JPH0955380A - Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法 - Google Patents
Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPH0955380A JPH0955380A JP22727895A JP22727895A JPH0955380A JP H0955380 A JPH0955380 A JP H0955380A JP 22727895 A JP22727895 A JP 22727895A JP 22727895 A JP22727895 A JP 22727895A JP H0955380 A JPH0955380 A JP H0955380A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide film
- silicon substrate
- silicon
- ion
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 異種原子をシリコン基板の表面に浅く導入し
て高品質な極薄酸化膜を形成する。 【解決手段】 シリコン基板４０１を酸化して熱酸化膜
４０２を約３５０Åの厚さに形成した後、ＳｉＦイオン
４０３を熱酸化膜４０２を通して注入エネルギー２０Ｋ
ｅＶ、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2で注入する。これに
より熱酸化膜４０２の下にフッ素原子を含んだアモルフ
ァス層４０４が形成される。緩衝フッ酸溶液に浸漬して
熱酸化膜４０２を除去した後、シリコン基板４０１を酸
素中で熱酸化することにより、シリコン基板４０１の表
面に膜厚約７０Åの酸化膜４０５を形成した。
て高品質な極薄酸化膜を形成する。 【解決手段】 シリコン基板４０１を酸化して熱酸化膜
４０２を約３５０Åの厚さに形成した後、ＳｉＦイオン
４０３を熱酸化膜４０２を通して注入エネルギー２０Ｋ
ｅＶ、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2で注入する。これに
より熱酸化膜４０２の下にフッ素原子を含んだアモルフ
ァス層４０４が形成される。緩衝フッ酸溶液に浸漬して
熱酸化膜４０２を除去した後、シリコン基板４０１を酸
素中で熱酸化することにより、シリコン基板４０１の表
面に膜厚約７０Åの酸化膜４０５を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＭＯＳ型半導体装置
の製造方法に関し、特に、そのゲート酸化膜を形成する
工程に特徴をもつ製造方法に関するものである。
の製造方法に関し、特に、そのゲート酸化膜を形成する
工程に特徴をもつ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＭＯＳ型半導体装置を構成するゲート酸
化膜として、シリコン基板を熱酸化することによって形
成したシリコン酸化膜（ＳｉＯ2；以下単に酸化膜とい
う）が通常使用されている。ＭＯＳ型素子の微細化と高
集積化にともなって、ゲート酸化膜の薄膜化が進行して
いる。ゲート酸化膜の膜厚は、例えば０.３５μｍプロ
セス技術の６４ＭＤＲＡＭでは１００Å、０.２５μｍ
プロセス技術の２５６ＭＤＲＡＭでは８０Åのものが使
用されている。また、高性能化をめざすＣＭＯＳロジッ
ク半導体装置では、ＤＲＡＭよりも１世代早い薄膜化が
要求され、０.２５μｍプロセス技術のＣＭＯＳでは６
０Åの厚さのゲート酸化膜が使用されている。このよう
な極薄酸化膜では、膜中に存在するある種の欠陥（構造
欠陥）の影響が無視できなくなる。このために、従来の
厚いゲート酸化膜ではみられなかった問題が発生し、素
子の信頼性を確保することが困難になってきている。
化膜として、シリコン基板を熱酸化することによって形
成したシリコン酸化膜（ＳｉＯ2；以下単に酸化膜とい
う）が通常使用されている。ＭＯＳ型素子の微細化と高
集積化にともなって、ゲート酸化膜の薄膜化が進行して
いる。ゲート酸化膜の膜厚は、例えば０.３５μｍプロ
セス技術の６４ＭＤＲＡＭでは１００Å、０.２５μｍ
プロセス技術の２５６ＭＤＲＡＭでは８０Åのものが使
用されている。また、高性能化をめざすＣＭＯＳロジッ
ク半導体装置では、ＤＲＡＭよりも１世代早い薄膜化が
要求され、０.２５μｍプロセス技術のＣＭＯＳでは６
０Åの厚さのゲート酸化膜が使用されている。このよう
な極薄酸化膜では、膜中に存在するある種の欠陥（構造
欠陥）の影響が無視できなくなる。このために、従来の
厚いゲート酸化膜ではみられなかった問題が発生し、素
子の信頼性を確保することが困難になってきている。
【０００３】酸化膜中の構造欠陥について説明すると、
酸化膜はＳｉ−Ｏ4正四面体構造（テトラヘドラ）の短
距離秩序をもつアモルファス構造であるが、構造欠陥は
この短距離秩序が破壊されて四面体構造からずれた部分
を指している。その構造欠陥部分ではシリコン原子の間
を架橋する酸素原子の化学結合が切断されたシリコンダ
ングリングボンドや、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−ＯＨ結合など
の不完全な結合が存在する。このような構造欠陥の生成
原因は明らかではないが、酸化前のシリコン基板の表面
状態が影響していると指摘されている。バルクシリコン
は非常に高品質な単結晶であるが、その表面には多くの
制御できない要因（表面欠陥）が存在している。例え
ば、ごく微小な凹凸、自然酸化膜、表面に吸着した不純
物（水分、重金属、炭化物、パーティクル、薬品残渣、
可動イオンなど）が挙げられる。基板表面の状態を完璧
に仕上げることは不可能であり、各種化学薬品による前
処理後にも表面欠陥は残留する。酸化によりこのような
表面欠陥が膜中に取り込まれ構造欠陥が形成されると考
えられる。この種の不安定な結合は高電界ストレス印加
により分断される。その結果、生成されたダングリング
ボンドは電子のトラップサイトとなり、特性の経時変化
を引き起こし信頼性を低下させる。
酸化膜はＳｉ−Ｏ4正四面体構造（テトラヘドラ）の短
距離秩序をもつアモルファス構造であるが、構造欠陥は
この短距離秩序が破壊されて四面体構造からずれた部分
を指している。その構造欠陥部分ではシリコン原子の間
を架橋する酸素原子の化学結合が切断されたシリコンダ
ングリングボンドや、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−ＯＨ結合など
の不完全な結合が存在する。このような構造欠陥の生成
原因は明らかではないが、酸化前のシリコン基板の表面
状態が影響していると指摘されている。バルクシリコン
は非常に高品質な単結晶であるが、その表面には多くの
制御できない要因（表面欠陥）が存在している。例え
ば、ごく微小な凹凸、自然酸化膜、表面に吸着した不純
物（水分、重金属、炭化物、パーティクル、薬品残渣、
可動イオンなど）が挙げられる。基板表面の状態を完璧
に仕上げることは不可能であり、各種化学薬品による前
処理後にも表面欠陥は残留する。酸化によりこのような
表面欠陥が膜中に取り込まれ構造欠陥が形成されると考
えられる。この種の不安定な結合は高電界ストレス印加
により分断される。その結果、生成されたダングリング
ボンドは電子のトラップサイトとなり、特性の経時変化
を引き起こし信頼性を低下させる。
【０００４】以上のように、酸化膜の薄膜化にともなっ
て、シリコン基板と酸化膜界面の構造が酸化膜の特性に
大きな影響を与えるようになり、界面構造が酸化膜の特
性を支配する。したがって、信頼性に優れた極薄酸化膜
を得るには、界面の構造を原子レベルで制御する必要が
ある。このような目的を達成するために幾つかの方法が
提案されている。
て、シリコン基板と酸化膜界面の構造が酸化膜の特性に
大きな影響を与えるようになり、界面構造が酸化膜の特
性を支配する。したがって、信頼性に優れた極薄酸化膜
を得るには、界面の構造を原子レベルで制御する必要が
ある。このような目的を達成するために幾つかの方法が
提案されている。
【０００５】例えば、特開平６−４５３２０号公報、特
開平５−３１５３１８号公報及び特開平３−２５７８２
８号公報には、酸化膜とシリコン界面に窒素原子を導入
する方法が開示されている。特開平６−４５３２０号公
報には励起状態の窒素を酸化雰囲気中に添加して酸化膜
中に導入する方法が開示されている。特開平６−３１５
３１８号公報には酸化前のシリコン基板表面にイオン注
入法により窒素原子を注入し、その表面を酸化して酸化
膜中に窒素原子を導入する方法が開示されている。特開
平６−２５７８２８号公報にはシリコン基板の熱酸化後
に窒素雰囲気中で熱処理し、酸化膜中に窒素原子を導入
する方法が開示されている。特開平６−８５２７８号公
報、特開平６−１３３７２号公報及び特開平５−７４７
６２号公報には、酸化膜中にシリコンと結合力の強いフ
ッ素原子又は塩素原子を気相から導入する方法が開示さ
れている。
開平５−３１５３１８号公報及び特開平３−２５７８２
８号公報には、酸化膜とシリコン界面に窒素原子を導入
する方法が開示されている。特開平６−４５３２０号公
報には励起状態の窒素を酸化雰囲気中に添加して酸化膜
中に導入する方法が開示されている。特開平６−３１５
３１８号公報には酸化前のシリコン基板表面にイオン注
入法により窒素原子を注入し、その表面を酸化して酸化
膜中に窒素原子を導入する方法が開示されている。特開
平６−２５７８２８号公報にはシリコン基板の熱酸化後
に窒素雰囲気中で熱処理し、酸化膜中に窒素原子を導入
する方法が開示されている。特開平６−８５２７８号公
報、特開平６−１３３７２号公報及び特開平５−７４７
６２号公報には、酸化膜中にシリコンと結合力の強いフ
ッ素原子又は塩素原子を気相から導入する方法が開示さ
れている。
【０００６】以上の方法は、シリコン及び酸素以外の原
子（以下、異種原子という）を酸化膜中に導入し、ダン
グリングボンドの終端又はより安定な結合状態を形成す
ることにより、界面の構造欠陥を改質し、信頼性に優れ
た酸化膜を得ようとするものである。これらの方法にお
いて、異種原子は酸化後の熱処理やイオン注入などの方
法により酸化膜中に導入されている。
子（以下、異種原子という）を酸化膜中に導入し、ダン
グリングボンドの終端又はより安定な結合状態を形成す
ることにより、界面の構造欠陥を改質し、信頼性に優れ
た酸化膜を得ようとするものである。これらの方法にお
いて、異種原子は酸化後の熱処理やイオン注入などの方
法により酸化膜中に導入されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】酸化後の熱処理により
異種原子を気相から酸化膜表面を通して酸化膜中に導入
する方法では、結合手の終端化が最も必要なＳｉ／Ｓｉ
Ｏ2界面付近までは熱拡散に頼ることになる。これは、
Ｓｉ／ＳｉＯ2界面付近に異種原子を効率的に供給でき
る方法とはいえない。また酸化膜の厚さなどにより熱処
理条件が変わる可能性もある。さらに、今後、デバイス
の微細化及びプロセスの低温化が進んでいく上で、熱処
理工程が増えるのは好ましくない。
異種原子を気相から酸化膜表面を通して酸化膜中に導入
する方法では、結合手の終端化が最も必要なＳｉ／Ｓｉ
Ｏ2界面付近までは熱拡散に頼ることになる。これは、
Ｓｉ／ＳｉＯ2界面付近に異種原子を効率的に供給でき
る方法とはいえない。また酸化膜の厚さなどにより熱処
理条件が変わる可能性もある。さらに、今後、デバイス
の微細化及びプロセスの低温化が進んでいく上で、熱処
理工程が増えるのは好ましくない。
【０００８】イオン注入により異種原子をシリコン基板
に導入した後に酸化を行なう方法では、異種原子をほぼ
希望する深さで希望する量を導入できるという点で優れ
ているといえる。極薄酸化膜形成への利用を考えた場
合、異種原子はシリコン基板の表面に浅く導入されるこ
とが望ましく、しかも酸化膜を形成した際にＳｉ／Ｓｉ
Ｏ2界面となる付近に集中していることが望ましい。し
かし、イオン注入法ではイオン注入の際のシリコン基板
中における注入イオンの飛程とその広がりは、注入エネ
ルギーが決まればイオン種の質量によりほぼ決まってし
まう。イオン注入機によるイオンエネルギーが通常２０
〜２００ＫｅＶであることから、窒素、塩素又はフッ素
といった異種原子をイオン注入すると、深く注入されて
しまい、上記の状態を形成することは難しい。シリコン
基板中に深く導入されてしまった異種原子は、注入され
る際に結晶中に欠陥を発生し、また酸化膜の改質にも寄
与しない。
に導入した後に酸化を行なう方法では、異種原子をほぼ
希望する深さで希望する量を導入できるという点で優れ
ているといえる。極薄酸化膜形成への利用を考えた場
合、異種原子はシリコン基板の表面に浅く導入されるこ
とが望ましく、しかも酸化膜を形成した際にＳｉ／Ｓｉ
Ｏ2界面となる付近に集中していることが望ましい。し
かし、イオン注入法ではイオン注入の際のシリコン基板
中における注入イオンの飛程とその広がりは、注入エネ
ルギーが決まればイオン種の質量によりほぼ決まってし
まう。イオン注入機によるイオンエネルギーが通常２０
〜２００ＫｅＶであることから、窒素、塩素又はフッ素
といった異種原子をイオン注入すると、深く注入されて
しまい、上記の状態を形成することは難しい。シリコン
基板中に深く導入されてしまった異種原子は、注入され
る際に結晶中に欠陥を発生し、また酸化膜の改質にも寄
与しない。
【０００９】このように、従来から酸化膜を改質するた
めに異種原子を導入する方法による提案がなされている
が、導入する異種原子の量とその導入位置は制御性の高
いものでなければならない。この点で従来の方法は不十
分なものであるといえる。本発明は酸化膜を改質するた
めに異種原子を導入する方法ではあるが、異種原子をシ
リコン基板の表面に浅く導入し、しかも酸化膜を形成し
た際にＳｉ／ＳｉＯ2界面付近となるように集中させる
ことにより、高品質な極薄酸化膜を形成する方法を提供
するものである。
めに異種原子を導入する方法による提案がなされている
が、導入する異種原子の量とその導入位置は制御性の高
いものでなければならない。この点で従来の方法は不十
分なものであるといえる。本発明は酸化膜を改質するた
めに異種原子を導入する方法ではあるが、異種原子をシ
リコン基板の表面に浅く導入し、しかも酸化膜を形成し
た際にＳｉ／ＳｉＯ2界面付近となるように集中させる
ことにより、高品質な極薄酸化膜を形成する方法を提供
するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ゲート酸化膜
を形成するために、シリコン基板表面にハロゲン化シリ
コンをイオン注入する工程と、そのイオン注入後のシリ
コン基板を酸化性ガス雰囲気中で加熱処理してシリコン
基板表面を酸化する工程とを備えている。ハロゲン化シ
リコンの例はＳｉＦとＳｉＣｌの一方又は両方である。
従来の提案された方法においても窒素、塩素、フッ素原
子などを酸化前のシリコン基板表面にイオン注入してい
るが、本発明では異種原子をシリコン基板に導入する際
に異種原子単独ではなくハロゲン化シリコンイオンとし
てイオン注入している点で異なる。
を形成するために、シリコン基板表面にハロゲン化シリ
コンをイオン注入する工程と、そのイオン注入後のシリ
コン基板を酸化性ガス雰囲気中で加熱処理してシリコン
基板表面を酸化する工程とを備えている。ハロゲン化シ
リコンの例はＳｉＦとＳｉＣｌの一方又は両方である。
従来の提案された方法においても窒素、塩素、フッ素原
子などを酸化前のシリコン基板表面にイオン注入してい
るが、本発明では異種原子をシリコン基板に導入する際
に異種原子単独ではなくハロゲン化シリコンイオンとし
てイオン注入している点で異なる。
【００１１】図１に、シリコン基板にＳｉＦイオンを注
入エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2
で注入した場合（実線）と、フッ素イオンを同じ条件で
注入した場合（破線）とについて、深さ方向での濃度分
布を比較した結果を示す。Ｆイオンに比べてＳｉＦイオ
ンの方が表面から浅い領域に高濃度に分布していること
が分かる。これは、注入イオンの飛程は注入イオンの質
量数により決まるからである。したがって、高品質な極
薄酸化膜を形成するためには、単一のハロゲンイオンよ
りも質量数の大きいハロゲン化シリコンイオンの方が適
しているといえる。また、注入したハロゲン化シリコン
が熱酸化膜中に酸化膜内の未結合手を終端する効果を有
するには、シリコン中でのシリコン化ハロゲンの不純物
濃度が１０19〜１０20／ｃｍ3であることが好ましい。
入エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2
で注入した場合（実線）と、フッ素イオンを同じ条件で
注入した場合（破線）とについて、深さ方向での濃度分
布を比較した結果を示す。Ｆイオンに比べてＳｉＦイオ
ンの方が表面から浅い領域に高濃度に分布していること
が分かる。これは、注入イオンの飛程は注入イオンの質
量数により決まるからである。したがって、高品質な極
薄酸化膜を形成するためには、単一のハロゲンイオンよ
りも質量数の大きいハロゲン化シリコンイオンの方が適
しているといえる。また、注入したハロゲン化シリコン
が熱酸化膜中に酸化膜内の未結合手を終端する効果を有
するには、シリコン中でのシリコン化ハロゲンの不純物
濃度が１０19〜１０20／ｃｍ3であることが好ましい。
【００１２】注入工程後の酸化性ガス雰囲気中での加熱
処理には通常の電気炉を用いるドライ酸化法やウエット
酸化法などの手法を用いることができる。本発明の好ま
しい態様では、ハロゲン化シリコンをイオン注入する前
に、シリコン基板表面に酸化膜を形成しておき、その酸
化膜を通してシリコン基板にハロゲン化シリコンをイオ
ン注入する。これにより、その酸化膜により注入イオン
の注入深さを調整することができ、より薄い酸化膜の形
成に対応することができる。イオン注入の注入深さを調
整するためのその酸化膜は、シリコン基板を酸化して形
成してもよく、ＣＶＤ法により堆積してもよい。
処理には通常の電気炉を用いるドライ酸化法やウエット
酸化法などの手法を用いることができる。本発明の好ま
しい態様では、ハロゲン化シリコンをイオン注入する前
に、シリコン基板表面に酸化膜を形成しておき、その酸
化膜を通してシリコン基板にハロゲン化シリコンをイオ
ン注入する。これにより、その酸化膜により注入イオン
の注入深さを調整することができ、より薄い酸化膜の形
成に対応することができる。イオン注入の注入深さを調
整するためのその酸化膜は、シリコン基板を酸化して形
成してもよく、ＣＶＤ法により堆積してもよい。
【００１３】さらに好ましい態様では、イオン注入の注
入深さを調整するための酸化膜が窒素原子を含んでい
る。これにより、ハロゲン化シリコンイオンの注入の際
に、ハロゲン化シリコンイオンが酸化膜中の窒素原子を
シリコン基板の側にはじき出す、いわゆるノックアウト
現象により、酸化膜中の未結合手を終端する効果のある
窒素原子をシリコン表面から供給することができる。こ
の方法もより薄い酸化膜の形成に対応した方法である。
窒素原子を含んだ酸化膜としては、ＣＶＤ法により形成
したＳｉＯＮ膜を用いてもよく、熱酸化法により形成し
た熱酸化膜をＮＨ3あるいはＮ2Ｏ雰囲気中において熱ア
ニール若しくはプラズマ処理したものを用いてもよい。
入深さを調整するための酸化膜が窒素原子を含んでい
る。これにより、ハロゲン化シリコンイオンの注入の際
に、ハロゲン化シリコンイオンが酸化膜中の窒素原子を
シリコン基板の側にはじき出す、いわゆるノックアウト
現象により、酸化膜中の未結合手を終端する効果のある
窒素原子をシリコン表面から供給することができる。こ
の方法もより薄い酸化膜の形成に対応した方法である。
窒素原子を含んだ酸化膜としては、ＣＶＤ法により形成
したＳｉＯＮ膜を用いてもよく、熱酸化法により形成し
た熱酸化膜をＮＨ3あるいはＮ2Ｏ雰囲気中において熱ア
ニール若しくはプラズマ処理したものを用いてもよい。
【００１４】
（実施例１）請求項１及び請求項２の方法に基づく実施
例を図２に示す。 （ａ）シリコン基板２０１を表わしている。 （ｂ）シリコン基板２０１にＳｉＦイオン２０２を注入
エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2で
注入する。ＳｉＦイオンはイオン注入のソースガスとし
てＳｉＦ4を用いることにより得ることができる。この
注入により、シリコン基板２０１の表面にフッ素原子Ｆ
を含んだアモルファス層２０３が形成される。 （ｃ）その後、シリコン基板２０１を酸素中で熱酸化す
ることによりシリコン基板２０１の表面に酸化膜２０４
を形成する。このときの酸化膜２０４の膜厚は約３００
Åであった。シリコン基板２０１にＳｉＦイオンをイオ
ン注入するソースガスとしてＳｉＦ4を用いた場合に取
り出すことのできるイオンの質量分析結果を図３に示
す。図３の結果から、ＳｉＦイオンを十分な強度で取り
出すことのできることが分かる。
例を図２に示す。 （ａ）シリコン基板２０１を表わしている。 （ｂ）シリコン基板２０１にＳｉＦイオン２０２を注入
エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2で
注入する。ＳｉＦイオンはイオン注入のソースガスとし
てＳｉＦ4を用いることにより得ることができる。この
注入により、シリコン基板２０１の表面にフッ素原子Ｆ
を含んだアモルファス層２０３が形成される。 （ｃ）その後、シリコン基板２０１を酸素中で熱酸化す
ることによりシリコン基板２０１の表面に酸化膜２０４
を形成する。このときの酸化膜２０４の膜厚は約３００
Åであった。シリコン基板２０１にＳｉＦイオンをイオ
ン注入するソースガスとしてＳｉＦ4を用いた場合に取
り出すことのできるイオンの質量分析結果を図３に示
す。図３の結果から、ＳｉＦイオンを十分な強度で取り
出すことのできることが分かる。
【００１５】（実施例２）請求項３の本発明に基づく実
施例を図４に示す。 （ａ）シリコン基板４０１を表わしている。 （ｂ）シリコン基板４０１を酸素と水素の混合ガス雰囲
気中で酸化し、シリコン基板４０１の表面に熱酸化膜４
０２を約３５０Åの厚さに形成する。 （ｃ）次に、ＳｉＦイオン４０３を熱酸化膜４０２を通
して注入エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15／
ｃｍ2で注入する。これにより熱酸化膜４０２の下にフ
ッ素原子を含んだアモルファス層４０４が形成される。 （ｄ）次に、シリコン基板４０１を緩衝フッ酸溶液に浸
漬し、熱酸化膜４０２を除去する。 （ｅ）その後、シリコン基板４０１を酸素中で熱酸化す
ることにより、シリコン基板４０１の表面に酸化膜４０
５を形成した。このときの酸化膜４０５の膜厚は約７０
Åであった。
施例を図４に示す。 （ａ）シリコン基板４０１を表わしている。 （ｂ）シリコン基板４０１を酸素と水素の混合ガス雰囲
気中で酸化し、シリコン基板４０１の表面に熱酸化膜４
０２を約３５０Åの厚さに形成する。 （ｃ）次に、ＳｉＦイオン４０３を熱酸化膜４０２を通
して注入エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15／
ｃｍ2で注入する。これにより熱酸化膜４０２の下にフ
ッ素原子を含んだアモルファス層４０４が形成される。 （ｄ）次に、シリコン基板４０１を緩衝フッ酸溶液に浸
漬し、熱酸化膜４０２を除去する。 （ｅ）その後、シリコン基板４０１を酸素中で熱酸化す
ることにより、シリコン基板４０１の表面に酸化膜４０
５を形成した。このときの酸化膜４０５の膜厚は約７０
Åであった。
【００１６】（実施例３）請求項４に対応する実施例を
図５を用いて説明する。 （ａ）シリコン基板５０１を表わしている。 （ｂ）シリコン基板５０１にプラズマＣＶＤ法によりＳ
ｉＯＮ膜５０２を約３５０Åの厚さに形成する。 （ｃ）次に、ＳｉＦイオン５０３をＳｉＯＮ膜５０２を
通して注入エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15
／ｃｍ2で注入する。これにより、ＳｉＯＮ膜５０２の
下にＦを含んだアモルファス層５０４が形成される。そ
して、アモルファス層５０４のＳｉＯＮ膜５０２側の界
面付近にはＳｉＯＮ膜５０２からノックアウトされた窒
素原子Ｎが含まれている。 （ｄ）次に、シリコン基板５０１を緩衝フッ酸溶液に浸
漬し、ＳｉＯＮ膜５０２を除去する。 （ｅ）次に、シリコン基板５０１を酸素中で熱酸化する
ことにより、シリコン基板５０１の表面に酸化膜５０５
を形成した。このときの酸化膜５０５の膜厚は約７０Å
であった。
図５を用いて説明する。 （ａ）シリコン基板５０１を表わしている。 （ｂ）シリコン基板５０１にプラズマＣＶＤ法によりＳ
ｉＯＮ膜５０２を約３５０Åの厚さに形成する。 （ｃ）次に、ＳｉＦイオン５０３をＳｉＯＮ膜５０２を
通して注入エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０15
／ｃｍ2で注入する。これにより、ＳｉＯＮ膜５０２の
下にＦを含んだアモルファス層５０４が形成される。そ
して、アモルファス層５０４のＳｉＯＮ膜５０２側の界
面付近にはＳｉＯＮ膜５０２からノックアウトされた窒
素原子Ｎが含まれている。 （ｄ）次に、シリコン基板５０１を緩衝フッ酸溶液に浸
漬し、ＳｉＯＮ膜５０２を除去する。 （ｅ）次に、シリコン基板５０１を酸素中で熱酸化する
ことにより、シリコン基板５０１の表面に酸化膜５０５
を形成した。このときの酸化膜５０５の膜厚は約７０Å
であった。
【００１７】
【発明の効果】本発明では、シリコン基板の表面にハロ
ゲン化シリコンイオンを注入し、その後に熱酸化を行な
うことによって酸化膜を形成する。従来のようにハロゲ
ンイオン単体ではなく、ハロゲン化シリコンイオンを注
入に用いることによって、シリコン基板の表面から浅い
領域に高濃度に注入することが可能になり、従来の方法
よりも薄い膜厚で高品質な酸化膜を形成することが可能
になる。さらに、イオン注入の際に酸化膜を通して基板
に注入を行なうことにより、さらに薄い膜厚で高品質な
酸化膜を形成することが可能となる。その際、酸化膜に
窒素原子を含ませておくことにより、窒素原子がシリコ
ン基板中にノックアウトされ、その後の熱酸化工程にお
いて形成される酸化膜内の未結合手を窒素原子が終端さ
せ、酸化膜の高品質化に効果を発揮する。
ゲン化シリコンイオンを注入し、その後に熱酸化を行な
うことによって酸化膜を形成する。従来のようにハロゲ
ンイオン単体ではなく、ハロゲン化シリコンイオンを注
入に用いることによって、シリコン基板の表面から浅い
領域に高濃度に注入することが可能になり、従来の方法
よりも薄い膜厚で高品質な酸化膜を形成することが可能
になる。さらに、イオン注入の際に酸化膜を通して基板
に注入を行なうことにより、さらに薄い膜厚で高品質な
酸化膜を形成することが可能となる。その際、酸化膜に
窒素原子を含ませておくことにより、窒素原子がシリコ
ン基板中にノックアウトされ、その後の熱酸化工程にお
いて形成される酸化膜内の未結合手を窒素原子が終端さ
せ、酸化膜の高品質化に効果を発揮する。
【００１８】本発明の酸化膜形成方法が酸化膜の特性に
与える効果について具体的に説明する。図６は酸化膜の
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）のＳｉ−２ｐスペクトルを
表わしたものである。横軸は結合エネルギー、縦軸は光
電子強度を表わし、大きな２つのピークのうちＳｉ+4は
酸化膜からのシリコンを表わし、Ｓｉ0は基板のシリコ
ン担体からの寄与を表わしている。Ｓｉ0とＳｉ+4の間
の領域の強度はＳｉ+3、Ｓｉ+2などの寄与であり、これ
は酸化膜中にシリコンの未結合手が存在していることを
表わしている。図６で、２つのピーク間の領域で破線で
示されているのは図２の実施例１による本発明の結果で
あり、実線は同実施例と同じ条件でフッ素イオンを注入
した場合の結果である。その領域の斜線で示された部分
が本発明による効果であり、未結合手が減少しているこ
とを表わしていてる。
与える効果について具体的に説明する。図６は酸化膜の
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）のＳｉ−２ｐスペクトルを
表わしたものである。横軸は結合エネルギー、縦軸は光
電子強度を表わし、大きな２つのピークのうちＳｉ+4は
酸化膜からのシリコンを表わし、Ｓｉ0は基板のシリコ
ン担体からの寄与を表わしている。Ｓｉ0とＳｉ+4の間
の領域の強度はＳｉ+3、Ｓｉ+2などの寄与であり、これ
は酸化膜中にシリコンの未結合手が存在していることを
表わしている。図６で、２つのピーク間の領域で破線で
示されているのは図２の実施例１による本発明の結果で
あり、実線は同実施例と同じ条件でフッ素イオンを注入
した場合の結果である。その領域の斜線で示された部分
が本発明による効果であり、未結合手が減少しているこ
とを表わしていてる。
【００１９】こうした酸化膜中のシリコンの未結合手は
酸化膜劣化の原因になっていると考えられる。そこで、
酸化膜中のシリコンの未結合手の量を評価するために、
Ｓｉ+4ピークの面積積分と、光電子強度の全強度（全面
積積分）からＳｉ0とＳｉ+4の面積積分を引いた残りの
強度（サブオキサイド；Ｓｕｂ）との比Ｓｕｂ／Ｓｉ+4
の比較を行なった結果を図７に示す。従来例は実施例１
と同じ条件でフッ素イオンをイオン注入したものであ
る。図７の結果から、本発明により酸化膜中のシリコン
の未結合手を減らすことのできることが分かる。図８は
界面準位密度について従来法と本発明方法との比較を行
なったものである。図８の結果から、本発明により界面
準位密度も減少していることが分かる。界面準位密度の
減少は、しきい値のシフトによるデバイス特性の劣化防
止に効果がある。
酸化膜劣化の原因になっていると考えられる。そこで、
酸化膜中のシリコンの未結合手の量を評価するために、
Ｓｉ+4ピークの面積積分と、光電子強度の全強度（全面
積積分）からＳｉ0とＳｉ+4の面積積分を引いた残りの
強度（サブオキサイド；Ｓｕｂ）との比Ｓｕｂ／Ｓｉ+4
の比較を行なった結果を図７に示す。従来例は実施例１
と同じ条件でフッ素イオンをイオン注入したものであ
る。図７の結果から、本発明により酸化膜中のシリコン
の未結合手を減らすことのできることが分かる。図８は
界面準位密度について従来法と本発明方法との比較を行
なったものである。図８の結果から、本発明により界面
準位密度も減少していることが分かる。界面準位密度の
減少は、しきい値のシフトによるデバイス特性の劣化防
止に効果がある。
【図１】シリコン基板に注入エネルギー２０ＫｅＶ、ド
ーズ量１×１０15／ｃｍ2でイオン注入した場合のＳｉ
ＦイオンとＦイオンの深さ方向への濃度分布を比較する
図である。
ーズ量１×１０15／ｃｍ2でイオン注入した場合のＳｉ
ＦイオンとＦイオンの深さ方向への濃度分布を比較する
図である。
【図２】第１の実施例を説明する工程断面図である。
【図３】ＳｉＦ4ガスをイオンソースとした場合に取り
出すことのできるイオンビームを示すマススペクトルで
ある。
出すことのできるイオンビームを示すマススペクトルで
ある。
【図４】第２の実施例を示す工程断面図である。
【図５】第３の実施例を示す工程断面図である。
【図６】従来法と本発明方法とにおいて酸化膜のＸＰＳ
により得られるＳｉ−２ｐスペクトルを比較する図であ
る。
により得られるＳｉ−２ｐスペクトルを比較する図であ
る。
【図７】ＸＰＳのＳｉ−２ｐスペクトルのサブオキサイ
ド量ＳｕｂとＳｉ+4量との比Ｓｕｂ／Ｓｉ+4を本発明方
法と従来法とで比較した図である。
ド量ＳｕｂとＳｉ+4量との比Ｓｕｂ／Ｓｉ+4を本発明方
法と従来法とで比較した図である。
【図８】酸化膜の界面準位密度を本発明方法と従来法と
で比較した図である。
で比較した図である。
２０１，４０１，５０１ シリコン基板 ２０２，４０３，５０３ ＳｉＦイオンビーム ２０３，４０４，５０４ イオン注入によりアモルフ
ァス化されたシリコン層 ２０４，４０５，５０５ 酸化膜 ４０２ イオン注入深さを調整するための酸化膜
ァス化されたシリコン層 ２０４，４０５，５０５ 酸化膜 ４０２ イオン注入深さを調整するための酸化膜
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン基板表面にゲート酸化膜を形成
し、そのゲート酸化膜を構成要素とするＭＯＳ型半導体
装置を製造する方法において、 ゲート酸化膜を形成するために、シリコン基板表面にハ
ロゲン化シリコンをイオン注入する工程と、そのイオン
注入後のシリコン基板を酸化性ガス雰囲気中で加熱処理
してシリコン基板表面を酸化する工程とを備えているこ
とを特徴とするＭＯＳ型半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 ハロゲン化シリコンはＳｉＦとＳｉＣｌ
の一方又は両方である請求項１に記載のＭＯＳ型半導体
装置の製造方法。 - 【請求項３】 シリコン基板表面にゲート酸化膜を形成
し、そのゲート酸化膜を構成要素とするＭＯＳ型半導体
装置を製造する方法において、 ゲート酸化膜を形成するために、シリコン基板表面にシ
リコン酸化膜を形成する工程と、そのシリコン酸化膜を
通してシリコン基板にハロゲン化シリコンをイオン注入
する工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、そ
の後、シリコン基板を酸化性ガス雰囲気中で加熱処理し
てシリコン基板表面を酸化する工程とを備えていること
を特徴とするＭＯＳ型半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記シリコン酸化膜が窒素原子を含んで
いる請求項３に記載のＭＯＳ型半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22727895A JPH0955380A (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22727895A JPH0955380A (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0955380A true JPH0955380A (ja) | 1997-02-25 |
Family
ID=16858318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22727895A Pending JPH0955380A (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0955380A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11354648A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 同一の半導体基板上に異なる厚さの酸化物を同時に作製する方法 |
| EP1052686A3 (en) * | 1999-05-14 | 2001-09-19 | Lucent Technologies Inc. | Oxidation of silicon using fluorine implants |
| EP1052685A3 (en) * | 1999-05-14 | 2001-11-07 | Lucent Technologies Inc. | Integrated circuit device having a fluorine implanted oxide layer |
-
1995
- 1995-08-11 JP JP22727895A patent/JPH0955380A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11354648A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 同一の半導体基板上に異なる厚さの酸化物を同時に作製する方法 |
| EP1052686A3 (en) * | 1999-05-14 | 2001-09-19 | Lucent Technologies Inc. | Oxidation of silicon using fluorine implants |
| EP1052685A3 (en) * | 1999-05-14 | 2001-11-07 | Lucent Technologies Inc. | Integrated circuit device having a fluorine implanted oxide layer |
| US6358865B2 (en) * | 1999-05-14 | 2002-03-19 | Agere Systems Guardian Corp. | Oxidation of silicon using fluorine implant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6087229A (en) | Composite semiconductor gate dielectrics | |
| US6033998A (en) | Method of forming variable thickness gate dielectrics | |
| US5851892A (en) | Fabrication sequence employing an oxide formed with minimized inducted charge and/or maximized breakdown voltage | |
| US5821158A (en) | Substrate surface treatment method capable of removing a spontaneous oxide film at a relatively low temperature | |
| US8183670B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US5382533A (en) | Method of manufacturing small geometry MOS field-effect transistors having improved barrier layer to hot electron injection | |
| EP1051744B1 (en) | Method of forming a semiconductor device | |
| EP0742593A2 (en) | Semiconductor device with multilevel structured insulator and fabrication method thereof | |
| US20040227196A1 (en) | Method for fabricating semiconductor device and semiconductor device | |
| US6204205B1 (en) | Using H2anneal to improve the electrical characteristics of gate oxide | |
| KR100464852B1 (ko) | 반도체 장치의 게이트 산화막 형성방법 | |
| US5637528A (en) | Semiconductor device manufacturing method including dry oxidation | |
| CN101620995A (zh) | 栅极介质层及其制造方法、半导体器件及其制造方法 | |
| KR100991213B1 (ko) | 게르마늄 온 인슐레이터 구조의 제조 방법과 이 방법에 의해 제조된 게르마늄 온 인슐레이터 구조 및 이를 이용한 트랜지스터 | |
| US7233047B2 (en) | Transistor with nitrogen-hardened gate oxide | |
| JPH11103050A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JPH10209147A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH0955380A (ja) | Ｍｏｓ型半導体装置の製造方法 | |
| US6620742B2 (en) | In-situ use of dichloroethene and NH3 in an H2O steam based oxidation system to provide a source of chlorine | |
| JP2000100926A (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
| US6911374B2 (en) | Fabrication method for shallow trench isolation region | |
| JP2002064097A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH1041241A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| GB2307790A (en) | Method of removing defects from semiconductor devices. | |
| JP2629615B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 |