JPS62174923A

JPS62174923A - 枚葉式薄膜形成法および薄膜形成装置

Info

Publication number: JPS62174923A
Application number: JP1562186A
Authority: JP
Inventors: Shizunori Oyu; 大湯　静憲; Nobuyoshi Kashu; 夏秋　信義; Shinpei Iijima; 飯島　晋平; Yasuo Wada; 恭雄和田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1987-07-31
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH0693452B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は薄膜形式法およびそれに用いろ薄膜形成装置に
係り、特に、良好な特性を有するに７膜を制御性良く形
成するのに好適な、薄膜形成法および薄膜形成装置に関
する。

〔発明の背景〕

簿膜形成において従来のシリコンの熱酸化法は、通常の
電気炉を用いて行っていた。最近の半導体素子の微細化
に伴ない、より薄いシリコン酸化１摸が必要となってき
たが、従来の電気炉による熱酸化では、酸化の低温化や
酸素分圧の低下によりＭい酸化薄形酸を行っている。こ
のような方法によれば、数ｎｍのシリコン酸化膜を容易
に形成できる。さて、酸化の低温化により、多結晶シリ
コン膜表面にシリコン酸化１摸を形成する場合、酸化速
度の面方位依存性が強調され、多結晶シリコン膜表面に
形成されるシリコン酸化膜の膜厚に不均一性を生ずると
いう問題点がある。

また、薄膜形成における従来の気相化学友ｒ、ｔ　法は
、反応容器内１こ反応ガスを導入し、高ｉｔ！のガス雰
囲気中で試料表面に薄膜を堆積していた。この方法によ
れば、反応ガス種や反応条件を選ぶことにより、種々の
特性を有する様々な薄膜を形成することができる。さて
、この方法でリンガラスを形成する場合、高温雰囲気で
は反応容器の反応ガス導入附付で反応の全んどが起こり
、試料表面−にに形成するリンガラス中のリン濃度を制
御できないため、低温雰囲気で反応を行う必要がある。

従って、形成されたリンガラス膜の緻密のための高温ア
ニール処理が必要となる。また、低温反応では、段差部
のステップカバレージが悪いという問題点がある。

従って緻密なステップカバレージの良いリンガラスは形
成できず、わずかに、ノンストップの５ｉ（ｈを堆積可
能である。

さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリコン膜を形成
する場合、従来の電気炉の反応容器を用いると、上記炉
内外への試料の出し入れのとき上記炉口からの周囲雰囲
気（主に空気）の混入により、シリコン基板表面が酸化
されるため、多結晶シリコンＶ／シリコン基板界面を清
浄に保つことができなくなる。その結果、上記界面での
電気的導通が不完全となるという問題点が生ずる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来法の有する問題点を解決し、
良好な特性を有する薄膜を制御性良く形成でき、また、
薄膜形成工程を容易にすることができる薄膜形成法およ
び薄膜形成装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

まず、シリコンの熱酸化法について説明する。

シリコンの熱酸化では、酸化速度はシリコンの面方位に
強く依存し、例えば、（１１０）＞（１１１）＞（１，
００）という順になる。この酸化速度の面方位依存性は
、高温酸化程小さくなる。従って、様々な面方位の結晶
粒を有する多結晶シリコン膜の表面酸化では、酸化温度
をより高くすることにより均一な酸化が可能になる。

半導体素子の微細化に伴なって、より薄いシリコン酸化
膜が必要となるが、本発明では、酸化温度を高くした分
だけ、酸化時間を短縮することにより、薄いシリコン酸
化膜形成を行う。酸化時間は、秒オーダーであり、この
ような短時間の酸化においても、上述のような面方位依
存性の酸化温度の効果が有る。

次に、気相化学反応法による薄膜形成について説明する
。上記反応法において５反応容器１反応ガスおよび試料
の温度関係を、（試料）〉（反応ガス）〉（反応容器）
の順にすると、反応容器内に導入された反応ガス種の反
応の大部分は、試料表面附近で起こる。尚、反応容器の
温度を２００℃以下とする。例えば、前述のリンガラス
を形成する場合、制御された反応ガス種が反応容器に導
入された状態で、試料のみを加熱すると、試料近傍での
み反応を起こすことができるので、リン濃度の制御され
たリンガラス膜を試料表面に形成できる。この方法によ
れば、秒オーダの反応を用いるため反応温度の高温化が
容易であり、また、反応直後、反応容器内で高温（９０
０’Ｃ以上）の加熱処理を数１０秒行うことにより、Ｍ
密な膜形成が可能となる。

さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリコン膜を形成
する場合、容積の小さい反応容器を用いて、急熱急冷方
式で反応が行える枚葉式処理装置では、室温で」二記反
応容器内に試料を出し入れすることができるので、上記
シリコン基板表面の表面酸化が無く、上記多結晶シリコ
ン膜／上記シリコン基板界面を清浄に保つことが可能と
なる。また、上記反応容器内に試料を入れ、多結晶シリ
コン膜を形成する直前に塩素系ガスまたはフッ素系ガス
を導入した状態で加熱処理を行うことにより、室温で形
成されたシリコン基板表面の自然酸化膜を除去できるた
め、さらに清浄な上記界面を得ることが可能となる。清
浄な多結晶シリコン膜／シリコン基板表面を必要とする
理由は、多結晶シリコン膜とシリコン基板との間の不純
物拡散バリヤや電気的なバリアを無くし、良好な接触を
得るためである。

本発明では、上記絶縁膜形成を可能にするため、第１図
に示すような構成の枚葉式形成装置を用いる。この形成
装置は大別して、反応容器１および試料２のみを加熱す
るのに必要な加熱源３から成る加熱部１反応ガス源４と
反応ガスコン１〜ローラ５およびガス排気器６から成る
ガスライン部、および、上記加熱源３および反応ガスコ
ントローラ５の制御部７で構成される。また、反応容器
１内への試料２の出し入れに必要な搬送部も設ける。

この形成装置において、試料２の温度は秒オーダーで制
御できるように加熱部を構成する。また、反応容器内の
雰囲気を短時間で種々の雰囲気に置換できるように、反
応容器内容積を小さくする。

また、上記反応ガスコントローラ５においては、異なる
ガスの混合、反応容器１内に流すガスの切換えを行い、
また、水蒸気雰囲気を反応容器１に導入できるような水
蒸気発生間バブラを設ける。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図及至第３図により説明す
る。

第２図に示すように、枚葉式薄膜形成装置を作製した。

試料８表面上に薄膜を形成する反１．υ容器９は、内容
積が０．３Ｑ　の石英製容器とし、上記反応容器９には
、パージ用ガス導入筒１０．反応用ガス導入筒１１、お
よび反応ガス排気筒１２を設けた。試料８の加熱はタン
グステン、ハロゲンランプ１；３により行い、また、試
料８の予備加熱（加熱温度：１００〜３００℃）するた
めの上記ランプ１４もランプハウス１５内に設けた。ラ
ンプハウス１５には、上記反応器９を強制空冷できるガ
ス導入＠ｉ　１６およびガス排気筒１７の他に、上記反
応容器９内を真空に保持するためのランプハウス１５内
の真空排気用筒１８を設けた。上記反応容器９内真空度
と上記ランプハウス１５内真空とを同一にするために、
真空排気制御部１９を設けた。この真空排気制御部１９
は、真空排気ポンプの他に制御用バルブで構成され、上
記真空度を１０〜Ｏ，０ＯＩＴｏｒｒの範囲で制御でき
る。尚、上記ランプハウス１５の内面は、金メッキによ
り反射用コートを施した。また、上記試料８温度は、パ
イロメータ２０を用いてモニタし、上記ランプ１３への
入力制御を行い、所定温度に保たれる。

さらに、上記反応容器９内へ試料８の搬送が行えるよう
に、パージガス排気筒２１を有するドア２２を設けた。

上記反応容器内９内へ反応ガス導入は、ガス流量制御部
２３の流量計２４〜３２がらガス配管３３を介して反応
ガス制御部３４に導入されたのち、必要ガスを上記反応
容器９に接続された反応ガス導入筒１１に供給して行う
。上記ガス制御部３４では試料８表面で均一に薄膜形成
が行えるように、流量制御された複数のガス種を、」二
記反応容器９に設けた１００個の反応ガス導入筒１１に
割り当ることができる。尚、反応ガス導入筒１１を１０
０個設けた理由としては、試料８表面上により均一に反
応ガスが導入され、より均一に反応を生じさせ、均一な
前形成を行うためである。また、水蒸気雰囲気を作製す
るため、超純水３５を入れたバブラ３６を設けた。バブ
ラ３６の加熱はヒータ３７により行い、水蒸気のキャリ
ヤ用酸素ガスを流量計２５で制御してバブラ３６内に導
入し、三方向弁３８．３９の制御により反応容器９内に
水蒸気を導入する。

以下、第２図に示した枚葉式薄＋ｔＸ形成装置ｉｊ（を
用いた薄膜形成例を説明する。

（司）シリコン基板表面上への熱酸化膜形成流量計２５
により酸素カス流量を５α／分として、反応容器９内に
パージガス導入筒１０を通して、酸素ガス導入された状
態でドア２２を開け、ｎ型、　（１００）　、　１０Ω
■のシリコン基板８を搬送し、反応容器９内に挿入した
。尚５この時、反応容器９内温度は１００℃以下である
。

この後、ドア２２を閉じ、３０秒のパージングを行った
のち、上記ガス流量をＩＱ／分にして、ランプ１３によ
り上記シリコン基板８を１１００゜に加熱した。この時
、シリコン基板８は、約５秒で１１００℃に達した。加
熱時間を６０秒として熱酸化を行ったのち、と記酸素ガ
ス流量を５Ｑ／分にして、シリコン基板８を２００℃以
下になるまで冷却し、熱酸化したシリコン基板８を反応
容器から取り出した。このように、同一容器内でパージ
（以下（２）に記載の予備加熱）、加熱および冷却を行
う場合、試料の処理のスループットが低下する、従って
、スループッ１−の点からは、パージ部、加熱部および
冷却部からなる形成装置が有利である、ここで述べる反
応容器は、加熱部の反応容器として用い、さらにパージ
（予備加熱）部および冷却部を付加することにより、ス
ループットの問題は改善できる。

形成されたシリコン酸化膜は、膜厚が１０ｎｍであり、
通常の電気炉を用いた熱酸化（９００’Ｃ，３０分酸化
）により形成した同じ膜厚のシリコン酸化膜に比べて、
絶縁耐圧が約５％上昇し、酸化膜／シリコン基板の界面
電荷を約半分にすることができた。このように、高温で
短時間の熱酸化を行えば、通常の熱酸化に比べて。

良質のシリコン酸化膜を形成できる。

（２）シリコン基板の水魚酸化による酸化膜形成（バブ
ラ３６を用いた場合）上記（１）の方法と同様に、酸素ガスを５Ｑ／分に制御
したパージした状態で、上記シリコン基板８を反応容器
９内に挿入し、ドア２２を閉じ、３０秒パージを行った
。その後、酸素ガス流量をＩＱＺ分にし、予備加熱用ラ
ンプ１４により、シリコン基板８を１５０℃保ち、５秒
の予備加熱を行った。そして、三方向弁３８゜３９を制
御し、酸素ガスを水温が９５℃に保たれているバブラ３
６を通して、発生した水蒸気をパージガス導入筒ｌＯか
らの反応容器９内に導入した。反応容器９内に水蒸気導
入後３０秒経過した時点で、ランプ１３によりシリコン
基板８を１１００℃に加熱して、６０秒の熱酸化を行っ
た。尚、ここで、水蒸気を反応容器内に導入する時に試
料温度を１００℃以上に保っている理由は、試料表面で
の水蒸気の結露による汚染を防止することにある。この
後、酸素ガスが直接反応容器９内に導入されるように三
方向弁３８．３９を制御し、さらに酸素ガス流量を５Ｑ
／分にして、シリコン基板８を温度が２００℃になった
ところで、シリコン基板８を反応容器から取り出した。

このようにして形成された基板８上の熱酸化膜の膜厚は
５０ｎｍであった。

ここで、予備加熱有無を比較して結果、予備加熱有の方
が清浄な酸化膜を形成した。このように、水蒸気雰囲気
を用いた高温、短時間酸化が、予備加熱をすること、お
よび、バブラ３６を設けることにより可能となった。

（３）シリコン基板の水蒸気酸化による酸化膜形成（水素燃焼方式を用いた場合）上記（１）の方法と同様に、パージ後、酸素ガスをｉＱ
／分に制御したのち、上記シリコン基板８を９００℃に
加熱した。上記シリコン基板８の温度が９００℃に加熱
した。上記シリコン基板８の温度が９００℃達した時点
で、流量計２６により水素ガス流ｔをｌＱ／分に制御し
、反応ガス制御部３４から、Ｊ：記反応容器９の全て反
応ガス導入筒１１を通して、水素ガスを導入した。この
時１反応容器９内では、水素と酸素の反応により水蒸気
が発生する。反応容器９への水素ガス導入後、１０秒経
過してから、シリコン基板８の温度を１１００℃にして
、６０秒の水蒸気酸化を行い、水素ガス導入を停止した
のち、シリコン基板８の１１００’Ｃ加熱を停止した。

その直後、窒素ガス流量を計量計２５により５Ｑ／分に
制御し、上記反応ガス制御部３４および反応ガス導入筒
１１を通して、窒素パージを行った。この時、窒素およ
び酸素ガスの排気は、ドア２２に設けた排気筒の他に、
反応容器９の反応ガス排気筒１２により行った。上記パ
ージを行いながら、シリコン基板８が２００℃以下にな
った時点で、水蒸気酸化された基板８を反応容器９から
取り出した。この特、得られた酸化膜厚は４０ｎｍであ
った。このように、水素燃焼方式により、予備加熱無し
で水蒸気酸化が可能である。

（４）多結晶シリコン膜表面への熱酸化膜形成シリコン
基板表面に膜厚が２０ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、
さらにリンがＩＸｌ、Ｏ”／ｄの濃度で導入された多結
晶シリコン膜（膜厚＝３００ｎｍ）を形成した試料８を
処理した。

処理方法は、重連（１）と同様にし、酸化条件は１１０
０°Ｃ２６０秒とした。この時得られた多結晶シリコン
膜表面のシリコン酸化膜の膜厚は、２０ｎｍであった。

このシリコン酸化膜の絶縁耐圧は約１０　Ｍ　Ｖ　／　
ａｎとなり、通常の電気炉を用いた熱酸化（９００°Ｃ
９３０分）により形成したシリコン酸化膜に比べて、絶
縁耐圧が約２倍に上昇した。このように、高温短時間の
熱酸化によれば、多結晶シリコン膜の表面酸化でも、良
質のシリコン酸化膜を形成できる。

（５）多結晶シリコン膜形成反応容器９窒素パージ（５Ｑ／分）した状態でシリコン
酸化膜をパターニングしたシリコン基板８を反応容器９
内に挿入し、ドア１５を閉じた後、真空排気制御部１９
を動作させ、窒素パージ？停止し、反応容器９およびラ
ンプハウス１５内部をｌ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒに真空
排気した。

次いで、流量計３２により塩化水素ガス流量をｉｃｅ／
分に制御し、反応ガス制御部３４および反応ガス導入筒
１１を通して、反応容器９内に塩化水素ガスを導入した
のち、上記シリコン基板８を１１００℃に加熱し、２０
秒の表面処理を行った。尚、塩化水素ガスおよび下記の
第１モジランガスを反応容器９に導入している際１反応
容器９内およびランプハウス１５内の真空度を同じにし
、また、塩化水素ガスおよび下記のモノシランガスのラ
ンプハウス内部への逆流を防止する意味で、冷却ガス導
入筒１６から窒素ガスを導入した。上記表面処理後、試
料８温度を６５０℃に保ち、流量計２７によりモノシラ
ンガス流量をｉｃｅ／分に制御し、上記反応ガスの制御
部３４および導入筒１１を通して、反応容器９内にモノ
シランガスを導入した。モノシランガス導入直後、真空
排気制御部１９により、反応容器９内の真空度をＩ　Ｔ
ｏｒｒに制御し、６０秒間のモノシランガスの分解を行
った。

その後、モノシランガスの供給を停止し、上記試料８の
加熱も停止した。次いで、パージガスとして窒素ガスを
上記反応ガス導入筒１１から導入し、反応容器９内の真
空度を徐々に大気圧に戻したのち、窒素パージ（５Ｑ／
分）をパージ導入筒１０からの導入に切り換えて、試料
８温度が２００℃以下になった時点で、試料８を反応容
器９から取り出した。この時得られた多結晶シリコン膜
のＰｇ、１！Ｘは３０ｎｒｎであった。

また、上記表面処理を行ったことにより、シリコン基板
表面が露出した部分に形成された多結晶シリコン膜とシ
リコン基板との界面には、導電性や不純物拡散に対する
バリヤとなる自然酸化膜が無く、清浄な多結晶シリコン
膜／シリコン基板界面を得ることができた。

（６）シリコン窒化膜の形成上記（５）と同様に、Ｉ　Ｘ　１０−８Ｔｏｒｒまで真
空排気したのち、流量計２４により窒素ガス流量をｌｅ
ｅ／分に制御し、反応ガス導入筒］１から反応容器９内
に導入しながら、真空排気制御部１９の動作により、反
応容器９内およびランプハウス１５内の真空度をしＩ　
Ｔｏｒｒに保った。

その後、ランプ１３の加熱により、シリコン基板８温度
を８００℃にして、流量計２８および３１によりアンモ
ニアガスおよびジクロルシランガスの流量を、それぞれ
２ｃｃ／分および０．５ｃｃ／分に制御した。尚、この
時も反応容器９およびランプハウス１５内の真空度はＩ
Ｔｏｒｒに保たれている。上記アンモニアおよびジグロ
ルシランガス導入復、６０秒の反応を行い、上記２種の
反応ガスのみ停止ヒして１反応容器９内をＩ　Ｔｏｒｒ
ら保った状態で１０秒間窒素ガスにより反応容器９内の
置換を行った。その後、シリコン基板８の加熱を停止し
て、反応容器９内の真空度を徐々に悪くして、大気圧に
した後、パージガス導入筒１０から窒素ガス（５悲／分
）を導入して、シリコン基板８温度が２００℃以下にな
った時点で、シリコン基板８を反応容器から取り出した
。この時形成されたシリコン窒化膜は、膜厚が２０αｍ
であり、通常のＣＶＤ法で得られたものと同等の耐酸化
性を有している。

（７）リンガラス膜の形成反応容器９内をパージガス導入筒１０から導入された窒
素ガス（５Ｑ／分）でパージングしている状態でシリコ
ンｊ＆　扱８１１）ｅ人し、ドア２２を閉じた後、３０
秒経過してから’Ｑ、　７４ガス流猷をＩＱＺ分にして
、窒素カスの導入をパージガス導入筒】Ｏから反応ガス
導入″ｉ？？ｉ　ｌ　１．　’＋こ切換えた。その後、
シリコン基板８を６００°Ｃに加熱し、冷却ガス導入筒
１６から乾燥空気を導入し１反応容器９を強制冷却した
。この時、温った乾燥空気は冷却ガス排気筒１７から排
気した。シリコン基板８を６００℃に加熱してから、１
０秒後、流量計２５．２７および２９により酸素ガス、
モノシランガスおよびホスフィンガス流量を、それぞれ
、０．２Ｑ／分、１０ｃｃ／分および０．４ｃｃ／分に
制御して、反応ガス導入筒］−１からこれらの反応ガス
を反応容器９に導入した。尚、ここで、それぞれの１本
の反応ガス導入筒１１は、一種の反応ガスを単独に用い
ており、これらの反応ガスの反応容器９内のシリコン基
板８表面近傍でのみ反応するようにしている。この反応
を６０秒行ったのち、窒素ガスを除いた反応ガスの供給
を停止し、１０秒後にシリコン基板８を１０００℃に加
熱して、２０秒のアニールを行った。この後、窒素ガス
流量を５Ｑ／分にして、シリコン基板８の加熱を停止、
した。シリコン基板８温度が２００℃以下になった時点
で窒素ガスの導入を反応ガス導入筒１１からパージガス
導入筒１０に切り換えたのち、シリコン基板８を反応容
器から取り出した。

このようにして形成されたリンガラスは、リンのモル濃
度が４％で、膜厚がｌｏｏｎｍであった。また、ＨＦ　
／　１ｈＯ＝　１　／　１０　　の組成を持つエツチン
グ液中でのエツチング速度は、約１１００ｎ／分であっ
た。このエツチング速度は、通常のＣＶＤ法で得られた
同じモルの濃度のリンガラス膜のそれに比べて約１０分
の１以下であった。通人のＣＶＤ法で形成したリンガラ
スをまた。　１０６０℃で３０分間緻密化した後のエツ
チング速度はほぼ同一であった。従って１．上記の方法
によれば、リンガラスの緻密化用アニールをさらに行う
必要が無い。このように、この方法では、同一反応容器
９内でリンガラス膜形成及び緻密化を行えるため、良質
のリンガラス膜形成が容易である。また、シリコン基板
８の表面に凹凸の有る場合に、この方法で形成すると、
通常の４５０℃程度の低温ＣＶＤ法に比べて１段差部の
ステップカバレージが良好であった。即ち、通常の方法
では０．５μｍ段差部の膜厚は平担部の膜厚に対し４０
％以下であったが、本発明によればほぼ９０％以上とな
った。

（８）ボロンリンガラス膜の形成反応容器９内を窒素ガス（流量＝５０／分）によりパー
ジングしている状態でシリコン基板８を挿入し、ドア２
２を閉じた後、３０秒経過してから窒素ガス流量をＩＱ
／分にして、上記窒素ガスの導入をパージガス導入筒１
０から反応ガス導入筒１１に切り換えた。その後、シリ
コン基板８を４５０°Ｃに加熱し、上記（７）のように
反応容器９を強制空冷した。シリコン基板８を４５０℃
に加熱後１０秒経過してから、流量計２５．２７．２９
および３０により、酸素ガス、モノシランガス、ホスフ
ィンガスおよびジボランガスの流量を、それぞれ、０．
２／分、１０ｃｃＺ分、０．４ｃｃ／分および０．３ｃ
ｃ１分に制御して、反応ガス導入筒１１からＥ記反応ガ
スを反応容器９に導入した。尚、これらの反応ガスの反
応は、シリコン基板８表面でのみ反応するようにしてい
る。この反応を６０秒行ったのち、窒素ガスを除いて全
ての反応ガスの供給を停止し、１０秒後にシリコン基板
８を１０００℃に加熱して２０秒のアニールを行った。

この後、窒素ガス流量を５Ｑ／分にして、シリコン基板
８の加熱を停止した。シリコン基板８温度が２００℃以
下になった時点で、窒素ガス導入を反応ガス導入筒１１
からパージガス導入筒］、Ｏに切り換えたのち、シリコ
ン基板８を反応容器から取り出した。得られたボロンリ
ンガラスは、ボロンおよびリンのモル濃度がそれぞれ３
モル％および４モル％であり、膜厚が１２０ｎｍであっ
た。このようにして得られたボロンリンガラスは、緻密
化がなされており良質の膿である。尚、この時、上記シ
リコン基板８表面に凹凸がある場合、このような方法で
ボロンリンガラスを形成すると、　−に記１１００℃ア
ニールにおいて上記ガラスのりフローが生じ、ガラス膜
表面の平担化がなされた。

以上のように本発明によれば、通常の薄膜形成法と同様
の薄膜形成が、短詩ｆｌｌｌかつ高温で可能となるため
、前述（１）〜（８）で述べたように、通常法に比べて
良質の薄膜形成が可能となる。また、時間制御及び雰囲
気制御の制御性が良好であるため。

異種薄膜を同一容器内で同時に形成できる。

前述の薄膜形成法を用いて、ＥＦＲＯＭを作製した実施
例を第３図により説明する。

面方位；　　（１００）、導電型：ｐ型、および、抵抗
率；１０Ω印のシリコン基板４０を、速達（１）の方法
で（温度＝１１００℃；時間＝６０秒）により膜厚が１
０ｎｍのシリコン酸化膜４１を形成したのち１反応容器
９内およびランプハウス１５内をＩ　Ｘ　１０”−’Ｔ
ｏｒｒ真空排気した。その後、前述（６）と同様の方法
により、８００℃の基板温度で３００秒の反応を行い、
ｙｌＡ厚が１１００ｎのシリコン窒化膜４２を形成した
。その後１通常のパージング及び冷却を行い、上記基板
４０を反応容器９から取り出したのち、通常のホト工程
を用いて、レジスト膜４３上記シリコン酸化膜４１およ
びシリコン窒化膜４２を加工した。そして、ホウ素イオ
ン４４をＦ３０　ｋ　ｅ　Ｖの加速エネルギーで５×１
０”／ｃ＋（だけ打込み、打込み層４５を形成し、その
後レジスト膜４３を除去した（ａ）。

次いで、前述（２）で示した方法（温度＝１２００℃２
時間＝３００秒、バブラ温度＝９５°Ｃ）により、１（
９厚が０．５μｍのシリコン酸化膜４６を形成した。こ
の時、上記シリコン酸化１１１４６下には。

前述打込み層４５のホウ素が電気的に活性化し、ｐ型フ
ィールド拡散層４７が形成された（ｂ）。

次に、上記シリコン窒化膜４２およびシリコン酸化膜４
１を除去したのち、前述（１）で示した方法（温度＝１
１５０℃９時間＝１２０秒）により、膜厚が２０ｎｍの
シリコン酸化膜（ゲート酸化膜）４８を形成した。その
後、しきい値制御のために、ホウ素イオン４９を６０ｋ
ｅＶの加速エネルギーで２．５　Ｘ　１０−”／ａＪだ
け打込みし、ホウ素打込み層５０を形成した（ｃ）。

次に、前述（５）で示したように、反応容器９内に試料
を挿入し、反応容器９およびランプハウス１５内部をＩ
　Ｘ　Ｉ　０−８Ｔｏｒｒに真空排気したのち。

試料温度を６５０℃に加熱した。試料温度が６５０℃に
なった直後、反応容器９内の真空度をＩ　Ｔｏｒｒにし
こ保ち、流量計２７および２９によりモノシランガスお
よびホスフィンガスの流量を、それぞれ、ｉｃｅ／分お
よび０．０１ｃｃ／分に制御し、反応ガス導入筒ＩＬか
ら上記ガスを反応容器９内に導入し、４２０秒の反応を
行った。その後、上記反応ガスの供給および試料の加熱
を停止し、前述（５）で示したような反応容器９内圧力
の大気圧化、パージングおよび冷却を行い、試料温度が
２００　’Ｃ以下になった特恵で、試料を反応容器から
取り出した。この時、形成された多結晶シリコンＩＩＱ
　５１は、膜厚が２１０ｎｍで、層抵抗が約２５Ω／口
であった。尚、この時、上記ホウ素打込み層５０は活性
化された。その後通常のホト工程を用いて、上記多結崩
シリコン膜５１し加工した（ｄ）。

次に、前述（３）で示した方法（温度＝　１０５０　”
ｒＨ。

時間＝１２０秒）により、１が厚が２０ｎｍのシリコン
酸化膜５２を形成しくｅ）、その後、上記多結晶シリコ
ン膜４０と同条件で同仕様の多結晶シリコン［５３を堆
積しくｆ）、次いで、通常のホト工程により、上記多結
晶シリコン膜５３．シリコン酸化膜５２、および多結晶
シリコン膜５１を加工した（ｇ）。この時、上記２種の
多結晶シリコン膜において、上部はコントロールゲート
ｆｆ１ｔ４４２、また、下部はフローティングゲート電
極４０となる。

次に、前述（３）の方法（温度＝＋ＯＳＯ°Ｃ２時間＝
１２０秒時間上１２０秒が２０ｎｍのシリコン酸化膜５
４を形成したのち、ヒ素イオン５５を１００ｋｏＶの加
速エネルギーでＬ　Ｘ　ｔ　ｏ１６ｉ＊だけ打込み、ソ
ースおよびドレインとなるヒ素杓込み層５６を形成した
（［１）。

その後、前述（７）の方法により、リン′、ａ度が０．
５モル％および４モル％のリンガラス膜５７および５８
を、それぞれ、０．３μｍ　（Ｊ）膜ｊ１メで形成した
。上記リンガラス形成条件は、以下の通りである。下層
のリンガラスＩｆ！＋ｉ　５７は、モノシランガスおよ
びホスフィンガスの流にをＬＯｃｃ／分および０．０５
ｃｃ／分とし、６００℃で１２０秒間反応させて形成し
た。また、上層のリンガラス膜５８は、モノシランガス
およびホスフィンガスの流量をそれぞれ１．Ｏｃｃ／分
および０．４ｃｃ／分として、６００℃で１２０秒間反
応させて形成した。尚、酸素ガスの流量は、共に、０．
２Ｑ、／分とした。

次いで、上述（８）の方法により、上述（８）と同条件
で３００秒間反応させて、膜厚が０．６μｍのボロンリ
ンガラス膜５９を形成し、その直後、窒素雰囲気（流量
＝ＩＱ／分）で１０５０℃。

】０秒の７二−ル処理を行い、図（ｉ）のように、リフ
ローにより表面を平担化したボロンリンガラス膜６０を
形成した。と記アニール処理により、上記ヒ素打込み層
５６は電気的に活性化され、また、上記リンガラス１漠
５７および５８がデンシファイされた（ｉ）。

次いで、通常のホト工程を用いて上記ボロンリンガラス
膜６０．リンガラス膜５８および５７、および、シリコ
ン酸化膜４８を加工し、コンタクト穴明けを行ったのち
、１０５０℃で１０秒のアニール処理を行い、図（ｊ）
のように、リフローエせたボロリンガラス膜６１しこよ
り、コンタクｌ−穴の傾斜を緩やかにした（ｊ）。

最後に、アルミニウム電極６２を通常工程により作製し
た後、水素雰囲気にした反応容器内で、５５０℃２０秒
の水素アニールを行い、ＥＦＲＯＭ素子を作製した。

本実施例によれば、通常プロセスと比較して薄膜形成プ
ロセスを９工程から６エ程に減らすことができ、また上
記数種のガラス膜のデンシファイおよびリフロー用のア
ニール処理を、薄膜形成直後に同一容器内で短時間のう
ちに処理できるため、上記アニール処理を実質的に３回
から２回に減らすことができ、プロセスの簡素化が行わ
れた。また１反応時間の制御が秒オーダーであるため、
薄膜形成プロセスの制御性が向上し、また５種々のアニ
ールを必要最少限の時間で行うことができ、不必要な熱
処理（例えばソース、ドレイン領域の接合深さの増大の
原因となり、減いソース、ドレイン形成が固定となる）
を無くすことができるため、アニールプロセスの制御性
も向上した６さらに１本実施例によれば、第３図（ｉ）
に嚇したように、リフロー処理により表面の平担化がな
され、コンタクト穴明けのためのホト工程の精度を向上
でき、また、同図（、ｊ）に示したように。

コンタク１−穴の斜視を緩やかにすることができたため
、電極６２形成において段切れ防止がなされた。

また、本実施例によれば、ゲート絶縁膜４８の絶縁耐圧
を約１０％向」二でき、また、フローテイングゲ−１−
５１とコン１−ロールゲート５３間の絶縁膜Ｓ２の絶縁
耐圧を約２．５　倍に向上でき、その結果デバイスの信
頼性を向上できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、同一反応容器内で、異種の薄膜を形成
でき、また、′４膜形成直後し；アニール処理が可能と
なるため、薄膜形成プロセスがＷＩ素化される。また、
反応を秒オーダーで制御できるのでプロセスの制御性向
上の効果がある。さらに、反応温度も高温化できるため
、特性の良好な薄膜形成に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による枚葉式ｆｆ＠縁膜形成装置の一例
を示す構成図、第２図は上記形成装置の概略図、第３図
は本発明の方法を用いたＥＰＲＯＭ作製工程図である。Ｊ、９・・・反応容器、２．８・・・試料基板、３　）
　Ｉ　Ｊ　ｇ１４・・加熱用ランプ、４・・・反応ガス
源、５，３４・・・反応ガス制御部、６・・・ガス排気
器、７・・・制御部。１０・・・パージガス導入筒、１１・・・反応ガス導入
筒。１２・・反応ガス排気筒、１５・・・ランプハウス、１
６・・・冷却ガス導入筒、１７・・・冷却ガス排気筒、
１８・・・真空排気筒、１９・・真空排気制御部、２０
・・・パイロメータ、２１・・パージガス排気筒、２２
・・・ドア５２３・・反応ガス流量制御部、２４〜３２
・・・流量計、３３・・・ガス配管、３５・・・超純水
、３６・・・バブラ、３７・・ヒータ、３８．３９・・
・三方向弁。４０・・・Ｐ型シリコン基板、４．ｉ、４６，４８゜５
２．５４・・・シリコン熱酸化膜、４２・・・シリコン
窒化膜、４３・・・レジスト膜、４．４．．４９・・・
ホウ素イオン、４５．５０・・・ホウ素打込み層、４７
゜５０・・・ｐ型拡散層、５１．５３・・・ｎ生型多結
晶シリコン膜、５５・・・ヒ素イオン、５６・・・ヒ素
打込み層またはｎ十型拡散層、５７．５８・・リンガラ
ス膜、５９〜６１・・・ボロンリンガラス膜、６２・・
・アルミニウム電極。

Claims

【特許請求の範囲】１、熱酸化法または気相化学反応法により、試料表面上
に薄膜を形成する際、上記薄膜形成が行われる容器内の
上記試料のみが主に加熱される様にし、上記薄膜形成に
必要な試料温度を急熱急冷を用いて秒オーダーで制御す
ることを特徴とする枚葉式薄膜形成法。２、各種反応ガスを、容器内に導入し、必要なガスの流
量制御が各々のガス種について可能であり、枚葉式、か
つ、秒オーダーで上記試料を加熱処理できることを特徴
とする枚葉式薄膜形成装置。