JPH1126457A - 半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法 - Google Patents
半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法Info
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Abstract
シリコンオキシニトライド膜形成方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板101上に初期酸化膜103
を形成した後、初期酸化膜103を純粋酸化膜105に
変えると同時に、さらに、成長させる段階を含む。そし
て、純粋酸化膜105をシリコンオキシニトライド膜1
07に変えると同時に、半導体基板101上にシリコン
オキシニトライド膜107を700〜950℃でさらに
成長させ、40〜200オングストロームの厚さに形成
する。シリコンオキシニトライド膜107は拡散炉、例
えば縦形拡散炉に酸化窒素ガスを注入して形成する。
Description
法に係り、特にゲート絶縁膜として使える、半導体装置
のシリコンオキシニトライド膜形成方法に関する。
してシリコン酸化膜が主に使われている。ところが、半
導体装置が高集積化するにつれ、ゲート絶縁膜に使われ
るシリコン酸化膜の厚さもまた薄膜化になっていく。こ
のような薄膜化は電界の増加を伴うため、前記シリコン
酸化膜の質的特性、例えば動作電圧において、シリコン
酸化膜の漏洩電流特性及び破壊電圧特性を改善すべきで
ある。しかし、前記シリコン酸化膜は前記質的特性が優
れないもので、高集積化した半導体装置のゲート絶縁膜
としては不向きである。したがって、前記シリコン酸化
膜の代わりに新しいゲート絶縁膜が必要になる。
目的は質的特性が優れて、前記シリコン酸化膜に代えら
れる半導体装置のシリコンオキシニトライド膜(silicon
oxy nitride layer)形成方法を提供するにある。
るために、本発明の半導体装置のシリコンオキシニトラ
イド膜形成方法は、半導体基板上に初期酸化膜を形成し
た後、前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、
前記純粋酸化膜をさらに成長させる段階を含む。そし
て、前記純粋酸化膜をシリコンオキシニトライド膜に変
えると同時に、前記半導体基板上にシリコンオキシニト
ライド膜を700〜950℃でさらに成長させ、40〜
200オングストロームの厚さに形成する。前記シリコ
ンオキシニトライド膜は拡散炉、例えば従形拡散炉に酸
化窒素(N2O)ガスを注入して形成する。
シニトライド膜形成方法は、半導体基板を窒素ガスの注
入する第1温度、例えば550〜750℃の拡散炉にロ
ーディングする段階を含む。前記ローディングした半導
体基板が含まれた拡散炉を第2温度、例えば700〜9
50℃に昇温しながら酸素ガスと窒素ガスを混合した混
合ガスを注入し、前記半導体基板上に初期酸化膜を形成
する。前記昇温した拡散炉に含まれた半導体基板を酸化
させ、前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、
前記純粋酸化膜をさらに成長させる。この時、前記拡散
炉に酸素ガス、または酸素ガスと水素ガスを混合した混
合ガスを注入する。
スを注入し、前記純粋酸化膜をシリコンオキシニトライ
ド膜に変えると同時に、前記半導体基板上にシリコンオ
キシニトライド膜をさらに成長させる。前記シリコンオ
キシニトライド膜が含まれた拡散炉に窒素ガスを注入し
ながら前記拡散炉を第2温度に下げる。本発明の半導体
装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法によれば、
拡散炉を利用して複数の半導体基板上にシリコンオキシ
ニトライド膜を形成するため、生産性を向上することが
できるし、前記シリコンオキシニトライド膜内の窒素濃
度も均一にし得る。
発明の一実施の形態について詳細に説明する。図1は本
発明に係る半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形
成に適用した拡散炉の概略を示した断面図である。図1
を参照すれば、本発明の半導体装置のシリコンオキシニ
トライド膜形成に使われた拡散炉は縦形拡散炉である。
これを具体的にみれば、縦形拡散炉は複数の半導体基
板、すなわち複数のウェーハをローディングするボート
1と、前記ボート1を囲んで前記半導体基板上に化学反
応を遂行するためのチューブ3と、前記ボート1とチュ
ーブ3との間にガス、例えば酸素、水素または窒素ガス
を前記チューブ3に注入し得るガス注入ノズル5と、前
記チューブ3の外部を囲んで前記チューブ3の温度を維
持する均熱管7と、前記均熱管7の外部を囲んで前記半
導体基板を加熱し得る熱源を提供するヒーターが含まれ
た外皮9と、前記外皮9に付着して前記チューブ3の温
度を読んで制御する熱電対(thermocouple)11で構成す
る。前記チューブや均熱管は石英やシリコンカーバイド
(silicon carbide: SiC)材質で作る。
導体装置のシリコンオキシニトライドを形成する過程を
示した流れ図であり、図3ないし図5は図1の拡散炉を
利用して本発明の半導体装置のシリコンオキシニトライ
ド膜を形成する過程を示した断面図である。
01を窒素ガスの注入する第1温度、例えば500〜7
50℃の拡散炉にローディングする(ステップ21)。続
いて、前記ローディングした半導体基板101が含まれ
た拡散炉を第2温度、例えば700〜950℃に昇温し
ながら酸素ガスと窒素ガスを混合した混合ガスを注入
し、前記半導体基板101上に初期酸化膜103を形成
する(ステップ31)。
5〜15℃で進行し、前記半導体基板101にドーピン
グした不純物の分布を均一にするため、前記拡散炉の温
度をよく調節すべきである。また、前記初期酸化膜103
形成時酸素ガスを注入することは半導体基板101表面
に窒素ガスが侵入してピッチング現象が発生することを
予防するためである。
導体基板101を酸化させ、前記初期酸化膜103を純
粋酸化膜105に変えると同時に、前記純粋酸化膜10
5をさらに成長させる(ステップ41)。前記純粋酸化
膜105は、前記拡散炉に酸素ガスを注入して形成する
乾式酸化法、または酸素ガスと水素ガスを混合した混合
ガスを注入して形成する湿式酸化法を利用して形成す
る。前記純粋酸化膜105を後工程のシリコンオキシニト
ライド膜を形成する前に形成することは、後工程のシリ
コンオキシニトライド膜の成長率が非常に遅くて、70
0〜950℃の温度では40オングストローム以上のシ
リコンオキシニトライド膜を形成することが難しいため
である。
に酸化窒素ガスを注入し、前記純粋酸化膜105をシリ
コンオキシニトライド膜107に変えると同時に、前記
半導体基板101上にシリコンオキシニトライド膜10
7をさらに成長させる(ステップ51)。前記シリコン
オキシニトライド膜107は、結合力が強いN−O結合
形態を取っているゆえに、半導体装置の後続製造工程で
不純物をドーピングしたゲート電極から半導体基板10
1方向へ拡散することを防止できる。
107が含まれた拡散炉に窒素ガスを注入しながら前記
拡散炉を第2温度ヘ分毎2〜4℃の割合で下げる(ステ
ップ61)。前記第2温度ヘ下げるとき窒素ガスを注入
することは、温度変化による半導体基板101のストレ
スを減らすためである。このように拡散炉を第2温度へ
下げると前記半導体基板を拡散炉から取り出せられる。
シリコンオキシニトライド膜形成方法は、半導体基板上
にシリコンオキシニトライド膜を形成し、半導体装置の
後続製造工程で不純物をドーピングしたゲート電極から
の半導体基板方向へ拡散することを防止し得る。
キシニトライド膜形成方法によると、従形拡散炉を利用
して複数の半導体基板上にシリコンオキシニトライド膜
を形成するため、生産性を向上出来るし、前記シリコン
オキシニトライド膜内の窒素濃度を均一にし得られる。
げて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されな
く、本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を持っ
た者によってその変形または改良が可能である。
ニトライド膜形成に適用した拡散炉の概略を示した断面
図である。
置のシリコンオキシニトライド膜を形成する過程を示し
た流れ図である。
置のシリコンオキシニトライド膜を半導体基板上に形成
する過程を示した断面図である。
置のシリコンオキシニトライド膜を半導体基板上に形成
する過程を示した断面図である。
置のシリコンオキシニトライド膜を半導体基板上に形成
する過程を示した断面図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板上に初期酸化膜を形成する段
階と、 前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、前記純
粋酸化膜をさらに成長させる段階と、 前記純粋酸化膜をシリコンオキシニトライド膜に変える
と同時に、前記半導体基板上にシリコンオキシニトライ
ド膜をさらに成長させる段階とを含んでなることを特徴
とする半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方
法。 - 【請求項2】 前記シリコンオキシニトライド膜は、拡
散炉で形成することを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。 - 【請求項3】 前記拡散炉は、縦形拡散炉であることを
特徴とする請求項2に記載の半導体装置のシリコンオキ
シニトライド膜形成方法。 - 【請求項4】 前記シリコンオキシニトライド膜は、前
記拡散炉に酸化窒素ガスを注入して形成することを特徴
とする請求項2に記載の半導体装置のシリコンオキシニ
トライド膜形成方法。 - 【請求項5】 前記シリコンオキシニトライド膜は、7
00〜950℃で形成することを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方
法。 - 【請求項6】 前記純粋酸化膜は、湿式及び乾式酸化法
で形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。 - 【請求項7】 前記シリコンオキシニトライド膜は、4
0〜200オングストロームの厚さに形成することを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置のシリコンオキシ
ニトライド膜形成方法。 - 【請求項8】 半導体基板を窒素ガスを注入する第1温
度の拡散炉にローディングする段階と、前記ローディン
グした半導体基板が含まれた拡散炉を第2温度へ昇温し
ながら酸素ガスと窒素ガスを混合した混合ガスを注入
し、前記半導体基板上に初期酸化膜を形成する段階と、
前記昇温した拡散炉に含まれた半導体基板を酸化させ、
前記初期酸化膜を純粋酸化膜に変えると同時に、前記純
粋酸化膜をさらに成長させる段階と、前記純粋酸化膜を
含む拡散炉に酸化窒素ガスを注入し、前記純粋酸化膜を
シリコンオキシニトライド膜に変えると同時に、前記半
導体基板上にシリコンオキシニトライド膜をさらに成長
させる段階と、前記シリコンオキシニトライド膜が含ま
れた拡散炉に窒素ガスを注入しながら前記拡散炉を第2
温度へ下げる段階とを含んでなることを特徴とする半導
体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。 - 【請求項9】 前記第1温度は、550〜750℃であ
ることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置のシリ
コンオキシニトライド膜形成方法。 - 【請求項10】 前記第2温度は、700〜950℃で
あることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置のシ
リコンオキシニトライド膜形成方法。 - 【請求項11】 前記純粋酸化膜は前記拡散炉に酸素ガ
ス、または酸素ガスと窒素ガスを混合した混合ガスを注
入して形成することを特徴とする請求項8に記載の半導
体装置のシリコンオキシニトライド膜形成方法。 - 【請求項12】 前記拡散炉は従形拡散炉であることを
特徴とする請求項8に記載の半導体装置のシリコンオキ
シニトライド膜形成方法。
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