JPS63199434A - 絶縁膜の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の絶縁膜、特にシリコン基板を用い
た集積回路の酸化膜の形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

シリコン基板を用いる集積回路、特にＭ　ＯＳ（Ｍｅｔ
ａｌ　０Ｘｉｄｅ　５ｅｌｌｌｉＣＯｎｄＵＣｔＯｒ　
）集積回路においては、使用されるゲート酸化膜の厚さ
は高集積化、微細化が進むに従って薄くなっており、ゲ
ート長が１．０μｍ以下のサブミクロンＭＯＳデバイス
では１００Ａ以下の酸化膜が使用される。このような薄
い酸化膜を形成する方法の一例は［超ＬＳＩデクノロジ
ーｊ（Ｓ、Ｍシー編、武石喜幸他監訳総研出版）１５５
頁に示されている。すなわち、石英管あるいはシリコン
製拡散管内にシリコンウェーハを、石英あるいはシリコ
ン製の溝切りパドル（ボート）に垂直に立て、８００〜
１２００℃（±１°Ｃ）の温度で酸化する。酸化に先立
って、ウェーハを洗浄・乾燥した後、パドルに並べて、
８００〜９００℃に設定された炉に自動的に挿入する。

その後、酸化温度まで徐々に昇温する。挿入後昇温する
ことによって、ウェーハが反ることを防止している。酸
化後、降温してから取出す。

このような高品質の薄い酸化膜を形成する時、特性およ
び信頼性の観点から酸化前の基板表面の清浄化が特に問
題となる。基板表面の清浄化方法の一例として前述の「
超１ｓＩテクノロジー」１５６頁に記述されているよう
に、過酸化水素水と塩酸の溶液が一般に用いられでいる
。この溶液は、金属イオンの可溶錯体を形成して再付着
するのを防いている。続いて純水で洗浄する。このよう
にしてシリコン表面を清浄化した後、酸化を行っている
。

（発明が解決しＪ、うとする問題点） しかしながらこのように過酸化水素水と塩酸の溶液で重
金属除去を行い、その後純水によって洗浄する方法ては
、前出の「超１ｓＩテクノロジー」化膜が形成される。

すなわち、グラフでは、酸化処理の時間が０分であって
も酸化膜厚が例えば約１８Ａとなっている。

しかも洗浄の際に使用される化学薬品や純水中には無機
不純物、有機物、微粒子等が含まれており、洗浄後の表
面の汚染を招くことが知られており、例えば「日経エレ
クトロニクス別冊（マイクロデパイセズ）」（日経マグ
ロウヒル社）１１５頁には化学薬品の不純物量を現在の
０．５ｐｐｍ、純水中の炭素量を現在の１０ｐｐｂより
も１桁以下に下げる必要があること、同１３７真には純
水や化学薬品中に微粒子が含まれており、これらを可能
な限り除去しても洗浄時にシリコンウェーハ十へイ」着
することが示唆されている。

したがって、酸化膜を形成する前のシリコン表面には洗
浄およびその後の空気中放置によって不純物を含んだ自
然酸化膜か存在することになり、その状態で酸化を行っ
た時には自然酸化膜の上に酸化処理による酸化膜が積層
される。このため、シリコン表面上へ直接清浄な酸化膜
を形成することができないという問題があった。

そこで本発明はシリコン表面上に自然酸化膜を介在させ
ることなく直接清浄な酸化膜を形成することができる絶
縁膜の形成方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による絶縁膜の形成方法は、炉芯管内に基板を挿
入する工程と、炉芯管内を真空排気する工程と、炉芯管
内の温度を上昇させて基板表面に形成された自然酸化膜
を除去する工程と、炉芯管内温度を降下させた後酸素を
導入し、再度昇温させて酸化を行い、基板の表面に酸化
膜を形成する工程とを備えたことを特徴としている。

（作用） 本発明によればまず真空中で加熱することにより自然酸
化膜が除去される。次に、酸素を尋人して酸化を行なう
ことにより良好な酸化膜が形成される。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例につぎ詳細に説明す
る。

第１図は本発明にかかる絶縁膜形成方法の実施に用いら
れる装置の一例を示す概略構成図で市って、この装置は
、炉芯管例えば石英管１２、この管１２の一端側に設け
られたドア１３、他端側に設けられたガス導入管１６お
よび１７、ガス排気管１８を備え、また管１２の周囲に
設けられた高温加熱ヒータ１１を備えた炉で構成されて
いる。

次にこの装置を用いた絶縁膜形成方法を第２図のプロセ
ス図を参照しながら説明すると、まず、ドア１３を聞き
、そこから石英ボード１４に垂直状態で載置されたシリ
コン基板（ウェーハ）１５を自動的に挿入することによ
りシリコン基板を石英管１２内にセツティングする。こ
の際、石英管１２中へはガス導入管１６より窒素ガスを
導入し、シリコン基板１５の挿入時に不必要な酸化が行
なわれないようにする。また、不要な酸化防止およびシ
リコン基板の反りを防止するため酸化炉の温度は低温、
例えば８００℃としてあく。また、カス導入管１７、お
よびガス排気管１８はどちらも閉じておく。

シリコン基板１５を載置した石英ボード１４が定位置に
挿入されたら、カス導入管１６からの窒素の導入を停止
し、同時にドア１３を閉じ、ガス排気管１８を通じて石
英管１２中のガスを排気し、石英管１２の中を真空とす
る。石英管１２中が真空となったら、酸化炉の温度を徐
々に、例えば５℃／分の割合で昇温させ、９００℃〜９
５０℃とする。このように真空中で高温処理することに
よって前述したようにシリコン基板表面の自然酸化膜を
除去し、清浄化することができる。これについては、山
崎他［Ｓｉの減圧光エピタキシー」応用電子物性分科会
研究報告Ｎｏ、４１６．７〜１１頁に記載されている。

自然酸化膜の除去を終ったら、酸化炉の温度を再び低温
、例えば８００　℃へ除々に、例えば２．５°Ｃ／分の
割合で降温さぜる。そして８００°Ｃになったら、ガス
導入管１７より酸素ガスを導入する。そして石英管１２
内の圧力が大気圧になった時点でドア１３を開き炉の温
度を再び９００〜９５０℃まで前述のように徐々に昇温
し、シリコン基板１５の酸化を所望の酸化膜厚が得られ
るまで行う。

間化終了後、炉内温度を前述のように除々に降温させ、
シリコン基板１５を載置した石英ボート１４を炉から取
出してこれにより酸化工程を終了する。

（弁明の効果〕 以上実施例に基づいて詳細に説明したように本発明によ
れば酸化膜の形成を行う前に酸化炉中を真空とし高温て
熱処理を行えるようにしたため、シリコン基板の清浄化
、すなわちシリコン基板上に形成された自然酸化膜の除
去を酸化と同一の装置で連続して行うことができる。こ
のため不純物等を含まない高品質の酸化膜を得ることが
でき、この酸化膜をゲート酸化膜に適用することによっ
て高信頼性のサブミクロンＭＯＳデバイスを実説するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる絶縁膜形成方法の実施に用いら
れる装置の一例を示す概略構成図、第２図は本発明にか
かる絶縁膜の形成方法を示すプロセス図で必る。 １１・・・高温加熱ヒータ、１２・・・石英管、１３・
・・ドア、１４・・・石英ボード、１５・・・シリコン
基板、１６・・・ガス導入管、１７・・・ガス導入管、
１８・・・ガス排気管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉芯管内に基板を挿入する工程と、 前記炉芯管内を真空排気する工程と、 前記炉芯管内の温度を上昇させて前記基板表面に形成さ
   れた自然酸化膜を除去する工程と、前記炉芯管内温度を
   降下させた後酸素を導入し、再度昇温させて酸化を行い
   、前記基板の表面に酸化膜を形成する工程と を備えた絶縁膜の形成方法。 ２、自然酸化膜の除去および酸化膜の形成をそれぞれ９
   ００℃以上の温度で行うことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の絶縁膜の形成方法。 ３、酸化膜の形成を９００℃以上の温度で行なうことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁膜の形成方
   法。