JPH0242725A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0242725A JPH0242725A JP19271688A JP19271688A JPH0242725A JP H0242725 A JPH0242725 A JP H0242725A JP 19271688 A JP19271688 A JP 19271688A JP 19271688 A JP19271688 A JP 19271688A JP H0242725 A JPH0242725 A JP H0242725A
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高集積微細MOSデバイスの製造方法に係り、
特に耐放射線、耐ホツトキャリア現象に対して優れた半
導体装置の製造方法に関する。
特に耐放射線、耐ホツトキャリア現象に対して優れた半
導体装置の製造方法に関する。
従来の報告例によれば、耐放射線特性、耐ホツトキャリ
ア特性の優れたゲート絶縁膜が、常圧下での乾燥酸化中
あるいは酸化前のSiの表面にF又はClを適当な量導
入することによって得られることが示されている。
ア特性の優れたゲート絶縁膜が、常圧下での乾燥酸化中
あるいは酸化前のSiの表面にF又はClを適当な量導
入することによって得られることが示されている。
これらの報告の例としては1例えば、アイ・イー・イー
・イー、エレクトロンデバイス レター第9巻(198
8年)第38頁から40頁(IE[1EIElectr
on Device Letter、 EDL−9(1
988)。
・イー、エレクトロンデバイス レター第9巻(198
8年)第38頁から40頁(IE[1EIElectr
on Device Letter、 EDL−9(1
988)。
pp38−40)において論じられている。
上記従来技術はlMOSトランジスタのゲート絶縁膜の
信頼性向上を目的としている。したかつ\ 1て、酸化膜は乾燥(ドライ)酸化法によって形成され
た500Å以下の簿膜であって、MOSデバイスのアイ
ソレーション等で必要とされる5000人−1μm程度
の厚膜を形成できる水蒸気中での酸化(ウェット)法に
ついてハロゲンの効果については配慮されていなかった
。
信頼性向上を目的としている。したかつ\ 1て、酸化膜は乾燥(ドライ)酸化法によって形成され
た500Å以下の簿膜であって、MOSデバイスのアイ
ソレーション等で必要とされる5000人−1μm程度
の厚膜を形成できる水蒸気中での酸化(ウェット)法に
ついてハロゲンの効果については配慮されていなかった
。
Siデバイスにおいては浅接合化が必要であるが、その
さい、Siデバイスの製造工程における熱処理温度を低
く抑えることも重要になってきた。
さい、Siデバイスの製造工程における熱処理温度を低
く抑えることも重要になってきた。
従来の大気圧中の酸化法に比べて、高圧の酸素ガス中で
酸化することにより、酸化速度を増大させる方法(高圧
酸化法)がある。この高圧酸化方法によって、低温でも
MOSデバイスの実現に必要な酸化膜厚を得ることがで
きる。
酸化することにより、酸化速度を増大させる方法(高圧
酸化法)がある。この高圧酸化方法によって、低温でも
MOSデバイスの実現に必要な酸化膜厚を得ることがで
きる。
この高圧酸化法におけるハロゲンの効果についても配慮
されていなかった。
されていなかった。
本発明の目的は、MOSデバイス中等のアイソレーショ
ン等で必要とされる高信頼性のウェット酸化膜や低温で
形成できる高圧酸化膜を製造することにある。
ン等で必要とされる高信頼性のウェット酸化膜や低温で
形成できる高圧酸化膜を製造することにある。
上記目的は、ウェット酸化膜または高圧酸化膜と基板S
iとの界面に微量のハロゲンを8人することにより、達
成される。
iとの界面に微量のハロゲンを8人することにより、達
成される。
絶縁膜とSiとの界面の信頼性は、この絶縁膜(通常は
5iOz)とSiの結合の格子不整合による歪に大きく
依存すると考えられる。この歪を持つ界面での5i−0
結合は、放射線ダメージ。
5iOz)とSiの結合の格子不整合による歪に大きく
依存すると考えられる。この歪を持つ界面での5i−0
結合は、放射線ダメージ。
ホットキャリア注入で生ずる欠陥の該Si/SiO2界
面に拡散により切断される。この切断された結合によっ
て、界面準位、固定電荷トラップ中心などが形成される
ことが知られている。これに対して、Siと結合力の強
いF、CI2などのハロゲン元素をSi/SiOx界面
に適当な量導入することによって、この界面での歪を緩
和することができ、これによって高信頼のSi/SiO
x界面を形成できると考えられる。
面に拡散により切断される。この切断された結合によっ
て、界面準位、固定電荷トラップ中心などが形成される
ことが知られている。これに対して、Siと結合力の強
いF、CI2などのハロゲン元素をSi/SiOx界面
に適当な量導入することによって、この界面での歪を緩
和することができ、これによって高信頼のSi/SiO
x界面を形成できると考えられる。
本発明によって、ドライ酸化膜が確かめられていた、ハ
ロゲン導入によるS i / S i O2の信頼性の
向上が、ウェット酸化法によって形成されたSi/Si
Oxの界面においても同様に起こることが明らかになっ
た。
ロゲン導入によるS i / S i O2の信頼性の
向上が、ウェット酸化法によって形成されたSi/Si
Oxの界面においても同様に起こることが明らかになっ
た。
以下、実施例によって、本発明の概念を詳細に説明する
。
。
(実施例1)
本実施例においては、本発明の効果を明確に示すために
、従来法を用いて形成した酸化膜と本発明を用いた絶縁
膜とを形成して、キャパシタを作り、耐ホツトキャリア
特性を調べた。
、従来法を用いて形成した酸化膜と本発明を用いた絶縁
膜とを形成して、キャパシタを作り、耐ホツトキャリア
特性を調べた。
従来技術を用いたMOSキャパシタは例えば、Si基板
の洗浄後に1000℃の乾燥酸素中で約50分酸化して
約500人のドライ酸化膜を形成したのち、1000℃
の水蒸気を含む酸素中で約30分酸化して合計約500
0人の酸化膜を形成した。
の洗浄後に1000℃の乾燥酸素中で約50分酸化して
約500人のドライ酸化膜を形成したのち、1000℃
の水蒸気を含む酸素中で約30分酸化して合計約500
0人の酸化膜を形成した。
一方、本発明の方法を用いたMOSキャパシタは、Si
基板の洗浄後に、この基板を2.5%の弗化水素酸の水
溶液に約5分間侵し、そのまま乾燥させる。そのさい、
このSi基板の表面には、多量の弗素が吸着されている
。このSi基板を1000℃の乾燥雰囲気で50分間酸
化して500人の酸化膜を形成する。さらに、この50
0人の弗素を導入したドライ酸化膜を1000℃の水蒸
気を含む酸素中で約30分酸化することによって合計約
5000人の膜厚の酸化膜を形成する。
基板の洗浄後に、この基板を2.5%の弗化水素酸の水
溶液に約5分間侵し、そのまま乾燥させる。そのさい、
このSi基板の表面には、多量の弗素が吸着されている
。このSi基板を1000℃の乾燥雰囲気で50分間酸
化して500人の酸化膜を形成する。さらに、この50
0人の弗素を導入したドライ酸化膜を1000℃の水蒸
気を含む酸素中で約30分酸化することによって合計約
5000人の膜厚の酸化膜を形成する。
上記の方法によって
i)通常のドライ酸化膜500人
ii)ドライ+ウェット酸化膜5000人1ii)ウェ
ット酸化膜5000人 iy)フッ素を含むドライ酸化膜500人V)フッ素を
含むドライ+ウェット酸化膜5000人 の5種類の膜を形成して、この絶縁膜(SiO2)上に
AQ組電極形成してキャパシタを作成し、そのホットキ
ャリア注入による界面準位の発生量を比較した。
ット酸化膜5000人 iy)フッ素を含むドライ酸化膜500人V)フッ素を
含むドライ+ウェット酸化膜5000人 の5種類の膜を形成して、この絶縁膜(SiO2)上に
AQ組電極形成してキャパシタを作成し、そのホットキ
ャリア注入による界面準位の発生量を比較した。
ホットキャリア注入は、Si基板から酸化膜中に電子を
注入するF−Nトンネル法で行った。電流密度は6 x
10””A/ciで、注入時間は200秒である。界
面準位の測定は、高周波(I M Hz )と準静的容
量−電圧測定により行った。
注入するF−Nトンネル法で行った。電流密度は6 x
10””A/ciで、注入時間は200秒である。界
面準位の測定は、高周波(I M Hz )と準静的容
量−電圧測定により行った。
第1図に、ホットキャリア注入後に発生した界面準位密
度のSiのバンドキャップ中での分布を、比較して示す
。第1図の1は弗素を含まない500人の膜厚のドライ
酸化膜、2は弗素を含まない5000人の膜厚のドライ
+ウェット酸化膜、3は弗素を含まない5000人のウ
ェット酸化膜、4は弗素を含む500人のドライ酸化膜
、5は本発明の実施例の弗素を含む500人の膜厚のド
ライ+ウェット酸化膜をそれぞれ示す。
度のSiのバンドキャップ中での分布を、比較して示す
。第1図の1は弗素を含まない500人の膜厚のドライ
酸化膜、2は弗素を含まない5000人の膜厚のドライ
+ウェット酸化膜、3は弗素を含まない5000人のウ
ェット酸化膜、4は弗素を含む500人のドライ酸化膜
、5は本発明の実施例の弗素を含む500人の膜厚のド
ライ+ウェット酸化膜をそれぞれ示す。
1と4を比較するとすでに知られているように、弗素を
含むドライ酸化膜の界面準位の発生量が、弗素を含まな
いドライ酸化膜の約1/1oになっている。5の弗素を
含むドライ+ウェット酸化膜は、4の弗素を含むドライ
酸化膜に比べて、やや界面準位の量が多くなっているが
、これは、ウェット酸化によって、酸化膜中に水素や水
酸基が導入されたためと考えられる。しかし、2,3の
ドライ+ウェット酸化膜、ウェット酸化膜に比較すると
本発明の方法によって形成した。5の酸化膜の信頼性の
高さが極めて著るしいことが明らかとなる。
含むドライ酸化膜の界面準位の発生量が、弗素を含まな
いドライ酸化膜の約1/1oになっている。5の弗素を
含むドライ+ウェット酸化膜は、4の弗素を含むドライ
酸化膜に比べて、やや界面準位の量が多くなっているが
、これは、ウェット酸化によって、酸化膜中に水素や水
酸基が導入されたためと考えられる。しかし、2,3の
ドライ+ウェット酸化膜、ウェット酸化膜に比較すると
本発明の方法によって形成した。5の酸化膜の信頼性の
高さが極めて著るしいことが明らかとなる。
なお、本実施例において、ドライ酸化+ウェット酸化と
いうやや複雑な酸化工程を用いたが、このドライ酸化工
程を省略して、直接ウェット酸化中に弗素を導入しても
、まったく同等の効果が得られた。このドライ+ウェッ
ト法によって本発明を応用するさいには、通常ゲート絶
縁膜として用いる薄いドライ酸化膜にも弗素を導入する
ことによって、高信頼性のデバイスが形成できるためで
ある。
いうやや複雑な酸化工程を用いたが、このドライ酸化工
程を省略して、直接ウェット酸化中に弗素を導入しても
、まったく同等の効果が得られた。このドライ+ウェッ
ト法によって本発明を応用するさいには、通常ゲート絶
縁膜として用いる薄いドライ酸化膜にも弗素を導入する
ことによって、高信頼性のデバイスが形成できるためで
ある。
(実施例2)
上記の実施例1に比べてさらに制御性の良いFの酸化膜
中への導入法の一つにNFa酸化法がある。
中への導入法の一つにNFa酸化法がある。
この方法において、ウェット酸化の初期にN F aガ
スの02中での濃度が0.05% となるようにして、
流し、このN F aガスの4入を行なっている時間を
変えて、酸化膜中のFの量を調節した。
スの02中での濃度が0.05% となるようにして、
流し、このN F aガスの4入を行なっている時間を
変えて、酸化膜中のFの量を調節した。
第2図は、ホットキャリア注入によって発生した界面準
位の密度(ミツドギャップより高エネルギー側にあるピ
ークの高さ)を、NFaガス導入時間の関数として示し
たものである。界面準位密度は、NFa導入時間が10
0秒以下で著しく減少する。また、この界面準位の少な
い領域は、NF3ガス感度(%)とNFa導入時間の積
が5%X秒以下に現れることがさらに一般的に明らかと
なった。
位の密度(ミツドギャップより高エネルギー側にあるピ
ークの高さ)を、NFaガス導入時間の関数として示し
たものである。界面準位密度は、NFa導入時間が10
0秒以下で著しく減少する。また、この界面準位の少な
い領域は、NF3ガス感度(%)とNFa導入時間の積
が5%X秒以下に現れることがさらに一般的に明らかと
なった。
本実施例では、NFaは、ウェット酸化中に導入したが
、このN F sはドライ酸化中に導入して、さらにウ
ェット酸化工程を導入してもまったく同等の効果が得ら
れる。
、このN F sはドライ酸化中に導入して、さらにウ
ェット酸化工程を導入してもまったく同等の効果が得ら
れる。
上記の2つの実施例1と2において、酸化膜中にFを導
入する方法について述べたが、はとんど同等な効果が塩
素(Cl)を導入することによっても得られた。以下、
WN単に説明する。
入する方法について述べたが、はとんど同等な効果が塩
素(Cl)を導入することによっても得られた。以下、
WN単に説明する。
ウェットあるいは、ドライ酸化中にトリクロルエタンC
xHsCla(通称TCA)を導入するさいには、02
中のTCAの濃度と導入時間との積が。
xHsCla(通称TCA)を導入するさいには、02
中のTCAの濃度と導入時間との積が。
1000℃の酸化温度においては、30%・秒以下で界
面準位の著しい減少が認められた。
面準位の著しい減少が認められた。
また、HClガス導入によってClを酸化膜中に導入す
るさいには、02中のHClの濃度とこのHClガスの
酸化炉中への導入時間との積が10%・秒以下とするこ
とによって著しい界面準位の低下が実現する。なお1本
実施例中で示した酸化は大気圧下で行った。
るさいには、02中のHClの濃度とこのHClガスの
酸化炉中への導入時間との積が10%・秒以下とするこ
とによって著しい界面準位の低下が実現する。なお1本
実施例中で示した酸化は大気圧下で行った。
また、本実施例と同様な効果は、F、Clの代りに同じ
ハロゲン族のBr、Iを用いても期待できる。
ハロゲン族のBr、Iを用いても期待できる。
なお1本発明によって、界面準位の減少効果のみではな
く、さらに、絶縁膜中の固定電荷も少なくすることがで
きた。
く、さらに、絶縁膜中の固定電荷も少なくすることがで
きた。
また、本実施例において、ホットキャリア法によって5
iOz/Si 系の信頼性の評価を行ったが、まった
く同等な効果が、X線、電子線照射による界面準位の発
生過程においても確認された。
iOz/Si 系の信頼性の評価を行ったが、まった
く同等な効果が、X線、電子線照射による界面準位の発
生過程においても確認された。
また1本実施例において、ウェット酸化は水蒸気を含む
酸素による酸化法を用いた結果を示したが、本発明の実
施例とまったく同等の効果が、H2と02を酸化炉に導
入して酸化を行なうパイロジェニック酸化法においても
確認された。
酸素による酸化法を用いた結果を示したが、本発明の実
施例とまったく同等の効果が、H2と02を酸化炉に導
入して酸化を行なうパイロジェニック酸化法においても
確認された。
(実施例3)
上記のウェット酸化膜にF、Clを導入する方法に加え
て、ここでは、乾燥酸素中で行なうシリコンの高圧酸化
においても実施例1,2と同様な改善効果があったので
照合する。
て、ここでは、乾燥酸素中で行なうシリコンの高圧酸化
においても実施例1,2と同様な改善効果があったので
照合する。
本発明の方法を用いたMOSゲート酸化膜は。
Si基板の洗浄後に、この基板を2.5%の弗化水素酸
の水溶液に約5分間侵し、そのまま乾燥させた。この基
板を850℃の高圧酸素雰囲気(4−7気圧)中で酸化
した。この方法によって、約20nm−50nmの膜厚
の酸化膜が形成された。
の水溶液に約5分間侵し、そのまま乾燥させた。この基
板を850℃の高圧酸素雰囲気(4−7気圧)中で酸化
した。この方法によって、約20nm−50nmの膜厚
の酸化膜が形成された。
この方法によって形成した酸化膜のホットキャリア注入
または放射線照射による界面準位の発生量は、従来の高
圧酸化膜に比べて約1/10以下であった。
または放射線照射による界面準位の発生量は、従来の高
圧酸化膜に比べて約1/10以下であった。
これと同様な高圧酸化膜の改善効果は、実施例1と2に
示した。F、Clの導入条件下でも得られた。
示した。F、Clの導入条件下でも得られた。
本発明によれば、アイソレーション等に用いられる厚い
2酸化シリコン中の界面準位の発生量を従来法によって
形成した2酸化シリコンの1/10程度以下ば減らすこ
とができる。これによって、酸化シリコンとSiの界面
に発生する界面準位、固定電荷によって生ずる表面リー
クを防ぎ。
2酸化シリコン中の界面準位の発生量を従来法によって
形成した2酸化シリコンの1/10程度以下ば減らすこ
とができる。これによって、酸化シリコンとSiの界面
に発生する界面準位、固定電荷によって生ずる表面リー
クを防ぎ。
高信頼性(例えば、Xi、 fIi子線などによるラジ
エーション、ホットキャリヤ注入に対する)のMOSデ
バイスを形成できる。
エーション、ホットキャリヤ注入に対する)のMOSデ
バイスを形成できる。
第1図は、本発明の一実施例と従来例におけるホットキ
ャリア注入によって発生した界面準位のエネルギー分布
を示す図、第2図は、ホットキャリア注入によって発生
した界面準位密度のN F aガス導入時間依存性を示
す図である。 1・・・従来法によるドライ酸化膜、2・・・従来法に
よるドライ+ウェット酸化膜、3・・・従来法によるウ
ェット酸化膜、4・・・弗素を含むドライ酸化膜、5・
・・弗素を含むドライ+ウェット酸化膜(本発明)。 鴇 口 B−Eη<ev) 第 図 Fl 導入時間(#)
ャリア注入によって発生した界面準位のエネルギー分布
を示す図、第2図は、ホットキャリア注入によって発生
した界面準位密度のN F aガス導入時間依存性を示
す図である。 1・・・従来法によるドライ酸化膜、2・・・従来法に
よるドライ+ウェット酸化膜、3・・・従来法によるウ
ェット酸化膜、4・・・弗素を含むドライ酸化膜、5・
・・弗素を含むドライ+ウェット酸化膜(本発明)。 鴇 口 B−Eη<ev) 第 図 Fl 導入時間(#)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、微量のハロゲン原子をSi基板の乾燥酸化法によつ
て形成されたSiO_2との界面に含む半導体装置を、
水蒸気を含む酸素雰囲気中または、パイロジエニツク雰
囲気中、または高圧の酸素中で酸化することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 2、上記の半導体装置の製造方法において、ハロゲン原
子はFであり、該F原子は、上記乾式酸化の前に上記S
i基板を弗化水素酸の水溶液を塗布し乾燥させた後に、
乾燥酸素雰囲気中で該Si基板を酸化することにより導
入することを特徴とする請求項第1項記載の半導体装置
の製造方法。 3、上記の半導体装置の製造方法において、ハロゲン原
子はFであり、該F原子は、上記乾燥酸化中に、NF_
3ガスのO_2ガス中での濃度(%)と該NF_3ガス
の導入時間の積が、5%・秒以下の条件で導入されるこ
とを特徴とする請求項第1項記載の半導体装置の製造方
法。 4、上記の半導体装置の製造方法において、ハロゲン原
子はClであり、上記乾式酸化中に、トリクロルエタン
(TCA)ガスのO_2ガス中の濃度と該TCAガスの
導入時間の積が、30%・秒以下で導入することを特徴
とする請求項第1項記載の半導体装置の製造方法。 5、ハロゲン原子はClであり、上記乾燥酸化中に、O
_2ガス中HClの濃度と該HClの導入時間の積が1
0%・秒以下であることを特徴とする請求項第1項記載
の半導体装置の製造方法。 6、Si基板を酸化する前の該Si基板の表面にハロゲ
ン原子を吸着させるか、もしくは、酸化中に微量のハロ
ゲン原子を酸化炉中に導入し、該Si基板を水蒸気を含
む酸素雰囲気中又は、パイロジエニツク雰囲気中で酸化
することを特徴とする半導体装置の製造方法。 7、上記ハロゲン原子はFであり、該F原子はSi基板
表面に弗化水素酸の水溶液を塗布し、乾燥させることに
より吸着させることを特徴とする請求項第6項記載の半
導体装置の製造方法。 8、上記ハロゲン原子はFであり、該F原子量は、上記
の水蒸気を含む酸素中のNF_3ガス濃度(%)と導入
時間の積が5%・秒以下であることを特徴とする請求項
第6項記載の半導体装置の製造方法。 9、上記ハロゲン原子はClであり、上記の水蒸気を含
む酸素中に、トリクロルエタン(TCA)ガスのO_2
ガス中での濃度と該TCAガスの導入時間との積が30
%・秒以下で導入することを特徴とする請求項第6項記
載の半導体装置の製造方法。 10、上記ハロゲン原子はClであり、上記の水蒸気を
含む酸素中に、O_2ガス中のHCl濃度(%)と該H
Clの導入時間との積が10%・秒以下であることを特
徴とする請求項第6項記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19271688A JPH0242725A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19271688A JPH0242725A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0242725A true JPH0242725A (ja) | 1990-02-13 |
Family
ID=16295872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19271688A Pending JPH0242725A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0242725A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0428265A (ja) * | 1990-05-23 | 1992-01-30 | Seiko Instr Inc | 半導体装置およびその製造方法 |
JPH0456223A (ja) * | 1990-06-25 | 1992-02-24 | Matsushita Electron Corp | シリコン酸化膜の形成方法および薄膜形成装置 |
US5846888A (en) * | 1996-09-27 | 1998-12-08 | Micron Technology, Inc. | Method for in-situ incorporation of desirable impurities into high pressure oxides |
JP2000012864A (ja) * | 1998-06-22 | 2000-01-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
JP2007158371A (ja) * | 2007-02-02 | 2007-06-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
JP2014103175A (ja) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
-
1988
- 1988-08-03 JP JP19271688A patent/JPH0242725A/ja active Pending
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