JPH0758788B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
電界効果トランジスタの製造方法Info
- Publication number
- JPH0758788B2 JPH0758788B2 JP63114287A JP11428788A JPH0758788B2 JP H0758788 B2 JPH0758788 B2 JP H0758788B2 JP 63114287 A JP63114287 A JP 63114287A JP 11428788 A JP11428788 A JP 11428788A JP H0758788 B2 JPH0758788 B2 JP H0758788B2
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- Japan
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- oxide film
- gate oxide
- effect transistor
- field effect
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界効果トランジスタの製造方法に関し、特に
耐放射線性の向上したゲート酸化膜の製造方法に関す
る。
耐放射線性の向上したゲート酸化膜の製造方法に関す
る。
従来の電界効果トランジスタのゲート酸化膜の形成は、
石英管内にシリコン基板を置き、酸化雰囲気として乾燥
酸素あるいは酸素と水素の混合ガスを供給し、電熱線を
用いて900〜1200℃に加熱して行なわれる。そして、ゲ
ート酸化膜の耐放射線性を向上させるため酸化膜成長
後、酸素，アルゴン又は窒素等の雰囲気中で熱処理をす
ることにより、酸化膜中の正孔トラップ密度を減らし、
放射線照射による酸化膜の損傷（固定正電荷の蓄積と界
面準位の発生）を減少させている。
石英管内にシリコン基板を置き、酸化雰囲気として乾燥
酸素あるいは酸素と水素の混合ガスを供給し、電熱線を
用いて900〜1200℃に加熱して行なわれる。そして、ゲ
ート酸化膜の耐放射線性を向上させるため酸化膜成長
後、酸素，アルゴン又は窒素等の雰囲気中で熱処理をす
ることにより、酸化膜中の正孔トラップ密度を減らし、
放射線照射による酸化膜の損傷（固定正電荷の蓄積と界
面準位の発生）を減少させている。
最近、ゲート酸化膜形成後、窒素雰囲気中でランプ加熱
による熱窒化を行ない、放射線照射時の界面準位発生量
を減少させたとの報告がアール サンダーソン（R.Sund
aresan）等によりアイイーイーイー トランザクション
ズ オン ニウクレアサイエンス（IEEE Transactions
on Nuchlear Science）NS−33巻12月1223頁（1986年）
に報告されている。
による熱窒化を行ない、放射線照射時の界面準位発生量
を減少させたとの報告がアール サンダーソン（R.Sund
aresan）等によりアイイーイーイー トランザクション
ズ オン ニウクレアサイエンス（IEEE Transactions
on Nuchlear Science）NS−33巻12月1223頁（1986年）
に報告されている。
電界効果トランジスタのゲート酸化膜を電子線,X線，ガ
ンマ線等の電離性放射線にさらすと、半導体基板とゲー
ト酸化膜の界面に界面準位が発生する。更に酸化膜内部
の正孔トラップに正電荷が捕獲され固定正電荷の蓄積が
起こる。ゲート酸化膜内部での界面準位の発生および固
定正電荷の蓄積は電界効果トランジスタの閾値電圧を変
動させる。この変動量が半導体装置の許容量を越えた
時、装置の機能が損なわれる。
ンマ線等の電離性放射線にさらすと、半導体基板とゲー
ト酸化膜の界面に界面準位が発生する。更に酸化膜内部
の正孔トラップに正電荷が捕獲され固定正電荷の蓄積が
起こる。ゲート酸化膜内部での界面準位の発生および固
定正電荷の蓄積は電界効果トランジスタの閾値電圧を変
動させる。この変動量が半導体装置の許容量を越えた
時、装置の機能が損なわれる。
更にゲート酸化膜内に水素が含まれていると、界面準位
および正孔トラップの発生量が著しく増加し、耐放射線
性が低下するため、ゲート酸化膜内部の水素量を減少さ
せる酸化膜成長プロセスの採用が必要である。そのため
酸化雰囲気は酸素と水素の混合ガスよりも、水素を含ま
ない乾燥酸素が望ましいと言われている。しかし、乾燥
酸素も酸化膜形成時に水素混入が避けられず、酸化膜中
に水素が取り込まれる。
および正孔トラップの発生量が著しく増加し、耐放射線
性が低下するため、ゲート酸化膜内部の水素量を減少さ
せる酸化膜成長プロセスの採用が必要である。そのため
酸化雰囲気は酸素と水素の混合ガスよりも、水素を含ま
ない乾燥酸素が望ましいと言われている。しかし、乾燥
酸素も酸化膜形成時に水素混入が避けられず、酸化膜中
に水素が取り込まれる。
この様に、従来の製造方法で形成したゲート酸化膜は、
その成長過程において、内部に水素を取り込むため放射
線照射時に多量の界面準位発生および固定正電荷蓄積が
起こり、ゲート酸化膜の耐放射線性が低下するという欠
点がある。界面準位および正孔トラップの発生過程にお
ける水素の役割については、いくつかのモデルが提案さ
れているが、その概略は以下の通りである。
その成長過程において、内部に水素を取り込むため放射
線照射時に多量の界面準位発生および固定正電荷蓄積が
起こり、ゲート酸化膜の耐放射線性が低下するという欠
点がある。界面準位および正孔トラップの発生過程にお
ける水素の役割については、いくつかのモデルが提案さ
れているが、その概略は以下の通りである。
酸化膜の形成過程で膜内に混入した水素は、Si−Ｈある
いはSi−OHの形で存在する。電離放射線の入射により酸
化膜内には電子−正孔対が発生し、膜内の電界によって
ドリフト移動する。この時正孔はSi−H,Si−OH結合を切
断し、H2あるいはH+の形で水素を膜中に放出する。この
水素が拡散あるいはドリフトにより、基板シリコンと酸
化膜の界面に到達したところで、界面との相互作用によ
り界面準位の形成や、固定電荷蓄積の原因である正孔ト
ラップの形成を行う。
いはSi−OHの形で存在する。電離放射線の入射により酸
化膜内には電子−正孔対が発生し、膜内の電界によって
ドリフト移動する。この時正孔はSi−H,Si−OH結合を切
断し、H2あるいはH+の形で水素を膜中に放出する。この
水素が拡散あるいはドリフトにより、基板シリコンと酸
化膜の界面に到達したところで、界面との相互作用によ
り界面準位の形成や、固定電荷蓄積の原因である正孔ト
ラップの形成を行う。
他に、正孔あるいは水素（H2又はH+）がシリコン／酸化
膜界面のSi−H,Si−OH結合を切断して、直接界面準位を
形成するという説もある。いずれにしても、酸化膜に含
まれる水素が界面準位の発生に寄与することが知られて
いる。
膜界面のSi−H,Si−OH結合を切断して、直接界面準位を
形成するという説もある。いずれにしても、酸化膜に含
まれる水素が界面準位の発生に寄与することが知られて
いる。
この様に、従来の電界効果トランジスタの製造方法で形
成したゲート酸化膜は、成長過程において水素を取り込
むため、放射線にさらされた時多量の界面準位および固
定電荷を発生するので、耐放射性が低下するという欠点
を有する。
成したゲート酸化膜は、成長過程において水素を取り込
むため、放射線にさらされた時多量の界面準位および固
定電荷を発生するので、耐放射性が低下するという欠点
を有する。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、耐放射線性の向上
したゲート酸化膜を有する電界効果トランジスタの製造
方法を提供することにある。
したゲート酸化膜を有する電界効果トランジスタの製造
方法を提供することにある。
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、シリコン
基板上にゲート酸化膜を形成したのちランプ加熱を行な
う電界効果型トランジスタの製造方法であって、前記シ
リコン基板のランプ加熱をフッ素化合物のガス雰囲気中
で行なうものである。
基板上にゲート酸化膜を形成したのちランプ加熱を行な
う電界効果型トランジスタの製造方法であって、前記シ
リコン基板のランプ加熱をフッ素化合物のガス雰囲気中
で行なうものである。
この方法で形成したゲート酸化膜はフッ素を含む。フッ
素は主にSi−Ｆ結合の形で存在し、−Ｏ−Ｆ結合はわず
かであることが知られている。Si−Ｆ結合は極めて安定
な状態であり、また放射線照射により分解してもフッ素
は化学的に非常に活性な状態で容易に再結合し、放射線
損傷が起こらない。また、酸化膜中に水素が存在しても
電気陰極度の高いフッ素が近接して結合すればプロトン
（H+）の分解、およびSiO2/Si界面への移動を抑制でき
る。同様な理由でSiO2/Si界面にSi−Ｆができれば界面
準位すなわちSiダングリングボンド（Si・）の発生を
抑えることができる。
素は主にSi−Ｆ結合の形で存在し、−Ｏ−Ｆ結合はわず
かであることが知られている。Si−Ｆ結合は極めて安定
な状態であり、また放射線照射により分解してもフッ素
は化学的に非常に活性な状態で容易に再結合し、放射線
損傷が起こらない。また、酸化膜中に水素が存在しても
電気陰極度の高いフッ素が近接して結合すればプロトン
（H+）の分解、およびSiO2/Si界面への移動を抑制でき
る。同様な理由でSiO2/Si界面にSi−Ｆができれば界面
準位すなわちSiダングリングボンド（Si・）の発生を
抑えることができる。
この様にゲート酸化膜をフッ素化合物のガス雰囲気内で
ランプ加熱処理を行い、膜内にフッ素を取り込むことに
より、放射線照射時の界面準位発生と、固定正電荷蓄積
が抑制されるため耐放射線性が向上する。しかし加熱時
の雰囲気ガスが炭素を含むと酸化膜に炭素が入り、酸化
膜の耐圧が劣化するので、炭素を含むフッ素化合物の使
用は好ましくない。
ランプ加熱処理を行い、膜内にフッ素を取り込むことに
より、放射線照射時の界面準位発生と、固定正電荷蓄積
が抑制されるため耐放射線性が向上する。しかし加熱時
の雰囲気ガスが炭素を含むと酸化膜に炭素が入り、酸化
膜の耐圧が劣化するので、炭素を含むフッ素化合物の使
用は好ましくない。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例に用いるランプ加熱器の
断面図である。
断面図である。
まず従来の製造方法と同様の操作により950℃の乾燥酸
素雰囲気中でシリコン基板を加熱し、厚さ250Åのゲー
ト酸化膜を形成する。次で、このシリコン基板３を第１
図に示したランプ加熱器の石英管１内に石英トレイ５を
用いて挿入し、雰囲気ガスとして500℃で分解する六フ
ッ化硫黄（SF6）４を供給しながらハロゲンランプ２に
よって、1100℃で30秒間加熱する。この加熱によりゲー
ト酸化膜内にはフッ素が取り込まれる。
素雰囲気中でシリコン基板を加熱し、厚さ250Åのゲー
ト酸化膜を形成する。次で、このシリコン基板３を第１
図に示したランプ加熱器の石英管１内に石英トレイ５を
用いて挿入し、雰囲気ガスとして500℃で分解する六フ
ッ化硫黄（SF6）４を供給しながらハロゲンランプ２に
よって、1100℃で30秒間加熱する。この加熱によりゲー
ト酸化膜内にはフッ素が取り込まれる。
ランプ加熱後のゲート酸化膜中のフッ素，シリコン，酸
素の各濃度の深さ方向の分布をオージェ分光法で求め
た。その結果を第２図に示す。
素の各濃度の深さ方向の分布をオージェ分光法で求め
た。その結果を第２図に示す。
第２図からフッ素が特に基板シリコンとゲート酸化膜の
界面に高濃度で分布していることがわかる。
界面に高濃度で分布していることがわかる。
酸化膜内のフッ素は主にSi−Ｆの形で存在する。Si−Ｆ
結合は安定な結合であり、またフッ素は電気陰性度が高
くプロトン（H+）の移動を抑制する。したがって水素が
界面準位や正電荷の蓄積に関与することを妨げる。
結合は安定な結合であり、またフッ素は電気陰性度が高
くプロトン（H+）の移動を抑制する。したがって水素が
界面準位や正電荷の蓄積に関与することを妨げる。
この様にフッ素を含むゲート酸化膜においては、界面準
位の発生や固定正電化の蓄積が抑制される。従ってこの
様なゲート酸化膜を用いた電界効果型トランジスタは放
射線照射を行った時の閾値変動量が小さく、耐放射線性
が高い。
位の発生や固定正電化の蓄積が抑制される。従ってこの
様なゲート酸化膜を用いた電界効果型トランジスタは放
射線照射を行った時の閾値変動量が小さく、耐放射線性
が高い。
第３図に本発明の第１の実施例の製造方法を用いて形成
したゲート酸化膜を有するＮチャネル電界効果トランジ
スタにガンマ線を照射した時の閾値電圧の変動量△VTと
吸収ガンマ線量との関係を示す。ただし照射時のゲート
バイアスは5Vである。なお比較のために従来の方法で製
造したＮチャネルトランジスタの場合を第４図に示し
た。
したゲート酸化膜を有するＮチャネル電界効果トランジ
スタにガンマ線を照射した時の閾値電圧の変動量△VTと
吸収ガンマ線量との関係を示す。ただし照射時のゲート
バイアスは5Vである。なお比較のために従来の方法で製
造したＮチャネルトランジスタの場合を第４図に示し
た。
閾値電圧の変動量は、界面準位発生に起因する成分Ａと
固定電荷蓄積に起因する成分Ｂの和である。固定電荷に
基づく成分Ｂは、吸収線量の増加に伴い負方向にシフト
する。一方Ｎチャネルトランジスタでは線量の増加と共
に負に荷電した界面準位のアクセプタタイプが増加する
ため、界面準位に基づく成分Ａは正方向にシフトする。
この和である△VTは、見かけ上低線量領域で負方向にシ
フトし、線量の増加に伴い正方向へシフトする。
固定電荷蓄積に起因する成分Ｂの和である。固定電荷に
基づく成分Ｂは、吸収線量の増加に伴い負方向にシフト
する。一方Ｎチャネルトランジスタでは線量の増加と共
に負に荷電した界面準位のアクセプタタイプが増加する
ため、界面準位に基づく成分Ａは正方向にシフトする。
この和である△VTは、見かけ上低線量領域で負方向にシ
フトし、線量の増加に伴い正方向へシフトする。
第３図及び第４図に示したように、本第１の実施例で製
造したトランジスタの閾値電圧変動量は、従来の製造方
法で製造したトランジスタの閾値電圧変動量に較べ、界
面準位に基づく成分Ａも、固定電荷に基づく成分Ｂも供
に小さな値をとり、特に界面準位に基づく成分Ａにおい
て本実施例の効果が大きいことがわかる。
造したトランジスタの閾値電圧変動量は、従来の製造方
法で製造したトランジスタの閾値電圧変動量に較べ、界
面準位に基づく成分Ａも、固定電荷に基づく成分Ｂも供
に小さな値をとり、特に界面準位に基づく成分Ａにおい
て本実施例の効果が大きいことがわかる。
この様にゲート酸化膜内にフッ素を導入することによ
り、放射線照射による界面準位発生と固定正電荷蓄積、
特に界面準位の発生を効果的に抑制し、耐放射線性向上
させることができる。
り、放射線照射による界面準位発生と固定正電荷蓄積、
特に界面準位の発生を効果的に抑制し、耐放射線性向上
させることができる。
更にランプアニーラによる加熱は、基板のみを短時間で
加熱できるため、六フッ化硫黄と、石英炉中に混入した
水素との反応によるフッ化水素（HF）の発生が少く、炉
の浸食が少いという利点を有する。又、六フッ化硫黄は
室温において極めて安定で無害な物質であるため、保管
が容易である。
加熱できるため、六フッ化硫黄と、石英炉中に混入した
水素との反応によるフッ化水素（HF）の発生が少く、炉
の浸食が少いという利点を有する。又、六フッ化硫黄は
室温において極めて安定で無害な物質であるため、保管
が容易である。
次に本発明の第２の実施例について説明する。
まず第１の実施例と同様にして乾燥酸素雰囲気中950℃
でシリコン基板上に厚さ250Åのゲート酸化膜を形成す
る。その後ランプ加熱器を用い、1200℃以下で分解する
フッ素化合物、例えば500℃で分解する三フッ化窒素ガ
スを雰囲気ガスとして供給し、1000〜1100℃で50秒間加
熱する。これによりゲート酸化膜内に、第１の実施例と
同様にフッ素が主にSi−Ｆの形で取り込まれる。
でシリコン基板上に厚さ250Åのゲート酸化膜を形成す
る。その後ランプ加熱器を用い、1200℃以下で分解する
フッ素化合物、例えば500℃で分解する三フッ化窒素ガ
スを雰囲気ガスとして供給し、1000〜1100℃で50秒間加
熱する。これによりゲート酸化膜内に、第１の実施例と
同様にフッ素が主にSi−Ｆの形で取り込まれる。
Si−Ｆ結合は安定な結合であり、放射線照射により分解
しても容易に再結合しやすい。さらに電気陰性度の高い
フッ素原子は近傍に発生したプロトン（H+）の移動を抑
える働きもする。したがって固定電荷の蓄積、界面準位
の発生は大幅に減少する。
しても容易に再結合しやすい。さらに電気陰性度の高い
フッ素原子は近傍に発生したプロトン（H+）の移動を抑
える働きもする。したがって固定電荷の蓄積、界面準位
の発生は大幅に減少する。
この様に、三フッ化窒素雰囲気中でランプ加熱すること
により、ゲート酸化膜内にフッ素を導入することによ
り、放射線照射時の界面準位の発生および固定正電荷蓄
積を抑制し、膜の耐放射線性を向上させることができ
る。三フッ化窒素も温室で極めて安定であるため、保管
が容易である。
により、ゲート酸化膜内にフッ素を導入することによ
り、放射線照射時の界面準位の発生および固定正電荷蓄
積を抑制し、膜の耐放射線性を向上させることができ
る。三フッ化窒素も温室で極めて安定であるため、保管
が容易である。
以上説明したように本発明は、シリコン基板上にゲート
酸化膜を形成したのち、フッ素化合物のガス雰囲気中で
ランプ加熱することにより、耐放射線性の向上した電界
効果トランジスタを得ることができる。
酸化膜を形成したのち、フッ素化合物のガス雰囲気中で
ランプ加熱することにより、耐放射線性の向上した電界
効果トランジスタを得ることができる。
第１図は本発明の第１の実施例に用いるランプ加熱器の
断面図、第２図は第１の実施例により形成されたゲート
酸化膜中のフッ素，シリコン，酸素の分布を示す図、第
３図及び第４図は第１の実施例及び従来例により製造さ
れた電界効果トランジスタの吸収ガンマ線量と閾値電圧
変動量との関係を示す図である。 １……石英管、２……ハロゲンランプ、３……シリコン
基板、４……六フッ化硫黄、５……石英トレイ、６……
容器、７……シャッター。
断面図、第２図は第１の実施例により形成されたゲート
酸化膜中のフッ素，シリコン，酸素の分布を示す図、第
３図及び第４図は第１の実施例及び従来例により製造さ
れた電界効果トランジスタの吸収ガンマ線量と閾値電圧
変動量との関係を示す図である。 １……石英管、２……ハロゲンランプ、３……シリコン
基板、４……六フッ化硫黄、５……石英トレイ、６……
容器、７……シャッター。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上にゲート酸化膜を形成した
のちランプ加熱を行なう電界効果型トランジスタの製造
方法において、前記シリコン基板のランプ加熱をフッ素
化合物のガス雰囲気中で行なうことを特徴とする電界効
果トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63114287A JPH0758788B2 (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63114287A JPH0758788B2 (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01283873A JPH01283873A (ja) | 1989-11-15 |
| JPH0758788B2 true JPH0758788B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=14634070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63114287A Expired - Lifetime JPH0758788B2 (ja) | 1988-05-10 | 1988-05-10 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758788B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69125886T2 (de) | 1990-05-29 | 1997-11-20 | Semiconductor Energy Lab | Dünnfilmtransistoren |
| JP2007142450A (ja) * | 2000-03-22 | 2007-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 |
| JP4466809B2 (ja) * | 2001-07-18 | 2010-05-26 | 日本電気株式会社 | シリコン絶縁膜とその製造方法ならびにシリコンダングリングボンドの終端方法 |
| JP4622318B2 (ja) * | 2004-06-04 | 2011-02-02 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP5641537B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2014-12-17 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコンウェーハの熱処理方法 |
-
1988
- 1988-05-10 JP JP63114287A patent/JPH0758788B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01283873A (ja) | 1989-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |