JPH09148325A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH09148325A
JPH09148325A JP7308900A JP30890095A JPH09148325A JP H09148325 A JPH09148325 A JP H09148325A JP 7308900 A JP7308900 A JP 7308900A JP 30890095 A JP30890095 A JP 30890095A JP H09148325 A JPH09148325 A JP H09148325A
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oxynitride film
gas
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Ryoichi Matsumoto
良一 松本
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacture method to obtain an oxynitride film which exhibits high uniformity of in-plane film thickness and excellent electric properties. SOLUTION: A wafer is transferred into a chamber in a lamp heating furnace. The interior pressure of the chamber is reduced to 1×10<-1> torr or lower, returned to atmospheric pressure by flowing O2 gas, heated at the rate of 50-200<=/second. The temperature of the wafer is kept at about 110 deg.C to form an oxide film of predetermined thickness and then the temperature is increased to less than 600 deg.C and the pressure is reduced to finish the oxidation step. The pressure is next increased to atmospheric pressure by flowing NH3 gas and the temperature is increased and kept at about 1000 deg.C to form an oxynitride film by nitriding the oxide film. The temperature and the pressure are decreased to finish the nitriding step. Then N2 O gas is flowed and the temperature is increased as the oxydation step, maintaining the vacuum at less than 25Torr. The temperature is increased as the oxidartion step. The temperature is kept at about 1100 deg.C for 30 seconds to dehydrogerate the oxynitride film and then decreased. The pressure is also decreased to finish the dehydrogenation step.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特にEEPROMのトンネル絶縁膜や、DR
AMのメモリコンデンサの絶縁膜として好適な酸窒化膜
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a tunnel insulating film of an EEPROM and a DR.
The present invention relates to a method for manufacturing an oxynitride film suitable as an insulating film for an AM memory capacitor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体不揮発メモリであるEEPROM
のセルトランジスタは、シリコン基板中にドレインおよ
びソース拡散領域を設け、このドレイン/ソース間に形
成されたチャネル上にトンネル絶縁膜を形成し、このト
ンネル絶縁膜上にポリシリコンよりなる浮遊ゲートを形
成し、さらにこの上に絶縁膜を介して制御ゲートを積層
した構造である。
2. Description of the Related Art EEPROM which is a semiconductor nonvolatile memory
In the cell transistor, the drain and source diffusion regions are provided in the silicon substrate, the tunnel insulating film is formed on the channel formed between the drain and the source, and the floating gate made of polysilicon is formed on the tunnel insulating film. In addition, a control gate is further laminated on this via an insulating film.

【0003】上記構造のセルトランジスタは、ドレイン
/ソース間に電流を流すとともに制御ゲートに正電圧を
印加し、ドレイン近傍のインパクトイオン化により発生
したホットエレクトロンをトンネル絶縁膜を介して浮遊
ゲートに注入し(書き込み)、注入した電子を浮遊ゲー
ト内に保持し(データ保持)、またソースに正電圧を印
加して、浮遊ゲートに保持されている電子をトンネル絶
縁膜を介してソースに引き抜く(消去)という動作を行
うものである。
In the cell transistor having the above structure, a current is caused to flow between the drain and the source, a positive voltage is applied to the control gate, and hot electrons generated by impact ionization near the drain are injected into the floating gate through the tunnel insulating film. (Writing), the injected electrons are retained in the floating gate (data retention), and a positive voltage is applied to the source, and the electrons retained in the floating gate are extracted to the source through the tunnel insulating film (erasing). This is the operation.

【0004】従ってトンネル絶縁膜は、データ保持時は
浮遊ゲートを電気的に絶縁して電荷を保持するための絶
縁膜として機能するとともに、書き込みおよび消去の際
は、電荷を貫通させねばならないため、膜厚80〜12
0Åの極薄膜で、膜厚均一性の良く、ダイレクトトンネ
ル電流等のデータ保持時の貫通電流に対する高い絶縁性
および絶縁信頼性を有する絶縁膜を必要としており、特
に素子構造を簡略化し、消去機能を一括動作に限定した
フラッシュEEPROMにおいては、上記の点がデバイ
ス性能、信頼性に大きな影響を与えるものとして重要視
されている。
Therefore, the tunnel insulating film functions as an insulating film that electrically insulates the floating gate during data retention and retains electric charges, and at the same time, it must penetrate the electric charges during writing and erasing. Film thickness 80-12
An ultra-thin 0 Å thin film with good film thickness uniformity and high insulation and insulation reliability against through current when data such as direct tunnel current is retained is required. In the flash EEPROM in which the operation is limited to the batch operation, the above points are emphasized as having a great influence on the device performance and reliability.

【0005】トンネル絶縁膜としては、従来、酸化膜が
用いられていたが、このトンネル酸化膜は絶縁性および
絶縁信頼性(以下、絶縁性および絶縁信頼性を総括して
単に電気的特性と称する)の点で上記の必要性を十分に
満たしているとは言えず、トンネル酸化膜の電気的特性
を改善するものとして、酸化膜の窒化による酸窒化膜が
検討されている。
Conventionally, an oxide film has been used as a tunnel insulating film, but this tunnel oxide film has an insulating property and an insulating reliability (hereinafter, the insulating property and the insulating reliability are collectively referred to simply as electrical characteristics). However, the oxynitride film formed by nitriding the oxide film has been studied as a material for improving the electrical characteristics of the tunnel oxide film.

【0006】酸窒化膜の製造方法としては、酸化・窒化
・脱水素(再酸化)の3ステップ処理によるもの、酸化
・酸窒化の2ステップ処理によるもの、および酸窒化の
1ステップによるものが知られており、これら従来の酸
窒化膜の製造方法について以下に説明する。
As a method for producing an oxynitride film, there are known a three-step treatment of oxidation / nitridation / dehydrogenation (reoxidation), a two-step treatment of oxidation / oxynitridation, and a one-step treatment of oxynitridation. These conventional oxynitride film manufacturing methods are described below.

【0007】図11は従来の3ステップ処理による酸窒
化膜の製造方法の説明に供するEEPROMのセルトラ
ンジスタの製造工程図であり、同図(a)〜(d)は製
造段階で得られた各構造体の断面を概略的に示したもの
である。
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of an EEPROM cell transistor for explaining a conventional method of manufacturing an oxynitride film by a three-step process, and FIGS. 11A to 11D are views obtained in the manufacturing stage. 1 is a schematic view of a cross section of a structure.

【0008】図11(a)はシリコン基板100の表面
にLOCOS技術を用いて分離酸化膜101を形成する
ことにより、アクティブ領域102を形成したものであ
る。
FIG. 11A shows an active region 102 formed by forming an isolation oxide film 101 on the surface of a silicon substrate 100 using the LOCOS technique.

【0009】図11(b)は図11(a)に示す構造体
にO2雰囲気中での急速熱処理(RTO)を施すことに
より、アクティブ領域102を酸化して酸化膜103を
形成したものである(酸化工程)。
FIG. 11B shows the structure shown in FIG. 11A, in which the active region 102 is oxidized to form an oxide film 103 by performing rapid thermal processing (RTO) in an O 2 atmosphere. Yes (oxidation step).

【0010】図11(c)は酸化膜103にNH3雰囲
気中での急速熱処理(RTN)を施すことにより、酸化
膜103を窒化して酸窒化膜を形成し(窒化工程)、こ
の窒化工程による構造体にN2O雰囲気中での急速熱処
理(RTON)を施すことにより、窒化工程により酸窒
化膜中に含まれる水素を離脱させる脱水素処理を行うと
ともに、前記酸窒化膜を再酸化して窒化膜104を形成
したものである(脱水素工程)。
In FIG. 11C, the oxide film 103 is subjected to rapid thermal processing (RTN) in an NH 3 atmosphere to nitride the oxide film 103 to form an oxynitride film (nitriding step). Is subjected to a rapid thermal treatment (RTON) in an N 2 O atmosphere to perform a dehydrogenation process for desorbing hydrogen contained in the oxynitride film and a reoxidation of the oxynitride film. To form the nitride film 104 (dehydrogenation step).

【0011】尚、上記の窒化工程をNH3雰囲気中で実
施する理由は、酸化膜中に導入する窒素の濃度を広範囲
に制御することができるからである。
The reason for carrying out the above nitriding step in an NH 3 atmosphere is that the concentration of nitrogen introduced into the oxide film can be controlled over a wide range.

【0012】また脱水素工程は脱水素処理による酸窒化
膜の信頼性向上を目的としたものである。
The dehydrogenation step is intended to improve the reliability of the oxynitride film by the dehydrogenation treatment.

【0013】図11(d)は酸窒化膜104上に浮遊ゲ
ート105、層間絶縁膜106および制御ゲート107
を形成し、さらにアクティブ領域102のソース領域お
よびドレイン領域を露出させ、イオン打ち込みにより、
前記ソース領域およびドレイン領域下のシリコン基板中
にそれぞれソース108およびドレイン109を形成し
たものであり、EEPROMのセルトランジスタの構造
を示すものである。
FIG. 11D shows a floating gate 105, an interlayer insulating film 106, and a control gate 107 on the oxynitride film 104.
Is formed, and further, the source region and the drain region of the active region 102 are exposed, and by ion implantation,
The source 108 and the drain 109 are formed in the silicon substrate below the source region and the drain region, respectively, and show the structure of the cell transistor of the EEPROM.

【0014】次に酸化・酸窒化の2ステップ処理による
方法は、図11(b)に示す構造体にN2O雰囲気中で
の急速熱処理(RTON)を施すことにより酸化膜10
3を酸窒化することにより、酸窒化膜を形成するもので
ある。
Next, in the method of two-step oxidation / oxynitridation, the oxide film 10 is formed by subjecting the structure shown in FIG. 11 (b) to rapid thermal processing (RTON) in an N 2 O atmosphere.
An oxynitride film is formed by oxynitriding No. 3.

【0015】また酸窒化のみの1ステップ処理による方
法は、図11(a)に示す構造体にN2O雰囲気中での
急速熱処理(RTON)を施すことによりアクティブ領
域102を直接酸窒化することにより、酸窒化膜を形成
するものである。
Further, in the method of one-step treatment of only oxynitriding, the active region 102 is directly oxynitrided by subjecting the structure shown in FIG. 11A to rapid thermal processing (RTON) in an N 2 O atmosphere. By this, an oxynitride film is formed.

【0016】またDRAMのメモリコンデンサの絶縁膜
としては、従来、酸化膜が用いられているが、このメモ
リコンデンサにおいても高い絶縁信頼性を有する絶縁膜
を必要としており、酸窒化膜を用いることが検討されて
いる。
An oxide film has been conventionally used as an insulating film of a DRAM memory capacitor, but this memory capacitor also requires an insulating film having high insulation reliability, and an oxynitride film is preferably used. Is being considered.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上述べたい
ずれの方法においても、ウェハー周辺部の酸窒化膜の膜
厚が中心部より厚く、ウェハー面内の膜厚分布を表わす
等膜厚線(同じ膜厚の点を結んだ線)が同心円状とな
り、膜厚の面内均一性が良い酸窒化膜が得られないとい
う問題点があった。
However, in any of the above-mentioned methods, the thickness of the oxynitride film in the peripheral portion of the wafer is thicker than that in the central portion, and an equal thickness line ( There is a problem that an oxynitride film having good in-plane uniformity of film thickness cannot be obtained because the lines connecting the points of the same film thickness) are concentric.

【0018】上記の膜厚の面内ばらつきは、O2雰囲気
中やNH3雰囲気中での急速熱処理(RTO、RTN)
による酸化膜や酸窒化膜には観られず、N2O雰囲気中
での急速熱処理(RTON)を施した場合にのみ観られ
る現象であった。
The above-mentioned in-plane variation of the film thickness is caused by rapid thermal processing (RTO, RTN) in an O 2 atmosphere or an NH 3 atmosphere.
It was a phenomenon not seen in the oxide film and the oxynitride film by the above, but was observed only when the rapid thermal processing (RTON) was performed in the N 2 O atmosphere.

【0019】またこの膜厚ばらつきはRTON温度に依
存し、RTON温度の低下とともに減少するので、上記
の問題点を解決するためにRTON温度を下げることが
検討されたが、RTON温度を下げると、今度は電気的
特性が悪化してしまうという問題が発生した。
Further, since this film thickness variation depends on the RTON temperature and decreases as the RTON temperature lowers, it was studied to lower the RTON temperature in order to solve the above problems. This time, there was a problem that the electrical characteristics deteriorated.

【0020】上記の膜厚の問題点について、本願発明者
による実験データを基にさらに詳細に説明する。
The above problem of the film thickness will be described in more detail based on the experimental data by the inventor of the present application.

【0021】図12は従来のRTONによる酸窒化膜の
ウェハー面内膜厚分布を示すものである。
FIG. 12 shows the in-plane film thickness distribution of an oxynitride film formed by conventional RTON.

【0022】図12において、同図(a)は1ステップ
処理の酸窒化工程において、シリコン基板に直接、11
00℃×30秒のRTONを施すことにより形成した酸
窒化膜のウェハー面内膜厚分布を示しており、膜厚値は
酸化膜換算値(酸化膜の屈折率1.46に屈折率を固定
して測定)であり、膜厚の平均値Xは48Å、標準偏差
(以下σとする)は5.83Åであり、バラツキ値(σ
/X)は12%に達している。図12(b)は3ステッ
プ処理の脱水素工程において、1100℃×30秒のR
TONを施すことにより形成した酸窒化膜のウェハー面
内膜厚分布を示し、平均値X=86Å、σ=2.36
Å、バラツキ値=2.8%であった。
In FIG. 12, (a) shows that in the oxynitriding process of the one-step process, the silicon substrate 11
The in-wafer film thickness distribution of the oxynitride film formed by applying RTON at 00 ° C for 30 seconds is shown. The film thickness value is an oxide film equivalent value (refractive index of oxide film is fixed at 1.46. The average value X of the film thickness is 48Å, the standard deviation (hereinafter referred to as σ) is 5.83Å, and the variation value (σ
/ X) has reached 12%. FIG. 12 (b) shows R at 1100 ° C. for 30 seconds in the dehydrogenation process of three-step treatment.
The film thickness distribution within the wafer surface of the oxynitride film formed by applying TON is shown, and the average value X = 86Å, σ = 2.36.
Å, variation value = 2.8%.

【0023】トンネル絶縁膜として機能させる場合、ホ
ットエレクトロンによるトンネル電流は近似的に電界の
二乗に比例し、電界は膜厚に反比例するから、膜厚のば
らつきはトンネル電流を二次の関係でばらつかせるた
め、ウェハー面内の膜厚ばらつきは少ない程良く、一般
に消去マージンの点から最大±5Åと言われており、図
12(b)においてもσの三倍は7.08Åであり、中
心部と周辺部の膜厚の差は消去マージン外であった。
When functioning as a tunnel insulating film, the tunnel current due to hot electrons is approximately proportional to the square of the electric field, and the electric field is inversely proportional to the film thickness. Therefore, the variation in film thickness varies the tunnel current in a quadratic relationship. In order to increase the thickness, it is better that the film thickness variation within the wafer surface is as small as possible, and it is generally said that the maximum is ± 5Å from the viewpoint of the erase margin. Also in FIG. 12 (b), three times σ is 7.08Å, The difference in film thickness between the peripheral portion and the peripheral portion was outside the erase margin.

【0024】次に図12(c)は1ステップ処理の酸窒
化工程において、シリコン基板に直接、900℃×60
秒のRTONを施すことにより形成した酸窒化膜のウェ
ハー面内膜厚分布を示し、平均値X=25Å、σ=0.
76Å、バラツキ値=3.0%であった。
Next, as shown in FIG. 12C, in the oxynitriding step of the one-step process, 900 ° C. × 60 ° C. is directly applied to the silicon substrate.
2 shows the in-wafer film thickness distribution of the oxynitride film formed by applying RTON for 2 seconds, and the average value X = 25Å, σ = 0.
76Å, variation value = 3.0%.

【0025】また図12(d)は3ステップ処理の脱水
素工程において、900℃×60秒のRTONを施すこ
とにより形成した酸窒化膜の膜厚分布を示し、平均値X
=88Å、σ=1.52Å、バラツキ値=1.7%であ
った。
FIG. 12 (d) shows the film thickness distribution of the oxynitride film formed by applying RTON at 900 ° C. for 60 seconds in the dehydrogenation process of the three-step process, and shows the average value X.
= 88Å, σ = 1.52Å, and variation value = 1.7%.

【0026】図13は従来のRTONによる酸窒化膜の
ウェハー面内膜厚ばらつきのRTON温度依存性を示す
ものであり、図中の曲線aは1ステップ処理においてシ
リコン基板に直接RTONを施した場合を示し、曲線b
は3ステップ処理の脱水素工程においてRTONを施し
た場合を示している。
FIG. 13 shows the RTON temperature dependence of the variation in the in-wafer film thickness of the oxynitride film by the conventional RTON. The curve a in the figure shows the case where the RTON is directly applied to the silicon substrate in the one-step process. Shows the curve b
Shows the case where RTON was applied in the dehydrogenation step of the 3-step process.

【0027】図13において、膜厚ばらつきはいずれの
場合もRTON温度の低下とともに減少し、1ステップ
処理におけるバラツキ値は、900℃では3%まで押さ
えることが可能であった。
In FIG. 13, the variation in film thickness decreases with the decrease of the RTON temperature in any case, and the variation value in the one-step processing can be suppressed to 3% at 900 ° C.

【0028】しかし1ステップ処理においては、900
℃の低温で形成できる酸窒化膜の膜厚は、図12(c)
に示すように30Å未満であり、この膜厚ではダイレク
トトンネル電流に対する絶縁性が著しく劣る。
However, in the one-step processing, 900
The film thickness of the oxynitride film that can be formed at a low temperature of ℃ is shown in FIG.
Is less than 30 Å, and the insulation property against the direct tunnel current is remarkably poor at this film thickness.

【0029】また3ステップ処理の脱水素工程において
は、900℃の低温では脱水素が不完全となり、通常の
酸化膜より絶縁信頼性が劣る場合があった。
In the dehydrogenation process of the three-step process, dehydrogenation may be incomplete at a low temperature of 900 ° C., and the insulation reliability may be inferior to that of a normal oxide film.

【0030】尚、図示は省略するが、2ステップ処理の
酸窒化工程において、1100℃×30秒のRTONを
施した場合にも、形成された酸窒化膜は図12(b)と
同様な膜厚ばらつきを示し、そのバラツキ値は2〜2.
5%であった。
Although not shown, even when RTON at 1100 ° C. for 30 seconds is performed in the two-step oxynitriding process, the oxynitride film formed is the same as that shown in FIG. 12B. Thickness variation is shown, and the variation value is 2 to 2.
5%.

【0031】2ステップ処理においても、RTON温度
を900℃まで低下させることにより、膜厚ばらつきは
改善できるが、酸化膜中に導入できる窒素濃度が低く、
電気的特性を改善することができなかった。
Even in the two-step process, the film thickness variation can be improved by lowering the RTON temperature to 900 ° C., but the nitrogen concentration that can be introduced into the oxide film is low,
The electrical characteristics could not be improved.

【0032】このように、従来のトンネル酸化膜の電気
的特性を改善するために、1100℃程度の高温RTO
Nにおいて、面内均一性の良い酸窒化膜を得ることがで
きる製造方法を開発することが現在の課題となってい
る。
As described above, in order to improve the electrical characteristics of the conventional tunnel oxide film, a high temperature RTO of about 1100 ° C.
In N, it is a current subject to develop a manufacturing method capable of obtaining an oxynitride film having good in-plane uniformity.

【0033】本発明は上記の課題を解決するものであ
り、面内膜厚均一性および電気的特性に優れた酸窒化膜
を得ることができる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とするものであり、さらに面内膜厚均一性およ
び電気的特性に優れた極薄の酸窒化膜を得ることができ
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とするも
のである。
The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of obtaining an oxynitride film having excellent in-plane film thickness uniformity and electrical characteristics. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can obtain an ultrathin oxynitride film excellent in in-plane film thickness uniformity and electrical characteristics.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の製造方法は、シリコン基板に熱酸化膜を
形成する酸化工程と、NH3雰囲気中において前記酸化
膜に熱処理を施すことにより、前記酸化膜を窒化して酸
窒化膜を形成する窒化工程と、真空度25Torr未満、好
ましくは約10Torr〜1TorrのN2O雰囲気中において
前記酸窒化膜に熱処理を施すことにより、前記酸窒化膜
中に含まれる水素の離脱処理を行う脱水素工程とを含む
ことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the manufacturing method of the present invention comprises an oxidation step of forming a thermal oxide film on a silicon substrate and a heat treatment of the oxide film in an NH 3 atmosphere. Thus, by performing a nitriding step of nitriding the oxide film to form an oxynitride film, and performing a heat treatment on the oxynitride film in an N 2 O atmosphere having a vacuum degree of less than 25 Torr, preferably about 10 Torr to 1 Torr, And a dehydrogenation step of performing a desorption process of hydrogen contained in the oxynitride film.

【0035】上記の製造方法の各工程は、例えばランプ
加熱炉を用いて実施され、また例えば、酸化工程は、大
気圧下において、50〜200℃/秒のレートで100
0〜1100℃まで、好ましくは1100℃程度まで昇
温させる急速熱処理を施すものであり、窒化工程は、大
気圧下において、50〜200℃/秒のレートで100
0℃程度まで昇温させる急速熱処理を施すものであり、
脱水素工程は、真空度約10Torr〜1Torrの減圧下にお
いて、50〜200℃/秒のレートで1100℃程度ま
で昇温させる急速熱処理膜を施すものである。
Each step of the above manufacturing method is carried out, for example, by using a lamp heating furnace, and, for example, the oxidation step is performed under atmospheric pressure at a rate of 50 to 200 ° C./sec for 100 times.
Rapid heat treatment is performed to raise the temperature to 0 to 1100 ° C., preferably about 1100 ° C., and the nitriding step is performed under atmospheric pressure at a rate of 50 to 200 ° C./sec.
Rapid heat treatment is performed to raise the temperature to about 0 ° C.
In the dehydrogenation step, a rapid thermal processing film is used in which the temperature is raised to about 1100 ° C. at a rate of 50 to 200 ° C./sec under a reduced pressure with a degree of vacuum of about 10 Torr to 1 Torr.

【0036】本発明の他の製造方法は、シリコン基板に
熱酸化膜を形成する酸化工程と、真空度25Torr未満、
好ましくは約10Torr〜1TorrのN2O雰囲気中におい
て前記酸化膜に熱処理を施すことにより、前記酸化膜を
窒化して酸窒化膜を形成する酸窒化工程とを含むことを
特徴とするものである。
Another manufacturing method of the present invention comprises an oxidation step of forming a thermal oxide film on a silicon substrate, a vacuum degree of less than 25 Torr,
An oxynitriding step of nitriding the oxide film to form an oxynitride film by subjecting the oxide film to a heat treatment in an N 2 O atmosphere of preferably about 10 Torr to 1 Torr is performed. .

【0037】上記何れかの製造方法において、前記酸化
工程で、真空度25Torr未満、好ましくは約10Torr〜
1TorrのO2雰囲気中においてシリコン基板に熱処理を
施すことにより、前記シリコン基板に酸化膜を形成する
こととしても良い。
In any one of the above manufacturing methods, in the oxidation step, the degree of vacuum is less than 25 Torr, preferably about 10 Torr.
An oxide film may be formed on the silicon substrate by heat-treating the silicon substrate in an O 2 atmosphere of 1 Torr.

【0038】本発明のさらに他の製造方法は、真空度2
5Torr未満、好ましくは約10Torr〜1TorrのN2O雰
囲気中においてシリコン基板に熱処理を施すことによ
り、前記シリコン基板に酸窒化膜を形成する酸窒化工程
を含むことを特徴とするものである。
Still another manufacturing method of the present invention is a vacuum degree 2
It is characterized by including an oxynitriding step of forming an oxynitride film on the silicon substrate by subjecting the silicon substrate to a heat treatment in an N 2 O atmosphere of less than 5 Torr, preferably about 10 Torr to 1 Torr.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態におい
て用いられるランプ加熱炉の構成を示すものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the configuration of a lamp heating furnace used in an embodiment of the present invention.

【0040】図1において、石英ガラス製のチャンバー
200の外部には、反射鏡201を具備したハロゲンラ
ンプ202が十数本ないし数十本、上下に対向して取り
付けられ、またチャンバー200内には、ウェハー20
4を支持するウェハートレイ203が設けられており、
ハロゲンランプ202によるランプ加熱により、ウェハ
ー204の温度を50〜200℃/秒のレートで昇温さ
せることができ(急速熱処理仕様)、また1200℃程
度まで昇温できる構造となっている。
In FIG. 1, dozens or dozens of halogen lamps 202 equipped with a reflecting mirror 201 are attached to the outside of a quartz glass chamber 200 so as to face each other vertically. , Wafer 20
4 is provided with a wafer tray 203 for supporting 4,
By heating the lamp with the halogen lamp 202, the temperature of the wafer 204 can be raised at a rate of 50 to 200 ° C./second (rapid heat treatment specification), and the temperature can be raised to about 1200 ° C.

【0041】また排気管205、真空バルブの調整によ
り真空度を自動制御する自動真空度制御装置(APC)
206、ターボ分子ポンプ207、およびロータリーポ
ンプ208によって構成される真空引き機構(以下、単
に真空ポンプと称する)によって、チャンバー200内
の真空度調整が可能な構造となっている。
An automatic vacuum degree control device (APC) for automatically controlling the degree of vacuum by adjusting the exhaust pipe 205 and the vacuum valve.
A vacuuming mechanism (hereinafter, simply referred to as a vacuum pump) configured by 206, a turbo molecular pump 207, and a rotary pump 208 has a structure capable of adjusting the degree of vacuum in the chamber 200.

【0042】さらにガス導入バルブ210、N2ガス導
入バルブ211、O2ガス導入バルブ212、NH3ガス
導入バルブ213、およびN2Oガス導入バルブ214
を開閉することによって、ガス導入口209からチャン
バー200内へ各種ガスの導入が可能な構造となってい
る。
Further, the gas introducing valve 210, the N 2 gas introducing valve 211, the O 2 gas introducing valve 212, the NH 3 gas introducing valve 213, and the N 2 O gas introducing valve 214.
By opening and closing, various kinds of gas can be introduced into the chamber 200 from the gas inlet 209.

【0043】尚、前面扉215は通常閉じられており、
ウェハー搬入および搬出時に開かれる。
The front door 215 is normally closed,
Opened when loading and unloading wafers.

【0044】次に本発明の第一の実施形態についてに説
明する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described.

【0045】本実施形態は、3ステップ処理における1
100℃の高温RTONによる脱水素工程を、減圧下で
実施することにより、酸窒化膜の面内膜厚ばらつきの改
善を可能としたものである。
In this embodiment, 1 in 3 step processing is used.
By carrying out the dehydrogenation process using a high temperature RTON of 100 ° C. under reduced pressure, it is possible to improve the in-plane film thickness variation of the oxynitride film.

【0046】図2は第一の実施形態におけるシーケンス
(温度シーケンス、圧力シーケンス、およびプロセスガ
スシーケンス)を示すものである。
FIG. 2 shows the sequence (temperature sequence, pressure sequence, and process gas sequence) in the first embodiment.

【0047】図2に示す各工程の温度シーケンスは50
〜200℃/秒の昇温レートを有する急速熱処理シーケ
ンスである。
The temperature sequence of each step shown in FIG. 2 is 50.
It is a rapid thermal processing sequence with a heating rate of ~ 200 ° C / sec.

【0048】以下に第一の実施形態による酸窒化膜形成
手順について説明する。
The oxynitride film forming procedure according to the first embodiment will be described below.

【0049】まず図1に示すランプ加熱炉内にウェハー
を搬入する。
First, a wafer is loaded into the lamp heating furnace shown in FIG.

【0050】すなわち、N2ガス導入バルブ211およ
びガス導入バルブ210を開いてチャンバー200内に
2ガスを流したままで、チャンバー200の前面扉2
15を開け、チャンバー200内のウェハートレイ20
3にウェハーをセットして、前面扉215を閉じる。
That is, the front door 2 of the chamber 200 is opened while the N 2 gas introducing valve 211 and the gas introducing valve 210 are opened and the N 2 gas is kept flowing in the chamber 200.
15 is opened, and the wafer tray 20 in the chamber 200 is opened.
The wafer is set to 3, and the front door 215 is closed.

【0051】次にN2ガス導入バルブ211およびガス
導入バルブ210を閉じてチャンバー200内に流して
いたN2ガスを止め、図2に示すシーケンスに従って、
チャンバー200内を真空ポンプによって1×10-1To
rr以下まで減圧する。
Next, the N 2 gas introducing valve 211 and the gas introducing valve 210 are closed to stop the N 2 gas flowing in the chamber 200, and according to the sequence shown in FIG.
The inside of the chamber 200 is 1 × 10 −1 To by a vacuum pump.
Reduce the pressure to rr or less.

【0052】次にO2ガス導入バルブ212およびガス
導入バルブ210を開き、チャンバー200内にO2
スを流して大気圧まで戻し、ランプ加熱により50〜2
00℃/秒のレートで昇温させ、ウェハー温度をおよそ
1100℃に保持して所定膜厚の酸化膜を形成する。
Next, the O 2 gas introducing valve 212 and the gas introducing valve 210 are opened, the O 2 gas is caused to flow into the chamber 200 to return to atmospheric pressure, and 50 to 2 by lamp heating.
The temperature is raised at a rate of 00 ° C./sec and the wafer temperature is maintained at about 1100 ° C. to form an oxide film having a predetermined film thickness.

【0053】尚、このRTO温度は酸化膜厚との兼ね合
いにより、1000℃〜1100℃に設定される場合も
ある。
The RTO temperature may be set to 1000 ° C. to 1100 ° C. depending on the oxide film thickness.

【0054】次にランプを切り、600℃以下まで降温
させ、O2ガス導入バルブ212およびガス導入バルブ
210を閉じ、チャンバー200内を真空ポンプによっ
て1×10-1Torr以下まで減圧してO2ガスを除去し、
酸化工程を終了する。
Next, the lamp is turned off, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the O 2 gas introducing valve 212 and the gas introducing valve 210 are closed, the pressure inside the chamber 200 is reduced to 1 × 10 -1 Torr or less by a vacuum pump, and O 2 is reduced. Remove the gas,
The oxidation process is completed.

【0055】次にNH3ガス導入バルブ213およびガ
ス導入バルブ210を開き、NH3ガスを流して大気圧
まで戻し、ランプ加熱により上記の酸化工程と同様のレ
ートで昇温させ、ウェハー温度をおよそ1000℃に保
持し、酸化工程のよる酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成
する。
Next, the NH 3 gas introduction valve 213 and the gas introduction valve 210 are opened, NH 3 gas is flowed to return to atmospheric pressure, and the temperature of the wafer is raised to about the same rate as the above-mentioned oxidation step by lamp heating. The temperature is maintained at 1000 ° C., and the oxide film formed by the oxidation process is nitrided to form an oxynitride film.

【0056】次に600℃以下まで降温させ、NH3
ス導入バルブ213およびガス導入バルブ210を閉
じ、上記の酸化工程と同様に1×10-1Torr以下まで減
圧してNH3ガスを除去し、窒化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the NH 3 gas introducing valve 213 and the gas introducing valve 210 are closed, and the NH 3 gas is removed by reducing the pressure to 1 × 10 -1 Torr or less as in the above-mentioned oxidation step. The nitriding process is completed.

【0057】次にN2Oガス導入バルブ214およびガ
ス導入バルブ210を開いてN2Oガスを流し、真空度
をおよそ10Torrに保ちながら(真空引きを継続し、A
PC206によって真空バルブの開閉度を調整する)、
ランプ加熱により上記の酸化工程と同様のレートで昇温
させ、ウェハー温度をおよそ1100℃に30秒間保持
して酸窒膜の脱水素処理を行う。
Next, the N 2 O gas introduction valve 214 and the gas introduction valve 210 are opened to allow N 2 O gas to flow, and while maintaining the degree of vacuum at about 10 Torr (vacuum is continued, A
Adjust the opening and closing degree of the vacuum valve by PC206),
The lamp is heated to raise the temperature at the same rate as in the above oxidation step, and the wafer temperature is maintained at about 1100 ° C. for 30 seconds to perform dehydrogenation treatment of the oxynitride film.

【0058】次に600℃以下まで降温させ、N2Oガ
ス導入バルブ214およびガス導入バルブ210を閉
じ、上記の酸化工程と同様に1×10-1Torr以下まで減
圧してN2Oガスを除去し、脱水素工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the N 2 O gas introducing valve 214 and the gas introducing valve 210 are closed, and the pressure is reduced to 1 × 10 -1 Torr or less in the same manner as in the above-mentioned oxidation step, and N 2 O gas is added. Remove and complete the dehydrogenation step.

【0059】最後にN2ガス導入バルブ211およびガ
ス導入バルブ210を開いてチャンバー200内にN2
ガスを流し、ウェハー温度を十分に降温させてから、N
2ガスを流したままでチャンバー200の前面扉215
を開けて、ウェハーを搬出する。
[0059] N 2 to the last open N 2 gas introducing valve 211 and the gas inlet valve 210 the chamber 200
Gas is flowed to lower the wafer temperature sufficiently, and then N
2 Front door 215 of chamber 200 with gas flowing
Open and unload the wafer.

【0060】以上により第一の実施形態による酸窒化膜
形成手順を終了する。
With the above, the oxynitride film forming procedure according to the first embodiment is completed.

【0061】図3は上記第一の実施形態(3ステップ処
理)によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布
を示すものである。
FIG. 3 shows a wafer in-plane film thickness distribution of the oxynitride film obtained by the first embodiment (three-step process).

【0062】図3に示す酸窒化膜は、バラツキ値=1.
45%であり、従来の大気圧下で脱水素工程を行った場
合のバラツキ値=2.8%(図12(b))に比べて面
内膜厚ばらつきが改善されていることが判る。
The oxynitride film shown in FIG. 3 has a variation value of 1.
It is 45%, and it can be seen that the in-plane film thickness variation is improved as compared with the variation value of 2.8% (FIG. 12B) when the conventional dehydrogenation step was performed under atmospheric pressure.

【0063】面内膜厚ばらつきが改善される詳細なメカ
ニズムは不明であるが、本願発明者は次のように推定し
ている。
Although the detailed mechanism for improving the in-plane film thickness variation is unknown, the present inventor estimates as follows.

【0064】N2O雰囲気中においてウェハー温度を1
100℃まで昇温すると、ウェハー表面近傍で次の反応
が30%程度起こる。
The wafer temperature was set to 1 in an N 2 O atmosphere.
When the temperature is raised to 100 ° C., the next reaction occurs in the vicinity of the wafer surface by about 30%.

【0065】 N2O → N2 + O (1) そして(1)の反応によって発生した酸化剤によってウ
ェハーの酸化が開始される。
N 2 O → N 2 + O (1) Then, the oxidizing agent generated by the reaction of (1) starts the oxidation of the wafer.

【0066】また(1)の反応が開始されると、短時間
で残りのN2Oは次の反応を開始する。 N2O + O → 2NO (2) 次にウェハー温度を1100℃に保つと、ウェハーから
の放熱によりウェハー表面中心部において上昇気流が発
生してガス密度が稀薄になり、これによりウェハー周辺
部よりもN2Oガスの供給を多く受けることとなるた
め、(2)の反応が促進され、ウェハー中心部は反応物
NOに富んだ雰囲気となる。
When the reaction (1) is started, the remaining N 2 O starts the next reaction in a short time. N 2 O + O → 2NO (2) Next, if the wafer temperature is kept at 1100 ° C., heat is radiated from the wafer to generate an ascending air current at the center of the wafer surface, which diminishes the gas density. Also receives a large amount of N 2 O gas, the reaction of (2) is promoted, and the atmosphere at the center of the wafer becomes rich in the reactant NO.

【0067】この結果、ウェハー中心部では周辺部に比
べて酸化が抑制されるため、面内膜厚ばらつきが発生す
ると言われている。
As a result, it is said that in-plane film thickness variation occurs because oxidation is suppressed in the central portion of the wafer as compared with the peripheral portion.

【0068】しかしウェハー温度を900℃と低温化し
たときは、 2O → O2 (3) の反応が、(2)の反応より優先的となり、従って
(2)の反応は抑制され、ウェハー中心部にも周辺部と
同様に酸化剤が供給できるため、面内膜厚ばらつきが少
ないと考えられる。
However, when the temperature of the wafer is lowered to 900 ° C., the reaction of 2O → O 2 (3) has a higher priority than the reaction of (2), and therefore the reaction of (2) is suppressed, and the central part of the wafer is suppressed. In addition, since the oxidizing agent can be supplied similarly to the peripheral portion, it is considered that there is little variation in the in-plane film thickness.

【0069】しかしながら900℃という低温では酸窒
化膜の脱水素が十分にできない。
However, at a low temperature of 900 ° C., the oxynitride film cannot be sufficiently dehydrogenated.

【0070】そこで本実施形態においては、1100℃
の高温において、ウェハー中心部に酸化剤を供給する目
的で、ウェハー中心部に発生する上昇気流より遥かに高
速度の気流でウェハー表面全体を覆うことと、ガス密度
を低下させてウェハー中心部の上昇気流を抑制すること
によって、反応式(1)の反応の反応効率を上げること
によって、面内膜厚ばらつきを改善することができたと
考えられる。
Therefore, in this embodiment, 1100 ° C.
In order to supply the oxidizer to the center of the wafer at a high temperature of, the entire surface of the wafer is covered with an airflow at a much higher velocity than the ascending airflow generated in the center of the wafer, and the gas density is reduced to reduce the gas concentration in the center of the wafer. It is considered that the in-plane film thickness variation could be improved by increasing the reaction efficiency of the reaction of the reaction formula (1) by suppressing the ascending air current.

【0071】本実施形態の10Torrにおける気速は、大
気圧におけるものと比較すると、76倍の2.1m/秒
であり、また10Torrの気圧は成層圏における大気の気
圧と同等であるので、僅かな密度の差からなる浮力によ
る上昇気流は抑制できる。
The air velocity at 10 Torr of this embodiment is 2.1 m / sec, which is 76 times that at atmospheric pressure, and since the atmospheric pressure of 10 Torr is equivalent to the atmospheric pressure in the stratosphere, it is small. Updraft due to buoyancy due to the difference in density can be suppressed.

【0072】従って、LPCVD(減圧気相反応生成)
における減圧の効果である、平均自由行程の延長による
近距離積載間隔のウェハーの膜厚分布の改善とは異なる
ものである。
Therefore, LPCVD (reduced pressure gas phase reaction production)
This is different from the improvement of the film thickness distribution of the wafers at the short distance loading intervals due to the extension of the mean free path, which is the effect of the pressure reduction in the above.

【0073】このように本発明の第一の実施形態によれ
ば、10Torrの減圧下において1100℃のRTON
(3ステップ処理の脱水素工程)を行うことによって、
面内膜厚分布および電気的特性の良好な酸窒化膜を得る
ことができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, RTON at 1100 ° C. under a reduced pressure of 10 Torr.
By performing the (dehydrogenation step of the three-step process),
An oxynitride film having excellent in-plane film thickness distribution and electrical characteristics can be obtained.

【0074】また脱水酸素工程において、N2O雰囲気
の圧力を大気圧まで戻す必要がないため、N2Oガスの
消費量の低減と処理時間の短縮を図ることができる。
Further, in the dehydrated oxygen step, it is not necessary to return the pressure of the N 2 O atmosphere to the atmospheric pressure, so that the consumption amount of N 2 O gas and the processing time can be shortened.

【0075】尚、上記第一の実施形態においては、RT
O(酸化工程)によって形成された酸化膜は、バラツキ
値=1%程度の面内膜厚ばらつきがあるため、酸窒化膜
の面内膜厚ばらつきの実質改善が少ないが、酸化工程に
おいて面内膜厚分布が良好な酸化膜が得られれば、酸窒
化膜の面内膜厚ばらつきはさらに改善されるものと考え
られる。
In the first embodiment, RT
The oxide film formed by O (oxidation step) has a variation value of about 1% in-plane film thickness variation, so there is little substantial improvement in the in-plane film thickness variation of the oxynitride film. It is considered that if an oxide film having a good film thickness distribution is obtained, the in-plane film thickness variation of the oxynitride film is further improved.

【0076】次に本発明の第二の実施形態について説明
する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0077】本実施形態は、2ステップ処理における1
100℃の高温RTONによる酸窒化工程を、減圧下で
実施することにより、酸窒化膜の面内膜厚ばらつきの改
善を可能としたものである。
In this embodiment, 1 in 2 step processing
By carrying out the oxynitriding step using a high temperature RTON of 100 ° C. under reduced pressure, it is possible to improve the in-plane film thickness variation of the oxynitride film.

【0078】図4は第二の実施形態におけるシーケンス
(温度シーケンス、圧力シーケンス、およびプロセスガ
スシーケンス)を示すものである。
FIG. 4 shows a sequence (temperature sequence, pressure sequence, and process gas sequence) in the second embodiment.

【0079】図4に示す各工程の温度シーケンスは50
〜200℃/秒の昇温レートを有する急速熱処理シーケ
ンスである。
The temperature sequence of each step shown in FIG. 4 is 50.
It is a rapid thermal processing sequence with a heating rate of ~ 200 ° C / sec.

【0080】また図4に示すシーケンスは、図1に示す
ランプ加熱炉において実施されるものとする。
The sequence shown in FIG. 4 is assumed to be carried out in the lamp heating furnace shown in FIG.

【0081】以下に第二の実施形態による酸窒化膜形成
手順について説明する。
An oxynitride film forming procedure according to the second embodiment will be described below.

【0082】まずウェハーをチャンバー200内に搬入
し、図4に示すようにチャンバー200内に流していた
2ガスを止め、真空ポンプによって1×10-1Torr以
下まで減圧する。
First, the wafer is loaded into the chamber 200, the N 2 gas flowing in the chamber 200 is stopped as shown in FIG. 4, and the pressure is reduced to 1 × 10 -1 Torr or less by a vacuum pump.

【0083】次にO2ガスを流して大気圧まで戻し、ラ
ンプ加熱により50〜200℃/秒のレートで昇温さ
せ、ウェハー温度をおよそ1100℃に保持して所定膜
厚の酸化膜を形成する。
Next, O 2 gas is flowed to return to atmospheric pressure, the temperature is raised at a rate of 50 to 200 ° C./sec by lamp heating, and the wafer temperature is maintained at about 1100 ° C. to form an oxide film of a predetermined thickness. To do.

【0084】尚、このRTO温度は酸化膜厚との兼ね合
いにより、1000℃〜1100℃に設定される場合も
ある。
The RTO temperature may be set to 1000 ° C. to 1100 ° C. depending on the oxide film thickness.

【0085】次に600℃以下まで降温させ、真空ポン
プによって1×10-1Torr以下まで減圧してO2ガスを
除去し、酸化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower by a vacuum pump to remove O 2 gas, and the oxidation step is completed.

【0086】次にN2Oガスを流し、真空度をおよそ1
0Torrに保ちながら、ランプ加熱により上記の酸化工程
と同様のレートで昇温させ、ウェハー温度をおよそ11
00℃に30秒間保持し、酸化工程による酸化膜を窒化
して酸窒化膜を形成する。
Next, N 2 O gas is flown to bring the degree of vacuum to about 1.
While maintaining 0 Torr, the temperature of the wafer was raised to about 11 by heating the lamp at the same rate as in the above oxidation process.
The temperature is maintained at 00 ° C. for 30 seconds, and the oxide film formed by the oxidation process is nitrided to form an oxynitride film.

【0087】次に600℃以下まで降温させ、上記の酸
化工程と同様に1×10-1Torr以下まで減圧してN2
ガスを除去し、酸窒化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, and the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower in the same manner as in the above-mentioned oxidation step, and N 2 O is added.
The gas is removed, and the oxynitriding process is completed.

【0088】以上により第二の実施形態による酸窒化膜
形成手順を終了する。
With the above, the oxynitride film forming procedure according to the second embodiment is completed.

【0089】図5は第二の実施形態(2ステップ処理)
によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布を示
すものである。
FIG. 5 shows the second embodiment (two-step processing).
3 shows a wafer in-plane film thickness distribution of the oxynitride film obtained by.

【0090】図5に示す酸窒化膜は、バラツキ値=1.
7%であり、従来の大気圧下で脱水素工程を行った場合
のバラツキ値=2.8%に比べて面内膜厚ばらつきが改
善されていることが判る。
The oxynitride film shown in FIG. 5 has a variation value of 1.
It is 7%, and it can be seen that the in-plane film thickness variation is improved as compared with the variation value of 2.8% when the dehydrogenation step is performed under the conventional atmospheric pressure.

【0091】このように本発明の第二の実施形態によれ
ば、10Torrの減圧下において1100℃のRTON
(2ステップ処理の酸窒化工程)を行うことによって、
面内膜厚分布および電気的特性の良好な酸窒化膜を得る
ことができ、また2ステップ処理なので第一の実施形態
より処理時間を短縮することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, RTON of 1100 ° C. is obtained under a reduced pressure of 10 Torr.
By performing the oxynitriding process of the two-step processing,
An oxynitride film having a good in-plane film thickness distribution and good electrical characteristics can be obtained, and since it is a two-step process, the processing time can be shortened as compared with the first embodiment.

【0092】次に本発明の第三の実施形態について説明
する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0093】本実施形態は、1ステップ処理における1
100℃の高温RTONによる酸窒化工程を、減圧下で
実施することにより、酸窒化膜の面内膜厚ばらつきの改
善を可能とするものである。
In this embodiment, 1 in 1 step processing
By carrying out the oxynitriding step using a high temperature RTON of 100 ° C. under reduced pressure, it is possible to improve the in-plane film thickness variation of the oxynitride film.

【0094】以下に第三の実施形態による酸窒化膜形成
手順について説明する。
An oxynitride film forming procedure according to the third embodiment will be described below.

【0095】本実施形態は、図1に示すランプ加熱炉に
おいて実施されるものとする。
This embodiment is assumed to be carried out in the lamp heating furnace shown in FIG.

【0096】まずウェハーをチャンバー200内に搬入
し、チャンバー200内に流していたN2ガスを止め、
真空ポンプによって1×10-1Torr以下まで減圧する。
First, the wafer is loaded into the chamber 200, and the N 2 gas flowing in the chamber 200 is stopped,
The pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or less by a vacuum pump.

【0097】次にN2Oガスを流し、真空度を10Torr
に保ちながら、ランプ加熱により50〜200℃/秒の
レートで昇温させ、ウェハー温度をおよそ1100℃に
30秒間保持し、シリコン基板を直接、酸窒化して酸窒
化膜を形成する。
Next, a N 2 O gas is flown to bring the degree of vacuum to 10 Torr.
While the temperature is maintained at 50 ° C./sec, the temperature of the wafer is raised at a rate of 50 to 200 ° C./sec, the wafer temperature is kept at about 1100 ° C. for 30 sec, and the silicon substrate is directly oxynitrided to form an oxynitride film.

【0098】次に600℃以下まで降温させ、上記の酸
化工程と同様に1×10-1Torr以下まで減圧してN2
ガスを除去し、酸窒化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, and the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower in the same manner as in the above-mentioned oxidation step, and N 2 O is added.
The gas is removed, and the oxynitriding process is completed.

【0099】以上により1ステップ処理を用いた第三の
実施形態による酸窒化膜の形成が終了する。
As described above, the formation of the oxynitride film according to the third embodiment using the one-step process is completed.

【0100】図6は第三の実施形態(1ステップ処理)
によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布を示
すものである。
FIG. 6 shows a third embodiment (one-step processing).
3 shows a wafer in-plane film thickness distribution of the oxynitride film obtained by.

【0101】図6において、同図(a)は真空度25To
rrの減圧下において1100℃×30秒のRTONを施
した場合の面内膜厚分布を示し、バラツキ値は17%に
達している。
In FIG. 6, FIG. 6A shows a vacuum degree of 25 To.
The in-plane film thickness distribution is shown when RTON is performed at 1100 ° C. for 30 seconds under a reduced pressure of rr, and the variation value reaches 17%.

【0102】図6(b)は真空度10Torrの減圧下にお
いて1100℃×30秒のRTONを施した場合の面内
膜厚分布を示し、バラツキ値は2.5%と改善される。
FIG. 6B shows the in-plane film thickness distribution when RTON was performed at 1100 ° C. for 30 seconds under a reduced pressure of a vacuum degree of 10 Torr, and the variation value was improved to 2.5%.

【0103】図6(c)は真空度6Torrの減圧下におい
て1100℃×30秒のRTONを施した場合の面内膜
厚分布を示し、平均値X=33Å、バラツキ値=3.3
%であった。
FIG. 6C shows the in-plane film thickness distribution when RTON was performed at 1100 ° C. for 30 seconds under a reduced pressure of a vacuum degree of 6 Torr, the average value X = 33Å, and the variation value = 3.3.
%Met.

【0104】図6(d)は真空度1.2Torrの減圧下に
おいて1100℃×30秒のRTONを施した場合の面
内膜厚分布を示し、平均値X=18Å生成でき、バラツ
キ値=3.8%であった。
FIG. 6 (d) shows the in-plane film thickness distribution when RTON was performed at 1100 ° C. for 30 seconds under a reduced pressure of 1.2 Torr, the average value X = 18Å, and the variation value = 3. It was 0.8%.

【0105】また図7は第三の実施形態(1ステップ処
理)によるRTONの真空度と形成された酸窒化膜の膜
厚(曲線c)およびそのバラツキ値(d)との関係を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the vacuum degree of the RTON and the film thickness (curve c) of the formed oxynitride film and its variation value (d) according to the third embodiment (one step process). is there.

【0106】図6および図7に示すように、真空度25
Torr(図6(a))においてはバラツキ値=17%と、
従来の大気圧下(図3(a))におけるバラツキ値=1
2%に比べて悪化するが、さらに減圧すると膜厚ばらつ
きは急激に改善され(図6(a)〜(d))、特に10
Torr(図6(b))ではバラツキ値=2.5%の値が得
られている。
As shown in FIG. 6 and FIG.
In Torr (Fig. 6 (a)), the variation value = 17%,
Variation value = 1 under conventional atmospheric pressure (Fig. 3 (a))
Although it is worse than 2%, when the pressure is further reduced, the film thickness variation is sharply improved (FIGS. 6A to 6D), particularly 10
In Torr (FIG. 6B), the variation value = 2.5% is obtained.

【0107】真空度25Torrにおける膜厚ばらつきが大
気圧より悪化する原因の一つとしては、平均自由行程の
延長化により、大気圧下よりもさらに上記(2)の反応
が(3)の反応より優先的に起こっていることが考えら
れる。
One of the causes that the film thickness variation at the vacuum degree of 25 Torr becomes worse than the atmospheric pressure is that the reaction of (2) above is more than the reaction of (3) than under atmospheric pressure due to the extension of the mean free path. It is possible that it is happening preferentially.

【0108】このように本発明の第三の実施形態によれ
ば、10Torrの減圧下において1100℃の高温RTO
N(1ステップ処理の酸窒化工程)を行うことによっ
て、面内膜厚分布および電気的特性の良好な酸窒化膜を
得ることができ、また1ステップ処理なので第二の実施
形態よりさらに処理時間を短縮することができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, a high temperature RTO of 1100 ° C. is obtained under a reduced pressure of 10 Torr.
By performing N (one-step oxynitriding step), an oxynitride film having a good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics can be obtained, and since it is one-step processing, the processing time is longer than that in the second embodiment. Can be shortened.

【0109】また、図6および図7を参照して説明した
ように、高温RTNの真空度は25Torr未満、特に約1
〜10Torrの範囲が好ましい。なお、真空度の特に好ま
しい範囲が約1〜10Torrであることは、上記した第一
および第二の実施形態にも当てはまるものと推定され
る。
Further, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the vacuum degree of the high temperature RTN is less than 25 Torr, especially about 1 Torr.
The range of 10 Torr is preferable. It is estimated that the particularly preferable range of the degree of vacuum is about 1 to 10 Torr, which is also applicable to the above-described first and second embodiments.

【0110】次に第四の実施形態について説明する。Next, a fourth embodiment will be described.

【0111】本実施形態は3ステップ処理における11
00℃の高温RTOによる酸化工程と1100℃の高温
RTONによる脱水素工程とを減圧下で実施することに
より、酸窒化膜の面内膜厚ばらつきを改善するととも
に、極薄の酸窒化膜を得ることを可能とするものであ
る。
In this embodiment, 11 in the three-step processing.
By performing the oxidation process by the high temperature RTO of 00 ° C. and the dehydrogenation process by the high temperature RTON of 1100 ° C. under reduced pressure, it is possible to improve the in-plane film thickness variation of the oxynitride film and obtain an extremely thin oxynitride film. It makes it possible.

【0112】すなわち、第一の実施形態または第二の実
施形態に示す大気圧下での酸化工程においては、110
0℃×10秒のRTOでも60Å程度の酸化膜が形成さ
れ、窒化工程と再酸化工程を経て形成された酸窒化膜の
膜厚は必然的に75Å程度になる。
That is, in the oxidation step under the atmospheric pressure shown in the first embodiment or the second embodiment, 110
Even at RTO of 0 ° C. for 10 seconds, an oxide film of about 60 Å is formed, and the film thickness of the oxynitride film formed through the nitriding process and the reoxidation process is necessarily about 75 Å.

【0113】従ってトンネル絶縁膜として好適な60Å
の膜厚を有する酸窒化膜を得るためには、従来、RTO
温度を1000〜1050℃に低下させる必要があっ
た。
Therefore, 60Å suitable as a tunnel insulating film
In order to obtain an oxynitride film having a film thickness of
It was necessary to lower the temperature to 1000-1050 ° C.

【0114】しかしながらRTO温度を1000〜10
50℃に低下させると、得られた酸窒化膜の電気的特性
は、1100℃のRTOおよびRTONによって形成さ
れたものよりも劣るものとなってしまう。
However, the RTO temperature is set to 1000 to 10
If the temperature is lowered to 50 ° C., the electrical characteristics of the obtained oxynitride film will be inferior to those formed by RTO and RTON at 1100 ° C.

【0115】そこで本実施形態は電気的特性の良好な6
0Å程度の酸窒化薄膜を得ることを可能とするものであ
る。
Therefore, the present embodiment has a good electrical characteristic.
This makes it possible to obtain an oxynitride thin film of about 0Å.

【0116】図8は第四の実施形態におけるシーケンス
(温度シーケンス、圧力シーケンス、およびプロセスガ
スシーケンス)を示すものである。
FIG. 8 shows a sequence (temperature sequence, pressure sequence, and process gas sequence) in the fourth embodiment.

【0117】図8に示す各工程の温度シーケンスは50
〜200℃/秒の昇温レートを有する急速熱処理シーケ
ンスである。
The temperature sequence of each step shown in FIG. 8 is 50.
It is a rapid thermal processing sequence with a heating rate of ~ 200 ° C / sec.

【0118】また図8に示すシーケンスは、図1に示す
ランプ加熱炉において実施されるものとする。
The sequence shown in FIG. 8 is performed in the lamp heating furnace shown in FIG.

【0119】以下に第四の実施形態による酸窒化膜形成
手順について説明する。
An oxynitride film forming procedure according to the fourth embodiment will be described below.

【0120】まずウェハーをチャンバー200内に搬入
し、図8に示すようにチャンバー200内に流していた
2ガスを止め、真空ポンプによって1×10-1Torr以
下まで減圧する。
First, the wafer is loaded into the chamber 200, the N 2 gas flowing in the chamber 200 is stopped as shown in FIG. 8, and the pressure is reduced to 1 × 10 -1 Torr or less by a vacuum pump.

【0121】次にO2ガスを流し、真空度をおよそ10T
orrに保ちながら、ランプ加熱により50〜200℃/
秒のレートで昇温させ、ウェハー温度をおよそ1100
℃に保持して所定膜厚の酸化膜を形成する。
Next, an O 2 gas is flown to bring the degree of vacuum to about 10 T.
While maintaining at orr, heating the lamp at 50-200 ℃ /
The wafer temperature is raised to about 1100 at a rate of 2 seconds.
The temperature is kept at 0 ° C. to form an oxide film having a predetermined thickness.

【0122】次にランプを切り、600℃以下まで降温
させ、真空ポンプによって1×10-1Torr以下まで減圧
してO2ガスを除去し、酸化工程を終了する。
Next, the lamp is turned off, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower by a vacuum pump to remove O 2 gas, and the oxidation step is completed.

【0123】次にNH3ガスを流して大気圧まで戻し、
ランプ加熱により酸化工程と同様のレートで昇温させ、
ウェハー温度をおよそ1000℃に保持し、酸化工程に
よる酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。
Next, NH 3 gas is caused to flow to return to atmospheric pressure,
By heating with a lamp, the temperature is raised at the same rate as in the oxidation step,
The wafer temperature is maintained at about 1000 ° C., and the oxide film formed by the oxidation process is nitrided to form an oxynitride film.

【0124】次に600℃以下まで降温させ、酸化工程
と同様に1×10-1Torr以下まで減圧してNH3ガスを
除去し、窒化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower to remove NH 3 gas in the same manner as in the oxidation step, and the nitriding step is completed.

【0125】次にN2Oガスを流し、真空度をおよそ1
0Torrに保ちながら、酸化工程と同様のレートで昇温さ
せ、ウェハー温度をおよそ1100℃に30秒間保持し
て酸窒膜の脱水素処理を行う。
Next, N 2 O gas is flown to bring the degree of vacuum to about 1
While maintaining 0 Torr, the temperature is raised at the same rate as in the oxidation step, and the wafer temperature is maintained at about 1100 ° C. for 30 seconds to perform dehydrogenation treatment of the oxynitride film.

【0126】次に600℃以下まで降温させ、酸化工程
と同様に1×10-1Torr以下まで減圧してN2Oガスを
除去し、脱水素工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower to remove the N 2 O gas in the same manner as in the oxidation step, and the dehydrogenation step is completed.

【0127】以上により第四の実施形態による酸窒化膜
形成手順を終了する。
As described above, the oxynitride film forming procedure according to the fourth embodiment is completed.

【0128】上記の本発明の第四の実施形態によれば、
酸化工程を10Torrの減圧下で1100℃の高温RTO
を実施し、RTOにおける酸素分圧を低下させて酸化膜
の形成速度を抑制することにより、面内膜厚分布および
電気的特性の良好な60Å程度の酸窒化薄膜を得ること
ができる。
According to the above fourth embodiment of the present invention,
Oxidation process under high temperature RTO of 1100 ℃ under reduced pressure of 10 Torr
By lowering the oxygen partial pressure in the RTO to suppress the formation rate of the oxide film, it is possible to obtain an oxynitride thin film of about 60 Å with good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics.

【0129】次に本発明の第五の実施形態について説明
する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0130】本実施形態は、3ステップ処理における1
100℃の高温RTOによる酸化工程と1100℃の高
温RTONによる酸窒化工程とを減圧下で実施すること
により、酸窒化膜の面内膜厚ばらつきを改善するととも
に、極薄の酸窒化膜を得ることを可能とするものであ
る。
In this embodiment, 1 in 3 step processing is used.
By performing the oxidation step by the high temperature RTO of 100 ° C. and the oxynitridation step by the high temperature RTON of 1100 ° C. under reduced pressure, the in-plane film thickness variation of the oxynitride film is improved and an ultrathin oxynitride film is obtained. It makes it possible.

【0131】以下に第五の実施形態による酸窒化膜形成
手順について説明する。
An oxynitride film forming procedure according to the fifth embodiment will be described below.

【0132】本実施形態は、図1に示すランプ加熱炉に
おいて実施されるものとする。
This embodiment is assumed to be carried out in the lamp heating furnace shown in FIG.

【0133】まずウェハーをチャンバー200内に搬入
し、チャンバー200内に流していたN2ガスを止め、
真空ポンプによって1×10-1Torr以下まで減圧する。
First, the wafer is loaded into the chamber 200, and the N 2 gas flowing in the chamber 200 is stopped,
The pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or less by a vacuum pump.

【0134】次にO2ガスを流し、真空度を10Torrに
保ちながら、ランプ加熱により50〜200℃/秒のレ
ートで昇温させ、ウェハー温度をおよそ1100℃に保
持して所定膜厚の酸化膜を形成する。
Next, an O 2 gas is flown to raise the temperature at a rate of 50 to 200 ° C./sec by lamp heating while maintaining the degree of vacuum at 10 Torr, and the wafer temperature is maintained at about 1100 ° C. to oxidize a predetermined film thickness. Form a film.

【0135】次にランプを切り、600℃以下まで降温
させ、真空ポンプによって以下まで減圧してO2ガスを
除去し、酸化工程を終了する。
Next, the lamp is turned off, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to the following by a vacuum pump to remove O 2 gas, and the oxidation step is completed.

【0136】次にNH3ガスを流して大気圧まで戻し、
ランプ加熱により酸化工程と同様のレートで昇温させ、
ウェハー温度をおよそ1000℃に保持し、酸化工程に
よる酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。
Next, NH 3 gas is flowed to return to atmospheric pressure,
By heating with a lamp, the temperature is raised at the same rate as in the oxidation step,
The wafer temperature is maintained at about 1000 ° C., and the oxide film formed by the oxidation process is nitrided to form an oxynitride film.

【0137】次N2Oガスを流し、真空度をおよそ10T
orrに保ちながら、酸化工程と同様のレートで昇温さ
せ、酸化工程による酸化膜を酸窒化して酸窒化膜を生成
する。
[0137] flushed with following N 2 O gas, the degree of vacuum of approximately 10T
While maintaining at orr, the temperature is raised at the same rate as in the oxidation step, and the oxide film in the oxidation step is oxynitrided to form an oxynitride film.

【0138】次に600℃以下まで降温させ、酸化工程
と同様に1×10-1Torr以下まで減圧してN2Oガスを
除去し、酸窒化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower to remove the N 2 O gas similarly to the oxidation step, and the oxynitriding step is completed.

【0139】以上により第五の実施形態による酸窒化膜
形成手順を終了する。
As described above, the oxynitride film forming procedure according to the fifth embodiment is completed.

【0140】上記本発明の第五の実施形態によれば、酸
化工程を10Torrの減圧下で1100℃の高温RTOを
実施し、RTOにおける酸素分圧を低下させて酸化膜の
形成速度を抑制することにより、面内膜厚分布および電
気的特性の良好な60Å程度の酸窒化薄膜を得ることが
でき、また2ステップ処理なので第四の実施形態より処
理時間を短縮することができる。
According to the fifth embodiment of the present invention described above, the oxidation step is carried out at a high temperature RTO of 1100 ° C. under a reduced pressure of 10 Torr, and the oxygen partial pressure in the RTO is reduced to suppress the oxide film formation rate. As a result, it is possible to obtain an oxynitride thin film having a good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics of about 60 Å, and since it is a two-step process, the processing time can be shortened compared to the fourth embodiment.

【0141】以上のように、第五および第六の実施形態
における酸化工程における好ましい真空度の範囲も25
Torr未満、特に約1〜10Torrの範囲である。
As described above, the preferable vacuum degree range in the oxidation step in the fifth and sixth embodiments is also 25.
It is less than Torr, particularly in the range of about 1-10 Torr.

【0142】次に本発明の第六の実施形態について説明
する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.

【0143】本実施形態は、図1に示すランプ加熱炉を
用いる場合よりも面内膜厚ばらつきの小さい熱酸化膜を
形成することができるバッチ処理仕様の炉心管を用い
て、上記第一の実施形態の酸化工程を実施し、形成され
た熱酸化膜に対して図1に示すランプ加熱炉を用いて窒
化工程および脱水素工程を行うことにより、酸窒化膜の
面内膜厚ばらつきを上記第一の実施形態よりもさらに改
善することを可能とするものである。
The present embodiment uses a core tube of batch processing specification capable of forming a thermal oxide film having a smaller variation in in-plane film thickness than the case of using the lamp heating furnace shown in FIG. By performing the oxidation step of the embodiment and performing the nitriding step and the dehydrogenating step on the formed thermal oxide film using the lamp heating furnace shown in FIG. It is possible to make further improvement over the first embodiment.

【0144】図9は第六の実施形態における窒化工程お
よび脱水素工程のシーケンス(温度シーケンス、圧力シ
ーケンス、およびプロセスガスシーケンス)を示すもの
である。
FIG. 9 shows the sequence of the nitriding process and the dehydrogenation process (temperature sequence, pressure sequence, and process gas sequence) in the sixth embodiment.

【0145】図9に示す各工程の温度シーケンスは50
〜200℃/秒の昇温レートを有する急速熱処理シーケ
ンスである。
The temperature sequence of each step shown in FIG. 9 is 50.
It is a rapid thermal processing sequence with a heating rate of ~ 200 ° C / sec.

【0146】以下に第六の実施形態による酸窒化膜形成
手順について説明する。
An oxynitride film forming procedure according to the sixth embodiment will be described below.

【0147】まずFURNACE炉に所定枚数のウェハ
ーを搬入し、熱酸化処理を施すことにより、シリコン基
板に所定膜厚の酸化膜を形成する(酸化工程)。
First, a predetermined number of wafers are loaded into a FURNACE furnace and subjected to a thermal oxidation process to form an oxide film having a predetermined thickness on a silicon substrate (oxidation step).

【0148】次にこの熱酸化が形成されたウェハーをF
URNACE炉から搬出し、枚葉処理仕様である図1に
示すランプ加熱炉のチャンバー200内に搬入し、図9
に示すようにチャンバー200内に流していたN2ガス
を止め、1×10-1Torr以下まで減圧する。
Next, the wafer on which the thermal oxidation is formed is subjected to F
9 is carried out from the URNACE furnace and is carried into the chamber 200 of the lamp heating furnace shown in FIG.
As shown in, the N 2 gas flowing in the chamber 200 is stopped, and the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or less.

【0149】次にNH3ガスを流して大気圧まで戻し、
ランプ加熱により50〜200℃/秒のレートで昇温さ
せ、ウェハー温度をおよそ1000℃に保持し、酸化工
程による酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する。
Next, NH 3 gas is flowed to return to atmospheric pressure,
The temperature of the wafer is raised at a rate of 50 to 200 ° C./sec by lamp heating, the wafer temperature is maintained at about 1000 ° C., and the oxide film formed by the oxidation process is nitrided to form an oxynitride film.

【0150】次に600℃以下まで降温させ、真空ポン
プによって1×10-1Torr以下まで減圧してNH3ガス
を除去し、窒化工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 −1 Torr or lower by a vacuum pump to remove NH 3 gas, and the nitriding step is completed.

【0151】次にN2Oガスを流し、真空度を10Torr
に保ちながら、窒化工程と同様のレートで昇温させ、ウ
ェハー温度をおよそ1100℃に30秒間保持して酸窒
膜の脱水素処理を行う。
Next, N 2 O gas is flown to bring the degree of vacuum to 10 Torr.
The temperature is raised at the same rate as in the nitriding step, and the wafer temperature is kept at about 1100 ° C. for 30 seconds to perform dehydrogenation treatment of the oxynitride film.

【0152】次に600℃以下まで降温させ、窒化工程
と同様に1×10-1Torr以下まで減圧してN2Oガスを
除去し、脱水素工程を終了する。
Next, the temperature is lowered to 600 ° C. or lower, the pressure is reduced to 1 × 10 -1 Torr or lower to remove the N 2 O gas in the same manner as in the nitriding step, and the dehydrogenation step is completed.

【0153】以上により第六の実施形態による酸窒化膜
形成手順を終了する。
With the above, the oxynitride film forming procedure according to the sixth embodiment is completed.

【0154】図10は上記第六の実施形態(3ステップ
処理)によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分
布を示すものである。
FIG. 10 shows a wafer in-plane film thickness distribution of the oxynitride film obtained by the sixth embodiment (three-step process).

【0155】図10に示す酸窒化膜は、平均値X=97
Å、σ=0.52Åであり、膜厚のバラツキ値=0.5
%という面内膜厚均一性の非常に優れたものであった。
The oxynitride film shown in FIG. 10 has an average value X = 97.
Å, σ = 0.52Å, and film thickness variation value = 0.5
%, The uniformity of the in-plane film thickness was very excellent.

【0156】このように本発明の第六の実施形態によれ
ば、FURNACE炉において酸化工程を実施して、酸
化膜の面内膜厚ばらつきを抑制することにより、上記第
一の実施形態よりもさらに面内膜厚分布の良好な酸窒化
膜を得ることができる。
As described above, according to the sixth embodiment of the present invention, the oxidization process is performed in the FURNACE furnace to suppress the variation in the in-plane film thickness of the oxide film. Further, an oxynitride film having a good in-plane film thickness distribution can be obtained.

【0157】第4ないし第6の実施形態においても、高
温RTNの真空度の好ましい範囲は、25Torr未満、特
に約1〜10Torrである。
Also in the fourth to sixth embodiments, the preferable range of the vacuum degree of the high temperature RTN is less than 25 Torr, particularly about 1 to 10 Torr.

【0158】[0158]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の製造方法
によれば、3ステップ処理で酸窒化膜を形成するに当た
り、真空度25Torr未満のN2O雰囲気中において脱水
素工程を実施することによって、面内膜厚分布および電
気的特性の良好な酸窒化膜を得ることができるという効
果を有する。
As described above, according to the manufacturing method of the first aspect, the dehydrogenation step is performed in the N 2 O atmosphere having the vacuum degree of less than 25 Torr in forming the oxynitride film by the three-step treatment. As a result, there is an effect that an oxynitride film having good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics can be obtained.

【0159】また請求項2記載の製造方法によれば、2
ステップ処理で酸窒化膜を形成するに当たり、真空度2
5Torr未満のN2O雰囲気中において酸窒化工程を実施
することによって、面内膜厚分布および電気的特性の良
好な酸窒化膜を得ることができ、また2ステップ処理な
ので請求項1記載の製造方法よりも処理時間を短縮する
ことができるという効果を有する。
According to the manufacturing method of claim 2, 2
When forming the oxynitride film by step processing, the degree of vacuum is 2
The oxynitride film having a good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics can be obtained by carrying out the oxynitridation step in an N 2 O atmosphere of less than 5 Torr, and since it is a two-step process, the production according to claim 1. This has the effect that the processing time can be shortened as compared with the method.

【0160】また請求項6記載の製造方法によれば、上
記請求項1または2の方法において、真空度25Torr未
満のO2雰囲気中において酸化工程を実施し、酸素分圧
を低下させて酸化膜の形成速度を抑制することによっ
て、面内膜厚分布および電気的特性の良好な60Å程度
の酸窒化薄膜を得ることができるという効果を有する。
Further, according to the manufacturing method of claim 6, in the method of claim 1 or 2, the oxidation step is carried out in an O 2 atmosphere having a vacuum degree of less than 25 Torr to reduce the oxygen partial pressure to reduce the oxide film. Suppressing the formation rate of Al has the effect that it is possible to obtain an oxynitride thin film of about 60 Å with good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics.

【0161】また請求項3記載の製造方法によれば、1
ステップ処理で酸窒化膜を形成するに当たり、真空度2
5Torr未満のN2O雰囲気中において酸窒化工程を実施
することによって、面内膜厚分布および電気的特性の良
好な酸窒化膜を得ることができ、また1ステップ処理な
ので請求項2記載の製造方法よりもさらに処理時間を短
縮することができるという効果を有する。
According to the manufacturing method of claim 3, 1
When forming the oxynitride film by step processing, the degree of vacuum is 2
The oxynitride film having a good in-plane film thickness distribution and electrical characteristics can be obtained by carrying out the oxynitridation step in an N 2 O atmosphere of less than 5 Torr, and since it is a one-step process, the production according to claim 2. This has the effect that the processing time can be further shortened as compared with the method.

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

【図1】 本発明の実施の形態において用いられるラン
プ加熱炉の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a lamp heating furnace used in an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第一の実施形態(3ステップ処理)
におけるシーケンスを示す図である。
FIG. 2 is a first embodiment (three-step process) of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a sequence in FIG.

【図3】 本発明の第一の実施形態(3ステップ処理)
によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布を示
す図である。
FIG. 3 is a first embodiment (three-step process) of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a wafer in-plane film thickness distribution of an oxynitride film obtained by.

【図4】 本発明の第二の実施形態(2ステップ処理)
におけるシーケンスを示す図である。
FIG. 4 is a second embodiment (two-step processing) of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a sequence in FIG.

【図5】 本発明の第二の実施形態(2ステップ処理)
によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布を示
す図である。
FIG. 5: Second embodiment of the present invention (two-step processing)
FIG. 3 is a diagram showing a wafer in-plane film thickness distribution of an oxynitride film obtained by.

【図6】 本発明の第三の実施形態(1ステップ処理)
によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布を示
す図である。
FIG. 6 is a third embodiment of the present invention (1 step process).
FIG. 3 is a diagram showing a wafer in-plane film thickness distribution of an oxynitride film obtained by.

【図7】 本発明の第三の実施形態(1ステップ処理)
によるRTONの真空度と形成された酸窒化膜の膜厚お
よびそのバラツキ値との関係を示す図である。
FIG. 7: Third embodiment of the present invention (1 step process)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the degree of vacuum of the RTON, the film thickness of the formed oxynitride film, and the variation value thereof.

【図8】 本発明の第四の実施形態(3ステップ処理)
におけるシーケンスを示す図である。
FIG. 8 is a fourth embodiment of the present invention (3 step process).
FIG. 7 is a diagram showing a sequence in FIG.

【図9】 本発明の第六の実施形態(3ステップ処理)
における窒化工程および脱水素工程のシーケンスを示す
図である。
FIG. 9 is a sixth embodiment of the present invention (3 step process).
FIG. 3 is a diagram showing a sequence of a nitriding process and a dehydrogenation process in FIG.

【図10】 本発明の第六の実施形態(3ステップ処
理)によって得られた酸窒化膜のウェハー面内膜厚分布
を示す図である
FIG. 10 is a diagram showing a wafer in-plane film thickness distribution of an oxynitride film obtained by a sixth embodiment (three-step process) of the present invention.

【図11】 従来の3ステップ処理による酸窒化膜の製
造方法の説明に供するEEPROMのセルトランジスタ
の製造工程図である。
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of the cell transistor of the EEPROM for explaining the conventional method of manufacturing the oxynitride film by the three-step process.

【図12】 従来のRTONによる酸窒化膜のウェハー
面内膜厚分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a wafer in-plane film thickness distribution of an oxynitride film formed by conventional RTON.

【図13】 従来のRTONによる酸窒化膜のウェハー
面内膜厚ばらつきのRTON温度依存性を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing RTON temperature dependence of variations in film thickness within the wafer surface of an oxynitride film by conventional RTON.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8247 29/788 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location H01L 21/8247 29/788 29/792

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板に熱酸化膜を形成する酸化
工程と、 NH3雰囲気中において前記酸化膜に熱処理を施すこと
により、前記酸化膜を窒化して酸窒化膜を形成する窒化
工程と、 真空度25Torr未満のN2O雰囲気中において前記酸窒
化膜に熱処理を施すことにより、前記酸窒化膜中に含ま
れる水素の離脱処理を行う脱水素工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
1. An oxidation step of forming a thermal oxide film on a silicon substrate, and a nitriding step of nitriding the oxide film to form an oxynitride film by subjecting the oxide film to a heat treatment in an NH 3 atmosphere, A dehydrogenation step of removing hydrogen contained in the oxynitride film by heat-treating the oxynitride film in an N 2 O atmosphere having a vacuum degree of less than 25 Torr. Production method.
【請求項2】 シリコン基板に熱酸化膜を形成する酸化
工程と、 真空度25Torr未満のN2O雰囲気中において前記酸化
膜に熱処理を施すことにより、前記酸化膜を窒化して酸
窒化膜を形成する酸窒化工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
2. An oxidation step of forming a thermal oxide film on a silicon substrate, and a thermal treatment of the oxide film in an N 2 O atmosphere having a vacuum degree of less than 25 Torr to nitride the oxide film to form an oxynitride film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an oxynitriding step of forming.
【請求項3】 真空度25Torr未満のN2O雰囲気中に
おいてシリコン基板に熱処理を施すことにより、前記シ
リコン基板に酸窒化膜を形成する酸窒化工程を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an oxynitriding step of forming an oxynitride film on the silicon substrate by heat-treating the silicon substrate in an N 2 O atmosphere having a vacuum degree of less than 25 Torr. .
【請求項4】 上記N2O雰囲気の真空度が約10Torr
以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記
載の半導体装置の製造方法。
4. The vacuum degree of the N 2 O atmosphere is about 10 Torr.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項5】 上記N2O雰囲気の真空度が約1Torr以
上であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置
の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the N 2 O atmosphere has a vacuum degree of about 1 Torr or more.
【請求項6】 前記酸化工程において、真空度25Torr
未満のO2雰囲気中においてシリコン基板を熱処理する
ことにより、前記シリコン基板に酸化膜を形成すること
を特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置
の製造方法。
6. A vacuum degree of 25 Torr in the oxidation step.
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxide film is formed on the silicon substrate by heat-treating the silicon substrate in an O 2 atmosphere of less than 0.
【請求項7】 上記酸化工程におけるO2雰囲気の真空
度が約10Torr以下であることを特徴とする請求項6に
記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the degree of vacuum of the O 2 atmosphere in the oxidation step is about 10 Torr or less.
【請求項8】 上記酸化工程におけるO2雰囲気の真空
度が約1Torr以上であることを特徴とする請求項7に記
載の半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the degree of vacuum of the O 2 atmosphere in the oxidation step is about 1 Torr or more.
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