間行なって得たＳｉ酸窒化膜（曲
線Ｉ3 ）および第２酸窒化処理を６０秒間行なって得た
Ｓｉ酸窒化膜（曲線Ｉ4 ）のそれぞれにつき測定した。
この測定は、被測定膜の膜厚をいずれも６ｎｍとし、ｎ
⁺ −ポリＳｉゲート７４から−１００ｍＡ／ｃｍ² の電
流密度で５Ｃ／ｃｍ² の電子注入を行なった結果を第２
酸窒化処理時間をパラメータとして示したものである。
また、このときの第２温度Ｔ２を９５０℃とした。この
結果からも理解出来るように、第２酸窒化処理時間を６
０秒とした場合（曲線Ｉ4 ）のリーク電流の発生は、酸
化膜の場合（曲線Ｉ1 ）およびこの処理時間を０秒とし
た場合（曲線Ｉ2 ）に比べて、大幅に抑制されているこ
とが判る。なお、デバイスの作製上の観点から、この電
界強度は、８−１０ＭＶ／ｃｍ² の範囲内の値とするの
が好適であるが、この点からも、この発明に従って作製
した絶縁膜は、リーク電流が抑制されるので、有利であ
るといえる。

【００４８】また、図８は、図６に示した構造のＭＯＳ
キャパシタについて絶縁破壊電荷量（Ｑｂｄ）を測定し
た結果を示す特性曲線図である。この測定は、被測定膜
の膜厚を６ｎｍとし、電流注入密度を−１００ｍＡ／ｃ
ｍ² として測定した。図８の縦軸には絶縁破壊電荷量
（Ｑｂｄ）（単位：Ｃ／ｃｍ² ）を取り、また、横軸に
は酸窒化処理時間（ＯＮ２）（単位：秒）をとって示し
てある。図中、Ｓｉ酸化膜をＩＩ1 とし、第２酸窒化処
理時間を０秒とした酸窒化膜をＩＩ2 とし、第２酸窒化
処理時間を３０秒とした酸窒化膜をＩＩ3 としおよび第
２酸窒化処理時間を６０秒とした酸窒化膜をＩＩ4 とし
て結果を示してある。この結果からも理解出来るよう
に、Ｑｂｄは第２酸窒化処理時間（ＯＮ２）に応じて増
加関数となっている。すなわち、第２酸窒化処理を行な
うことで、酸窒化膜の、ゲート電極からの電子注入に対
する絶縁耐性が向上することが判る。

【００４９】さらに、ここでは実験結果を示していない
が、第２酸窒化処理により酸窒化膜中にトラップされる
電荷量が減少することも判っている。

【００５０】上述した実験結果からも理解出来るよう
に、この発明に従って形成した、絶縁膜としての酸窒化
膜を例えばＥＥＰＲＯＭのトンネル酸化膜として用いた
場合には、エンジュランス（ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）特性
およびリテンション（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）特性ともに
向上することが期待される。

【００５１】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、多くの変形または変更を行ない得る
こと明らかである。例えば、上述した実施例では窒素非
含有の酸化性ガスとして酸素（Ｏ₂ ）ガスを使用した
が、オゾン（Ｏ₃ ）ガスとすることも出来る。また、窒
素含有の酸化性ガスとして、一酸化二窒素（Ｎ₂ Ｏ）を
使用した例につき説明したが、一酸化窒素（ＮＯ）ガス
または二酸化窒素（ＮＯ₂ ）ガスを使用してもよく、或
いは、一酸化二窒素（Ｎ₂ Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）ガ
スおよび二酸化窒素（ＮＯ₂ ）ガスの群から選ばれた二
種類以上の混合ガスを使用しても良い。

【００５２】また、上述した実施例では、シリコンの下
地として好ましくはＳｉ単結晶基板を用いるのが良い
が、場合によってはＳｉ多結晶基板を用いることも出来
る。

【００５３】

【発明の効果】上述したこの発明の絶縁膜形成方法によ
れば、最初に形成した酸化膜と同一の温度で第１回目の
酸窒化処理を行なってこの酸化膜を酸窒化膜に変える。
このため、反応炉内へのガス導入サイクル毎に処理温度
を上下させる、従来方法によって形成した絶縁膜に比べ
て、この発明に従って形成した絶縁膜の方がより効果的
に絶縁膜中の不対結合や弱い結合の数を減少させること
が出来るとともに、成膜しつつある膜中に侵入する水分
量を抑えることが出来る。また、絶縁膜を成膜する全体
の処理時間も従来よりも短縮することができる。

【００５４】さらに、第１回目の酸窒化処理により得ら
れた膜の膜厚を変えない温度であって、しかも、この膜
中への窒素の取り込み量を全体的に増加させる温度で、
第２回目の酸窒化処理を行なうので、予め設計した膜厚
の絶縁膜であるが、窒素を多く含んだ絶縁膜を形成する
ことができ、従って、この絶縁膜の、両極性における高
電界ストレス耐性を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の絶縁膜形成方法の説明に供する処理
温度および圧力のサイクル図である。

【図２】この発明の絶縁膜形成方法を実施する装置の反
応炉の概略的構成を主として示す図である。

【図３】この発明の絶縁膜形成方法を実施する装置のガ
ス供給系の概略的構成を主として示す図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の絶縁膜形成方法
の説明に供する形成工程図である。

【図５】この発明の絶縁膜形成方法の説明に供する酸窒
化膜中での窒素分布を示す曲線図である

【図６】この発明の絶縁膜形成方法に従って形成した絶
縁膜を用いて形成したＭＯＳキャパシタの構造を示す図
である。

【図７】図６の構造のＭＯＳキャパシタに組み込む各種
の絶縁膜に応じたリーク電流特性の説明に供する測定図
である。

【図８】図６の構造のＭＯＳキャパシタに組み込む各種
の絶縁膜に応じた絶縁破壊電荷量の説明に供する測定図
である。

【符号の説明】

１８，７０：Ｓｉ基板、 ６０，７２：Ｓ
ｉ酸化膜 ６２：Ｓｉ酸窒化膜、 ６４，７４：最
終のＳｉ酸窒化膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンの下地上に酸化膜を形成した
   後、該酸化膜を酸窒化して酸窒化膜としての絶縁膜を形
   成するに当たり、 酸窒化処理を、第１および第２酸窒化処理とに分け、 該第１酸窒化処理を酸化膜の形成のときの下地の加熱温
   度と同一の第１温度で行い、および前記第２酸窒化処理
   を酸窒化膜の膜厚が増加しないとともに、形成途中の酸
   窒化膜への窒素元素の導入を維持する第２温度で行うこ
   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、 前記酸化膜を、窒素非含有の酸化性ガス雰囲気中で数十
   オングストローム程度の膜厚に形成し、および前記第１
   酸窒化処理を窒素含有の酸化性ガス雰囲気中で行って、
   前記酸化膜を５０−１００オングストロームの範囲内の
   いずれかの値の膜厚の酸窒化膜に置換することを特徴と
   する絶縁膜形成方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の絶縁膜形成方法におい
   て、 前記窒素非含有の酸化性ガスを、酸素（Ｏ₂ ）ガスまた
   はオゾン（Ｏ₃ ）ガス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２に記載の絶縁膜形成方法におい
   て、 前記窒素含有の酸化性ガスを、一酸化窒素（ＮＯ）ガ
   ス、一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）および二酸化窒素（Ｎ
   Ｏ₂ ）ガスの群から選ばれた一種類のガス又は二種類以
   上の混合ガスとすることを特徴とする絶縁膜形成方法。