JPH10335325A - 酸化硅素膜形成方法 - Google Patents
酸化硅素膜形成方法Info
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- JPH10335325A JPH10335325A JP14066497A JP14066497A JPH10335325A JP H10335325 A JPH10335325 A JP H10335325A JP 14066497 A JP14066497 A JP 14066497A JP 14066497 A JP14066497 A JP 14066497A JP H10335325 A JPH10335325 A JP H10335325A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】シリコンの熱酸化が不可能な低温工程で良質な
酸化膜を得る。 【解決手段】気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積した後、
該酸化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む雰囲気下にて
熱処理を施す。
酸化膜を得る。 【解決手段】気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積した後、
該酸化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む雰囲気下にて
熱処理を施す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は６００℃程度以下
の比較的低温にて高品質な酸化硅素膜（ＳｉＯｘ膜：ｘ
は略２）を形成する方法に関する。これらの酸化硅素膜
は半導体装置の下地保護膜やゲート絶縁膜、或いは層間
絶縁膜等に適応される。
の比較的低温にて高品質な酸化硅素膜（ＳｉＯｘ膜：ｘ
は略２）を形成する方法に関する。これらの酸化硅素膜
は半導体装置の下地保護膜やゲート絶縁膜、或いは層間
絶縁膜等に適応される。
【０００２】
【従来の技術】酸化硅素膜は多結晶硅素薄膜トランジス
タ（ｐ−Ｓｉ ＴＦＴ）のゲート絶縁膜等に広く用いら
れており、この酸化硅素膜の良否がｐ−Ｓｉ ＴＦＴの
電気特性に強い影響を及ぼす。従来、酸化硅素膜を汎用
ガラス基板を使用し得る６００℃程度以下の低温にて形
成する場合、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）や物理気相堆
積法にて形成されて居た。
タ（ｐ−Ｓｉ ＴＦＴ）のゲート絶縁膜等に広く用いら
れており、この酸化硅素膜の良否がｐ−Ｓｉ ＴＦＴの
電気特性に強い影響を及ぼす。従来、酸化硅素膜を汎用
ガラス基板を使用し得る６００℃程度以下の低温にて形
成する場合、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）や物理気相堆
積法にて形成されて居た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれら従
来の酸化硅素膜は酸化膜捕獲電荷が多い等の問題を多々
内有しており、その膜品質が窮めて貧弱で有るとの課題
を有して居た。斯くした事情に則し、従来の酸化硅素膜
をゲート絶縁膜として用いてｐ−Ｓｉ ＴＦＴを製造す
ると出来上がったｐ−Ｓｉ ＴＦＴの電気特性が悪いに
のみならず、ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの信頼性も悪いとの課題
を有して居た。これは酸化硅素膜が酸化膜固定電荷を多
量に有して居り、それ故半導体装置のフラットバンド電
圧（Ｖｆｂ）を変動させたり、或いは表面捕獲準位が高
い為に閾値電圧（Ｖｔｈ）を大きくしたり、更には酸化
膜捕獲準位が大きく電荷の酸化膜中への注入が容易で有
る事等に由来して居る。換言すれば偏に酸化硅素膜の品
質が低級で有るが為、従来の半導体装置は多くの課題を
抱えて居る訳で有る。
来の酸化硅素膜は酸化膜捕獲電荷が多い等の問題を多々
内有しており、その膜品質が窮めて貧弱で有るとの課題
を有して居た。斯くした事情に則し、従来の酸化硅素膜
をゲート絶縁膜として用いてｐ−Ｓｉ ＴＦＴを製造す
ると出来上がったｐ−Ｓｉ ＴＦＴの電気特性が悪いに
のみならず、ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの信頼性も悪いとの課題
を有して居た。これは酸化硅素膜が酸化膜固定電荷を多
量に有して居り、それ故半導体装置のフラットバンド電
圧（Ｖｆｂ）を変動させたり、或いは表面捕獲準位が高
い為に閾値電圧（Ｖｔｈ）を大きくしたり、更には酸化
膜捕獲準位が大きく電荷の酸化膜中への注入が容易で有
る事等に由来して居る。換言すれば偏に酸化硅素膜の品
質が低級で有るが為、従来の半導体装置は多くの課題を
抱えて居る訳で有る。
【０００４】そこで本発明は上述の諸事情を鑑み、その
目的とする所は６００℃程度以下との低温工程で良質な
酸化硅素膜を形成する方法を提供する事に有る。
目的とする所は６００℃程度以下との低温工程で良質な
酸化硅素膜を形成する方法を提供する事に有る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は酸化硅素膜の形
成方法に於いて、気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する
第一工程と、該酸化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む
雰囲気下にて熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む
事を特徴とする。
成方法に於いて、気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する
第一工程と、該酸化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む
雰囲気下にて熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む
事を特徴とする。
【０００６】本発明は酸化硅素膜の形成方法に於いて、
気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する第一工程と、該酸
化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む酸化性雰囲気下に
て熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む事を特徴と
する。更に酸化性雰囲気が酸素を含有する事や、水を含
有する事、或いは酸素と水の両者を含有する事を特徴と
する。
気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する第一工程と、該酸
化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む酸化性雰囲気下に
て熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む事を特徴と
する。更に酸化性雰囲気が酸素を含有する事や、水を含
有する事、或いは酸素と水の両者を含有する事を特徴と
する。
【０００７】本発明は前述の水素のハロゲン化物の分圧
が１００ｍＴｏｒｒ程度以上７６０Ｔｏｒｒ程度以下で
有る事を特徴とする。又この水素のハロゲン化物が塩酸
や沸酸で有る事をも特徴とする。更に前述の第二工程の
温度が６００℃程度以下で有る事や、より好ましくは３
５０℃程度以下で有る事をも特徴とする。
が１００ｍＴｏｒｒ程度以上７６０Ｔｏｒｒ程度以下で
有る事を特徴とする。又この水素のハロゲン化物が塩酸
や沸酸で有る事をも特徴とする。更に前述の第二工程の
温度が６００℃程度以下で有る事や、より好ましくは３
５０℃程度以下で有る事をも特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は第一工程として化学気相
堆積法（ＣＶＤ法）や物理気相堆積法（ＰＶＤ法）等の
気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する。通常斯様にして
得られた酸化硅素膜は低品質な物で有る。そこで本願発
明では第二工程にてこの酸化硅素膜の膜質改善を行うの
で有る。即ち第二工程では気相堆積法にて得られた酸化
膜を塩酸（ＨＣｌ）やフッ酸（ＨＦ）等の水素のハロゲ
ン化物を含む雰囲気下にて熱処理を施すので有る。この
第二工程の熱処理雰囲気が水（Ｈ２Ｏ）や酸素
（Ｏ２）、亜窒化酸素（Ｎ２Ｏ）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）等の酸化性気体を含んで居ると膜質改善はより効
果的に進む。
堆積法（ＣＶＤ法）や物理気相堆積法（ＰＶＤ法）等の
気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する。通常斯様にして
得られた酸化硅素膜は低品質な物で有る。そこで本願発
明では第二工程にてこの酸化硅素膜の膜質改善を行うの
で有る。即ち第二工程では気相堆積法にて得られた酸化
膜を塩酸（ＨＣｌ）やフッ酸（ＨＦ）等の水素のハロゲ
ン化物を含む雰囲気下にて熱処理を施すので有る。この
第二工程の熱処理雰囲気が水（Ｈ２Ｏ）や酸素
（Ｏ２）、亜窒化酸素（Ｎ２Ｏ）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ２）等の酸化性気体を含んで居ると膜質改善はより効
果的に進む。
【０００９】第二工程に於ける水素のハロゲン化物の濃
度は０．０４％水溶液が露点で７５℃（蒸気圧２５０Ｔ
ｏｒｒ）程度以上（即ち水素ハロゲン化物分圧１００ｍ
Ｔｏｒｒ程度以上）あれば本願発明の効果が得られる。
水素ハロゲン化物分圧は高ければ高い程膜質改善が容易
に進むが、余りに高いと工程管理上危険で有るので７６
０Ｔｏｒｒ程度以下が望まれる。水素ハロゲン化物分圧
が７６Ｔｏｒｒ程度以下で有れば、酸化膜中へのハロゲ
ン元素の残留が著しく少なくなり、半導体装置を構成す
る絶縁膜を本願発明の酸化膜形成方法に従って作成した
時に、半導体装置の電気特性が経時変化しなく成る。酸
化膜中にハロゲン元素が残留して居ると、半導体装置の
一構成要件として本願発明の酸化硅素膜を利用する際に
一部のハロゲン化物が離脱して半導体装置の他の構成要
件で有る金属等を腐食させる事が有る。７６Ｔｏｒｒ程
度以下で有れば斯様な問題は生ぜず、半導体装置の経時
信頼性が増すので有る。水素ハロゲン化物分圧が７．６
Ｔｏｒｒ程度以下で有れば、第二工程後に何等なる熱処
理を施さずともハロゲン元素に起因する酸化膜固定電荷
を１０１０ｃｍ−２程度以下と出来、半導体膜上に本願
発明の酸化膜形成方法にて絶縁膜を作成した時に界面捕
獲準位の低い良質な半導体−絶縁膜界面が得られる。即
ち本願発明の酸化硅素膜形成方法に則して、例えばｐ−
Ｓｉ ＴＦＴのゲート絶縁膜を作成すれば、閾値電圧の
小さい良好な半導体装置が得られるので有る。
度は０．０４％水溶液が露点で７５℃（蒸気圧２５０Ｔ
ｏｒｒ）程度以上（即ち水素ハロゲン化物分圧１００ｍ
Ｔｏｒｒ程度以上）あれば本願発明の効果が得られる。
水素ハロゲン化物分圧は高ければ高い程膜質改善が容易
に進むが、余りに高いと工程管理上危険で有るので７６
０Ｔｏｒｒ程度以下が望まれる。水素ハロゲン化物分圧
が７６Ｔｏｒｒ程度以下で有れば、酸化膜中へのハロゲ
ン元素の残留が著しく少なくなり、半導体装置を構成す
る絶縁膜を本願発明の酸化膜形成方法に従って作成した
時に、半導体装置の電気特性が経時変化しなく成る。酸
化膜中にハロゲン元素が残留して居ると、半導体装置の
一構成要件として本願発明の酸化硅素膜を利用する際に
一部のハロゲン化物が離脱して半導体装置の他の構成要
件で有る金属等を腐食させる事が有る。７６Ｔｏｒｒ程
度以下で有れば斯様な問題は生ぜず、半導体装置の経時
信頼性が増すので有る。水素ハロゲン化物分圧が７．６
Ｔｏｒｒ程度以下で有れば、第二工程後に何等なる熱処
理を施さずともハロゲン元素に起因する酸化膜固定電荷
を１０１０ｃｍ−２程度以下と出来、半導体膜上に本願
発明の酸化膜形成方法にて絶縁膜を作成した時に界面捕
獲準位の低い良質な半導体−絶縁膜界面が得られる。即
ち本願発明の酸化硅素膜形成方法に則して、例えばｐ−
Ｓｉ ＴＦＴのゲート絶縁膜を作成すれば、閾値電圧の
小さい良好な半導体装置が得られるので有る。
【００１０】第二工程の熱処理温度はそれが高い程膜質
改善の効果が得られるが、本願発明の目的を考慮すると
６００℃程度以下が要求される。非晶質硅素ＴＦＴ（ａ
−Ｓｉ ＴＦＴ）や金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）素子
に用いられて居る汎用ガラス基板を使用する為にはａ−
Ｓｉ ＴＦＴやＭＩＭの製造工程最高温度で有る４５０
℃程度以下が求められる。半導体膜として多結晶硅素
（ｐ−Ｓｉ）を用い、そのｐ−Ｓｉ上に本願発明の酸化
硅素膜を形成する時にはｐ−Ｓｉ膜の不対結合対（ダン
グリングボンド）を終端して居る水素が離脱せぬ様に３
５０℃程度以下が好ましい。膜質改善効果が効き始める
最低温度は１５０℃程度で有る。
改善の効果が得られるが、本願発明の目的を考慮すると
６００℃程度以下が要求される。非晶質硅素ＴＦＴ（ａ
−Ｓｉ ＴＦＴ）や金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）素子
に用いられて居る汎用ガラス基板を使用する為にはａ−
Ｓｉ ＴＦＴやＭＩＭの製造工程最高温度で有る４５０
℃程度以下が求められる。半導体膜として多結晶硅素
（ｐ−Ｓｉ）を用い、そのｐ−Ｓｉ上に本願発明の酸化
硅素膜を形成する時にはｐ−Ｓｉ膜の不対結合対（ダン
グリングボンド）を終端して居る水素が離脱せぬ様に３
５０℃程度以下が好ましい。膜質改善効果が効き始める
最低温度は１５０℃程度で有る。
【００１１】出願人の研究に依ると塩酸やフッ酸等の水
素のハロゲン化物は気相堆積法で形成された低品質酸化
膜に対して殊の外優れた補修能力を有して居る。酸化膜
を構成するＳｉＯ２の網目構造に対する補修能力は水も
有するが、水素のハロゲン化物は水よりも窮めて強い補
修能力を有して居る。これは水素ハロゲン化物の半導体
膜等に対する酸化能力が強く、同時に酸化膜に対するエ
ッチング性も高い事実に起因する。（従って水素のハロ
ゲン化物の補修能力は水を含んだ酸化性雰囲気下にて最
大と成る。）こうした結果として水素のハロゲン化物は
ＳｉＯ２網目構造の内でその結合が少しでも弱い部位を
選択的に攻撃し、一旦結合を切る。しかしながら熱処理
中の網目振動に依り、切断された結合はそれらが再び充
分に接近した際に再結合する。この場合、もし結合が弱
ければ結合は再度切られるが、強い結合が新たに形成さ
れるので有れば、それらは安定して残る事に成る。斯く
して網目構造の内で弱い部位のみが切断と再結合を繰り
返し、結果として最終的に強い結合のみから酸化膜の網
目構造が構成される事になる。これが水素のハロゲン化
物に依って酸化膜品質が改善される原理で有る。換言す
るならば、気相堆積法で形成された低品質の酸化膜が強
い網目のみから構成される高品質の酸化膜へと改質され
るので有る。この結果、弱い網目に起因する酸化膜捕獲
準位は著しく低減させられ、同時に電子や正孔と云った
電荷が酸化膜に注入されにくく成るので有る。斯くした
事実に則し、半導体装置のゲート絶縁膜を本願発明の酸
化膜形成方法にて作成すると、得られる半導体装置の動
作信頼性が大きく向上する事になる。加えてこの同じ原
理は半導体と酸化膜の界面にも働き、界面準位をも低減
させる。即ち半導体装置の閾値電圧を低減させるので有
る。更に熱処理期間中水素のハロゲン化物は酸化膜内に
於いて水素イオンとハロゲンイオンに分離する。これら
のイオンが酸化膜内電荷を中性化させる機能をも有して
居る。水素のハロゲン化物を含む雰囲気下での熱処理は
酸化膜内電荷を低減させ、酸化膜をゲート絶縁膜として
用いた際にＶｆｂを理想値（ゲート電極を構成する金属
の仕事関数と半導体の仕事関数の差）に近づけるに到
る。更に気相堆積法で結晶性半導体膜上に酸化膜を堆積
すると半導体表面の結晶には酸化膜堆積時に積層欠陥が
生ずるのが一般で有るが、第二工程の熱処理ではこの積
層欠陥を酸化の形態（結晶欠陥を酸素が終端する）や水
素化の形態（結晶欠陥を水素が終端する）或いはハロゲ
ン化（結晶欠陥を塩素や弗素が終端する）で補修し、半
導体表面の電気特性を改善するので有る。
素のハロゲン化物は気相堆積法で形成された低品質酸化
膜に対して殊の外優れた補修能力を有して居る。酸化膜
を構成するＳｉＯ２の網目構造に対する補修能力は水も
有するが、水素のハロゲン化物は水よりも窮めて強い補
修能力を有して居る。これは水素ハロゲン化物の半導体
膜等に対する酸化能力が強く、同時に酸化膜に対するエ
ッチング性も高い事実に起因する。（従って水素のハロ
ゲン化物の補修能力は水を含んだ酸化性雰囲気下にて最
大と成る。）こうした結果として水素のハロゲン化物は
ＳｉＯ２網目構造の内でその結合が少しでも弱い部位を
選択的に攻撃し、一旦結合を切る。しかしながら熱処理
中の網目振動に依り、切断された結合はそれらが再び充
分に接近した際に再結合する。この場合、もし結合が弱
ければ結合は再度切られるが、強い結合が新たに形成さ
れるので有れば、それらは安定して残る事に成る。斯く
して網目構造の内で弱い部位のみが切断と再結合を繰り
返し、結果として最終的に強い結合のみから酸化膜の網
目構造が構成される事になる。これが水素のハロゲン化
物に依って酸化膜品質が改善される原理で有る。換言す
るならば、気相堆積法で形成された低品質の酸化膜が強
い網目のみから構成される高品質の酸化膜へと改質され
るので有る。この結果、弱い網目に起因する酸化膜捕獲
準位は著しく低減させられ、同時に電子や正孔と云った
電荷が酸化膜に注入されにくく成るので有る。斯くした
事実に則し、半導体装置のゲート絶縁膜を本願発明の酸
化膜形成方法にて作成すると、得られる半導体装置の動
作信頼性が大きく向上する事になる。加えてこの同じ原
理は半導体と酸化膜の界面にも働き、界面準位をも低減
させる。即ち半導体装置の閾値電圧を低減させるので有
る。更に熱処理期間中水素のハロゲン化物は酸化膜内に
於いて水素イオンとハロゲンイオンに分離する。これら
のイオンが酸化膜内電荷を中性化させる機能をも有して
居る。水素のハロゲン化物を含む雰囲気下での熱処理は
酸化膜内電荷を低減させ、酸化膜をゲート絶縁膜として
用いた際にＶｆｂを理想値（ゲート電極を構成する金属
の仕事関数と半導体の仕事関数の差）に近づけるに到
る。更に気相堆積法で結晶性半導体膜上に酸化膜を堆積
すると半導体表面の結晶には酸化膜堆積時に積層欠陥が
生ずるのが一般で有るが、第二工程の熱処理ではこの積
層欠陥を酸化の形態（結晶欠陥を酸素が終端する）や水
素化の形態（結晶欠陥を水素が終端する）或いはハロゲ
ン化（結晶欠陥を塩素や弗素が終端する）で補修し、半
導体表面の電気特性を改善するので有る。
【００１２】第二工程終了後第三工程として不活性雰囲
気や水素含有雰囲気にて第二熱処理を施すのが好まし
い。これに依り絶縁膜中から不要なハロゲン元素や水を
排出し絶縁膜を流れる漏れ電流を大幅に低減出来、絶縁
耐圧を高められる。第二熱処理の温度は第二工程の熱処
理温度と略等しいか、或いはそれよりも高い事が好まし
い。こうする事で酸化膜からのハロゲン元素や水の排出
が確実に進むからで有る。酸化膜を多結晶硅素等の半導
体膜上に形成した場合には、水素含有雰囲気下にて第二
熱処理を施せば酸化膜固定電荷や界面捕獲電荷を著しく
低減せしめる。水素分圧は０．７６Ｔｏｒｒ程度から７
６Ｔｏｒｒ程度が好ましい。
気や水素含有雰囲気にて第二熱処理を施すのが好まし
い。これに依り絶縁膜中から不要なハロゲン元素や水を
排出し絶縁膜を流れる漏れ電流を大幅に低減出来、絶縁
耐圧を高められる。第二熱処理の温度は第二工程の熱処
理温度と略等しいか、或いはそれよりも高い事が好まし
い。こうする事で酸化膜からのハロゲン元素や水の排出
が確実に進むからで有る。酸化膜を多結晶硅素等の半導
体膜上に形成した場合には、水素含有雰囲気下にて第二
熱処理を施せば酸化膜固定電荷や界面捕獲電荷を著しく
低減せしめる。水素分圧は０．７６Ｔｏｒｒ程度から７
６Ｔｏｒｒ程度が好ましい。
【００１３】本願発明の酸化膜を多結晶硅素等の結晶性
半導体膜上に形成する場合には結晶性半導体膜が有する
不対結合対に水素を結合させる第四工程を施すのが望ま
れる。第二工程の熱処理や第三工程の第二熱処理にて不
対結合対を終端して居た水素が量の大小はともかく離脱
するからで有る。斯様に生じた不対結合対を水素プラズ
マ照射等で終端化すると界面や粒界に於ける電子や正孔
の散乱確率を低くし、以てこれらの移動度が増大する。
半導体膜上に形成する場合には結晶性半導体膜が有する
不対結合対に水素を結合させる第四工程を施すのが望ま
れる。第二工程の熱処理や第三工程の第二熱処理にて不
対結合対を終端して居た水素が量の大小はともかく離脱
するからで有る。斯様に生じた不対結合対を水素プラズ
マ照射等で終端化すると界面や粒界に於ける電子や正孔
の散乱確率を低くし、以てこれらの移動度が増大する。
【００１４】（実施例１）比抵抗が３Ω・ｃｍのＮ型シ
リコン基板上にプラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ
法）にて酸化硅素膜を堆積し、この酸化硅素膜を塩酸
（ＨＣｌ）を含む酸化性雰囲気下にて熱処理を施した。
リコン基板上にプラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ
法）にて酸化硅素膜を堆積し、この酸化硅素膜を塩酸
（ＨＣｌ）を含む酸化性雰囲気下にて熱処理を施した。
【００１５】四種類の酸化硅素膜が三種類のＰＥＣＶＤ
装置にて成膜された。用いたＣＶＤ装置は電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）ＰＥＣＶＤ装置及び平行平板容量
結合型ＰＥＣＶＤ装置と、成膜室の背景真空度が１０
−７Ｔｏｒｒ程度以上で有る高真空型の平行平板容量結
合型ＰＥＣＶＤ装置で有る。其々のＰＥＣＶＤ装置に依
る酸化硅素膜の成膜条件を以下に記す。
装置にて成膜された。用いたＣＶＤ装置は電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）ＰＥＣＶＤ装置及び平行平板容量
結合型ＰＥＣＶＤ装置と、成膜室の背景真空度が１０
−７Ｔｏｒｒ程度以上で有る高真空型の平行平板容量結
合型ＰＥＣＶＤ装置で有る。其々のＰＥＣＶＤ装置に依
る酸化硅素膜の成膜条件を以下に記す。
【００１６】（１）ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ装置 モノシラン（ＳｉＨ４）流量・・・６０ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・１００ｓｃｃｍ 圧力・・・２．４０ｍＴｏｒｒ マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）出力・・・２２５０Ｗ 基板温度・・・１００℃ 成膜時間・・・２４秒 堆積膜厚・・・１２５．４ｎｍ （２）容量結合型ＰＥＣＶＤ装置 ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）４）流量・・・６０
ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・１２００ｓｃｃｍ アルゴン（Ａｒ）流量・・・５０４０ｓｃｃｍ 圧力・・・１．５Ｔｏｒｒ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・１０００Ｗ 平行平板電極間距離・・・２５．４ｍｍ 基板温度・・・３５０℃ 成膜時間・・・９２秒 堆積膜厚・・・１１８．６ｎｍ （３）高真空型ＰＥＣＶＤ装置 ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）４）流量・・・１５
ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・４５ｓｃｃｍ ヘリウム（Ｈｅ）流量・・・５００ｓｃｃｍ 圧力・・・０．２５５Ｔｏｒｒ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・３００Ｗ 平行平板電極間距離・・・２４ｍｍ 基板温度・・・２８０℃ 成膜時間・・・３２４秒 堆積膜厚・・・１１０．２ｎｍ （４）容量結合型ＰＥＣＶＤ装置の層間絶縁膜用酸化膜 ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）４）流量・・・３０
０ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・６０００ｓｃｃｍ 圧力・・・１．５Ｔｏｒｒ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・１３００Ｗ 平行平板電極間距離・・・２５．４ｍｍ 基板温度・・・２８０℃ 成膜時間・・・１５秒 堆積膜厚・・・１２２．２ｎｍ 上記（１）から（３）の酸化硅素膜は其々のＣＶＤ装置
にて品質が最も優れる様に堆積条件の最適化を図って成
膜された物で有る。又（４）は（２）のＰＥＣＶＤ装置
にて半導体装置の層間絶縁膜に適応される酸化膜として
堆積された物で有る。層間絶縁膜用の酸化膜は膜品質よ
りも堆積速度や段差被覆性に主眼を置いて堆積条件が定
められて居る。これらの膜は堆積条件の最適化を図られ
た膜で有っても、その侭の状態（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔ
ｅｄ状態）では単結晶シリコン基板を熱酸化して得られ
る熱酸化膜に比べて、その膜品質は著しく劣って居る。
これを赤外吸光分光法を用いて分析した結果（図１）を
参照して説明する。図１の縦軸は波数が１０８０ｃｍ
−１付近に現れるＳｉ−Ｏ−Ｓｉの非対称伸縮ピークの
吸収係数を示し、横軸はその半値幅（ＦＷＨＭ）で有
る。黒丸印が熱酸化膜を示し、各丸の横に記載されてる
数字は酸化膜形成温度で有る。酸化温度が高い程吸収係
数が大きく、同時に半値幅が狭い事が分かる。一般に熱
酸化膜はその酸化温度が高い程、膜品質が優れて居ると
知られて居る。図１では高品質な膜で有る程、酸化膜を
特徴付ける印が左上に位置する事と成る。これに対して
前述のＣＶＤ法で得られたａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ膜
を白四角で示す。白四角の横の数字は上述の堆積条件に
対応して居る。気相堆積法で得られた酸化膜は仮令成膜
条件を最適化しても概して図１の右下に位置し、膜品質
が熱酸化膜よりも可成劣って居る事が分かる。
ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・１２００ｓｃｃｍ アルゴン（Ａｒ）流量・・・５０４０ｓｃｃｍ 圧力・・・１．５Ｔｏｒｒ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・１０００Ｗ 平行平板電極間距離・・・２５．４ｍｍ 基板温度・・・３５０℃ 成膜時間・・・９２秒 堆積膜厚・・・１１８．６ｎｍ （３）高真空型ＰＥＣＶＤ装置 ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）４）流量・・・１５
ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・４５ｓｃｃｍ ヘリウム（Ｈｅ）流量・・・５００ｓｃｃｍ 圧力・・・０．２５５Ｔｏｒｒ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・３００Ｗ 平行平板電極間距離・・・２４ｍｍ 基板温度・・・２８０℃ 成膜時間・・・３２４秒 堆積膜厚・・・１１０．２ｎｍ （４）容量結合型ＰＥＣＶＤ装置の層間絶縁膜用酸化膜 ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）４）流量・・・３０
０ｓｃｃｍ 酸素（Ｏ２）流量・・・６０００ｓｃｃｍ 圧力・・・１．５Ｔｏｒｒ 高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・１３００Ｗ 平行平板電極間距離・・・２５．４ｍｍ 基板温度・・・２８０℃ 成膜時間・・・１５秒 堆積膜厚・・・１２２．２ｎｍ 上記（１）から（３）の酸化硅素膜は其々のＣＶＤ装置
にて品質が最も優れる様に堆積条件の最適化を図って成
膜された物で有る。又（４）は（２）のＰＥＣＶＤ装置
にて半導体装置の層間絶縁膜に適応される酸化膜として
堆積された物で有る。層間絶縁膜用の酸化膜は膜品質よ
りも堆積速度や段差被覆性に主眼を置いて堆積条件が定
められて居る。これらの膜は堆積条件の最適化を図られ
た膜で有っても、その侭の状態（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔ
ｅｄ状態）では単結晶シリコン基板を熱酸化して得られ
る熱酸化膜に比べて、その膜品質は著しく劣って居る。
これを赤外吸光分光法を用いて分析した結果（図１）を
参照して説明する。図１の縦軸は波数が１０８０ｃｍ
−１付近に現れるＳｉ−Ｏ−Ｓｉの非対称伸縮ピークの
吸収係数を示し、横軸はその半値幅（ＦＷＨＭ）で有
る。黒丸印が熱酸化膜を示し、各丸の横に記載されてる
数字は酸化膜形成温度で有る。酸化温度が高い程吸収係
数が大きく、同時に半値幅が狭い事が分かる。一般に熱
酸化膜はその酸化温度が高い程、膜品質が優れて居ると
知られて居る。図１では高品質な膜で有る程、酸化膜を
特徴付ける印が左上に位置する事と成る。これに対して
前述のＣＶＤ法で得られたａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ膜
を白四角で示す。白四角の横の数字は上述の堆積条件に
対応して居る。気相堆積法で得られた酸化膜は仮令成膜
条件を最適化しても概して図１の右下に位置し、膜品質
が熱酸化膜よりも可成劣って居る事が分かる。
【００１７】次に前述の四種類の酸化膜を塩酸を含む酸
化性雰囲気下にて熱処理を施した。濃度１６％の塩化水
素酸水溶液を空気中に露点で９６℃含む塩酸水蒸気空気
下にて熱処理は施こされた。基板温度は３４５℃で処理
時間は２時間で有った。この塩酸熱処理が終了した後、
酸化膜中のハロゲン元素を抜く目的で１時間の熱処理を
継続した。この熱処理雰囲気は露点９６℃の水蒸気含有
空気で行われ、雰囲気に塩酸は含まれて居ない。最後に
酸化膜を乾燥させる為にアルゴン中に水素を３％含む非
酸化性雰囲気下にて３５０℃で１時間の熱処理を施し
た。斯様に得られた酸化膜の赤外吸光分光法に依る膜質
評価結果を図１の黒四角で示す。実線矢印は気相堆積法
で得られたａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ酸化膜が塩酸熱処
理に依り如何に膜質改善されたかを明示して居る。四種
類総ての酸化膜がその図中での位置を右下から左上に移
行させ、明らかに酸化膜品質が大幅に改善されて居る事
が分かる。取り分け従来の気相堆積法で得れれるａｓ−
ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ酸化膜の内では高密度プラズマを利
用して居るＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ装置の酸化膜（上述の
（１）の膜）が最も優れて居たが、本願発明の熱処理を
施す事で汎用されてる平行平板容量結合型ＰＥＣＶＤ装
置に依る酸化膜もその膜品質をＥＣＲ−ＰＥＣＶＤのａ
ｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ膜よりも高める事が可能と成っ
た。従来、酸化膜としては低品質で有った物（例えば上
述の（４）の膜）でさえ、水素のハロゲン化物を含む雰
囲気下で熱処理を施す事で、従来最も品質が高かった気
相堆積法に依る酸化膜（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ ａｓ−ｄ
ｅｐｏｓｉｔｅｄ膜）よりも高品質の膜とし得るので有
る。
化性雰囲気下にて熱処理を施した。濃度１６％の塩化水
素酸水溶液を空気中に露点で９６℃含む塩酸水蒸気空気
下にて熱処理は施こされた。基板温度は３４５℃で処理
時間は２時間で有った。この塩酸熱処理が終了した後、
酸化膜中のハロゲン元素を抜く目的で１時間の熱処理を
継続した。この熱処理雰囲気は露点９６℃の水蒸気含有
空気で行われ、雰囲気に塩酸は含まれて居ない。最後に
酸化膜を乾燥させる為にアルゴン中に水素を３％含む非
酸化性雰囲気下にて３５０℃で１時間の熱処理を施し
た。斯様に得られた酸化膜の赤外吸光分光法に依る膜質
評価結果を図１の黒四角で示す。実線矢印は気相堆積法
で得られたａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ酸化膜が塩酸熱処
理に依り如何に膜質改善されたかを明示して居る。四種
類総ての酸化膜がその図中での位置を右下から左上に移
行させ、明らかに酸化膜品質が大幅に改善されて居る事
が分かる。取り分け従来の気相堆積法で得れれるａｓ−
ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ酸化膜の内では高密度プラズマを利
用して居るＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ装置の酸化膜（上述の
（１）の膜）が最も優れて居たが、本願発明の熱処理を
施す事で汎用されてる平行平板容量結合型ＰＥＣＶＤ装
置に依る酸化膜もその膜品質をＥＣＲ−ＰＥＣＶＤのａ
ｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ膜よりも高める事が可能と成っ
た。従来、酸化膜としては低品質で有った物（例えば上
述の（４）の膜）でさえ、水素のハロゲン化物を含む雰
囲気下で熱処理を施す事で、従来最も品質が高かった気
相堆積法に依る酸化膜（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ ａｓ−ｄ
ｅｐｏｓｉｔｅｄ膜）よりも高品質の膜とし得るので有
る。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述してきた様に、従来低品質で有
った気相堆積法で形成された酸化膜を簡単な熱処理にて
高品質な膜へと本願発明は改質出来るので有る。これに
依り薄膜トランジスタに代表される半導体装置の電気特
性を向上させ、同時に半導体装置の動作安定性をも高め
るとの効果が認められるので有る。
った気相堆積法で形成された酸化膜を簡単な熱処理にて
高品質な膜へと本願発明は改質出来るので有る。これに
依り薄膜トランジスタに代表される半導体装置の電気特
性を向上させ、同時に半導体装置の動作安定性をも高め
るとの効果が認められるので有る。
【図１】赤外吸光分光法を用いて分析した結果を示す
図。
図。
Claims (17)
- 【請求項１】 気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する第
一工程と、該酸化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む雰
囲気下にて熱処理を施す第二工程とを少なくとも含む事
を特徴とする酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項２】 前記水素のハロゲン化物の分圧が１００
ｍＴｏｒｒ程度以上７６０Ｔｏｒｒ程度以下で有る事を
特徴とする請求項１記載の酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項３】 前記水素のハロゲン化物の分圧が１００
ｍＴｏｒｒ程度以上７６Ｔｏｒｒ程度以下で有る事を特
徴とする請求項１記載の酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項４】 前記水素のハロゲン化物の分圧が１００
ｍＴｏｒｒ程度以上７．６Ｔｏｒｒ程度以下で有る事を
特徴とする請求項１記載の酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項５】 前記水素のハロゲン化物が塩酸で有る事
を特徴とする請求項１乃至４記載の酸化硅素膜形成方
法。 - 【請求項６】 前記水素のハロゲン化物が沸酸で有る事
を特徴とする請求項１乃至４記載の酸化硅素膜形成方
法。 - 【請求項７】 気相堆積法にて酸化硅素膜を堆積する第
一工程と、該酸化硅素膜を水素のハロゲン化物を含む酸
化性雰囲気下にて熱処理を施す第二工程とを少なくとも
含む事を特徴とする酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項８】 前記酸化性雰囲気が酸素を含有する事を
特徴とする請求項７記載の酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項９】 前記酸化性雰囲気が水を含有する事を特
徴とする請求項８記載の酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項１０】 前記酸化性雰囲気が酸素と水を含有す
る事を特徴とする請求項７記載の酸化硅素膜形成方法。 - 【請求項１１】 前記水素のハロゲン化物の分圧が１０
０ｍＴｏｒｒ程度以上７６０Ｔｏｒｒ程度以下で有る事
を特徴とする請求項７乃至１０記載の酸化硅素膜形成方
法。 - 【請求項１２】 前記水素のハロゲン化物の分圧が１０
０ｍＴｏｒｒ程度以上７６Ｔｏｒｒ程度以下で有る事を
特徴とする請求項７乃至１０記載の酸化硅素膜形成方
法。 - 【請求項１３】 前記水素のハロゲン化物の分圧が１０
０ｍＴｏｒｒ程度以上７．６Ｔｏｒｒ程度以下で有る事
を特徴とする請求項７乃至１０記載の酸化硅素膜形成方
法。 - 【請求項１４】 前記水素のハロゲン化物が塩酸で有る
事を特徴とする請求項７乃至１３記載の酸化硅素膜形成
方法。 - 【請求項１５】 前記水素のハロゲン化物が沸酸で有る
事を特徴とする請求項７乃至１３記載の酸化硅素膜形成
方法。 - 【請求項１６】 前記第二工程の温度が６００℃程度以
下で有る事を特徴とする請求項１乃至１５記載の酸化硅
素膜形成方法。 - 【請求項１７】 前記第二工程の温度が３５０℃程度以
下で有る事を特徴とする請求項１乃至１５記載の酸化硅
素膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14066497A JPH10335325A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 酸化硅素膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14066497A JPH10335325A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 酸化硅素膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10335325A true JPH10335325A (ja) | 1998-12-18 |
Family
ID=15273900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14066497A Pending JPH10335325A (ja) | 1997-05-29 | 1997-05-29 | 酸化硅素膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10335325A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100394504B1 (ko) * | 1999-09-01 | 2003-08-14 | 가부시끼가이샤 한도따이 프로세스 켄큐쇼 | 절연막의 막질 개선방법 및 반도체 장치 |
| WO2011142467A1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US8895377B2 (en) | 2010-04-23 | 2014-11-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US8945982B2 (en) | 2010-04-23 | 2015-02-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
| US9142648B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-09-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1997
- 1997-05-29 JP JP14066497A patent/JPH10335325A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100394504B1 (ko) * | 1999-09-01 | 2003-08-14 | 가부시끼가이샤 한도따이 프로세스 켄큐쇼 | 절연막의 막질 개선방법 및 반도체 장치 |
| US8895377B2 (en) | 2010-04-23 | 2014-11-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US8945982B2 (en) | 2010-04-23 | 2015-02-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
| US9099499B2 (en) | 2010-04-23 | 2015-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US9245983B2 (en) | 2010-04-23 | 2016-01-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US9390918B2 (en) | 2010-04-23 | 2016-07-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
| US9978878B2 (en) | 2010-04-23 | 2018-05-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
| WO2011142467A1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2011258939A (ja) * | 2010-05-14 | 2011-12-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US9142648B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-09-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US9601602B2 (en) | 2010-05-21 | 2017-03-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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