JPH0693452B2

JPH0693452B2 - 枚葉式薄膜形成法および薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH0693452B2
Application number: JP61015621A
Authority: JP
Inventors: 静憲大湯; 信義夏秋; 晋平飯島; 恭雄和田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS62174923A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は薄膜形式法およびそれに用いる薄膜形成装置に
係り、特に、良好な特性を有する薄膜を制御性良く形成
するのに好適な、薄膜形成法および薄膜形成装置に関す
る。

〔発明の背景〕

薄膜形成において従来のシリコンの熱酸化法は、通常の
電気炉を用いて行つていた。最近の半導体素子の微細化
に伴ない、より薄いシリコン酸化膜が必要となつてきた
が、従来の電気炉による熱酸化では、酸化の低温化や酸
素分圧の低下により薄い酸化膜形成を行つている。この
ような方法によれば、数nmのシリコン酸化膜を容易に形
成できる。さて、酸化の低温化により、多結晶シリコン
膜表面にシリコン酸化膜を形成する場合、酸化速度の面
方位依存性が強調され、多結晶シリコン膜表面に形成さ
れるシリコン酸化膜の膜厚に不均一性を生ずるという問
題点がある。

また、薄膜形成における従来の気相化学反応法は、反応
容器内に反応ガスを導入し、高温のガス雰囲気中で試料
表面に薄膜を堆積していた。この方法によれば、反応ガ
ス種や反応条件を選ぶことにより、種々の特性を有する
様々な薄膜を形成することができる。さて、この方法で
リンガラスを形成する場合、高温雰囲気では反応容器の
反応ガス導入附付で反応の全んどが起こり、試料表面上
に形成するリンガラス中のリン濃度を制御できないた
め、低温雰囲気で反応を行う必要がある。従つて、形成
されたリンガラス膜の緻密のための高温アニール処理が
必要となる。また、低温反応では、段差部のステツプカ
バレージが悪いという問題点がある。

従つて緻密なステツプカバレージの良いリンガラスは形
成できず、わずかに、ノンストツプのSiO₂を堆積可能で
ある。

さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリコン膜を形成
する場合、従来の電気炉の反応容器を用いると、上記炉
内外への試料の出し入れのとき上記炉口からの周囲雰囲
気（主に空気）の混入により、シリコン基板表面が酸化
されるため、多結晶シリコン膜／シリコン基板界面を清
浄に保つことができなくなる。その結果、上記界面での
電気的導通が不完全となるという問題点が生ずる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来法の有する問題点を解決し、
良好な特性を有する薄膜を制御性良く形成でき、また、
薄膜形成工程を容易にすることができる薄膜形成および
薄膜形成装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

まず、シリコンの熱酸化法について説明する。シリコン
の熱酸化では、酸化速度はシリコンの面方位に強く依存
し、例えば、（110）＞（111）＞（100）という順にな
る。この酸化速度の面方位依存性は、高温酸化程小さく
なる。従つて、様々な面方位の結晶粒を有する多結晶シ
リコン膜の表面酸化では、酸化温度をより高くすること
により均一な酸化が可能になる。

半導体素子の微細化に伴なつて、より薄いシリコン酸化
膜が必要となるが、本発明では、酸化温度を高くした分
だけ、酸化時間を短縮することにより、薄いシリコン酸
化膜形成を行う。酸化時間は、秒オーダーであり、この
ような短時間の酸化においても、上述のような面方位依
存性の酸化温度の効果が有る。

次に、気相化学反応法による薄膜形成について説明す
る。上記反応法において、反応容器，反応ガスおよび試
料の温度関係を、（試料）＞（反応ガス）＞（反応容
器）の順にすると、反応容器内に導入された反応ガス種
の反応の大部分は、試料表面附近で起こる。尚、反応容
器の温度を200℃以下とする。例えば、前述のリンガラ
スを形成する場合、制御された反応ガス種が反応容器に
導入された状態で、試料のみを加熱すると、試料近傍で
のみ反応を起こすことができるので、リン濃度の制御さ
れたリンガラス膜を試料表面に形成できる。この方法に
よれば、秒オーダの反応を用いるため反応温度の高温化
が容易であり、また、反応直後、反応容器内で高温（90
0℃以上）の加熱処理を数10秒行うことにより、緻密な
膜形成が可能となる。

さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリコン膜を形成
する場合、容積の小さい反応容器を用いて、急熱急冷方
式で反応が行える枚葉式処理装置では、室温で上記反応
容器内に試料を出し入れすることができるので、上記シ
リコン基板表面の表面酸化が無く、上記多結晶シリコン
膜／上記シリコン基板界面を清浄に保つことが可能とな
る。また、上記反応容器内に試料を入れ、多結晶シリコ
ン膜を形成する直前に塩素系ガスまたはフツ素系ガスを
導した状態で加熱処を行うことにより、室温で形成され
たシリコン基板表面の自然酸化膜を除去できるため、さ
らに清浄な上記界面を得ることが可能となる。清浄な多
結晶シリコン膜／シリコン基板表面を必要とする理由
は、多結晶シリコン膜とシリコン基板との間の不純物拡
散バリヤや電気的なバリアを無くし、良好な接触を得る
ためである。

本発明では、上記絶縁膜形成を可能にするため、第１図
に示すような構成の枚葉式形成装置を用いる。この形成
装置は大別して、反応容器１および試料２のみを加熱す
るのに必要な加熱源３から成る加熱部、反応ガス源４と
反応ガスコントローラ５およびガス排気器６から成るガ
スライン部、および、上記加熱源３および反応ガスコン
トローラ５の制御部７で構成される。また、反応容器１
内への試料２の出し入れに必要な搬送部も設ける。

この形成装置において、試料２の温度は秒オーダーで制
御できるように加熱部を構成する。また、反応容器内の
雰囲気を短時間で種々の雰囲気に置換できるように、反
応容器内容積を小さくする。また、上記反応ガスコント
ローラ５においては、異なるガスの混合、反応容器１内
に流すガスの切換えを行い、また、水蒸気雰囲気を反応
容器１に導入できるような水蒸気発生閉バブラを設け
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図及至第３図により説明す
る。

第２図に示すように、枚葉式薄膜形成装置を作製した。
試料８表面上に薄膜を形成する反応容器９は、内容が0.
3の石英製容器とし、上記反応容器９には、パージ用
ガス導入筒10,反応用ガス導入筒11、および反応ガス排
気筒12を設けた。試料８の加熱はタングステン，ハロゲ
ンランプ13により行い、また、試料８の予備加熱（加熱
温度;100〜300℃）するための上記ランプ14もランプハ
ウス15内に設けた。ランプハウス15には、上記反応器９
を強制空冷できるガス導入筒16およびガス排気筒17の他
に、上記反応容器９内を真空に保持するためのランプハ
ウス15の真空排気用筒18を設けた。上記反応容器９内真
空度と上記ランプハウス15内真空とを同一にするため
に、真空排気制御部19を設けた。この真空排気制御部19
は、真空排気ポンプの他に制御用バルブで構成され、上
記真空度を10〜0.001Torrの範囲で制御できる。尚、上
記ランプハウス15の内面は、金メツキにより反射用コー
トを施した。また、上記試料８温度は、パイロメータ20
を用いてモニタし、上記ランプ13への入力制御を行い、
所定温度に保たれる。さらに、上記反応容器９内へ試料
８の搬送が行えるように、パージガス排気筒21を有する
ドア22を設けた。上記反応容器内９内へ反応ガス導入
は、ガス流量制御部23の流量計24〜32からガス配管33を
介して反応ガス制御部34に導入されたのち、必要ガスを
上記反応容器９に接続された反応ガス導入筒11に供給し
て行う。上記ガス制御部34では試料８表面で均一に薄膜
形成が行えるように、流量制御された複数のガス種を、
上記反応容器９に設けた100個の反応ガス導入筒11に割
り当ることができる。尚、反応ガス導入筒11を100個設
けた理由としては、試料８表面上により均一に反応ガス
が導入され、より均一に反応を生じさせ、均一な膜形成
を行うためである。また、水蒸気雰囲気を作製するた
め、超純水35を入れたバブラ36を設けた。バブラ36の加
熱はヒータ37により行い、水蒸気のキヤリヤ用酸素ガス
を流量計25で制御してバブラ36内に導入し、三方向弁3
8,39の制御により反応容器９内に水蒸気を導入する。

以下、第２図に示した枚葉式薄膜形成装置を用いた薄膜
形成例を説明する。

（１）シリコン基板表面上への熱酸化膜形成流量計25により酸素ガス流量を５／分として、反応容
器９内にパージガス導入筒10を通して、酸素ガス導入さ
れた状態でドア22を開け、ｎ型，（100）、10Ωcmのシ
リコン基板８を搬送し、反応容器９内に挿入した。尚、
この時、反応容器９内温度は100℃以下である。この
後、ドア22を閉じ、30秒のパージングを行つたのち、上
記ガス流量を１／分にして、ランプ13により上記シリ
コン基板８を1100,に加熱した。この時、シリコン基板
８は、約５秒で1100℃に達した。加熱時を60秒として熱
酸化を行つたのち、上記酸素ガス流量を５／分にし
て、シリコン基板８を200℃以下になるまで冷却し、熱
酸化したシリコン基板８を反応容器から取り出した。こ
のように、同一容器内でパージ（以下（２）に記載の予
備加熱）、加熱および冷却を行う場合、試料の処理のス
ループツトが低下する。従つて、スループツトの点から
は、パージ部，加熱部および冷却部からなる形成装置が
有利である。ここで述べる反応容器は、加熱部の反応容
器として用い、さらにパージ（予備加熱）部および冷却
部を付加することにより、スループツトの問題は改善で
きる。形成されたシリコン酸化膜は、膜厚が10nmであ
り、通常の電気炉を用いた熱酸化（900℃,30分酸化）に
より形成した同じ膜厚のシリコン酸化膜に比べて、絶縁
耐圧が約５％上昇し、酸化膜／シリコン基板の界面電荷
を約半分にすることができた。このように、高温で短時
間の熱酸化を行えば、通常の熱酸化に比べて、良質のシ
リコン酸化膜を形成きる。

（２）シリコン基板の水蒸気酸化による酸化膜形成（バ
ブラ36を用いた場合）上記（１）の方法と同様に、酸素ガスを５／分に制御
したパージした状態で、上記シリコン基板８を反応容器
９内に挿入し、ドア22を閉じ、30秒パージを行つた。そ
の後、酸素ガス流量を１／分にし、予備加熱用ランプ
14により、シリコン基板８を150℃に保ち、５秒の予備
加熱を行つた。そして、三方向弁38,39を制御し、酸素
ガスを水温が95℃に保たれているバブラ36を通して、発
生した水蒸気をパージガス導入筒10からの反応容器９内
に導入した。反応容器９内に水蒸気導入後30秒経過し時
点で、ランプ13によりシリコン基板８を1100℃に加熱し
て、60秒の熱酸化を行つた。尚、ここで、水蒸気を反応
容器内に導入する時に試料温度を100℃以上に保つてい
る理由は、試料表面での水蒸気の結露による汚染を防止
することにある。この後、酸素ガスが直接反応容器９内
に導入されるように三方向弁38,39を制御し、さらに酸
素ガス流量を５／分にして、シリコン基板８を温度が
200℃になつたところで、シリコン基板８を反応容器か
ら取り出した。このようにして形成された基板８上の熱
酸化膜の膜厚は50nmであつた。ここで、予備加熱有無を
比較した結果、予備加熱有の方が清浄な酸化膜を形成し
た。このように、水蒸気雰囲気を用いた高温，短時間酸
化が、予備加熱をすること、および、バブラ36を設ける
ことにより可能となつた。

（３）シリコン基板の水蒸気酸化による酸化膜形成（水素燃焼方式を用いた場合）上記（１）の方法と同様に、パージ後、酸素ガスを１
／分に制御したのち、上記シリコン基板８を900℃に加
熱した。上記シリコン基板８の温度が900℃達した時点
で、流量計26により水素ガス流量１／分に制御し、反
応ガス制御部34から、上記反応容器９の全て反応ガス導
入筒11を通して、水素ガスを導入した。この時、反応容
器９内では、水素と酸素の反応により水蒸気が発生す
る。反応容器９への水素ガス導入後、10秒経過してか
ら、シリコン基板８の温度を1100℃にして、60秒の水蒸
気酸化を行い、水素ガス導入を停止したのち、シリコン
基板８の110℃加熱を停止した。その直後、窒素ガス流
量を計量計25により５／分に制御し、上記反応ガス制
御部34および反応ガス導入筒11を通して、窒素パージを
行つた。この時、窒素および酸素ガスの排気は、ドア22
に設けた排気筒の他に、反応容器９の反応ガス排気筒12
により行つた。上記パージを行いながら、シリコン基板
８が200℃以下になつた時点で、水蒸気酸化された基板
８を反応容器９から取り出した。この特、得られた酸化
膜厚は40nmであつた。このように、水素燃焼方式によ
り、予備加熱無しで水蒸気酸化が可能である。

（４）多結晶シリコン膜表面への熱酸化膜形成シリコン基板表面に膜厚が20nmのシリコン酸化膜を形成
し、さらにリンが１×10²¹/cm³の濃度で導入された多結
晶シリコン膜（膜厚＝300nm）を形成した試料８を処理
した。処理方法は、前述（１）と同様にし、酸化条件は
1100℃,60秒とした。この時得られた多結晶シリコン膜
表面のシリコン酸化膜の膜厚は、20nmであつた。このシ
リコン酸化膜の絶縁耐圧は約10MV/cmとなり、通常の電
気炉を用いた熱酸化（900℃,30分）により形成したシリ
コン酸化膜に比べて、絶縁耐圧が約２倍に上昇した。こ
のように、高温短時間の熱酸化によれば、多結晶シリコ
ン膜の表面酸化でも、良質のシリコン酸化膜を形成でき
る。

（５）多結晶シリコン膜形成反応容器９窒素パージ（５／分）した状態でシリコン
酸化膜をパターニングしたシリコン基板８を反応容器９
内に挿入し、ドア15を閉じた後、真空排気制御部19を動
作させ、窒素パージを停止し、反応容器９およびランプ
ハウス15内部を１×10^-6Torrに真空排気した。次いで、
流量計32により塩化水素ガス流量を1cc/分に制御し、反
応ガス制御部34および反応ガス導入筒11を通して、反応
容器９内に塩化水素ガスを導入したのち、上記シリコン
基板８を1100℃に加熱し、20秒の表面処理を行つた。
尚、塩化水素ガスおよび下記の第１モノシランガスを反
応容器９に導入している際、反応容器９内およびランプ
ハウス15内の真空度を同じにし、また、塩化水素ガスお
よび下記のモノシランガスのランプハウス内部への逆流
を防止する意味で、冷却ガス導入筒16から窒素ガスを導
入した。上記表面処理後、試料８温度を650℃に保ち、
流量計27によりモノシランガス流量を1cc/分に制御し、
上記反応ガスの制御部34および導入筒11を通して、反応
容器９内にモノシランガスを導入した。モノシランガス
導入直後、真空排気制御部19により、反応容器９内の真
空度を1Torrに制御し、60秒間のモノシランガスの分解
を行つた。

その後、モノシランガスの供給を停止し、上記試料８の
加熱も停止した。次いで、パージガスとして窒素ガスを
上記反応ガス導入筒11から導入し、反応容器９内の真空
度を徐々に大気圧に戻したのち、窒素パージ（５／
分）をパージ導入筒10から導入に切り換えて、試料８温
度が200℃以下になつた時点で、試料８を反応容器９か
ら取り出した。この時得られた多結晶シリコン膜の膜厚
は30nmであつた。また、上記表面処理を行つたことによ
り、シリコン基板表面が露出した部分に形成された多結
晶シリコン膜とシリコン基板との界面には、導電性や不
純物拡散に対するバリヤとなる自然酸化膜が無く、清浄
な多結晶シリコン膜／シリコン基板界面を得ることがで
きた。

（６）シリコン窒化膜の形成上記（５）と同様に、１×10^-6Torrまで真空排気したの
ち、流量計24により窒素ガス流量を1cc/分に制御し、反
応ガス導入筒11から反応容器９内に導入しながら、真空
排気制御部19の動作により、反応容器９内およびランプ
ハウス15内の真空度をし1Torrに保つた。その後、ラン
プ13の加熱により、シリコン基板８温度を800℃にし
て、流量計28および31によりアンモニアガスおよびジク
ロルシランガスの流量を、それぞれ2cc/分および0.5cc/
分に制御した。尚、この時も反応容器９およびランプハ
ウス15の真空度は1Torrに保たれている。上記アンモニ
アおよびジクロルシランガス導入復、60秒の反応を行
い、上記２種の反応ガスのみ停止して、反応容器９内を
1Torrら保つた状態で10秒間窒素ガスにより反応容器９
内の置換を行つた。その後、シリコン基板８の加熱を停
止して、反応容器９内の真空度を徐々に悪くして、大気
圧にした後、パージガス導入筒10から窒素ガス（５／
分）を導入して、シリコン基板８温度が200℃以下にな
つた時点で、シリコン基板８を反応容器から取り出し
た。この時形成されたシリコン窒化膜は、膜厚が20nmで
あり、通常のCVD法で得られたものと同等の耐酸化性を
有している。

（７）リンガラス膜の形成反応容器９内をパージガス導入筒10から導入された窒素
ガス（５／分）でパージングしている状態でシリコン
基板８を挿入、ドア22を閉じた後、30秒経過してから窒
素ガス流量を１／分にして、窒素ガスの導入をパージ
ガス導入筒10から反応ガス導入筒11に切換えた。その
後、シリコン基板８を600℃に加熱し、冷却ガス導入筒1
6から乾燥空気を導入し、反応容器９を強制冷却した。
この時、湿つた乾燥空気は冷却ガス排気筒17から排気し
た。シリコン基板８を600℃に加熱してから、10秒後、
流量計25,27および29により酸素ガス，モノシランガス
およびホスフインガス流量を、それぞれ、0.2／分,10
cc/分および0.4cc/分に制御して、反応ガス導入筒11か
らこれらの反応ガスを反応容器９に導入した。尚、ここ
で、それぞれの１本の反応ガス導入筒11は、一種の反応
ガスを単独に用いており、これらの反応ガスの反応容器
９内のシリコン基板８表面近傍でのみ反応するようにし
ている。この反応を60秒行つたのち、窒素ガスを除いた
反応ガスの供給を停止し、10秒後にシリコン基板８を10
00℃に加熱して、20秒のアニールを行つた。この後、窒
素ガス流量を５／分にして、シリコン基板８の加熱を
停止した。シリコン基板８温度が200℃以下になつた時
点で窒素ガスの導入を反応ガス導入筒11からパージガス
導入筒10に切り換えたのち、シリコン基板８を反応容器
から取り出した。このようにして形成されたリンガラス
は、リンのモル濃度が４％で、膜厚が100nmであつた。
また、HF/H₂O＝1/10の組成を持つエツチング液中でのエ
ツチング速度は、約100nm/分でつた。このエツチング速
度は、通常のCVD法で得られた同じモルの濃度のリンガ
ラス膜のそれに比べて約10分の１以下であつた。通常の
CVD法で形成したリンガラスをまた、1000℃で30分間緻
密化した後のエツチング速度はほぼ同一であつた。従つ
て、、上記の方法によれば、リンガラスの緻密化用アニ
ールをさらに行う必要が無い。このように、この方法で
は、同一反応容器９内でリンガラス膜形成及び緻密化を
行えるため、良質のリンガラス膜形成が容易である。ま
た、シリコン基板８の表面に凹凸の有る場合に、この方
法で形成すると、通の450℃程度の低温CVD法に比べて、
段差部のステツプカバレージが良好であつた。即ち、通
常の方法では0.5μｍ段差部の膜厚は平担部の膜厚に対
し40％以下であつたが、本発明よればほぼ90％以上とな
つた。

（８）ボロンリンガラス膜の形成反応容器９内を窒素ガス（流量＝５／分）によりパー
ジングしている状態でシリコン基板８を挿入し、ドア22
を閉じた後、30秒経過してから窒素ガス流量を１／分
にして、上記窒素ガスの導入をパージガス導入筒10から
反応ガス導入筒11に切り換えた。その後、シリコン基板
８を450℃に加熱し、上記（７）のように反応容器９を
強制空冷した。シリコン基板８を450℃に加熱後10秒経
過してから、流量計25,27,29および30により、酸素ガ
ス，モノシランガス，ホスフインガスおよびジボランガ
スの流量を、それぞれ、0.2/分,10cc/分,0.4cc/および
0.3cc/分に制御して、反応ガス導入筒11から上記反応ガ
スを反応容器９に導入した。尚、これらの反応ガスの反
応は、シリコン基板８表面でのみ反応するようにしてい
る。この反応を60秒行つたのち、窒素ガスを除いて全て
の反応ガスの供給を停止し、10秒後にシリコン基板８を
1000℃に加熱して20秒のアニールを行つた。この後、窒
素ガス流量を５／分にして、シリコン基板８の加熱を
停止した。シリコン基板８温度が200℃以下になつた時
点で、窒素ガス導入と反応ガス導入筒11からパージガス
導入筒10に切り換えたのち、シリコン基板８を反応容器
から取り出した。得られたボロンリンガラスは、ボロン
およびリンのモル濃度がそれぞれ３モル％および４モル
％であり、膜厚が120nmであつた。このようにして得ら
れたボロンリンガラスは、緻密化がなされており良質の
膜である。尚、この時、上記シリコン基板８表面に凹凸
がある場合、このような方法でボロンリンガラスを形成
すると、上記1100℃アニールにおいて上記ガラスのリフ
ローが生じ、ガラス膜表面の平担化がなされた。

以上のように本発明によれば、通常の薄膜形成法と同様
の薄膜形成が、短時間かつ高温で可能となるため、前述
（１）〜（８）で述べたように、通常法に比べて良質の
薄膜形成が可能となる。また、時間制御及び雰囲気制御
の制御性が良好であるため、異種薄膜を同一容器で同時
に形成できる。

前述の薄膜形成法を用いて、EPROMを作製した実施例を
第３図により説明する。

面方位；（100），導電型;p型，および、抵抗率;10Ωcm
のシリコン基板40を、述述（１）の方法で（温度＝1100
℃；時間＝60秒）により膜厚が10nmのシリコン酸化膜41
を形成したのち、反応容器９内およびランプハウス15内
を１×10^-6Torr真空排気した。その後、前述（６）と同
様の方法により、800℃の基板温度で300秒の反応を行
い、膜厚が100nmのシリコン窒化膜42を形成した。その
後、通常のパージング及び冷却を行い、上記基板40を反
応容器９から取り出したのち、通常のホト工程を用い
て、レジスト膜43上記シリコン酸化膜41およびシリコン
窒化膜42を加工した。そして、ホウ素イオン44を60keV
の加速エネルギーで５×10^-12/cm²だけ打込み、打込み
層45を形成し、その後レジスト膜43を除去した（ａ）。

次いで、前述（２）で示した方法（温度＝1200℃，時間
＝300秒，バブラ温度＝95℃）により、膜厚が0.5μｍの
シリコン酸化膜46を形成した。この時、上記シリコン酸
化膜46下には、前述打込み層45のホウ素が電気的に活性
化し、ｐ型フイールド拡散層47が形成された（ｂ）。

次に、上記シリコン窒化膜42およびシリコン酸化膜41を
除去たのち、前述（１）で示した方法（温度＝1150℃，
時間＝120秒）により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜
（ゲート酸化膜）48を形成した。その後、しきい値制御
のために、ホウ素イオン49を60keVの加速エネルギーで
2.5×10^-11/cm²だけ打込みし、ホウ素打込み層50を形成
した（ｃ）。

次に、前述（５）で示したように、反応容器９内に試料
を挿入し、反応容器９およびランプハウス15内部を１×
10^-6Torrに真空排気したのち、試料温度を650℃に加熱
した。試料温度が650℃になつた直後、反応容器９内の
真空度を1Torrに保ち、流量計27および29によりモノシ
ラガスおよびホスフインガスの流量を、それぞれ、1cc/
分および0.01cc/分に制御し、反応ガス導入筒11から上
記ガスを反応容器９内に導入し、420秒の反応を行つ
た。その後、上記反応ガスの供給および試料の加熱を停
止し、前述（５）で示したように反応容器９内圧力の大
気圧化，パージングおよび冷却を行い、試料温度が200
℃以下になつた時点で、試料を反応容器から取り出し
た。この時、形成された多結晶シリコン膜51は、膜厚が
210nmで、層抵抗が約25Ω／ロであつた。尚、この時、
上記ホウ素打込み層50は活性化された。その後通のホト
工程を用いて、上記多結晶崩シリコン膜51を加工した
（ｄ）。

次に、前述（３）で示した方法（温度＝1050℃，時間＝
120秒）により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜52を形成
し（ｅ）、その後、上記多結晶シリコン膜51と同条件で
同仕様の多結晶シリコン膜53を堆積し（ｆ）、次いで、
通常のホト工程により、上記多結晶シリコン膜53,シリ
コン酸化膜52、および多結晶シリコン膜51を加工した
（ｇ）。この時、上記２種の多結晶シリコン膜におい
て、上部はコントロールゲート電極42、また、下部はフ
ローテイングゲート電極40となる。

次に、前述（３）の方法（温度＝1050℃，時間＝120
秒）により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜54を形成した
のち、ヒ素イオン55を100keVの加速エネルギーで１×10
¹⁶/cm²だけ打込み、ソースおよびドレインとなるヒ素打
込み層56を形成した（ｈ）。

その後、前述（７）の方法により、リン濃度が0.5モル
％および４モル％のリンガラス膜57および58を、それぞ
れ、0.3μｍの膜厚で形成した。上記リンガラス形成条
件は、以下の通りである。下層のリンガラス膜57は、モ
ノシランガスおよびホスフインガスの流量を10cc/分お
よび0.05cc/分とし、600℃で120秒間反応させて形成し
た。また、上層のリンガラス膜58は、モノシランガスお
よびホスフインガスの流量をそれぞれ10cc/分および0.4
cc/分として、600℃で120秒間反応させて形成した。
尚、酸素ガスの流量は、に、0.2／分とした。次い
で、上述（８）の方法により、上述（８）と同条件で30
0秒間反応させて、膜厚が0.6μｍのボロンリンガラス膜
59を形成し、その直後、窒素雰囲気（流量＝１／分）
で1050℃,10秒のアニール処理を行い、図（ｉ）のよう
に、リフローにより表面を平担化したボロンリンガラス
膜60を形成した。上記アニール処理により、上記ヒ素打
込み層56は電気的に活性化され、また、上記リンガラス
膜57および58がデンシフアイされた（ｉ）。

次いで、通常のホト工程を用いて上記ボロンリンガラス
膜60,リンガラス膜58および57、および、シリコン酸化
膜48を加工し、コンタクト穴明けを行つたのち、1050℃
で10秒のアニール処理を行い、図（ｊ）のように、リフ
ローエせたボロリンガラス膜61により、コンタクト穴の
傾斜を緩やかにした（ｊ）。

最後に、アルミニウム電極62を通常工程により作製した
後、水素雰囲気にした反応容器内で、550℃20秒の水素
アニールを行い、EPPOM素子を作製した。

本実施例によれば、通常プロセスと比較して薄膜形成プ
ロセスを９工程から６工程に減らすことができ、また上
記数種のガラス膜のデンシフアイおよびリフロー用のア
ニール処理を、薄膜形成直後に同一容器内で短時間のう
ちに処理できるため、上記アニール処理を実質的に３回
から２回に減らすことができ、プロセスの簡素化が行わ
れた。また、反応時間の制御が秒オーダーであるため、
薄膜形成プロセスの制御性が向上し、また、種々のアニ
ールを必要最少限の時間で行うことができ、不必要な熱
処理（例えばソース，ドレイン領域の接合深さの増大の
原因となり、減いソース，ドレイン形成が困難となる）
を無くすことができるため、アニールプロセスの制御性
も向上した。

さらに、本実施例によれば、第３図（ｉ）に示したよう
に、リフロー処理により表面の平担化がなされ、コンタ
クト穴明けのためのホト工程の精度を向上でき、また、
同図（ｊ）に示したように、コンタクト穴の斜視を緩や
かにすることができたため、電極62形成において段切れ
防止がなされた。

また、本実施例によれば、ゲート絶縁膜48の絶縁耐圧を
10％向上でき、また、フローテイングゲート51とコント
ロールゲート53間の絶縁膜52の絶縁耐圧を約2.5倍に向
上でき、その結果デバイスの信頼性を向上できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、同一反応容器内で、異種の薄膜を形成
でき、また、薄膜形成直後にアニール処理が可能となる
ため、薄膜形成プロセスが簡素化される。また、反応を
秒オーダーで制御できるのでプロセスの制御性向上の効
果がある。さらに、反応温度も高温化できるため、特性
の良好な薄膜形成に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による枚葉式絶縁膜形成装置の一例を示
す構成図、第２図は上記形成装置の概略図、第３図は本
発明の方法を用いたEPROM作製工程図である。 1,9……反応容器、2,8……試料基板、3,13,14……加熱
用ランプ、４……反応ガス源、5,34……反応ガス制御
部、６……ガス排気器、７……制御部、10……パージガ
ス導入筒、11……反応ガス導入筒、12……反応ガス排気
筒、15……ランプハウス、16……冷却ガス導入筒、17…
…冷却ガス排気筒、18……真空排気筒、19……真空排気
制御部、20……パイロメータ、21……パージガス排気
筒、22……ドア、23……反応ガス流量制御部、24〜32…
…流量計、33……ガス配管、35……超純水、36……バブ
ラ、37……ヒータ、38,39……三方向弁、40……ｐ型シ
リコン基板、41,46,48,52,54……シリコン熱酸化膜、42
……シリコン窒化膜、43……レジスト膜、44,49……ホ
ウ素イオン、45,50……ホウ素打込み層、47,50……ｐ型
拡散層、51,53……n⁺型多結晶シリコン膜、55……ヒ素
イオン、56……ヒ素打込み層またはn⁺型拡散層、57,58
……リンガラス膜、59〜61……ボロンリンガラス膜、62
……アルミニウム電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】100℃以下の温度で１枚の試料を熱反応容
器内に挿入する工程と、秒オーダで該試料を第１の所定
温度に温度制御する工程と、その後第１の雰囲気で該試
料表面に第１の膜を形成する工程と、秒オーダで該試料
を第２の温度に温度制御する工程と、その後第１の雰囲
気とは異なる第２の雰囲気で該試料を処理する工程とを
有することを特徴とする枚葉式薄膜形成法。
【請求項２】上記第１の雰囲気は窒素ガス、酸素ガス、
モノシランガス及びホスフィンガスの混合ガス雰囲気で
あり、第２の雰囲気は窒素ガス雰囲気であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の枚葉式薄膜形成法。
【請求項３】上記処理工程は、上記第１の膜とは異なる
第２の膜形成工程であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の枚葉式薄膜形成法。
【請求項４】上記第１の雰囲気は酸素ガス雰囲気であ
り、上記第２の雰囲気はアンモニアガス及びジクロルシ
ランガスの混合ガス雰囲気であることを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の枚葉式薄膜形成法。
【請求項５】上記第１の雰囲気は水蒸気雰囲気であり、
上記第２の雰囲気はモノシランガス雰囲気であることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の枚葉式薄膜形成
法。
【請求項６】熱反応容器と、該熱反応容器内に設けられ
た枚葉式試料台と、該試料台上の試料の温度を秒オーダ
で制御する手段と、反応ガス制御部と、該反応ガス制御
部に接続され、かつ該試料の面積よりも広い領域に渡っ
て該熱反応容器内に設けられた複数個の反応ガス導入口
とを有することを特徴とする枚葉式薄膜形成装置。
【請求項７】上記枚葉式薄膜形成装置は、さらにパージ
部と冷却部とを有することを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の枚葉式薄膜形成装置。