JPH09283517A - シリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents
シリコン酸化膜の形成方法Info
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- JPH09283517A JPH09283517A JP8534196A JP8534196A JPH09283517A JP H09283517 A JPH09283517 A JP H09283517A JP 8534196 A JP8534196 A JP 8534196A JP 8534196 A JP8534196 A JP 8534196A JP H09283517 A JPH09283517 A JP H09283517A
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- silicon oxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特殊な装置を用いることなく、電気的特性の
良好なゲート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】 酸化性水溶液中において予めシリコン基
板にシリコン酸化膜を形成後、該シリコン基板にさらに
熱酸化によるシリコン酸化膜を形成することを特徴とす
るシリコン酸化膜の形成方法。
良好なゲート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】 酸化性水溶液中において予めシリコン基
板にシリコン酸化膜を形成後、該シリコン基板にさらに
熱酸化によるシリコン酸化膜を形成することを特徴とす
るシリコン酸化膜の形成方法。
Description
【０００１】本発明は、シリコン基板上に形成するシリ
コン酸化膜の形成方法に関する。
コン酸化膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体装置製造分野における技術
進歩はめざましく、ＭＯＳデバイスの高集積化に伴いそ
のデザインルールは、０．５μｍより小さく０．３５μ
ｍルールのもの、さらには０．１μｍを下回るものさえ
出現するに至っている。そして、このような超微細化さ
れたＭＯＳデバイスにおけるゲート酸化膜についても、
その厚さが非常に薄いものが用いられるようになってお
り、今や膜厚ｎｍオーダーのものさえ実用化されてい
る。
進歩はめざましく、ＭＯＳデバイスの高集積化に伴いそ
のデザインルールは、０．５μｍより小さく０．３５μ
ｍルールのもの、さらには０．１μｍを下回るものさえ
出現するに至っている。そして、このような超微細化さ
れたＭＯＳデバイスにおけるゲート酸化膜についても、
その厚さが非常に薄いものが用いられるようになってお
り、今や膜厚ｎｍオーダーのものさえ実用化されてい
る。
【０００３】このような極薄いゲート酸化膜を通常の熱
酸化法によって形成した場合には、様々な問題がある。
その一つに、月刊セミコンダクターワールド増刊号、’
９４最新半導体プロセス技術（平成５年１１月２５日発
行）、「２５６ＭＤＲＡＭ対応の酸化・拡散・ＬＰ−Ｃ
ＶＤ装置」（特に第９４〜９５頁）において報告され
た、熱酸化を行うために、シリコン表面が露出した状態
で高純度の窒素ガスや不活性ガス中で昇温した場合にシ
リコン表面の凹凸が増加し電気的特性の劣化を引き起こ
すことが報告されている。そしてこれは熱酸化前にＵＶ
−Ｏ3 照射によって予めシリコン基板表面に酸化膜を形
成した後、熱酸化を行うことで解決できることが記載さ
れている。
酸化法によって形成した場合には、様々な問題がある。
その一つに、月刊セミコンダクターワールド増刊号、’
９４最新半導体プロセス技術（平成５年１１月２５日発
行）、「２５６ＭＤＲＡＭ対応の酸化・拡散・ＬＰ−Ｃ
ＶＤ装置」（特に第９４〜９５頁）において報告され
た、熱酸化を行うために、シリコン表面が露出した状態
で高純度の窒素ガスや不活性ガス中で昇温した場合にシ
リコン表面の凹凸が増加し電気的特性の劣化を引き起こ
すことが報告されている。そしてこれは熱酸化前にＵＶ
−Ｏ3 照射によって予めシリコン基板表面に酸化膜を形
成した後、熱酸化を行うことで解決できることが記載さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような熱酸化時
の高純度の窒素ガスや不活性ガス中で昇温は、ドライ酸
化と称される工程に欠かすことのできないものである。
したがって、このドライ酸化工程による電気的特性の劣
化を改善するためには上記文献の如く、熱酸化前にシリ
コン酸化膜を予め形成しておくことがよいものではある
が、従来のＵＶ−Ｏ3 照射（紫外線をオゾン雰囲気中に
載置した基板に照射しながら酸化膜を形成する光励起酸
化法の一種である）といった特殊な工程では、大量のＭ
ＯＳデバイスの製造にすぐに利用することができるもの
ではなく、また、ＵＶ（紫外線）やオゾンは人体に有害
なものであるため、これらに対する安全策を十分に施す
必要からその装置に係る設備投資費用も大きくなり、経
済的ではないといった問題がある。
の高純度の窒素ガスや不活性ガス中で昇温は、ドライ酸
化と称される工程に欠かすことのできないものである。
したがって、このドライ酸化工程による電気的特性の劣
化を改善するためには上記文献の如く、熱酸化前にシリ
コン酸化膜を予め形成しておくことがよいものではある
が、従来のＵＶ−Ｏ3 照射（紫外線をオゾン雰囲気中に
載置した基板に照射しながら酸化膜を形成する光励起酸
化法の一種である）といった特殊な工程では、大量のＭ
ＯＳデバイスの製造にすぐに利用することができるもの
ではなく、また、ＵＶ（紫外線）やオゾンは人体に有害
なものであるため、これらに対する安全策を十分に施す
必要からその装置に係る設備投資費用も大きくなり、経
済的ではないといった問題がある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、特殊な装置を用
いることなく、電気的特性の良好なゲート酸化膜を形成
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
ことである。
いることなく、電気的特性の良好なゲート酸化膜を形成
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
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、酸化性水溶液中において予
めシリコン基板にシリコン酸化膜を形成後、該シリコン
基板にさらに熱酸化によりシリコン酸化膜を形成するこ
とを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法である。
の請求項１記載の本発明は、酸化性水溶液中において予
めシリコン基板にシリコン酸化膜を形成後、該シリコン
基板にさらに熱酸化によりシリコン酸化膜を形成するこ
とを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法である。
【０００７】また、請求項２記載の本発明は、前記請求
項１記載のシリコン酸化膜の形成方法において、前記酸
化性水溶液が、アンモニアと過酸化水素水との混合溶
液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液、過酸化水素水溶
液、硝酸溶液およびオゾン溶液よりなる群から選択され
た少なくとも１つの溶液であることを特徴とする。
項１記載のシリコン酸化膜の形成方法において、前記酸
化性水溶液が、アンモニアと過酸化水素水との混合溶
液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液、過酸化水素水溶
液、硝酸溶液およびオゾン溶液よりなる群から選択され
た少なくとも１つの溶液であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
する。
【０００９】本発明は、例えばアンモニアと過酸化水素
水との混合溶液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液、過
酸化水素水溶液、硝酸溶液およびオゾン溶液など酸化性
のある溶液中に、通常の洗浄方法によって自然酸化膜や
汚染物などを除去したシリコン基板を浸漬して、予め極
薄いシリコン酸化膜を形成した後、熱酸化を行うことに
より、ドライ酸化時、高純度の窒素ガスや不活性ガス中
で昇温した場合にシリコン表面に発生する凹凸を抑制し
ゲート耐圧の向上を図ったものである。
水との混合溶液、塩酸と過酸化水素水との混合溶液、過
酸化水素水溶液、硝酸溶液およびオゾン溶液など酸化性
のある溶液中に、通常の洗浄方法によって自然酸化膜や
汚染物などを除去したシリコン基板を浸漬して、予め極
薄いシリコン酸化膜を形成した後、熱酸化を行うことに
より、ドライ酸化時、高純度の窒素ガスや不活性ガス中
で昇温した場合にシリコン表面に発生する凹凸を抑制し
ゲート耐圧の向上を図ったものである。
【００１０】水溶液中において形成された酸化膜は、従
来のＵＶ−Ｏ3 による酸化に比較して、十分緻密な酸化
膜であり、かつ、シリコン基板上に均一に形成されるた
め、その後の熱酸化工程において酸化膜の凹凸などを抑
制するものである。
来のＵＶ−Ｏ3 による酸化に比較して、十分緻密な酸化
膜であり、かつ、シリコン基板上に均一に形成されるた
め、その後の熱酸化工程において酸化膜の凹凸などを抑
制するものである。
【００１１】また、水溶液中の酸化膜形成は、加圧や減
圧など特殊な条件設定をしなくても、シリコン基板表面
に極薄く、通常８〜１１ｎｍ程度形成されるため、膜厚
の制御が容易である。したがって、本発明は、特殊な装
置を用いる必要がなく、例えば通常のＭＯＳデバイス製
造に用いられ洗浄槽を適宜改修するなど僅かな設備投資
で実用化することができるものである。
圧など特殊な条件設定をしなくても、シリコン基板表面
に極薄く、通常８〜１１ｎｍ程度形成されるため、膜厚
の制御が容易である。したがって、本発明は、特殊な装
置を用いる必要がなく、例えば通常のＭＯＳデバイス製
造に用いられ洗浄槽を適宜改修するなど僅かな設備投資
で実用化することができるものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を適用してＭＯＳデバイス（Ｍ
ＯＳキャパシタ）を作成し、その耐圧を評価した結果に
ついて説明する。
ＯＳキャパシタ）を作成し、その耐圧を評価した結果に
ついて説明する。
【００１３】実施例 まず、Ｐ型１０〜１２Ω・ｃｍのシリコン基板を希フッ
酸（１ｗｔ％）洗浄液により洗浄する。そして、２９％
アンモニア：３１％過酸化水素水：超純水＝０．２：
１：１０の割合による酸化性水溶液（液温度８０℃）中
に、洗浄後のシリコン基板を１０分浸漬し、水溶液中に
て、厚さ１０Åのシリコン酸化膜を形成した。その後、
熱酸化炉において高純度窒素ガスまたは不活性ガス中
で、１０００℃まで昇温し、ドライ酸素雰囲気にて１８
分熱酸化を行い、厚さ２５０Åの熱酸化膜を形成した。
酸（１ｗｔ％）洗浄液により洗浄する。そして、２９％
アンモニア：３１％過酸化水素水：超純水＝０．２：
１：１０の割合による酸化性水溶液（液温度８０℃）中
に、洗浄後のシリコン基板を１０分浸漬し、水溶液中に
て、厚さ１０Åのシリコン酸化膜を形成した。その後、
熱酸化炉において高純度窒素ガスまたは不活性ガス中
で、１０００℃まで昇温し、ドライ酸素雰囲気にて１８
分熱酸化を行い、厚さ２５０Åの熱酸化膜を形成した。
【００１４】その後ＭＯＳキャパシタを作成するために
通常のポリシリコン電極およびパッドを下記のように形
成した。ＬＰＣＶＤ法により５０００Åのポリシリコン
のデポジション、９００℃ドライ酸化により２７０Åの
ポリシリコン酸化膜の形成、リン（31ｐ+ ）のイオン注
入（加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０16ｃｍ
-2（２×１０15ｃｍ-2で５回））、９００℃、３０分、
窒素雰囲気中でのアニール、ポリシリコン酸化膜の除
去、ポリシリコンと接続されたＡｌ配線およびパッドの
作成（キャパシタ形状のパターニング）、４００℃、１
５分、Ｎ2 （２０Ｌ／分）＋Ｈ2 （０．８Ｌ／分）によ
るアニール、裏面酸化膜の除去（表面をレジストで保護
しドライエッチングによって除去） 裏面電極（Ａｕ）の作成。これにより形成したキャパシ
タ面積は、２０ｍｍ2 である。
通常のポリシリコン電極およびパッドを下記のように形
成した。ＬＰＣＶＤ法により５０００Åのポリシリコン
のデポジション、９００℃ドライ酸化により２７０Åの
ポリシリコン酸化膜の形成、リン（31ｐ+ ）のイオン注
入（加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０16ｃｍ
-2（２×１０15ｃｍ-2で５回））、９００℃、３０分、
窒素雰囲気中でのアニール、ポリシリコン酸化膜の除
去、ポリシリコンと接続されたＡｌ配線およびパッドの
作成（キャパシタ形状のパターニング）、４００℃、１
５分、Ｎ2 （２０Ｌ／分）＋Ｈ2 （０．８Ｌ／分）によ
るアニール、裏面酸化膜の除去（表面をレジストで保護
しドライエッチングによって除去） 裏面電極（Ａｕ）の作成。これにより形成したキャパシ
タ面積は、２０ｍｍ2 である。
【００１５】比較例 前記実施例同様に、Ｐ型１０〜１２Ω・ｃｍのシリコン
基板を希フッ酸（１ｗｔ％）洗浄液により洗浄し、その
後実施例とは異なり、直接熱酸化炉において高純度窒素
ガスまたは不活性ガス中で、１０００℃まで昇温し、ド
ライ酸素雰囲気にて１８分熱酸化を行い、２５０Åの熱
酸化膜を形成した。その後実施例同様にポリシリコン電
極および裏面電極を形成してＭＯＳキャパシタを作成し
た。
基板を希フッ酸（１ｗｔ％）洗浄液により洗浄し、その
後実施例とは異なり、直接熱酸化炉において高純度窒素
ガスまたは不活性ガス中で、１０００℃まで昇温し、ド
ライ酸素雰囲気にて１８分熱酸化を行い、２５０Åの熱
酸化膜を形成した。その後実施例同様にポリシリコン電
極および裏面電極を形成してＭＯＳキャパシタを作成し
た。
【００１６】評価結果 上記のようにして作成した実施例と比較例の耐圧の評価
結果を図１に示す。なお、耐圧評価は、前記電極に１μ
Ａ／ｃｍ2 の電流が流れた時点の電界、すなわちゲート
酸化膜に印加されていた電界を測定したものであり、ま
た測定サンプル数はいずれの例も２６４個／１ウェーハ
である。
結果を図１に示す。なお、耐圧評価は、前記電極に１μ
Ａ／ｃｍ2 の電流が流れた時点の電界、すなわちゲート
酸化膜に印加されていた電界を測定したものであり、ま
た測定サンプル数はいずれの例も２６４個／１ウェーハ
である。
【００１７】図１は、酸化膜耐圧の破壊電界を相対頻度
として現したものであり、図に示すように、２５０Åの
酸化膜を形成した実施例と比較例とを比べた場合、実施
例の方が比較例より高電界側での破壊頻度が多くなって
いること、すなわち耐圧が向上していることが分かる。
これをＣモード（電界強度６ＭＶ／ｃｍ2 以上）と称す
る酸化膜の真正耐圧の合格率で表すと、実施例では約６
２％、比較例では約４０％であり、Ｃモード合格率も向
上しているものである。
として現したものであり、図に示すように、２５０Åの
酸化膜を形成した実施例と比較例とを比べた場合、実施
例の方が比較例より高電界側での破壊頻度が多くなって
いること、すなわち耐圧が向上していることが分かる。
これをＣモード（電界強度６ＭＶ／ｃｍ2 以上）と称す
る酸化膜の真正耐圧の合格率で表すと、実施例では約６
２％、比較例では約４０％であり、Ｃモード合格率も向
上しているものである。
【００１８】以上の実施例は酸化性水溶液として、２９
％アンモニア：３１％過酸化水素水：超純水の混合溶液
を用いたものであるが、この他に、３６％塩酸：３１％
過酸化水素水：超純水＝１：１：５、３１％過酸化水素
水：超純水＝１：１０、７０％硝酸溶液：超純水＝１：
５０、２〜２０ｐｐｍのオゾン水により前述の実施例同
様の耐圧評価を行った結果、いずれも前記比較例よりＣ
モードの合格率が向上した。
％アンモニア：３１％過酸化水素水：超純水の混合溶液
を用いたものであるが、この他に、３６％塩酸：３１％
過酸化水素水：超純水＝１：１：５、３１％過酸化水素
水：超純水＝１：１０、７０％硝酸溶液：超純水＝１：
５０、２〜２０ｐｐｍのオゾン水により前述の実施例同
様の耐圧評価を行った結果、いずれも前記比較例よりＣ
モードの合格率が向上した。
【００１９】これらの結果から本発明は、シリコン酸化
膜、特にゲート酸化膜の形成に本発明を適用すれば、そ
の耐圧が向上するものである。
膜、特にゲート酸化膜の形成に本発明を適用すれば、そ
の耐圧が向上するものである。
【００２０】なお、本発明は、水溶液中でシリコン基板
上に酸化膜を形成することができればよくものであっ
て、上記のような酸化性水溶液の組成に限定されるもの
ではなく、本発明の技術的範囲において適宜変更するこ
とができるものである。
上に酸化膜を形成することができればよくものであっ
て、上記のような酸化性水溶液の組成に限定されるもの
ではなく、本発明の技術的範囲において適宜変更するこ
とができるものである。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、酸
化性水溶液中で予めシリコン酸化膜を形成した後熱酸化
を行うこととしたので、熱酸化において高純度窒素や不
活性ガス中での昇温時、シリコン基板表面が露出してい
ないため、基板表面に凹凸が生じることなく、均一な酸
化膜の形成が可能となり酸化膜耐圧が向上する。したが
って、本発明をＭＯＳデバイスの高集積化に伴う極薄い
ゲート酸化膜に適用すれば、その特性をより良くするこ
とが可能となる。また、本発明は酸化性水溶液を用いて
酸化膜を形成するものであるため、従来のようにＵＶ−
Ｏ3 照射といった特殊な装置を用いる必要がないので、
ＭＯＳデバイスの量産化を少ない設備投資で行うことが
できるので、経済的な効果もある。
化性水溶液中で予めシリコン酸化膜を形成した後熱酸化
を行うこととしたので、熱酸化において高純度窒素や不
活性ガス中での昇温時、シリコン基板表面が露出してい
ないため、基板表面に凹凸が生じることなく、均一な酸
化膜の形成が可能となり酸化膜耐圧が向上する。したが
って、本発明をＭＯＳデバイスの高集積化に伴う極薄い
ゲート酸化膜に適用すれば、その特性をより良くするこ
とが可能となる。また、本発明は酸化性水溶液を用いて
酸化膜を形成するものであるため、従来のようにＵＶ−
Ｏ3 照射といった特殊な装置を用いる必要がないので、
ＭＯＳデバイスの量産化を少ない設備投資で行うことが
できるので、経済的な効果もある。
【図１】 本発明を適用した実施例と、従来からの比較
例との耐圧評価結果を示す図面である。
例との耐圧評価結果を示す図面である。
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化性水溶液中において予めシリコン基
板にシリコン酸化膜を形成後、該シリコン基板にさらに
熱酸化によりシリコン酸化膜を形成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】 前記酸化性水溶液が、アンモニアと過酸
化水素水との混合溶液、塩酸と過酸化水素水との混合溶
液、過酸化水素水溶液、硝酸溶液およびオゾン溶液より
なる群から選択された少なくとも１つの溶液であること
を特徴とする請求項１記載のシリコン酸化膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8534196A JPH09283517A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | シリコン酸化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8534196A JPH09283517A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | シリコン酸化膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283517A true JPH09283517A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=13855962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8534196A Pending JPH09283517A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | シリコン酸化膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09283517A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100685266B1 (ko) * | 2005-12-26 | 2007-02-22 | 주식회사 실트론 | 오존완충층을 이용한 열처리 방법 |
-
1996
- 1996-04-08 JP JP8534196A patent/JPH09283517A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100685266B1 (ko) * | 2005-12-26 | 2007-02-22 | 주식회사 실트론 | 오존완충층을 이용한 열처리 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020611 |