JPH03203236A - 絶縁膜形成方法 - 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） この発明は、絶縁膜形成方法（こ関するもので、特に膜
厚の薄い絶ｍ膜であって品貢の優れた絶縁膜を形成する
方法に関するものである。

（従来の技術） 最先端技術により形成されるシリコン集積回路、特にＭ
ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ　０ｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ）集積回路では膜厚が極めて薄い酸化膜がゲー
ト絶縁膜に用いられる。とりわけ１．０ｕｍ以下のゲー
ト長を有するサブミクロンＭＯＳデバイスでは膜厚が例
えば］○Ｏλ以下となる酸化膜が用いられ、このように
膜厚を薄くすることによって利得の向上が図られている
。

酸化膜の従来の形成方法の一例としては、例えば文献：
　ｒＭＯ５ＬｓＩ製造技術、徳山　　轟、橋本　哲−ｍ
著、日経マグロウヒル社、Ｐ、６５　（＋９８５）」に
開示されるものがあった。

この文献に開示されている方法では、まず、電気炉によ
って８００〜１２００”Ｃｌこ加熱した石英管内に、清
浄化した基板が配ＩＩされる。その後、酸化膜形成のた
めの酸化性ガスが石英管内に導入される。酸化性ガスと
しては例えば、乾燥した酸素ガス、或は酸素及び水素の
混合ガス、或は塩酸を霧状にして酸素ガスと混合したガ
ス等が用いられる。酸化性ガスの導入された石英管内に
基板を、形成しようとする酸化膜の膜厚に見合った時間
一定温度で放置しておくことによって基板表面に均一な
膜厚の酸化膜が形成される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の文献に開示されている絶縁膜形成
方法では、膜厚が例えば１００Å以下の薄い酸化Ｉ！＠
形戒形成場合膜厚制御が困難であった。そのため、従来
の絶Ｒｓ形成方法で上述のような薄い酸化膜を形成する
場合は、石英管の加熱温度８８００℃以下にする方法（
以下、これを低温酸化法と略称することもある。）或い
は、窒素で酸素を稀釈して酸化速度の低下を図る方法（
以下、これを稀釈酸化法と略称することもある。）をと
らざるを得ない。

しかし、低温酸化法では、シリコン（基板）／シリコン
酸化膜界面が荒れてしまうという問題点があった。また
、稀釈酸化法では窒素がシリコン／シリコン酸化膜界面
に偏析するので新たに界面準位が発生する等の問題点が
あった。

また、低温酸化法及び稀釈酸化法のいずれの方法でも、
得られる酸化膜は、緻密でなく、シリコン／シリコン酸
化膜界面に例えばシリコン原子の不対結合や或いは歪ん
だＳｉ−〇−Ｓｉ結合が多く存在してしまい、このため
そもそも界面準位が高くなる傾向があった。従って、こ
のような酸化膜をＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲー
ト絶縁膜として使用した場合、上記の原因に起因する種
々の問題が生じる。例えば、ゲート長１１ユｍ以下の微
細なＭＯＳ型電界効果トランジスタの場合では、チャネ
ル領域で発生したホットエレク１〜ロンがこの酸化膜中
に侵入すると、電子はこの酸化膜中のシリコン原子の不
対結合や歪んだＳｉ−〇−３ｉ結合にトラップされ新た
な界面準位を発生させ、このためＭＯ３型トランジスタ
における閾値電圧の変動や伝達コンダクタンスの低下を
引き起してしまう。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、絶縁膜形成中に生じる未結合手
等に起因する膜欠陥を低減出来る絶ａｍ形成方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の遺戒を図るため、この発明によれば、反応炉
内で基板に対し酸化性ガス雰囲気中での加熱処理を行な
って該基板に絶縁膜を形成する方法において、 絶縁膜形成途中において反応炉内雰囲気を還元性ガス雰
囲気に変えて絶縁膜形成中の基板を加熱処理する工程を
少なくとも１回含むことを特徴とする。

なお、ここで云う基板とは、シリコン基板等のような基
板そのものである場合は勿論のこと、基板上にエピタキ
シャル層が形成されたもの、基板やエピタキシャル層に
素子が作り込まれている中間体等、絶縁膜が形成される
べき広く下地を意味している。

また、この発明の実施に当たり、絶Ｒ膜の形成前に基板
に対し還元性ガス雰囲気中での加熱処理と反応性ガス雰
囲気中での加熱処理とを順次に行ない基板の清浄化を図
るのが好適である。

さらにこの発明の実施に当たり、前述の酸化性ガス雰囲
気、還元性ガス雰囲気及び反応性ガス雰囲気夫々での加
熱処理を赤外線照射により行なうのが好適である。

（作用） この発明の絶縁膜形成方法によれば、絶縁膜形成途中に
おいて反応炉内雰囲気を還元性ガス雰囲気に変えて絶縁
膜形成中の基板を加熱処理する工程を少なくとも１回含
むので、形成途中の絶縁膜に対し還元性ガス雰囲気での
加熱処理が適宜なされる。この結果、還元性ガス雰囲気
での加熱処理を行なう前までに成長した絶縁膜部分の緻
密化、欠陥除去、表面の汚染物の除去、さらに、この絶
縁膜部分に含まれるシリコン原子の不対結合や歪んだＳ
ｉ−〇−８ｉ結合の低減が図れる。

また、酸化性ガス雰囲気での加熱処理を赤外線ランプ照
射により行なった場合、基板の加熱及び冷却を応答性良
く行なえる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の絶縁膜形成方法の実施
例につき説明する。

なお、図面はこの発明を理解出来る程度に、各構１１ｉ
、戒分の寸法、形状及び配設位１ｆｔ概略的に示してい
る（こすぎない。従って各構成成分の寸法、形状及び配
置関係は図示例に限定されるものではない。また、以下
の説明では、特定の材料及び特定の数値的条件を挙げて
説明するが、これら材料及び条件は単なる好適例にすぎ
ず、従ってこの発明はこれら材料及び条件に限定される
ものではない。

２日 まず、この発明の絶縁膜形成方法の説明に先立ち、この
方法の実施に用いて好適な絶縁膜形成装置につき説明す
る。

第２図はこの絶縁膜形成装置の主要部（主として反応炉
及び加熱部の構成）を概略的に示す断面図である。なお
、第２図では反応炉内に基板を設置した状態を示す。

また第３図はこの絶縁膜形成装置の全体構成を概略的に
示す図である。

第２図にも示すようにこの実施例では、反応炉（チャン
バー）１０ヲ例えば本体１０ａ、蓋部材１０ｂ及び昇降
部材１０ｃから構成する。本体１０ａ及び昇降部材１０
ｃの形成材料としては例えば、ステンレスを、また蓋部
材１０ｂ及び後述の支持体２０の形成材料としては、例
えば石英を用いる。

また上述の反応炉１０の本体１０ａ及び昇降部材１０ｃ
は分離可能に一体となって凹部ａを形成するものである
。また、昇降部材１０ｃの凹部ａの側には基板１８を載
せるための支持体２０を設けて昇降部材１０ｃの昇降に
よって支持体２０をのせた基板１８を反応炉１０内へ入
れ或は反応炉１０外へ取り出せるようにする。図示例で
は昇降部材１０ｃを例えば機械的に昇降させるための昇
降装置２２と連結させている。

また蓋部材１０ｂを着脱自在に本体１０ａに取り付ける
。本体１０ａと蓋部材１０ｂ及び昇降部材１０ｃとの間
には気密保持部材２４例えばパイトンパツキンを設けて
おり、従って反応炉１０内の真空引きを行なった際に気
密保持部材２４を介し、気密状態が形成できる。

また凹部ａの基板近傍位置に基板１８の表面温度を測定
するための温度測定手段２６例えばオプティカルパイロ
メータを設ける。

さらにこの実施例では加熱部１６ヲ任意好適な構成の赤
外線照射手段、例えば赤外線ランプ１６ａと、この赤外
線ランプ１６ａ　７＆支持するための支持部材＋６ｂと
を以って構成する。赤外線ランプ１６ａとしてはタング
ステンハロゲンランプその他の任意好適なランプを用い
る。好ましくは、複数個の赤外線ランプ１６ａ　％反応
炉１０内の加熱を均一に行なえるように配置する。通常
、赤外線ランプ１６ａは、反応炉１０外（こ配置する。

この際、反応炉１ｏの一部を、赤外線を反応炉１０外が
ら反応炉１ｏ内に透過させ得る構成とする。この実施例
では、蓋部材１０ｂを既に説明したように石英で構成し
であるので赤外線の透過が可能である。

また、赤外線ランプ１６ａの支持部材＋６ｂの配設位Ｍ
をこれに限定するものではないが、図示例では支持部材
＋６ｂを、支持部材１６１〕と本体１０ａとの間に蓋部
材＋ｏｂ及び本体１０ａの当接部を閉じ込めるように、
本体１０ａに着脱自在に取り付け、さらに支持部材＋６
ｂと本体１０との間に気密保持部材２４を設ける。この
ように支持部材＋６ｂを設けることによって反応炉１０
内の真空気密性の向上が図れる。

なお、第２図において符号２８は反応炉１ｏ及びガス供
給部１４の間に設けたガス供給管、また３ｏは反応炉１
０及び排気手段１２０間に設けた排気管を示す。

次に、第３図を参照してこの実施例の真空排気系及びガ
ス供給系につき説明する。なお、真空排気系及びガス供
給系を以下に述べる例に限定するものではない。

まず真空排気系につき説明する。この実施例では排気手
段１２ヲ例えばターボ分子ポンプ１２ａとこのポンプ１
２ａと接続されたロータリーポンプ＋２ｂとを以って構
成する。排気手段１２を例えば図示のように配設した排
気管３０及びバルブを介して反応炉１０と連通させて接
続する。

第３図において３２ａ〜３２ｄは排気管３０に連通させ
て設けた真空計（或は圧力ゲージ）であり、真空計３２
ａ及び３２ｄを例えば１〜１（１３Ｔｏｒｒの範囲の圧
力測定に用いるバラトロン真空計（或いはビラニー真空
計）とし、また真空計３２ｂ及び３２ｃ　％例えば１０
−”　〜１０−”Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの範囲の圧力測定に用
いるイオンゲージとする。真空計３２ｂと排気管３０と
の間には真空計３２ｂを保護するための自動開閉バルブ
３４を設け、真空計３２ｂの動作時に真空計３２ｂに対
して１（Ｉ”Ｔｏｒｒ以上の圧力を負荷しないようにバ
ルブ３４の開閉を自動制御する。３６ａ〜３６ｆは排気
手段１２及び反応炉１０の間に設けられる自動開閉バル
ブであり、これらバルブ３６ａ〜３６ｆ　！それぞれ任
意好適に開閉することによって、反応炉１０内の圧力を
任意好適な圧力に制御し反応炉１０内に低真空排気状態
及び高真空排気状態を形成する。

ざら（こ３８は圧力調整用のニードルバルブ及び４０は
レリーフバルブであり、バルブ４ｏは反応炉１ｏ内の圧
力が大気圧例えば７６０Ｔｏ　ｒ　ｒｌｆｒ越えた場合
に自動的に開放し、バルブ４０の開放によってガス供給
部１４から反応炉１０内へ供給されたガスを排気する。

次にガス供給系につき説明する。この実施例ではガス供
給部１４を還元性ガス源１４ａと、反応性ガス源＋４ｂ
と、酸化性ガス源１４ｃと、不活性ガス源＋４ｄとを以
って構成する。このガス供給部１４ヲ例えば図示のよう
（こ配設した供給管２８及びバルブを介して反応炉１０
と連通させて接続する。

さらに第３図において４２はガス供給系、４４はバルブ
、４６ａ　〜４６ｄ及び４８ａ、４８ｂは自動開閉バル
ブ、５０ａ、５０ｂはガス供給部１４がら反応炉１ｏへ
導入されるガスの流量を制御する自動ガス流量コントロ
ーラである。

バルブ４４．４８ａ　、４８ｂ　、４６ａ　〜４６ｂ　
ＩＦｒそれぞれ任意好適に開閉することによって、所望
のガスをガス供給部１４から反応炉１０へ供給できる。

チ５日 次に、基板としてシリコン基板を用いこの基板にシリコ
ン酸化膜を形成する例によりこの発明の絶縁膜形成方法
の実施例の説明を行なう。ここで、第１図は、この発明
の絶縁膜形成方法の説明に供する加熱サイクルを説明す
るための図である。なお、図は横軸に時間をとり縦軸に
温度をとって示しである。

また、以下の説明では第２図及び第３図を適宜参照され
たい。

この実施例では、反応炉１０内の支持体２０にシリコン
基板１８（以下、基板１８と略称する。）を設置した後
、この基板１８の清浄化を行なってがら絶縁膜の成膜処
理を行なう。以下、これにつき順次説明する。

■く清浄化〉 基板１８の清浄化は例えばこの出願の出願人により提案
されている方法で行なえこの実施例でもその方法を用い
る。具体的に説明する。

■−■・・・前処理 先ず、従来がら行なわれている如く化学薬品及び純水等
を用いて基板の前洗浄を行なう。

次に、反応炉１ｏ内で基板１８に自然酸化膜が形成され
るのを防止するため、反応炉ｌｏ内にパージ用のガスと
して例えば窒素ガス或いはアルゴン等のような不活性ガ
スを予め導入しておく。ここでは、還元性ガス、反応性
ガス及び酸化性ガスは未だ導入しない。このようにガス
供給を行なうには、バルブ４４，４８ｂ及び４６ｄ　＠
開け、バルブ４８ａ。

４６ａ〜４６ｃを閉しれば良い。

次に反応炉１０内に基板１８を設置する。基板１８は昇
降部材１０ｃの支持体２０上に固定する。

次に、上述の如く前処理の済んだ基板に対し還元性ガス
雰囲気中での加熱処理と反応性ガス雰囲気中での加熱処
理とを順次に行ない基板の清浄化をする。具体的１こは
以下のよう１こ行なう。

■−■・・・自然酸化膜の除去 まず、バルブ４４．４８ｂ、　４６ｄを閉じて、反応炉
１０内への不活性ガスの供給を停止する。

次に、排気手段１２によって反応炉１０内を例えば１ｘ
ｌＯ−８Ｔｏｒｒの真空度となるように排気し反応炉１
０内を清浄化する。なお、この真空排気のため、バルブ
３８．３６ａ　、３６ｆ　、　３４、を閉じておいてバ
ルブ３６ｂ　、　３６ｃ　、３６ｄ　％開き、ロータリ
ーポンプ１２ｂ　＠作動させ、反応炉１０内の圧力を真
空計３２ａでモニター（監視）しながら反応炉１０内を
排気する。さらに、反応炉１０内が例えばｌＸ１Ｏ−３
Ｔｏｒｒの圧力となった後、バルブ３６ｃ　、３６ｄを
閉じてバルブ３６ｅ　、３４１開き、真空計３２ｂで反
応炉１０内の圧力をモニターしながらｌＸ１（ＩｅＴＯ
ｒｒまで反応炉１０内を排気する。

反応炉１０内を上述の如く高真空に排気したら、次に反
応炉１０内に還元性ガス例えば水素ガスを導入する（第
１図の領＠Ｉ：Ｈ２７０−）。この還元性ガスの導入１
こ当たっては、次１こ行なう還元性ガス雰囲気中での加
熱処理において反応炉１０内の減圧状態を維持するため
に、バルブ３６ｂ、３６ｅ、３４を閉じバルブ３８．３
６ａを開いた状態としこの状態でバルブ４４．４８ａ、
　４６ａｌ開いて還元性ガス例えば水素ガスを反応炉１
０内に供給する。このときの反応炉１０内の減圧状態の
維持は、還元性ガスを導入しながらバルブ３８ヲ操作す
ると共に還元性ガスの流量を自動コントローラ５０ａで
調製することによって行なえる。この実施例では、反応
炉１０内を例えば１００〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒの低真空の
減圧状態に維持する。

次に、加熱部１６（こよって自然酸化膜の除去のための
加熱処理を行なう（第１図の領域の）。この加熱処理に
よって還元性ガス雰囲気中で基板１８を加熱して基板１
８の自然酸化膜を還元し、自然酸化１１１Ｍ基板１８か
ら除去する。なおこの実施例では、反応炉１０内を減圧
状態に維持しながら加熱処理を行なう。これにより、自
然酸化膜の還元による反応生成物が反応炉１０外へ排気
され、その結果、反応生成物によって基板１８及び反応
炉１０内が汚染される度合を低減出来る。

ここで、この加熱処理は、加熱部１６の赤外線ランプ１
６ａによって行なっている、そして、基板１８の表面温
度を温度測定手段２６で測定しながら例えば基板１８の
表面温度を５０℃／秒〜２００℃／秒の間の適当な割合
で好ましくは約り００℃／秒で上昇させて、約１０００
℃となったら約１０〜３０秒問１０００℃の状態を保持
するように基板１８の加熱を制御する。

次に、加熱部１６による基板１８の加熱を停止すると共
にバルブ４６ａ　ＩＦｒ閉じて還元性ガスの供給を停止
し、そして基板１８の表面温度が室温例えば約２５℃と
なるまで基板１８が冷却するのを待つ。この冷却は基板
１８が自然に冷却するよう（こしても良いし、強制的に
冷却するようにしでも良い。強制冷却は、例えばバルブ
４８ａ　ｔａ閉じバルブ４８ｂ、　４６ｄを開けて不活
性ガスを反応炉１０内に大量に導入することにより行な
える。

次に、バルブ３８．３６ａｔ閉じてバルブ３６ｂ、　３
６ｅを開けて反応炉１０内を例えば１ｘ１０−８Ｔｏｒ
ｒの高真空に排気し、反応炉１０内を清浄化する。

■−■・・・基板表面の清浄化 次（こ、バルブ３６ｂ、３６ｅ　％閉じてバルブ３８，
３６ａＶ開き、反応性ガス例えば重量比で１％塩酸−９
９％水素ガスの比で塩酸を霧状にして水素ガスと混合し
たガスを反応炉１０内に導入する（第１図の領域■：日
Ｃβフロー）。反応性ガスの導入に当たっては、次に行
なう反応性ガス雰囲気中での加熱処理において反応炉１
０内の減圧状態を維持するために、自然酸化膜除去の際
の加熱処理と同様にして反応炉１０内を例えば１００〜
１００−２ＴＯｒｒの低真空の減圧状態に維持する。

次に加熱部１６によって加熱処理を行なう。この処理に
よって熱的に活性化された反応性ガスが基板１８自体及
び不純物と化学的に反応して揮発するので基板１８に付
着している無機物等の不純物を除去出来る。反応性ガス
の熱的活性化はこの実施例の場合は反応性ガスに赤外線
を照射することにより行なう。また、反応炉１０内を減
圧状態（こ維持しながら加熱処理を行なうので、基板１
８のエツチングによる揮発性の反応生成物が反応炉１０
外へ排気され、その結果、反応生成物によって基板１８
及び反応炉１０内が汚染される度合を低減出来る。

この基板表面の清浄化は、例えば、基板１８の表面温度
を約１０００℃に保持するように基板１８ヲ加熱しなが
ら（第１図の領域■）約２０秒間、反応性ガスによる基
板１８のエツチングを行なえば良い。

次に、加熱部１６（こよる加熱処理を停止すると共１こ
バルブ４６ｂ　！閉じて反応性ガスの供給を停止し、基
板１８が室温まで冷却するのを待つ。この冷却は基板１
８の自然冷却としても良いし、強制冷却としても良い。

次に、バルブ３８．３６ａ！閉じ、バルブ３６ｂ、３６
ｅ　ｌＦｒ開き反応炉１０内を例えば１ｘ１０−’Ｔｏ
ｒｒの高真空に排気する。

■〈酸化膜の成膜〉 次（こ、酸化性ガス雰囲気中で加熱処理を行なって基板
１８に酸化膜を形成するため、バルブ３６ｂ。

３６ｅ　ｌＦｒ開じ、バルブ３８．３６ａ、　４８ｂ、
　４６＋Ｊ開き酸化性ガス例えば酸素ガスを反応炉１０
内に供給する（第１図の領域ｍ　：　０２７０−）。酸
化膜形成は大気圧下でも行なえるが、酸化膜形成時の反
応性生成物を反応炉１０外に排気するため、反応炉１０
内を例えば１００〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒの低真空の減圧状
態に維持する。この状態で加熱部１６による加熱処理に
よって基板１８を加熱して基板表面に酸化膜を形成する
。

この基板１８の加熱は加熱部１６の赤外線ランプ１６ａ
によって行なう。この際に、基板１８０表面温度を温度
測定手段２６で測定しながら、基板１８の温度を例えば
５０℃／秒〜２００℃／秒の間の適当な割合で、好まし
くは昇温速度的１００℃／秒で上昇させた後、約２０秒
間、１０００℃に保持するように行なう（第１図の領域
■）。この場合、温度の上昇割合が一定となるように加
熱を行なうのが好適であるが、それは酸化膜の成長度合
を一定にして品質の良い酸化Ｓを形成するためである。

このような条件で基板を加熱することによって膜厚的５
０λの酸化１ｍ（以下、説明の都合上第１の酸化膜と称
する。）を形成出来る。なお第１の酸化膜の膜厚制御は
例えば、酸化温度、酸化時間及び酸化ガスの流量を調整
することによって行なえる。

次に、この実施例では、絶縁膜形成途中において反応炉
内雰囲気を還元性ガス雰囲気に変えて絶線膜形成中の基
板を加熱処理することを、以下のように行なう。

先ず、赤外線ランプ１６ａを消し基板１８の加熱を停止
する。次に、バルブ３・＋　３６ａ！閉じ、バルブ３６
ｂ、３６８　！開いて反応炉１０内を例えばｌＸｌ０−
’Ｔｏｒｒの高真空に排気する。

次に、バルブ３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅを閉じ、
バルブ３６ａ、　３８を開き、この状態でバルブ４４．
４８ａ、　４６ａを開いて還元性ガス例えば水素ガスを
反応炉１０内に供給する（第１図の領域■：ロ２７０−
）。この際、反応炉１０内は減圧状態に維持するのが好
適である。これによれば、後の加熱処理において還元性
ガスにより第１の酸化膜から除去される不純物等を反応
炉１０外に効率的に除去出来るからである。反応炉１０
内の減圧状態の維持は、還元性ガスを導入しながらバル
ブ３８を操作すると共に還元性ガス野流量を自動コント
ローラ５０ａで調製することによって行なえる。この実
施例では、反応炉１０内を例えば１００〜１０−２Ｔｏ
　ｒ　ｒの低真空の減圧状態に維持する。

なお、第１の酸化膜形成後に反応炉雰囲気を酸化性ガス
雰囲気から還元性ガス雰囲気に変えることを、基板の加
熱を続けたままの状態で行なうことも考えられるが、最
終的な膜厚が１００λ程度というような薄い酸化膜を形
成する場合ガス交換中に酸化膜の成長が進み最終的な膜
厚になってしまう危険が高い。従って、この実施例では
、基板加熱を停止した状態でガス交換を行なっている。

次（こ、赤外線ランプｔ６ａを点灯し第１の酸化膜を還
元性ガス雰囲気中で加熱する（第１図の領域■）。この
工程によれば、第１の酸化膜の表層部のｗＩｅ化、第１
の酸化膜の不純物除去や欠陥除去等が図れる。この実施
例ではこの加熱を以下のように行なう。

基板１８の表面温度を温度測定手段２６で測定しながら
例えば基板１８の表面温度を５０℃／秒〜２００℃／秒
の闇の適当な割合で好ましくは約り００℃／秒で上昇さ
せて、約ｉ　ｏｏｏ℃となったら約１０〜３０秒間１０
００℃の状態を保持するように基板１８の加熱を制御す
る。

次に、加熱部１６による基板１８の加熱を停止すると共
に、バルブ４６を閉じて還元性ガスの供給を停止し、そ
して、基板１８の温度が室温例えば約２５℃となるまで
基板１８が冷却するのを待つ。なお、この冷却は、自然
冷却で行なっても強制冷却で行なってもどちらでも良い
。

次に、バルブ３８．３６ａ＠閉じバルブ３６ｂ、３６ｅ
　ＩＥ開けて、反応炉１０内を例えばｌＸｌ０−’Ｔｏ
ｒｒの高真空（こ排気し反応炉１０内を清浄化する。

次に、酸化膜の形成を再び開始する。この形成は第１の
酸化膜の形成手順と同様な手順で行なえ具体的には以下
のように行なう。

バルブ３６ｂ、３６ｅ　’Ｐａ閉し、バルブ３８．３６
ａ、　４８ｂ、　４６ｃを開き酸素ガスを反応炉１０内
に供給する（第１図の領域Ｖ　：　０２フロー）。この
とき、酸化膜形成時の反応性生成物を反応炉１０外に排
気するため、反応炉１０内を例えば１００〜１０−２Ｔ
ｏ　ｒ　ｒの低真空の減圧状態に維持する。

次に、加熱部１６による加熱処理によって基板１８を加
熱して第１の酸化膜上に引き続いて酸化膜を形成する。

ここで基板１８の加熱は、第１の酸化膜形成時の条件と
同様に出来る。即ち、基板１日の表面温度を温度測定手
段２６で測定しながら、基板１８の温度を例えば５０℃
／秒〜２００℃／妙の間の適当な割合で、好ましくは昇
温速度的１００℃／秒で上昇させた後、約２０秒間、１
０００℃に保持するように行なう（第１図の領域■）。

このような条件で基板を加熱することによって膜厚的５
ＯＡの酸化Ｓ（以下、説明の都合上第２の酸化膜と称す
る。）を形成出来る。なお第２の酸化膜の膜厚制御は、
第１の酸化膜の場合と同様、例えば、酸化温度、酸化時
間及び酸化ガスの流量を調整することによって行なえる
。

所望の膜厚の第２の酸化膜の形成が終了したら次に基板
１８の加熱を停止する。

加熱の停止と共に或は加熱停止の後（こ、バルブ４６ｃ
を閉じて酸化性ガスの供給を停止し、また、酸化膜が必
要以上に成長するのを防止するためにバルブ４６ｄ　？
開いて反応炉１０内の酸素ガスを不活性ガスに置換する
。

次に基板１８ヲ室温例えば２５℃まで冷却する。

基板１８が室温まで下がったら反応炉１０から基板１８
を取り出す。

上述の実施例の手順によれば、酸化膜形成途中において
反応炉内雰囲気を還元性ガス雰囲気に変えて酸化膜形戊
申の基板を加熱処理する工程を１回含む方法で所望の膜
厚の（この例ではおおよそ１００大の）酸化膜が得られ
る。

鯉１０し果 第４図（Ａ）は、上述の実施例の絶縁膜形成方法（こよ
り形成した絶縁膜の評価結果の一例を示した図である。

具体的には、実施例の手順で膜厚１０ｏλの酸化ｓｉ有
する試料を多数作製しこれら試料に印加する電界強度（
ＭＶ／ｃｍ）を変えた時の絶線破壊発生頻度（％）を測
定した結果を示したものである。また、第４図（Ｂ）は
、絶縁膜形成途中において反応炉内雰囲気を還元性ガス
雰囲気に変えることは行なわず酸化性ガス雰囲気で連続
的（こ膜厚１ｏＯ人の酸化Ｓを形成した比較例の試料で
の電界強度−総締破壊発生頻度の測定結果を示した図で
ある。なお、いずれの図も、縦軸に絶縁破壊発生ＩＩＩ
度を、横軸に電界強度をとって示しである。

第４図（Ａ）及びＣＢ）を比較することで明らかなよう
に、実施例の場合は耐圧が向上していることが分る。

上述において（よ、この発明の絶縁膜形成方法の実施例
につき説明したが、この発明はこの実施例のみ（こ限ら
れるものではなく、以下に説明するような種々の変更又
は変形を加えることが出来る。

上述の実施例では、各加熱処理を赤外線ランプにより行
なっているが、この加熱処理はアークランプやレーザビ
ーム、ざらにはヒーター等で行なっても良い。

また、この発明の絶縁膜形成方法は、低温酸化法に適用
した場合、或いは稀釈酸化法に適用した場合にも、絶縁
膜の膜質向上が図れることは明らかである。

また、実施例では絶縁膜の形成前に還元ガス雰囲気中及
び反応性ガス雰囲気中央々での加熱処理を行なって下地
の清浄化をしているが、設計によってはこの処理は省い
ても勿論良い。

また、上述の実施例では、絶縁膜形成途中において反応
炉内雰囲気を還元性ガス雰囲気に変えて絶縁膜形成中の
基板を加熱処理する工程＠１回のみとしていたが、この
回数はこれに限られるものではなく、２回以上としても
勿論良い。

また、必要に応じでは、絶縁膜の形成終了後にも還元性
ガス雰囲気での加熱処理を行なうことか出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の絶縁膜
形成方法によれば、絶縁膜形成途中において反応炉内雰
囲気を還元性ガス雰囲気に変えて絶縁膜形成中の基板を
加熱処理する工程を少なくとも１回含むので、形成途中
の絶縁膜に対し還元性ガス雰囲気での加熱処理が適宜な
される。この結果、還元性ガス雰囲気での加熱処理を行
なう前までに成長じた絶縁膜部分の緻密化、欠陥除去、
表面の汚染物の除去、さらに、この絶縁膜部分に含まれ
るシリコン原子の不対結合や歪んだＳｉ−〇−Ｓｉ結合
の低減が図れる。このため、絶縁膜の膜質の改善が図れ
、特性の優れた絶縁膜が得られる。

また、酸化性ガス雰囲気での加熱処理を赤外線ランプ照
射により行なった場合、基板の加熱及び冷却を応答性良
く行なえる。従って、絶縁膜の成長及びその停止を制御
性良く行なえる。このため、所望の膜厚の絶縁膜が得ら
れることは勿論のこと、絶縁膜形成途中において反応炉
内雰囲気を還元性ガス雰囲気に変える際の絶縁膜の成長
停止を容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の絶縁膜形成方法の説明に供する図で
あり、加熱サイクルを示した図、第２図は、この発明の
詳細な説明図であり、絶縁膜形成方法の実施に好適な装
置の要部を示す断面図、 第３図は、この発明の詳細な説明図であり、絶縁膜形成
方法の実施に好適な装置の全体構成を示す図、 第４図（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例及び比較例の方法で
形成した絶縁膜それぞれの評価結果を示した図である。 ０・・・反応炉、　　　　　ＩＯａ・・・本体Ｏｂ・・
・蓋部材、　　　　ＩＯｃ・・・昇降部材２・・・排気
手段、　　　　１２ａ・・・ターボ分子ポンプ２ｂ・・
・ロータリーポンプ ４・・・ガス供給部、　　　１４ａ　−還元性ガス源４
ｂ・・・反応性ガス源、　１４ｃ・・・酸化性ガス源４
ｄ・・・不活性ガス源、　１６・・・加熱部６ａ　＝赤
外線ランプ、　＋６ｂ・・・支持部材８・・・基板、　
　　　　　２０・・・支持体２２・・・昇降装置、　　
　　２４・・・気密保持部材２６・・・温度測定手段、
　　２８・・・ガス供給管３０・・・排気管、　　　　
　３２ａ〜３２ｄ　−・・真空計３４．３６ａ　〜３６
ｆ、３８，４０，４４．４６ａ　〜４６ｄ、４８ａ、４
８ｂ　−・・バルブ ４２・・・ガス供給系 ５０ａ、５０ｂ・・・ガス流量コントローラ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応炉内で基板に対し酸化性ガス雰囲気中での加
   熱処理を行なって該基板に絶縁膜を形成する方法におい
   て、 絶縁膜形成途中において反応炉内雰囲気を還元性ガス雰
   囲気に変えて絶縁膜形成中の基板を加熱処理する工程を
   少なくとも１回含むこと を特徴とする絶縁膜形成方法。
2. （２）絶縁膜の形成前に前記基板に対し還元性ガス雰囲
   気中での加熱処理と反応性ガス雰囲気中での加熱処理と
   を順次に行なうことを特徴とする請求項１に記載の絶縁
   膜形成方法。
3. （３）前記絶縁膜を酸化膜としたことを特徴とする請求
   項１に記載の絶縁膜形成方法。
4. （４）前記還元性ガスを水素ガスとしたことを特徴とす
   る請求項１または２に記載の絶縁膜形成方法。
5. （５）前記酸化性ガス雰囲気、還元性ガス雰囲気及び反
   応性ガス雰囲気夫々での加熱処理を赤外線照射により行
   なうことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁膜
   形成方法。