JPS62166527A - シリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、半導体装置やその製造過程において用いられ
るシリコン酸化膜（以’ｌ；５ｉ０２膜という）の形成
方法に関するものである。

（０１従来の技術 ＭＯＳ−ｒＥＴのゲート電極下の絶縁膜や、イオン注入
等の半導体装置の製造過程に使われるマスクとして、５
ｉｏ２膜が用いられている。Ｓ　ｉ０２膜を得るには、
Ｓｉ基板を酸素雰囲気中で高温加熱する方法と、ＣｖＬ
）法で堆積させる方法とがある。絶縁膜としては、高絶
縁耐圧とリーク排除のために、ピンホールの少ない良質
な膜が要求される。良質な５ｉ０２膜は、Ｓｉ基板の加
熱高温酸化によって得られることは知られている。しか
し従来の反応管温度を上昇させて、この反応管の中でＳ
ｉ基板の熱酸化をする場合は、Ｓｉ基板を長時間、例え
ば５０ｎｍの５ｉＯｚ膜を得るのには１０００℃で１８
００秒、高温にさらす必要があり、このためＳｉ基板中
に不純物拡散が施しであるときなどは、再拡散が起きて
不純物の濃度分布が拡がり変化してしまう虞があった。

最近、［日経マイクロデバイスＪ１９８５年１０月号第
５１頁にあるように、反応管でなく基板を直接ランプで
加熱するランプ加熱技術による良質の酸化膜形成が考え
られている。酸素雰囲気中でのランプ加熱（１１５０℃
）による熱酸化では、膜厚１０ｎｍの５ｉ０２膜が３０
秒で得ることができる。

クラ　　発明が解決しようとする問題点上述のように、
ランプ加熱によるＳｉ基板の熱酸化では、従来の熱酸化
よりも短い時間で、Ｓｉ０２膜を得られる。しかし、Ｍ
ＯＳ−／ＥＴのゲート酸化膜には通常３Ｑ　ｎｍ程度の
膜厚のＳｉＯ２膜を形成させており、単なるランプ加熱
による熱酸化で３Ｑｎｍ（７）Ｓｉ０２膜を得ようとし
た場合、１Ｑｎｍの５ｉＯｚ膜を得る場合の３倍以上の
酸化時間を必要とする。これではまだ、酸化膜の形成速
度は十分とはいえず、再拡散による不純物濃度の分布変
化が起こる可能性がある。

本発明は、良質な５ｉ０２膜を、基板に悪影響を与える
ことのないようｌこ急速に形成させようとするものであ
る。

に）問題点を解決するための手段 本発明は、基板上に非晶質Ｓｉを堆積し、この乞 非晶質Ｓｉ酸素雰囲気中でランプ加熱して酸化す八 ることを特徴とするＳｉｏ２膜の形成方法である。

（ホ）作用 半導体装置に用いられるＳｉ基板は単結晶である。単結
晶Ｓｉに収べて非晶質Ｓｉは酸素の拡散がされやすいた
め、ランプ加熱により、急速に酸化されて５ｉ０２とな
る。

、（へ）実施例 第１図は本発明方法を実施するための装置の概略図であ
る。−＋１１は石英からなる反応管で、一端に、　ガス
導入管（２）、他端に排気口（３）が設けられている。

（４）はカーボンにＳｉＣをコーティングしたサセプタ
で、反応管（１）外の赤外線ランプ（５１により加熱さ
れりようになっている。また、このサセプタ（４）の温
度は熱電材（６）により計測されるとともに、直流電源
（７）から電圧印加されるようになっている。（８）は
反応管（１）のサセプタ（４）位置より上流側（ガス導
入管（２）側）にこの反応管（１）周囲を巻回して設け
られたコイル、（９）はこの、コイルに接続された高周
波電源である。

斯様な装置を用いて５ｉ０２膜を形成する場合について
説明する。まず、単結晶Ｓｉ基板α０）をサセプタ（４
）に配置し、排気口（３）から図示しない減圧排気装置
で反応管（１）内を１Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒ　　以丁の
真空に引く。そして赤外線ランプ（５）により、熱電対
（６）で監視しながらサセプタ（４）と基板α■を６０
０℃に加熱する。ガス導入管（２）からＡｒガスを１０
０ｃ　ｃ／ｍ　ｉ　ｎ導入して・反応管（１）内をＱｊ
　Ｔｏ　ｒ　ｒに安定させた後１、直流電源（７）によ
りサセプタ（４）を介して基奴α０）に−３００ｖの電
圧を印加する。更に、高周波電源（９）とコイル（８）
により、１３．５６ＭＨｚ　、　５０Ｗ（ｙ）高周波を
反応管内に与え、Ａｒガスをイオン化させる。Ａｒ　　
イオンは一３００ｖの印加された基板ＧＯ）表面に衝突
して、基板α０）上の不用な付着物（自然酸化膜を含む
）をスパツタリーング除去、即ち基板のクリーニングを
行う。

５分以上のクリーニングをした後、直流電源（７）から
基板００）への電圧印加と、ガス導入管（２）からＡｒ
ガスの供給を停止して、再びｉ　×１０Ｔｏｒｒ　以−
ドに反応管（１）内を減圧するっ高周波をかけた状態で
、ガス導入管（２）からシラン（ＳｉＨ４）ガスを１０
ｃ　ｃ／′ｍｉ　ｎで反応管は）内に導入し、高層・波
によってＳｉＨ４ガスを分解させて基板（１０）上に非
晶質シリコンを３［］ｎｍ堆積させる。この時の赤外線
ランプ（５１による基板温度も６００℃である。

その後、高周波電源（９）を停止して、ガス導入管＋２
１からＳｉＨ４ガスの代わりにＡｒガスを供給して、反
応管（１）内を大気圧にする。そして、Ａｒガスの供給
を停止して、酸素ガスをガス導入管（２）から供給して
反応管（１）内を酸素雰囲気とし、赤外線ランプ（５１
による基板α０）の加熱温度を１１５０℃に昇温しで、
３０秒間非晶質Ｓｉの熱酸化を行う。

この結果、膜厚５［１ｎｍの５ｉｏｚ膜が得られた。

即ち、本発明によれば、ランプ加熱で単結晶Ｓｉ基板を
熱酸化して５ｉ０２膜を得るのに奴べて、５ｉ０２膜の
形成速度が速くなる。つまり、基板を高温にさらす時間
の短縮がされて、゛不純物の拡散がされているときに、
再拡散を起こし不純物濃度の分布が変化することを抑制
できる。これは半導体装置の微細化がされたときの歩留
まりの向上に繋がる。

また、本発明は５ｉＯｚ膜を形成するためＳｉは非晶質
なので、Ｓｉを堆積させるときの温度は、単結晶や多結
晶のＳｉを成長させる温度に威べて、低い温度ですむの
で、非晶質Ｓｉの堆積時の基板加熱によって基板に悪影
響を与えることはない。

従来、高品質であるとされている反応管温度を上昇させ
、その中で単結晶Ｓｉ基板温度を１０００℃とし、酸化
雰囲気中で１８００秒の熱酸化で得られた５ｉ０２膜は
、膜厚５（］ｎｍ、絶縁耐圧８Ｘ１０’Ｖ／ｍ、屈折率
１．４６、誘電率３．２であるのに対し、本発明により
得られたＳｉＯ２膜は膜厚５Ｑｎｍ、絶縁耐圧３〜５　
Ｘ　１０　　Ｖ／ｍ、屈折率１．４〜１．５、誘電率３
．５〜３．８と、その特性についても遜色ない良質なも
のが得られている。

（ト）発明の効果 以上の説明から明らかな如く、本発明は基板上に非晶質
Ｓｉを堆積させて、この非晶質Ｓｉをランプ加熱により
熱酸化して、５ｉ０２膜を形成するので、従来のものよ
りも基板を高温にさらす時間を短くして良質の５ｉ０２
膜を得ることができる。

そして、基板が高温にさらされる時間が短かいので、熱
による基板への悪影響を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の概略図である。 （１）・・・反応管、（２１・・・ガス導入管、（３）
・・・排気口、（４）・・・サセプタ、（５）・・・赤
外線ランプ、（８）・・・コイル、（９）・・・高周波
電源、αＯ）・・・Ｓｉ基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に非晶質シリコンを堆積し、この非晶質シ
   リコンを酸素雰囲気中でランプ加熱して酸化することを
   特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。