JPS5845177B2 - 半導体表面絶縁膜の形成法 - Google Patents

半導体表面絶縁膜の形成法

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JPS5845177B2
JPS5845177B2 JP54027301A JP2730179A JPS5845177B2 JP S5845177 B2 JPS5845177 B2 JP S5845177B2 JP 54027301 A JP54027301 A JP 54027301A JP 2730179 A JP2730179 A JP 2730179A JP S5845177 B2 JPS5845177 B2 JP S5845177B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置、特に集積回路（以下ＩＣと略す
）の製造に於いて安定かつ緻密な絶縁膜の形成方法に関
するものである。
一般に半導体装置の製造において特性の経時変化をおさ
え、信頼性を高める目的で半導体表面のｐｎ接合が露出
する部分を絶縁膜で被覆することが行われている。
さらにＭＩＳＦＥＴやＭＩＳ形集積回路においては反転
層チャネルを誘起する目的でゲー１へ絶縁膜を付着する
ので特にその特性の安定性が要求される。
通常、半導体としてはＳ ｉ ％絶縁膜としてはＳｉＯ
３、金属はＡｌが主として用いられてきた。
しかしながらこのような構造においては、絶縁膜に２０
０℃程度で１０６■／ｃ１ｎ程度の電界を印加すると、
ゲートしきい値電圧が大きく変動してしまう欠点がある
。
この現象はＳｉＯ２中に混入した不純物イオンのドリフ
トやＳｉＯ２の構造欠陥に基づくキャリヤの捕獲準位が
存在するため、表面の空間電荷分布が変動する結果おこ
ると考えられる。
このような空間電荷の変動の影響は、Ｓｒと絶縁膜との
境界における構造欠陥によるものが最も大きいことは明
らかである。
このためにアルカリ等のイオンの混入しやすい熱酸化５
ｉＯ７にかえて、気相成長法やスパッタリング等の付着
技術が種々検討されているが、界面の欠陥は熱酸化５ｉ
０２以下に低減できていない。
一方、非常に清浄な雰囲気で生成した熱酸化８１０２は
表面電荷密度に換算して１０１１／−以下の欠陥におさ
えられるが、界面には依然過剰シリコンイオン等の欠陥
が存在し、大きな問題となっている。
本発明は半導体表面に形成する絶縁膜のこのような問題
を解決すべく開発された方法であり特にＳｉ表面に直接
、構造緻密なシリコン窒化膜を均一に生成する新規の方
法に関する。
Ｓｉ基板を窒素あるいはアンモニア雰囲気において高温
力ロ熱することにより、窒化反応が進行することは既知
の事実であるが、このような高温加熱処理により非晶質
絶縁膜を生成するには、例えば窒素ガス雰囲気中では約
２，０００°Ｃ以上の処理温度が必要でありまたアンモ
ニアガス雰囲気中では１，２００°Ｃの処理温度で厚さ
５０Å以上の窒化膜を生成するには、２００分以上の長
時間を要する問題がある。
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもの
で、窒素又は主として窒素原子を含むガスプラズマ雰囲
気中で、シリコン基板を加熱処理してシリコン窒化膜を
生成することを特徴とする。
次に本発明を実施例に基づいて説明する。
第１図は、本発明を実施する装置の一例を示す概略図を
示すもので、１０は高周波電源、１１は電力計、１２は
誘導結合された石英よりなる反応管、１３はシリコン基
板を支持するシリコンカーバイドで覆われた炭素ボート
、１４はシリコン基体、１５は排気装置、１６は圧力計
、１７，１８゜１９．２０，２１は、それぞれ前記反応
管１２にガスを供給するための窒素ガス、水素ガス、ア
ンモニアガス、塩化水素ガス、塩素ガスのボンベ、２２
．２３，２４，２５，２６は各ガスの流量を調整する圧
力調整器、２７，２８，２９，３０゜３１は前記各ガス
の流量を調整する質量流量計、３２．３３，３４，３５
，３６，３γはバルブを示す。
反応管１２の誘導結合された領域に充分に表面を清浄し
たシリコン基板１３を挿入する。
この時、反応管１２内に流量毎分５１の窒素ガスを流す
。
２〜３分経過したのち、バルブ３２により窒素ガスを止
め、直ちにバルブ３３を開け、質量流量計２８で一定流
量となるようにアンモニアガスの流量を毎分５１に調整
し、次いで、排気装置１５を作動さ七、反応管１２内の
圧力が１０−２〜１０ｔｏｒｒとなるように排気量を調
整した状態で数分間放置する。
この時バルブ３２，３４，３５゜３６は全て閉じた状態
となっている。
次てこ高周波電源１０を印加し、周波数４００ ＫＨ２
で電圧６ＫＶ程度の一定電圧となるたうに設定する。
このようにして反応管１２内をアンモニアガスプラズマ
雰囲気とする。
この時の前記シリコン基板１４の温度は炭素ボートの大
きさと、高周波電源電力１１の大きさによって決まる。
例えばここで実施に用いた形状の装置では電圧３ＫＶ〜
８ＫＶのときのシリコン基板の温度は約ＳＯＯ〜１３０
０°Ｃである。
所定時間経過したのち、高周波電源１０をしゃ断し、前
記シリコン基板１４を冷却する。
一定時間、例えば約５分間程度窒素雰囲気中で冷却した
後、バルブ３３を閉じてアンモニアガス１８の流入を止
め、直ちにバルブ３２を開けて反応管１２に窒素ガス１
７を導入し、一定時間約２０分程度窒素ガス１７を流さ
せた後、排気装置１５を止めて反応管１２内が常圧とな
った後、前記シリコン基板１４を反応管１２より引き出
す。
このようにして前記シリコン基板１４表面にシリコン窒
化膜が生成される。
第２図に、上記本発明による方法及び従来法によるシリ
コン窒化膜の生成時間と生成膜厚との関係を示す。
第２図において、破線Ａは本発明によるもので、高周波
電源を周波数４００ ＫＨｚ１電圧５ＫＶとして電圧を
印加し、圧力１０’ｔｏｒｒのアンモニアガスをプラズ
マ化した雰囲気中でシリコン基板を１０３０℃に加熱処
理したものである。
実線Ｂは、従来法によるもので、アンモニアガス雰囲気
中で、シリコン基板を１２００℃に加熱処理したもので
ある。
記２図の破線Ａ及び実線Ｂの比較から明らかなように本
発明によれば加熱温度が従来法と比較して７０°Ｃも低
い処理温度にもかかわらず、処理時間２００分で従来法
より約２倍以上の膜厚のシリコン窒化膜が得られる。
また、上記破線Ａに示す本発明により約３０分間の生成
時間で得られる厚さ５０人のシリコン窒化膜は１，１５
０℃の乾燥酸素雰囲気中での熱酸化処理によっても、約
１２０分間酸素に対するマスク性が失なわれないのに対
し、上記実線Ｂに示す従来法により２００分間の生成時
間で得られる厚さ５０人のシリコン窒化膜は１，１５０
℃の熱酸化処理による酸素に対するマスク性は１１０分
程程度失われることから本発明により生成されたシリコ
ン窒化膜は構造的に緻密で強力な耐酸化マスク性、不純
物マスク性を有し、しかも均一な被膜が得られる。
本発明により生成されるシリコン窒化膜をＭＩＳＦＥＴ
のゲート絶縁膜に適用したところＦＥＴのチャンネルが
形成されるしきい値電圧はきわめて安定であり、該シリ
コン窒化膜のゲート絶縁膜中には、イオンのドリフトや
キャリアの注入による不安定性がほとんどないことが確
認された。
以上のように本発明によれば、容易にシリコン窒化膜を
生成することができ、また、本発明によるシリコン窒化
膜は絶縁被膜として優れた特性を有する利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を実施する装置の一例を示す概略図、
第２図は、シリコン窒化膜の生成時間と膜厚との関係を
示す図である。 １０・・・・・・高周波電源、１１・・・・・・電力計
、１２・・・・・・石英反応管、１３・・・・・・炭素
ボー１−１１４・・・・・・シリコン基板、１５・・・
・・・排気装置、１６・・・・・・圧力計１７・・・・
・・窒素ガスボンベ、１８・・・・・・水素ガスボンベ
、１９・・・・・・アンモニアガスボンベ、２０・・・
・・・塩化水素ガスボンベ、２１・・・・・・塩素ガス
ボンベ、２２．２３，２４，２５，２６．・・・・・・
圧力調整器、２７．２８，２９，３０．３１・・・・・
・質量流量計、３２．３３，３４，３５，３６，３７・
・・・・・バルブ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ シリコン基板を直接窒化して、シリコン窒化膜を生
    成する半導体表面絶縁膜の形成法において、高周波放電
    によるアンモニア（ＮＨ３）ガス又は、ヒドラジン（Ｎ
    ２Ｈ４）ガス又は窒素（Ｎ２）、水素（Ｎ２）混合ガス
    又は窒素（Ｎ２）、塩化水素（ＨＣｌ ）混合ガス又は
    窒素（Ｎ２）−ハロゲン混合ガス又は、これらのガスと
    実質的に不活性ガスとの混合ガスのガスプラズマ雰囲気
    中で、前記シリコン基板を８００乃至１３００℃に加熱
    処理してシリコン窒化膜を生成することを特徴とする半
    導体表面絶縁膜の形成法。
JP54027301A 1979-03-09 1979-03-09 半導体表面絶縁膜の形成法 Expired JPS5845177B2 (ja)

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