JPH03244125A - 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、絶縁膜形成方法に関するもので、特に膜厚
の薄い絶縁膜であって品質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（こより形成されるシリコン集積回路、特に
ＭＯＳ　（Ｍｅｔａｌ　０ｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）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．Ｏｕｍ以下のゲ
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１００大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（こま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：
　ｒＭＯ３ＬｓＩ製造技術、徳山　　轟、橋本　哲−編
著、日経マグロウヒル社、Ｐ、６５　（１９８５）」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’Ｃに加熱した石英管内に、清浄
化した基板が配Ｈ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
温度で放貿しておくことによって基板表面に均一な膜厚
の酸化膜か形成される。

（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、膜厚か例えば１００大以下の薄い酸化膜を形
成する場合膜厚制御か困難であった。そのため、従来の
絶縁膜形成方法で上述のような薄い酸化膜を形成する場
合は、石英管の加熱温度を８００℃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かあった。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
（こ偏析するので新たに界面準位か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
化膜界面及び酸化膜中に例えばシリコン原子の不対結合
や或いは歪んたＳｉ−〇Ｓｉ結合が多く存在するもので
あり、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ＧＭＯ５型Ｏ５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１
ｕｍ以下の微細なＭＯ８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トロンがこ
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−〇−３１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でしまう。または、このような酸化
膜を用いてＭＯ３構造を構成しこれの耐圧試験を行うと
、シリコン原子の不対結合や歪んｋ　Ｓ　１−〇−Ｓｉ
結合等のような結合が切れることにより新たなトラップ
が当該酸化膜中に発生し絶縁破壊の原因（こなる。

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、従来（こ比し膜質の優れた絶縁
膜を形成出来る方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の遠戚を図るため、この発明によれば、反応炉
内で基板１こ対し絶Ｒ膜形成ガス雰囲気中での加熱処理
を行なって該基板に絶Ｒ膜を形成するに当たり、 絶縁膜形成ガスを窒素非含有の第１の酸化性ガスとして
第１の絶縁膜を形成し、続いて前述の絶縁膜形成ガスを
窒素含有の第２の酸化性ガスに代えで前述の第１の絶縁
膜上（こ第２の絶縁膜を形成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（
こ素子か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、絶縁膜の形成前（こ前
述の基板に対し還元性ガス雰囲気中での加熱処理を行な
うのが好適である。

さらにこの発明の実施に当たり、前述の絶縁膜形成ガス
雰囲気中での加熱処理及び還元性ガス雰囲気中での加熱
処理各々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（こよれば、窒素非含有の第
１の酸化性ガスを用い基板上に第１の絶縁膜が先ず形成
され、続いて、窒素含有の第２の酸化性ガスを用い第１
の絶縁膜上に第２の絶縁膜が形成される。従って、窒素
含有の酸化性ガスを用いているとはいえ、このガスを用
いる際には基板上には第１の絶縁膜が既に形成されてい
るので、基板／絶縁膜界面に窒素が偏析するようなこと
は起こらない。

また、シリコン基板上に絶縁膜を形成する例で考えた場
合この発明によれば、シリコン基板上には、第１の絶縁
膜としてのシリコン酸化膜及び第２の絶縁膜としてのシ
リコン酸化窒化膜がこの順に形成される。この構成にお
いては、シリコン酸化窒化膜中には数原子％の窒素原子
か含まれるようになる。そして、この窒素原子は、シリ
コン酸化窒化膜中やシリコン酸化膜中に一様に拡散する
ようになり、これら膜中含まれているシリコン原子の不
対結合や或いは歪んだＳｌ−○−３１結合等のような未
結合手等に作用しＳｉＮ結合やＯＮ結合を構成して、上
記未結合手の低減に寄与する。

また、絶縁膜形成前に基板に対し還元性ガス雰囲気中で
の加熱処理を行う構成によれば、基板上の自然酸化膜等
を除去出来清浄化された基板に絶縁膜が形成されるよう
（こなる。

また、還元性ガス雰囲気中での加熱処理及び絶縁膜形成
ガス雰囲気中での加熱処理各々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（こつき説明する。

なお、図面はこの発明を理解出来る程度に、各構成成分
の寸法、形状及び配設位置を概略的に示しているにすぎ
ない。従って各構成成分の寸法、形状及び配曹関係は図
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。

色、　　２　゛　の１０ ます、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３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３図では反応炉内に基板を設置した状態を示す。

また第４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３図にも示すよう（ここの実施例では、反応炉（チャ
ンバー）１０ヲ例えば本体１０ａ、蓋部材＋ｏｂ及び昇
降部材１０ｃから構成する。本体１０ａ及び昇降部材１
０ｃ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ａＵ形形成るものである
。また、昇降部材１０ｃの凹部ａの側には基板１８ヲ載
せるための支持体２０を設けて昇降部材１０ｃの昇降（
こよって支持体２０ヲのせた基板１８ヲ反応炉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　Ｍ着脱自在に本体１０ａに取り付け
る。本体１０ａと蓋部材＋ｏｂ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　＠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外に配置する。この
際、反応炉１０の部を、赤外線を反応炉１０外から反応
炉１０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（こ説明したよう（こ石英で構成しで
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１６ｂの配設位置
をこれ（こ限定するものではないが、図示例では支持部
材＋６ｂ　％、支持部材＋６ｂと本体１０ａとの間に蓋
部材＋ｏｂ及び本体１０ａの当接部を閉し込めるように
、本体１０ａに着脱自在に取り付け、ざら（こ支持部材
ｔａｂと本体１０との間１こ気密保持部材２４を設ける
。このように支持部材＋６ｂ　Ｇ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３図（こおいで符号２８は反応炉１０及びガス
供給部１４（第４図参照）の間に設けたガス供給管、ま
た３０は反応炉１０及び排気手段１２の間に設けた排気
管を示す。

次（こ、第４図ヲ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。

ます真空排気系につき説明する。この実施例では排気手
段＋２ｉ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ヲ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と連通させで接
続する。

第４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　８例えば１〜１Ｏ−３ＴＯｒｒ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を例えば１０
−３−１０−８Ｔｏ　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
ヲ設け、真空計３２ｂの動作時に真空計３２ｂに対して
１Ｏ−３ＴＯｒｒ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（こ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１こ制御し反応炉１０内（こ低真空排気状
態及び高真空排気状態を形成する。

さらに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４０は反応炉１０内の圧力
が大気圧例えば７６０Ｔｏ　ｒ　ｒを越えた場合に自動
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、第１の酸化性ガス源
としてのこの場合Ｎ２０ガス源＋４ｂと、第２の酸化性
ガス源としてのこの場合０２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を
例えば図示のように配設した供給管２８及びバルブを介
して反応炉１０と連通させで接続する。

ざら（こ第４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１０へ
導入されるガスの流ｌ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ヲそれぞ
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。

・　　　多　　法　ミロ 次に、基板としてシリコン基板を用いこの基板に絶縁膜
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（Ａ）〜（Ｆ）は、実
施例の絶縁膜形成方法の説明に供する工程図であり工程
中の主な工程における試料の様子をシリコン基板の厚み
方向で切った断面図を以って示した工程図である。また
、第２図は、実施例の締縛膜形成工程中に実施した加熱
サイクルを説明するための図である。なお、第２図は横
軸に時間をとり縦軸に温度をとって示しである。

なお、以下の説明では第３図及び第４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から絶縁膜の成膜処
理を行なう。ます、この清浄化（こつき説明する。

■〈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、従来か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１０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１０内（こパージ用のガス
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。ここては、還元性ガス及び酸
化性ガスは未だ導入しない。このよう（こガス供給を行
なう（こは、バルブ４４．４８ｂ及び４６ｄ　！開け、
バルブ４８ａ、４６ａ　〜４６ｃ　７Ｆｒ閉しれば良い
。

次に、反応炉１０内１こ基板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。

■−■・・・自然酸化膜の除去 シリコン基板１８は、上述の如く極力自然酸化膜が形成
されないように配慮された状態で反応炉１０内に設置さ
れるが、このように取り扱いを慎重（こしたとしても不
可避的（こ自然酸化膜が表面に形成されることが多い。

第１図（Ａ）はこの様子を示した図であり、図中１８ａ
で示すものが自然酸化膜である。従って、この実施例で
は自然酸化膜１８ａを以下に説明するように除去する。

ます、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１×
］○−６ＴＯｒｒ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　ｕ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１×１Ｏ−３Ｔｏ
ｒｒの圧力となった後、バルブ３６ｃ　、３６ｄを閉じ
てバルブ３６ｅ　、３４ｕ開き、真空計３２ｂで反応炉
１０内の圧力をモニターしながらｌＸｌ０−”Ｔ○ｒ「
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
２図の領域工：日。フロー）。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を閉しバルブ３８．３
６ａを開いた状態としこの状態でバルブ４４．４８ａ、
　４６ａ％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を操作す
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（こ維持する。

次に、加熱部１６によって自然酸化膜の除去のための加
熱処理を行なう（第２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ヲ加熱して基板１８
の自然酸化膜を還元し、自然酸化膜を基板１８から除去
する（第１図（８））。自然酸化膜の除去の際には、シ
リコン基板１８表面に付着していた不純物等も除去出来
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’Ｃ／秒の間の適当な割
合で好ましくは約１００°Ｃ／秒で上昇させて、約１０
００℃となったら約１０〜３０秒間１０００℃の状態を
保持するように基板１８の加熱を制御する。

次（こ、加熱部１６（こよる基板１８の加熱を停止する
と共にバルブ４６ａを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°Ｃ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か自然に冷却するようにしても良いし、強制的に冷
却するようにしても良い。強制冷却は、例えばバルブ４
８ａ　＠閉しバルブ４８ｂ、４６ｄを開けて不活性ガス
を反応炉１０内１こ大Ｍ（こ導入することにより行なえ
る。

次に、バルブ３８．３６ａ＠閉してバルブ３６ｂ、３６
ｅ　＠開けて反応炉１０内を例えば１×１Ｏ−６Ｔｏｒ
ｒの高真空に排気し、反応炉１０内を清浄化する。

■〈絶縁膜の成膜〉 ■−■・・・第１の絶縁膜の成膜 次に、窒素非含有の第１の酸化性ガス雰囲気中で加熱処
理を行なって基板１８に第１の絶縁膜を形成するため、
バルブ３６ｂ、３６ｅ　％閉し、バルブ３８゜３６ａ、
４８ｂ、４６ｃ　＠開き、第１の酸化性ガスとしてこの
実施例では酸素ガスを反応炉１０内に供給する（第２図
の領ｔ１２ｒｒ：０２フロー）。この第１の絶縁膜形成
は大気圧下でも行なえるが、絶縁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−２ＴＯ「「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ヲ加熱する。具体的には、基板１８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’Ｃ／秒の間の適当な割合で、
好ましくは昇温速度約り００℃／秒で上昇させた後、約
２０秒間、１０００’Ｃに保持するよう（こ行なう（第
２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、それは第１の
絶縁膜の成長度合を一定にして品質の良い絶縁膜を形成
するためである。このような条件で基板を加熱すること
（こよっで第１の絶縁膜としてこの場合シリコン酸化膜
６１ヲ約５０大の膜厚で形成出来る（第２図（Ｃ））。

なお第１の絶縁膜の膜厚制御は、例えば、酸化温度、酸
化時間及び０２ガスの流Ｊｌを調整することによって行
なえる。

■−〇・・・第２の絶縁膜の成膜 次に、絶縁膜形成ガスを酸素ガスから窒素含有の第２の
酸化性ガスに代え前記第１の絶縁膜６１上（こ第２の絶
縁膜を形成する。この実施例では、これを以下に説明す
るように行う。

先ず、赤外線ランプ１６ａ　＠消し基板１８の加熱を停
止する。次に、バルブ３８．３６ａｕ閉し、バルブ３６
ｂ、　３６ｅを開いて反応炉１０内を例えば１×１Ｏ−
６Ｔｏｒｒの高真空に排気する。

次（こ、バルブ３６ｂ、３６ｅ　％閉じ、バルブ３６ａ
　３８４８ａ、４６ｂを開いて、第２の酸化性ガスとし
てこの実施例の場合−酸化二窒素（Ｎ２０）ガスを反応
炉１０内に供給する（第２図の領域ＩＩＩ：Ｎ２０フロ
ー）。この際、反応炉１０内は減圧状態１こ維持するの
が好適である。これによれば、後の加熱処理において生
成される反応性生成物等を反応炉１０外（こ効率的に除
去出来るからである。また、反応炉１０内の減圧状態の
維持は、Ｎ２０ガスを導入しながらバルブ３８ヲ操作す
ると共にＮ２０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。

なお、第１の絶縁膜形成＠（こ反応炉雰囲気を第１の酸
化性ガス雰囲気から第２の酸化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１００人程席上いうような
薄い酸化膜を形成する場合ガス交換中に絶縁膜の成長が
進み最終的な膜厚になってしまう危険か高い。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。

次に、赤外線ランプ１６ａを点灯し第１の絶縁膜形成済
み基板１８をＮ２０ガス雰囲気中で加熱する。具体的に
は、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の表面温度を例えば１００℃／秒の
割合で上昇させで、約１０００℃となったら約１０〜３
０秒間１０００℃の状態を保持するように基板１８の加
熱を制御する（第２図の領域■）。このような条件で基
板１８を加熱することによって、第１の絶縁膜６１上に
第２の絶縁膜として膜厚が約５０大のシリコン酸化窒化
膜６３　（Ｓ　ｚ　０ＸＮｖ　０但しＸ、Ｙ各々は、Ｘ
、Ｙ２Ｏである。但し、×＝Ｙ＝○はとらない。）を形
成出来る（第１図（Ｄ））。なお、第２の絶縁膜６３の
膜厚制御は、例えば、酸化温度、酸化時間及びＮ２０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の絶縁膜６３の形成が終了したら次（
こ基板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に、バルブ４６ｂ　
ｉ閉してＮ２０ガスの供給を停止する。

ここまでの工程により、シリコン基板１８上には、シリ
コン酸化膜６１及びシリコン酸化窒化膜６３がこの順に
積層された膜厚が約１００人の絶縁膜が形成される。

この後、ざらに厚い絶縁膜を得たい場合は、その膜厚に
対応するだけ第２図の領域ＩＩ及び領域■に示した手順
を交互に繰返して行う（第１図（Ｅ）及び（Ｆ）。第２
図の領域■〜■）。

所望の膜厚の絶縁膜を形成したら、赤外線ランプ１６ａ
の加熱を停止し、その後、絶縁膜が必要以上１こ成長す
るのを防止するためにバルブ４６ｄを開いて反応炉１０
内に例えば窒素ガスを導入する。

次に基板１８を室温例えば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。

上述においては、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に限られる
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、さ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（よ、低温酸化法に適
用した場合（こも、絶縁膜の膜質向上が図れることは明
らかである。

また、実施例では窒素非含有の第１の酸化性ガスとして
０２ガスを用い、窒素含有の第２の酸化性ガスとしてＮ
２０ガスを用いていたか、これら第１及び第２の酸化性
ガスは、同様な効果が得られる他のガスでも良いことは
明らかである。

また、実施例では絶縁膜の形成前に還元性ガス雰囲気中
での加熱処理を行なって基板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。

（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ｔこよれば、窒素非含有の第１の酸化性ガスを
用い基板上に第１の絶縁膜を先ず形成し、続いて、窒素
含有の第２の酸化性ガスを用い第１の絶縁股上に第２の
絶縁膜を形成する。

従って、窒素含有の酸化性ガスを用いているとはいえ、
このガスを用いる際には基板上（こは第１の絶Ｒ膜が既
１こ形成されているので、稀釈酸化法で問題となってい
た基板／絶縁膜界面（こ窒素か偏析するようなことは、
この発明では起こらない。また、シリコン基板上に絶縁
膜を形成する例で考えた場合、シリコン基板上には、第
１の絶縁膜としてのシリコン酸化膜及び第２の絶Ｒ膜と
してのシリコン酸化窒化膜がこの順に形成される。そし
て、シリコン酸化窒化膜中に数原子％含まれる窒素原子
は、シリコン酸化窒化膜及びシリコン酸化膜で構成され
る絶縁膜中に一様（こ拡散しこれら膜中に含まれでいる
シリコン原子の不対結合や或いは歪んたＳｉ−○−３ｉ
結合等のような未結合手等に作用してＳｉＮ結合ヤＯ−
Ｎ結合を構成する。

このため、未結合手や弱い結合が低減されるので、絶縁
膜の絶縁破壊特性等の向上が図れ、品質の優れた絶縁膜
が得られる。

また、絶縁膜形成前に基板に対し還元性ガス雰囲気中で
の加熱処理を行う構成によれば、基板上の自然酸化膜等
を除去出来清浄化された基板に絶縁膜が形成されるよう
になる。

また、絶縁膜形成ガス雰囲気中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。このため、絶縁膜を高温条件で形成
してもその絶縁膜の戊辰・停止か容易であるので、薄い
膜厚でかつ品質の優れた絶縁膜形成か可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（「）は、実施例の絶縁膜形成方法を示
す工程図、 第２図は、実施例の絶縁膜形成方法で実施したヒートサ
イクルを示す図、 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要部を示す断面図、 第４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１５１２を示す図であ
る。 ０・・・反応炉、　　　　　１ｏａ・・・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
４ｂ・・・Ｎ２０ガス源、　１４ｃ・・・０２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、
　　　　　　２ｏ・・・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、　
４８ｂ　−バルブ ４２・・・ガス供給系 ５０ａ、５０ｂ・・・ガス流量コントローラ１８ａ・・
・自然酸化膜 ６１・・・第１の絶縁膜（シリコン酸化膜）６３・・・
第二の絶縁膜（ＳｉＯｘＮｙ）。 ぐて

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応炉内で基板に対し絶縁膜形成ガス雰囲気中で
   の加熱処理を行なって該基板に絶縁膜を形成するに当た
   り、 絶縁膜形成ガスを窒素非含有の第１の酸化性ガスとして
   第１の絶縁膜を形成し、続いて前記絶縁膜形成ガスを窒
   素含有の第２の酸化性ガスに代えて前記第１の絶縁膜上
   に第２の絶縁膜を形成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）第１の絶縁膜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を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。