JPH1126457A - 半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法 - Google Patents

半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法

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JPH1126457A
JPH1126457A JP10050872A JP5087298A JPH1126457A JP H1126457 A JPH1126457 A JP H1126457A JP 10050872 A JP10050872 A JP 10050872A JP 5087298 A JP5087298 A JP 5087298A JP H1126457 A JPH1126457 A JP H1126457A
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silicon oxynitride
diffusion furnace
film
oxynitride film
oxide film
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JP10050872A
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Hakukin Nin
伯均 任
Gishaku Kin
義錫 金
Chang-Jip Yang
昌集 楊
Young-Kyou Park
榮奎 朴
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート絶縁膜として使用できる半導体装置の
シリコンオキシニトライド膜形成方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１０１上に初期酸化膜１０３
を形成した後、初期酸化膜１０３を純粋酸化膜１０５に
変えると同時に、さらに、成長させる段階を含む。そし
て、純粋酸化膜１０５をシリコンオキシニトライド膜１
０７に変えると同時に、半導体基板１０１上にシリコン
オキシニトライド膜１０７を７００〜９５０℃でさらに
成長させ、４０〜２００オングストロームの厚さに形成
する。シリコンオキシニトライド膜１０７は拡散炉、例
えば縦形拡散炉に酸化窒素ガスを注入して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係り、特にゲート絶縁膜として使える、半導体装置
のシリコンオキシニトライド膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、半導体装置でゲート絶縁膜と
してシリコン酸化膜が主に使われている。ところが、半
導体装置が高集積化するにつれ、ゲート絶縁膜に使われ
るシリコン酸化膜の厚さもまた薄膜化になっていく。こ
のような薄膜化は電界の増加を伴うため、前記シリコン
酸化膜の質的特性、例えば動作電圧において、シリコン
酸化膜の漏洩電流特性及び破壊電圧特性を改善すべきで
ある。しかし、前記シリコン酸化膜は前記質的特性が優
れないもので、高集積化した半導体装置のゲート絶縁膜
としては不向きである。したがって、前記シリコン酸化
膜の代わりに新しいゲート絶縁膜が必要になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は質的特性が優れて、前記シリコン酸化膜に代えら
れる半導体装置のシリコンオキシニトライド膜(silicon
oxy nitride layer)形成方法を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るために、本発明の半導体装置のシリコンオキシニトラ
イド膜形成方法は、半導体基板上に初期酸化膜を形成し
た後、前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、
前記純粋酸化膜をさらに成長させる段階を含む。そし
て、前記純粋酸化膜をシリコンオキシニトライド膜に変
えると同時に、前記半導体基板上にシリコンオキシニト
ライド膜を７００〜９５０℃でさらに成長させ、４０〜
２００オングストロームの厚さに形成する。前記シリコ
ンオキシニトライド膜は拡散炉、例えば従形拡散炉に酸
化窒素（Ｎ2Ｏ）ガスを注入して形成する。
【０００５】また、本発明の半導体装置のシリコンオキ
シニトライド膜形成方法は、半導体基板を窒素ガスの注
入する第１温度、例えば５５０〜７５０℃の拡散炉にロ
ーディングする段階を含む。前記ローディングした半導
体基板が含まれた拡散炉を第２温度、例えば７００〜９
５０℃に昇温しながら酸素ガスと窒素ガスを混合した混
合ガスを注入し、前記半導体基板上に初期酸化膜を形成
する。前記昇温した拡散炉に含まれた半導体基板を酸化
させ、前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、
前記純粋酸化膜をさらに成長させる。この時、前記拡散
炉に酸素ガス、または酸素ガスと水素ガスを混合した混
合ガスを注入する。
【０００６】前記純粋酸化膜を含む拡散炉に酸化窒素ガ
スを注入し、前記純粋酸化膜をシリコンオキシニトライ
ド膜に変えると同時に、前記半導体基板上にシリコンオ
キシニトライド膜をさらに成長させる。前記シリコンオ
キシニトライド膜が含まれた拡散炉に窒素ガスを注入し
ながら前記拡散炉を第2温度に下げる。本発明の半導体
装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法によれば、
拡散炉を利用して複数の半導体基板上にシリコンオキシ
ニトライド膜を形成するため、生産性を向上することが
できるし、前記シリコンオキシニトライド膜内の窒素濃
度も均一にし得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の一実施の形態について詳細に説明する。図１は本
発明に係る半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形
成に適用した拡散炉の概略を示した断面図である。図１
を参照すれば、本発明の半導体装置のシリコンオキシニ
トライド膜形成に使われた拡散炉は縦形拡散炉である。
これを具体的にみれば、縦形拡散炉は複数の半導体基
板、すなわち複数のウェーハをローディングするボート
１と、前記ボート１を囲んで前記半導体基板上に化学反
応を遂行するためのチューブ３と、前記ボート１とチュ
ーブ３との間にガス、例えば酸素、水素または窒素ガス
を前記チューブ３に注入し得るガス注入ノズル５と、前
記チューブ３の外部を囲んで前記チューブ３の温度を維
持する均熱管７と、前記均熱管７の外部を囲んで前記半
導体基板を加熱し得る熱源を提供するヒーターが含まれ
た外皮９と、前記外皮９に付着して前記チューブ３の温
度を読んで制御する熱電対(thermocouple)１１で構成す
る。前記チューブや均熱管は石英やシリコンカーバイド
(silicon carbide: SiC)材質で作る。
【０００８】図２は図１の拡散炉を利用して本発明の半
導体装置のシリコンオキシニトライドを形成する過程を
示した流れ図であり、図３ないし図５は図1の拡散炉を
利用して本発明の半導体装置のシリコンオキシニトライ
ド膜を形成する過程を示した断面図である。
【０００９】まず、１５０枚以上の複数の半導体基板１
０１を窒素ガスの注入する第１温度、例えば５００〜７
５０℃の拡散炉にローディングする(ステップ２１)。続
いて、前記ローディングした半導体基板１０１が含まれ
た拡散炉を第２温度、例えば７００〜９５０℃に昇温し
ながら酸素ガスと窒素ガスを混合した混合ガスを注入
し、前記半導体基板１０１上に初期酸化膜１０３を形成
する（ステップ３１）。
【００１０】前記拡散炉を昇温するとき昇温率は分毎に
５〜１５℃で進行し、前記半導体基板１０１にドーピン
グした不純物の分布を均一にするため、前記拡散炉の温
度をよく調節すべきである。また、前記初期酸化膜103
形成時酸素ガスを注入することは半導体基板１０１表面
に窒素ガスが侵入してピッチング現象が発生することを
予防するためである。
【００１１】続けて、前記昇温した拡散炉に含まれた半
導体基板１０１を酸化させ、前記初期酸化膜１０３を純
粋酸化膜１０５に変えると同時に、前記純粋酸化膜１０
５をさらに成長させる（ステップ４１）。前記純粋酸化
膜１０５は、前記拡散炉に酸素ガスを注入して形成する
乾式酸化法、または酸素ガスと水素ガスを混合した混合
ガスを注入して形成する湿式酸化法を利用して形成す
る。前記純粋酸化膜105を後工程のシリコンオキシニト
ライド膜を形成する前に形成することは、後工程のシリ
コンオキシニトライド膜の成長率が非常に遅くて、７０
０〜９５０℃の温度では４０オングストローム以上のシ
リコンオキシニトライド膜を形成することが難しいため
である。
【００１２】次に、前記純粋酸化膜１０５を含む拡散炉
に酸化窒素ガスを注入し、前記純粋酸化膜１０５をシリ
コンオキシニトライド膜１０７に変えると同時に、前記
半導体基板１０１上にシリコンオキシニトライド膜１０
７をさらに成長させる（ステップ５１）。前記シリコン
オキシニトライド膜１０７は、結合力が強いＮ−Ｏ結合
形態を取っているゆえに、半導体装置の後続製造工程で
不純物をドーピングしたゲート電極から半導体基板１０
１方向へ拡散することを防止できる。
【００１３】続いて、前記シリコンオキシニトライド膜
１０７が含まれた拡散炉に窒素ガスを注入しながら前記
拡散炉を第２温度ヘ分毎２〜４℃の割合で下げる（ステ
ップ６１）。前記第２温度ヘ下げるとき窒素ガスを注入
することは、温度変化による半導体基板１０１のストレ
スを減らすためである。このように拡散炉を第２温度へ
下げると前記半導体基板を拡散炉から取り出せられる。
【００１４】
【発明の効果】前述したように、本発明の半導体装置の
シリコンオキシニトライド膜形成方法は、半導体基板上
にシリコンオキシニトライド膜を形成し、半導体装置の
後続製造工程で不純物をドーピングしたゲート電極から
の半導体基板方向へ拡散することを防止し得る。
【００１５】さらに、本発明の半導体装置のシリコンオ
キシニトライド膜形成方法によると、従形拡散炉を利用
して複数の半導体基板上にシリコンオキシニトライド膜
を形成するため、生産性を向上出来るし、前記シリコン
オキシニトライド膜内の窒素濃度を均一にし得られる。
【００１６】以上、本発明を望ましい一実施の形態をあ
げて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されな
く、本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を持っ
た者によってその変形または改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る、半導体装置のシリコンオキシ
ニトライド膜形成に適用した拡散炉の概略を示した断面
図である。
【図２】 図１の拡散炉を利用して、本発明の半導体装
置のシリコンオキシニトライド膜を形成する過程を示し
た流れ図である。
【図３】 図１の拡散炉を利用して、本発明の半導体装
置のシリコンオキシニトライド膜を半導体基板上に形成
する過程を示した断面図である。
【図４】 図１の拡散炉を利用して、本発明の半導体装
置のシリコンオキシニトライド膜を半導体基板上に形成
する過程を示した断面図である。
【図５】 図１の拡散炉を利用して、本発明の半導体装
置のシリコンオキシニトライド膜を半導体基板上に形成
する過程を示した断面図である。
【符号の説明】
１０１ 半導体基板 １０３ 初期酸化膜 １０５ 純粋酸化膜 １０７ シリコンオキシニトライド膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朴 榮奎 大韓民国ソウル特別市松坡區新川洞20−４ 番地眞珠アパート８棟1001號

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に初期酸化膜を形成する段
    階と、 前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、前記純
    粋酸化膜をさらに成長させる段階と、 前記純粋酸化膜をシリコンオキシニトライド膜に変える
    と同時に、前記半導体基板上にシリコンオキシニトライ
    ド膜をさらに成長させる段階とを含んでなることを特徴
    とする半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方
    法。
  2. 【請求項２】 前記シリコンオキシニトライド膜は、拡
    散炉で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導
    体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。
  3. 【請求項３】 前記拡散炉は、縦形拡散炉であることを
    特徴とする請求項２に記載の半導体装置のシリコンオキ
    シニトライド膜形成方法。
  4. 【請求項４】 前記シリコンオキシニトライド膜は、前
    記拡散炉に酸化窒素ガスを注入して形成することを特徴
    とする請求項２に記載の半導体装置のシリコンオキシニ
    トライド膜形成方法。
  5. 【請求項５】 前記シリコンオキシニトライド膜は、７
    ００〜９５０℃で形成することを特徴とする請求項１に
    記載の半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方
    法。
  6. 【請求項６】 前記純粋酸化膜は、湿式及び乾式酸化法
    で形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。
  7. 【請求項７】 前記シリコンオキシニトライド膜は、４
    ０〜２００オングストロームの厚さに形成することを特
    徴とする請求項１に記載の半導体装置のシリコンオキシ
    ニトライド膜形成方法。
  8. 【請求項８】 半導体基板を窒素ガスを注入する第１温
    度の拡散炉にローディングする段階と、前記ローディン
    グした半導体基板が含まれた拡散炉を第２温度へ昇温し
    ながら酸素ガスと窒素ガスを混合した混合ガスを注入
    し、前記半導体基板上に初期酸化膜を形成する段階と、
    前記昇温した拡散炉に含まれた半導体基板を酸化させ、
    前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、前記純
    粋酸化膜をさらに成長させる段階と、前記純粋酸化膜を
    含む拡散炉に酸化窒素ガスを注入し、前記純粋酸化膜を
    シリコンオキシニトライド膜に変えると同時に、前記半
    導体基板上にシリコンオキシニトライド膜をさらに成長
    させる段階と、前記シリコンオキシニトライド膜が含ま
    れた拡散炉に窒素ガスを注入しながら前記拡散炉を第２
    温度へ下げる段階とを含んでなることを特徴とする半導
    体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。
  9. 【請求項９】 前記第１温度は、５５０〜７５０℃であ
    ることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置のシリ
    コンオキシニトライド膜形成方法。
  10. 【請求項１０】 前記第２温度は、７００〜９５０℃で
    あることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置のシ
    リコンオキシニトライド膜形成方法。
  11. 【請求項１１】 前記純粋酸化膜は前記拡散炉に酸素ガ
    ス、または酸素ガスと窒素ガスを混合した混合ガスを注
    入して形成することを特徴とする請求項８に記載の半導
    体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。
  12. 【請求項１２】 前記拡散炉は従形拡散炉であることを
    特徴とする請求項８に記載の半導体装置のシリコンオキ
    シニトライド膜形成方法。
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