JPS63226029A

JPS63226029A - 絶縁膜形成方法

Info

Publication number: JPS63226029A
Application number: JP5876887A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Iwabuchi; 岩渕　俊之; Katsuzo Uenishi; 上西　勝三
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-09-20
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0680655B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は半導体装置の絶縁膜、特に、シリコン集積回路
の薄い酸化膜形成方法に関するものである。

（従来の技術）最先端のシリコン集積回路、特にＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯ
ｘｉｄｅ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）　’１に積
回路では、きわめて薄いゲート酸化膜が用いられている
。取分け、ゲート長が１．０μｍ以下のサブミクロンＭ
ＯＳデバイスでは、１００Å以下の酸化膜が使われろこ
ととなる。

この薄い酸化膜を形成する方法の一例は、［超ＬＳＩテ
クノロジーＪ（Ｓ、Ｍシー綱、武石喜幸他監訳　総研出
版）１５５頁に記述されている。それば、石英管あるい
はシリコン製拡散管内にシリコンウェーハを、石英ある
いはシリコン製の溝切りパドル（ボート）に垂直に立て
て行われろものであり、典型的な８００から１２００℃
の酸化温度は、±１℃の均一性が保証されねばならない
ものであり、酸化までの標準的な手順は、ウェーハを洗
浄・乾ｔＩＩＩ後、パドルに並べて、８００から９００
℃に設定された炉Ｃζ自動的に挿入し、その後、酸化温
度まで徐々に昇温して齢化処理し、その後、降温してか
らウェーハを取出すという方法である。

ここで、ウェーへ挿入後昇）品することによって、ウェ
ーハが反ることを防止している。

このような方法などで高品質の薄い酸化膜を形成すると
き、特に注意する点は酸化前の基板表面の清浄化である
。その方法の一例として、前述の「超ＬＳＩテクノロジ
ー」１５６真に記述されているように、過酸化水素水と
塩酸の溶液が一般に用いられている。この溶液は、金属
イオンの可溶錯体を形成して再付着するのを防いでおり
、この溶液による清浄後、続いて純水で洗浄し、これら
によりシリコン表面を清浄化した後、酸化を行うのであ
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述の洗浄方法の場合、化学薬品の不純
物景を現在の０．５　ｐｐｍ、純水中の炭素量を現在の
１０　Ｐｐｂよりも１桁以下に下げる必要があることが
「日経エレクトロニクス別冊・マイクロデバイシス」（
日経マグロウヒル）１１５頁に述べられている。また、
同１３７頁には、純水や化学薬品中に微粒子が含まれて
おり、これらを可能な限り除去しても、清浄時にシリコ
ンウェハ上へ付着することを示唆している。

さらに、上述の洗浄方法、すなわち過酸化水素水と塩酸
の溶液で重金属除去を行い、その後純水（ζよって洗浄
する方法では、洗浄終了後のシリコンウニ凸表面に１０
〜２０人の自然酸化膜が存在する。これは、前出「超Ｌ
ＳＩテクノロジー」１４７頁の図４に示唆されている。

すなわち、酸化時間が０分であっても、酸化膜厚が約１
８人となっている。

よって、酸化膜を形成する前のシリコン表面には洗浄お
よびその後の空気中放置による自然酸化膜が存在し、そ
の状態で酸化を行うため、結果として自然酸化膜の上へ
実際に酸化を行って形成された酸化膜が８層されること
となる。このため、シリコン表面上へ直接、清浄な酸化
膜を形成することができなかった。

本発明は、酸化処理によって形成した酸化膜とシリコン
表面の間に自然酸化膜が存在するという１層１ｍ！［点
を除去し、シリコン表面へ直接清浄な酸化膜を形成する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、絶縁膜形成方法において、シリコン基板を配
置した反応炉内へ還元性ガスを導入し、加熱することに
よってシリコン基板上の自然酸化膜を除去する工程と、
前記反応炉内へ酸化性ガスを導入し、加熱することによ
ってシリコン基板上へ酸化膜を形成する工程を有するよ
うにしたものである。

（作　　用）とのような方法においては、シリコン基板を配置しｔ二
反応炉内へ還元性ガスを導入し、加熱することによって
、シリコン基板上から、該シリコン基板上へ酸化膜を形
成する前に、自然酸化膜が除去される。そして、その自
然酸化膜が除去された清浄なシリコン基板面に対して同
一反応炉内で酸化膜が形成されることになる。

（実　施　例）す下この発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図はこの発明の実施例にて用いられる反応炉の概略図で
ある。この図において、１２は石英！（反応管）であり
、閉塞された一端側には第１のガス導入管１６および第
２のガス導入管１７が押入あるいは接続される。一方、
開放された石英管１２の他端側には扉１５が設けられて
おり、さらに外周面にガス排気管１８が接続されている
。

さらに、このような石英’ｌ！１１２の周囲には加熱上
〜り１１が設けられる。

このような反応炉を用いてのこの発明の第１の実施例に
ついて説明する。第１の＊施例では、まず、シリコン基
板１３を石英ボート１４へ垂直に立てて、石英管１２の
入口扉１５を開き該石英管１２内へ挿入する。この際、
石英管１２中へは第１のガス導入１！″１６より窒素ガ
スを導入し、シリコン基板１３の押入時に不必要な酸化
が進行しないよう配慮する。また、同様な配慮およびシ
リコン基板１３の反りを防止するため、反応炉の温度は
低温、例えば４００℃〜８００℃としておく。

さらに、第２のガス導入ｔｅ：１７からはガスを導入せ
ず閉じておく。また、ガス排気管１８は常に開いておき
、石英管１２中のガスが排気できろようにしておく。

シリコン基１ＩＩｉ、１３を搭載した石英ボート１４が
定位置に挿入されたならば扉１５を閉じ、ある一定時間
、例えば１０分間、第１のガス導入管１６から窒素を流
し続け、シリコン基板１３を石英管１２へ挿入する際巻
き込んだ空ｆｉ（特にその中に含まれる酸素）をＷｆｌ
！、する。

その＆、ｍｌのガス導入管１６から導入されている窒素
ガスを水素ガスへ切換える。切換えた後、ある一定時間
例えば１０分間その状態を保持し、石英管１２内を水素
ガスで完全に置換したならば反応炉の温度を徐々に、例
えば毎分５℃の割合で昇温し、８００℃〜９５０℃とす
る。このように水素雰囲気中で熱処理を行うことによっ
てシリコン基板１３表面の自然酸化膜を除去することが
でき、清浄化することができろ。また、この際、石英管
１２中は完全に水素ガスとする必要はなく、窒素ガスの
ような不活性ガスと混合させても同様な効果を得ろこと
ができろ。

自然酸化膜を除去したならば、反応炉の湿度を徐々に例
えば毎分２．５℃の割合で降温させ、例えば８００℃以
下とする。そして第１のガス導入管１６からの水素ガス
を窒素ガスへ切換え、ある一定時間例えば１０分間置換
した後、第１のガス導入管１．６を閉じ、窒素ガスの導
入を停止し、第２のガス導入管１７をＭき、酸素ガスを
導入する。

このとき＃１５は閉じたままとし、酸素ガスはガス排気
管１８から排気する。これは扉１５の部分から空気が石
英管１２中へ巻き込まれて入るのを防ぐためである。

そして、再び、反応炉の温度を８５０℃〜９５０℃へ前
述のように徐々に昇温し、シリコン基板１３の酸化を行
う。この際、第２のガス導入＠１７から酸素ガスを導入
すると同時に、第１のガス導入管１６より水素ガスを導
入し、水蒸気酸化を行ってもよく、また第２のガス導入
管１７から酸素ガスを導入すると同時に第１のガス導入
管１６より窒素ガスを導入し、酸素ガスを稀釈して酸化
を行ってもよい。

酸化後、前述のように徐々に降渇し、シリコン基板１３
を載せた石英ボート１４を反応炉からとり出してすべて
終了する。

次に、第１図の同反応炉を用いての本発明の第２の実施
例を説明する。

まず、シリコン基板１３を石英ボー１−１４へ垂直に立
てて、石英管１２の入口扉１５を開き該石英管１２内に
挿入する。このとき石英管１２中へは第１のガス導入管
１６より窒素ガスを導入し、シリコン基板１３の挿入時
に不必要な酸化が進行しないよう配慮する。また同様な
配慮およびシリコン基板１３の反りを防止するため、反
応炉の温度は低温、例えば４００〜８００℃としておく
。

シリコン基板１３を搭載した石英ボート１４が定位置に
挿入されたならば、第１のガス導入Ｉｆ！！：１６を閉
じ窒素ガスの導入を停止させ、同時に扉１５を閉じ、ガ
ス排気管１８から石英管１２中の窒素ガスを真空に排気
する。

石英管１２中が真空になったならば、第１のガス導入管
１６から水素ガスを導入する。このとき！Ｒ１５は閉じ
たままとし、水素ガスはガス排気管１８から排気する。

また、このときの石英管１２内は減圧でも常圧でもよく
、また水素ガスに窒素のような不活性ガスを混合しても
よい。

その後、反応炉の温度を徐々に、例えば毎分５℃の割合
で昇温し、８００〜９５０℃とする。このように水素雰
囲気中で熱処理を行うことによってシリコン基板１３表
面の自然酸化膜を除去することができ、清浄化すること
ができる。

自然酸化膜を除去したならば、反応炉の温度を徐々に例
えば毎分２．５℃の割合で降温させ、８００℃以下とす
る。そして、再びガス排気管１８を通して石英管１２内
を真空に排気し、石英管１２内が真空になったならば第
２のガス導入管１７を開き酸素ガスを導入する。以下、
第１の実施例と同様にシリコン基板１３を酸化する。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、シリコ
ン基板上へ酸化膜の形成を行う前に、反応炉内を水素の
ような還元性ガス雰囲気として熱処理を行うことにより
、シリコン基板上の清浄化、すなわちシリコン基板上に
形成されている自然酸化膜の除去をシリコン基板の酸化
の真前に同一の装置で連続して行うようにしたので、高
品質の酸化膜が形成でき、この酸化膜をゲート酸化膜に
適用することによって高信頼性のサブミクロンＭＯＳデ
バイスを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の絶縁膜形成方法の一実施例に用いら
れる反応炉を示す概略図である。１１・・・加熱ヒータ、１２・・・石英管、１３・・・
シリコン基板、１６・・・第１のガス導入管、１７・・
・第２のガス導入管、１８・・・ガス排気管。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）シリコン基板を配置した反応炉中へ還元性
ガスを導入する工程と、（ｂ）前記シリコン基板を前記還元性ガス雰囲気中で加
熱し、前記シリコン基板上に形成されている自然酸化膜
を除去する工程と、（ｃ）前記反応炉中へ酸化性ガスを導入する工程と、（
ｄ）前記シリコン基板を前記酸化性ガス雰囲気中で加熱
し、前記シリコン基板上へ酸化膜を形成する工程とを含
むことを特徴とする絶縁膜形成方法。
（２）シリコン基板を配置した反応炉中へ還元性ガスを
導入する前に、前記反応炉中を真空に排気する工程と、
前記シリコン基板を前記還元性ガス雰囲気中で加熱し、
前記シリコン基板上に形成されている自然酸化膜を除去
した後、前記反応炉中を真空に排気する工程とを含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁膜形成
方法。
（３）シリコン基板を還元性ガス雰囲気中で加熱し、前
記シリコン基板上に形成されている自然酸化膜を除去す
る工程で、反応炉中が減圧であることを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の絶縁膜形成方法。