JPH09199500A

JPH09199500A - シリコン酸化膜の形成方法

Info

Publication number: JPH09199500A
Application number: JP2602496A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Suzuki; 篤鈴木; Toshihiko Suzuki; 利彦鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時
絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れ、しかも薄く均一なシ
リコン酸化膜を形成することができる、シリコン酸化膜
の形成方法を提供する。【解決手段】シリコン酸化膜の形成方法は、加湿酸素を
不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板１０上にシ
リコン酸化膜１１を形成した後、ハロゲン元素を含有す
る不活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜１１を熱処理す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板にシリ
コン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳ型半導体装置の製造においては、
シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜を半導体基板の表
面上に形成する必要があり、このシリコン酸化膜の特性
がＭＯＳ型半導体装置の信頼性を担っているといっても
過言ではない。従って、シリコン酸化膜には、常に高い
絶縁破壊耐圧が要求される。

【０００３】シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜の形
成方法として、乾燥酸化法及び加湿酸化法を挙げること
ができる。乾燥酸化法は、加熱されたシリコン半導体基
板の表面に十分乾燥した酸素を供給することによって、
シリコン半導体基板の表面にシリコン酸化膜を形成する
方法である。また、加湿酸化法は、水蒸気を含む高温の
キャリアガスをシリコン半導体基板の表面に供給するこ
とによって、シリコン半導体基板の表面にシリコン酸化
膜を形成する方法である。加湿酸化法の一種に、パイロ
ジェニック酸化法がある。この方法は、加湿酸化法の再
現性を高め且つ水量の管理を不要とするために、純粋な
水素を燃焼させて水分を作る方法である。パイロジェニ
ック酸化法は、水に起因した電子トラップを多く含むた
め乾燥酸化法に比べてホットキャリア耐性が劣るもの
の、シリコン酸化膜の絶縁耐圧特性や長期信頼性に優れ
ている。

【０００４】ＨＣｌ、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃ
Ｈ₂Ｃｌ₂、Ｃ₂Ｈ₃Ｃｌ₃等の塩素あるいはその他のハロ
ゲン元素を含有する化合物等を含んだ雰囲気中で乾燥酸
化法によってシリコン酸化膜を形成する場合、以下の利
点が得られることが知られている。尚、このような方法
を、以下、塩酸酸化法と呼ぶ。（Ａ）シリコン酸化膜中のアルカリ金属不純物の中和あ
るいはゲッタリング（Ｂ）積層欠陥の減少（Ｃ）短時間に評価される絶縁破壊の指標であるタイム
ゼロ絶縁破壊（Time-Zero Dielectric Breakdown、ＴＺ
ＤＢ）特性の向上（Ｄ）チャネル移動度の向上

【０００５】一方、形成されたシリコン酸化膜を窒素ガ
スやアルゴンガス等の不活性ガス中で、８００〜１００
０゜Ｃで３０分程度熱処理すると、シリコン酸化膜とシ
リコン半導体基板の界面において、以下の点が改善され
ることが知られている。（Ｅ）固定電荷の低減（Ｆ）界面準位密度の低減

【０００６】シリコン酸化膜の長期信頼性の指標とし
て、経時絶縁破壊（Time Dependent Dielectric Breakd
own、ＴＤＤＢ）特性がある。この経時絶縁破壊は、電
流ストレス又は電圧ストレスを印加した瞬間には破壊し
ないが、ストレス印加後、或る時間経過してからシリコ
ン酸化膜に絶縁破壊が生じる現象である。

【０００７】加湿酸化法にて形成されたシリコン酸化膜
は、乾燥酸化法にて形成されたシリコン酸化膜よりも経
時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性が優れている。即ち、加湿
酸化法によって形成されたシリコン酸化膜の方が長期信
頼性が高いといえる。この理由は、シリコン酸化膜中の
−ＯＨや−ＳｉＯＨ_Xが、経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特
性の向上に寄与しているためであると考えられている。

【０００８】乾燥酸化法の一種である塩酸酸化法は、タ
イムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性の向上には寄与する
ものの、経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性を向上させるこ
とができないという問題がある。また、塩酸酸化法は、
装置や酸化膜形成条件の管理が難しいという問題もあ
る。

【０００９】加湿酸化法によって形成されたシリコン酸
化膜は、上述のとおり経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性が
優れている。そして、このようなシリコン酸化膜を窒素
ガスやアルゴンガス等の不活性ガス中で熱処理した場
合、上述の（Ｅ）、（Ｆ）といった改善は認められる
が、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性が塩酸酸化法
によって形成されたシリコン酸化膜よりも低いという問
題がある。

【００１０】絶縁膜を形成した後、例えば塩素を含有す
る反応性ガス雰囲気下で絶縁膜を加熱処理することを特
徴とする絶縁膜形成方法が、例えば特開平３−２１９６
３２号公報に開示されている。この絶縁膜形成方法にお
いては、絶縁膜は赤外線ランプによる急速加熱によって
形成される。即ち、所謂乾燥酸化法により絶縁膜が形成
される。従って、この絶縁膜形成方法によって得られる
シリコン酸化膜の経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性は、加
湿酸化法にて得られるシリコン酸化膜の経時絶縁破壊
（ＴＤＤＢ）特性よりも劣っているという問題がある。
また、この絶縁膜形成方法は、絶縁膜形成中に未結合手
等に起因する膜欠陥を低減することを目的としており、
タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性や経時絶縁破壊
（ＴＤＤＢ）特性の向上を目的としたものではない。更
に、加熱処理を１０００゜Ｃ×２０秒間の所謂ＲＴＡ
（Rapid Thermal Annealing）法にて行い、絶縁膜と基
板の界面近傍にＳｉＣｌ_Xから成るドーピング層を形成
する。

【００１１】以上のとおり、従来の乾燥酸化法あるいは
加湿酸化法では、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性
及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性の両方の特性を満足
し得るシリコン酸化膜を形成することができない。

【００１２】そこで、本出願人は、特願平５−８６８３
６号（特開平６−２４４１７３号公報参照）にて、タイ
ムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（Ｔ
ＤＤＢ）特性の両方に優れたシリコン酸化膜の形成方法
を提案した。この方法においては、半導体基板上に加湿
酸化法にてシリコン酸化膜を形成した後、ハロゲン元素
を含有する不活性ガス雰囲気中でこのシリコン酸化膜を
熱処理する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ＭＯＳ型半導体装置の
高集積化に伴い、ゲート酸化膜の薄膜化が要求されてい
る。例えば、ＳＩＡ作成の「米国半導体技術ロードマッ
プ」によれば、ゲート長０．１８μｍのＭＯＳ型半導体
装置に必要とされるゲート酸化膜の厚さは４．５ｎｍで
あり、０．１３μｍのＭＯＳ型半導体装置に必要とされ
るゲート酸化膜の厚さは、実に３．４ｎｍと予想されて
いる。

【００１４】このように薄いシリコン酸化膜を形成しよ
うとした場合、乾燥酸化法と比較すると、加湿酸化法で
は酸化速度が早いため、酸化温度を低温にし、しかも酸
化時間を短くしなければならない。しかしながら、酸化
温度の低温化は、シリコン酸化膜の密度を低下させると
いう問題がある。また、酸化時間の短縮化は、シリコン
酸化膜の膜厚の均一化を妨げるという問題がある。従っ
て、加湿酸化法を採用して薄いシリコン酸化膜を形成す
る場合、酸化速度の抑制を図らなければならない。

【００１５】酸化速度の抑制方法として、希釈乾燥酸化
法あるいは希釈加湿酸化法が知られている。これらの方
法においては、乾燥酸素又は加湿酸素を不活性ガス（主
に窒素ガスやアルゴンガス）で希釈した雰囲気でシリコ
ン酸化膜を形成する。しかしながら、希釈乾燥酸化法も
本質的には乾燥酸化法であるが故に、形成されたシリコ
ン酸化膜は、加湿酸化法にて形成されたシリコン酸化膜
と比較して、リーク電流が多く、経時絶縁破壊（ＴＤＤ
Ｂ）特性が低い等の問題がある。一方、希釈加湿酸化法
は本質的には加湿酸化法であるが故に、乾燥酸化法にて
形成されたシリコン酸化膜と比較して、リーク電流が小
さい等の利点を有するが、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤ
Ｂ）特性の一層の向上が望まれている。

【００１６】従って、本発明の目的は、タイムゼロ絶縁
破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特
性に優れ、しかも薄く均一なシリコン酸化膜を形成する
ことができる、シリコン酸化膜の形成方法を提供するこ
とにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のシリコン酸化膜の形成方法は、加湿酸素を
不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板上にシリコ
ン酸化膜を形成した後、ハロゲン元素を含有する不活性
ガス雰囲気中で該シリコン酸化膜を熱処理することを特
徴とする。

【００１８】加湿酸素を希釈する不活性ガスは、窒素ガ
ス又はアルゴンガスとすることが好ましい。また、加湿
酸素を、純粋な水素を燃焼させて水分を作る方法である
パイロジェニック法にて得ることが、加湿酸化法の再現
性を高め且つ水量の管理を不要とする上で、好ましい。

【００１９】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で、半
導体基板を６００乃至１２００゜Ｃ、好ましくは７００
乃至１０００゜Ｃ、更に好ましくは８００乃至９００゜
Ｃに加熱した状態で半導体基板を酸化することによって
シリコン酸化膜を半導体基板の表面に形成することが望
ましい。

【００２０】また、熱処理はファーネス（炉）アニール
処理であることが望ましい。熱処理の温度は、６００〜
１２００゜Ｃ、好ましくは７００〜１０００゜Ｃ、更に
好ましくは７００〜９５０゜Ｃである。また、熱処理の
時間は、５〜６０分、好ましくは１０〜４０分、更に好
ましくは２０〜３０分である。不活性ガスとしては、窒
素ガス、アルゴンガスを例示することができる。

【００２１】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、不活性ガス雰囲気中に含有されるハロゲン元素と
して、塩素、臭素、フッ素を挙げることができるが、な
かでも塩素であることが望ましい。不活性ガス中に含有
されるハロゲン元素の形態としては、例えば、ＨＣｌ、
ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、ＣＨ₂Ｃｌ₂、Ｃ₂Ｈ₃Ｃｌ₃、Ｃｌ
₂、Ｂｒ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃、ＳＦ₆を挙げることができ
る。不活性ガス中のハロゲン元素の含有率は、分子又は
化合物の形態を基準として、０．００１〜１０容量％、
好ましくは０．００５〜１０容量％、更に好ましくは
０．０１〜１０容量％である。例えば塩酸ガスを用いる
場合、不活性ガス中の塩酸ガス含有率は０．０１〜１０
容量％であることが望ましい。

【００２２】半導体基板とは、シリコン単結晶ウエハと
いった半導体基板等、半導体基板そのものだけでなく、
半導体基板上にエピタキシャル層、多結晶層、あるいは
非晶質層が形成されたもの、更には、半導体基板やこれ
らの層に半導体素子が形成されたもの等、シリコン酸化
膜を形成すべき下地を意味する。半導体基板上にシリコ
ン酸化膜を形成するとは、半導体基板の上にシリコン酸
化膜を形成する場合だけでなく、半導体基板の表面にシ
リコン酸化膜を形成する場合を含む。シリコン半導体基
板の作製方法はＣＺ法、ＭＣＺ法、ＤＬＣＺ法、ＦＺ法
等、如何なる方法であってもよいし、また、予め水素ア
ニールが加えられたものでもよい。

【００２３】本発明のシリコン酸化膜の熱処理法は、例
えばＭＯＳ型トランジスタのゲート酸化膜、層間絶縁膜
や素子分離領域の形成、トップゲート型若しくはボトム
ゲート型薄膜トランジスタのゲート酸化膜の形成、フラ
ッシュメモリのトンネル酸化膜の形成等、各種半導体装
置におけるシリコン酸化膜の形成に適用することができ
る。

【００２４】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、シリコン酸化膜は加湿酸化法にて形成されるの
で、得られたシリコン酸化膜は経時絶縁破壊（ＴＤＤ
Ｂ）特性に優れる。しかも、ハロゲン元素を含有する不
活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜を熱処理するので、
シリコン酸化膜はタイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性
に優れている。更には、加湿酸素を不活性ガスで希釈し
た雰囲気中で半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する
ので、薄い（特に１０ｎｍ以下の）シリコン酸化膜を均
一に形成することができる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例に基づき、図１及び図２を参照
して本発明のシリコン酸化膜の形成方法を説明する。

【００２６】（実施例１）実施例１においては、加湿酸
素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板を酸化
することによって、シリコン基板から成る半導体基板の
表面にシリコン酸化膜を形成した。具体的には、従来の
パイロジェニック法にて得られた加湿酸素を、窒素ガス
から成る不活性ガスで希釈し、かかる雰囲気中で半導体
基板１０を酸化することによって、厚さ３ｎｍのシリコ
ン酸化膜１１を形成した（図１の（Ａ）参照）。水素ガ
ス／酸素ガス／窒素ガスの流量比を１／１／８とした。
尚、水素ガスと酸素ガスとを１／１に混合し、水素ガス
を燃焼させて水蒸気を生成した後、窒素ガスで希釈す
る。また、シリコン酸化膜形成時の半導体基板の加熱温
度を８００゜Ｃとした。尚、必要に応じて、シリコン酸
化膜の形成前に、半導体基板表面の清浄化（化学薬品や
純水を用いた洗浄、還元ガス雰囲気中での熱処理による
自然酸化膜の除去）を行う。

【００２７】次に、ハロゲン元素を含有する不活性ガス
雰囲気中でシリコン酸化膜１１を熱処理した（図１の
（Ｂ）参照）。具体的には、塩酸ガスを０．１容量％含
有する窒素ガス雰囲気中で、８５０゜Ｃ×３０分間の熱
処理条件にてシリコン酸化膜を熱処理した。熱処理には
ファーネス装置を用いた。尚、後述する図２に示す酸化
装置において、別に、ハロゲン元素を含有する不活性ガ
スを熱処理炉２０に供給する配管を設け、熱処理炉２０
内でシリコン酸化膜を熱処理してもよい。

【００２８】その後、公知のＣＶＤ技術、フォトリソグ
ラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、シリコ
ン酸化膜１１の上にリン・ドープト・ポリシリコンから
成るゲート電極１２を形成した（図１の（Ｃ）参照）。
こうして、所謂ＭＯＳキャパシタを形成した。

【００２９】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中
で半導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を
形成するための酸化装置の一例を、図２に模式的な断面
図で示す。この酸化装置は、内部で半導体基板を酸化す
るための熱処理炉２０と、配管４０を介して熱処理炉２
０に接続された水蒸気生成手段３０と、配管４０に接続
された不活性ガス供給管４１から構成されている。

【００３０】熱処理炉２０は、処理室２１と、処理室２
１の外周に配置されたヒーター２２を備えている。処理
室２１は、例えば縦型円筒形の石英管を二重に配置した
構造を有する。配管４０は、その一端が熱処理炉２０の
処理室２１に接続され、他端が水蒸気生成手段３０の燃
焼室３１に接続されている。また、配管４０の途中に
は、不活性ガス供給管４１が接続されている。

【００３１】水蒸気生成手段３０は、石英から成る燃焼
室３１と、この燃焼室３１内に挿入された水素ガス供給
管３２及び酸素ガス供給管３３と、燃焼室３１に挿入さ
れる手前の水素ガス供給管３２及び酸素ガス供給管３３
の外周に配置された加熱手段３４から構成されている。
燃焼室３１の内部で水素ガスと酸素ガスを反応させて水
蒸気を生成する。生成された水蒸気は途中で不活性ガス
供給管４１からの不活性ガス（例えば、窒素ガス）によ
って希釈され、配管４０を通じて熱処理炉２０に供給さ
れる。

【００３２】半導体基板１０の表面にシリコン酸化膜を
形成する場合、先ず、熱処理炉２０の処理室２１内に、
石英ボート（図示せず）に保持させた状態の複数の半導
体基板１０を収納する。そして、ヒーター２２によって
処理室２１の内部を所定の温度（例えば８００゜Ｃ）に
加熱する。

【００３３】その後、水蒸気生成手段３０の水素ガス供
給管３２及び酸素ガス供給管３３から、燃焼室３１内に
水素ガスと酸素ガスとを１／１の割合で供給する。この
際、加熱手段３４によって５００゜Ｃ程度に加熱された
水素ガスと酸素ガスを燃焼室３１に供給する。これによ
って、燃焼室３１の内部では、水素ガスと酸素ガスとが
燃焼反応を起こし、水蒸気が生成される。燃焼室３１か
らの水蒸気を含むガスは配管４０に導入される。また、
不活性ガス供給管４１から、例えば窒素ガスから成る不
活性ガスが配管４０に導入される。尚、不活性ガスの流
量割合を、水素ガスの８倍とした。これによって、燃焼
室３１からの水蒸気を含むガスは、不活性ガスによって
希釈され、熱処理炉２０の処理室２１内に導入される。
導入された混合ガス（不活性ガスによって希釈されたガ
ス）は、処理室２１の外周に配置されたヒーター２２に
よって８００゜Ｃ程度に加熱され、半導体基板１０の表
面に供給される。その結果、半導体基板１０の表面が酸
化され、シリコン酸化膜１１が形成される。

【００３４】（実施例２）実施例２においては、水素ガ
ス／酸素ガス／窒素ガスの流量比を１／１／１６とした
点が、実施例１と異なる。シリコン酸化膜形成時の半導
体基板の加熱温度、ハロゲン元素を含有する不活性ガス
雰囲気中でのシリコン酸化膜の熱処理条件は、実施例１
と同様とした。

【００３５】（比較例）比較例においては、ハロゲン元
素を含有する不活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜を熱
処理する代わりに、窒素ガスのみから成る不活性ガス雰
囲気中でシリコン酸化膜を熱処理した点が、実施例１と
異なる。シリコン酸化膜を形成する際の水素ガス／酸素
ガス／窒素ガスの流量比は、実施例１と同様に、１／１
／８とした。また、シリコン酸化膜形成時の半導体基板
の加熱温度は実施例１と同様とした。更には、不活性ガ
スのみの雰囲気中でのシリコン酸化膜の熱処理条件も、
実施例１と同様とした。

【００３６】経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性を以下の方
法で評価した。１枚の半導体基板１０に５０個のＭＯＳ
キャパシタを作製した。また、シリコン酸化膜１１の上
に形成したゲート電極１２の面積を０．１ｍｍ²とし
た。図３に模式的に図示する回路を作り、シリコン酸化
膜１１に一定の Fowler-Nordheim 電流（Ｊ＝０．１Ａ
／ｃｍ²）を注入する定電流ＴＤＤＢ法により、絶縁破
壊に至るまでにシリコン酸化膜１１中を流れた総電荷量
［所謂クーロンブレイクダウン（Ｑ_BD）］を測定した。
ここで、Ｑ_BDは、Ｊ（Ａ／ｃｍ²）と、絶縁破壊に至る
までの時間ｔ_BDの積（Ｑ_B _D＝Ｊ×ｔ_BD）によって求めら
れる。

【００３７】実施例１、比較例１及び比較例に基づき作
製したＭＯＳキャパシタのＱ_BD測定から得られた不良率
（偶発故障期間から真性故障期間に移行する時点におけ
る不良率）を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】実施例１及び実施例２は、比較例と較べて
不良率が大幅に低下している。これは、ハロゲン元素を
含有する不活性ガス雰囲気中でシリコン酸化膜を熱処理
することによって、シリコン酸化膜中にハロゲン原子
（具体的には、塩素）が導入され、その結果、経時絶縁
破壊（ＴＤＤＢ）特性の劣化の原因となる金属不純物が
除去され、あるいは又、Ｓｉの不対結合の終端がなされ
たためと推定される。

【００４０】以上、本発明を好適な実施例に基づき説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。パイロジェニック法の条件や熱処理の条件、シリ
コン酸化膜の厚さ、不活性ガスの種類、ハロゲン元素の
種類や形態は例示であり、適宜変更することができる。
加湿酸化法として、酸素等のキャリアガスに水蒸気を混
ぜあるいは乾燥酸素を水バブラに通す従来の加湿酸化法
を採用することもできる。

【００４１】シリコン酸化膜は、単層から構成されてい
ても、複数層から構成されていてもよい。シリコン酸化
膜が複数層から構成されている場合、いずれかの層が本
発明のシリコン酸化膜の形成方法によって形成されてい
ればよい。また、残りの層は、塩酸酸化法を含む乾燥酸
化法、加圧酸化法、分圧酸化法、希釈酸化法、低温酸化
法、ＲＴＰ（急速熱処理による酸化法）などの従来の酸
化法から形成することができる。

【００４２】図２に示した酸化装置は例示であり、適宜
設計変更することができる。例えば、図４に示す酸化装
置においては、不活性ガス供給管４１の外周に、加熱手
段４２が配設されている。この加熱手段４２によって、
不活性ガス供給管４１を通過する不活性ガスを、例えば
８００゜Ｃ程度に加熱することができる。このため、配
管４０内では不活性ガスによって水蒸気が冷却されるこ
となく不活性ガスと混合され、この混合ガス（不活性ガ
スによって希釈されたガス）が熱処理炉２０に供給され
る。従って、水蒸気中に含まれている不純物が粒子（パ
ーティクル）として析出することを防ぐことができる。
その結果、熱処理炉２０では、気体のみで構成された混
合ガス中で半導体基板１０の熱処理が行われ、粒子（パ
ーティクル）が半導体基板１０の表面に付着することな
く、シリコン酸化膜を形成することが可能となる。更
に、熱処理炉２０に供給される混合ガスは熱処理温度で
ある８００゜Ｃ程度に保たれるため、半導体基板１０が
混合ガスによって冷却されることが防止できる。従っ
て、熱処理炉２０の内部では、半導体基板１０の配置位
置によるシリコン酸化膜の成長速度のばらつきを抑えた
酸化処理を行うことができる。

【００４３】図５に示した酸化装置では、水蒸気生成手
段３０の燃焼室３１に不活性ガス供給管４１が接続され
ている。それ故、燃焼室３１では、不活性ガスの存在下
で水素ガスと酸素ガスの燃焼反応が進行し、水蒸気と不
活性ガスの混合ガスが形成される。従って、水蒸気は混
合ガスに含まれた状態で、冷却されることなく、熱処理
炉２０に供給される。その結果、混合ガス中に含まれて
いる不純物が粒子（パーティクル）として析出すること
を防ぐことができる。従って、熱処理炉２０では、気体
のみで構成された混合ガス中で半導体基板１０の熱処理
が行われ、粒子（パーティクル）を付着させることなく
シリコン酸化膜を形成することが可能になる。また、混
合ガスは、燃焼反応によって生成され、反応熱によって
所定の温度に加熱されているので、熱処理炉２０の内部
では、半導体基板１０の配置位置によるシリコン酸化膜
の成長速度のばらつきを抑えた酸化処理を行うことがで
きる。

【００４４】図６に示した酸化装置では、不活性ガス供
給管４１が、加熱手段３４より上流の水素ガス供給管３
２に接続されている。これによって、図５に示した酸化
装置と同様に、燃焼室３１では、不活性ガスの存在下で
水素ガスと酸素ガスの燃焼反応が進行し、水蒸気と不活
性ガスの混合ガスが形成される。尚、不活性ガス供給管
４１を、加熱手段３４より上流の酸素ガス供給管３３に
接続してもよい。このような構成にすることによって、
図５に示した酸化装置と同様に、混合ガス中に粒子（パ
ーティクル）が析出することを防止することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のシリコン酸化膜の形成方法によ
って形成されるシリコン酸化膜は、従来の加湿酸化法あ
るいは乾燥酸化法の一種である塩酸酸化法と比較して、
優れたタイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶
縁破壊（ＴＤＤＢ）特性を有している。また、加湿酸素
を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半導体基板上にシリ
コン酸化膜を形成するので、酸化速度を抑制することが
でき、均一で薄いシリコン酸化膜を確実に且つ容易に形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン酸化膜の形成方法を説明する
ための、半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【図２】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の一例の模式的な断面図である。

【図３】経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性の評価のために
使用した回路の模式図である。

【図４】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の別の例の模式的な断面図である。

【図５】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の更に別の例の模式的な断面図であ
る。

【図６】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中で半
導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜を形成
するための酸化装置の更に別の例の模式的な断面図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・半導体基板、１１・・・シリコン酸化膜、１
２・・・ゲート電極、２０・・・熱処理炉、２１・・・
処理室、２２・・・ヒーター、３０・・・水蒸気生成手
段、３１・・・燃焼室、３２・・・水素ガス供給管、３
３・・・酸素ガス供給管、３４・・・加熱手段、４０・
・・配管、４１・・・不活性ガス供給管、４２・・・加
熱手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中
で半導体基板上にシリコン酸化膜を形成した後、ハロゲ
ン元素を含有する不活性ガス雰囲気中で該シリコン酸化
膜を熱処理することを特徴とするシリコン酸化膜の形成
方法。
【請求項２】加湿酸素を希釈する不活性ガスは、窒素ガ
ス又はアルゴンガスであることを特徴とする請求項１に
記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項３】加湿酸素をパイロジェニック法にて得るこ
とを特徴とする請求項２に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。
【請求項４】加湿酸素を不活性ガスで希釈した雰囲気中
で、半導体基板を６００乃至１２００゜Ｃに加熱した状
態で半導体基板を酸化することによってシリコン酸化膜
を半導体基板の表面に形成することを特徴とする請求項
１に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項５】熱処理はファーネスアニール処理であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。
【請求項６】熱処理は６００乃至１２００゜Ｃの温度で
行われることを特徴とする請求項５に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。
【請求項７】不活性ガス雰囲気中に含有されるハロゲン
元素は塩素であることを特徴とする請求項１に記載のシ
リコン酸化膜の形成方法。
【請求項８】前記塩素は塩酸の形態であり、不活性ガス
雰囲気中に含有される塩酸濃度は０．０１乃至１０容量
％であることを特徴とする請求項７に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。