JPS638611B2 - - Google Patents
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- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/91—Controlling charging state at semiconductor-insulator interface
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は良質な酸化シリコン系の絶縁膜および
絶縁膜―半導体界面の製造方法に関する。
絶縁膜―半導体界面の製造方法に関する。
従来、SiO2中の可動イオンの固定化を行い電
気特性を安定化するのには、酸化燐を含む高温雰
囲気中でSiO2を熱処理して表面にリンガラス層
を形成し、可動インオをゲツタリングするか、塩
素又は塩化水素を含む雰囲気中でSiO2を熱酸化
して形成することにより、塩素原子を可動イオン
に対するバリアとしてSiO2中に取り込んでいた。
この塩素酸化は更にSiO2―Si界面の界面準位の
減少、SiO2膜の絶縁耐圧のバラツキの減少(但
し、必ずしも絶縁耐圧の値の増大は期待できな
い)、Si表面の結晶欠陥の減少に有効であること
が知られている。しかし、塩素原子の原子半径は
Siのそれに較べて大きいので、SiO2中の欠陥やSi
表面の欠陥を完全に埋めることは難しい。一方、
水素は欠陥を埋めるには原子半径が小さく好都合
で、その効果はあるが、300〜400℃の熱処理で解
離してしまうこと、SiO2およびSiO2―Si界面に
輸送された高エネルギーキヤリア又は電子線、又
は紫外線で容易に解離してしまう等の難点があ
る。本発明者らは弗素原子はSiより小さい一価の
原子でSiO2及びSiO2―半導体の界面の安定、高
品質化に有効であることに着目したが、一般に弗
素イオンはSiO2を溶解し、しかも熱酸化等に用
いられる石英反応管をおかすことが知られてい
る。本発明者らの実験によれば、HF―O2を始め
としてNF3―O2やF2―O2の酸化ではまさしくそ
うであつた。
気特性を安定化するのには、酸化燐を含む高温雰
囲気中でSiO2を熱処理して表面にリンガラス層
を形成し、可動インオをゲツタリングするか、塩
素又は塩化水素を含む雰囲気中でSiO2を熱酸化
して形成することにより、塩素原子を可動イオン
に対するバリアとしてSiO2中に取り込んでいた。
この塩素酸化は更にSiO2―Si界面の界面準位の
減少、SiO2膜の絶縁耐圧のバラツキの減少(但
し、必ずしも絶縁耐圧の値の増大は期待できな
い)、Si表面の結晶欠陥の減少に有効であること
が知られている。しかし、塩素原子の原子半径は
Siのそれに較べて大きいので、SiO2中の欠陥やSi
表面の欠陥を完全に埋めることは難しい。一方、
水素は欠陥を埋めるには原子半径が小さく好都合
で、その効果はあるが、300〜400℃の熱処理で解
離してしまうこと、SiO2およびSiO2―Si界面に
輸送された高エネルギーキヤリア又は電子線、又
は紫外線で容易に解離してしまう等の難点があ
る。本発明者らは弗素原子はSiより小さい一価の
原子でSiO2及びSiO2―半導体の界面の安定、高
品質化に有効であることに着目したが、一般に弗
素イオンはSiO2を溶解し、しかも熱酸化等に用
いられる石英反応管をおかすことが知られてい
る。本発明者らの実験によれば、HF―O2を始め
としてNF3―O2やF2―O2の酸化ではまさしくそ
うであつた。
本発明は、このような不都合を伴なわずに、
SiO2系の絶縁膜中に弗素原子をとり込んでその
高品質化およびSiO2系―半導体界面の特性を改
善することを主目的とし、この課題の解決のため
に、弗化炭素系のガスをO2、CO2、NOX等の酸
化性ガス雰囲気中に混入して、Si化合物、Siを加
熱するか、SiO2膜を上記雰囲気中で加熱する方
法を採用した。この場合、キヤリアガスとしては
N2、Ar、He等の不活性ガスを用いることができ
る。実験によれば上記の弗化炭素系のガスを酸化
性ガス雰囲気中に混入した場合は石英反応管も
SiO2膜もおかされることなく高品質の酸化シリ
コン系膜を得ることができた。尚、本発明で酸化
シリコン系とは、酸化シリコン及び酸化シリコン
中に窒素、塩素、リン等の他の元素を含んでいる
ものの総称である。以下、本発明の実施例に就き
記述する。
SiO2系の絶縁膜中に弗素原子をとり込んでその
高品質化およびSiO2系―半導体界面の特性を改
善することを主目的とし、この課題の解決のため
に、弗化炭素系のガスをO2、CO2、NOX等の酸
化性ガス雰囲気中に混入して、Si化合物、Siを加
熱するか、SiO2膜を上記雰囲気中で加熱する方
法を採用した。この場合、キヤリアガスとしては
N2、Ar、He等の不活性ガスを用いることができ
る。実験によれば上記の弗化炭素系のガスを酸化
性ガス雰囲気中に混入した場合は石英反応管も
SiO2膜もおかされることなく高品質の酸化シリ
コン系膜を得ることができた。尚、本発明で酸化
シリコン系とは、酸化シリコン及び酸化シリコン
中に窒素、塩素、リン等の他の元素を含んでいる
ものの総称である。以下、本発明の実施例に就き
記述する。
弗化炭素系のガスとしてCF4を用い、酸化性の
雰囲気中で800℃〜1200℃の温度でシリコン基板
を熱酸化した場合はSiO2―Si界面の界面準位密
度の減少が観測された。第1図はその1例で、横
軸は酸化性ガスに対するCF4の体積%を示す。こ
の例では界面準位感度は1/4に減少している。同
様な条件で成長させたSiO2膜の絶縁耐圧はCF4を
混入しないで製造したものよりも改善された。第
2図はこの一例を示し、耐圧の低い絶縁膜製造技
術でも、CF4を混入することによつて平均耐圧の
値が4Vから10Vまで改善されている。ここで絶
縁耐圧は絶縁膜に10-15Acm2オーダーの電流が流
れる電圧として便宜的に測定された。CF4の酸化
性ガスに対する体積%が6%を越すと耐圧改善効
果は少なくなつている。この体積%を酸素原子に
対する弗素原子の割合で換算すると体積%の2倍
に相当する。従つて、CF4の酸化性ガスに対する
体積%が6%ということは、酸素原子に対する弗
素原子の割合は12%になる。SiO2系の絶縁膜は
室温でその中に正電荷が捕獲された状態で得られ
る場合が多く、そのために導電性電極―SiO2系
絶縁膜―半導体(COS)構造の半導体表面には
熱平衡状態より過剰な電子が誘起されている場合
が多い。この過剰電子の表面密度NFBは絶縁膜の
中の半導体表面側にある正電荷の大小に比例し、
小さい方が望ましいし、COS構造に加える電圧
温度ストレスに対する変動が小さいことも重要で
ある。弗化炭素系のガス混入により、このNFBの
値も小さく、NFBのバイアス・温度ストレスに対
する変動も小さくなることがたしかめられた。第
3図は(100)面Si上にSiO2をCF4混入酸化雰囲
気中で成長させた場合の測定値で、NFBの値は零
からの負の値をとるようになり、従来のSiO2膜
の場合と逆の符号となる。これはnチヤネル
MOSトランジスタのゲート閾値電圧の設計に有
用な性質である。又CF4の混入%が1%前後とな
るとバイアス・温度ストレスに対するNFB変動
(ΔNFB)も小さくなつていることがわかる。
雰囲気中で800℃〜1200℃の温度でシリコン基板
を熱酸化した場合はSiO2―Si界面の界面準位密
度の減少が観測された。第1図はその1例で、横
軸は酸化性ガスに対するCF4の体積%を示す。こ
の例では界面準位感度は1/4に減少している。同
様な条件で成長させたSiO2膜の絶縁耐圧はCF4を
混入しないで製造したものよりも改善された。第
2図はこの一例を示し、耐圧の低い絶縁膜製造技
術でも、CF4を混入することによつて平均耐圧の
値が4Vから10Vまで改善されている。ここで絶
縁耐圧は絶縁膜に10-15Acm2オーダーの電流が流
れる電圧として便宜的に測定された。CF4の酸化
性ガスに対する体積%が6%を越すと耐圧改善効
果は少なくなつている。この体積%を酸素原子に
対する弗素原子の割合で換算すると体積%の2倍
に相当する。従つて、CF4の酸化性ガスに対する
体積%が6%ということは、酸素原子に対する弗
素原子の割合は12%になる。SiO2系の絶縁膜は
室温でその中に正電荷が捕獲された状態で得られ
る場合が多く、そのために導電性電極―SiO2系
絶縁膜―半導体(COS)構造の半導体表面には
熱平衡状態より過剰な電子が誘起されている場合
が多い。この過剰電子の表面密度NFBは絶縁膜の
中の半導体表面側にある正電荷の大小に比例し、
小さい方が望ましいし、COS構造に加える電圧
温度ストレスに対する変動が小さいことも重要で
ある。弗化炭素系のガス混入により、このNFBの
値も小さく、NFBのバイアス・温度ストレスに対
する変動も小さくなることがたしかめられた。第
3図は(100)面Si上にSiO2をCF4混入酸化雰囲
気中で成長させた場合の測定値で、NFBの値は零
からの負の値をとるようになり、従来のSiO2膜
の場合と逆の符号となる。これはnチヤネル
MOSトランジスタのゲート閾値電圧の設計に有
用な性質である。又CF4の混入%が1%前後とな
るとバイアス・温度ストレスに対するNFB変動
(ΔNFB)も小さくなつていることがわかる。
更に、本発明の方法により、SiO2中のトラツ
プの濃度の減少を示唆するVI特性を示すSiO2も
得られ、また、SiO2膜を生成した後に弗化炭素
系ガスを酸化性ガスに混入した雰囲気で熱処理し
た場合も界面準位、トラツプ減少、NFB、ΔNFB
の減少効果が見られた。
プの濃度の減少を示唆するVI特性を示すSiO2も
得られ、また、SiO2膜を生成した後に弗化炭素
系ガスを酸化性ガスに混入した雰囲気で熱処理し
た場合も界面準位、トラツプ減少、NFB、ΔNFB
の減少効果が見られた。
また、SiH4、SiCl4等のシリコン化合物を同様
な雰囲気中において加熱基板上に供給し、SiO2
系の膜を形成しても同様な効果が得られた。
な雰囲気中において加熱基板上に供給し、SiO2
系の膜を形成しても同様な効果が得られた。
以上、具体例を述べたように、本発明は、従来
困難であつたSiO2系絶縁膜中への弗素の導入を
容易とし、しかも種々格別の効果が期待でき、半
導体素子工業界に寄与すること大である。
困難であつたSiO2系絶縁膜中への弗素の導入を
容易とし、しかも種々格別の効果が期待でき、半
導体素子工業界に寄与すること大である。
第1図は本発明によるCF4ガス混入による界面
準位密度減少効果を示す一例の測定図、第2図は
同じくCF4ガス混入による絶縁耐圧向上効果を示
す一例の測定図、第3図はCF4ガス混入による
NFB減少、ΔFBの減少(安定化)効果を示す一例
の測定図である。
準位密度減少効果を示す一例の測定図、第2図は
同じくCF4ガス混入による絶縁耐圧向上効果を示
す一例の測定図、第3図はCF4ガス混入による
NFB減少、ΔFBの減少(安定化)効果を示す一例
の測定図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 弗化炭素系ガスを酸素性ガスに酸素原子に対
する弗素原子の割合が0.1%以上12%以下の混合
比で混入した雰囲気ガス中において、シリコン、
シリコン化合物又は酸化シリコン膜を800℃から
1200℃の範囲で加熱することにより酸化シリコン
膜を製造することを特徴とする絶縁膜および絶縁
膜―半導体界面の製造方法。 2 特許請求の範囲1記載の絶縁膜および絶縁膜
―半導体界面の製造方法において、弗化炭素系ガ
スはCF4であることを特徴とする方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13892379A JPS5662328A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Manufacturing of insulation membrane and insulation membrane-semiconductor interface |
US06/635,477 US4567061A (en) | 1979-10-26 | 1984-07-30 | Method for manufacture of insulating film and interface between insulation film and semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13892379A JPS5662328A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Manufacturing of insulation membrane and insulation membrane-semiconductor interface |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58163048A Division JPS59218735A (ja) | 1983-09-05 | 1983-09-05 | 絶縁膜および絶縁膜−半導体界面の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5662328A JPS5662328A (en) | 1981-05-28 |
JPS638611B2 true JPS638611B2 (ja) | 1988-02-23 |
Family
ID=15233285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13892379A Granted JPS5662328A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Manufacturing of insulation membrane and insulation membrane-semiconductor interface |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4567061A (ja) |
JP (1) | JPS5662328A (ja) |
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US5753542A (en) | 1985-08-02 | 1998-05-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for crystallizing semiconductor material without exposing it to air |
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US4916116A (en) * | 1987-05-06 | 1990-04-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of adding a halogen element into oxide superconducting materials by ion injection |
US4894353A (en) * | 1988-04-29 | 1990-01-16 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of fabricating passivated tunnel oxide |
US5043224A (en) * | 1988-05-12 | 1991-08-27 | Lehigh University | Chemically enhanced thermal oxidation and nitridation of silicon and products thereof |
EP0445535B1 (en) * | 1990-02-06 | 1995-02-01 | Sel Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of forming an oxide film |
US5578520A (en) * | 1991-05-28 | 1996-11-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for annealing a semiconductor |
US5766344A (en) | 1991-09-21 | 1998-06-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for forming a semiconductor |
US7097712B1 (en) | 1992-12-04 | 2006-08-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for processing a semiconductor |
CN1052566C (zh) | 1993-11-05 | 2000-05-17 | 株式会社半导体能源研究所 | 制造半导体器件的方法 |
US6897100B2 (en) | 1993-11-05 | 2005-05-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for processing semiconductor device apparatus for processing a semiconductor and apparatus for processing semiconductor device |
US5591681A (en) * | 1994-06-03 | 1997-01-07 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method for achieving a highly reliable oxide film |
US5702976A (en) | 1995-10-24 | 1997-12-30 | Micron Technology, Inc. | Shallow trench isolation using low dielectric constant insulator |
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JP4985855B2 (ja) * | 2011-01-13 | 2012-07-25 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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US3692571A (en) * | 1970-11-12 | 1972-09-19 | Northern Electric Co | Method of reducing the mobile ion contamination in thermally grown silicon dioxide |
US4007294A (en) * | 1974-06-06 | 1977-02-08 | Rca Corporation | Method of treating a layer of silicon dioxide |
US4223048A (en) * | 1978-08-07 | 1980-09-16 | Pacific Western Systems | Plasma enhanced chemical vapor processing of semiconductive wafers |
JPS5522862A (en) * | 1978-08-07 | 1980-02-18 | Nec Corp | Manufacturing method for silicon oxidized film |
US4246296A (en) * | 1979-02-14 | 1981-01-20 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Controlling the properties of native films using selective growth chemistry |
US4232057A (en) * | 1979-03-01 | 1980-11-04 | International Business Machines Corporation | Semiconductor plasma oxidation |
-
1979
- 1979-10-26 JP JP13892379A patent/JPS5662328A/ja active Granted
-
1984
- 1984-07-30 US US06/635,477 patent/US4567061A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4567061A (en) | 1986-01-28 |
JPS5662328A (en) | 1981-05-28 |
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