JPH09199500A - Method of forming silicon oxide film - Google Patents

Method of forming silicon oxide film

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JPH09199500A
JPH09199500A JP2602496A JP2602496A JPH09199500A JP H09199500 A JPH09199500 A JP H09199500A JP 2602496 A JP2602496 A JP 2602496A JP 2602496 A JP2602496 A JP 2602496A JP H09199500 A JPH09199500 A JP H09199500A
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JP
Japan
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oxide film
silicon oxide
inert gas
semiconductor substrate
forming
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JP2602496A
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Japanese (ja)
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Atsushi Suzuki
篤 鈴木
Toshihiko Suzuki
利彦 鈴木
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decelerate the oxidization rate for the formation of even and thin silicon oxide film by a method wherein, after the formation of a silicon oxide film on a semiconductor substrate in the atmosphere of humidified oxygen diluted with an inert gas, the silicon oxide film is heat-treated in the inert gas atmosphere containing halogen element. SOLUTION: A humidified oxygen is diluted with an inert gas made from nitrogen gas so as to oxidize a semiconductor substrate 11 in the atmosphere for the formation of the silicon oxide film 11. Next, the silicon oxide film 11 is heat-treated in the inert gas atmosphere containing halogen element so that the halogen atoms may be introduced into the silcon oxide film 11 either to remove any metallic impurities or to terminate the unpaired coupling of Si. Through these procedures, thin and even silicon oxide film having time zero dielectric breakdown(TZDB) characteristics and time dependent dielectric breakdown(TDDB) characteristics can be formed.

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、半導体基板にシリ
コン酸化膜(SiO2膜)を形成する方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film (SiO 2 film) on a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS型半導体装置の製造においては、
シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜を半導体基板の表
面上に形成する必要があり、このシリコン酸化膜の特性
がMOS型半導体装置の信頼性を担っているといっても
過言ではない。従って、シリコン酸化膜には、常に高い
絶縁破壊耐圧が要求される。
2. Description of the Related Art In manufacturing a MOS type semiconductor device,
It is necessary to form a gate oxide film made of a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate, and it is no exaggeration to say that the characteristics of this silicon oxide film play a role in the reliability of the MOS type semiconductor device. Therefore, the silicon oxide film is always required to have a high breakdown voltage.

【0003】シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜の形
成方法として、乾燥酸化法及び加湿酸化法を挙げること
ができる。乾燥酸化法は、加熱されたシリコン半導体基
板の表面に十分乾燥した酸素を供給することによって、
シリコン半導体基板の表面にシリコン酸化膜を形成する
方法である。また、加湿酸化法は、水蒸気を含む高温の
キャリアガスをシリコン半導体基板の表面に供給するこ
とによって、シリコン半導体基板の表面にシリコン酸化
膜を形成する方法である。加湿酸化法の一種に、パイロ
ジェニック酸化法がある。この方法は、加湿酸化法の再
現性を高め且つ水量の管理を不要とするために、純粋な
水素を燃焼させて水分を作る方法である。パイロジェニ
ック酸化法は、水に起因した電子トラップを多く含むた
め乾燥酸化法に比べてホットキャリア耐性が劣るもの
の、シリコン酸化膜の絶縁耐圧特性や長期信頼性に優れ
ている。
As a method for forming a gate oxide film made of a silicon oxide film, there are a dry oxidation method and a humid oxidation method. Dry oxidation method, by supplying sufficiently dried oxygen to the surface of the heated silicon semiconductor substrate,
This is a method of forming a silicon oxide film on the surface of a silicon semiconductor substrate. Further, the humidification oxidation method is a method of forming a silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate by supplying a high temperature carrier gas containing water vapor to the surface of the silicon semiconductor substrate. One of the humidification oxidation methods is a pyrogenic oxidation method. This method is a method of producing water by burning pure hydrogen in order to improve the reproducibility of the humidification oxidation method and eliminate the need to control the amount of water. The pyrogenic oxidation method has a lot of electron traps caused by water and thus is inferior in hot carrier resistance to the dry oxidation method, but is excellent in dielectric strength characteristics and long-term reliability of the silicon oxide film.

【0004】HCl、Cl2、CCl4、C2HCl3、C
2Cl2、C23Cl3等の塩素あるいはその他のハロ
ゲン元素を含有する化合物等を含んだ雰囲気中で乾燥酸
化法によってシリコン酸化膜を形成する場合、以下の利
点が得られることが知られている。尚、このような方法
を、以下、塩酸酸化法と呼ぶ。 (A)シリコン酸化膜中のアルカリ金属不純物の中和あ
るいはゲッタリング (B)積層欠陥の減少 (C)短時間に評価される絶縁破壊の指標であるタイム
ゼロ絶縁破壊(Time-Zero Dielectric Breakdown、TZ
DB)特性の向上 (D)チャネル移動度の向上
HCl, Cl 2 , CCl 4 , C 2 HCl 3 , C
When a silicon oxide film is formed by a dry oxidation method in an atmosphere containing a compound containing chlorine or other halogen elements such as H 2 Cl 2 and C 2 H 3 Cl 3 , the following advantages can be obtained. Are known. In addition, such a method is hereinafter referred to as a hydrochloric acid oxidation method. (A) Neutralization or gettering of alkali metal impurities in the silicon oxide film (B) Reduction of stacking faults (C) Time-Zero Dielectric Breakdown, which is an index of dielectric breakdown evaluated in a short time TZ
DB) Improved characteristics (D) Improved channel mobility

【0005】一方、形成されたシリコン酸化膜を窒素ガ
スやアルゴンガス等の不活性ガス中で、800〜100
0゜Cで30分程度熱処理すると、シリコン酸化膜とシ
リコン半導体基板の界面において、以下の点が改善され
ることが知られている。 (E)固定電荷の低減 (F)界面準位密度の低減
On the other hand, the formed silicon oxide film is exposed to 800 to 100 in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
It is known that heat treatment at 0 ° C. for about 30 minutes improves the following points at the interface between the silicon oxide film and the silicon semiconductor substrate. (E) Reduction of fixed charge (F) Reduction of interface state density

【0006】シリコン酸化膜の長期信頼性の指標とし
て、経時絶縁破壊(Time Dependent Dielectric Breakd
own、TDDB)特性がある。この経時絶縁破壊は、電
流ストレス又は電圧ストレスを印加した瞬間には破壊し
ないが、ストレス印加後、或る時間経過してからシリコ
ン酸化膜に絶縁破壊が生じる現象である。
As an index of long-term reliability of a silicon oxide film, Time Dependent Dielectric Breakd
own, TDDB) characteristics. This time-dependent dielectric breakdown is a phenomenon in which the dielectric breakdown does not occur at the moment when the current stress or the voltage stress is applied, but the dielectric breakdown occurs in the silicon oxide film after a certain time has elapsed after the stress application.

【0007】加湿酸化法にて形成されたシリコン酸化膜
は、乾燥酸化法にて形成されたシリコン酸化膜よりも経
時絶縁破壊(TDDB)特性が優れている。即ち、加湿
酸化法によって形成されたシリコン酸化膜の方が長期信
頼性が高いといえる。この理由は、シリコン酸化膜中の
−OHや−SiOHXが、経時絶縁破壊(TDDB)特
性の向上に寄与しているためであると考えられている。
The silicon oxide film formed by the wet oxidation method is superior to the silicon oxide film formed by the dry oxidation method in terms of dielectric breakdown (TDDB) characteristics. That is, it can be said that the silicon oxide film formed by the wet oxidation method has higher long-term reliability. This is because, -OH or -SiOH X in the silicon oxide film is believed to be due to contribute to the improvement of the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics.

【0008】乾燥酸化法の一種である塩酸酸化法は、タ
イムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性の向上には寄与する
ものの、経時絶縁破壊(TDDB)特性を向上させるこ
とができないという問題がある。また、塩酸酸化法は、
装置や酸化膜形成条件の管理が難しいという問題もあ
る。
The hydrochloric acid oxidation method, which is a kind of dry oxidation method, contributes to the improvement of the time-zero dielectric breakdown (TZDB) characteristic, but has a problem that the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic cannot be improved. In addition, the hydrochloric acid oxidation method
There is also a problem that it is difficult to control the apparatus and oxide film forming conditions.

【0009】加湿酸化法によって形成されたシリコン酸
化膜は、上述のとおり経時絶縁破壊(TDDB)特性が
優れている。そして、このようなシリコン酸化膜を窒素
ガスやアルゴンガス等の不活性ガス中で熱処理した場
合、上述の(E)、(F)といった改善は認められる
が、タイムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性が塩酸酸化法
によって形成されたシリコン酸化膜よりも低いという問
題がある。
The silicon oxide film formed by the humid oxidation method has excellent TDDB characteristics over time as described above. When such a silicon oxide film is heat-treated in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, the above-mentioned improvements (E) and (F) are recognized, but time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics There is a problem that it is lower than the silicon oxide film formed by the hydrochloric acid oxidation method.

【0010】絶縁膜を形成した後、例えば塩素を含有す
る反応性ガス雰囲気下で絶縁膜を加熱処理することを特
徴とする絶縁膜形成方法が、例えば特開平3−2196
32号公報に開示されている。この絶縁膜形成方法にお
いては、絶縁膜は赤外線ランプによる急速加熱によって
形成される。即ち、所謂乾燥酸化法により絶縁膜が形成
される。従って、この絶縁膜形成方法によって得られる
シリコン酸化膜の経時絶縁破壊(TDDB)特性は、加
湿酸化法にて得られるシリコン酸化膜の経時絶縁破壊
(TDDB)特性よりも劣っているという問題がある。
また、この絶縁膜形成方法は、絶縁膜形成中に未結合手
等に起因する膜欠陥を低減することを目的としており、
タイムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性や経時絶縁破壊
(TDDB)特性の向上を目的としたものではない。更
に、加熱処理を1000゜C×20秒間の所謂RTA
(Rapid Thermal Annealing)法にて行い、絶縁膜と基
板の界面近傍にSiClXから成るドーピング層を形成
する。
After the insulating film is formed, the insulating film is heat-treated in a reactive gas atmosphere containing chlorine, for example, and a method for forming an insulating film is disclosed in, for example, JP-A-3-2196.
No. 32 discloses this. In this insulating film forming method, the insulating film is formed by rapid heating with an infrared lamp. That is, the insulating film is formed by the so-called dry oxidation method. Therefore, there is a problem that the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic of the silicon oxide film obtained by this insulating film forming method is inferior to the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic of the silicon oxide film obtained by the humidification oxidation method. .
In addition, this insulating film forming method aims to reduce film defects caused by dangling bonds during the formation of the insulating film,
It is not intended to improve the time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristic or the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic. Furthermore, heat treatment is performed at 1000 ° C for 20 seconds, so-called RTA.
(Rapid Thermal Annealing) method is performed to form a doping layer of SiCl X near the interface between the insulating film and the substrate.

【0011】以上のとおり、従来の乾燥酸化法あるいは
加湿酸化法では、タイムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性
及び経時絶縁破壊(TDDB)特性の両方の特性を満足
し得るシリコン酸化膜を形成することができない。
As described above, according to the conventional dry oxidation method or humidification oxidation method, a silicon oxide film capable of satisfying both the time-zero dielectric breakdown (TZDB) characteristic and the time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic can be formed. Can not.

【0012】そこで、本出願人は、特願平5−8683
6号(特開平6−244173号公報参照)にて、タイ
ムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性及び経時絶縁破壊(T
DDB)特性の両方に優れたシリコン酸化膜の形成方法
を提案した。この方法においては、半導体基板上に加湿
酸化法にてシリコン酸化膜を形成した後、ハロゲン元素
を含有する不活性ガス雰囲気中でこのシリコン酸化膜を
熱処理する。
Therefore, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. 5-8683.
No. 6 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244173), time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics and time-dependent dielectric breakdown (T).
A method of forming a silicon oxide film having both excellent DDB) characteristics was proposed. In this method, a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate by a wet oxidation method, and then the silicon oxide film is heat-treated in an inert gas atmosphere containing a halogen element.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】MOS型半導体装置の
高集積化に伴い、ゲート酸化膜の薄膜化が要求されてい
る。例えば、SIA作成の「米国半導体技術ロードマッ
プ」によれば、ゲート長0.18μmのMOS型半導体
装置に必要とされるゲート酸化膜の厚さは4.5nmで
あり、0.13μmのMOS型半導体装置に必要とされ
るゲート酸化膜の厚さは、実に3.4nmと予想されて
いる。
With the high integration of MOS type semiconductor devices, it is required to reduce the thickness of the gate oxide film. For example, according to the "US Semiconductor Technology Roadmap" prepared by SIA, the thickness of the gate oxide film required for a MOS type semiconductor device having a gate length of 0.18 μm is 4.5 nm, and the thickness of the MOS type of 0.13 μm is required. The thickness of the gate oxide film required for the semiconductor device is actually expected to be 3.4 nm.

【0014】このように薄いシリコン酸化膜を形成しよ
うとした場合、乾燥酸化法と比較すると、加湿酸化法で
は酸化速度が早いため、酸化温度を低温にし、しかも酸
化時間を短くしなければならない。しかしながら、酸化
温度の低温化は、シリコン酸化膜の密度を低下させると
いう問題がある。また、酸化時間の短縮化は、シリコン
酸化膜の膜厚の均一化を妨げるという問題がある。従っ
て、加湿酸化法を採用して薄いシリコン酸化膜を形成す
る場合、酸化速度の抑制を図らなければならない。
When a thin silicon oxide film is to be formed in this manner, the humidification oxidation method has a higher oxidation rate than the dry oxidation method. Therefore, it is necessary to reduce the oxidation temperature and shorten the oxidation time. However, there is a problem that lowering the oxidation temperature lowers the density of the silicon oxide film. Further, shortening the oxidation time has a problem in that uniformization of the thickness of the silicon oxide film is prevented. Therefore, when forming a thin silicon oxide film by adopting the humidification oxidation method, it is necessary to suppress the oxidation rate.

【0015】酸化速度の抑制方法として、希釈乾燥酸化
法あるいは希釈加湿酸化法が知られている。これらの方
法においては、乾燥酸素又は加湿酸素を不活性ガス(主
に窒素ガスやアルゴンガス)で希釈した雰囲気でシリコ
ン酸化膜を形成する。しかしながら、希釈乾燥酸化法も
本質的には乾燥酸化法であるが故に、形成されたシリコ
ン酸化膜は、加湿酸化法にて形成されたシリコン酸化膜
と比較して、リーク電流が多く、経時絶縁破壊(TDD
B)特性が低い等の問題がある。一方、希釈加湿酸化法
は本質的には加湿酸化法であるが故に、乾燥酸化法にて
形成されたシリコン酸化膜と比較して、リーク電流が小
さい等の利点を有するが、タイムゼロ絶縁破壊(TZD
B)特性の一層の向上が望まれている。
As a method of suppressing the oxidation rate, a diluted dry oxidation method or a diluted humidification oxidation method is known. In these methods, a silicon oxide film is formed in an atmosphere in which dry oxygen or humidified oxygen is diluted with an inert gas (mainly nitrogen gas or argon gas). However, since the dilute dry oxidation method is also essentially a dry oxidation method, the formed silicon oxide film has a larger leak current than the silicon oxide film formed by the humidification oxidation method, and thus has a long-term insulation property. Destruction (TDD
B) There are problems such as poor characteristics. On the other hand, since the diluted humidification oxidation method is essentially a humidification oxidation method, it has advantages such as a small leak current as compared with a silicon oxide film formed by a dry oxidation method, but it has a time zero dielectric breakdown. (TZD
B) Further improvement of characteristics is desired.

【0016】従って、本発明の目的は、タイムゼロ絶縁
破壊(TZDB)特性及び経時絶縁破壊(TDDB)特
性に優れ、しかも薄く均一なシリコン酸化膜を形成する
ことができる、シリコン酸化膜の形成方法を提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a silicon oxide film which is excellent in time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics and time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics and which can form a thin and uniform silicon oxide film. To provide.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のシリコン酸化膜の形成方法は、加湿酸素を
不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板上にシリコ
ン酸化膜を形成した後、ハロゲン元素を含有する不活性
ガス雰囲気中で該シリコン酸化膜を熱処理することを特
徴とする。
According to the method of forming a silicon oxide film of the present invention for achieving the above object, a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas. After that, the silicon oxide film is heat-treated in an inert gas atmosphere containing a halogen element.

【0018】加湿酸素を希釈する不活性ガスは、窒素ガ
ス又はアルゴンガスとすることが好ましい。また、加湿
酸素を、純粋な水素を燃焼させて水分を作る方法である
パイロジェニック法にて得ることが、加湿酸化法の再現
性を高め且つ水量の管理を不要とする上で、好ましい。
The inert gas for diluting the humidified oxygen is preferably nitrogen gas or argon gas. Further, it is preferable to obtain the humidified oxygen by the pyrogenic method, which is a method of burning pure hydrogen to produce water, in order to improve the reproducibility of the humidified oxidation method and to eliminate the need to control the water amount.

【0019】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で、半
導体基板を600乃至1200゜C、好ましくは700
乃至1000゜C、更に好ましくは800乃至900゜
Cに加熱した状態で半導体基板を酸化することによって
シリコン酸化膜を半導体基板の表面に形成することが望
ましい。
In the method of forming a silicon oxide film according to the present invention, the semiconductor substrate is heated to 600 to 1200 ° C., preferably 700, in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas.
It is preferable to form a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate by oxidizing the semiconductor substrate while being heated to 1000 to 1000 ° C., more preferably 800 to 900 ° C.

【0020】また、熱処理はファーネス(炉)アニール
処理であることが望ましい。熱処理の温度は、600〜
1200゜C、好ましくは700〜1000゜C、更に
好ましくは700〜950゜Cである。また、熱処理の
時間は、5〜60分、好ましくは10〜40分、更に好
ましくは20〜30分である。不活性ガスとしては、窒
素ガス、アルゴンガスを例示することができる。
The heat treatment is preferably a furnace (furnace) annealing treatment. The heat treatment temperature is 600 to
The temperature is 1200 ° C, preferably 700 to 1000 ° C, more preferably 700 to 950 ° C. The heat treatment time is 5 to 60 minutes, preferably 10 to 40 minutes, and more preferably 20 to 30 minutes. Examples of the inert gas may include nitrogen gas and argon gas.

【0021】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、不活性ガス雰囲気中に含有されるハロゲン元素と
して、塩素、臭素、フッ素を挙げることができるが、な
かでも塩素であることが望ましい。不活性ガス中に含有
されるハロゲン元素の形態としては、例えば、HCl、
CCl4、C2HCl3、CH2Cl2、C23Cl3、Cl
2、Br2、HBr、NF3、SF6を挙げることができ
る。不活性ガス中のハロゲン元素の含有率は、分子又は
化合物の形態を基準として、0.001〜10容量%、
好ましくは0.005〜10容量%、更に好ましくは
0.01〜10容量%である。例えば塩酸ガスを用いる
場合、不活性ガス中の塩酸ガス含有率は0.01〜10
容量%であることが望ましい。
In the method for forming a silicon oxide film of the present invention, the halogen element contained in the inert gas atmosphere may be chlorine, bromine or fluorine, with chlorine being preferred. The form of the halogen element contained in the inert gas is, for example, HCl,
CCl 4 , C 2 HCl 3 , CH 2 Cl 2 , C 2 H 3 Cl 3 , Cl
2 , Br 2 , HBr, NF 3 and SF 6 can be mentioned. The content of the halogen element in the inert gas is 0.001 to 10% by volume, based on the form of the molecule or compound,
It is preferably 0.005 to 10% by volume, more preferably 0.01 to 10% by volume. For example, when using hydrochloric acid gas, the content of hydrochloric acid gas in the inert gas is 0.01 to 10
It is desirable that the content is% by volume.

【0022】半導体基板とは、シリコン単結晶ウエハと
いった半導体基板等、半導体基板そのものだけでなく、
半導体基板上にエピタキシャル層、多結晶層、あるいは
非晶質層が形成されたもの、更には、半導体基板やこれ
らの層に半導体素子が形成されたもの等、シリコン酸化
膜を形成すべき下地を意味する。半導体基板上にシリコ
ン酸化膜を形成するとは、半導体基板の上にシリコン酸
化膜を形成する場合だけでなく、半導体基板の表面にシ
リコン酸化膜を形成する場合を含む。シリコン半導体基
板の作製方法はCZ法、MCZ法、DLCZ法、FZ法
等、如何なる方法であってもよいし、また、予め水素ア
ニールが加えられたものでもよい。
The semiconductor substrate means not only the semiconductor substrate itself such as a silicon single crystal wafer but also the semiconductor substrate itself.
A semiconductor substrate on which an epitaxial layer, a polycrystalline layer, or an amorphous layer is formed, or a semiconductor substrate or a semiconductor element formed on these layers is used as a base for forming a silicon oxide film. means. Forming the silicon oxide film on the semiconductor substrate includes not only the case of forming the silicon oxide film on the semiconductor substrate but also the case of forming the silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate. The silicon semiconductor substrate may be manufactured by any method such as CZ method, MCZ method, DLCZ method and FZ method, or may be one to which hydrogen annealing has been added in advance.

【0023】本発明のシリコン酸化膜の熱処理法は、例
えばMOS型トランジスタのゲート酸化膜、層間絶縁膜
や素子分離領域の形成、トップゲート型若しくはボトム
ゲート型薄膜トランジスタのゲート酸化膜の形成、フラ
ッシュメモリのトンネル酸化膜の形成等、各種半導体装
置におけるシリコン酸化膜の形成に適用することができ
る。
The heat treatment method for a silicon oxide film of the present invention is performed by, for example, forming a gate oxide film of a MOS type transistor, an interlayer insulating film or an element isolation region, forming a gate oxide film of a top gate type or bottom gate type thin film transistor, a flash memory. The present invention can be applied to the formation of a silicon oxide film in various semiconductor devices such as the formation of a tunnel oxide film.

【0024】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、シリコン酸化膜は加湿酸化法にて形成されるの
で、得られたシリコン酸化膜は経時絶縁破壊(TDD
B)特性に優れる。しかも、ハロゲン元素を含有する不
活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜を熱処理するので、
シリコン酸化膜はタイムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性
に優れている。更には、加湿酸素を不活性ガスで希釈し
た雰囲気中で半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する
ので、薄い(特に10nm以下の)シリコン酸化膜を均
一に形成することができる。
In the method of forming a silicon oxide film of the present invention, the silicon oxide film is formed by the humid oxidation method, so that the obtained silicon oxide film has a dielectric breakdown (TDD) over time.
B) Excellent in characteristics. Moreover, since the silicon oxide film is heat-treated in an inert gas atmosphere containing a halogen element,
The silicon oxide film has excellent time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics. Furthermore, since the silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas, a thin (particularly 10 nm or less) silicon oxide film can be formed uniformly.

【0025】[0025]

【実施例】以下、実施例に基づき、図1及び図2を参照
して本発明のシリコン酸化膜の形成方法を説明する。
EXAMPLES A method for forming a silicon oxide film according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 based on examples.

【0026】(実施例1)実施例1においては、加湿酸
素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板を酸化
することによって、シリコン基板から成る半導体基板の
表面にシリコン酸化膜を形成した。具体的には、従来の
パイロジェニック法にて得られた加湿酸素を、窒素ガス
から成る不活性ガスで希釈し、かかる雰囲気中で半導体
基板10を酸化することによって、厚さ3nmのシリコ
ン酸化膜11を形成した(図1の(A)参照)。水素ガ
ス/酸素ガス/窒素ガスの流量比を1/1/8とした。
尚、水素ガスと酸素ガスとを1/1に混合し、水素ガス
を燃焼させて水蒸気を生成した後、窒素ガスで希釈す
る。また、シリコン酸化膜形成時の半導体基板の加熱温
度を800゜Cとした。尚、必要に応じて、シリコン酸
化膜の形成前に、半導体基板表面の清浄化(化学薬品や
純水を用いた洗浄、還元ガス雰囲気中での熱処理による
自然酸化膜の除去)を行う。
Example 1 In Example 1, a silicon oxide film was formed on the surface of a semiconductor substrate made of a silicon substrate by oxidizing the semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen was diluted with an inert gas. Specifically, the humidified oxygen obtained by the conventional pyrogenic method is diluted with an inert gas composed of nitrogen gas, and the semiconductor substrate 10 is oxidized in such an atmosphere to form a silicon oxide film having a thickness of 3 nm. 11 was formed (see FIG. 1A). The flow rate ratio of hydrogen gas / oxygen gas / nitrogen gas was set to 1/1/8.
It should be noted that hydrogen gas and oxygen gas are mixed to 1/1, the hydrogen gas is burned to generate water vapor, and then diluted with nitrogen gas. The heating temperature of the semiconductor substrate during the formation of the silicon oxide film was 800 ° C. If necessary, before forming the silicon oxide film, the surface of the semiconductor substrate is cleaned (cleaning with chemicals or pure water, removal of the natural oxide film by heat treatment in a reducing gas atmosphere).

【0027】次に、ハロゲン元素を含有する不活性ガス
雰囲気中でシリコン酸化膜11を熱処理した(図1の
(B)参照)。具体的には、塩酸ガスを0.1容量%含
有する窒素ガス雰囲気中で、850゜C×30分間の熱
処理条件にてシリコン酸化膜を熱処理した。熱処理には
ファーネス装置を用いた。尚、後述する図2に示す酸化
装置において、別に、ハロゲン元素を含有する不活性ガ
スを熱処理炉20に供給する配管を設け、熱処理炉20
内でシリコン酸化膜を熱処理してもよい。
Next, the silicon oxide film 11 was heat-treated in an inert gas atmosphere containing a halogen element (see FIG. 1B). Specifically, the silicon oxide film was heat-treated under a heat treatment condition of 850 ° C. × 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere containing 0.1% by volume of hydrochloric acid gas. A furnace was used for the heat treatment. In the oxidation device shown in FIG. 2 described later, a pipe for supplying an inert gas containing a halogen element to the heat treatment furnace 20 is provided separately,
The silicon oxide film may be heat-treated inside.

【0028】その後、公知のCVD技術、フォトリソグ
ラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、シリコ
ン酸化膜11の上にリン・ドープト・ポリシリコンから
成るゲート電極12を形成した(図1の(C)参照)。
こうして、所謂MOSキャパシタを形成した。
After that, the gate electrode 12 made of phosphorus-doped polysilicon is formed on the silicon oxide film 11 by using the known CVD technique, photolithography technique and dry etching technique (see FIG. 1C). ).
Thus, a so-called MOS capacitor was formed.

【0029】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中
で半導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を
形成するための酸化装置の一例を、図2に模式的な断面
図で示す。この酸化装置は、内部で半導体基板を酸化す
るための熱処理炉20と、配管40を介して熱処理炉2
0に接続された水蒸気生成手段30と、配管40に接続
された不活性ガス供給管41から構成されている。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of an oxidizing device for forming a silicon oxide film by oxidizing a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas. This oxidation device includes a heat treatment furnace 20 for internally oxidizing a semiconductor substrate and a heat treatment furnace 2 via a pipe 40.
The water vapor generating means 30 connected to 0 and the inert gas supply pipe 41 connected to the pipe 40.

【0030】熱処理炉20は、処理室21と、処理室2
1の外周に配置されたヒーター22を備えている。処理
室21は、例えば縦型円筒形の石英管を二重に配置した
構造を有する。配管40は、その一端が熱処理炉20の
処理室21に接続され、他端が水蒸気生成手段30の燃
焼室31に接続されている。また、配管40の途中に
は、不活性ガス供給管41が接続されている。
The heat treatment furnace 20 includes a processing chamber 21 and a processing chamber 2
1 is provided with a heater 22 arranged on the outer circumference. The processing chamber 21 has a structure in which, for example, a vertical cylindrical quartz tube is arranged in double. One end of the pipe 40 is connected to the processing chamber 21 of the heat treatment furnace 20, and the other end thereof is connected to the combustion chamber 31 of the steam generating means 30. An inert gas supply pipe 41 is connected in the middle of the pipe 40.

【0031】水蒸気生成手段30は、石英から成る燃焼
室31と、この燃焼室31内に挿入された水素ガス供給
管32及び酸素ガス供給管33と、燃焼室31に挿入さ
れる手前の水素ガス供給管32及び酸素ガス供給管33
の外周に配置された加熱手段34から構成されている。
燃焼室31の内部で水素ガスと酸素ガスを反応させて水
蒸気を生成する。生成された水蒸気は途中で不活性ガス
供給管41からの不活性ガス(例えば、窒素ガス)によ
って希釈され、配管40を通じて熱処理炉20に供給さ
れる。
The steam generating means 30 includes a combustion chamber 31 made of quartz, a hydrogen gas supply pipe 32 and an oxygen gas supply pipe 33 inserted in the combustion chamber 31, and a hydrogen gas before the combustion chamber 31. Supply pipe 32 and oxygen gas supply pipe 33
The heating means 34 is disposed on the outer circumference of the.
Inside the combustion chamber 31, hydrogen gas and oxygen gas are reacted to generate water vapor. The generated water vapor is diluted with an inert gas (for example, nitrogen gas) from the inert gas supply pipe 41 on the way and supplied to the heat treatment furnace 20 through the pipe 40.

【0032】半導体基板10の表面にシリコン酸化膜を
形成する場合、先ず、熱処理炉20の処理室21内に、
石英ボート(図示せず)に保持させた状態の複数の半導
体基板10を収納する。そして、ヒーター22によって
処理室21の内部を所定の温度(例えば800゜C)に
加熱する。
When forming a silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate 10, first, in the processing chamber 21 of the heat treatment furnace 20,
A plurality of semiconductor substrates 10 held in a quartz boat (not shown) are stored. Then, the heater 22 heats the inside of the processing chamber 21 to a predetermined temperature (for example, 800 ° C.).

【0033】その後、水蒸気生成手段30の水素ガス供
給管32及び酸素ガス供給管33から、燃焼室31内に
水素ガスと酸素ガスとを1/1の割合で供給する。この
際、加熱手段34によって500゜C程度に加熱された
水素ガスと酸素ガスを燃焼室31に供給する。これによ
って、燃焼室31の内部では、水素ガスと酸素ガスとが
燃焼反応を起こし、水蒸気が生成される。燃焼室31か
らの水蒸気を含むガスは配管40に導入される。また、
不活性ガス供給管41から、例えば窒素ガスから成る不
活性ガスが配管40に導入される。尚、不活性ガスの流
量割合を、水素ガスの8倍とした。これによって、燃焼
室31からの水蒸気を含むガスは、不活性ガスによって
希釈され、熱処理炉20の処理室21内に導入される。
導入された混合ガス(不活性ガスによって希釈されたガ
ス)は、処理室21の外周に配置されたヒーター22に
よって800゜C程度に加熱され、半導体基板10の表
面に供給される。その結果、半導体基板10の表面が酸
化され、シリコン酸化膜11が形成される。
After that, hydrogen gas and oxygen gas are supplied into the combustion chamber 31 at a ratio of 1/1 from the hydrogen gas supply pipe 32 and the oxygen gas supply pipe 33 of the steam generating means 30. At this time, hydrogen gas and oxygen gas heated to about 500 ° C. by the heating means 34 are supplied to the combustion chamber 31. As a result, inside the combustion chamber 31, the hydrogen gas and the oxygen gas undergo a combustion reaction to generate water vapor. Gas containing water vapor from the combustion chamber 31 is introduced into the pipe 40. Also,
From the inert gas supply pipe 41, an inert gas such as nitrogen gas is introduced into the pipe 40. The flow rate ratio of the inert gas was 8 times that of hydrogen gas. As a result, the gas containing water vapor from the combustion chamber 31 is diluted with the inert gas and introduced into the processing chamber 21 of the heat treatment furnace 20.
The introduced mixed gas (gas diluted with an inert gas) is heated to about 800 ° C. by the heater 22 arranged on the outer periphery of the processing chamber 21 and supplied to the surface of the semiconductor substrate 10. As a result, the surface of the semiconductor substrate 10 is oxidized and the silicon oxide film 11 is formed.

【0034】(実施例2)実施例2においては、水素ガ
ス/酸素ガス/窒素ガスの流量比を1/1/16とした
点が、実施例1と異なる。シリコン酸化膜形成時の半導
体基板の加熱温度、ハロゲン元素を含有する不活性ガス
雰囲気中でのシリコン酸化膜の熱処理条件は、実施例1
と同様とした。
(Embodiment 2) The embodiment 2 is different from the embodiment 1 in that the flow rate ratio of hydrogen gas / oxygen gas / nitrogen gas is 1/1/16. The heating temperature of the semiconductor substrate at the time of forming the silicon oxide film and the heat treatment conditions of the silicon oxide film in the inert gas atmosphere containing the halogen element are the same as those in Example
The same as above.

【0035】(比較例)比較例においては、ハロゲン元
素を含有する不活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜を熱
処理する代わりに、窒素ガスのみから成る不活性ガス雰
囲気中でシリコン酸化膜を熱処理した点が、実施例1と
異なる。シリコン酸化膜を形成する際の水素ガス/酸素
ガス/窒素ガスの流量比は、実施例1と同様に、1/1
/8とした。また、シリコン酸化膜形成時の半導体基板
の加熱温度は実施例1と同様とした。更には、不活性ガ
スのみの雰囲気中でのシリコン酸化膜の熱処理条件も、
実施例1と同様とした。
Comparative Example In the comparative example, instead of heat-treating the silicon oxide film in an atmosphere of an inert gas containing a halogen element, the silicon oxide film was heat-treated in an atmosphere of an inert gas containing only nitrogen gas. However, it differs from the first embodiment. The flow rate ratio of hydrogen gas / oxygen gas / nitrogen gas at the time of forming the silicon oxide film is 1/1 as in the first embodiment.
/ 8. The heating temperature of the semiconductor substrate during the formation of the silicon oxide film was the same as in Example 1. Furthermore, the heat treatment conditions of the silicon oxide film in the atmosphere of only the inert gas,
Same as Example 1.

【0036】経時絶縁破壊(TDDB)特性を以下の方
法で評価した。1枚の半導体基板10に50個のMOS
キャパシタを作製した。また、シリコン酸化膜11の上
に形成したゲート電極12の面積を0.1mm2とし
た。図3に模式的に図示する回路を作り、シリコン酸化
膜11に一定の Fowler-Nordheim 電流(J=0.1A
/cm2)を注入する定電流TDDB法により、絶縁破
壊に至るまでにシリコン酸化膜11中を流れた総電荷量
[所謂クーロンブレイクダウン(QBD)]を測定した。
ここで、QBDは、J(A/cm2)と、絶縁破壊に至る
までの時間tBDの積(QB D=J×tBD)によって求めら
れる。
The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics were evaluated by the following method. 50 MOSs on one semiconductor substrate 10
A capacitor was produced. The area of the gate electrode 12 formed on the silicon oxide film 11 was set to 0.1 mm 2 . A circuit schematically shown in FIG. 3 is formed, and a constant Fowler-Nordheim current (J = 0.1 A) is applied to the silicon oxide film 11.
/ Cm 2 ), a constant current TDDB method was used to measure the total amount of charges [so-called Coulomb breakdown (Q BD )] that flowed in the silicon oxide film 11 until dielectric breakdown.
Here, Q BD includes a J (A / cm 2), determined by the product (Q B D = J × t BD) of time t BD until insulation breakdown.

【0037】実施例1、比較例1及び比較例に基づき作
製したMOSキャパシタのQBD測定から得られた不良率
(偶発故障期間から真性故障期間に移行する時点におけ
る不良率)を表1に示す。
Table 1 shows the failure rates (failure rates at the time of transition from the random failure period to the true failure period) obtained from the Q BD measurement of the MOS capacitors manufactured according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example. .

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】実施例1及び実施例2は、比較例と較べて
不良率が大幅に低下している。これは、ハロゲン元素を
含有する不活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜を熱処理
することによって、シリコン酸化膜中にハロゲン原子
(具体的には、塩素)が導入され、その結果、経時絶縁
破壊(TDDB)特性の劣化の原因となる金属不純物が
除去され、あるいは又、Siの不対結合の終端がなされ
たためと推定される。
The defective rate of Examples 1 and 2 is significantly lower than that of Comparative Example. This is because a halogen atom (specifically, chlorine) is introduced into the silicon oxide film by heat-treating the silicon oxide film in an atmosphere of an inert gas containing a halogen element, and as a result, a dielectric breakdown (TDDB) over time occurs. ) It is presumed that the metal impurities that cause the deterioration of the characteristics are removed or the unpaired bonds of Si are terminated.

【0040】以上、本発明を好適な実施例に基づき説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。パイロジェニック法の条件や熱処理の条件、シリ
コン酸化膜の厚さ、不活性ガスの種類、ハロゲン元素の
種類や形態は例示であり、適宜変更することができる。
加湿酸化法として、酸素等のキャリアガスに水蒸気を混
ぜあるいは乾燥酸素を水バブラに通す従来の加湿酸化法
を採用することもできる。
The present invention has been described above based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. The conditions of the pyrogenic method and the conditions of the heat treatment, the thickness of the silicon oxide film, the type of the inert gas, the type and the form of the halogen element are examples, and can be appropriately changed.
As the humidification oxidation method, a conventional humidification oxidation method in which water vapor is mixed with a carrier gas such as oxygen or dry oxygen is passed through a water bubbler can be employed.

【0041】シリコン酸化膜は、単層から構成されてい
ても、複数層から構成されていてもよい。シリコン酸化
膜が複数層から構成されている場合、いずれかの層が本
発明のシリコン酸化膜の形成方法によって形成されてい
ればよい。また、残りの層は、塩酸酸化法を含む乾燥酸
化法、加圧酸化法、分圧酸化法、希釈酸化法、低温酸化
法、RTP(急速熱処理による酸化法)などの従来の酸
化法から形成することができる。
The silicon oxide film may be composed of a single layer or a plurality of layers. When the silicon oxide film is composed of a plurality of layers, any of the layers may be formed by the method for forming a silicon oxide film of the present invention. The remaining layer is formed by a conventional oxidation method such as a dry oxidation method including a hydrochloric acid oxidation method, a pressure oxidation method, a partial pressure oxidation method, a dilution oxidation method, a low temperature oxidation method, or an RTP (rapid thermal oxidation method). can do.

【0042】図2に示した酸化装置は例示であり、適宜
設計変更することができる。例えば、図4に示す酸化装
置においては、不活性ガス供給管41の外周に、加熱手
段42が配設されている。この加熱手段42によって、
不活性ガス供給管41を通過する不活性ガスを、例えば
800゜C程度に加熱することができる。このため、配
管40内では不活性ガスによって水蒸気が冷却されるこ
となく不活性ガスと混合され、この混合ガス(不活性ガ
スによって希釈されたガス)が熱処理炉20に供給され
る。従って、水蒸気中に含まれている不純物が粒子(パ
ーティクル)として析出することを防ぐことができる。
その結果、熱処理炉20では、気体のみで構成された混
合ガス中で半導体基板10の熱処理が行われ、粒子(パ
ーティクル)が半導体基板10の表面に付着することな
く、シリコン酸化膜を形成することが可能となる。更
に、熱処理炉20に供給される混合ガスは熱処理温度で
ある800゜C程度に保たれるため、半導体基板10が
混合ガスによって冷却されることが防止できる。従っ
て、熱処理炉20の内部では、半導体基板10の配置位
置によるシリコン酸化膜の成長速度のばらつきを抑えた
酸化処理を行うことができる。
The oxidizer shown in FIG. 2 is an example, and the design can be changed appropriately. For example, in the oxidizing device shown in FIG. 4, the heating means 42 is arranged on the outer circumference of the inert gas supply pipe 41. By this heating means 42,
The inert gas passing through the inert gas supply pipe 41 can be heated to, for example, about 800 ° C. Therefore, in the pipe 40, the steam is mixed with the inert gas without being cooled by the inert gas, and this mixed gas (gas diluted with the inert gas) is supplied to the heat treatment furnace 20. Therefore, it is possible to prevent the impurities contained in the water vapor from precipitating as particles.
As a result, in the heat treatment furnace 20, the semiconductor substrate 10 is heat-treated in a mixed gas composed of only gas to form a silicon oxide film without particles adhering to the surface of the semiconductor substrate 10. Is possible. Furthermore, since the mixed gas supplied to the heat treatment furnace 20 is maintained at a heat treatment temperature of about 800 ° C., the semiconductor substrate 10 can be prevented from being cooled by the mixed gas. Therefore, inside the heat treatment furnace 20, it is possible to perform an oxidation process that suppresses variations in the growth rate of the silicon oxide film depending on the arrangement position of the semiconductor substrate 10.

【0043】図5に示した酸化装置では、水蒸気生成手
段30の燃焼室31に不活性ガス供給管41が接続され
ている。それ故、燃焼室31では、不活性ガスの存在下
で水素ガスと酸素ガスの燃焼反応が進行し、水蒸気と不
活性ガスの混合ガスが形成される。従って、水蒸気は混
合ガスに含まれた状態で、冷却されることなく、熱処理
炉20に供給される。その結果、混合ガス中に含まれて
いる不純物が粒子(パーティクル)として析出すること
を防ぐことができる。従って、熱処理炉20では、気体
のみで構成された混合ガス中で半導体基板10の熱処理
が行われ、粒子(パーティクル)を付着させることなく
シリコン酸化膜を形成することが可能になる。また、混
合ガスは、燃焼反応によって生成され、反応熱によって
所定の温度に加熱されているので、熱処理炉20の内部
では、半導体基板10の配置位置によるシリコン酸化膜
の成長速度のばらつきを抑えた酸化処理を行うことがで
きる。
In the oxidizing device shown in FIG. 5, an inert gas supply pipe 41 is connected to the combustion chamber 31 of the steam generating means 30. Therefore, in the combustion chamber 31, the combustion reaction of hydrogen gas and oxygen gas proceeds in the presence of the inert gas, and a mixed gas of water vapor and the inert gas is formed. Therefore, the water vapor is supplied to the heat treatment furnace 20 in a state of being contained in the mixed gas without being cooled. As a result, it is possible to prevent the impurities contained in the mixed gas from being deposited as particles. Therefore, in the heat treatment furnace 20, the semiconductor substrate 10 is heat-treated in a mixed gas composed of only gas, and the silicon oxide film can be formed without adhering particles. Further, since the mixed gas is generated by the combustion reaction and is heated to a predetermined temperature by the reaction heat, the variation in the growth rate of the silicon oxide film depending on the arrangement position of the semiconductor substrate 10 is suppressed inside the heat treatment furnace 20. Oxidation treatment can be performed.

【0044】図6に示した酸化装置では、不活性ガス供
給管41が、加熱手段34より上流の水素ガス供給管3
2に接続されている。これによって、図5に示した酸化
装置と同様に、燃焼室31では、不活性ガスの存在下で
水素ガスと酸素ガスの燃焼反応が進行し、水蒸気と不活
性ガスの混合ガスが形成される。尚、不活性ガス供給管
41を、加熱手段34より上流の酸素ガス供給管33に
接続してもよい。このような構成にすることによって、
図5に示した酸化装置と同様に、混合ガス中に粒子(パ
ーティクル)が析出することを防止することができる。
In the oxidizer shown in FIG. 6, the inert gas supply pipe 41 has the hydrogen gas supply pipe 3 upstream of the heating means 34.
2 are connected. As a result, similar to the oxidizing device shown in FIG. 5, in the combustion chamber 31, the combustion reaction of hydrogen gas and oxygen gas proceeds in the presence of the inert gas, and a mixed gas of water vapor and the inert gas is formed. . The inert gas supply pipe 41 may be connected to the oxygen gas supply pipe 33 upstream of the heating means 34. With such a configuration,
Similar to the oxidizer shown in FIG. 5, it is possible to prevent particles from being deposited in the mixed gas.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明のシリコン酸化膜の形成方法によ
って形成されるシリコン酸化膜は、従来の加湿酸化法あ
るいは乾燥酸化法の一種である塩酸酸化法と比較して、
優れたタイムゼロ絶縁破壊(TZDB)特性及び経時絶
縁破壊(TDDB)特性を有している。また、加湿酸素
を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板上にシリ
コン酸化膜を形成するので、酸化速度を抑制することが
でき、均一で薄いシリコン酸化膜を確実に且つ容易に形
成することができる。
The silicon oxide film formed by the method for forming a silicon oxide film according to the present invention has a greater effect than the conventional wet oxidation method or dry oxidation method, that is, the hydrochloric acid oxidation method.
It has excellent time-zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics and time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics. Further, since the silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas, the oxidation rate can be suppressed, and a uniform and thin silicon oxide film can be formed reliably and easily. You can

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

【図1】本発明のシリコン酸化膜の形成方法を説明する
ための、半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for forming a silicon oxide film of the present invention.

【図2】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の一例の模式的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of an oxidation device for forming a silicon oxide film by oxidizing a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas.

【図3】経時絶縁破壊(TDDB)特性の評価のために
使用した回路の模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a circuit used for evaluation of time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics.

【図4】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の別の例の模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another example of an oxidation device for forming a silicon oxide film by oxidizing a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas.

【図5】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の更に別の例の模式的な断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of still another example of an oxidation device for forming a silicon oxide film by oxidizing a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas.

【図6】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の更に別の例の模式的な断面図であ
る。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of yet another example of an oxidation device for forming a silicon oxide film by oxidizing a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・半導体基板、11・・・シリコン酸化膜、1
2・・・ゲート電極、20・・・熱処理炉、21・・・
処理室、22・・・ヒーター、30・・・水蒸気生成手
段、31・・・燃焼室、32・・・水素ガス供給管、3
3・・・酸素ガス供給管、34・・・加熱手段、40・
・・配管、41・・・不活性ガス供給管、42・・・加
熱手段
10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Silicon oxide film, 1
2 ... Gate electrode, 20 ... Heat treatment furnace, 21 ...
Processing chamber, 22 ... Heater, 30 ... Steam generating means, 31 ... Combustion chamber, 32 ... Hydrogen gas supply pipe, 3
3 ... Oxygen gas supply pipe, 34 ... Heating means, 40 ...
..Piping, 41 ... Inert gas supply pipe, 42 ... Heating means

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中
で半導体基板上にシリコン酸化膜を形成した後、ハロゲ
ン元素を含有する不活性ガス雰囲気中で該シリコン酸化
膜を熱処理することを特徴とするシリコン酸化膜の形成
方法。
1. A silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas, and then the silicon oxide film is heat-treated in an inert gas atmosphere containing a halogen element. A method for forming a silicon oxide film.
【請求項2】加湿酸素を希釈する不活性ガスは、窒素ガ
ス又はアルゴンガスであることを特徴とする請求項1に
記載のシリコン酸化膜の形成方法。
2. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the inert gas for diluting the humidified oxygen is nitrogen gas or argon gas.
【請求項3】加湿酸素をパイロジェニック法にて得るこ
とを特徴とする請求項2に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。
3. The method for forming a silicon oxide film according to claim 2, wherein the humidified oxygen is obtained by a pyrogenic method.
【請求項4】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中
で、半導体基板を600乃至1200゜Cに加熱した状
態で半導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜
を半導体基板の表面に形成することを特徴とする請求項
1に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
4. A silicon oxide film is formed on the surface of a semiconductor substrate by oxidizing the semiconductor substrate while heating the semiconductor substrate to 600 to 1200 ° C. in an atmosphere in which humidified oxygen is diluted with an inert gas. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein.
【請求項5】熱処理はファーネスアニール処理であるこ
とを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。
5. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the heat treatment is a furnace annealing treatment.
【請求項6】熱処理は600乃至1200゜Cの温度で
行われることを特徴とする請求項5に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。
6. The method for forming a silicon oxide film according to claim 5, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 600 to 1200 ° C.
【請求項7】不活性ガス雰囲気中に含有されるハロゲン
元素は塩素であることを特徴とする請求項1に記載のシ
リコン酸化膜の形成方法。
7. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the halogen element contained in the inert gas atmosphere is chlorine.
【請求項8】前記塩素は塩酸の形態であり、不活性ガス
雰囲気中に含有される塩酸濃度は0.01乃至10容量
%であることを特徴とする請求項7に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。
8. The silicon oxide film according to claim 7, wherein the chlorine is in the form of hydrochloric acid, and the concentration of hydrochloric acid contained in the inert gas atmosphere is 0.01 to 10% by volume. Forming method.
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