JP2013125837A - 半導体装置の製造における熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る熱処理方法は、SiC基板上に形成されたSiO2膜の熱処理方法であって、H2Oガス雰囲気において、SiO2膜を851℃以上867℃以下で一定時間保持する工程を備える。
【選択図】図2
Description
本発明における、SiO2膜を改質するための半導体装置の製造における熱処理方法は、以下の絶縁膜に対して行われる。すなわち、SiC基板上に熱酸化により形成されたSiO2熱酸化膜(以後、これを熱酸化膜と呼ぶ。)、SiC基板上にCVD法により形成されたCVD−SiO2膜(以後、これをCVD酸化膜と呼ぶ。)、熱酸化膜を熱窒化したSiON膜、CVD酸化膜を熱窒化したSiON膜、もしくは、SiC基板を直接熱酸窒化することにより形成したSiON膜に対して行われる。なお、SiON膜に関しては、実施の形態5及び実施の形態6で後述する。
本実施の形態においては、SiC基板上に形成する絶縁膜として、SiO2膜を考える。また、全ての工程において、不活性ガスとして、N2ガスを用いる。
まず、SiO2膜形成工程について説明する。SiC基板1上にSiO2膜2aを形成する方法として、熱酸化法もしくはCVD法が用いられる。
851℃の高温でSiO2膜を形成した場合、次のプロセスに進む前に、酸化膜形成装置や熱窒化装置、もしくは熱酸窒化装置から取り出すためには、室温から100℃程度の温度範囲まで冷却する工程が必要である。第2〜第4の工程、即ち、1回目の熱処理工程、融剤除去工程、および2回目の熱処理工程は、この冷却工程に関するものである。
次に、融剤除去工程として、SiO2膜2b中に残留するH2Oを取り除くために、炉内雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替える。本工程では、不活性ガスとして、N2ガスを用いるが、N2ガスの他に、Ar、He、Kr、若しくはXeガス、又はこれらの混合ガスを用いてもよい。また、前記不活性ガスの減圧雰囲気や真空でもよい。なお、温度範囲は、851℃以上867℃以下であればよい。
次に、2回目の熱処理工程について説明する。融剤除去工程終了後、毎分100℃の速度で冷却を再開する。573℃以下では、質量密度の上限が2.7g/cm3となるため、550℃以上573℃以下の温度範囲を通過する際、質量密度が増加する。なお、このときに時間をかける程、質量密度は2.7g/cm3に近づく。本実施の形態では、生産性の観点から、毎分100℃の速度で冷却を行ったが、550℃以上573℃以下の温度範囲では、冷却速度を毎分100℃よりも小さく、例えば、毎分15℃まで小さくすることで、質量密度を2.7g/cmにより近づけることができる。SiO2膜2dの温度が室温から100℃程度になれば装置の外に取り出す。
1回目の熱処理工程及び2回目の熱処理工程により、SiO2膜の質量密度が増加する理由を説明する。図3は、SiO2の結晶形の相図である。図3によると、大気圧下において、1713℃を境に溶融SiO2からβ−Cristobaliteへの転移が起こる。また、1470℃を境にβ−Cristobaliteからβ−Tridymiteへの転移が起こる。また、867℃を境にβ−Tridymiteからβ−Quartzへの転移が起こる。また、573度を境にβ−Quartzからα−Quartzへの転移が起こる。
上述したように、β−Quartzからα−Quartzへの結晶構造の転移は、Si−O共有結合が保たれたまま起こるので、転移の際に融剤を必要としない。この転移の際に、SiO2中に融剤としてのH2Oが多量に残留していると、転移の妨げになるので好ましくない。
本実施の形態における熱処理方法は、SiC基板1上に形成されたSiO2膜2aの熱処理方法であって、H2Oガス雰囲気において、SiO2膜2aを851℃以上867℃以下で一定時間保持する工程を備える。この工程により、質量密度が2.5g/cm3のSiO2膜2bが得られる。従って、酸素欠損が少なく、従来技術1及び従来技術2よりも質量密度の高いSiO2膜が得られるので、従来技術1及び従来技術2よりもSiO2膜の絶縁特性が向上する。また、本実施の形態における熱処理方法は、高圧を必要としないので、従来技術1と比較して、実施が容易である。
図8は本実施の形態に係るSiO2膜の熱処理方法の処理時間に対する温度と雰囲気のプロファイルを示す図である。
図9は本実施の形態に係るSiO2膜の熱処理方法の処理時間に対する温度と雰囲気のプロファイルを示す図である。
実施の形態1〜3では、H2Oガスを用いた熱酸化法によって、SiC基板上に熱酸化膜を形成したが、本実施の形態では、CVD法を用いて、SiC基板上にCVD酸化膜を形成する点で異なる。それ以外の工程は、実施の形態3と同じであるので、説明を省略する。
実施の形態1〜4では、SiO2膜に対して、各熱処理工程を行ったが、本実施の形態では、SiO2膜を熱窒化して、SiON膜を形成してから、各熱処理工程を行う。
実施の形態1〜5では、まず、SiC基板上にSiO2膜を形成してから、熱処理を行ったが、本実施の形態では、SiO2膜の替わりに、SiC基板上にSiON膜を直接形成してから、熱処理を行う。
実施の形態1〜6では、SiO2膜又はSiON膜の形成温度から、直接851℃以上867℃以下の範囲に炉内温度を変更して、1回目の熱処理工程、融剤除去工程、および2回目の熱処理工程を行ったが、SiO2膜又はSiON膜の形成温度から、一旦851℃以下、例えば、100℃程度に温度を下げた後、再び851℃以上867℃以下の温度範囲に昇温した後に、各工程を行っても同様の改質効果が得られる。
Claims (8)
- SiC基板上に形成されたSiO2膜の熱処理方法であって、
(a)H2Oガス雰囲気において、前記SiO2膜を851℃以上867℃以下で一定時間保持する工程を備える、
半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記工程(a)の後に、
(b)不活性ガス雰囲気、不活性ガスの減圧雰囲気、又は真空雰囲気において、前記SiO2膜を851℃以上867℃以下で一定時間保持する工程をさらに備える、
請求項1に記載の半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記工程(b)の後に、
(c)不活性ガス雰囲気、不活性ガスの減圧雰囲気、又は真空雰囲気において、前記SiO2膜を550度以上573℃以下で一定時間保持する工程をさらに備える、
請求項2に記載の半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記SiO2膜は、
H2Oガス又はO2ガスにより前記SiC基板を熱酸化して形成される膜、
もしくは、前記SiC基板に化学気相成長法を用いることにより形成される膜である、
請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記工程(a)の前に、
(d)前記SiO2膜を、N2O、NO、又はNH3ガスにより熱窒化する工程をさらに備える、
請求項1に記載の半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記SiO2膜に替えてSiON膜を用いる、
請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記工程(b)において、前記不活性ガスは、N2、Ar、He、Kr、又はXeガス、もしくはこれらの混合ガスである、
請求項2に記載の半導体装置の製造における熱処理方法。 - 前記工程(c)において、前記不活性ガスは、N2、Ar、He、Kr、又はXeガス、もしくはこれらの混合ガスである、
請求項3に記載の半導体装置の製造における熱処理方法。
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