JPH0831813A - 酸化膜形成方法およびこれを用いた半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炉芯管を密閉し、酸化種として所定量の純水を
用いることにより、１００℃〜８００℃の比較的低温、
好ましくは２００℃〜６００℃の低温度範囲で、１気圧
以上、好ましくは４気圧以上の高水蒸気分圧の水蒸気雰
囲気を作りだすことができ、電界律速による反応酸化で
はなく、反応律速の−ＯＨ置換による安定した薄い酸化
膜を形成することができる酸化膜形成方法の提供。 【構成】炉芯管の内部に半導体基板を配置し、前記炉芯
管を密封し、前記炉芯管の内部に所定量の純水を供給
し、前記炉芯管を加熱して、前記炉芯管の内部を温度１
００℃〜８００℃かつ１気圧以上の水蒸気分圧をもつ水
蒸気雰囲気にし、前記半導体基板を前記水蒸気雰囲気に
所定時間放置することにより、前記半導体基板に薄い酸
化膜を形成することにより、上記目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸化膜形成方法およびこ
れを用いた半導体製造方法に関し、詳しくは、半導体基
板に低温で薄い安定した酸化膜を形成することができる
酸化膜形成方法、およびこれを半導体製造プロセスに適
用する半導体製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板として、最も一般的に用いら
れているシリコン（Si）は、高温の酸化雰囲気中にさら
されると、その表面に酸化膜（SiO₂）が形成される。こ
の酸化膜は極めて信頼性の高い絶縁膜であることから、
例えば、ＣＭＯＳ技術においては、ゲート酸化膜や、フ
ィールド酸化膜、層間絶縁膜などに応用されている。し
かしながら、半導体素子の微細化が進むにつれて、平面
的にパターンが縮小されることは勿論、立体的な厚さも
縮小され、ますます酸化膜の薄膜化が要求されている。

【０００３】上述する酸化膜の成長過程は、「ＶＬＳＩ
製造技術 日経ＢＰ社 ＰＰ８３〜１０７」に示されて
いるように、まず、酸化種ガスが酸化膜表面に到達
し、反応あるいは付着して酸化膜中へ浸入し、続いて、
酸化種がシリコン基板に向けて酸化膜中を拡散し、
酸化種がシリコン基板面に到達し、反応によって新しい
酸化膜層を形成するという３つの酸化メカニズムからな
ることが知られている。即ち、酸化時間が短い（酸化膜
が薄い）場合には、の酸化メカニズムが主となり、酸
化速度は反応律速となる。逆に、酸化時間が長い（酸化
膜が厚い）場合には、の酸化メカニズムが必要で、酸
化速度は拡散律速となることが知られている。

【０００４】また、酸化膜の形成方法としては、様々な
酸化方法が提案されているが、最も実用的な方法は、酸
化種としてＯ₂ ガスを用いるドライＯ₂ 酸化や、酸化種
としてＨ₂ Ｏを用いるウェットＨ₂ Ｏ酸化などの熱酸化
膜形成方法が一般的である。ドライ酸化は、酸化速度が
遅いため、薄い酸化膜、例えばゲート酸化膜などの形成
に有利であり、ウェット酸化は、酸化速度が早いため、
厚い酸化膜、例えばフィールド酸化膜などの形成に有利
で、これらのドライ酸化およびウェット酸化は、それぞ
れの目的に応じて適用されている。

【０００５】上述するように、ドライ酸化は酸化種とし
てＯ₂ ガスを用いるため、酸化膜が形成される時の反応
式は次式で表される。 Ｓｉ ＋ Ｏ₂ → ＳｉＯ₂ ドライ酸化は酸化速度が遅いため、１００Å程度の薄い
酸化膜を形成することは容易であるが、反面、電界強度
が弱く、信頼性に乏しいという問題点をもっている。従
来、ドライＯ₂ 酸化を用いて、ゲート酸化膜を形成して
いたが、ドライＯ₂ 酸化により形成された酸化膜は、絶
縁ゲート耐圧が悪く、ゲート破壊が発生しやすいという
問題点があった。この原因は明らかではないが、ドライ
酸化においては、酸素イオンなどの負の酸化種が半導体
基板表面に多数存在しており、この負の酸化種イオンと
半導体基板との間に強い電界を引き起こすため、酸化種
イオンが急速に浸入し、酸化膜中を移動し、シリコン基
板面における反応によって酸化膜を成長させ、即ち、酸
化速度は電界により律速され、酸素イオンの密度にばら
つきがあるためであると推測されている。

【０００６】一方、ウェット酸化は酸化種としてＨ₂ Ｏ
を用いるため、酸化膜が形成される時の反応式は以下に
示す２つの式で表される。 Ｈ₂ Ｏ ＋ Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ → Ｓｉ−ＯＨ ＋ Ｏ
Ｈ−Ｓｉ まず、自然酸化膜が形成された半導体基板を水蒸気雰囲
気で酸化促進すると、Ｓｉ−ＯＨを生成し、 続いて、Ｓｉ−ＯＨとＳｉとが反応して、ＳｉＯ₂ とＨ
₂ とを生成するという２段階反応を促進させることによ
り、安定した酸化膜を形成することができる。このよう
に、ウェット酸化は安定した膜質の酸化膜が得られる反
面、酸化速度が早いため、１００Å程度の薄い酸化膜を
形成することが非常に困難であるという問題点があっ
た。

【０００７】このようなウェット酸化を行う従来の酸化
膜形成装置の一例として、特開平３−５５８４３号公報
に開示された酸化膜形成装置がある。図７に示すよう
に、この酸化膜形成装置８０は、複数枚の半導体基板８
２が半導体基板支持ボート８４に固定されて配置され
る、開口された炉芯管８６と、この炉芯管８６の内部を
加熱し、その内部温度を調整する前部、中央部および後
部ヒーター８８と、マス・フロー・コントローラ９０お
よび継手９２を有する酸素供給手段と、マス・フロー・
コントローラ９４、継手９６および気化部９８を有する
純水供給手段とから構成される。

【０００８】上述する酸化膜形成装置８０は、まず、半
導体基板支持ボート８４に固定された複数枚の半導体基
板８２を、炉芯管８６の開口部から炉芯管８６の内部に
導入して配置し、続いて、前部、中央部および後部ヒー
ター８８により加熱し、これらの半導体基板８２の温度
を９００℃前後〜１０５０℃に制御した後、純水供給手
段により、マス・フロー・コントローラ９４により流量
が制御された純水を、継手９６を通して炉芯管８６の内
部に配設された気化部９８に供給すると、この純水は後
部ヒーター８８からの輻射熱よって気化され水蒸気とな
り、そして、酸素供給手段により、マス・フロー・コン
トローラ９０で制御された酸素を、継手９２を通して炉
芯管８６の内部に供給すると、炉芯管８６の内部の水蒸
気は、酸素をキャリアガスとして半導体基板８２に供給
され、半導体基板８２を酸化するというものである。

【０００９】しかしながら、この酸化膜形成装置８０に
おいては、キャリアガスとしての酸素の流量が少ない
と、酸化種である水蒸気を半導体基板８２の表面に均一
に導入することができず、酸化膜厚に大きなばらつきが
発生するという問題点があった。逆に、酸素の流量が多
いと、炉芯管８６の内部温度を部分的に下げてしまい、
内部温度が不安定になる要因となったり、また、キャリ
アガスであるはずの酸素も酸化種となって半導体基板８
２と反応して酸化膜を形成してしまうため、反応律速、
拡散律速および電界律速による酸化膜が混在して、膜質
の一定しない、かつ均一でない酸化膜が形成されるとい
う問題点もあった。従って、極薄いゲート酸化膜、例え
ば、１０ｎｍ程度以下の酸化膜を形成すると、絶縁ゲー
ト耐圧が弱く、高電界が発生するゲート酸化膜として使
用することができないという問題点があった。

【００１０】また、炉芯管８６は開口されているため、
大気圧における酸化膜の形成を前提としていることは勿
論、酸化種である水蒸気およびキャリアガスである酸素
が、半導体基板８２に安定して供給される構造になって
いないという問題点があった。さらに、ヒーター８８に
より９００℃前後〜１０５０℃という高温で酸化膜を形
成するため、不純物イオンの再拡散という問題点がある
し、例えば、層間絶縁膜にコンタクトホールを開口した
後のリフロー工程において、この層間絶縁膜から不純物
イオンであるボロンガラスやリンガラスがコンタクトホ
ールの中に堆積、拡散されるために、コンタクトが高抵
抗化してしまうという、いわゆるアウトディヒュージョ
ン等の課題に対応することができないという問題点があ
った。なお、同公報には、「本発明を用いれば、従来技
術では不可能であった８００℃以下の低温での水蒸気雰
囲気中の酸化を可能にする」という記載があるが、その
具体的な手段および条件については何ら開示しておら
ず、低温下で良質の酸化膜を形成することはできなかっ
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく種々の問題点をかえりみて、炉芯管を
密閉し、酸化種として所定量の純水を用いることによ
り、１００℃〜８００℃の比較的低温、好ましくは２０
０℃〜６００℃の低温度範囲で、１気圧以上、好ましく
は４気圧以上の高水蒸気分圧の水蒸気雰囲気を作りだす
ことができ、電界律速による反応酸化ではなく、反応律
速の−ＯＨ置換による安定した薄い酸化膜を形成するこ
とができる酸化膜形成方法を提供することにある。ま
た、本発明の別の目的は、本発明の安定した薄い酸化膜
の形成方法を、半導体装置の製造プロセスに適用するこ
とにより、アウトディヒュージョンのないコンタクトホ
ールを形成することができ、絶縁ゲート耐圧の高いゲー
ト酸化膜あるいはゲート窒化酸化膜を形成することがで
きる半導体製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、炉芯管の内部に半導体基板を配置し、前
記炉芯管を密封し、前記炉芯管の内部に所定量の純水を
供給し、前記炉芯管を加熱して、前記炉芯管の内部を温
度１００℃〜８００℃かつ１気圧以上の水蒸気分圧をも
つ水蒸気雰囲気にし、前記半導体基板を前記水蒸気雰囲
気に所定時間放置することにより、前記半導体基板に薄
い酸化膜を形成することを特徴とする酸化膜形成方法を
提供するものである。

【００１３】ここで、前記炉芯管内の水蒸気雰囲気の加
熱温度は、２００℃〜６００℃であるのが好ましい。

【００１４】また、前記炉芯管内の水蒸気雰囲気の水蒸
気分圧は、４気圧以上であるのが好ましい。

【００１５】また、本発明は、半導体基板の上に不純物
イオンを含有する層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜
にコンタクトホールを開口して前記半導体基板の表面を
露出させ、前記半導体基板の表面に、本発明の酸化膜形
成方法によって薄い酸化膜を形成した後、前記半導体基
板をリフローすることを特徴とする半導体製造方法を提
供するものである。

【００１６】また、本発明は、半導体基板の表面に、本
発明の酸化膜形成方法によって薄いゲート酸化膜を形成
した後、さらに、前記半導体基板をドライＯ₂ あるいは
窒素雰囲気で加熱することを特徴とする半導体製造方法
を提供するものである。

【００１７】さらに、本発明は、半導体基板の表面に、
本発明の酸化膜形成方法によって薄いゲート酸化膜を形
成した後、さらに、前記半導体基板をアンモニア雰囲気
で加熱して、窒化酸化膜を形成することを特徴とする半
導体製造方法を提供するものである。

【００１８】

【発明の作用】本発明の酸化膜形成方法は、炉芯管の内
部に半導体基板を配置して、この炉芯管を密封した後、
炉芯管の内部に純水を供給して、これを加熱することに
より、炉芯管の内部を低温かつ高圧の水蒸気雰囲気にし
て、半導体基板の表面に酸化膜を形成するものである。
ここで、炉芯管の内部に供給される純水の量を制御する
ことにより、炉芯管の内部を飽和あるいは非飽和水蒸気
雰囲気とすることができる。また、炉芯管は密封され、
炉芯管の内部は水蒸気雰囲気であるため、炉芯管を加熱
すると、炉芯管の内部を低温であっても高圧にすること
ができ、従って、薄く、膜質の信頼性の高い酸化膜を形
成することができる。また、本発明の半導体製造方法
は、上述する本発明の酸化膜形成方法を半導体装置の製
造プロセスに適用するもので、アウトディヒュージョン
のない、即ち、コンタクト抵抗の小さいコンタクトホー
ルを形成することができ、絶縁ゲート耐圧の高いゲート
酸化膜あるいはゲート窒化酸化膜を形成することができ
る。

【００１９】

【実施例】以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づ
いて、本発明の酸化膜形成方法およびこれを用いた半導
体製造方法を詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の酸化膜形成方法を適用す
る酸化膜形成装置の一実施例の横断面図である。同図に
示す酸化膜形成装置１０は、複数枚の半導体基板１２が
石英ボートなどのようなウェーハボート１４に固定され
て配置される炉芯管１６と、この炉芯管１６を密封する
開閉自在のキャップ１８と、炉芯管１６の内部を加熱
し、その内部温度を調整する加熱ヒーター２０と、マス
・フロー・コントローラー（図示せず）によって流量が
制御された純水２２を、開閉バルブ２４を介して炉芯管
１６の内部に供給する純水供給配管２６とから構成され
ている。なお、図示していないが、同図に示す酸化膜形
成装置１０は、炉芯管１６の内部に供給された純水２２
を排出する純水排出ドレインと、炉芯管１６の内部圧力
を調整する圧力調整バルブとを備えている。

【００２１】この酸化膜形成装置１０を用いて、本発明
の酸化膜形成方法を説明する。半導体基板１２に酸化膜
を形成するために、まず、炉芯管１６からキャップ１８
を外し、この炉芯管１６の内部の所定位置に、複数枚の
半導体基板１２が固定されたウェーハボート１４を配置
して、キャップ１８を閉めて炉芯管１６の内部を密閉状
態にする。続いて、マス・フロー・コントローラー（図
示せず）によって制御された所定流量の純水２２を、開
閉バルブ２４を介して純水供給配管２６から密閉された
炉芯管１６の内部に供給した後、開閉バルブ２４を閉じ
る。続いて、加熱ヒーター２０により、密閉された炉芯
管１６の内部を加熱すると、加熱ヒーター２０による輻
射熱により、炉芯管１６の内部に供給された純水２２が
気化されるため、炉芯管１６の内部は水蒸気雰囲気とな
る。

【００２２】ここで、炉芯管１６の内部の水蒸気圧は、
密閉された炉芯管１６の体積と、炉芯管１６の内部に供
給された純水２２の体積と、加熱された炉芯管１６の内
部温度とによって決定される。例えば、炉芯管１６の内
部が飽和水蒸気雰囲気である場合には、炉芯管１６の内
部の水蒸気圧は、その内部温度が１００℃になると１気
圧になるが、以下同様に、１２１℃になると２気圧、２
００℃になると約１５気圧、３００℃になると約８４気
圧になる。また、炉芯管１６の体積に対して、炉芯管１
６の内部に供給される純水２２の体積を小さくすること
で、非飽和水蒸気雰囲気とすることができるし、さら
に、所定の水蒸気圧以上になってしまった場合には、炉
芯管１６に取り付けられた圧力調整バルブ（図示せず）
によって、所望の内部温度および内部圧力に調整するこ
とができる。

【００２３】一般的に、薄い酸化膜を形成するには、酸
化温度を下げる方式と、酸化種の酸素を不活性ガスで希
釈する方式とがある。本発明の酸化膜形成方法において
は、密封された炉芯管１６の内部を加熱して水蒸気雰囲
気にすることで、炉芯管１６の内の水蒸気分圧を、例え
ば大気圧以上に高くすることができ、また、炉芯管１６
の内部温度、即ち、酸化温度を、例えば、１００℃〜８
００℃、好ましくは２００℃〜６００℃程度に低くする
ことができる。従って、薄い酸化膜を形成することがで
き、さらに、ウェット酸化であるため、自然酸化膜が形
成された半導体基板１２を水蒸気雰囲気で酸化促進し
て、Ｓｉ−ＯＨを生成し、続いて、Ｓｉ−ＯＨとＳｉと
が反応して、ＳｉＯ₂ とＨ₂ とを生成するという２段階
反応を促進させることにより、膜質の信頼性の高い酸化
膜を形成することができる。

【００２４】最後に、炉芯管１６の内部が所定温度かつ
所定水蒸気分圧に設定されて所定時間が経過した後、加
熱ヒーター２０を止める。そして、酸化膜が形成された
半導体基板１２が固定されたウェーハボート１４を炉芯
管１６から取り出す前に、炉芯管１６の内部に純水２２
が残っている場合には、純水排出ドレイン（図示せず）
から純水２２を排出する。その後、キャップ１８を開い
て、複数枚の半導体基板１２が固定されたウェーハボー
ト１４を炉芯管１６の内部から取り出し、再度、キャッ
プ１８を閉じて酸化膜の形成工程を終了する。

【００２５】次に、図２は、上述する本発明の酸化膜形
成方法を用いて、炉芯管１６の内部の水蒸気分圧（内部
圧力）を２気圧、４気圧および８気圧として、１５分間
の酸化時間において半導体基板１２に酸化膜を形成した
場合の炉芯管１６の内部の酸化温度と酸化膜厚との関係
を示すものである。このグラフに示すように、半導体基
板１２に形成される酸化膜の厚さは、酸化温度が高くな
るほど厚く、同様に、水蒸気分圧が高くなるほど厚くな
ることが判る。従って、本発明の酸化膜形成方法によれ
ば、熱酸化により酸化種（H₂O ）が拡散律速されて半導
体基板１２の表面に到達し、さらに半導体基板１２の表
面における酸化反応により、安定した酸化膜を形成する
ことができる。

【００２６】また、図３は、図２のグラフに示す酸化膜
が形成された半導体基板１２において、絶縁耐圧試験を
した場合の酸化温度と絶縁耐圧不良率との関係を示すグ
ラフである。このグラフに示すように、半導体基板１２
に形成される酸化膜の絶縁耐圧不良率は、酸化温度が低
くなるほど高く、特に１００℃未満になると高く、同様
に、水蒸気分圧が低くなるほど高く、特に２気圧では高
くなることが判る。従って、本発明の酸化膜形成方法に
よれば、酸化温度が高くなるほど、かつ水蒸気分圧が高
くなるほど、より安定した酸化膜を形成することができ
るが、酸化温度２００℃〜６００℃、かつ水蒸気分圧４
気圧以上の水蒸気雰囲気で酸化するのが好ましい。

【００２７】次に、図４（ａ）〜図４（ｆ）は、上述す
る本発明の酸化膜形成方法をコンタクトホールの形成工
程に適用する本発明の半導体製造方法の一実施例の断面
フローチャートである。まず、図４（ａ）に示すよう
に、半導体基板３０上にフィールド酸化膜３２を形成
し、このフィールド酸化膜３２で囲まれた領域にゲート
酸化膜３４を形成する。続いて、ゲート絶縁膜３４の上
にポリシリコン等からなるゲート電極３６を形成し、半
導体基板３０の中にＬＤＤ（LIGHTLY DOPED DRAIN ）構
造のＮ^- 領域３８を形成し、ゲート電極３６の両側にサ
イドウォール膜４０を形成した後、半導体基板３０の中
にソースおよびドレイン拡散領域４２を形成する。そし
て、半導体基板３０の表面に、リンガラス、ボロンガラ
スあるいはボロン・リンガラス層よりなる層間絶縁膜４
４を、半導体基板３０の全面に約１．０μｍ程度堆積
し、その後、この層間絶縁膜４４をデンシファイして、
密なる層間絶縁膜４４を形成する。

【００２８】次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜４４の上にレジスト４６を塗布し、このレジスト４６
を露光・現像してパターニングし、レジスト４６のコン
タクトホール４８となる領域を選択的に除去する。続い
て、このレジスト４６をマスクとして、層間絶縁膜４４
およびゲート酸化膜３４をエッチングし、コンタクトホ
ール４８を開口して半導体基板３０の表面を露出させ
る。

【００２９】ここで、コンタクトホール４８と層間絶縁
膜４４の表面との段差は１μｍ以上であり、アスペクト
比が大きすぎるため、この後の配線工程においてスパッ
タリングをする時にステップカバレージが問題になり、
信頼性に大きな影響を与える。このため、コンタクトホ
ール４８における段差を小さくするために、通常、約９
００℃〜１０００℃程度の温度でリフローする工程が行
われている。しかしながら、このような高温度範囲でア
ニールを行うと、層間絶縁膜４４からリン、ボロン等の
不純物イオンがアウトディヒュージョンし、開口したコ
ンタクトホール４８の中に、即ち、半導体基板３０の表
面にこれらの不純物イオンが堆積、拡散され、コンタク
ト抵抗が増大するという問題点があることは、従来技術
において述べた通りである。

【００３０】そこで、図４（ｃ）に示すように、本発明
の酸化膜形成方法を用いて、具体的には、温度５００℃
の不飽和水蒸気雰囲気で、反応律速による膜厚１００Å
の酸化膜５０を半導体基板３０の全面に形成することに
より、層間絶縁膜４４から不純物イオンがアウトディヒ
ュージョンして、コンタクトホール４８の中に、即ち、
半導体基板３０の表面に堆積、拡散することなく、半導
体基板３０の表面に薄い酸化膜５０を形成させることが
できる。

【００３１】次に、図４（ｄ）に示すように、約９００
℃〜１０００℃程度の温度で、不活性ガス雰囲気でアニ
ールを３０分程度実施すると、層間絶縁膜４４はリフロ
ーされて平滑化されると同時に、コンタクトホール４８
も塞がれてしまう。上述するように、高温でアニールを
行うと、従来はアウトディヒュージョンの問題があった
が、本実施例においては、本発明の酸化膜形成方法を用
いて、予めコンタクトホール４８の中に酸化膜５０を低
温で形成して、半導体基板３０の表面を保護しているた
め、アウトディヒュージョンによる再拡散や、コンタク
ト抵抗の増大といった問題点は既に解決されている。

【００３２】次に、図４（ｅ）に示すように、層間絶縁
膜４４の上にレジスト５２を塗布し、このレジスト５２
を露光・現像してパターニングし、レジスト５２の塞が
れたコンタクトホール領域を選択的に除去する。続い
て、このレジスト５２をマスクとして、リフローされて
平坦化された層間絶縁膜４４および本発明の酸化膜形成
方法により形成された酸化膜５０をエッチングし、リフ
ローされて塞がれたコンタクトホール４８を再度開口し
て半導体基板３０の表面を露出させる。

【００３３】最後に、図４（ｆ）に示すように、配線用
メタルをスパッタリングして、ステップ・カバレージの
良い、任意のパターン配線を有する配線膜５４を形成
し、再度開口されたコンタクトホール４８を介して、半
導体基板３０の中に形成されたソースおよびドレイン拡
散領域４２と電気的に接続する。

【００３４】次に、図５（ａ）および図５（ｂ）は、本
発明の酸化膜形成方法をゲート酸化膜の形成工程に適用
する本発明の半導体製造方法の一実施例の断面フローチ
ャートである。まず、図５（ａ）に示すように、半導体
基板６０の表面にパッド酸化膜を形成し、このパッド酸
化膜上に耐酸化性膜である窒化膜６２を形成する。続い
て、この窒化膜６２の上にレジストを塗布し、このレジ
ストを露光・現像してパターニングし、レジストのフィ
ールド酸化膜６４となる領域を選択的に除去する。続い
て、この窒化膜６２をマスクとしてフィールド酸化膜６
４を形成した後、窒化膜６２およびパッド酸化膜を除去
して、半導体基板６０の表面を露出させる。

【００３５】ここで、従来は、半導体基板６０の表面を
ドライＯ₂ 酸化してゲート酸化膜を形成していたが、ド
ライＯ₂ を用いて形成した酸化膜は、ゲート耐圧が悪
く、ゲート破壊が発生しやすいという問題点があったこ
とは、従来技術において既に述べた通りである。

【００３６】そこで、図５（ｂ）に示すように、表面が
露出された半導体基板６０を、本発明の酸化膜形成方法
を用いて、具体的には、温度４００℃〜５００℃の５気
圧程度の水蒸気雰囲気で１０分間程度、反応律速による
膜厚５０Åの酸化膜６６を半導体基板６０の全面に形成
し、続いて、ドライＯ₂ あるいは不活性ガス雰囲気でア
ニールして、さらに酸化およびデンシファイすることに
より、通常のウェット酸化により形成した酸化膜と同程
度の信頼性の高い膜質を得ることができ、より安定した
薄い酸化膜６６を形成することができる。

【００３７】次に、図６（ａ）および図６（ｂ）は、本
発明の酸化膜形成方法をゲート窒化酸化膜の形成工程に
適用する本発明の半導体製造方法の一実施例の断面フロ
ーチャートである。まず、図６（ａ）に示すように、上
述するゲート酸化膜の形成工程と全く同様な手順で、窒
化膜７２をマスクとして、フィールド酸化膜６４を形成
した後、窒化膜７２およびパッド酸化膜を除去して、半
導体基板７０の表面を露出させる。

【００３８】そして、図６（ｂ）に示すように、表面が
露出された半導体基板７０を、本発明の酸化膜形成方法
を用いて、具体的には、温度４００℃〜５００℃の５気
圧程度の水蒸気雰囲気で１０分間程度、反応律速による
膜厚５０Åの酸化膜７６を半導体基板の全面に形成し、
続いて、この酸化膜７６をアンモニア雰囲気でアニール
して窒化することで、酸化膜の表面に、より安定した薄
い窒化酸化膜７８を形成するとともに、窒化温度によっ
て酸化膜がデンシファイされるため、より緻密な酸化膜
７６を形成することができる。本実施例における反応式
を次式に示す。 ２ＳｉＯ₂ ＋ ２ＮＨ₃ → Ｓｉ₂ Ｎ₂ Ｏ ＋ ３
Ｈ₂ Ｏ ３ＳｉＯ₂ ＋ ４ＮＨ₃ → Ｓｉ₃ Ｎ₄ ＋ ６Ｈ
₂ Ｏ

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の酸化
膜形成方法は、炉芯管の内部に半導体基板を配置して、
この炉芯管を密封した後、炉芯管の内部に純水を供給し
て、これを加熱することにより、炉芯管の内部を低温か
つ高圧の水蒸気雰囲気にして、半導体基板の表面に酸化
膜を形成するものである。従って、本発明の酸化膜形成
方法によれば、薄く、膜質の信頼性の高い酸化膜を形成
することができる。また、本発明の半導体製造方法は、
本発明の酸化膜形成方法を半導体装置の製造プロセスに
適用するもので、アウトディヒュージョンのない、即
ち、コンタクト抵抗の小さいコンタクトホールを形成す
ることができ、絶縁ゲート耐圧の高いゲート酸化膜ある
いはゲート窒化酸化膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化膜形成方法を適用する酸化膜形成
装置の一実施例の横断面図である。

【図２】本発明の酸化膜形成方法を適用して半導体基板
に酸化膜を形成した場合の酸化温度と酸化膜厚との関係
を示す一実施例のグラフである。

【図３】本発明の酸化膜形成方法を適用して半導体基板
に酸化膜を形成した場合の酸化温度と絶縁耐圧不良率と
の関係を示す一実施例のグラフである。

【図４】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の酸化膜形成方法を
コンタクトホールの形成に適用する本発明の半導体製造
方法の一実施例の工程を説明する断面フローチャートで
ある。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の酸化膜形成方
法をゲート酸化膜の形成に適用する本発明の半導体製造
方法の一実施例の工程を説明する断面フローチャートで
ある。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の酸化膜形成方
法をゲート窒化酸化膜の形成に適用する本発明の半導体
製造方法の一実施例の工程を説明する断面フローチャー
トである。

【図７】従来の酸化膜形成装置の一例の横断面図であ
る。

【符号の説明】

１０、８０ 酸化膜形成装置 １２、３０、６０、７０、８２ 半導体基板 １４、８４ ウェーハボート １６、８６ 炉芯管 １８ キャップ ２０、８８ 加熱ヒーター ２２ 純水 ２４ 開閉バルブ ２６ 純水供給配管 ３２、６４、７４ フィールド酸化膜 ３４、６６、７６ ゲート酸化膜 ３６ ゲート電極 ３８ Ｎ⁺ 領域 ４０ サイドウォール膜 ４２ 拡散領域 ４４ 層間絶縁膜 ４６、５２ レジスト ４８ コンタクトホール ５０ 酸化膜 ５４ 配線膜 ６２、７２ 窒化膜 ７８ 窒化酸化膜 ９０、９４ マス・フロー・コントローラ ９２ ９６ 継手 ９８ 気化部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉芯管の内部に半導体基板を配置し、前記
   炉芯管を密封し、前記炉芯管の内部に所定量の純水を供
   給し、前記炉芯管を加熱して、前記炉芯管の内部を温度
   １００℃〜８００℃かつ１気圧以上の水蒸気分圧をもつ
   水蒸気雰囲気にし、前記半導体基板を前記水蒸気雰囲気
   に所定時間放置することにより、前記半導体基板に薄い
   酸化膜を形成することを特徴とする酸化膜形成方法。
2. 【請求項２】前記炉芯管内の水蒸気雰囲気の加熱温度
   は、２００℃〜６００℃である請求項１に記載の酸化膜
   形成方法。
3. 【請求項３】前記炉芯管内の水蒸気雰囲気の水蒸気分圧
   は、４気圧以上である請求項１または２に記載の酸化膜
   形成方法。
4. 【請求項４】半導体基板の上に不純物イオンを含有する
   層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜にコンタクトホー
   ルを開口して前記半導体基板の表面を露出させ、前記半
   導体基板の表面に、請求項１〜３のいずれかに記載の酸
   化膜形成方法によって薄い酸化膜を形成した後、前記半
   導体基板をリフローすることを特徴とする半導体製造方
   法。
5. 【請求項５】半導体基板の表面に、請求項１〜３のいず
   れかに記載の酸化膜形成方法によって薄いゲート酸化膜
   を形成した後、さらに、前記半導体基板をドライＯ₂ あ
   るいは窒素雰囲気で加熱することを特徴とする半導体製
   造方法。
6. 【請求項６】半導体基板の表面に、請求項１〜３のいず
   れかに記載の酸化膜形成方法によって薄いゲート酸化膜
   を形成した後、さらに、前記半導体基板をアンモニア雰
   囲気で加熱して、窒化酸化膜を形成することを特徴とす
   る半導体製造方法。