JPS62198128A

JPS62198128A - シリコン酸化膜形成方法及び装置

Info

Publication number: JPS62198128A
Application number: JP3912886A
Authority: JP
Inventors: Junichi Shiozawa; 順一塩澤; Kikuo Yamabe; 紀久夫山部; Hirosaku Yamada; 山田　啓作
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1987-09-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、シリコンを酸化してシリコン酸化１１りを形
成下る方法及び装置に１ｖする。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、半導体素子の高集積化の要求に伴ない、素子寸法
は微細化している。ＭＯ８技術においては、素子寸法の
微細化が進むにつれて、再現性。

および均一性の優れた高品質の薄い酸化膜を形成する技
術がますますＸ要となっている。特にＤＲＡＭのＭＯＳ
キャパシタのゲート酸化膜は、ＩＭｂｉｔＤＲＡＭで約
１０ＯＡとますます薄くなってきている。

ゲート酸化膜を形成する場合、シリコンと酸化膜間の界
面特性の優れた高品質のシリコン酸化膜が形成できる熱
酸化法が使われる。熱酸化法としては、乾燥酸素を雰囲
気として用いるドライ酸化法や、水蒸気を雰囲気として
用いる水蒸気酸化法が主流である。

特に水蒸気酸化法は、ドライ酸化法と比較すると、欠陥
密度の少ない高品質のゲート酸化膜が形成できる。

再現性と均一性に優れた薄い酸化膜を形成するには、酸
化速度を遅らせる必要がある。酸化Ｍ　Ｉｆを遅くする
方法としては、酸化温度を低くするか。

または不活性ガスで、酸素、水蒸気を希釈する方法があ
る。酸化温度を低くするとシリコンと酸化膜間の界面特
性が劣化するため、不活性ガスで希釈して、酸素分圧、
水蒸気分圧を低分圧にする方法が優れている。

以上の理由から、再現性と均一性に優れた高品質ゲート
酸化膜を形成するには、水蒸気酸化法において、酸化、
水蒸気分圧を低分圧にする方法が有効である。

通常、水蒸気酸化法としては、加熱した純水中を酸素ガ
ス、または不活性ガスでバブルさせて水蒸気を発生させ
る方法と、水素ガスを燃焼することにより発生する水蒸
気を用いる方法がある。加熱した純水を用いる方法では
、純水中に時間と共に、バクテリアが発生し、バクテリ
アによりシリコン酸化膜が汚染され、酸化膜中の欠陥密
度が増大する問題がある。従って、清浄な酸化法として
加熱した純水を用いる方法は水素燃焼酸化より劣ってい
る。

水素燃焼法は高純度の水素ガス、および、酸素ガスを用
いれば、高純度の水蒸気を供給することができ、清浄な
酸化が可能である。また、供給する水素ガス、および、
酸素ガスを流量計により割りすることにより、水蒸気量
を高精度に制御することができる。

従来の水素燃焼法による酸化装置を第６図を参照して説
明する。石英管から反応ｆ（６０）内で、シリコンウェ
ハ（６２）を石英ボート上に垂直に並べて設置し、反応
管（６０）外周部に設置した抵抗加熱ヒータ（６１）に
より１反応管（６０）内の温度を劃−する。

水素ガスを供給管（６４）を通して酸素ガスを供給！　
（６５）を過して、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性
ガスを供給管（６６）を通して反応管（６０）に導入す
る。水素ガス導入口（６８）　Ｋで、酸素雰囲気中で水
素ガスを燃焼させ、発生する水蒸気および、酸素により
、シリコンウェハ（６２）は酸化される。

水素ガスを確実に着火させるには、ガス導入口（６８）
の雰囲気は８０％以上酸素ガスで占められている必要が
ある。酸素ガス濃度が低い場合、水素の着火が爆発的に
なりでしまい、危険を伴なう。

従って、従来の水素燃焼法では１反Ｚｆ（６０）内の酸
素分圧を低くしてシリコンウェハ（６２）を酸化下るこ
とはできない欠点かある。

以上の理由により、従来法では、不活性ガスにて、水蒸
気、酸素を希釈して、水素燃焼酸化することはできず、
水素燃焼法で均一性と再現性に優れた高品質の薄い酸化
膜を形成することは困難であった。

〔発明の目的〕

この発明は、従来の欠点を改良したもので水素燃焼法に
おいて、再現性と均一性の優れた高品質の薄いシリコン
酸化膜を形成する方法及び装置を提供することを目的と
下る。

〔発明の概要〕

本発明は、水素燃焼法によるシリコン酸化において、酸
素ガスｆＩ（少なくとも８０％以上占めるガス雰囲気中
に、水素ガスを導入し、水素ガスを確実に号火し、水素
燃・暁後、水素燃焼による発生する水澄気および酸素を
不活性ガスで希釈して、この希釈雰囲気でシリコンを酸
化下るものである。

即ち、本発明は水素燃焼法によるシリコン酸化において
、水素燃焼により生じた水蒸気を、アルゴン、窒素ガス
等の不活性ガスで希釈することにより、酸素分圧、水蒸
気分圧を低分圧にして、シリコンを酸化することを特徴
とした方法及び装はである。

〔発明の効果〕

（１）本発明によれば、水素燃焼酸化による酸化におい
て、水素ガスを確実に着火し、かつ、水素燃°尭により
発生する水蒸気を不活性ガスにて希釈し、水蒸気分圧及
び酸素分圧を低分圧にすることを可能にした。

（２）また本発明によれば、水素燃焼法による酸化法に
おいて、水素燃「尭により発生下る水蒸気を不活性ガス
で希釈した雰囲気でシリコンを１唆化Ｔることにより、
再現性と均一性に愛れた薄いシリコン酸化膜を形成する
ことができる。

（３）本詭明によれば、水素燃焼法による酸化法におい
て、水素燃焼により発生する水蒸気を不活性ガスで希釈
した雰囲気でシリコンを酸化することにより、絶縁破壊
耐圧に優れた高品質の７４いシリコン咳化膜を形成する
ことができる。

〔発明の実施列〕

本発明の詳細を実施列により説明する。

本発明の第一の夷弛列としてのシリコン酸化装置を第１
図に示す。

このシリコン酸化装置は１石英管からなる反応管（１０
）内に石英板よりなる隔壁（１７）を配置しである。こ
の隔壁（１７）により水素燃焼部（１８）とシリコン酸
化部を分離している。隔壁（１７）には中央部に１つの
穴１が設けられている。この場合、隔壁αの全体に均等
に多数の穴が設けられていてもよい。

水素燃焼部（１８）には、酸素供給管（１５）および。

水素供給管（１４）が接ぐ、されており、水素供給管（
１φは、水素燃焼部中央まで伸ばして設けである。

また、不活１生ガス供給管（１６）は、水素燃焼部を越
えて隔壁（１７）を頁通し、シリコン酸化室（１９）に
接着している。従って、不活性ガスは、直接、シリコン
酸化室（１９）に導入される。

また、反応管（１０）外周には、ヒータ（１１）が配置
され１反応管（１０）内の温度を制御する。シリコン酸
化室（１９）内に１石英ボート（【３）と、石英ボート
上に承直に文てられたシリコンウニ／（１３）が配置さ
れる。ヒータ（１１）として抵抗別熱ヒータを用いる。

水素燃焼室（１８）に酸素ガスを供給管（１５）を通し
て導入し、水素燃焼室（１８）自昇囲気の８０％以上酸
素で充満させて水素ガスを供給管（１４）より導入して
、ヒータ（１１）により制御された温度で水素ガスを着
火させ、燃焼させる。水素燃焼により発生する水蒸気は
、隔壁（１７）内の穴を通して、シリコン酸化室（１９
）に送られる。

このように本装雉は反応管（１０）内に隔壁（１７）を
設け、かつ、不活性ガス供給管（１６）をシリコン酸化
室（１９）まで伸ば丁ことにより、水素燃焼室内の水素
供給管出口付近は少なくとも、８０係以上酸素雰囲気に
して、水素を確実に着火し、かつ、シリコン酸化室には
、光分な不活性ガスを導入し、水素燃焼後１発生ずる水
蒸気を不活性ガスで希釈することを可能にした。

本＋＋Ｗにおいて、たとえば、雰囲気をアルゴンガス９
０係、水蒸気１条、酸素９壬として、９５０℃で２０分
、５インチウェハを酸化した場曾、シリコンウェハ中央
付近の膜厚が１０４Δ、上部が１０６Ａ、下部が１０３
へと均一性の優れた薄い戚化摸が形成できる。

１１お、この条件で、シリコン酸化をくり返すと膜厚の
ばらつきは、３％以内と再現性も関めて優れている。

また１本装置により、雰囲気として水蒸気１％。

酸素９係、アルコンガス９０　％トシ”Ｃ１９５０℃。

３０分、酸化した場合における酸化嗅の絶縁破壊耐圧ヒ
ストグラムを第４図に示す。また、ドライ酸化法により
形成した酸化頃の絶縁破壊耐圧ヒストグラムを第５１１
ｇＪに示す。第４図、第５図を比較すると、ドライ酸化
法より本方法による水蒸気酸化法は絶縁破壊耐圧に曖れ
た酸化嘆が形成でへることがわかる。

本発明の第二の実施例としてのシリコン酸化装置を第２
図に示す。

このシリコン酸化妥置は、ｅ、累供給管（２５）内部に
水素供給管（２４）を設ける二更管構造としたものであ
る。

ｄｉ供給管（２５）は、反応管（２０）内まで伸ばし、
酸疏供拾・庁（２５）内側に、水素燃焼部（２８）を設
けている。

また、不活性ガス供給管（２６）は１反応管（２０）に
接着して配置；イしである。

この構雀により、水素ガス導入口（２８）付近のず囲気
を８０％以上酸素ガスで充満し、水素を確実に着火し、
かつ、不活性ガスを反応管（２０）内に光分に導入し、
水素塩焼後５発生する水蒸気を不活性ガスで希釈下るこ
とを可能にした。

本発明のπ三の実施＜／１１としてのシリコン酸化５監
を罵３図に示す。

このシリコンロア化装・青を了、シリコンを酸化する第
１の反応管（３００）と独立に水素燃焼を行なり第２の
反応管（３１１）を設けている。

１だ、シリコンを酸化下る第１叉応′計（３００）外周
部ｉＣ箒１０反応！内部傾１里を判御する第１のヒータ
（３０１）−１１１配設″！几、さらに、水素燃・、尭
する嘉２の反応管（３１１）外周部に、第２の反応ｇ内
部の温度を制御する第２のヒータ（３１２）が配設され
ている。ヒータ（３０１）、（３１２）としては抵抗加
熱ヒータを用いる。

水素燃情を行なう−２の反応管（３１１）には、酸素ガ
ス供給管（３０５）と水素ガス供給管（３０４）カＳ接
着しており、￥ｆに水素がス供給管（３０４）は、第２
の反応管（３０８）内を篤２のヒータ（３０９）により
、最も高幅になる部５ｆ−１で貫通している。

また、不、古注ガス倶、袷％’　（３０６）はシリコン
を酸化下る反応管（３００）に直凄、接グしである。さ
らに水素燃焼を行なう嘉２の反Ｌ（、管（３１１）と、
シリコンを鷹化する第１の反応管（３００）は、細い供
給管（３１０）により、つながれている。

水上ガスを確実に着火するために、水素燃・、焼室であ
る醪２の反応台（３１１）の豚囲気は８０チ以上。

酸素ガスで充満され、水；にガス供給管（３０４）出口
付近の必要は第２のヒータ（３１２）により、９００℃
以上に制御ｇＩＴる。

このよりに１本装置は、水素燃焼する第２の反応管（３
１１）とシリコンを酸化する第１の反応管を独ユに設け
９反応管（３１１）内で水素・燃ａ洩、不活性ガスで希
釈することを可能にした。

さらに５本ｖ装置では、シリコン酸化ｓ度を制御する専
用の４１のヒータ（３０１）と、水素燃焼温度を制御す
る専用の耳２のヒータ（３１２）を設け、水素燃焼室と
シリコン酸化温度を独立に温度制御することも可ａ目で
ある。

上記実施列では、ヒータとして、抵抗力Ω熱ヒータを用
いたが、赤外線加熱等、他の熱源を用いることができる
ことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

（１図は、本発明による゛萼−の実施列としての酸化装
置の断面図、第２１図は、本発明に゛よる４二の実ｔＪ
ＦＵ列ξしての酸化膜ｊ（の所！＠図、第３刀は本発明
による第三の裏町列としての沼化支橡の゛Ｒ面図、第４
図は本発明による酸化法で酸化膜を形成した場合の絶縁
値ｊ＄１耐圧ヒストグラム、＠５図はドライ酸化法で酸
化膜を形成した場合の絶縁破礒耐圧ヒストグラム、第６
１１は従来の水素燃４法による酸化装置の断面図である
。１０・・・反応管、１１・・・１抗加熱ヒータ、１２・
・・シリコンウェハ、１３・・・石英ボート、１４・・
・水素ガス供給管、１５・・・酸素ガス供給管、１６・
・・不活・注ガス供給管、１７・・・隔壁、１８・・・
水系燃焼部。１９・・・シリコン酸化室、３１０・・・水Ａ気供給ｇ
、３１１・・・水素燃゛暁用反応管、３１２・・・抵抗
加熱ヒータ。代理人　弁理±　　１［近　憲　右同　　　　　竹　花　喜久男第１図第２図第ａ図ブし−クダラ−ｚ？−ｑ　　（ＭＶ／ｃｙｎ）第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水素ガスを燃焼することにより発生する水蒸気を
用いて、シリコンを酸化する方法において、酸素ガスが
少なくとも、８０％以上占める雰囲気中に、水素ガスを
導入して、該水素ガスを燃焼し、生成する水蒸気および
酸素を不活性ガスで希釈して、この希釈した雰囲気にて
シリコンを酸化することを特徴とするシリコン酸化膜形
成方法。
（２）水素ガスを酸素により燃焼する室と、この室から
得られる水蒸気および酸素を不活性ガスで希釈した雰囲
気中にて、シリコンを酸化する室とを具備したことを特
徴とするシリコン酸化膜形成装置。