JPS61199639A - Method for oxidation of semiconductor - Google Patents

Method for oxidation of semiconductor

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JPS61199639A
JPS61199639A JP60040176A JP4017685A JPS61199639A JP S61199639 A JPS61199639 A JP S61199639A JP 60040176 A JP60040176 A JP 60040176A JP 4017685 A JP4017685 A JP 4017685A JP S61199639 A JPS61199639 A JP S61199639A
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俊之 鮫島
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Abstract

PURPOSE:To enable to uniformly form an oxide film on the surface layer part of a substrate at a high speed by a method wherein strong oxidizing gas is photodecomposed using the energy beam having photodecomposable energy, and the surface of the semiconductor is oxidized by the photodecomposed oxygen atoms in excited state. CONSTITUTION:The laser beam (a) of the XeF excimer laser to be used to heat a substrate in advance is made to irradiate on the silicon substrate 2 arranged in the reaction chamber 3 of an oxide film forming device 1 through the intermediary of a quartz window 4. Besides, the mixed gas of ozone and oxygen, which is the strong oxidizing gas with which the surface layer part of the silicon oxidizing gas to be used to oxidize the surface layer part of the silicon substrate 2 at a high speed by generating photo-decomposition, is sent to a reaction chamber 3, and the laser beam (b) of the KrF excimer laser is made to irradiate as a different beam. The oxygen atoms, which is the constituting atoms of the atmospheric mixed gas of the reaction chamber 3, is photo-decomposed or photo-excited by the laser beam (b), and an oxide film is formed on the surface part of the silicon substrate 2 at a high speed by having the oxygen atoms of said mixed gas to easily couple with the Si atoms which is the constituting atoms of the silicon substrate 2 preheated by the laser beam (a) of the XeF excimer laser.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の酸化方法に関し、特に半導体の表層
に酸化膜を形成する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for oxidizing a semiconductor, and particularly to a method for forming an oxide film on the surface layer of a semiconductor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年の半導体装置の製造工程においては、酸化膜形成が
不可欠な技術になっている。
In recent years, oxide film formation has become an essential technology in the manufacturing process of semiconductor devices.

従来、半導体装置の製造工程の中でもシリコン基板など
の半導体基板上に酸化膜を形成する方法としては、たと
えば、乾燥酸化、水蒸気酸化などの熱酸化による方法や
、気相成長法などが知られている。
Conventionally, methods for forming oxide films on semiconductor substrates such as silicon substrates in the manufacturing process of semiconductor devices include thermal oxidation methods such as dry oxidation and steam oxidation, and vapor phase growth methods. There is.

しかしながら、技術の進歩に伴う歩留り向上の要求や、
平面的のみならず立体的な微細化の要求があり、これら
の要求に答える技術として低温で迅速かつ高精度に酸化
膜を形成する方法が求められ、これに応する一例として
、エキシマレーザ−などの半導体基体の表層に吸収され
この表層部分を瞬時加熱する短波長のパルスレーザ−を
、半導体基板の内部側を低温に保ちながら酸素雰囲気中
の上記半導体基板に照射し、迅速に表層部分に酸化膜を
形成するとともに、この内部側の歪などの発生を防止す
るような酸化膜の形成の方法が知られている。
However, the demand for yield improvement due to technological advances,
There is a demand for not only two-dimensional but also three-dimensional miniaturization, and as a technology to meet these demands, there is a need for a method to form oxide films quickly and with high precision at low temperatures. A short-wavelength pulsed laser that is absorbed by the surface layer of the semiconductor substrate and instantaneously heats the surface layer is irradiated onto the semiconductor substrate in an oxygen atmosphere while keeping the inside of the semiconductor substrate at a low temperature, rapidly oxidizing the surface layer. A method of forming an oxide film is known that not only forms a film but also prevents the occurrence of distortion on the inside thereof.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

前述のように、短波長のパルスレーザ−には、高速に酸
化膜を形成できる他、低温で基板内部にダメージを与え
ることなく酸化を行うことができるという長所がある。
As mentioned above, a short wavelength pulsed laser has the advantage of not only being able to form an oxide film at high speed, but also being able to perform oxidation at low temperatures without damaging the inside of the substrate.

しかし、雰囲気を酸素02にすることでは表面の酸化反
応速度が遅く、十分に短波長レーザーの性能を引き出せ
ないのみならず、酸化反応が瞬時にかつ低温で行われる
ため、SiOと5i02とが併存するような不均一な酸
化膜が形成されるおそれもある。
However, if the atmosphere is oxygen 02, the oxidation reaction rate on the surface is slow, and not only is it not possible to bring out the performance of a short wavelength laser sufficiently, but also the oxidation reaction is instantaneous and at low temperature, so SiO and 5i02 coexist. There is also a risk that a non-uniform oxide film may be formed.

本発明は、このような問題点に鑑み、半導体の表層部分
に高速でかつ均一に酸化膜を形成する方法を提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of these problems, an object of the present invention is to provide a method for uniformly forming an oxide film on the surface layer of a semiconductor at high speed.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、強酸化性ガスを光分解可能なエネルギーを有
するエネルギービームを用いて光分解し、光分解された
励起状態の酸素原子により半導体の表面を酸化する半導
体の酸化方法により、上述の問題点を解決するものであ
る。
The present invention solves the above-mentioned problems by using a semiconductor oxidation method in which a strong oxidizing gas is photolyzed using an energy beam having photolytic energy, and the surface of the semiconductor is oxidized by the photolyzed excited state oxygen atoms. This solves the problem.

〔作用〕[Effect]

強酸化性ガスに光吸収させることによって解離あるいは
さらに強酸化性ガスの構成原子の電子系を光励起状態し
、この励起状態の強酸化性ガスの構成原子と基板の構成
原子とが容易に酸化反応するため、酸化膜が均一かつ高
速に形成される。
By causing the strong oxidizing gas to absorb light, the electron system of the constituent atoms of the strongly oxidizing gas is dissociated or further photoexcited, and the constituent atoms of the strongly oxidizing gas in this excited state and the constituent atoms of the substrate easily undergo an oxidation reaction. Therefore, the oxide film is formed uniformly and quickly.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1の実施例は、第1図に示すように強酸化性ガスにオ
ゾンと酸素の混合ガス(分圧0.5気圧の02ガスと、
1%の03ガスを含む分圧0.5気圧の02ガスとの混
合ガス)を用い、該ガスを光分解する光源としてKrF
エキシマレーザ−(波長249nm)を使用した例であ
る。
In the first embodiment, as shown in FIG.
A mixed gas containing 1% 03 gas and 02 gas at a partial pressure of 0.5 atmospheres was used, and KrF was used as a light source to photolyze the gas.
This is an example using an excimer laser (wavelength: 249 nm).

まず、この例では、予め基板を加熱するXeFエキシマ
レーザ−(波長350nm)のレーザービームaが石英
窓4を介して酸化膜形成装置1の反応室3に配置された
シリコン基板2に照射する。
First, in this example, a laser beam a of an XeF excimer laser (wavelength: 350 nm) that heats the substrate in advance is applied to the silicon substrate 2 placed in the reaction chamber 3 of the oxide film forming apparatus 1 through the quartz window 4 .

このXeFエキシマレーザ−はパルスレーザ−であり、
XeFエキシマレーザ−のレーザービームaは図中上方
より照射されシリコン基板2の表層部を加熱する。この
予備加熱は、およそ900℃以下で行われ、従って基板
の内部に熱的な歪を生ずることはない、さらにこのシリ
コン基板2の表層部の加熱と前後して、光分解を生じて
高速にシリコン基板2の表層部を酸化する強酸化性ガス
であるオゾンと酸素の混合ガスを上記反応室3に送る。
This XeF excimer laser is a pulse laser,
A laser beam a of the XeF excimer laser is irradiated from above in the figure and heats the surface layer of the silicon substrate 2. This preheating is performed at a temperature of about 900° C. or lower, and therefore does not cause thermal distortion inside the substrate.Furthermore, before and after heating the surface layer of the silicon substrate 2, photodecomposition occurs and the temperature increases at high speed. A mixed gas of ozone and oxygen, which is a strong oxidizing gas that oxidizes the surface layer of the silicon substrate 2, is sent to the reaction chamber 3.

この混合ガスを送ることによって上記反応室3の雰囲気
は上記混合ガスになり、上記酸化膜形成装置1の反応室
3内の上記混合ガスに、別ビームとしてKrFエキシマ
レーザ−のレーザービームbを照射する。
By sending this mixed gas, the atmosphere in the reaction chamber 3 becomes the mixed gas, and the mixed gas in the reaction chamber 3 of the oxide film forming apparatus 1 is irradiated with a laser beam b of a KrF excimer laser as a separate beam. do.

上記KrFエキシマレーザ−のレーザービームbは、上
記反応室3の雰囲気の混合ガスの構成原子である酸素原
子を光分解あるいは光励起する。
The laser beam b of the KrF excimer laser photolyzes or photoexcites oxygen atoms, which are constituent atoms of the mixed gas in the atmosphere of the reaction chamber 3.

そして、この混合ガスの酸素原子が、XeFエキシマレ
ーザ−のレーザービームaによって予備加熱されたシリ
コン基板2の構成原子であるSi原子と容易に結合する
ことによって高速に酸化膜がシリコン基板2の表層部に
形成される。
The oxygen atoms of this mixed gas easily combine with the Si atoms, which are the constituent atoms of the silicon substrate 2, which have been preheated by the laser beam a of the XeF excimer laser, so that an oxide film is rapidly formed on the surface of the silicon substrate 2. formed in the part.

この反応について説明すると、第2図に示すよウニ強酸
化性ガスと照射されるエネルギービームの波長との関係
およびシリコン基板と照射されるエネルギービームの波
長との関係があり、まず、強酸化性ガスと照射されるエ
ネルギービームの波長との関係では、この第1の実施例
のように強酸化性ガスとして03ガスを含む場合には、
Q3’  m O2+ OX という光分解によって、励起状態の酸素原子0車が生成
され、この生成された励起状態の酸素原子0本は、酸化
力が強いため迅速な酸化反応を実現できる。
To explain this reaction, as shown in Figure 2, there is a relationship between the sea urchin strongly oxidizing gas and the wavelength of the energy beam irradiated, and a relationship between the silicon substrate and the wavelength of the energy beam irradiated. In terms of the relationship between the gas and the wavelength of the irradiated energy beam, when 03 gas is included as the strong oxidizing gas as in this first embodiment,
The photodecomposition of Q3' m O2+ OX generates zero oxygen atoms in an excited state, and the generated zero oxygen atoms in an excited state have a strong oxidizing power, so that a rapid oxidation reaction can be realized.

”続いて、上記混合ガスに含まれるオゾンの吸収スペク
トルの波長依存性については、第3図に示すようにKr
Fエキシマレーザ−の波長である249nmで効率よく
光吸収が起こることが示されており、この波長でのオゾ
ンを光分解して励起状態の酸素原子を生成する量子効率
も第4図に示すように優れていることがわかる。従って
KrFエキシマレーザ−のレーザービームbをオゾンに
照射するでとは、光分解し励起によって活性化した酸素
原子を効率よく供給することになり、酸化膜の高速形成
の要因となっている。
``Next, regarding the wavelength dependence of the absorption spectrum of ozone contained in the above mixed gas, as shown in Figure 3, Kr
It has been shown that light absorption occurs efficiently at 249 nm, the wavelength of F excimer laser, and the quantum efficiency of photolyzing ozone to generate excited state oxygen atoms at this wavelength is also shown in Figure 4. It can be seen that it is excellent. Therefore, when ozone is irradiated with the laser beam b of the KrF excimer laser, oxygen atoms activated by photolysis and excitation are efficiently supplied, which is a factor in the rapid formation of an oxide film.

また、シリコン基板と照射されるエネルギービームの波
長の関係については、シリコン基板2を加熱するエネル
ギービームの波長はおよそ113Qnm以下の波長のエ
ネルギービームであることが、シリコン基板の表層部の
みを効率よく加熱するのに必要である。上記第1の実施
例に説明した予備加熱は、上述したようにシリコン基板
2に直接照射されるXeFエキシマレーザ−のレーザー
ビームaによって行われており、このレーザービームa
の波長は350 nmである。したがって、上記第1の
実施例で使用したXeFエキシマレーザ−のレーザービ
ームaによってシリコン基f!2の表面層のみを効率よ
く加熱することができ、しかも光分解と加熱が別光源で
あるため酸化膜の膜厚の制御も正確になる。また、照射
される光線の方向によっては、表層部近傍で光分解をさ
せたり光分解を起こさせる領域を広く取ることができ、
効率よく酸化膜を形成することができる。さらにエネル
ギー量を制御することにより、基板の内部に熱的な歪を
生ずることもなく、逆にエネルギー量を大きくした場合
には、表層部のみを熔融して高速に酸化することができ
る。
Regarding the relationship between the wavelength of the energy beam irradiated with the silicon substrate, the wavelength of the energy beam that heats the silicon substrate 2 is approximately 113 Qnm or less, so that only the surface layer of the silicon substrate can be efficiently heated. Necessary for heating. The preheating described in the first embodiment is performed by the laser beam a of the XeF excimer laser that is directly irradiated onto the silicon substrate 2 as described above.
The wavelength of is 350 nm. Therefore, the laser beam a of the XeF excimer laser used in the first embodiment causes the silicon base f! Only the surface layer 2 can be efficiently heated, and since photolysis and heating are performed using separate light sources, the thickness of the oxide film can be controlled accurately. In addition, depending on the direction of the irradiated light beam, it is possible to cause photolysis near the surface layer or to widen the area where photolysis occurs.
An oxide film can be formed efficiently. Furthermore, by controlling the amount of energy, no thermal distortion occurs inside the substrate, and on the other hand, when the amount of energy is increased, only the surface layer can be melted and oxidized at high speed.

尚、上記第1の実施例に使用した光分解用のレーザービ
ームについては、オゾン混合ガス雰囲気では、320n
m以下の波長のエネルギービームであればKrFエキシ
マレーザ−に限定されずいかなるエネルギービームを用
いてもよい。また、加熱用のXeFエキシマレーザ−に
ついてもこれに限定されず、1130nm以下の波長の
パルスレーザ−であればいかなるものでもよく、さらに
表層部のみを加熱し、基板内部に歪を生ずるものでなけ
ればいかなるエネルギービームでもよい。
Note that the laser beam for photolysis used in the first example above has a beam of 320 nm in an ozone mixed gas atmosphere.
Any energy beam may be used without being limited to the KrF excimer laser as long as it has a wavelength of m or less. Furthermore, the XeF excimer laser for heating is not limited to this, and any pulsed laser with a wavelength of 1130 nm or less may be used, and it must also be one that heats only the surface layer and causes distortion inside the substrate. Any energy beam may be used.

上記第1の実施例では、光分解可能なエネルギーを有す
るレーザービームaを直接にシリコン基板2に照射して
いない。しかし、光分解可能なエネルギーを有するエネ
ルギービームが強酸化性ガスのみならず基板に照射され
た場合には、例えば、第2図に示すシリコン基板とエネ
ルギービームの波長との関係のように、加熱や基板の構
成原子の間のボンディングが切断されるなどの現象が生
ずる。そして、この基板の構成原子の間のボンディング
切断を利用して、さらに迅速に酸化膜を形成することが
できる。すなわち、基板がシリコン基板の場合は、第2
図に示されるように、加熱にっいては1130nm以下
の波長で、基板の構成原子の間のボンディングの切断に
ついては2600m以下の波長でそれぞれこれらの現象
が生じ、これらを上記光分解作用と組み合わせることに
よって一層迅速な酸化反応を生じさせることができる。
In the first embodiment, the silicon substrate 2 is not directly irradiated with the laser beam a having photolyzable energy. However, when an energy beam with photodegradable energy is irradiated not only with a strong oxidizing gas but also with a substrate, the heating Phenomena such as the bonding between the constituent atoms of the substrate being severed occur. The oxide film can be formed even more quickly by utilizing the bonding and cutting between the constituent atoms of the substrate. That is, if the substrate is a silicon substrate, the second
As shown in the figure, these phenomena occur at a wavelength of 1130 nm or less for heating and at a wavelength of 2600 nm or less for cutting bonds between constituent atoms of the substrate, and these phenomena are combined with the photodecomposition effect described above. This allows a more rapid oxidation reaction to occur.

本発明の第2の実施例は、第1の実施例と同様に強酸化
性ガスとしてオゾンの混合ガスを用い、エネルギービー
ムの波長が260nm以下では基板の構成原子であるS
i原子間のボンディング切断が生じることを利用し、波
長が260nm以下のエネルギービームとしてKrFエ
キシマレーザ−(波長249nm)を使用して、原子間
のボンディング切断と上記混合ガスの光分解を複合させ
た例である。
In the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment, a mixed gas of ozone is used as the strong oxidizing gas, and when the wavelength of the energy beam is 260 nm or less, S
Taking advantage of the fact that bonding breaks between i atoms occur, a KrF excimer laser (wavelength: 249 nm) is used as an energy beam with a wavelength of 260 nm or less to combine bond cutting between atoms and photolysis of the above-mentioned mixed gas. This is an example.

まず、この第5図に示す例では、KrFエキシマレーザ
−のレーザービームCは、石英窓14を介して酸化膜形
成装置11の反応室13内部に配置されたシリコン基板
12に照射する。この反応室13には、雰囲気ガスとし
て光分解可能な強酸化性ガスである上記混合ガスが送ら
れている。KrFエキシマレーザ−のレーザービームC
は上記シリコン基板12に照射し、このシリコン基板1
2の表面層を900℃以下に予備加熱すると同時に、こ
のシリコン基板12の表層部において、シリコン基板1
2の構成原子であるSi原子のボンディング切断をする
。そして、さらにKrFエキシマレーザ−のレーザービ
ームCは、上記第1の実施例と同様に強酸化性ガスであ
る上記オゾンと酸素の混合ガスにも光吸収され、この光
吸収により上記光分解が生じて励起状態の酸素原子0本
を生成する。そして、この励起状態の酸素原子0本とボ
ンディング切断されたSi原子が容易に結合することに
よって、一般の5i02膜形成より高速に酸化膜を形成
するものである。
First, in the example shown in FIG. 5, a laser beam C of a KrF excimer laser is applied to a silicon substrate 12 placed inside a reaction chamber 13 of an oxide film forming apparatus 11 through a quartz window 14. The above-mentioned mixed gas, which is a photodecomposable strong oxidizing gas, is sent to the reaction chamber 13 as an atmospheric gas. Laser beam C of KrF excimer laser
is irradiated onto the silicon substrate 12, and this silicon substrate 1
At the same time, the surface layer of silicon substrate 12 is preheated to 900° C. or lower, and at the same time, the surface layer of silicon substrate 12 is
Bonding and cutting of the Si atom, which is the constituent atom of No. 2, is performed. Further, the laser beam C of the KrF excimer laser is also optically absorbed by the above-mentioned mixed gas of ozone and oxygen, which is a strong oxidizing gas, as in the first embodiment, and this optical absorption causes the above-mentioned photodecomposition. 0 oxygen atoms in the excited state are generated. The 0 oxygen atoms in the excited state and the bonded Si atoms easily combine to form an oxide film at a faster rate than the general 5i02 film formation.

この第2の実施例では、上述した第1の実施例のように
単なる光分解のみの作用ではなく、ボンディング切断さ
れたSi原子と光分解によって生成された励起状態の酸
素原子が容易に結合するという複合作用などによって、
エネルギービームの性能を引き出し迅速に酸化膜を形成
することができ、さらに予備加熱およびボンディング切
断と光分解の作用を単一の光源を使用して行うため、酸
化膜形成機構が簡単であり、装置上も利点を有している
。また、表層部のみにエネルギーを供与しているため基
板内部に歪を生ずることもなく、基板の表層部のみを溶
融してさらに高速に酸化膜を形成することができる。
In this second embodiment, unlike the first embodiment described above, the effect is not simply photodecomposition, but the bond-cleaved Si atoms and the excited oxygen atoms generated by photolysis easily combine. Due to the combined effect of
It is possible to quickly form an oxide film by taking advantage of the performance of the energy beam, and since preheating, bonding cutting, and photolysis are performed using a single light source, the oxide film formation mechanism is simple and the equipment is easy to use. The above also has advantages. Furthermore, since energy is applied only to the surface layer, no distortion occurs inside the substrate, and it is possible to melt only the surface layer of the substrate and form an oxide film at a higher speed.

尚、上記予備加熱およびボンディング切断と光分解の作
用をさせるKrFエキシマレーザ−は、これに限定され
ず260nm以下の波長のエネルギービームであればよ
く、予備加熱に関して表層部のみを加熱するような別の
エネルギービームを使用してもよい。
Note that the KrF excimer laser that performs the preheating, bond cutting, and photodecomposition functions is not limited to this, and may be any energy beam with a wavelength of 260 nm or less, and may be a laser beam that heats only the surface layer for preheating. energy beams may be used.

次に本発明の第3の実施例を説明する。第3の実施例は
、第2の実施例と同様の方法によって、酸化膜を形成す
る方法であるが、用いる光源を低圧水銀灯とした例であ
る。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is a method of forming an oxide film by the same method as the second embodiment, but uses a low-pressure mercury lamp as the light source.

第6図に示すように、強酸化性ガスとしてオゾンの混合
ガスを用い、光分解を生じさせかつ基板の構成原子であ
るSi原子のボンディング切断をするエネルギービーム
として低圧水銀灯(波長235nm)を使用し、低圧水
銀灯のビームdは、シリコン基板22と強酸化性ガスで
あるオゾンに照射している。この低圧水銀灯を使用する
場合は、低圧水銀灯自体ではシリコン基板22の表層部
の予備加熱のエネルギー量が不足するため、予備加熱の
ための別ビームが必要であり、シリコン基板22の表層
部の加熱のためのXeFエキシマレーザ−(波長350
r1m)を用いている。尚、予備加熱のための別ビーム
はこれに限定されず、XeC1エキシマレーザ−や、A
rレーザーなどの波長が1130nm以下のエネルギー
ビームを使用すれば予備加熱することができる。
As shown in Figure 6, a mixed gas of ozone is used as a strong oxidizing gas, and a low-pressure mercury lamp (wavelength 235 nm) is used as an energy beam that causes photolysis and cuts the bonding of Si atoms, which are constituent atoms of the substrate. However, the beam d from the low-pressure mercury lamp irradiates the silicon substrate 22 and ozone, which is a strong oxidizing gas. When using this low-pressure mercury lamp, since the low-pressure mercury lamp itself does not have enough energy to preheat the surface layer of the silicon substrate 22, a separate beam for preheating is required. XeF excimer laser (wavelength 350
r1m) is used. Note that the separate beam for preheating is not limited to this, and may include XeC1 excimer laser, A
Preheating can be performed by using an energy beam having a wavelength of 1130 nm or less, such as an r laser.

この第3の実施例による酸化膜の形成方法は、第2の実
施例に準じておこなわれ、低圧水銀灯のビームdのオゾ
ン混合ガスへの照射による光分解による励起状態の酸素
原子の生成と、低圧水銀灯のビームdのシリコン基板2
2への照射によるシリコン基板22の表層部のSi原子
のボンディング切断を行い、この励起状態の酸素原子と
Si原子が容易に結合することなどによって、高速に酸
化膜を形成することができる。
The method for forming an oxide film according to the third embodiment is carried out in accordance with the second embodiment, and includes generating oxygen atoms in an excited state through photolysis by irradiating the ozone mixed gas with the beam d of a low-pressure mercury lamp; Silicon substrate 2 of beam d of low pressure mercury lamp
By irradiating Si atoms on the surface layer of the silicon substrate 22 and bonding and cutting the Si atoms in the surface layer portion of the silicon substrate 22, the excited oxygen atoms and Si atoms easily bond, so that an oxide film can be formed at high speed.

次に第4の実施例として、YAGレーザ−ビーム(波長
101065nの2次以上の高調波を使用した例を説明
する。
Next, as a fourth embodiment, an example using a YAG laser beam (secondary or higher harmonics having a wavelength of 101065n) will be described.

YAGレーザ−ビームの4次の高調波は、その波長がお
よそ266 nmであるため、強酸化性ガスとしてオゾ
ンの混合ガスを使用した場合に、オゾンガスの光分解を
生じさせることができる。第7図に示すようにYAGレ
ーザ−ビームの4次の高調波eは、シリコン基板32の
雰囲気°ガスであるオゾンの混合ガスに照射して、この
オゾンガスの光吸収から励起状態の酸素原子を生じさせ
る。
Since the fourth harmonic of the YAG laser beam has a wavelength of approximately 266 nm, it can cause photolysis of ozone gas when a mixed gas of ozone is used as the strong oxidizing gas. As shown in FIG. 7, the fourth harmonic e of the YAG laser beam is irradiated onto a mixed gas of ozone in the atmosphere of the silicon substrate 32, and oxygen atoms in an excited state are extracted from the optical absorption of the ozone gas. bring about

そして、この励起状態の酸素原子は、容易にシリコン基
板32の構成原子であるSi原子と結合し、迅速に酸化
膜を形成するものである。この実施例の場合にも、基板
の予備加熱には別のエネルギービームを用いることもで
き、また、波長が260nm以下のシリコン基板32の
表層部のSi原子のボンディングを切断するようなエネ
ルギービームや、シリコン基板32の表層部を熔融する
ようなエネルギービームを組み合わせることができる。
These excited oxygen atoms easily combine with Si atoms, which are constituent atoms of the silicon substrate 32, and quickly form an oxide film. In the case of this embodiment as well, another energy beam can be used for preheating the substrate, and an energy beam with a wavelength of 260 nm or less that cuts the bonding of Si atoms in the surface layer of the silicon substrate 32 or , an energy beam that melts the surface layer of the silicon substrate 32 can be combined.

最後に第5の実施例として、XeClエキシマレーザ−
(波長308nm)のレーザービームfを使用した例を
説明する。
Finally, as a fifth example, a XeCl excimer laser
An example using a laser beam f (wavelength: 308 nm) will be explained.

上記実施例と同様に、雰囲気のガスに光分解可能な強酸
化性ガスとしてオゾンと酸素の上記混合ガスを使用し、
この混合ガスを光分解するとともにシリコン基板42を
加熱するエネルギービームとしてXeC1エキシマレー
ザ−のレーザービームfを、エネルギー量500mJ/
cd、35n3のパルスIll、l)当たり10パルス
で計800パルスの照射条件で照射する場合では、雰囲
気のガスに酸素ガスのみを使用した場合に比べて酸化速
度で約2倍の酸化膜の形成が行えた。
Similar to the above embodiment, the above mixed gas of ozone and oxygen is used as a strong oxidizing gas that can be photodecomposed into the atmospheric gas,
A laser beam f of a XeC1 excimer laser is used as an energy beam that photolyzes this mixed gas and heats the silicon substrate 42 with an energy amount of 500 mJ/
When irradiating under the irradiation conditions of 10 pulses per pulse Ill, l) of cd, 35n3 and a total of 800 pulses, the oxidation rate is approximately twice as high as that of the case where only oxygen gas is used as the atmosphere gas. I was able to do it.

なお、上記第1ないし第5の実施例について、各実施例
中に使用される強酸化性ガスは、オゾンの混合ガスにつ
いて説明したが、強酸化性ガスはこれに限定されず、た
とえばNoガス、N20ガス、N O2ガスやハロゲン
であるCI2等のガスや、CCl4やSFsなどのガス
あるいはこれらの組み合わせでもよく、エネルギービー
ムが照射された場合に、光分解を生じて容易に基板の構
成原子と結合するものであればいかなるものでもよい、
また、エネルギービームは、強酸化性ガスに応じて選択
できるものであり、これらの関係は波長によりすなわち
加熱、光分解およびボンディング切断という機能面から
選択もしくは組み合わせることができる。−例として、
第2図に示すようにNO2ガス、N20ガスおよび02
ガスを使用する場合は、N O2は244nm以下、N
20は230 nm以下、O2は175nm以下の波長
のエネルギービームでそれぞれ光分解するため、たとえ
ば、02では、Xeレゾナンスランプ、F2エキシマレ
ーザ−1A r Fエキシマレーザ−などを使用するこ
とができ、またN20では、ArFエキシマレ−゛ザー
、重水素ランプ、低圧水銀灯などを使用することができ
、上述した03については、上記KrFエキシマレーザ
ー1上記低圧水銀灯、重水素ランプ、XeClエキシマ
レーザ−などを使用することができ、これらのエネルギ
ービームによって光分解を行い、容易に基板の構成原子
と結合させることができる。またさらに、エネルギービ
ームは、各種レーザービームの高次の高調波を使用する
こともでき、エレクトロンビーム、イオンビームでもよ
い。
Note that in the first to fifth embodiments described above, the strong oxidizing gas used in each embodiment was described as a mixed gas of ozone, but the strong oxidizing gas is not limited to this, and for example, No gas may be used. , N20 gas, NO2 gas, halogen gas such as CI2, gas such as CCl4 or SFs, or a combination thereof. When irradiated with an energy beam, photolysis occurs and the constituent atoms of the substrate are easily destroyed. Anything that combines with
Further, the energy beam can be selected depending on the strong oxidizing gas, and the relationship between these can be selected or combined depending on the wavelength, that is, from the functional aspects of heating, photolysis, and bonding cutting. -For example,
As shown in Figure 2, NO2 gas, N20 gas and 02 gas
When using gas, N O2 is below 244 nm, N
Since 02 is photodecomposed by an energy beam with a wavelength of 230 nm or less and O2 is 175 nm or less, for example, in 02, a Xe resonance lamp, an F2 excimer laser (1A r F excimer laser), etc. can be used, and For N20, an ArF excimer laser, a deuterium lamp, a low-pressure mercury lamp, etc. can be used, and for the above-mentioned 03, the above-mentioned KrF excimer laser 1, the above-mentioned low-pressure mercury lamp, deuterium lamp, XeCl excimer laser, etc. can be used. These energy beams can be used to perform photolysis and easily combine with constituent atoms of the substrate. Furthermore, the energy beam may be a high-order harmonic of various laser beams, or may be an electron beam or an ion beam.

また、基板としては、上述したシリコン基板に限定され
ずG a A S 、T a % M o 、A Iな
どの基板でもよく、GaAs基板の場合は、基板内部の
砒素を発生させずに迅速に酸化膜を形成することもでき
る。
Furthermore, the substrate is not limited to the silicon substrate mentioned above, but may also be a substrate of GaAs, Ta%Mo, AI, etc. In the case of a GaAs substrate, it can be quickly processed without generating arsenic inside the substrate. An oxide film can also be formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の酸化膜の形成方法によれば、基板内部に熱的な
歪を与えることなく酸化膜を形成し、しかも強酸化性ガ
スの光分解によって、活性化された酸素原子をたとえば
シリコン基板のSi原子等と結合させることができるた
めに高速で、かつ質の高い酸化膜を形成することができ
る。
According to the method for forming an oxide film of the present invention, an oxide film can be formed without causing thermal strain inside the substrate, and activated oxygen atoms can be transferred to, for example, a silicon substrate by photodecomposition of a strong oxidizing gas. Since it can be combined with Si atoms, etc., it is possible to form a high-quality oxide film at high speed.

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

第1図は本発明の第1の実施例のKrFエキシマレーザ
−によって光分解を行い酸化膜を形成する方法を示す模
式図であり、第2図はエネルギービームの波長とそのシ
リコン基板に対する機能の関係およびエネルギービーム
の波長と強酸化性ガスの光分解の関係を示す図であり、
第3図はオゾンの光吸収スペクトルを示す特性図であり
、第4図はオゾンを光分解して励起状態の酸素を生成す
る量子効率の波長依存性を示す特性図であり、第5図は
本発明の第2の実施例のKrFエキシマレーザ−によっ
てシリコン原子のボンディング切断と強酸化性ガスのオ
ゾン混合ガスの光分解を行う方法による酸化膜形成方法
を説明する模式図であり、第6図ないし第8図はそれぞ
れ第3の実施例、第4の実施例および第5の実施例を説
明する他の光源を用いた場合の模式図である。 2.12.22.32.42・・・シリコン基板a・・
・・XeFエキシマレーザ−のレーザービb、、c・・
KrFエキシマレーザ−のレーザービーム d・・・・低圧水銀灯のビーム e・・・・YAGレーザ−ビームの4次の高調波r・・
・・XeC1エネルギービームのレーザービーム 特 許 出 願 人  ソニー株式会社代理人   弁
理士     小池 見間         田村榮− 第2− 第3m 第4m シ18[fL→ 155m         第5g 11′ s7図         第8図 手続ネ甫正書(自発) 1、事件の表示 昭和60年 特許側 第40176号 2、発鳴の名称 半導体の酸化方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 東京部品用区北品用6丁目7番35号名称 (2
18)  ソ ニ − 株 式 会 社代表者大賀典雄 4、代理人 住所 〒105東京都港区虎ノ門二丁目6番4号第11
森ビル11階 Tn (508) 826611t5氏
名 (6773)  弁理士 小 池  界−(他1名
)5、補正命令の日付 自  発 6、補正の対象 7、補正の内容 明細書、第16頁第7行目〜第10行目に記載される「
上述したシリコン基板に限定されずGaAs、Ta、M
o、A 1などの基板でもよく、GaAs基板の場合は
、基板内部の砒素を発生させずJを 「上述したシリコン基板に限定されずゲルマニウム基板
やGaAs、InP、GaP等の化合物半導体の基板、
Ta、Mo、A 1などの金属の基板でもよく、GaA
s、InP、GaP等の基板の場合は、基板内部の砒素
や燐等の発生させず」と補正する。 以上
FIG. 1 is a schematic diagram showing the method of forming an oxide film by photolysis using a KrF excimer laser according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the wavelength of the energy beam and its function on a silicon substrate. It is a diagram showing the relationship between the wavelength of the energy beam and the photodecomposition of a strong oxidizing gas,
Figure 3 is a characteristic diagram showing the optical absorption spectrum of ozone, Figure 4 is a characteristic diagram showing the wavelength dependence of the quantum efficiency of photolyzing ozone to generate excited state oxygen, and Figure 5 is a characteristic diagram showing the wavelength dependence of the quantum efficiency of photolyzing ozone to generate excited state oxygen. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an oxide film forming method using a KrF excimer laser according to a second embodiment of the present invention, in which bonding of silicon atoms is cut and a strong oxidizing gas, ozone mixed gas, is photodecomposed; 8 are schematic diagrams illustrating the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, respectively, when other light sources are used. 2.12.22.32.42...Silicon substrate a...
...XeF excimer laser laser beam b,,c...
Laser beam d of KrF excimer laser...beam e of low-pressure mercury lamp...fourth harmonic of YAG laser beam r...
...Laser beam patent for XeC1 energy beam Applicant Sony Corporation agent Patent attorney Koike Mima Sakae Tamura - 2nd - 3rd m 4th m 18[fL→ 155m 5g 11' s7 Figure 8 Procedures Fushosho (spontaneous) 1. Indication of the case 1985 Patent side No. 40176 2. Name of the oxidation method for semiconductors 3. Relationship with the person making the amendment Patent applicant's address Address of Tokyo Parts Co., Ltd. 6-7-35 Name (2
18) Sony Co., Ltd. Company Representative: Norio Oga 4, Agent Address: 11, 2-6-4 Toranomon, Minato-ku, Tokyo 105
Mori Building 11th floor Tn (508) 826611t5 Name (6773) Patent attorney Kai Koike (1 other person) 5, Date of amendment order 6, Subject of amendment 7, Statement of contents of amendment, page 16, No. 7 " written in lines 10 to 10
Not limited to the silicon substrate mentioned above, but also GaAs, Ta, M
In the case of a GaAs substrate, a substrate such as A1 may be used, and in the case of a GaAs substrate, J is not limited to the above-mentioned silicon substrate, but may also be a germanium substrate, a compound semiconductor substrate such as GaAs, InP, GaP, etc.
The substrate may be made of metal such as Ta, Mo, or A1;
In the case of substrates such as S, InP, and GaP, the correction is made to ``do not generate arsenic, phosphorus, etc. inside the substrate.''that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 強酸化性ガスを光分解可能なエネルギーを有するエネル
ギービームを用いて該強酸化性ガスを光分解し、光分解
された励起状態の酸素原子により半導体の表面を酸化す
る半導体の酸化方法。
A method for oxidizing a semiconductor, in which a strong oxidizing gas is photolyzed using an energy beam having energy capable of photolyzing the gas, and the surface of the semiconductor is oxidized by the photolyzed excited state oxygen atoms.
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