JPH022130A - シリコン熱酸化膜形成方法および形成装置 - Google Patents

シリコン熱酸化膜形成方法および形成装置

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JPH022130A
JPH022130A JP14644688A JP14644688A JPH022130A JP H022130 A JPH022130 A JP H022130A JP 14644688 A JP14644688 A JP 14644688A JP 14644688 A JP14644688 A JP 14644688A JP H022130 A JPH022130 A JP H022130A
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JP
Japan
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oxide film
reactor
gas
temperature
atmosphere
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JP14644688A
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English (en)
Inventor
Takahiro Makino
牧野 孝裕
Hiroshi Yamada
宏 山田
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH022130A publication Critical patent/JPH022130A/ja
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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、半導体集積回路をはじめとする各種固体デバ
イスに用いられる、シリコン熱酸化膜の形成方法および
形成装置に関するものである。
[従来の技術] 従来半導体集積回路などに用いられるシリコンの熱酸化
膜は1次の様な方法で形成されてきた。
すなわち、シリコン基板を洗浄後石英製のテートに基板
を載せ、電気炉で加熱された開管式石英反応管中で所定
の温度および所定の雰囲気(酸素あるいは水蒸気雰囲気
などり下で加熱する。ここで洗浄方法としては、過酸化
水素水/アンモニア水混液(例えばH2O2:NH4O
H:H2O= 1 : 1 : 5 )、あるいは過酸
化水素水/塩酸混液(例えばH20□:HCt:H20
=1:1:5)、あるいは硫酸/水混液(例えばH2S
O4:H2O:1:4)などが代表的なものであるが、
これらの洗浄液は酸化剤を使用しているため、洗浄後薄
い酸化膜(以後洗浄酸化膜と呼ぶ)がシリコン基板表面
上に形成される。洗浄酸化膜を避けるため、洗浄後希弗
酸中でエツチングしたとしても、シリコン基板表面は大
気中の酸素や水蒸気によって1 nm程度の酸化膜がす
みやかに形成されてしまう(以後、自然酸化膜と呼ぶ)
。従って、目的とする酸化工程は、ウェー71表面に初
期酸化膜(洗浄酸化膜、あるいは自然酸化膜)が存在す
る状態を出発点とし、熱酸化が行われることに、なる。
初期酸化膜の影響は、工ぎタキシャル成長の分野では従
来から強く認識され、成長前に初期酸化膜を除去する工
程が必ず入れられている。水素ガス中で高温熱処理する
、あるいは高真空中で熱処理する工程などがそれに相当
する。しかし熱酸化の分野では、初期酸化膜の重要性は
従来まりたく考慮されておらず、上述したように初期酸
化膜が存在する状態から熱酸化を行ってきたと同時に、
初期酸化膜を除去可能な酸化膜形成装置は存在しなかっ
た。初期酸化膜は、先に述べた熱処理をしない限り蒸発
することなく膜中に残存し、従って酸化条件は所望の熱
酸化条件からかけ離れてしまう。つまり、低温酸化膜を
取り込んだ酸化膜となってしまうことが避けられない。
初期酸化膜の影響は酸化膜厚が薄いほど著しく、デ14
イスの微細化が進展し5 nm以下の酸化膜がダート酸
化膜として要求されてくると、影響が無視できなくなる
その理由は、低温酸化膜は高温で熱処理を受けたとして
も膜質の改善に限界がメリ、高温で熱酸化した酸化膜に
及ばないため(加納、張、版部、小出、松材:電子情報
通信学会技術研究報告SDM87−173〜181(1
981)25参照)、また洗浄酸化膜あるいは自然酸化
膜には、不純物が取り込まれている可能性や吸着してい
る可能性が犬きく、酸化膜中の不純物となって膜質を劣
化させる原因となるためである。従って新しい酸化膜形
成方法およびそれを可能とする酸化膜形成装置が必要と
なる。
[発明が解決し↓うとする課題] 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、悪影響の
元となる初期酸化膜を除去し、初期酸化膜のない状態を
出発点として、所定の温度および雰囲気のもとて良質の
酸化膜を形成し得るシリコン熱酸化膜形成方法および形
成装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するだめの手段と作用コ 本発明は上記目的を達成するために、シリコン基板表面
の自然酸化膜あるいは洗浄で形成された酸化膜を除去す
る工程と、その後大気中に取シ出すことなく、所定の温
度および雰囲気ffx中で熱酸化する工程とから構成さ
れていることを特徴とするものであシ、また、反応炉と
それを加熱する電気炉、および反応炉中へのガス供給シ
ステム、およびlX10Torr以下に排気可能なガス
排気システム、および反応炉との間に/Jルブを設けた
予備排気室、および予備排気室から反応炉へシリコンウ
ェーハを出し入れ可能とする搬送システムから成り1反
応炉中で熱酸化前処理と熱酸化を連続的に行うことを特
徴とするものであり、初期酸化膜のない状態を出発点と
して、所定の温度および雰囲気のもとて良質の酸化膜を
形成するようにしたものである。
[実施例] 第1図に、本発明の一実施例による装置の概略図を示す
。本装置の主な構成は、反応炉1ノとそれを加熱する電
気炉12.、/l/ス供給システム13゜ガス排気シス
テム14.予備排気室15.ウェーハ搬送システム16
.))”−トバルプ17である。
反応炉11は、高温に加熱した時放出ガスが少ない材料
、例えば石英で構成され、電気炉12は、反応炉1ノの
温度が空間的時間的に一定に保たれる方法、例えば抵抗
加熱ヒータで構成される。この場合急熱急冷できる電気
炉の方が好ましい。他の加熱方法、例えば傍熱型赤外線
加熱なども可能であるが、均一性安定性が要求される熱
酸化膜では、抵抗加熱が最も優れる。ガス供給システム
13は、ガスボンベや減圧弁、各種バルブや流量計など
から構成される。ガス排気システム14は、例えば三系
統から構成する。一系統は反応炉11をI X 10−
2Torr以下に排気できるように、例えばター′Nポ
ンプなどを使用する。この場合、反応炉11の熱により
ポンプの能力が劣化しないようにすることが重要で、ポ
ンプの排気口が反応炉11を直接見込まないように例え
ば90度曲げて設置する必要がある。二番目の系統は大
気圧〜10−2Torrに対応できるように、例えばロ
ータリポンプとメカニカルブースターポンプあるいはド
ライポンプなどを使用し、反応炉11との間に圧力調整
用の弁を設ける。三番目の系統は大気圧での使用に対応
できるようにするため、反応炉1゛1の後部に弁を設は
ガスを直接ドレイン(大気圧)に流せるようにする7、
予備排気室15と反応炉1ノの間にはゲートバルブ17
を設け、反応室を高真空に保つ。
続いて本実施例の装置を用いて、高真空下で熱処理する
ことによって初期酸化膜を除去する方法の一例について
説明する。シリコンウェーハを■(202(30%) 
:NH4OH(29%):H20=1:1:5中で煮沸
洗浄し、水洗後金弗酸(HF(50%):H2O=3:
100)中で洗浄酸化膜をエツチングする。その後H2
O2(30チ):HCA(36%):H2O= 1 :
 1:5中で煮沸洗浄し、水洗、乾燥させ、予備排気室
15ヘウエーハを設置する。予備排気室15をI X 
10  Torrまで排気した後ダートバルブ17を開
け、例えばI X 10  Torr 、 500℃に
設定した反応炉・11の中にウェーハを搬送する。反応
炉11の圧力は一時低下するが、ダートバルブ17を閉
じると数分で元に戻る。
その後反応炉1ノを800℃に昇温し、例えば真空度I
 X 10”” Torrのもとて10分間加熱する。
、この真空度は全圧力であシ、マススペクトルによる測
定では、水蒸気の分圧はその10〜20%程度、酸素は
はとんど検出されない。以上の条件下の熱処理によって
、初期酸化膜は確実に除去される。同時に膜中あるいは
表面に吸着していた不純物原子も除去される。洗浄後希
弗酸で処理した場合には、よシ短時間で酸化膜除去が可
能である。
しかる後反応炉1ノの温度を所望の値にし、所望の雰囲
気を導入し所望の圧力で熱酸化する。例えば、第三の排
気系統を用いて乾燥酸素l atm中で800℃、40
分間熱処理すれば、(100)面では40Aの洗浄酸化
膜が形成される。酸素を導入した時にウェーハ温度が変
化し酸化膜厚の制御性に影響を与えるが、酸化時間を2
0分程度以上にすれば無視できる。このようにして形成
した熱酸化膜は、初期酸化膜のような低温酸化膜を含ん
でおらず、シリコン界面から表面まで所望の温度と雰囲
気で形成された酸化膜である。さらに、初期酸化膜に含
まれる不純物原子の取シ込みがまったくないため、耐圧
や歩留まシの向上が図られる。
なお初期酸化膜が除去される条件の確認は、エピタキシ
ャル膜堆積した試料を作成し、S IMS(Sscon
dary Ion Mlcro 5pectrosco
py)分析によって行った。
以上に代表的な例を挙げたが、真空中熱処理によって初
期酸化膜が除去されるかどうかは、第2図に示したよう
に熱処理時の真空度によって決定され、ある圧力以下で
ないと酸化膜は除去されない。
例えば、I X 10−8Torrのもとでは、750
〜900℃、10分の熱処理で実際に十分除去されてお
シ、この事実は、酸化膜除去工程と酸化工程とを同じ温
度で行える範囲が広いことを意味している@lXl0 
 Torrでは除去不可能であった。
このように初期酸化膜除去時における真空度の影響は太
きいため、予め反応室は高温で十分焼きだしを行い(8
00℃熱酸化の場合900℃、1hr)高真空状態を維
持しておく必要がある。このためには、反応炉11との
間にバルブJ7を設けた予備排気室15は必須である。
ここでは酸化雰囲気として乾燥酸素の例を挙げたが、水
蒸気、酸素十三弗化窒素、酸素+塩化水素、酸素+トリ
クレンなど所望の雰囲気を選んでもよいのは勿論である
初期酸化膜の他の除去方法としては、水素雰囲気中で高
温に加熱する方法、シランあるいはジシランを流して加
熱する方法を用いることも可能である。水素ガス中では
酸化膜のエツチング速度が遅いので、実質的に1000
℃以上の高温が必要であり、高温を避けたい場合には使
用できない。
シランあるいはジシランを流す場合には、ガス分圧を小
さくする必袂がある。例えば、950℃の場合、ジン2
フ分圧を10” atm以下にする必要がある( Y、
Kunii and Y、5akakibara:Ja
paneseJournal of AppHed P
hyslcs 26(1982) 1816参照)。こ
の値以上にすると酸化膜が除去できずシリコンが堆積さ
れてしまうからである。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、熱酸化工程の前
に初期酸化膜(洗浄酸化膜あるいは自然酸化膜)を除去
する工程を大気に曝すことなく連続して行うことKよっ
て、次のような利点がある。
まず初期酸化膜がない状態から酸化を開始できるため、
形成された酸化膜は所望の温度と雰囲気ガスによって形
成されたもののみであり、初期酸化膜のような低温で形
成された品質の悪い酸化膜が含まれていない。次に、初
期酸化膜に含まれるあるいは表面に吸着している不純物
を、酸化膜除去工程で蒸発させてしまうことができ、不
純物汚染の面からも高品質となる。従って、酸化膜質や
不純物汚染に敏感なf−)酸化膜の耐圧や、ダイオード
およびトランジスタ歩留まりの向上が図られる。この効
果は、酸化膜厚が薄くなるに従い顕著になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成説明図、第2図は
゛本発明に係る初期酸化膜除去可能条件の一例を示す特
性図である。 1ノ・・・反応管、12・・・電気炉、13・・・ガス
供給システム、14・・・ガス排気システム、15・・
・予備排気室、16・・・ウェーハ搬送システム、17
・・・ダートノ譬ルプ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン基板表面の自然酸化膜あるいは洗浄で形
    成された酸化膜を除去する工程と、その後大気中に取り
    出すことなく、所定の温度および雰囲気ガス中で熱酸化
    する工程とから構成されていることを特徴とするシリコ
    ン熱酸化膜形成方法。
  2. (2)反応炉とそれを加熱する電気炉、および反応炉中
    へのガス供給システム、および1×10^−^7Tor
    r以下に排気可能なガス排気システム、および反応炉と
    の間のバルブを設けた予備排気室、および予備排気室か
    ら反応炉へシリコンウェーハを出し入れ可能とする搬送
    システムから成り、反応炉中で熱酸化前処理と熱酸化を
    連続的に行うことを特徴とするシリコン熱酸化膜形成装
    置。
JP14644688A 1988-06-14 1988-06-14 シリコン熱酸化膜形成方法および形成装置 Pending JPH022130A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0426120A (ja) * 1990-05-22 1992-01-29 Nec Corp 半導体基板の処理方法
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