JPH0621049A - 絶縁薄膜の形成方法および形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高品質の絶縁薄膜形成を信頼性高く
実現し得る絶縁薄膜の形成方法および形成装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】本発明は、半導体基板１４上に形成される絶縁
薄膜の原料となる酸素もしくは窒素を含むガスの導入系
４を備えた前記絶縁薄膜を形成する処理室１と、前記処
理室１の雰囲気に所定のガスを供給すること、および該
雰囲気を所定の圧力に排気することを制御する雰囲気制
御手段と、前記絶縁薄膜の形成時と形成後に前記半導体
基板１４を所定の温度に加熱する加熱部３と、前記雰囲
気制御手段を備え、前記処理室１に前記半導体基板１４
を外気から遮断して、搬送し設置する基板交換室７とを
具備して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の絶縁薄膜
を形成する形成方法に係わり、特に水分を除去した、前
記絶縁薄膜の原料となる酸素および窒素を含んだガス雰
囲気内において行う、絶縁薄膜の形成方法および形成装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、Ｓｉを用いたＭＯＳ（metal ox
ide semiconductor ）構造素子のゲート用絶縁膜材料と
しては、Ｓｉ酸化膜やＳｉ窒化酸化膜（以下ＯＮ膜と呼
ぶことにする）等が用いられているが、特に後者は前者
に比べて、膜中・界面のＳｉダングリングボンド（未結
合手）等をＮによって効果的に不活性化（パッシベーシ
ョン）できる可能性を有し、ホットキャリア耐性等の素
子特性の向上が期待できる。このようなＯＮ膜形成方法
としては、通常、Ｓｉ基板を常圧の酸素および窒素を含
む原料ガス雰囲気中で抵抗加熱電気炉や赤外線照射加熱
装置で加熱する方法等が主に用いられている。

【０００３】近年、ＭＯＳ構造素子は微細化・高性能化
が積極的に進められてきており、これに伴いゲート用の
ＯＮ膜は、Ｓｉ酸化膜換算膜厚１０ｎｍ以下の薄膜を使
用するに至っており、界面状態の良好な、均一な膜質・
膜厚のゲート用絶縁薄膜を形成する絶縁薄膜形成工程
は、信頼性の高い高性能な当該素子を実現する上で極め
て重要な工程となっている。このような薄膜を、従来技
術の内で最も多用されている前述の方法で行った場合、
酸化および窒化反応を行う処理室内の雰囲気中の水分濃
度が通常約２００〜５００ｐｐｍ以上と高いために、Ｏ
Ｎ薄膜と基板との界面やＯＮ薄膜中にＳｉ−ＨやＳｉ−
ＯＨ，Ｎ−Ｈ結合等の余分な結合状態が生成されたり、
また、これらＳｉ等との結合原子が脱離することによっ
て点欠陥（Ｓｉダングリングボンド等）が形成された
り、さらには基板上の付着水分濃度の差異により酸化・
窒化速度が変動してＯＮ薄膜の膜厚が結果的に不均一に
なる、等の実用上極めて大きな問題があった。

【０００４】また、このような処理室内の水分濃度を低
下させる目的で、処理室と外気との遮断を行うための基
板交換室を備えている装置は少なく、また、基板交換室
を仮に有していても、単に外気の混入を一時的に遮断す
ることが目的で、外気を起源とした、あるいは基板や基
板固定器具等に付着した水分を積極的に除去することを
目的には構成されていなかった。このため、処理室内へ
低水分のガスを導入しても、外気からの巻き込みによる
処理室内への水分の侵入や、基板や基板固定器具等に付
着した水分等によって処理室内雰囲気中の水分濃度が増
大、かつ変動した。しかも、前述したようなＯＮ薄膜の
平均膜厚の薄膜化を再現性良く実現するために酸化速度
を低下させる、すなわち、酸化温度を低下させる必要が
あり、本来膜質、あるいは近接膜との整合性の点から最
適な酸化温度範囲があるにもかかわらず、これを実現で
きず、最良のＯＮ薄膜を形成することが極めて困難であ
った。

【０００５】以上のような、ＯＮ薄膜の欠陥や膜厚の不
均一性、さらには酸化温度範囲の制約のため、ＭＯＳ構
造素子の経時的な電気特性劣化を引き起こすホットキャ
リアや界面準位の発生頻度、およびキャリアトラップ密
度が低い、しかも、膜厚変動の小さいゲート用絶縁薄膜
の形成が困難と言う、実用上極めて深刻な問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来技術で
は、ＯＮ薄膜の形成が、常圧すなわち１気圧の高い水分
濃度の酸素および窒素を含むガス雰囲気下で実施されて
いたため、ＯＮ薄膜と基板との界面およびＯＮ薄膜中に
この水分に起因した格子欠陥や目的以外の結合状態が形
成され、また基板上の水分濃度の差異に伴い膜厚が変動
し、しかも極めて薄い薄膜の平均膜厚の再現性を確保す
るためには酸化温度に制約が生じる、等の障害があり、
これらに起因した膜質低下や膜厚不均一性に伴って、前
述界面近傍でのホットキャリアの発生・トラップ量の増
大や局所的電界強度の増大等が起こるため、ＭＯＳ構造
素子の電気特性の経時変化特性や絶縁耐圧特性が劣化
し、信頼性の高い素子を実現することが困難であった。

【０００７】本発明はこの様な課題を鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、高品質の絶縁薄膜
形成を信頼性高く実現し得る絶縁薄膜の形成方法とその
形成装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するものであり、ＯＮ薄膜の形成を、約１００ｐ
ｐｍ以下の極めて低い水分濃度の雰囲気下、または約１
００ｐｐｍ以下の極めて低い水分濃度の且つ約７５０Ｔ
ｏｒｒ以下の減圧された雰囲気下、または約１００ｐｐ
ｍ以下の極めて低い水分濃度の且つ絶縁薄膜の原料とな
る酸素および窒素を含んだガスを純窒素等の中性ガスも
しくはアルゴン等の不活性ガスで希釈した雰囲気下で実
施することにより、前述した様なＯＮ薄膜と基板との界
面、および、ＯＮ薄膜中の欠陥密度を低減すると共に、
膜厚の均一性向上と、酸化温度の昇温限界範囲の拡張に
よって、ＯＮ膜の膜質、信頼性、およびＯＮ膜と他の膜
との整合性を向上するものである。

【０００９】すなわち、所定のガスで充満された雰囲気
内に前記半導体基板を設置する第１工程と、前記雰囲気
を所定のガスで約１００ｐｐｍ以下の所定の水分濃度に
保持し、または前記雰囲気を所定のガスで約７５０Ｔｏ
ｒｒ以下の所定の圧力に保持し且つ該雰囲気を約１００
ｐｐｍ以下の所定の水分濃度に保持して前記半導体基板
を所定の温度に加熱する第２工程と、前記雰囲気を前記
絶縁薄膜の原料となる酸素もしくは窒素を含むガスで約
１００ｐｐｍ以下の所定の水分濃度に保持し、または前
記雰囲気を前記絶縁薄膜の原料となる酸素もしくは窒素
を含むガスで約７５０Ｔｏｒｒ以下の所定の圧力に保持
し且つ該雰囲気を約１００ｐｐｍ以下の所定の水分濃度
に保持し、または前記雰囲気を前記絶縁薄膜の原料とな
る酸素もしくは窒素を含むガスと純窒素等の中性ガスも
しくはアルゴン等の不活性ガスとの混合ガスで約１００
ｐｐｍ以下の所定の水分濃度に保持して前記絶縁薄膜を
形成する第３工程と、前記第３工程で前記絶縁薄膜を形
成した後、前記雰囲気を所定のガスで充満させ、該雰囲
気中で前記半導体基板の加熱温度よりも低い所定の温度
まで該半導体基板を冷却する第４工程とで構成される絶
縁薄膜の形成方法を用いる。

【００１０】

【作用】本発明は、ＯＮ薄膜の形成を、極めて低い水分
濃度の雰囲気下、または極めて低い水分濃度の且つ減圧
された雰囲気下、または極めて低い水分濃度の且つ絶縁
薄膜の原料となる酸素および窒素を含んだガスを純窒素
等の中性ガスもしくはアルゴン等の不活性ガスで希釈し
た雰囲気下で実施することにより、ＯＮ薄膜と基板との
界面、およびＯＮ薄膜中の欠陥密度を低減すると共に、
膜厚の均一性と、酸化温度の昇温限界範囲の拡張によっ
て、ＯＮ膜の膜質、信頼性、およびＯＮ膜と他の膜との
整合性を向上することが可能になるため、ＭＯＳ構造素
子の電気特性の経時変化特性等の劣化を防止した、再現
性の良い、信頼性の高い素子が実現できる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例として、Ｓｉ基板を用いたＭ
ＯＳダイオード形成工程の内の、ゲート用ＯＮ薄膜形成
工程を例に、本発明の絶縁薄膜の形成方法と形成装置の
構成について説明する。なお、実施例では、ＯＮ薄膜の
形成装置の基板出し入れ方法として、処理室内壁に接触
することなく移送ができる方式（ソフトランディング）
を採用した場合を例に形成方法と装置構成を説明する。

【００１２】図１は、本発明に係わる絶縁薄膜形成装置
の１実施例を示す概略構成図である。同図において、１
は処理室、２ａ，２ｂは水分除去器、３は加熱部、４は
処理室用ガス導入系、５は処理室排気系、６は処理室開
閉部、７は基板交換室、８は基板交換室用ガス導入系、
９は基板交換室排気系、１０は伸縮管、１１は基板移送
用駆動部、１２は基板固定台支持部、１３は基板固定
台、１４は基板、１５はベーク用ヒーター線、１６は伸
縮方向である。

【００１３】処理室１は、処理温度、ガスの種類と流
量、ガス中水分濃度、および排気速度が制御できる、加
熱部３、処理室用ガス導入系４、水分除去器２ａ、およ
び処理室排気系５を有しており、所要の条件に設定可能
な構成になっている。また、その端部には外気の混入防
止と室内雰囲気の維持のための処理室開閉部６が設けら
れており、基板交換室７と気密性を維持して接続されて
いる。この基板交換室７は外部からの基板の出し入れを
行うための開閉扉（図示省略）があり、また所要の雰囲
気を実現するため、ガスの種類と流量、ガス中水分濃
度、および排気速度が制御できる、基板交換室用ガス導
入系８、水分除去器２ｂ、および基板交換室排気系９を
有する。さらに、これの端部には基板移送のための機構
である伸縮管１０、基板移送用駆動部１１、基板固定台
支持部１２、および基板固定台１３が接続されている。
すなわち、基板固定台１３に設置された基板１４は基板
固定台支持部１２に接続された基板移送用駆動部１１の
移動（図では、伸縮方向１６のような左右方向に移動で
きる）によって基板交換室７と処理室１との間を移動で
きると共に、基板固定台１３と共に処理室１内に設置で
きる。この移動の際、伸縮管１０は基板移送用駆動部１
１の動きに連れて基板交換室７の雰囲気を壊す事なく伸
縮が可能な様になっている。なお、水分除去器２ａ，２
ｂは、所要の極めて低い水分濃度（例えば約１０ｐｐｂ
以下）のガスが供給できる能力を有する。また、基板交
換室７と伸縮管１０の外周には壁内水分加熱除去のため
のベーク用ヒーター線１５が設置されている。

【００１４】以上述べたように、処理室１および基板交
換室７は各々独立に雰囲気を制御でき、特に処理室１
は、絶縁薄膜形成工程を、全く大気との接触を断ちなが
ら極めて低水分濃度の雰囲気下で進行させることが可能
な装置構成になっている。

【００１５】ここで、Ｓｉ−ＭＯＳダイオード形成工程
の内のゲート用ＯＮ薄膜形成工程として、Ｓｉ酸化膜や
窒化膜等の絶縁厚膜でダイオード動作領域以外が絶縁さ
れるようにパターニングされたＳｉ基板面露出部（ダイ
オード動作領域）上へ酸素および窒素を含むガスを供給
し、熱拡散・酸化・窒化反応により薄いＯＮ薄膜（例え
ば５ｎｍ（以下、Ｓｉ酸化膜換算膜厚とする））を該基
板上に形成する工程を例に、本発明の装置の利用方法を
示しながら、本発明の低水分雰囲気下での絶縁薄膜の形
成方法の第１の例を概説する。

【００１６】前記パターニングされたＳｉ基板露出部を
有した基板１４を、Ｎ₂ 等のＳｉに対して悪影響を与え
ない中性ガスもしくはＡｒ等の不活性ガスで充満してあ
る基板交換室７内の基板固定台１３に設置した上で、真
空室（例えば、約１０^-6Ｔｏｒｒ以下）に排気し、か
つ、所要の時間ベーク用ヒーター線１５によりその内壁
を加熱（例えば約８０〜２００℃）し雰囲気中の水分濃
度の低下と清浄性の向上を図る（第１予備工程）。なお
処理室１も予め高真空に排気し、かつ加熱部３によりそ
の内壁を加熱（例えば約７００〜１２００℃）し低水分
濃度の清浄な雰囲気とする（第２予備工程）。基板交換
室７内の残留水分濃度が所要の水分分圧以下（例えば、
約１０^-8Ｔｏｒｒ以下）になった時点で、処理室１での
処理雰囲気と同圧になるまで前述の中性ガスもしくは不
活性ガスを導入した後、処理室開閉部６を開き基板１４
を処理室１へ移送する（第１工程）。なお、処理室１
も、基板交換室７の雰囲気と同様な低水分圧になった時
点で、所要の温度に、前記中性ガスもしくは不活性ガス
を導入した状態（この時の水分濃度は約１００〜１ｐｐ
ｍ以下）にしておく。移送後、処理室開閉部６を閉鎖
し、処理室１内に前記中性ガスもしくは不活性ガスを適
量導入しながら、場合によっては同時に排気し、処理室
１内を所要の圧力（例えば、約２０００〜０．１Ｔｏｒ
ｒ）に保持すると共に、基板１４を所要の酸化・窒化温
度（例えば、約７００〜１２００℃）まで加熱する（第
２工程）。所要の酸化・窒化温度になった時点で、前記
処理室１内への導入中性ガスもしくは不活性ガスの代わ
りに、例えばＯ₂ やＮＨ₃ ，Ｎ₂ Ｏ等から成る、酸素も
しくは窒素を含むガスを処理室１内に所要の濃度・流量
で導入しながら、場合によっては同時に排気し、処理室
１内を所要の圧力（例えば、約２０００〜０．１Ｔｏｒ
ｒ）に保持することによって、前記Ｓｉ基板面露出部に
ＯＮ薄膜を熱拡散反応により形成させる（第３工程）。
なお、該第３工程でのＯＮ薄膜形成手順としては、始め
からＯＮ膜組成として形成することも、あるいは酸化後
窒化、窒化後酸化しても良い。所要の膜厚になった時点
で、前記原料ガスの導入を停止し、代わりに処理室１内
に前記中性ガスもしくは不活性ガスを導入し、このガス
によって処理室１内が充満された状態で、基板１４を次
の工程（通常、ゲート電極形成工程）に支障のない温度
（例えば、約６００℃〜室温近傍）まで冷却する（第４
工程）。なお、この冷却は、膜形成後、処理室１内が前
記中性ガスもしくは不活性ガスに置換された時点で、基
板１４を、処理室１内雰囲気と同等のガス雰囲気にして
ある基板交換室７へ戻し、処理室開閉部６を閉鎖した上
で、前記温度まで冷却しても、同等の低水分濃度雰囲気
でのゲート用ＯＮ薄膜を得ることができる。

【００１７】このように、本発明の低水分濃度雰囲気下
での絶縁薄膜形成方法を実施することにより、膜形成速
度が不均一とならない一定の低水分濃度雰囲気下でガス
供給量を任意に制御できるため、極めて制御性・再現性
良く所要の酸化・窒化温度で基板１４のＳｉ基板面露出
部に極めて薄い（例えば、５ｎｍ以下）ゲート用ＯＮ薄
膜を実現できた。しかも、超低水分下での処理のため、
このような極薄膜で重要な絶縁薄膜自体の膜質、および
絶縁薄膜と基板との界面特性が向上し、経時特性の劣化
の一要因であるゲート絶縁膜中での電荷蓄積を軽減・抑
制できた。ここで述べた結果は、本発明の有効性の一例
に過ぎず、本発明を実施することにより所要の温度で、
かつ、雰囲気中の水分の悪影響をほぼ完全に抑制できる
ため、高品質の絶縁薄膜を高い信頼性で実現することが
できる。

【００１８】本発明の低水分雰囲気下での絶縁薄膜の形
成方法の第２の例を概説する。

【００１９】前記パターニングされたＳｉ基板露出部を
有した基板１４を、Ｎ₂ 等のＳｉに対して悪影響を与え
ない中性ガスもしくはＡｒ等の不活性ガスで充満してあ
る基板交換室７内の基板固定台１３に設置した上で、真
空室（例えば、約１０^-6Ｔｏｒｒ以下）に排気し、か
つ、所要の時間ベーク用ヒーター線１５によりその内壁
を加熱（例えば約８０〜２００℃）し雰囲気中の水分濃
度の低下と清浄性の向上を図る（第１予備工程）。なお
処理室１も予め高真空に排気し、かつ加熱部３によりそ
の内壁を加熱（例えば約７００〜１２００℃）し低水分
濃度の清浄な雰囲気とする（第２予備工程）。基板交換
室７内の残留水分濃度が所要の水分分圧以下（例えば、
約１０^-8Ｔｏｒｒ以下）になった時点で、処理室１での
処理雰囲気と同圧になるまで前述の中性ガスもしくは不
活性ガスを導入した後、処理室開閉部６を開き基板１４
を処理室１へ移送する（第１工程）。なお、処理室１
も、基板交換室７の雰囲気と同様な低水分圧になった時
点で、所要の温度に、前記中性ガスもしくは不活性ガス
を導入した状態（この時の水分濃度は約１００〜１ｐｐ
ｍ以下）にしておく。移送後、処理室開閉部６を閉鎖
し、処理室１内に前記中性ガスもしくは不活性ガスを適
量導入しながら、同時に排気し、処理室１内を所要の１
気圧より低い圧力（例えば、約７５０〜１Ｔｏｒｒ）に
保持すると共に、基板１４を所要の酸化・窒化温度（例
えば、約７００〜１２００℃）まで加熱する（第２工
程）。所要の酸化・窒化温度になった時点で、前記処理
室１内への導入中性ガスもしくは不活性ガスの代わり
に、例えばＯ₂ やＮＨ₃ ，Ｎ₂ Ｏ等から成る、酸素もし
くは窒素を含むガスを処理室１内に所要の濃度・流量で
導入しながら、同時に排気し、処理室１内を所要の１気
圧より低い圧力（例えば、約７５０〜１Ｔｏｒｒ）に保
持することによって、前記Ｓｉ基板面露出部にＯＮ薄膜
を熱拡散反応により形成させる（第３工程）。なお、該
第３工程でのＯＮ薄膜形成手順としては、始めからＯＮ
膜組成として形成することも、あるいは酸化後窒化、窒
化後酸化しても良い。所要の膜厚になった時点で、前記
原料ガスの導入を停止し、代わりに処理室１内に前記中
性ガスもしくは不活性ガスを導入し、このガスによって
処理室１内が充満された状態で、基板１４を次の工程
（通常、ゲート電極形成工程）に支障のない温度（例え
ば、約６００℃〜室温近傍）まで冷却する（第４工
程）。なお、この冷却は、膜形成後、処理室１内が前記
中性ガスもしくは不活性ガスに置換された時点で、基板
１４を、処理室１内雰囲気と同等のガス雰囲気にしてあ
る基板交換室７へ戻し、処理室開閉部６を閉鎖した上
で、前記温度まで冷却しても、同等の低水分濃度雰囲気
でのゲート用ＯＮ薄膜を得ることができる。

【００２０】このように、本発明の低水分濃度・減圧ガ
ス雰囲気下での絶縁薄膜形成方法を実施することによ
り、常圧ガス雰囲気下では膜形成速度が早すぎ、酸化・
窒化時間の調整が極めて困難な高い酸化・窒化温度下で
も、減圧ガス雰囲気中で基板１４への原料ガス供給量を
任意に制御できるため、極めて制御性・再現性良く所要
の酸化・窒化温度で基板１４のＳｉ基板面露出部に極め
て薄い（例えば、５ｎｍ以下）ゲート用ＯＮ薄膜を実現
できた。しかも、超低水分下での処理のため、このよう
な極薄膜で重要な絶縁薄膜自体の膜質、および絶縁薄膜
と基板との界面特性が向上し、経時特性の劣化の一要因
であるゲート絶縁膜中での電荷蓄積を軽減・抑制でき
た。ここで述べた結果は、本発明の有効性の一例に過ぎ
ず、本発明を実施することにより所要の温度で、かつ、
雰囲気中の水分の悪影響をほぼ完全に抑制できるため、
高品質の絶縁薄膜を高い信頼性で実現することができ
る。

【００２１】本発明の低水分雰囲気下での絶縁薄膜の形
成方法の第３の例を概説する。

【００２２】前記パターニングされたＳｉ基板露出部を
有した基板１４を、Ｎ₂ 等のＳｉに対して悪影響を与え
ない中性ガスもしくはＡｒ等の不活性ガスで充満してあ
る基板交換室７内の基板固定台１３に設置した上で、真
空室（例えば、約１０^-6Ｔｏｒｒ以下）に排気し、か
つ、所要の時間ベーク用ヒーター線１５によりその内壁
を加熱（例えば約８０〜２００℃）し雰囲気中の水分濃
度の低下と清浄性の向上を図る（第１予備工程）。なお
処理室１も予め高真空に排気し、かつ加熱部３によりそ
の内壁を加熱（例えば約７００〜１２００℃）し低水分
濃度の清浄な雰囲気とする（第２予備工程）。基板交換
室７内の残留水分濃度が所要の水分分圧以下（例えば、
約１０^-8Ｔｏｒｒ以下）になった時点で、処理室１での
処理雰囲気と同圧になるまで前述の中性ガスもしくは不
活性ガスを導入した後、処理室開閉部６を開き基板１４
を処理室１へ移送する（第１工程）。なお、処理室１
も、基板交換室７の雰囲気と同様な低水分圧になった時
点で、所要の温度に、前記中性ガスもしくは不活性ガス
を導入した状態（この時の水分濃度は約１００〜１ｐｐ
ｍ以下）にしておく。移送後、処理室開閉部６を閉鎖
し、処理室１内に前記中性ガスもしくは不活性ガスを適
量導入しながら、場合によっては同時に排気し、処理室
１内を所要の圧力（例えば、約２０００〜０．１Ｔｏｒ
ｒ）に保持すると共に、基板１４を所要の酸化・窒化温
度（例えば、約７００〜１２００℃）まで加熱する（第
２工程）。所要の酸化・窒化温度になった時点で、前記
処理室１内への導入中性ガスもしくは不活性ガスと共
に、同時に、例えばＯ₂ やＮＨ₃ ，Ｎ₂Ｏ等から成る、
酸素もしくは窒素を含むガスを処理室１内に所要の流量
で導入しながら、場合によっては同時に排気し、処理室
１内を所要の圧力（例えば、約２０００〜０．１Ｔｏｒ
ｒ）、または所要の１気圧より低い圧力（例えば、約７
５０〜１Ｔｏｒｒ）に保持することによって、前記Ｓｉ
基板面露出部にＯＮ薄膜を熱拡散反応により形成させる
（第３工程）。なお、該第３工程でのＯＮ薄膜形成手順
としては、始めからＯＮ膜組成として形成することも、
あるいは酸化後窒化、窒化後酸化しても良い。所要の膜
厚になった時点で、前記原料ガスの導入を停止し、処理
室１内に導入し続けている前記中性ガスもしくは不活性
ガスによって処理室１内が充満された状態で、基板１４
を次の工程（通常、ゲート電極形成工程）に支障のない
温度（例えば、約６００℃〜室温近傍）まで冷却する
（第４工程）。なお、この冷却は、膜形成後、処理室１
内が前記中性ガスもしくは不活性ガスに置換された時点
で、基板１４を、処理室１内雰囲気と同等のガス雰囲気
にしてある基板交換室７へ戻し、処理室開閉部６を閉鎖
した上で、前記温度まで冷却しても、同等の低水分濃度
雰囲気でのゲート用ＯＮ薄膜を得ることができる。

【００２３】このように、本発明の低水分濃度・希釈ガ
ス雰囲気下での絶縁薄膜形成方法を実施することによ
り、常圧の原料ガス雰囲気下では膜形成速度が早すぎ、
酸化・窒化時間の調整が極めて困難な高い酸化・窒化温
度下でも、希釈ガス雰囲気中で基板１４への原料ガス供
給量を任意に制御できるため、極めて制御性・再現性良
く所要の酸化・窒化温度で基板１４のＳｉ基板面露出部
に極めて薄い（例えば、５ｎｍ以下）ゲート用ＯＮ薄膜
を実現できた。しかも、超低水分下での処理のため、こ
のような極薄膜で重要な絶縁薄膜自体の膜質、および絶
縁薄膜と基板との界面特性が向上し、経時特性の劣化の
一要因であるゲート絶縁膜中での電荷蓄積を軽減・抑制
できた。ここで述べた結果は、本発明の有効性の一例に
過ぎず、本発明を実施することにより所要の温度で、か
つ、雰囲気中の水分の悪影響をほぼ完全に抑制できるた
め、高品質の絶縁薄膜を高い信頼性で実現することがで
きる。

【００２４】以上述べた実施例はゲート用ＯＮ薄膜の形
成を例に説明したものであるが、これ以外にも、分子線
やプラズマ、イオンビーム、光化学反応等を用いた絶縁
薄膜形成等に対して適用できる他、化合物半導体やヘテ
ロ接合デバイスの絶縁薄膜形成、その他各種の絶縁薄膜
形成に本発明が適用できることは言うまでもない。ま
た、基板加熱を赤外線照射加熱方式にしたり、処理室を
多段、縦型にした装置構成の場合でも、あるいは他の基
板処理を行うために基板交換室内での基板への光照射や
基板の加熱が可能な様に改良した場合でも、さらには基
板の移送機構や基板交換室の移動機構を変更した場合で
も、本発明の主旨を逸脱するものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた実施例でも明らかな様に、本
発明により極めて高品質の絶縁薄膜形成を信頼性高く実
現できる。

【００２６】本発明は、高品質のゲート用絶縁薄膜形成
を始めとして、様々な半導体素子の高品質絶縁薄膜形成
を信頼性高く実現する上で非常に有効である。したがっ
て、本発明を実施することによる工業上の利点は極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる絶縁薄膜形成装置の一実施例を
示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…処理室、２ａ，２ｂ…水分除去器、３…加熱部、４
…処理室用ガス導入系、５…処理室排気系、６…処理室
開閉部、７…基板交換室、８…基板交換室用ガス導入
系、９…基板交換室排気系、１０…伸縮管、１１…基板
移送用駆動部、１２…基板固定台支持部、１３…基板固
定台、１４…基板、１５…ベーク用ヒーター線、１６…
伸縮方向。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に絶縁薄膜層を有する構造
   の素子の、酸素および窒素を含む絶縁薄膜の形成方法に
   おいて、 所定のガスで充満された雰囲気内に前記半導体基板を設
   置する第１工程と、 前記雰囲気を所定のガスで約１００ｐｐｍ以下の所定の
   水分濃度に保持し、前記半導体基板を所定の温度に加熱
   する第２工程と、 前記雰囲気を前記絶縁薄膜の原料となる酸素もしくは窒
   素を含むガスで、約１００ｐｐｍ以下の所定の水分濃度
   に保持し、前記絶縁薄膜を形成する第３工程と、 前記第３工程で前記絶縁薄膜を形成した後、前記雰囲気
   を所定のガスで充満させ、該雰囲気中で前記半導体基板
   の加熱温度よりも低い所定の温度まで該半導体基板を冷
   却する第４工程とで構成されることを特徴とする絶縁薄
   膜の形成方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に絶縁薄膜層を有する構造
   の素子の、酸素および窒素を含む絶縁薄膜の形成方法に
   おいて、 所定のガスで充満された雰囲気内に前記半導体基板を設
   置する第１工程と、 前記雰囲気を所定のガスで約７５０Ｔｏｒｒ以下の所定
   の圧力に保持し、かつ、該雰囲気を約１００ｐｐｍ以下
   の所定の水分濃度に保持して前記半導体基板を所定の温
   度に加熱する第２工程と、 前記雰囲気を前記絶縁薄膜の原料となる酸素もしくは窒
   素を含むガスで約７５０Ｔｏｒｒ以下の所定の圧力に保
   持し、かつ、該雰囲気を約１００ｐｐｍ以下の所定の水
   分濃度に保持して前記絶縁薄膜を形成する第３工程と、 前記第３工程で前記絶縁薄膜を形成した後、前記雰囲気
   を所定のガスで充満させ、該雰囲気中で前記半導体基板
   の加熱温度よりも低い所定の温度まで該半導体基板を冷
   却する第４工程とで構成されることを特徴とする絶縁薄
   膜の形成方法。
3. 【請求項３】 半導体基板上に絶縁薄膜層を有する構造
   の素子の、酸素および窒素を含む絶縁薄膜の形成方法に
   おいて、 所定のガスで充満された雰囲気内に前記半導体基板を設
   置する第１工程と、 前記雰囲気を所定のガスで約１００ｐｐｍ以下の所定の
   水分濃度に保持して前記半導体基板を所定の温度に加熱
   する第２工程と、 前記雰囲気を前記絶縁薄膜の原料となる酸素もしくは窒
   素を含むガスと、純窒素等の中性ガスもしくはアルゴン
   等の不活性ガスで、約１００ｐｐｍ以下の所定の水分濃
   度に保持し、前記絶縁薄膜を形成する第３工程と、 前記第３工程で前記絶縁薄膜を形成した後、前記雰囲気
   を所定のガスで充満させ、該雰囲気中で前記半導体基板
   の加熱温度よりも低い所定の温度まで該半導体基板を冷
   却する第４工程とで構成されることを特徴とする絶縁薄
   膜の形成方法。
4. 【請求項４】 半導体基板上に形成される絶縁薄膜の原
   料となる酸素もしくは窒素を含むガスの供給系を備えた
   前記絶縁薄膜を形成する処理手段と、 前記処理手段の雰囲気に所定のガスを供給すること、お
   よび該雰囲気を所定の圧力に排気することを制御する雰
   囲気制御手段と、 前記絶縁薄膜の形成時と形成後に前記半導体基板を所定
   の温度に加熱する基板加熱手段と、 前記雰囲気制御手段を備え、前記処理手段に前記半導体
   基板を外気から遮断して、搬送し設置する基板交換手段
   とを具備することを特徴とする絶縁薄膜形成装置。
5. 【請求項５】 半導体基板上に形成される絶縁薄膜の原
   料となる酸素もしくは窒素を含むガスと、純窒素等の中
   性ガスもしくはアルゴン等の不活性ガスとの混合ガスの
   供給系を備えた前記絶縁薄膜を形成する処理手段と、 前記処理手段の雰囲気に所定のガスを供給すること、お
   よび該雰囲気を所定の圧力に排気することを制御する雰
   囲気制御手段と、 前記絶縁薄膜の形成時と形成後に前記半導体基板を所定
   の温度に加熱する基板加熱手段と、 前記雰囲気制御手段を備え、前記処理手段に前記半導体
   基板を外気から遮断して、搬送し設置する基板交換手段
   とを具備することを特徴とする絶縁薄膜形成装置。