JPH0693452B2 - Single-wafer thin film forming method and thin film forming apparatus - Google Patents
Single-wafer thin film forming method and thin film forming apparatusInfo
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- JPH0693452B2 JPH0693452B2 JP61015621A JP1562186A JPH0693452B2 JP H0693452 B2 JPH0693452 B2 JP H0693452B2 JP 61015621 A JP61015621 A JP 61015621A JP 1562186 A JP1562186 A JP 1562186A JP H0693452 B2 JPH0693452 B2 JP H0693452B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜形式法およびそれに用いる薄膜形成装置に
係り、特に、良好な特性を有する薄膜を制御性良く形成
するのに好適な、薄膜形成法および薄膜形成装置に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film type method and a thin film forming apparatus used therefor, and particularly to a thin film forming method suitable for forming a thin film having good characteristics with good controllability. And a thin film forming apparatus.
薄膜形成において従来のシリコンの熱酸化法は、通常の
電気炉を用いて行つていた。最近の半導体素子の微細化
に伴ない、より薄いシリコン酸化膜が必要となつてきた
が、従来の電気炉による熱酸化では、酸化の低温化や酸
素分圧の低下により薄い酸化膜形成を行つている。この
ような方法によれば、数nmのシリコン酸化膜を容易に形
成できる。さて、酸化の低温化により、多結晶シリコン
膜表面にシリコン酸化膜を形成する場合、酸化速度の面
方位依存性が強調され、多結晶シリコン膜表面に形成さ
れるシリコン酸化膜の膜厚に不均一性を生ずるという問
題点がある。In the thin film formation, the conventional thermal oxidation method of silicon has been performed by using an ordinary electric furnace. With the recent miniaturization of semiconductor devices, thinner silicon oxide films have become necessary, but conventional thermal oxidation using an electric furnace can form thin oxide films by lowering the oxidation temperature and lowering the oxygen partial pressure. It is connected. According to such a method, a silicon oxide film of several nm can be easily formed. When a silicon oxide film is formed on the surface of a polycrystalline silicon film due to the low temperature of oxidation, the plane orientation dependence of the oxidation rate is emphasized, and the film thickness of the silicon oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon film becomes unclear. There is a problem that uniformity occurs.
また、薄膜形成における従来の気相化学反応法は、反応
容器内に反応ガスを導入し、高温のガス雰囲気中で試料
表面に薄膜を堆積していた。この方法によれば、反応ガ
ス種や反応条件を選ぶことにより、種々の特性を有する
様々な薄膜を形成することができる。さて、この方法で
リンガラスを形成する場合、高温雰囲気では反応容器の
反応ガス導入附付で反応の全んどが起こり、試料表面上
に形成するリンガラス中のリン濃度を制御できないた
め、低温雰囲気で反応を行う必要がある。従つて、形成
されたリンガラス膜の緻密のための高温アニール処理が
必要となる。また、低温反応では、段差部のステツプカ
バレージが悪いという問題点がある。Further, in the conventional vapor phase chemical reaction method for forming a thin film, a reaction gas is introduced into a reaction container and a thin film is deposited on the surface of the sample in a high temperature gas atmosphere. According to this method, various thin films having various characteristics can be formed by selecting the reactive gas species and reaction conditions. Now, when forming phosphorus glass by this method, most of the reaction occurs in the high temperature atmosphere by introducing the reaction gas into the reaction vessel, and the phosphorus concentration in the phosphorus glass formed on the sample surface cannot be controlled. It is necessary to carry out the reaction in an atmosphere. Therefore, a high temperature annealing treatment is required to make the formed phosphor glass film dense. In addition, the low temperature reaction has a problem that the step coverage of the step portion is poor.
従つて緻密なステツプカバレージの良いリンガラスは形
成できず、わずかに、ノンストツプのSiO2を堆積可能で
ある。Therefore, a dense phosphorus glass with good step coverage cannot be formed, and a slight amount of non-stop SiO 2 can be deposited.
さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリコン膜を形成
する場合、従来の電気炉の反応容器を用いると、上記炉
内外への試料の出し入れのとき上記炉口からの周囲雰囲
気（主に空気）の混入により、シリコン基板表面が酸化
されるため、多結晶シリコン膜／シリコン基板界面を清
浄に保つことができなくなる。その結果、上記界面での
電気的導通が不完全となるという問題点が生ずる。Furthermore, when a polycrystalline silicon film is formed on the surface of a silicon substrate, if a reaction container of a conventional electric furnace is used, when a sample is taken in and out of the furnace, the ambient atmosphere (mainly air) from the furnace opening is changed. Due to the mixing, the surface of the silicon substrate is oxidized, so that the polycrystalline silicon film / silicon substrate interface cannot be kept clean. As a result, there is a problem that the electrical conduction at the interface becomes incomplete.
本発明の目的は、上記従来法の有する問題点を解決し、
良好な特性を有する薄膜を制御性良く形成でき、また、
薄膜形成工程を容易にすることができる薄膜形成および
薄膜形成装置を提供することにある。The object of the present invention is to solve the problems of the above conventional methods,
A thin film with good characteristics can be formed with good controllability.
A thin film forming apparatus and a thin film forming apparatus capable of facilitating the thin film forming process.
まず、シリコンの熱酸化法について説明する。シリコン
の熱酸化では、酸化速度はシリコンの面方位に強く依存
し、例えば、（110）＞（111）＞（100）という順にな
る。この酸化速度の面方位依存性は、高温酸化程小さく
なる。従つて、様々な面方位の結晶粒を有する多結晶シ
リコン膜の表面酸化では、酸化温度をより高くすること
により均一な酸化が可能になる。First, the thermal oxidation method of silicon will be described. In the thermal oxidation of silicon, the oxidation rate strongly depends on the plane orientation of silicon, and for example, (110)>(111)> (100). The plane orientation dependency of this oxidation rate becomes smaller as the temperature increases. Therefore, in the surface oxidation of the polycrystalline silicon film having crystal grains with various plane orientations, uniform oxidation can be performed by increasing the oxidation temperature.
半導体素子の微細化に伴なつて、より薄いシリコン酸化
膜が必要となるが、本発明では、酸化温度を高くした分
だけ、酸化時間を短縮することにより、薄いシリコン酸
化膜形成を行う。酸化時間は、秒オーダーであり、この
ような短時間の酸化においても、上述のような面方位依
存性の酸化温度の効果が有る。With the miniaturization of semiconductor elements, a thinner silicon oxide film is required, but in the present invention, a thin silicon oxide film is formed by shortening the oxidation time by the amount of increase in the oxidation temperature. The oxidation time is on the order of seconds, and even in such a short-time oxidation, there is the effect of the above-mentioned plane orientation-dependent oxidation temperature.
次に、気相化学反応法による薄膜形成について説明す
る。上記反応法において、反応容器，反応ガスおよび試
料の温度関係を、（試料）＞（反応ガス）＞（反応容
器）の順にすると、反応容器内に導入された反応ガス種
の反応の大部分は、試料表面附近で起こる。尚、反応容
器の温度を200℃以下とする。例えば、前述のリンガラ
スを形成する場合、制御された反応ガス種が反応容器に
導入された状態で、試料のみを加熱すると、試料近傍で
のみ反応を起こすことができるので、リン濃度の制御さ
れたリンガラス膜を試料表面に形成できる。この方法に
よれば、秒オーダの反応を用いるため反応温度の高温化
が容易であり、また、反応直後、反応容器内で高温（90
0℃以上）の加熱処理を数10秒行うことにより、緻密な
膜形成が可能となる。Next, the thin film formation by the vapor phase chemical reaction method will be described. In the above reaction method, when the temperature relationship among the reaction vessel, the reaction gas and the sample is set in the order of (sample)> (reaction gas)> (reaction vessel), most of the reactions of the reaction gas species introduced into the reaction vessel , Occurs near the sample surface. The temperature of the reaction vessel is set to 200 ° C or lower. For example, when forming the above-mentioned phosphorus glass, if only the sample is heated in a state where the controlled reaction gas species are introduced into the reaction vessel, the reaction can occur only in the vicinity of the sample, so that the phosphorus concentration is controlled. A phosphorus glass film can be formed on the sample surface. According to this method, it is easy to raise the reaction temperature because the reaction of the second order is used, and the high temperature (90
By performing heat treatment at 0 ° C. or higher for several tens of seconds, a dense film can be formed.
さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリコン膜を形成
する場合、容積の小さい反応容器を用いて、急熱急冷方
式で反応が行える枚葉式処理装置では、室温で上記反応
容器内に試料を出し入れすることができるので、上記シ
リコン基板表面の表面酸化が無く、上記多結晶シリコン
膜／上記シリコン基板界面を清浄に保つことが可能とな
る。また、上記反応容器内に試料を入れ、多結晶シリコ
ン膜を形成する直前に塩素系ガスまたはフツ素系ガスを
導した状態で加熱処を行うことにより、室温で形成され
たシリコン基板表面の自然酸化膜を除去できるため、さ
らに清浄な上記界面を得ることが可能となる。清浄な多
結晶シリコン膜／シリコン基板表面を必要とする理由
は、多結晶シリコン膜とシリコン基板との間の不純物拡
散バリヤや電気的なバリアを無くし、良好な接触を得る
ためである。Furthermore, in the case of forming a polycrystalline silicon film on the surface of a silicon substrate, in a single-wafer processing apparatus that can perform a reaction with a rapid heating and quenching method using a reaction vessel with a small volume, the sample is put in and taken out from the reaction vessel at room temperature. Therefore, the surface of the silicon substrate is not oxidized and the interface between the polycrystalline silicon film and the silicon substrate can be kept clean. Further, by placing the sample in the reaction container and performing a heat treatment in a state in which a chlorine-based gas or a fluorine-based gas is introduced immediately before forming the polycrystalline silicon film, the natural surface of the silicon substrate formed at room temperature is treated. Since the oxide film can be removed, a more clean interface can be obtained. The reason why a clean polycrystalline silicon film / silicon substrate surface is required is to eliminate the impurity diffusion barrier and the electrical barrier between the polycrystalline silicon film and the silicon substrate and obtain good contact.
本発明では、上記絶縁膜形成を可能にするため、第１図
に示すような構成の枚葉式形成装置を用いる。この形成
装置は大別して、反応容器１および試料２のみを加熱す
るのに必要な加熱源３から成る加熱部、反応ガス源４と
反応ガスコントローラ５およびガス排気器６から成るガ
スライン部、および、上記加熱源３および反応ガスコン
トローラ５の制御部７で構成される。また、反応容器１
内への試料２の出し入れに必要な搬送部も設ける。In the present invention, in order to enable the formation of the insulating film, a single-wafer forming apparatus having a structure as shown in FIG. 1 is used. This forming apparatus is roughly classified into a heating part consisting of a heating source 3 necessary for heating only the reaction container 1 and the sample 2, a gas line part consisting of a reaction gas source 4, a reaction gas controller 5 and a gas exhauster 6, and The heating source 3 and the control unit 7 of the reaction gas controller 5 are included. Also, the reaction container 1
A transport unit necessary for loading and unloading the sample 2 is also provided.
この形成装置において、試料２の温度は秒オーダーで制
御できるように加熱部を構成する。また、反応容器内の
雰囲気を短時間で種々の雰囲気に置換できるように、反
応容器内容積を小さくする。また、上記反応ガスコント
ローラ５においては、異なるガスの混合、反応容器１内
に流すガスの切換えを行い、また、水蒸気雰囲気を反応
容器１に導入できるような水蒸気発生閉バブラを設け
る。In this forming apparatus, the heating unit is configured so that the temperature of the sample 2 can be controlled on the order of seconds. Further, the internal volume of the reaction vessel is reduced so that the atmosphere in the reaction vessel can be replaced with various atmospheres in a short time. In addition, the reaction gas controller 5 is provided with a water vapor generation closed bubbler for mixing different gases, switching the gas flowing in the reaction container 1, and introducing a water vapor atmosphere into the reaction container 1.
以下、本発明の実施例を第２図及至第３図により説明す
る。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
第２図に示すように、枚葉式薄膜形成装置を作製した。
試料８表面上に薄膜を形成する反応容器９は、内容が0.
3の石英製容器とし、上記反応容器９には、パージ用
ガス導入筒10,反応用ガス導入筒11、および反応ガス排
気筒12を設けた。試料８の加熱はタングステン，ハロゲ
ンランプ13により行い、また、試料８の予備加熱（加熱
温度;100〜300℃）するための上記ランプ14もランプハ
ウス15内に設けた。ランプハウス15には、上記反応器９
を強制空冷できるガス導入筒16およびガス排気筒17の他
に、上記反応容器９内を真空に保持するためのランプハ
ウス15の真空排気用筒18を設けた。上記反応容器９内真
空度と上記ランプハウス15内真空とを同一にするため
に、真空排気制御部19を設けた。この真空排気制御部19
は、真空排気ポンプの他に制御用バルブで構成され、上
記真空度を10〜0.001Torrの範囲で制御できる。尚、上
記ランプハウス15の内面は、金メツキにより反射用コー
トを施した。また、上記試料８温度は、パイロメータ20
を用いてモニタし、上記ランプ13への入力制御を行い、
所定温度に保たれる。さらに、上記反応容器９内へ試料
８の搬送が行えるように、パージガス排気筒21を有する
ドア22を設けた。上記反応容器内９内へ反応ガス導入
は、ガス流量制御部23の流量計24〜32からガス配管33を
介して反応ガス制御部34に導入されたのち、必要ガスを
上記反応容器９に接続された反応ガス導入筒11に供給し
て行う。上記ガス制御部34では試料８表面で均一に薄膜
形成が行えるように、流量制御された複数のガス種を、
上記反応容器９に設けた100個の反応ガス導入筒11に割
り当ることができる。尚、反応ガス導入筒11を100個設
けた理由としては、試料８表面上により均一に反応ガス
が導入され、より均一に反応を生じさせ、均一な膜形成
を行うためである。また、水蒸気雰囲気を作製するた
め、超純水35を入れたバブラ36を設けた。バブラ36の加
熱はヒータ37により行い、水蒸気のキヤリヤ用酸素ガス
を流量計25で制御してバブラ36内に導入し、三方向弁3
8,39の制御により反応容器９内に水蒸気を導入する。As shown in FIG. 2, a single-wafer type thin film forming apparatus was produced.
The content of the reaction vessel 9 for forming a thin film on the surface of the sample 8 is 0.
The reaction vessel 9 was provided with a purging gas introduction tube 10, a reaction gas introduction tube 11 and a reaction gas exhaust tube 12. The sample 8 is heated by a tungsten / halogen lamp 13, and the lamp 14 for preheating the sample 8 (heating temperature; 100 to 300 ° C.) is also provided in the lamp house 15. In the lamp house 15, the reactor 9
In addition to the gas introduction cylinder 16 and the gas exhaust cylinder 17 capable of forced air cooling, a vacuum exhaust cylinder 18 of the lamp house 15 for maintaining the inside of the reaction vessel 9 in vacuum is provided. An evacuation control unit 19 is provided in order to make the degree of vacuum in the reaction container 9 and the vacuum in the lamp house 15 the same. This evacuation control unit 19
Is composed of a control valve in addition to the vacuum pump, and can control the degree of vacuum in the range of 10 to 0.001 Torr. In addition, the inner surface of the lamp house 15 was coated with a reflective coating by gold plating. The temperature of the sample 8 is measured by the pyrometer 20.
Monitor using, control the input to the lamp 13,
It is kept at a predetermined temperature. Further, a door 22 having a purge gas exhaust cylinder 21 is provided so that the sample 8 can be transferred into the reaction container 9. The reaction gas is introduced into the reaction vessel 9 from the flowmeters 24 to 32 of the gas flow rate control section 23 through the gas pipe 33 to the reaction gas control section 34, and then the necessary gas is connected to the reaction vessel 9. The reaction gas is introduced into the reaction gas introduction cylinder 11 thus prepared. In the gas control unit 34, a plurality of gas species whose flow rates are controlled so that a thin film can be formed uniformly on the surface of the sample 8
It can be assigned to 100 reaction gas introducing cylinders 11 provided in the reaction container 9. The reason for providing 100 reaction gas introduction cylinders 11 is that the reaction gas is introduced more uniformly on the surface of the sample 8 to cause a more uniform reaction and form a uniform film. Further, a bubbler 36 containing ultrapure water 35 was provided in order to create a water vapor atmosphere. The bubbler 36 is heated by the heater 37, and the carrier oxygen gas is introduced into the bubbler 36 by controlling it with the flow meter 25.
Water vapor is introduced into the reaction vessel 9 by controlling 8, 39.
以下、第２図に示した枚葉式薄膜形成装置を用いた薄膜
形成例を説明する。Hereinafter, a thin film forming example using the single-wafer type thin film forming apparatus shown in FIG. 2 will be described.
（１）シリコン基板表面上への熱酸化膜形成 流量計25により酸素ガス流量を５／分として、反応容
器９内にパージガス導入筒10を通して、酸素ガス導入さ
れた状態でドア22を開け、ｎ型，（100）、10Ωcmのシ
リコン基板８を搬送し、反応容器９内に挿入した。尚、
この時、反応容器９内温度は100℃以下である。この
後、ドア22を閉じ、30秒のパージングを行つたのち、上
記ガス流量を１／分にして、ランプ13により上記シリ
コン基板８を1100,に加熱した。この時、シリコン基板
８は、約５秒で1100℃に達した。加熱時を60秒として熱
酸化を行つたのち、上記酸素ガス流量を５／分にし
て、シリコン基板８を200℃以下になるまで冷却し、熱
酸化したシリコン基板８を反応容器から取り出した。こ
のように、同一容器内でパージ（以下（２）に記載の予
備加熱）、加熱および冷却を行う場合、試料の処理のス
ループツトが低下する。従つて、スループツトの点から
は、パージ部，加熱部および冷却部からなる形成装置が
有利である。ここで述べる反応容器は、加熱部の反応容
器として用い、さらにパージ（予備加熱）部および冷却
部を付加することにより、スループツトの問題は改善で
きる。形成されたシリコン酸化膜は、膜厚が10nmであ
り、通常の電気炉を用いた熱酸化（900℃,30分酸化）に
より形成した同じ膜厚のシリコン酸化膜に比べて、絶縁
耐圧が約５％上昇し、酸化膜／シリコン基板の界面電荷
を約半分にすることができた。このように、高温で短時
間の熱酸化を行えば、通常の熱酸化に比べて、良質のシ
リコン酸化膜を形成きる。(1) Formation of thermal oxide film on the surface of silicon substrate With the flow meter 25 at an oxygen gas flow rate of 5 / min, the door 22 is opened in a state where oxygen gas is introduced through the purge gas introducing cylinder 10 in the reaction vessel 9 and n The mold, (100), and 10 Ωcm of the silicon substrate 8 were transferred and inserted into the reaction container 9. still,
At this time, the temperature inside the reaction vessel 9 is 100 ° C. or lower. After that, the door 22 was closed and after purging for 30 seconds, the gas flow rate was set to 1 / minute and the silicon substrate 8 was heated to 1100 by the lamp 13. At this time, the silicon substrate 8 reached 1100 ° C. in about 5 seconds. After thermal oxidation was carried out with the heating time of 60 seconds, the oxygen gas flow rate was set to 5 / min, the silicon substrate 8 was cooled to 200 ° C. or lower, and the thermally oxidized silicon substrate 8 was taken out from the reaction vessel. In this manner, when purging (preliminary heating described in (2) below), heating, and cooling are performed in the same container, throughput of sample processing is reduced. Therefore, from the standpoint of throughput, a forming device comprising a purge part, a heating part and a cooling part is advantageous. The reaction vessel described here is used as a reaction vessel for the heating section, and by adding a purging (preheating) section and a cooling section, the problem of sloot can be improved. The formed silicon oxide film has a film thickness of 10 nm, and has a withstand voltage of about 10 nm as compared with a silicon oxide film of the same film thickness formed by thermal oxidation (900 ° C., 30 minutes oxidation) using an ordinary electric furnace. By increasing by 5%, the interface charge of the oxide film / silicon substrate could be halved. As described above, when the thermal oxidation is performed at a high temperature for a short time, a silicon oxide film of good quality can be formed as compared with the normal thermal oxidation.
（２）シリコン基板の水蒸気酸化による酸化膜形成（バ
ブラ36を用いた場合） 上記（１）の方法と同様に、酸素ガスを５／分に制御
したパージした状態で、上記シリコン基板８を反応容器
９内に挿入し、ドア22を閉じ、30秒パージを行つた。そ
の後、酸素ガス流量を１／分にし、予備加熱用ランプ
14により、シリコン基板８を150℃に保ち、５秒の予備
加熱を行つた。そして、三方向弁38,39を制御し、酸素
ガスを水温が95℃に保たれているバブラ36を通して、発
生した水蒸気をパージガス導入筒10からの反応容器９内
に導入した。反応容器９内に水蒸気導入後30秒経過し時
点で、ランプ13によりシリコン基板８を1100℃に加熱し
て、60秒の熱酸化を行つた。尚、ここで、水蒸気を反応
容器内に導入する時に試料温度を100℃以上に保つてい
る理由は、試料表面での水蒸気の結露による汚染を防止
することにある。この後、酸素ガスが直接反応容器９内
に導入されるように三方向弁38,39を制御し、さらに酸
素ガス流量を５／分にして、シリコン基板８を温度が
200℃になつたところで、シリコン基板８を反応容器か
ら取り出した。このようにして形成された基板８上の熱
酸化膜の膜厚は50nmであつた。ここで、予備加熱有無を
比較した結果、予備加熱有の方が清浄な酸化膜を形成し
た。このように、水蒸気雰囲気を用いた高温，短時間酸
化が、予備加熱をすること、および、バブラ36を設ける
ことにより可能となつた。(2) Oxide film formation by steam oxidation of silicon substrate (when bubbler 36 is used) Similar to the method of (1) above, the silicon substrate 8 is reacted in a purged state in which oxygen gas is controlled to 5 / min. It was inserted into the container 9, the door 22 was closed, and the purging was performed for 30 seconds. After that, set the oxygen gas flow rate to 1 / min and preheat the lamp.
With 14, the silicon substrate 8 was kept at 150 ° C. and preheated for 5 seconds. Then, by controlling the three-way valves 38 and 39, the generated steam was introduced into the reaction vessel 9 from the purge gas introducing cylinder 10 through the bubbler 36 in which the water temperature was kept at 95 ° C. At 30 seconds after the introduction of water vapor into the reaction vessel 9, the silicon substrate 8 was heated to 1100 ° C. by the lamp 13 and thermal oxidation was performed for 60 seconds. The reason why the sample temperature is kept at 100 ° C. or higher when the water vapor is introduced into the reaction vessel is to prevent the water vapor from condensing on the surface of the sample. After that, the three-way valves 38, 39 are controlled so that the oxygen gas is directly introduced into the reaction vessel 9, and the flow rate of the oxygen gas is set to 5 / min so that the temperature of the silicon substrate 8 is controlled.
When the temperature reached 200 ° C., the silicon substrate 8 was taken out of the reaction container. The film thickness of the thermal oxide film thus formed on the substrate 8 was 50 nm. Here, as a result of comparing the presence or absence of preheating, a clean oxide film was formed with preheating. Thus, high-temperature, short-time oxidation using a steam atmosphere was made possible by preheating and providing the bubbler 36.
（３）シリコン基板の水蒸気酸化による酸化膜形成 （水素燃焼方式を用いた場合） 上記（１）の方法と同様に、パージ後、酸素ガスを１
／分に制御したのち、上記シリコン基板８を900℃に加
熱した。上記シリコン基板８の温度が900℃達した時点
で、流量計26により水素ガス流量１／分に制御し、反
応ガス制御部34から、上記反応容器９の全て反応ガス導
入筒11を通して、水素ガスを導入した。この時、反応容
器９内では、水素と酸素の反応により水蒸気が発生す
る。反応容器９への水素ガス導入後、10秒経過してか
ら、シリコン基板８の温度を1100℃にして、60秒の水蒸
気酸化を行い、水素ガス導入を停止したのち、シリコン
基板８の110℃加熱を停止した。その直後、窒素ガス流
量を計量計25により５／分に制御し、上記反応ガス制
御部34および反応ガス導入筒11を通して、窒素パージを
行つた。この時、窒素および酸素ガスの排気は、ドア22
に設けた排気筒の他に、反応容器９の反応ガス排気筒12
により行つた。上記パージを行いながら、シリコン基板
８が200℃以下になつた時点で、水蒸気酸化された基板
８を反応容器９から取り出した。この特、得られた酸化
膜厚は40nmであつた。このように、水素燃焼方式によ
り、予備加熱無しで水蒸気酸化が可能である。(3) Oxide film formation by steam oxidation of silicon substrate (when hydrogen combustion method is used) Similar to the method of (1) above, after purging, oxygen gas
After controlling to / min, the silicon substrate 8 was heated to 900 ° C. When the temperature of the silicon substrate 8 reaches 900 ° C., the flow rate of the hydrogen gas is controlled to 1 / min by the flow meter 26, and the hydrogen gas is supplied from the reaction gas control section 34 through the reaction gas introducing cylinder 11 of the reaction vessel 9. Was introduced. At this time, in the reaction vessel 9, water vapor is generated by the reaction of hydrogen and oxygen. After 10 seconds have passed after introducing the hydrogen gas into the reaction vessel 9, the temperature of the silicon substrate 8 is set to 1100 ° C., steam oxidation is performed for 60 seconds, and the introduction of hydrogen gas is stopped. The heating was stopped. Immediately after that, the flow rate of nitrogen gas was controlled to 5 / min by the meter 25, and nitrogen purge was carried out through the reaction gas control section 34 and the reaction gas introducing cylinder 11. At this time, the exhaust of nitrogen and oxygen gas is taken from the door 22.
In addition to the exhaust pipe provided in the
I went by. While purging, the steam-oxidized substrate 8 was taken out of the reaction container 9 when the temperature of the silicon substrate 8 reached 200 ° C. or lower. In this respect, the oxide film thickness obtained was 40 nm. Thus, the hydrogen combustion method enables steam oxidation without preheating.
（４）多結晶シリコン膜表面への熱酸化膜形成 シリコン基板表面に膜厚が20nmのシリコン酸化膜を形成
し、さらにリンが１×1021/cm3の濃度で導入された多結
晶シリコン膜（膜厚＝300nm）を形成した試料８を処理
した。処理方法は、前述（１）と同様にし、酸化条件は
1100℃,60秒とした。この時得られた多結晶シリコン膜
表面のシリコン酸化膜の膜厚は、20nmであつた。このシ
リコン酸化膜の絶縁耐圧は約10MV/cmとなり、通常の電
気炉を用いた熱酸化（900℃,30分）により形成したシリ
コン酸化膜に比べて、絶縁耐圧が約２倍に上昇した。こ
のように、高温短時間の熱酸化によれば、多結晶シリコ
ン膜の表面酸化でも、良質のシリコン酸化膜を形成でき
る。(4) Thermal oxide film formation on the surface of polycrystalline silicon film A polycrystalline silicon film formed by forming a silicon oxide film with a film thickness of 20 nm on the surface of a silicon substrate and further introducing phosphorus at a concentration of 1 × 10 21 / cm 3. The sample 8 having the formed film thickness (300 nm) was processed. The treatment method is the same as in (1) above, and the oxidation conditions are
It was set to 1100 ° C for 60 seconds. The thickness of the silicon oxide film on the surface of the polycrystalline silicon film obtained at this time was 20 nm. The withstand voltage of this silicon oxide film was about 10 MV / cm, and the withstand voltage was about doubled compared with the silicon oxide film formed by thermal oxidation (900 ° C., 30 minutes) using an ordinary electric furnace. As described above, according to the thermal oxidation at a high temperature for a short time, a good quality silicon oxide film can be formed even by the surface oxidation of the polycrystalline silicon film.
（５）多結晶シリコン膜形成 反応容器９窒素パージ（５／分）した状態でシリコン
酸化膜をパターニングしたシリコン基板８を反応容器９
内に挿入し、ドア15を閉じた後、真空排気制御部19を動
作させ、窒素パージを停止し、反応容器９およびランプ
ハウス15内部を１×10-6Torrに真空排気した。次いで、
流量計32により塩化水素ガス流量を1cc/分に制御し、反
応ガス制御部34および反応ガス導入筒11を通して、反応
容器９内に塩化水素ガスを導入したのち、上記シリコン
基板８を1100℃に加熱し、20秒の表面処理を行つた。
尚、塩化水素ガスおよび下記の第１モノシランガスを反
応容器９に導入している際、反応容器９内およびランプ
ハウス15内の真空度を同じにし、また、塩化水素ガスお
よび下記のモノシランガスのランプハウス内部への逆流
を防止する意味で、冷却ガス導入筒16から窒素ガスを導
入した。上記表面処理後、試料８温度を650℃に保ち、
流量計27によりモノシランガス流量を1cc/分に制御し、
上記反応ガスの制御部34および導入筒11を通して、反応
容器９内にモノシランガスを導入した。モノシランガス
導入直後、真空排気制御部19により、反応容器９内の真
空度を1Torrに制御し、60秒間のモノシランガスの分解
を行つた。(5) Formation of Polycrystalline Silicon Film Reaction container 9 The silicon substrate 8 on which the silicon oxide film is patterned under nitrogen purge (5 / min) is used as the reaction container 9.
After inserting into the inside and closing the door 15, the vacuum exhaust control unit 19 was operated to stop the nitrogen purge, and the inside of the reaction vessel 9 and the lamp house 15 was vacuum exhausted to 1 × 10 −6 Torr. Then
The flow rate of the hydrogen chloride gas is controlled to 1 cc / min by the flow meter 32, and the hydrogen chloride gas is introduced into the reaction vessel 9 through the reaction gas control unit 34 and the reaction gas introduction cylinder 11, and then the silicon substrate 8 is heated to 1100 ° C. It was heated and surface-treated for 20 seconds.
In addition, when introducing hydrogen chloride gas and the following first monosilane gas into the reaction vessel 9, the degree of vacuum in the reaction vessel 9 and the lamp house 15 are made the same, and the hydrogen chloride gas and the following monosilane gas lamp house are used. Nitrogen gas was introduced from the cooling gas introduction cylinder 16 in order to prevent backflow into the interior. After the above surface treatment, keep the temperature of sample 8 at 650 ° C,
The flow meter 27 controls the monosilane gas flow rate to 1 cc / min,
Monosilane gas was introduced into the reaction vessel 9 through the reaction gas control unit 34 and the introduction tube 11. Immediately after the introduction of the monosilane gas, the vacuum evacuation control unit 19 controlled the degree of vacuum in the reaction vessel 9 to 1 Torr, and decomposed the monosilane gas for 60 seconds.
その後、モノシランガスの供給を停止し、上記試料８の
加熱も停止した。次いで、パージガスとして窒素ガスを
上記反応ガス導入筒11から導入し、反応容器９内の真空
度を徐々に大気圧に戻したのち、窒素パージ（５／
分）をパージ導入筒10から導入に切り換えて、試料８温
度が200℃以下になつた時点で、試料８を反応容器９か
ら取り出した。この時得られた多結晶シリコン膜の膜厚
は30nmであつた。また、上記表面処理を行つたことによ
り、シリコン基板表面が露出した部分に形成された多結
晶シリコン膜とシリコン基板との界面には、導電性や不
純物拡散に対するバリヤとなる自然酸化膜が無く、清浄
な多結晶シリコン膜／シリコン基板界面を得ることがで
きた。After that, the supply of monosilane gas was stopped and the heating of the sample 8 was stopped. Then, nitrogen gas as a purge gas is introduced from the reaction gas introducing cylinder 11 to gradually return the vacuum degree in the reaction vessel 9 to the atmospheric pressure, and then the nitrogen purge (5 /
Min) was switched from the purge introduction cylinder 10 to introduction, and when the temperature of the sample 8 reached 200 ° C. or lower, the sample 8 was taken out of the reaction container 9. The thickness of the polycrystalline silicon film obtained at this time was 30 nm. Further, by performing the above-mentioned surface treatment, there is no natural oxide film that becomes a barrier against conductivity and impurity diffusion at the interface between the polycrystalline silicon film formed in the exposed portion of the silicon substrate surface and the silicon substrate, A clean polycrystalline silicon film / silicon substrate interface could be obtained.
（６）シリコン窒化膜の形成 上記（５）と同様に、１×10-6Torrまで真空排気したの
ち、流量計24により窒素ガス流量を1cc/分に制御し、反
応ガス導入筒11から反応容器９内に導入しながら、真空
排気制御部19の動作により、反応容器９内およびランプ
ハウス15内の真空度をし1Torrに保つた。その後、ラン
プ13の加熱により、シリコン基板８温度を800℃にし
て、流量計28および31によりアンモニアガスおよびジク
ロルシランガスの流量を、それぞれ2cc/分および0.5cc/
分に制御した。尚、この時も反応容器９およびランプハ
ウス15の真空度は1Torrに保たれている。上記アンモニ
アおよびジクロルシランガス導入復、60秒の反応を行
い、上記２種の反応ガスのみ停止して、反応容器９内を
1Torrら保つた状態で10秒間窒素ガスにより反応容器９
内の置換を行つた。その後、シリコン基板８の加熱を停
止して、反応容器９内の真空度を徐々に悪くして、大気
圧にした後、パージガス導入筒10から窒素ガス（５／
分）を導入して、シリコン基板８温度が200℃以下にな
つた時点で、シリコン基板８を反応容器から取り出し
た。この時形成されたシリコン窒化膜は、膜厚が20nmで
あり、通常のCVD法で得られたものと同等の耐酸化性を
有している。(6) Formation of silicon nitride film As in (5) above, after evacuation to 1 × 10 -6 Torr, the flow rate of the nitrogen gas was controlled to 1 cc / min by the flow meter 24, and the reaction gas introduction cylinder 11 was used to react. While being introduced into the container 9, the vacuum evacuation control unit 19 operates to maintain the vacuum in the reaction container 9 and the lamp house 15 at 1 Torr. After that, the temperature of the silicon substrate 8 is set to 800 ° C. by heating the lamp 13, and the flow rates of the ammonia gas and the dichlorosilane gas are set to 2 cc / min and 0.5 cc / min by the flow meters 28 and 31, respectively.
Controlled in minutes. Even at this time, the vacuum degree of the reaction vessel 9 and the lamp house 15 is maintained at 1 Torr. After the above ammonia and dichlorosilane gas were introduced and reacted for 60 seconds, only the above two kinds of reaction gases were stopped, and the inside of the reaction vessel 9 was
Reactor container 9 with nitrogen gas for 10 seconds while keeping 1 Torr.
Replaced within. After that, the heating of the silicon substrate 8 is stopped, the degree of vacuum inside the reaction vessel 9 is gradually lowered to atmospheric pressure, and then the nitrogen gas (5 /
Min) was introduced, and when the temperature of the silicon substrate 8 reached 200 ° C. or lower, the silicon substrate 8 was taken out of the reaction vessel. The silicon nitride film formed at this time has a film thickness of 20 nm and has an oxidation resistance equivalent to that obtained by a normal CVD method.
（７）リンガラス膜の形成 反応容器９内をパージガス導入筒10から導入された窒素
ガス（５／分）でパージングしている状態でシリコン
基板８を挿入、ドア22を閉じた後、30秒経過してから窒
素ガス流量を１／分にして、窒素ガスの導入をパージ
ガス導入筒10から反応ガス導入筒11に切換えた。その
後、シリコン基板８を600℃に加熱し、冷却ガス導入筒1
6から乾燥空気を導入し、反応容器９を強制冷却した。
この時、湿つた乾燥空気は冷却ガス排気筒17から排気し
た。シリコン基板８を600℃に加熱してから、10秒後、
流量計25,27および29により酸素ガス，モノシランガス
およびホスフインガス流量を、それぞれ、0.2／分,10
cc/分および0.4cc/分に制御して、反応ガス導入筒11か
らこれらの反応ガスを反応容器９に導入した。尚、ここ
で、それぞれの１本の反応ガス導入筒11は、一種の反応
ガスを単独に用いており、これらの反応ガスの反応容器
９内のシリコン基板８表面近傍でのみ反応するようにし
ている。この反応を60秒行つたのち、窒素ガスを除いた
反応ガスの供給を停止し、10秒後にシリコン基板８を10
00℃に加熱して、20秒のアニールを行つた。この後、窒
素ガス流量を５／分にして、シリコン基板８の加熱を
停止した。シリコン基板８温度が200℃以下になつた時
点で窒素ガスの導入を反応ガス導入筒11からパージガス
導入筒10に切り換えたのち、シリコン基板８を反応容器
から取り出した。このようにして形成されたリンガラス
は、リンのモル濃度が４％で、膜厚が100nmであつた。
また、HF/H2O＝1/10の組成を持つエツチング液中でのエ
ツチング速度は、約100nm/分でつた。このエツチング速
度は、通常のCVD法で得られた同じモルの濃度のリンガ
ラス膜のそれに比べて約10分の１以下であつた。通常の
CVD法で形成したリンガラスをまた、1000℃で30分間緻
密化した後のエツチング速度はほぼ同一であつた。従つ
て、、上記の方法によれば、リンガラスの緻密化用アニ
ールをさらに行う必要が無い。このように、この方法で
は、同一反応容器９内でリンガラス膜形成及び緻密化を
行えるため、良質のリンガラス膜形成が容易である。ま
た、シリコン基板８の表面に凹凸の有る場合に、この方
法で形成すると、通の450℃程度の低温CVD法に比べて、
段差部のステツプカバレージが良好であつた。即ち、通
常の方法では0.5μｍ段差部の膜厚は平担部の膜厚に対
し40％以下であつたが、本発明よればほぼ90％以上とな
つた。(7) Formation of phosphorus glass film 30 seconds after inserting the silicon substrate 8 and closing the door 22 while purging the inside of the reaction vessel 9 with the nitrogen gas (5 / min) introduced from the purge gas introduction cylinder 10. After the lapse of time, the flow rate of nitrogen gas was reduced to 1 / minute, and the introduction of nitrogen gas was switched from the purge gas introducing cylinder 10 to the reaction gas introducing cylinder 11. After that, the silicon substrate 8 is heated to 600 ° C., and the cooling gas introducing cylinder 1
Dry air was introduced from 6 to forcibly cool the reaction vessel 9.
At this time, the moist dry air was exhausted from the cooling gas exhaust pipe 17. 10 seconds after heating the silicon substrate 8 to 600 ° C,
Oxygen gas, monosilane gas and phosphine gas flow rates of 0.2 / min and 10 respectively by flowmeters 25, 27 and 29.
These reaction gases were introduced into the reaction vessel 9 from the reaction gas introduction cylinder 11 while controlling the cc / min and 0.4 cc / min. Here, each of the reaction gas introduction cylinders 11 uses only one kind of reaction gas, and the reaction gas is allowed to react only in the vicinity of the surface of the silicon substrate 8 in the reaction container 9. There is. After this reaction has been performed for 60 seconds, the supply of the reaction gas excluding nitrogen gas is stopped, and after 10 seconds, the silicon substrate 8 is heated to 10 seconds.
It was heated to 00 ° C. and annealed for 20 seconds. After that, the nitrogen gas flow rate was set to 5 / min to stop the heating of the silicon substrate 8. When the temperature of the silicon substrate 8 reached 200 ° C. or lower, the introduction of nitrogen gas was switched from the reaction gas introducing cylinder 11 to the purge gas introducing cylinder 10, and then the silicon substrate 8 was taken out from the reaction container. The phosphorus glass thus formed had a phosphorus molar concentration of 4% and a film thickness of 100 nm.
The etching speed in the etching liquid having a composition of HF / H 2 O = 1/10 was about 100 nm / min. This etching rate was about 1/10 or less of that of the phosphorus glass film of the same molar concentration obtained by the ordinary CVD method. Normal
The etching rate after densification of the phosphorus glass formed by the CVD method at 1000 ° C. for 30 minutes was almost the same. Therefore, according to the above method, it is not necessary to further perform annealing for densification of phosphorus glass. As described above, according to this method, since the phosphorus glass film can be formed and densified in the same reaction vessel 9, it is easy to form a good quality phosphorus glass film. In addition, when the surface of the silicon substrate 8 has irregularities, when formed by this method, compared to the usual low temperature CVD method of about 450 ° C.,
The step coverage on the step was good. That is, the film thickness of the 0.5 μm step portion was 40% or less of the film thickness of the flat portion by the usual method, but it was almost 90% or more according to the present invention.
（８）ボロンリンガラス膜の形成 反応容器９内を窒素ガス（流量＝５／分）によりパー
ジングしている状態でシリコン基板８を挿入し、ドア22
を閉じた後、30秒経過してから窒素ガス流量を１／分
にして、上記窒素ガスの導入をパージガス導入筒10から
反応ガス導入筒11に切り換えた。その後、シリコン基板
８を450℃に加熱し、上記（７）のように反応容器９を
強制空冷した。シリコン基板８を450℃に加熱後10秒経
過してから、流量計25,27,29および30により、酸素ガ
ス，モノシランガス，ホスフインガスおよびジボランガ
スの流量を、それぞれ、0.2/分,10cc/分,0.4cc/および
0.3cc/分に制御して、反応ガス導入筒11から上記反応ガ
スを反応容器９に導入した。尚、これらの反応ガスの反
応は、シリコン基板８表面でのみ反応するようにしてい
る。この反応を60秒行つたのち、窒素ガスを除いて全て
の反応ガスの供給を停止し、10秒後にシリコン基板８を
1000℃に加熱して20秒のアニールを行つた。この後、窒
素ガス流量を５／分にして、シリコン基板８の加熱を
停止した。シリコン基板８温度が200℃以下になつた時
点で、窒素ガス導入と反応ガス導入筒11からパージガス
導入筒10に切り換えたのち、シリコン基板８を反応容器
から取り出した。得られたボロンリンガラスは、ボロン
およびリンのモル濃度がそれぞれ３モル％および４モル
％であり、膜厚が120nmであつた。このようにして得ら
れたボロンリンガラスは、緻密化がなされており良質の
膜である。尚、この時、上記シリコン基板８表面に凹凸
がある場合、このような方法でボロンリンガラスを形成
すると、上記1100℃アニールにおいて上記ガラスのリフ
ローが生じ、ガラス膜表面の平担化がなされた。(8) Boron phosphorus glass film formation The silicon substrate 8 is inserted while the reaction vessel 9 is being purged with nitrogen gas (flow rate = 5 / min), and the door 22
After 30 seconds had passed, the flow rate of nitrogen gas was changed to 1 / minute after 30 seconds had passed, and the introduction of the nitrogen gas was switched from the purge gas introducing cylinder 10 to the reaction gas introducing cylinder 11. After that, the silicon substrate 8 was heated to 450 ° C., and the reaction vessel 9 was forcibly air-cooled as in the above (7). After heating the silicon substrate 8 to 450 ° C. for 10 seconds, flow rates of oxygen gas, monosilane gas, phosphine gas, and diborane gas were adjusted to 0.2 / min, 10 cc / min, and 0.4 by flow meters 25, 27, 29, and 30, respectively. cc / and
The reaction gas was introduced into the reaction vessel 9 from the reaction gas introduction cylinder 11 while controlling to 0.3 cc / min. The reaction of these reaction gases is made to occur only on the surface of the silicon substrate 8. After this reaction has been performed for 60 seconds, supply of all reaction gases except nitrogen gas is stopped, and after 10 seconds, the silicon substrate 8 is removed.
It was heated to 1000 ° C. and annealed for 20 seconds. After that, the nitrogen gas flow rate was set to 5 / min to stop the heating of the silicon substrate 8. When the temperature of the silicon substrate 8 reached 200 ° C. or less, the nitrogen gas introduction / reaction gas introduction cylinder 11 was switched to the purge gas introduction cylinder 10, and then the silicon substrate 8 was taken out from the reaction container. The obtained boron-phosphorus glass had a boron and phosphorus molar concentration of 3 mol% and 4 mol%, respectively, and a film thickness of 120 nm. The boron phosphorus glass obtained in this way is a film of high quality because it has been densified. At this time, when the surface of the silicon substrate 8 has irregularities, when boron phosphorus glass is formed by such a method, reflow of the glass occurs in the 1100 ° C. annealing, and the surface of the glass film is flattened. .
以上のように本発明によれば、通常の薄膜形成法と同様
の薄膜形成が、短時間かつ高温で可能となるため、前述
（１）〜（８）で述べたように、通常法に比べて良質の
薄膜形成が可能となる。また、時間制御及び雰囲気制御
の制御性が良好であるため、異種薄膜を同一容器で同時
に形成できる。As described above, according to the present invention, it is possible to form a thin film similar to the ordinary thin film forming method in a short time and at a high temperature. Therefore, as described in the above (1) to (8), compared with the ordinary method. Therefore, a high quality thin film can be formed. Further, since the controllability of time control and atmosphere control is good, different kinds of thin films can be simultaneously formed in the same container.
前述の薄膜形成法を用いて、EPROMを作製した実施例を
第３図により説明する。An embodiment in which an EPROM is manufactured by using the above-mentioned thin film forming method will be described with reference to FIG.
面方位；（100），導電型;p型，および、抵抗率;10Ωcm
のシリコン基板40を、述述（１）の方法で（温度＝1100
℃；時間＝60秒）により膜厚が10nmのシリコン酸化膜41
を形成したのち、反応容器９内およびランプハウス15内
を１×10-6Torr真空排気した。その後、前述（６）と同
様の方法により、800℃の基板温度で300秒の反応を行
い、膜厚が100nmのシリコン窒化膜42を形成した。その
後、通常のパージング及び冷却を行い、上記基板40を反
応容器９から取り出したのち、通常のホト工程を用い
て、レジスト膜43上記シリコン酸化膜41およびシリコン
窒化膜42を加工した。そして、ホウ素イオン44を60keV
の加速エネルギーで５×10-12/cm2だけ打込み、打込み
層45を形成し、その後レジスト膜43を除去した（ａ）。Plane orientation: (100), conductivity type: p type, and resistivity: 10 Ωcm
The silicon substrate 40 of No. 1 is processed by the method (1) (temperature = 1100).
℃; time = 60 seconds) 10nm thick silicon oxide film 41
After forming, the reaction vessel 9 and the lamp house 15 were evacuated to 1 × 10 −6 Torr. Then, by the same method as the above (6), a reaction was performed at a substrate temperature of 800 ° C. for 300 seconds to form a silicon nitride film 42 having a film thickness of 100 nm. After that, normal purging and cooling were performed to take out the substrate 40 from the reaction vessel 9, and then the resist film 43 and the silicon oxide film 41 and the silicon nitride film 42 were processed by a normal photo process. And boron ion 44 is 60 keV
5 × 10 −12 / cm 2 was implanted with the acceleration energy of 5 to form the implantation layer 45, and then the resist film 43 was removed (a).
次いで、前述（２）で示した方法（温度＝1200℃，時間
＝300秒，バブラ温度＝95℃）により、膜厚が0.5μｍの
シリコン酸化膜46を形成した。この時、上記シリコン酸
化膜46下には、前述打込み層45のホウ素が電気的に活性
化し、ｐ型フイールド拡散層47が形成された（ｂ）。Then, a silicon oxide film 46 having a film thickness of 0.5 μm was formed by the method (2) described above (temperature = 1200 ° C., time = 300 seconds, bubbler temperature = 95 ° C.). At this time, under the silicon oxide film 46, the boron of the implantation layer 45 was electrically activated and a p-type field diffusion layer 47 was formed (b).
次に、上記シリコン窒化膜42およびシリコン酸化膜41を
除去たのち、前述（１）で示した方法（温度＝1150℃，
時間＝120秒）により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜
（ゲート酸化膜）48を形成した。その後、しきい値制御
のために、ホウ素イオン49を60keVの加速エネルギーで
2.5×10-11/cm2だけ打込みし、ホウ素打込み層50を形成
した（ｃ）。Next, after removing the silicon nitride film 42 and the silicon oxide film 41, the method (temperature = 1150 ° C.,
A silicon oxide film (gate oxide film) 48 having a film thickness of 20 nm was formed by the time = 120 seconds). After that, for the threshold control, boron ion 49 was accelerated with an acceleration energy of 60 keV.
Implanting only 2.5 × 10 −11 / cm 2 to form a boron implantation layer 50 (c).
次に、前述（５）で示したように、反応容器９内に試料
を挿入し、反応容器９およびランプハウス15内部を１×
10-6Torrに真空排気したのち、試料温度を650℃に加熱
した。試料温度が650℃になつた直後、反応容器９内の
真空度を1Torrに保ち、流量計27および29によりモノシ
ラガスおよびホスフインガスの流量を、それぞれ、1cc/
分および0.01cc/分に制御し、反応ガス導入筒11から上
記ガスを反応容器９内に導入し、420秒の反応を行つ
た。その後、上記反応ガスの供給および試料の加熱を停
止し、前述（５）で示したように反応容器９内圧力の大
気圧化，パージングおよび冷却を行い、試料温度が200
℃以下になつた時点で、試料を反応容器から取り出し
た。この時、形成された多結晶シリコン膜51は、膜厚が
210nmで、層抵抗が約25Ω／ロであつた。尚、この時、
上記ホウ素打込み層50は活性化された。その後通のホト
工程を用いて、上記多結晶崩シリコン膜51を加工した
（ｄ）。Next, as shown in (5) above, the sample was inserted into the reaction container 9 and the inside of the reaction container 9 and the lamp house 15 was adjusted to 1 ×.
After evacuation to 10 −6 Torr, the sample temperature was heated to 650 ° C. Immediately after the sample temperature reached 650 ° C., the degree of vacuum in the reaction vessel 9 was maintained at 1 Torr, and the flow rates of monosila gas and phosphine gas were adjusted to 1 cc /
Min and 0.01 cc / min, the above gas was introduced into the reaction vessel 9 through the reaction gas introduction cylinder 11 and the reaction was performed for 420 seconds. Thereafter, the supply of the reaction gas and the heating of the sample are stopped, and the internal pressure of the reaction vessel 9 is increased to the atmospheric pressure, purging and cooling are performed as described in (5) above, and the sample temperature is set to 200
The sample was taken out from the reaction container when the temperature became below the temperature. At this time, the formed polycrystalline silicon film 51 has a film thickness of
At 210 nm, the layer resistance was about 25 Ω / B. At this time,
The boron implantation layer 50 has been activated. The polycrystalline silicon film 51 is processed by the subsequent photo process (d).
次に、前述（３）で示した方法（温度＝1050℃，時間＝
120秒）により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜52を形成
し（ｅ）、その後、上記多結晶シリコン膜51と同条件で
同仕様の多結晶シリコン膜53を堆積し（ｆ）、次いで、
通常のホト工程により、上記多結晶シリコン膜53,シリ
コン酸化膜52、および多結晶シリコン膜51を加工した
（ｇ）。この時、上記２種の多結晶シリコン膜におい
て、上部はコントロールゲート電極42、また、下部はフ
ローテイングゲート電極40となる。Next, the method (temperature = 1050 ° C, time =
120 seconds), a silicon oxide film 52 having a film thickness of 20 nm is formed (e), and then a polycrystalline silicon film 53 of the same specifications is deposited under the same conditions as the polycrystalline silicon film 51 (f), and then,
The polycrystalline silicon film 53, the silicon oxide film 52, and the polycrystalline silicon film 51 were processed by a normal photo process (g). At this time, in the above-mentioned two kinds of polycrystalline silicon films, the upper part becomes the control gate electrode 42 and the lower part becomes the floating gate electrode 40.
次に、前述（３）の方法（温度＝1050℃，時間＝120
秒）により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜54を形成した
のち、ヒ素イオン55を100keVの加速エネルギーで１×10
16/cm2だけ打込み、ソースおよびドレインとなるヒ素打
込み層56を形成した（ｈ）。Next, the above method (3) (temperature = 1050 ° C., time = 120)
Second) to form a silicon oxide film 54 with a film thickness of 20 nm, and then arsenic ions 55 are accelerated to 1 × 10 5 at an acceleration energy of 100 keV.
By implanting only 16 / cm 2 , an arsenic implant layer 56 to be the source and drain was formed (h).
その後、前述（７）の方法により、リン濃度が0.5モル
％および４モル％のリンガラス膜57および58を、それぞ
れ、0.3μｍの膜厚で形成した。上記リンガラス形成条
件は、以下の通りである。下層のリンガラス膜57は、モ
ノシランガスおよびホスフインガスの流量を10cc/分お
よび0.05cc/分とし、600℃で120秒間反応させて形成し
た。また、上層のリンガラス膜58は、モノシランガスお
よびホスフインガスの流量をそれぞれ10cc/分および0.4
cc/分として、600℃で120秒間反応させて形成した。
尚、酸素ガスの流量は、に、0.2／分とした。次い
で、上述（８）の方法により、上述（８）と同条件で30
0秒間反応させて、膜厚が0.6μｍのボロンリンガラス膜
59を形成し、その直後、窒素雰囲気（流量＝１／分）
で1050℃,10秒のアニール処理を行い、図（ｉ）のよう
に、リフローにより表面を平担化したボロンリンガラス
膜60を形成した。上記アニール処理により、上記ヒ素打
込み層56は電気的に活性化され、また、上記リンガラス
膜57および58がデンシフアイされた（ｉ）。Then, phosphorus glass films 57 and 58 having a phosphorus concentration of 0.5 mol% and 4 mol% were formed to a film thickness of 0.3 μm by the method (7) described above. The phosphor glass forming conditions are as follows. The lower phosphorous glass film 57 was formed by reacting the monosilane gas and the phosphine gas at flow rates of 10 cc / min and 0.05 cc / min at 600 ° C. for 120 seconds. The upper phosphorus glass film 58 has a flow rate of monosilane gas and phosphine gas of 10 cc / min and 0.4 cc, respectively.
It was formed by reacting at 600 ° C. for 120 seconds as cc / min.
The flow rate of oxygen gas was 0.2 / min. Then, using the method of (8) above, under the same conditions as in (8) above,
Boron phosphorus glass film with a thickness of 0.6 μm after reacting for 0 seconds
Immediately after forming 59, nitrogen atmosphere (flow rate = 1 / min)
Then, annealing treatment was performed at 1050 ° C. for 10 seconds, and a boron phosphorus glass film 60 having a flat surface was formed by reflow as shown in FIG. By the annealing treatment, the arsenic implantation layer 56 was electrically activated, and the phosphorus glass films 57 and 58 were densified (i).
次いで、通常のホト工程を用いて上記ボロンリンガラス
膜60,リンガラス膜58および57、および、シリコン酸化
膜48を加工し、コンタクト穴明けを行つたのち、1050℃
で10秒のアニール処理を行い、図（ｊ）のように、リフ
ローエせたボロリンガラス膜61により、コンタクト穴の
傾斜を緩やかにした（ｊ）。Next, the boron phosphorus glass film 60, the phosphorus glass films 58 and 57, and the silicon oxide film 48 are processed using a normal photo process, and after making contact holes, 1050 ° C.
Then, an annealing treatment was performed for 10 seconds, and as shown in FIG. 6J, the slope of the contact hole was moderated by the reflowed boroline glass film 61 (j).
最後に、アルミニウム電極62を通常工程により作製した
後、水素雰囲気にした反応容器内で、550℃20秒の水素
アニールを行い、EPPOM素子を作製した。Finally, after the aluminum electrode 62 was manufactured by a normal process, hydrogen annealing was performed at 550 ° C. for 20 seconds in a reaction container in a hydrogen atmosphere to manufacture an EPPOM element.
本実施例によれば、通常プロセスと比較して薄膜形成プ
ロセスを９工程から６工程に減らすことができ、また上
記数種のガラス膜のデンシフアイおよびリフロー用のア
ニール処理を、薄膜形成直後に同一容器内で短時間のう
ちに処理できるため、上記アニール処理を実質的に３回
から２回に減らすことができ、プロセスの簡素化が行わ
れた。また、反応時間の制御が秒オーダーであるため、
薄膜形成プロセスの制御性が向上し、また、種々のアニ
ールを必要最少限の時間で行うことができ、不必要な熱
処理（例えばソース，ドレイン領域の接合深さの増大の
原因となり、減いソース，ドレイン形成が困難となる）
を無くすことができるため、アニールプロセスの制御性
も向上した。According to the present embodiment, the thin film forming process can be reduced from 9 steps to 6 steps as compared with the normal process, and the same annealing treatment for the densities and reflows of the above-mentioned glass films is performed immediately after the thin film formation. Since the treatment can be performed in the container in a short time, the annealing treatment can be substantially reduced from 3 times to 2 times, and the process is simplified. Also, since the control of the reaction time is on the order of seconds,
The controllability of the thin film formation process is improved, and various types of annealing can be performed in the minimum required time, which causes unnecessary heat treatment (for example, increases in the junction depth of the source / drain regions, and reduction of the source , Drain formation becomes difficult)
Since this can be eliminated, the controllability of the annealing process is also improved.
さらに、本実施例によれば、第３図（ｉ）に示したよう
に、リフロー処理により表面の平担化がなされ、コンタ
クト穴明けのためのホト工程の精度を向上でき、また、
同図（ｊ）に示したように、コンタクト穴の斜視を緩や
かにすることができたため、電極62形成において段切れ
防止がなされた。Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3 (i), the surface is flattened by the reflow process, and the accuracy of the photo process for making contact holes can be improved.
As shown in (j) of the same figure, since the contact hole was able to be slopingly oblique, step breakage was prevented in forming the electrode 62.
また、本実施例によれば、ゲート絶縁膜48の絶縁耐圧を
10％向上でき、また、フローテイングゲート51とコント
ロールゲート53間の絶縁膜52の絶縁耐圧を約2.5倍に向
上でき、その結果デバイスの信頼性を向上できた。Further, according to the present embodiment, the dielectric strength of the gate insulating film 48
The dielectric strength of the insulating film 52 between the floating gate 51 and the control gate 53 can be improved by about 2.5 times, and as a result, the reliability of the device can be improved.
本発明によれば、同一反応容器内で、異種の薄膜を形成
でき、また、薄膜形成直後にアニール処理が可能となる
ため、薄膜形成プロセスが簡素化される。また、反応を
秒オーダーで制御できるのでプロセスの制御性向上の効
果がある。さらに、反応温度も高温化できるため、特性
の良好な薄膜形成に効果がある。According to the present invention, different kinds of thin films can be formed in the same reaction container, and annealing treatment can be performed immediately after the thin film formation, so that the thin film forming process is simplified. In addition, since the reaction can be controlled on the order of seconds, the controllability of the process is improved. Furthermore, since the reaction temperature can be increased, it is effective in forming a thin film having good characteristics.
第１図は本発明による枚葉式絶縁膜形成装置の一例を示
す構成図、第２図は上記形成装置の概略図、第３図は本
発明の方法を用いたEPROM作製工程図である。 1,9……反応容器、2,8……試料基板、3,13,14……加熱
用ランプ、４……反応ガス源、5,34……反応ガス制御
部、６……ガス排気器、７……制御部、10……パージガ
ス導入筒、11……反応ガス導入筒、12……反応ガス排気
筒、15……ランプハウス、16……冷却ガス導入筒、17…
…冷却ガス排気筒、18……真空排気筒、19……真空排気
制御部、20……パイロメータ、21……パージガス排気
筒、22……ドア、23……反応ガス流量制御部、24〜32…
…流量計、33……ガス配管、35……超純水、36……バブ
ラ、37……ヒータ、38,39……三方向弁、40……ｐ型シ
リコン基板、41,46,48,52,54……シリコン熱酸化膜、42
……シリコン窒化膜、43……レジスト膜、44,49……ホ
ウ素イオン、45,50……ホウ素打込み層、47,50……ｐ型
拡散層、51,53……n+型多結晶シリコン膜、55……ヒ素
イオン、56……ヒ素打込み層またはn+型拡散層、57,58
……リンガラス膜、59〜61……ボロンリンガラス膜、62
……アルミニウム電極。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a single-wafer insulating film forming apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a schematic view of the above-mentioned forming apparatus, and FIG. 3 is an EPROM manufacturing process diagram using the method of the present invention. 1,9 …… Reaction vessel, 2,8 …… Sample substrate, 3,13,14 …… Heating lamp, 4 …… Reaction gas source, 5,34 …… Reaction gas control unit, 6 …… Gas exhaust device , 7 ... control unit, 10 ... purge gas introducing cylinder, 11 ... reaction gas introducing cylinder, 12 ... reaction gas exhausting cylinder, 15 ... lamp house, 16 ... cooling gas introducing cylinder, 17 ...
… Cooling gas exhaust pipe, 18 …… Vacuum exhaust pipe, 19 …… Vacuum exhaust control unit, 20 …… Pyrometer, 21 …… Purge gas exhaust pipe, 22 …… Door, 23 …… Reaction gas flow control unit, 24-32 …
… Flowmeter, 33 …… Gas piping, 35 …… Ultrapure water, 36 …… Bubbler, 37 …… Heater, 38,39 …… Three-way valve, 40 …… P-type silicon substrate, 41, 46, 48, 52,54 …… Silicon thermal oxide film, 42
...... Silicon nitride film, 43 ...... Resist film, 44,49 …… Boron ion, 45,50 …… Boron implantation layer, 47,50 …… p type diffusion layer, 51,53 …… n + type polycrystalline silicon Membrane, 55 ... Arsenic ion, 56 ... Arsenic implantation layer or n + type diffusion layer, 57,58
…… Phosphorus glass film, 59 to 61 …… Boron Phosphorus glass film, 62
...... Aluminum electrode.
Claims (7)
器内に挿入する工程と、秒オーダで該試料を第１の所定
温度に温度制御する工程と、その後第１の雰囲気で該試
料表面に第１の膜を形成する工程と、秒オーダで該試料
を第２の温度に温度制御する工程と、その後第１の雰囲
気とは異なる第２の雰囲気で該試料を処理する工程とを
有することを特徴とする枚葉式薄膜形成法。1. A step of inserting one sample into a thermal reaction vessel at a temperature of 100 ° C. or lower, a step of controlling the temperature of the sample to a first predetermined temperature on the order of seconds, and then in a first atmosphere. A step of forming a first film on the surface of the sample, a step of controlling the temperature of the sample to a second temperature on the order of seconds, and a step of subsequently treating the sample in a second atmosphere different from the first atmosphere And a single-wafer thin film forming method.
モノシランガス及びホスフィンガスの混合ガス雰囲気で
あり、第２の雰囲気は窒素ガス雰囲気であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の枚葉式薄膜形成法。2. The first atmosphere is nitrogen gas, oxygen gas,
The single-wafer thin film forming method according to claim 1, wherein a mixed gas atmosphere of monosilane gas and phosphine gas is used and the second atmosphere is a nitrogen gas atmosphere.
第２の膜形成工程であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の枚葉式薄膜形成法。3. The single-wafer thin film forming method according to claim 1, wherein the processing step is a second film forming step different from the first film.
り、上記第２の雰囲気はアンモニアガス及びジクロルシ
ランガスの混合ガス雰囲気であることを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の枚葉式薄膜形成法。4. The sheet according to claim 3, wherein the first atmosphere is an oxygen gas atmosphere and the second atmosphere is a mixed gas atmosphere of ammonia gas and dichlorosilane gas. Leaf type thin film forming method.
上記第２の雰囲気はモノシランガス雰囲気であることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の枚葉式薄膜形成
法。5. The first atmosphere is a steam atmosphere,
4. The single-wafer thin film forming method according to claim 3, wherein the second atmosphere is a monosilane gas atmosphere.
た枚葉式試料台と、該試料台上の試料の温度を秒オーダ
で制御する手段と、反応ガス制御部と、該反応ガス制御
部に接続され、かつ該試料の面積よりも広い領域に渡っ
て該熱反応容器内に設けられた複数個の反応ガス導入口
とを有することを特徴とする枚葉式薄膜形成装置。6. A thermal reaction vessel, a single-wafer sample stage provided in the thermal reaction vessel, means for controlling the temperature of the sample on the sample stage on the order of seconds, a reaction gas control section, A single-wafer thin-film forming apparatus connected to a reaction gas control unit and having a plurality of reaction gas introduction ports provided in the thermal reaction container over a region wider than the area of the sample. .
部と冷却部とを有することを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の枚葉式薄膜形成装置。7. The single-wafer thin film forming apparatus according to claim 6, further comprising a purging unit and a cooling unit.
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| JP61015621A JPH0693452B2 (en) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | Single-wafer thin film forming method and thin film forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61015621A JPH0693452B2 (en) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | Single-wafer thin film forming method and thin film forming apparatus |
Related Child Applications (1)
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| JP28014595A Division JP2636817B2 (en) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | Single wafer type thin film forming method and thin film forming apparatus |
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|---|---|
| JPS62174923A JPS62174923A (en) | 1987-07-31 |
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ID=11893778
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- 1986-01-29 JP JP61015621A patent/JPH0693452B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62174923A (en) | 1987-07-31 |
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