JP2776838B2 - 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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- JP2776838B2 JP2776838B2 JP19984788A JP19984788A JP2776838B2 JP 2776838 B2 JP2776838 B2 JP 2776838B2 JP 19984788 A JP19984788 A JP 19984788A JP 19984788 A JP19984788 A JP 19984788A JP 2776838 B2 JP2776838 B2 JP 2776838B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に半導体
集積回路を構成する絶縁膜の形成に適用して有効な技術
に関するものである。
集積回路を構成する絶縁膜の形成に適用して有効な技術
に関するものである。
半導体集積回路の絶縁材料として用いられる窒化シリ
コン膜の形成技術については、例えば株式会社サイエン
スフォーラム、昭和58年11月28日発行、「超LSIハンド
ブック」P101〜P102に記載がある。
コン膜の形成技術については、例えば株式会社サイエン
スフォーラム、昭和58年11月28日発行、「超LSIハンド
ブック」P101〜P102に記載がある。
半導体集積回路を構成する絶縁膜には、ゲート絶縁
膜、素子分離用絶縁膜、層間絶縁膜、パッシベーション
膜などがある。これらの絶縁膜材料には、主としてSiO2
やSi3N4が用いられている。
膜、素子分離用絶縁膜、層間絶縁膜、パッシベーション
膜などがある。これらの絶縁膜材料には、主としてSiO2
やSi3N4が用いられている。
例えば、MOS・FETのゲート絶縁膜は、シリコン基板の
表面を熱酸化して得られるSiO2膜、シリコン基板の表面
を直接窒化して得られるSi3N4膜、あるいはCVD法を用い
たSi3N4膜などによって構成されている。
表面を熱酸化して得られるSiO2膜、シリコン基板の表面
を直接窒化して得られるSi3N4膜、あるいはCVD法を用い
たSi3N4膜などによって構成されている。
MOS形半導体装置の製造プロセスでは、いかに高品質
のゲート絶縁膜を形成できるかが、デバイスの性能を決
定する上での最大のポイントになり、上記ゲート絶縁膜
には、膜厚が薄いこと（１〜10nm）、膜質が均一で欠陥
がないこと、経時変化によって膜の電気的特性が劣化し
ないことなど、種々の特性が要求される。
のゲート絶縁膜を形成できるかが、デバイスの性能を決
定する上での最大のポイントになり、上記ゲート絶縁膜
には、膜厚が薄いこと（１〜10nm）、膜質が均一で欠陥
がないこと、経時変化によって膜の電気的特性が劣化し
ないことなど、種々の特性が要求される。
しかしながら、本発明者の検討によれば、従来の絶縁
膜形成技術では、高品質のシリコン酸化膜やシリコン窒
化膜を得ることが困難であるという問題がある。
膜形成技術では、高品質のシリコン酸化膜やシリコン窒
化膜を得ることが困難であるという問題がある。
すなわち、熱酸化法、直接窒化法、CVD法など、従来
の絶縁膜形成方法は、いずれも成膜時にシリコン基板が
高温に曝されるため、熱による集積回路素子の損傷が不
純物プロファイルのばらつきなどが避けられない。
の絶縁膜形成方法は、いずれも成膜時にシリコン基板が
高温に曝されるため、熱による集積回路素子の損傷が不
純物プロファイルのばらつきなどが避けられない。
特に、集積回路の微細化に伴って、ゲート絶縁膜の膜
厚が10nm、あるいはそれ以下になってくると、ゲート絶
縁膜表面に形成される自然酸化膜の影響が無視できなく
なり、膜質および膜厚の制御が困難となってくる。
厚が10nm、あるいはそれ以下になってくると、ゲート絶
縁膜表面に形成される自然酸化膜の影響が無視できなく
なり、膜質および膜厚の制御が困難となってくる。
本発明は、上記した問題点に着目してなされたもので
あり、その目的は、高品質の絶縁膜を形成することので
きる技術を提供することにある。
あり、その目的は、高品質の絶縁膜を形成することので
きる技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次の通りである。
要を簡単に説明すれば、次の通りである。
すなわち、請求項１記載の半導体装置の製造方法は、
半導体基板の表面に被着された絶縁膜の表面に、真空雰
囲気中で第一の光を照射することによって、上記絶縁膜
の表面を活性化した後、上記絶縁膜の表面に窒素または
窒素化合物からなる反応ガスを供給するとともに、上記
反応ガスを分解する第二の光を照射することによって、
上記絶縁膜の表面に窒素化合物からなる第二の絶縁膜を
形成するものである。
半導体基板の表面に被着された絶縁膜の表面に、真空雰
囲気中で第一の光を照射することによって、上記絶縁膜
の表面を活性化した後、上記絶縁膜の表面に窒素または
窒素化合物からなる反応ガスを供給するとともに、上記
反応ガスを分解する第二の光を照射することによって、
上記絶縁膜の表面に窒素化合物からなる第二の絶縁膜を
形成するものである。
また、請求項２記載の半導体装置の製造方法は、半導
体基板の表面に被着された絶縁膜の表面に、真空雰囲気
中で第一の光を照射することによって、上記絶縁膜を分
解除去して下地を露出した後、上記下地の表面に窒素ま
たは窒素化合物からなる反応ガスを供給するとともに、
上記反応ガスを分解する第二の光を照射することによっ
て、上記下地の表面に窒素化合物からなる第二の絶縁膜
を形成するものである。
体基板の表面に被着された絶縁膜の表面に、真空雰囲気
中で第一の光を照射することによって、上記絶縁膜を分
解除去して下地を露出した後、上記下地の表面に窒素ま
たは窒素化合物からなる反応ガスを供給するとともに、
上記反応ガスを分解する第二の光を照射することによっ
て、上記下地の表面に窒素化合物からなる第二の絶縁膜
を形成するものである。
上記した手段によれば、光エネルギーを利用したラジ
カル反応で膜形成がなされるため、品質の高い絶縁膜を
得ることができる。
カル反応で膜形成がなされるため、品質の高い絶縁膜を
得ることができる。
また、絶縁膜の形成が低温でなされるため、半導体基
板への損傷や不純物プロファイルのばらつきを抑制する
ことができる。
板への損傷や不純物プロファイルのばらつきを抑制する
ことができる。
〔実施例１〕 第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例である半
導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
第１図（ａ）に示すように、ｐ形またはｎ形シリコン
単結晶からなる半導体基板（以下、基板という）１の表
面には、LOCOS法（選択酸化法）によってフィールド絶
縁膜２が形成され、このフィールド絶縁膜２で囲まれた
活性素子領域の表面には、湿式酸化法などによって５〜
20nm程度の極く薄いSiO2膜３が形成されている。
単結晶からなる半導体基板（以下、基板という）１の表
面には、LOCOS法（選択酸化法）によってフィールド絶
縁膜２が形成され、このフィールド絶縁膜２で囲まれた
活性素子領域の表面には、湿式酸化法などによって５〜
20nm程度の極く薄いSiO2膜３が形成されている。
そこで、第１図（ｂ）に示すように、まず、活性素子
領域以外の領域をホトレジストマスク４で被覆した後、
常温の真空雰囲気中で、基板１の上方からSiO2膜３の表
面に光（ｈν１）を照射する。
領域以外の領域をホトレジストマスク４で被覆した後、
常温の真空雰囲気中で、基板１の上方からSiO2膜３の表
面に光（ｈν１）を照射する。
この光の波長は、SiO2膜３のSi−Ｏ結合エネルギー
（３〜7eV）と同等以上のエネルギーを有するものであ
り、光源は、例えば低圧水銀ランプやレーザ光である。
（３〜7eV）と同等以上のエネルギーを有するものであ
り、光源は、例えば低圧水銀ランプやレーザ光である。
この光の照射により、SiO2膜３のSi−Ｏ結合の一部が
切断されてダングリングボンドが生じ、SiO2膜３の表面
近傍が活性化される。
切断されてダングリングボンドが生じ、SiO2膜３の表面
近傍が活性化される。
その際、光は基板１の表層にのみ作用するため、基板
１の内部はほとんど損傷を受けない。
１の内部はほとんど損傷を受けない。
次に、基板１の表面にN2またはNH3からなる反応ガス
を供給するとともに、基板１の上方からこの反応ガスを
分解する光（ｈν２）を照射する。
を供給するとともに、基板１の上方からこの反応ガスを
分解する光（ｈν２）を照射する。
すると、この光の照射によって反応ガスがラジカル化
され、活性化されたSiO2膜３の表面に極く薄いSiOxN
y（シリコンオキシナイトライド）膜５が形成され、そ
の結果、SiO2膜３とSiOxNy膜５との二層構造からなる薄
いゲート絶縁膜６が得られる（第１図（ｃ））。
され、活性化されたSiO2膜３の表面に極く薄いSiOxN
y（シリコンオキシナイトライド）膜５が形成され、そ
の結果、SiO2膜３とSiOxNy膜５との二層構造からなる薄
いゲート絶縁膜６が得られる（第１図（ｃ））。
また、SiO2膜３の表面での膜形成工程は、反応律速系
であることから、得られたSiOxNy膜５は、極めて均一性
の高い絶縁膜である。
であることから、得られたSiOxNy膜５は、極めて均一性
の高い絶縁膜である。
このように、本実施例１によれば、誘電率が高く、か
つ、絶縁耐圧の高いゲート絶縁膜６を得ることができ、
しかも、SiOxNy膜５を形成する際、熱による基板１の損
傷や不純物プロファイルのばらつきも少ないため、MOS
・FETの信頼性を向上させることができる。
つ、絶縁耐圧の高いゲート絶縁膜６を得ることができ、
しかも、SiOxNy膜５を形成する際、熱による基板１の損
傷や不純物プロファイルのばらつきも少ないため、MOS
・FETの信頼性を向上させることができる。
〔実施例２〕 第２図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施例である
半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図で
ある。
半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図で
ある。
第２図（ａ）に示すように、ｐ形またはｎ形シリコン
単結晶からなる基板１の表面には、LOCOS法（選択酸化
法）によってフィールド絶縁膜２が形成され、このフィ
ールド絶縁膜２の上層には、MOS形メモリのキャパシタ
を構成するプレート電極７が形成されている。このプレ
ート電極７は、CVD法で被着したポリシリコンにリン
（Ｐ）またはヒ素（As）などの不純物を添加し、その後
アニールを行って、低抵抗化したものである。
単結晶からなる基板１の表面には、LOCOS法（選択酸化
法）によってフィールド絶縁膜２が形成され、このフィ
ールド絶縁膜２の上層には、MOS形メモリのキャパシタ
を構成するプレート電極７が形成されている。このプレ
ート電極７は、CVD法で被着したポリシリコンにリン
（Ｐ）またはヒ素（As）などの不純物を添加し、その後
アニールを行って、低抵抗化したものである。
このようにして得られたプレート電極７の表面には、
20〜50Å程度の極く薄い自然酸化膜８が形成されるが、
この自然酸化膜８が形成されると、プレート電極７の膜
質および膜厚の制御が困難となるため、高品質のプレー
ト電極７を得るためには、この自然酸化膜８を除去する
必要がある。
20〜50Å程度の極く薄い自然酸化膜８が形成されるが、
この自然酸化膜８が形成されると、プレート電極７の膜
質および膜厚の制御が困難となるため、高品質のプレー
ト電極７を得るためには、この自然酸化膜８を除去する
必要がある。
そこで、第２図（ｂ）に示すように、常温の真空雰囲
気中でプレート電極７の表面に選択的に高エネルギー、
高出力のレーザ光（ｈν３）を照射することによって、
自然酸化膜８を分解除去し、プレート電極７を構成する
ポリシリコンを露出させる。
気中でプレート電極７の表面に選択的に高エネルギー、
高出力のレーザ光（ｈν３）を照射することによって、
自然酸化膜８を分解除去し、プレート電極７を構成する
ポリシリコンを露出させる。
その際、光は基板１の表層にのみ作用するため、基板
１の内部はほとんど損傷を受けない。
１の内部はほとんど損傷を受けない。
次に、基板１の表面にN2またはNH3からなる反応ガス
を供給するとともに、この反応ガスを分解する光（ｈν
４）を照射する。すると、この光の照射により、N2また
はNH3がラジカル化され、プレート電極７の表面に極く
薄いSiNX膜９が形成される（第２図（ｃ））。
を供給するとともに、この反応ガスを分解する光（ｈν
４）を照射する。すると、この光の照射により、N2また
はNH3がラジカル化され、プレート電極７の表面に極く
薄いSiNX膜９が形成される（第２図（ｃ））。
上記、SiNX膜９の膜形成反応は、反応律速系であるこ
とから、得られたSiNX膜９は、極めて均一性の高い絶縁
膜である。
とから、得られたSiNX膜９は、極めて均一性の高い絶縁
膜である。
このように、本実施例２によれば、表面に自然酸化膜
８のない高品質のプレート電極７を得ることができ、し
かも、SiNX膜９を形成する際、熱による基板１の損傷や
不純物プロファイルのばらつきも少ないため、MOS形半
導体装置の信頼性を向上させることができる。
８のない高品質のプレート電極７を得ることができ、し
かも、SiNX膜９を形成する際、熱による基板１の損傷や
不純物プロファイルのばらつきも少ないため、MOS形半
導体装置の信頼性を向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づ
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施例1,2に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施例1,2に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施例1,2では、MOS形集積回路を構成す
る絶縁膜に適用した場合について説明したが、バイポー
ラ形集積回路を構成する絶縁膜に適用できることはいう
までもない。
る絶縁膜に適用した場合について説明したが、バイポー
ラ形集積回路を構成する絶縁膜に適用できることはいう
までもない。
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
（１）．基板の表面に被着された絶縁膜の表面に、真空
雰囲気中で第一の光を照射することによって、上記絶縁
膜の表面を活性化した後、上記絶縁膜の表面に窒素また
は窒素化合物からなる反応ガスを供給するとともに、上
記反応ガスを分解する第二の光を照射することによっ
て、上記絶縁膜の表面に窒素化合物からなる第二の絶縁
膜を形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法によ
れば、半導体基板に損傷を与えたり、不純物プロファイ
ルにばらつきが生じたりすることなく、高品質の絶縁膜
を形成することができる。
雰囲気中で第一の光を照射することによって、上記絶縁
膜の表面を活性化した後、上記絶縁膜の表面に窒素また
は窒素化合物からなる反応ガスを供給するとともに、上
記反応ガスを分解する第二の光を照射することによっ
て、上記絶縁膜の表面に窒素化合物からなる第二の絶縁
膜を形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法によ
れば、半導体基板に損傷を与えたり、不純物プロファイ
ルにばらつきが生じたりすることなく、高品質の絶縁膜
を形成することができる。
（２）．また、基板の表面に被着された絶縁膜の表面
に、真空雰囲気中で第一の光を照射することによって、
上記絶縁膜を分解除去して下地を露出した後、上記下地
の表面に窒素または窒素化合物からなる反応ガスを供給
するとともに、上記反応ガスを分解する第二の光を照射
することによって、上記下地の表面に窒素化合物からな
る第二の絶縁膜を形成する請求項２記載の半導体装置の
製造方法によれば、半導体基板に損傷を与えたり、不純
物プロファイルにばらつきが生じたりすることなく、高
品質の絶縁膜を形成することができる。
に、真空雰囲気中で第一の光を照射することによって、
上記絶縁膜を分解除去して下地を露出した後、上記下地
の表面に窒素または窒素化合物からなる反応ガスを供給
するとともに、上記反応ガスを分解する第二の光を照射
することによって、上記下地の表面に窒素化合物からな
る第二の絶縁膜を形成する請求項２記載の半導体装置の
製造方法によれば、半導体基板に損傷を与えたり、不純
物プロファイルにばらつきが生じたりすることなく、高
品質の絶縁膜を形成することができる。
第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例である半導
体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図、 第２図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施例である半
導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。 １……半導体基板、２……フィールド絶縁膜、３……Si
O2膜、４……ホトレジストマスク、５……SiOxNy膜、６
……ゲート絶縁膜、７……プレート電極、８……自然酸
化膜、９……SiNX膜、ｈν１〜ｈν４……光。
体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図、 第２図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施例である半
導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。 １……半導体基板、２……フィールド絶縁膜、３……Si
O2膜、４……ホトレジストマスク、５……SiOxNy膜、６
……ゲート絶縁膜、７……プレート電極、８……自然酸
化膜、９……SiNX膜、ｈν１〜ｈν４……光。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板主面上に形成された絶縁膜の表
面に、真空雰囲気中で第一の光を照射することによっ
て、前記絶縁膜の表面を活性化した後、前記絶縁膜の表
面に窒素または窒素化合物からなる反応ガスを供給する
とともに、前記反応ガスを分解する第二の光を照射する
ことによって、前記絶縁膜の表面に窒素化合物からなる
第二の絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】半導体基板主面上に形成された絶縁膜の表
面に、真空雰囲気中で第一の光を照射することによっ
て、前記絶縁膜を分解除去して下地を露出させた後、前
記下地の表面に窒素または窒素化合物からなる反応ガス
を供給するとともに、前記反応ガスを分解する第二の光
を照射することによって、前記下地の表面に窒素化合物
からなる第二の絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19984788A JP2776838B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19984788A JP2776838B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0250428A JPH0250428A (ja) | 1990-02-20 |
| JP2776838B2 true JP2776838B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=16414639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19984788A Expired - Fee Related JP2776838B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2776838B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4783895B2 (ja) * | 2005-09-02 | 2011-09-28 | 国立大学法人 宮崎大学 | 被膜窒化方法、被膜形成基板および窒化処理装置 |
-
1988
- 1988-08-12 JP JP19984788A patent/JP2776838B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0250428A (ja) | 1990-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |