JPS6246532A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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］ この発明は半導体装置の製造方法に関し、更に詳細には
、従来方法よりも積層欠陥の発生が少なく■つバーズビ
ークの発生を抑制することができ、しかも膜厚が３００
ｎｍ以上の厚い熱酸化膜を比較的高いスルーブツトで形
成することができる熱酸化膜の形成方法に関するもので
ある。

［発明の技術的背景］ シリコン半導体基板の表面に熱酸化膜を形成させるため
の酸化法には種々の方法があり、たとえば、常圧水蒸気
雰囲気による方法、高圧水蒸気雪囲気による方法、乾燥
酸素雰囲気による方法、ＨＣＩを含む乾燥酸素雰囲気に
よる方法等が知られている。　これらの方法のうち、従
来Ｉ１１も古くから使用されてきたのは乾燥酸素雰囲気
を用いる方法であったが、この方法は酸化速度が遅いた
め、膜厚の厚い酸化膜を形成する場合、スルーブツトが
低くなるという欠点があった。　特に、最近では、ＭＯ
３ＬＳＩ等の高集積化が進んで索子分離が酸化膜分離法
に変ってきているので素子分１８１１膜として膜厚の厚
い熱酸化膜を能率よく形成する必要性が高くなっている
が、乾燥酸素雰囲気による熱酸化膜形成方法は油記理由
により素子分Ｍ膜の如き厚い熱酸化膜の形成には不適で
あることがわかっている。

従って、従来は、たとえば素子力１！ｌｌＩ！Ｊの如き
膜厚の厚い（たとえば３００ｎｍ以上の膜厚の）熱酸化
膜を形成する場合には、酸化速度の大きい、常圧水蒸気
雰囲気による酸化方法が用いられてきた。

第３図は、各種酸化法による酸化速度を比較表示した図
である。　同図において、Ａは常圧水蒸気雰囲気におけ
る酸化速度、Ｂは１００％乾燥酸素雰囲気における酸化
速度、Ｃは）−１０＋を３％含んだ乾燥酸素雰囲気にお
ける酸化速度を表している。

第３図に示すように、常圧水蒸気雰囲気を用いる酸化法
は他の二つの酸化法にくらべて酸化速度が速いため、３
００ｎｍ以上の厚い酸化膜を能率よく形成することがで
き、従って、膜厚の厚い熱酸化膜を形成しても比較的高
いスループットを維持することができる。

しかしながら、シリコン基板を酸化する場合には、酸化
に伴って発生する結晶欠陥の問題についても十分に考慮
しなければならない。

よく知られているようにシリコン基板を酸化した場合、
シリコン基板内には酸化に伴って誘発される積層欠陥（
Ｏｒｉｄａｔｉｏｎ　　１ｎｄｕｃｅｄ　　Ｓ　ｔａｃ
ｋ　−１ｎａ　　Ｆａｕｌｔ、以下にはＯ８Ｆと略記す
る）が形成されることは避【プられないが、Ｏ８Ｆが生
じると半導体素子の特性が劣化したり、素子歩留りが低
下するので、シリコン基板を酸化する場合にはできるだ
ＧフＯ８Ｆの発生が小さくなるような酸化方法を選択す
ることが必要である。　たとえばＣＯＤ　（電荷結合素
子）の如き画像素子の場合、酸化工程でＯ８Ｆが生じる
と、このＣＯＤを組み込んだ搬像機器で画像再生を行っ
た時に画像上に白点が生じる等の現象が起こるため、Ｃ
ＣＤ用の半導体幕板の酸化工程ではＯ８Ｆの発生をでき
るだけ抑制できるような酸化法を採用しなければならな
い。

従来、種々の酸化法に関する研究が行われているが、そ
れによると、各種の酸化方法について次のような事実が
明らかにされている。

（ｉ）　　Ｏ８Ｆの長さは、酸化時間が良い程、また酸
化温度が高い程、長くなる。［Ａ、Ｌ、Ｌｉｎ。

ｅｔ　ａｔ　、、　Ｊ、　−Ｅ　ｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ
、　３ｏｃ、　　ｖｏｌ、１２８゜１１２１　（１９８
１）］ （ｉｉ）　　常圧水蒸気雰囲気による酸化よりも乾燥酸
素雰囲気（常圧）による酸化の方がＯ８Ｆの発生密度は
少ない。

第４図はこの事実を示したものであり、三種の酸化法、
すなわち、（ａ　）常圧乾燥酸素雰囲気による酸化法と
、（ｂ）３０気圧の高圧水蒸気雰囲気による酸化法と、
（Ｃ）常圧水蒸気雰囲気による酸化法とをそれぞれ１０
００℃で実施してシリコン基板上に膜厚１μｍの酸化膜
を形成した場合の各酸化法におけるＯ８Ｆ発生密度を表
示したものである。

（ｉｉｉ　）　　高圧雰囲気での酸化はＯ８Ｆの発生を
抑制する。

これは第４図に示したように、（ｂ）高圧水蒸気雰囲気
での酸化では（Ｃ）常圧水蒸気雰囲気での酸化よりもは
るかにＯ８Ｆの発生密度が低いという事実から証明され
る。　これは、高圧雰囲気による酸化では、酸化膜の成
長が速く、特に高圧水蒸気雰囲気においては酸化膜の成
長が非常に速いので、Ｏ８Ｆの発生核がＯ８Ｆに成長す
る前に酸化膜中に取り込まれてしまうからである。

（ｉｖ）　　高圧雰囲気、特に高圧水蒸気雰囲気での酸
化は前記したように酸化膜の成長が非常に速いため、ス
ルーブツトの点ですぐれている。

（Ｖ）　　ＨＣＩを含む乾燥酸素雰囲気での酸化法を行
うとＯ８Ｆの長さが短くなる。

（ｖｉ）　　高圧水蒸気雰囲気での酸化を実施する場合
は密閉容器内にシリコン基板を密封した状態で行われて
いるが、酸化の進行に伴って密閉容器内の酸素分圧が減
少してくるため酸化時間が刻々と変化してしまい、その
うえ膜厚の成長も速いので膜厚を制御することが極めて
難しくなる。

（ｖｉｉ　）　　高圧水蒸気雰囲気で低温酸化すると、
Ｏ８Ｆの長さを短く覆ることができる反面、低温酸化で
素子分離用酸化膜を形成すると素子部分のマスクとなる
シリコン窒化膜の下に５ｉ０２Ｆａが食い込みやすくな
り、その結果、バーズビークの長さが長くなるという現
象が起こってくる。゛　このため、フィールド領域が太
き（なって集積度が低下することになり、また短チャネ
ルのＭＯＳデバイスの場合チャネル長を制御することが
むずかしくなる。

［背ｍ技術の問題点］ 前記のように、公知の種々の酸化法には長所もあれば短
所もあり、従って、従来、素子分離膜等の酸化膜形成に
採用されてぎた常圧水蒸気雰囲気による酸化法も満足す
べきものではないことは明らかである。　すなわち、常
圧水蒸気雰囲気による酸化方法はＯ８Ｆの発生が多く、
従って素子特性を低下させたり、或いは歩留り低下を生
じさせるという大きな欠点があった。

一方、他の公知の酸化方法においても前記したように長
所もあるが、短所も無視できるものではなかった。

［発明の目的］ この発明の目的は、○ＳＦの発生密度が小さく、且つバ
ーズビークを小さくすることができるとともに比較的高
いスルーブツトで３００ｒ＋ｍ以上の厚い熱酸化膜を形
成することのできる半導体装置の製造方法（すなわら、
熱酸化膜の形成方法）を提供することである。

［発明の概要］ 本発明の方法は、高圧水蒸気を含む酸化性雰囲気におい
てシリコン基板を酸化することにより、そしてこの場合
特に比較的低温の条件を採用することにより、該基板の
表面に１１００ｎ　Ｊ’１．上の膜厚の酸化膜を形成し
た後、該基板の周囲の雰囲気を常圧水蒸気雰囲気に変化
させて連続的に酸化を行うことにより、Ｒ１？的に膜厚
３ｏｏｎｍ以上の熱酸化膜を形成することを特徴とする
ものである。　このような本発明方法においては、酸化
工程の前半と後半で雰囲気を変えて連続的に酸化を行っ
ているので、前半の工程でＯ８Ｆの発生核を酸化膜中に
取り込んで最終的に得られる酸化膜のＯ８Ｆ密度を小さ
くすることができ、しかも酸化速度もかなり大きいため
比較的大きなスループットが（ｑられる。　また、本発
明方法の後半は低温酸化ではないためバーズビークの成
長を抑制することができ、従って、素子間領域の狭い高
密度半導体装置を形成することができる。

［発明の実施例］ 以下に本発明方法の実施例について説明する。

表面の結晶方位が（１００）で比抵抗２〜３Ω・ｃｍの
Ｎ型シリコンの半導体基板を、まず、８５０℃。

１５気圧の水蒸気雰囲気中で酸化して膜厚１１００ｎの
熱酸化膜を形成した。　この場合、装置として第２図に
示すカプセル型高圧酸化装置を用いた。

第２図において、１は石英製のカブビル、２はボート、
３は半導体基板、４は純水を入れた容器、５は炉体、６
は加熱用コイルである。

カプセル１内に半導体基板３及びボート２を収容すると
ともに水の入った容器４を入れて密封し、該カプセル１
を炉体５内に入れて炉体５を加熱すれば該容器４内の水
がカプセル内に蒸発し、カプセル１内は容易に８５０℃
、１５気圧の状態になる。

このようにして、半導体基板３の表面に１００ｎｌｌｌ
の熱酸化膜を形成した後、カプセル１の弁（図示せず）
を少し開いてカプセル内の圧力を低下させる。

その結果、カプセルの内圧が常圧にまで低下したら、そ
れと同時にｈブセル内温度が１０００℃になるように昇
温させ、以（９、常圧で１０００℃の状態を保つことに
よって最終的に酸化膜の膜厚が３００ｎｍに達するまで
膜形成を行った。

一方、前記の如き本発明方法とは別に、従来の方法（１
ｏｏｏ℃、常圧水蒸気雰囲気での酸化方法）により、半
導体基板の表面に膜厚３００ｎｍの熱酸化膜を形成した
。

そして、本発明方法で熱酸化膜を形成した半導体基板と
従来方法で熱酸化膜を形成した半導体基板とについて、
Ｏ８Ｆのａ察を容易にするため更に１０００℃の乾燥酸
素雰囲気中で２０時間酸化した後、両者の熱酸化膜を弗
酸で溶解除去し、更にライトエツチングして両者のＯ８
Ｆ密度を観測した。

第１図は両者のＯ３Ｆ密度を比較表示したものであり、
同図において、Ｄは本発明方法によって熱酸化膜を形成
した半導体基板のＯ３Ｆ密度、Ｅは従来方法によって熱
酸化膜を形成した半導体基板のＯ８Ｆ密度である。

同図から明らかであるように、本発明方法で熱酸化膜を
形成すると、従来方法で熱酸化膜を形成した場合よりは
るかに○ＳＦ密度が小さくなることがわかる。　すなわ
ち、本発明方法による場合、○ＳＦ密度は平均１個／　
ａｍ２程度であるのに対し、従来方法による場合は平均
１０個／ｃｍ２程度であり、従って、本発明の方法によ
れば、Ｏ８Ｆの発生を茗しく少なくすることができる。

一方、酸化速度に関して本発明方法と従来方法とを比較
しても、最初の１１００ｎの厚さの酸化膜形成に要する
時間は本発明方法では約５分を要するのに対し、従来方
法では約１０分を要し、従って本発明方法の方が早く、
また全工程（すなわら３００ｎｍの全映厚を形成するの
に必要な）の時間でも本発明方法の方がわずかに短かっ
た。　従って、本発明方法は従来方法よりもやや大きな
スルーブッ１〜が１５られることかわかった。

なお、本発明方法の前半工程において（すなわち高圧水
蒸気を含む酸化性雰囲気に）１ｃ１を数％含ませておく
と、Ｏ３Ｆの発生密度を更に小さくできることも確認さ
れた。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の方法によれば、従来方法よりも
Ｏ８Ｆ密度を小さくできるとともにバーズビークを抑制
することができ、しかも、従来方法よりもスルーブツト
を大きくできるという効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法で熱酸化膜を形成した半導体基板の
Ｏ８Ｆ密度と従来方法で熱酸化膜を形成した半導体基板
のＯ８Ｆ密度とを比較表示した図。 第２図は本発明方法の実施に使用した公知の熱酸化膜形
成装置の概略図、第３図は従来公知の各種の酸化方法の
酸化速度を示した図、第４図は従来の各種酸化方法にお
けるＯ８Ｆ密度を比較表示した図である。 １・・・カプセル、　２・・・ボート、　３・・・半導
体基板、　４・・・容器、　５・・・炉体、　６・・・
加熱用コイル。 第１図 第２図 酸化時間Ｃ分） 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体基板を高圧水蒸気を含む酸化性雰囲気中で少
   なくとも膜厚が１００ｎｍになるまで酸化した後、前記
   高圧水蒸気を含む酸化性雰囲気を常圧水蒸気を含む酸化
   性雰囲気に変えて連続的に酸化を行うことにより、膜厚
   ３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。 ２　高圧水蒸気を含む酸化性雰囲気がＨＣｌガスを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置の製造方法。