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JPH077760B2 - Semiconductor oxidation method - Google Patents
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JPH077760B2 - Semiconductor oxidation method - Google Patents

Semiconductor oxidation method

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JPH077760B2
JPH077760B2 JP60040176A JP4017685A JPH077760B2 JP H077760 B2 JPH077760 B2 JP H077760B2 JP 60040176 A JP60040176 A JP 60040176A JP 4017685 A JP4017685 A JP 4017685A JP H077760 B2 JPH077760 B2 JP H077760B2
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    • H10P14/6304Formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H10P14/6306Formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor materials

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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の酸化方法に関し、特に半導体の表層
に酸化膜を形成する方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for oxidizing a semiconductor, and more particularly to a method for forming an oxide film on a surface layer of a semiconductor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年の半導体装置の製造工程においては、酸化膜形成が
不可欠な技術になっている。
In recent semiconductor device manufacturing processes, oxide film formation has become an indispensable technique.

従来、半導体装置の製造工程の中でもシリコン基板など
の半導体基板上に酸化膜を形成する方法としては、たと
えば、乾燥酸化、水蒸気酸化などの熱酸化による方法
や、気相成長法などが知られている。
Conventionally, as a method for forming an oxide film on a semiconductor substrate such as a silicon substrate in the manufacturing process of a semiconductor device, for example, a method using thermal oxidation such as dry oxidation or steam oxidation, or a vapor phase growth method is known. There is.

しかしながら、技術の進歩に伴う歩留り向上の要求や、
平面的のみならず立体的な微細化の要求があり、これら
の要求に答える技術として低温で迅速かつ高精度に酸化
膜を形成する方法が求められ、これに応ずる一例とし
て、エキシマレーザーなどの半導体基体の表層に吸収さ
れこの表層部分を瞬時加熱する短波長のパルスレーザー
を、半導体基板の内部側を低温に保ちながら酸素雰囲気
中の上記半導体基板に照射し、迅速に表層部分に酸化膜
を形成するとともに、この内部側の歪などの発生を防止
するような酸化膜の形成の方法が知られている。
However, demand for improved yields due to technological advances,
There is a demand not only for planarization but also for three-dimensional miniaturization, and as a technology to meet these demands, a method of forming an oxide film at low temperature quickly and with high precision is required, and as an example of responding to this, semiconductors such as excimer laser A short-wavelength pulse laser that is absorbed by the surface layer of the substrate and instantly heats this surface portion is irradiated to the semiconductor substrate in an oxygen atmosphere while keeping the inside of the semiconductor substrate at a low temperature, and an oxide film is rapidly formed on the surface portion. In addition, there is known a method of forming an oxide film so as to prevent the occurrence of such distortion on the inner side.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

前述のように、短波長のパルスレーザーには、高速に酸
化膜を形成できる他、低温で基板内部にダメージを与え
ることなく酸化を行うことができるという長所がある。
しかし、雰囲気を酸素O2にすることでは表面の酸化反応
速度が遅く、十分に短波長レーザーの性能を引き出せな
いのみならず、酸化反応が瞬時にかつ低温で行われるた
め、SiOとSiO2とが併存するような不均一な酸化膜が形
成されるおそれもある。
As described above, the short-wavelength pulse laser has an advantage that an oxide film can be formed at high speed and that oxidation can be performed at low temperature without damaging the inside of the substrate.
However, if the atmosphere is oxygen O 2 , the surface oxidation reaction rate is slow, and not only the performance of the short-wavelength laser cannot be sufficiently drawn out, but also because the oxidation reaction is carried out instantaneously and at a low temperature, SiO and SiO 2 There is also a possibility that a non-uniform oxide film that coexists with is formed.

本発明は、このような問題点に鑑み、半導体の表層部分
に高速でかつ均一に酸化膜を形成する方法を提供するこ
とを目的とする。
In view of such problems, it is an object of the present invention to provide a method for forming an oxide film uniformly and at high speed on the surface layer of a semiconductor.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、強酸化性ガス中に配された半導体基板に対
し、該基板を加熱するための第1の波長のエネルギービ
ームと、強酸化性ガスを光分解可能なエネルギーを有す
る第2の波長のエネルギービームを照射し、光分解され
た励起状態の酸素原子により半導体基板の表面を酸化す
ることを特徴とするものであり、これにより上述の問題
点を解決するものである。
The present invention relates to a semiconductor substrate disposed in a strong oxidizing gas, an energy beam having a first wavelength for heating the substrate, and a second wavelength having energy capable of photolyzing the strong oxidizing gas. The surface of the semiconductor substrate is oxidized by the oxygen atoms in the photolyzed excited state by irradiating the above energy beam, and the above-mentioned problems are solved by this.

このとき、第1の波長のエネルギービームと第2の波長
のエネルギービームは半導体基板の基板面に対して略々
垂直方向から照射することが好ましく、また、第1の波
長のエネルギービームを波長1130nm以下のエネルギービ
ーム、第2の波長のエネルギービームを波長260nm以下
のエネルギービームとすることが好ましい。
At this time, the energy beam of the first wavelength and the energy beam of the second wavelength are preferably irradiated from a direction substantially perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate, and the energy beam of the first wavelength is 1130 nm. The following energy beam and the energy beam having the second wavelength are preferably energy beams having a wavelength of 260 nm or less.

〔作用〕[Action]

半導体基板に第1の波長のエネルギービームを照射して
予備加熱するとともに、強酸化性ガスに第2の波長のエ
ネルギービームを光吸収させることによって解離あるい
はさらに強酸化性ガスの構成原子の電子系を光励起状態
とすると、この励起状態の強酸化性ガスの構成原子と半
導体基板の構成原子とが容易に酸化反応するため、酸化
膜が均一かつ高速に形成される。
The semiconductor substrate is irradiated with the energy beam of the first wavelength to be preheated, and the strongly oxidizing gas absorbs the energy beam of the second wavelength to dissociate or further electronic system of constituent atoms of the strongly oxidizing gas. In the photoexcited state, the constituent atoms of the strongly oxidizing gas in the excited state and the constituent atoms of the semiconductor substrate easily oxidize, so that an oxide film is uniformly and rapidly formed.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1の実施例は、第1図に示すように強酸化性ガスにオ
ゾンと酸素の混合ガス(分圧0.5気圧のO2ガスと、1%
のO3ガスを含む分圧0.5気圧のO2ガスとの混合ガス)を
用い、該ガスを光分解する光源としてKrFエキシマレー
ザー(波長249nm)を使用した例である。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a mixture gas of ozone and oxygen is used as a strong oxidizing gas (O 2 gas with a partial pressure of 0.5 atm and 1%).
Mixed gas containing O 3 gas and O 2 gas having a partial pressure of 0.5 atm) is used, and a KrF excimer laser (wavelength 249 nm) is used as a light source for photodecomposing the gas.

まず、この例では、予め基板を加熱するXeFエキシマレ
ーザー(波長350nm)のレーザービームaが石英窓4を
介して酸化膜形成装置1の反応室3に配置されたシリコ
ン基板2に照射する。このXeFエキシマレーザーはパル
スレーザーであり、XeFエキシマレーザーのレーザービ
ームaは図中上方より照射されシリコン基板2の表層部
を加熱する。この予備加熱は、およそ900℃以下で行わ
れ、従って基板の内部に熱的な歪を生ずることはない。
さらにこのシリコン基板2の表層部の加熱と前後して、
光分解を生じて高速にシリコン基板2の表層部を酸化す
る強酸化性ガスであるオゾンと酸素の混合ガスを上記反
応室3に送る。この混合ガスを送ることによって上記反
応室3の雰囲気は上記混合ガスになり、上記酸化膜形成
装置1の反応室3内の上記混合ガスに、別ビームとして
KrFエキシマレーザーのレーザービームbを照射する。
First, in this example, a laser beam a of a XeF excimer laser (wavelength 350 nm) for heating the substrate in advance is applied to the silicon substrate 2 arranged in the reaction chamber 3 of the oxide film forming apparatus 1 through the quartz window 4. This XeF excimer laser is a pulse laser, and the laser beam a of the XeF excimer laser is irradiated from above in the figure to heat the surface layer portion of the silicon substrate 2. This preheating is carried out below about 900 ° C., so that no thermal distortion occurs inside the substrate.
Furthermore, before and after heating the surface layer of the silicon substrate 2,
A mixed gas of ozone and oxygen, which is a strong oxidizing gas that photolyzes and rapidly oxidizes the surface layer of the silicon substrate 2, is sent to the reaction chamber 3. By sending this mixed gas, the atmosphere in the reaction chamber 3 becomes the mixed gas, and the mixed gas in the reaction chamber 3 of the oxide film forming apparatus 1 is provided as a separate beam.
The laser beam b of the KrF excimer laser is irradiated.

上記KrFエキシマレーザーのレーザービームbは、上記
反応室3の雰囲気の混合ガスの構成原子である酸素原子
を光分解あるいは光励起する。そして、この混合ガスの
酸素原子が、XeFエキシマレーザーのレーザービームa
によって予備加熱されたシリコン基板2の構成原子であ
るSi原子と容易に結合することによって高速に酸化膜が
シリコン基板2の表層部に形成される。
The laser beam b of the KrF excimer laser photolyzes or photoexcites oxygen atoms which are the constituent atoms of the mixed gas in the atmosphere of the reaction chamber 3. Then, the oxygen atoms of this mixed gas become the laser beam a of the XeF excimer laser.
By easily combining with the Si atoms that are the constituent atoms of the silicon substrate 2 preheated by, an oxide film is rapidly formed on the surface layer portion of the silicon substrate 2.

この反応について説明すると、第2図に示すように強酸
化性ガスと照射されるエネルギービームの波長との関係
およびシリコン基板と照射されるエネルギービームの波
長との関係があり、まず、強酸化性ガスと照射されるエ
ネルギービームの波長との関係では、この第1の実施例
のように強酸化性ガスとしてO3ガスを含む場合には、 という光分解によって、励起状態の酸素原子O*が生成さ
れ、この生成された励起状態の酸素原子O*は、酸化力が
強いため迅速な酸化反応を実現できる。
Explaining this reaction, as shown in FIG. 2, there is a relationship between the strong oxidizing gas and the wavelength of the energy beam irradiated and the relationship between the silicon substrate and the wavelength of the energy beam irradiated. Regarding the relationship between the gas and the wavelength of the energy beam to be irradiated, when O 3 gas is contained as the strongly oxidizing gas as in this first embodiment, By the photolysis, the excited oxygen atom O * is generated, and the generated excited oxygen atom O * has a strong oxidizing power, so that a rapid oxidation reaction can be realized.

続いて、上記混合ガスに含まれるオゾンの吸収スペクト
ルの波長依存性については、第3図に示すようにKrFエ
キシマレーザーの波長である249nmで効率よく光吸収が
起こることが示されており、この波長でのオゾンを光分
解して励起状態の酸素原子を生成する量子効率も第4図
に示すように優れていることがわかる。従ってKrFエキ
シマレーザーのレーザービームbをオゾンに照射するこ
とは、光分解し励起によって活性化した酸素原子を効率
よく供給することになり、酸化膜の高速形成の要因とな
っている。
Next, regarding the wavelength dependence of the absorption spectrum of ozone contained in the mixed gas, it has been shown that light absorption occurs efficiently at 249 nm which is the wavelength of the KrF excimer laser, as shown in FIG. It can be seen that the quantum efficiency of photolyzing ozone at the wavelength to generate excited oxygen atoms is also excellent as shown in FIG. Therefore, irradiating ozone with the laser beam b of the KrF excimer laser efficiently supplies oxygen atoms that have been photodecomposed and activated by excitation, which is a factor for high-speed formation of an oxide film.

また、シリコン基板と照射されるエネルギービームの波
長の関係については、シリコン基板2を加熱するエネル
ギービームの波長はおよそ1130nm以下の波長のエネルギ
ービームであることが、シリコン基板の表層部のみを効
率よく加熱するのに必要である。上記第1の実施例に説
明した予備加熱は、上述したようにシリコン基板2に直
接照射されるXeFエキシマレーザーのレーザービームa
によって行われており、このレーザービームaの波長は
350nmである。したがって、上記第1の実施例で使用し
たXeFエキシマレーザーのレーザービームaによってシ
リコン基板2の表面層のみを効率よく加熱することがで
き、しかも光分解と加熱が別光源であるため酸化膜の膜
厚の制御も正確になる。また、照射される光線の方向に
よっては、表層部近傍で光分解をさせたり光分解を起こ
させる領域を広く取ることができ、効率よく酸化膜を形
成することができる。さらにエネルギー量を制御するこ
とにより、基板の内部に熱的な歪を生ずることもなく、
逆にエネルギー量を大きくした場合には、表層部のみを
溶融して高速に酸化することができる。
Regarding the relationship between the wavelength of the energy beam irradiated to the silicon substrate and the wavelength of the energy beam used to heat the silicon substrate 2, the energy beam having a wavelength of about 1130 nm or less means that only the surface layer of the silicon substrate can be efficiently used. Necessary for heating. The preheating described in the first embodiment is performed by the laser beam a of the XeF excimer laser which directly irradiates the silicon substrate 2 as described above.
The wavelength of this laser beam a is
350 nm. Therefore, only the surface layer of the silicon substrate 2 can be efficiently heated by the laser beam a of the XeF excimer laser used in the first embodiment, and since the photolysis and the heating are different light sources, the oxide film The thickness control is also accurate. In addition, depending on the direction of the light beam to be irradiated, a region where photolysis or photolysis occurs can be wide in the vicinity of the surface layer portion, and an oxide film can be efficiently formed. Furthermore, by controlling the amount of energy, thermal strain does not occur inside the substrate,
On the contrary, when the amount of energy is increased, only the surface layer portion can be melted and rapidly oxidized.

尚、上記第1の実施例に使用した光分解用のレーザービ
ームについては、オゾン混合ガス雰囲気では、320nm以
下の波長のエネルギービームであればKrFエキシマレー
ザーに限定されずいかなるエネルギービームを用いても
よい。また、加熱用のXeFエキシマレーザーについても
これに限定されず、1130nm以下の波長のパルスレーザー
であればいかなるものでもよく、さらに表層部のみを加
熱し、基板内部に歪を生ずるものでなければいかなるエ
ネルギービームでもよい。
The laser beam for photolysis used in the first embodiment is not limited to the KrF excimer laser as long as it is an energy beam having a wavelength of 320 nm or less in an ozone mixed gas atmosphere, and any energy beam may be used. Good. Further, the XeF excimer laser for heating is not limited to this, and any pulsed laser having a wavelength of 1130 nm or less may be used. It may be an energy beam.

上記第1の実施例では、光分解可能なエネルギーを有す
るレーザービームaを直接にシリコン基板2に照射して
いない。しかし、光分解可能なエネルギーを有するエネ
ルギービームが強酸化性ガスのみならず基板に照射され
た場合には、例えば、第2図に示すシリコン基板とエネ
ルギービームの波長との関係のように、加熱や基板の構
成原子の間のボンディングが切断されるなどの現象が生
ずる。そして、この基板の構成原子の間のボンディング
切断を利用して、さらに迅速に酸化膜を形成することが
できる。すなわち、基板がシリコン基板の場合は、第2
図に示されるように、加熱については1130nm以下の波長
で、基板の構成原子の間のボンディングの切断について
は260nm以下の波長でそれぞれこれらの現象が生じ、こ
れらを上記光分解作用と組あ合わせることによって一層
迅速な酸化反応を生じさせることができる。
In the first embodiment, the silicon substrate 2 is not directly irradiated with the laser beam a having photolytic energy. However, when the energy beam having photodecomposable energy is applied to not only the strongly oxidizing gas but also the substrate, heating is performed as in the relationship between the silicon substrate and the wavelength of the energy beam shown in FIG. A phenomenon such as a break in the bonding between the constituent atoms of the substrate or the substrate occurs. Then, the bonding film between the constituent atoms of the substrate can be used to more rapidly form the oxide film. That is, when the substrate is a silicon substrate, the second
As shown in the figure, these phenomena occur at a wavelength of 1130 nm or less for heating and at a wavelength of 260 nm or less for the breaking of bonding between constituent atoms of the substrate, respectively, and combine these with the above photolytic action. This can cause a more rapid oxidation reaction.

本発明の第2の実施例は、第1の実施例と同様に強酸化
性ガスとしてオゾンの混合ガスを用い、エネルギービー
ムの波長が260nm以下では基板の構成原子であるSi原子
間のボンディング切断が生じることを利用し、波長が26
0nm以下のエネルギービームとしてKrFエキシマレーザー
(波長249nm)を使用して、原子間のボンディング切断
と上記混合ガスの光分解を複合させた例である。
The second embodiment of the present invention uses a mixed gas of ozone as the strong oxidizing gas as in the first embodiment, and when the energy beam wavelength is 260 nm or less, the bond cutting between Si atoms which are the constituent atoms of the substrate is performed. The wavelength of 26
This is an example in which a KrF excimer laser (wavelength 249 nm) is used as an energy beam of 0 nm or less, and bonding cutting between atoms and photolysis of the above mixed gas are combined.

まず、この第5図に示す例では、KrFエキシマレーザー
のレーザービームcは、石英窓14を介して酸化膜形成装
置11の反応室13内部に配置されたシリコン基板12に照射
する。この反応室13には、雰囲気ガスとして光分解可能
な強酸化性ガスである上記混合ガスが送られている。Kr
Fエキシマレーザーのレーザービームcは上記シリコン
基板12に照射し、このシリコン基板12の表面層を900℃
以下に予備加熱すると同時に、このシリコン基板12の表
層部において、シリコン基板12の構成原子であるSi原子
のボンディング切断をする。そして、さらにKrFエキシ
マレーザーのレーザービームcは、上記第1の実施例と
同様に強酸化性ガスである上記オゾンと酸素の混合ガス
にも光吸収され、この光吸収により上記光分解が生じて
励起状態の酸素原子O*を生成する。そして、この励起状
態の酸素原子O*とボンディング切断されたSi原子が容易
に結合することによって、一般のSiO2膜形成より高速に
酸化膜を形成するものである。
First, in the example shown in FIG. 5, the laser beam c of the KrF excimer laser irradiates the silicon substrate 12 arranged inside the reaction chamber 13 of the oxide film forming apparatus 11 through the quartz window 14. The above mixed gas, which is a photodecomposable strong oxidizing gas, is sent to the reaction chamber 13 as an atmospheric gas. Kr
The laser beam c of the F excimer laser is applied to the silicon substrate 12, and the surface layer of the silicon substrate 12 is heated to 900 ° C.
Simultaneously with preheating below, at the surface layer portion of the silicon substrate 12, bonding atoms of Si atoms which are constituent atoms of the silicon substrate 12 are cut. Further, the laser beam c of the KrF excimer laser is also absorbed by the mixed gas of ozone and oxygen, which is a strongly oxidizing gas, as in the first embodiment, and the photodecomposition occurs due to this light absorption. Generates an excited oxygen atom O * . Then, the oxygen atoms O * in the excited state and the bonding-cut Si atoms are easily bonded to form an oxide film at a higher speed than general SiO 2 film formation.

この第2の実施例では、上述した第1の実施例のように
単なる光分解のみの作用ではなく、ボンディング切断さ
れたSi原子と光分解によって生成された励起状態の酸素
原子が容易に結合するという複合作用などによって、エ
ネルギービームの性能を引き出し迅速に酸化膜を形成す
ることができ、さらに予備加熱およびボンディング切断
と光分解の作用を単一の光源を使用して行うため、酸化
膜形成機構が簡単であり、装置上も利点を有している。
また、表層部のみにエネルギーを供与しているため基板
内部に歪を生ずることもなく、基板の表層部のみを溶融
してさらに高速に酸素膜を形成することができる。
In the second embodiment, not only the action of mere photolysis as in the above-described first embodiment, but also the bonding cut Si atom and the excited oxygen atom generated by the photolysis are easily bonded. The oxide film formation mechanism can be quickly formed by extracting the performance of the energy beam due to the combined action of, and further, preheating, bonding cutting and photolysis are performed using a single light source. Is simple and has an advantage on the device.
Further, since the energy is supplied only to the surface layer portion, no strain is generated inside the substrate, and only the surface layer portion of the substrate can be melted to form the oxygen film at a higher speed.

尚、上記予備加熱およびボンディング切断と光分解の作
用をさせるKrFエキシマレーザーは、これに限定されず2
60nm以下の波長のエネルギービームであればよく、予備
加熱に関して表層部のみを加熱するような別のエネルギ
ービームを使用してもよい。
The KrF excimer laser that causes the above-mentioned preheating, bonding cutting, and photolysis is not limited to this.
Any energy beam having a wavelength of 60 nm or less may be used, and another energy beam for heating only the surface layer portion for preheating may be used.

次に本発明の第3の実施例を説明する。第3の実施例
は、第2の実施例と同様の方法によって、酸化膜を形成
する方法であるが、用いる光源を低圧水銀灯とした例で
ある。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is a method of forming an oxide film by the same method as the second embodiment, but is an example in which a low pressure mercury lamp is used as a light source.

第6図に示すように、強酸化性ガスとしてオゾンの混合
ガスを用い、光分解を生じさせかつ基板の構成原子であ
るSi原子のボンディング切断をするエネルギービームと
して低圧水銀灯(波長235nm)を使用し、低圧水銀灯の
ビームdは、シリコン基板22と強酸化性ガスであるオゾ
ンに照射している。この低圧水銀灯を使用する場合は、
低圧水銀灯自体ではシリコン基板22の表層部の予備加熱
のエネルギー量が不足するため、予備加熱のための別ビ
ームが必要であり、シリコン基板22の表層部の加熱のた
めのXeFエキシマレーザー(波長350nm)を用いている。
尚、予備加熱のための別ビームはこれに限定されず、Xe
Clエキシマレーザーや、Arレーザーなどの波長が1130nm
以下のエネルギービームを使用すれば予備加熱すること
ができる。
As shown in Fig. 6, a low-pressure mercury lamp (wavelength: 235 nm) is used as an energy beam that uses a mixed gas of ozone as a strong oxidizing gas and causes photolysis and cuts the bonding of Si atoms that are the constituent atoms of the substrate. The beam d of the low-pressure mercury lamp irradiates the silicon substrate 22 and ozone, which is a strong oxidizing gas. When using this low pressure mercury lamp,
Since the low-pressure mercury lamp itself lacks the amount of energy for preheating the surface layer of the silicon substrate 22, a separate beam for preheating is required. ) Is used.
The other beam for preheating is not limited to this, and Xe
The wavelength of Cl excimer laser or Ar laser is 1130nm
The following energy beams can be used for preheating.

この第3の実施例による酸化膜の形成方法は、第2の実
施例に準じておこなわれ、低圧水銀灯のビームdのオゾ
ン混合ガスへの照射による光分解による励起状態の酸素
原子の生成と、低圧水銀灯のビームdのシリコン基板22
への照射によるシリコン基板22の表層部のSi原子のボン
ディング切断を行い、この励起状態の酸素原子とSi原子
が容易に結合することなどによって、高速に酸化膜を形
成することができる。
The method of forming an oxide film according to the third embodiment is performed according to the second embodiment, and the generation of excited oxygen atoms by photolysis by irradiating the ozone mixed gas with the beam d of the low-pressure mercury lamp, Silicon substrate 22 of beam d of low-pressure mercury lamp
Bonding cutting of Si atoms in the surface layer portion of the silicon substrate 22 by irradiating the surface of the silicon substrate 22 and the oxygen atoms in the excited state and Si atoms are easily bonded, whereby an oxide film can be formed at high speed.

次に第4の実施例として、YAGレーザービーム(波長106
5nm)の2次以上の高調波を使用した例を説明する。
Next, as a fourth embodiment, a YAG laser beam (wavelength 106
An example using a second or higher harmonic wave of 5 nm) will be described.

YAGレーザービームの4次の高調波は、その波長がおよ
そ266nmであるため、強酸化性ガスとしてオゾンの混合
ガスを使用した場合に、オゾンガスの光分解を生じさせ
ることができる。第7図に示すようにYAGレーザービー
ムの4次の高調波eは、シリコン基板32の雰囲気ガスで
あるオゾンの混合ガスに照射して、このオゾンガスの光
吸収から励起状態の酸素原子を生じさせる。そして、こ
の励起状態の酸素原子は、容易にシリコン基板32の構成
原子であるSi原子と結合し、迅速に酸化膜を形成するも
のである。この実施例の場合にも、基板の予備加熱には
別のエネルギービームを用いることもでき、また、波長
が260nm以下のシリコン基板32の表層部のSi原子のボン
ディングを切断するようなエネルギービームや、シリコ
ン基板32の表層部を溶融するようなエネルギービームを
組み合わせることができる。
Since the fourth harmonic of the YAG laser beam has a wavelength of about 266 nm, photolysis of ozone gas can be caused when a mixed gas of ozone is used as the strong oxidizing gas. As shown in FIG. 7, the fourth harmonic wave e of the YAG laser beam is applied to the mixed gas of ozone, which is the atmospheric gas of the silicon substrate 32, to generate excited oxygen atoms from the optical absorption of this ozone gas. . Then, the oxygen atoms in the excited state are easily combined with Si atoms, which are the constituent atoms of the silicon substrate 32, to quickly form an oxide film. Also in the case of this embodiment, another energy beam can be used for preheating the substrate, and an energy beam for cutting the bonding of Si atoms in the surface layer portion of the silicon substrate 32 having a wavelength of 260 nm or less, or , Energy beams that melt the surface layer of the silicon substrate 32 can be combined.

最後に第5の実施例として、XeClエキシマレーザー(波
長308nm)のレーザービームfを使用した例を説明す
る。
Finally, as a fifth embodiment, an example using a laser beam f of an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) will be described.

上記実施例と同様に、雰囲気のガスに光分解可能な強酸
化性ガスとしてオゾンと酸素の上記混合ガスを使用し、
この混合ガスを光分解するとともにシリコン基板42を加
熱するエネルギービームとしてXeClエキシマレーザーの
レーザービームfを、エネルギー量500mJ/cm2、35nsの
パルス幅、1秒当たり10パルスで計800パルスの照射条
件で照射する場合では、雰囲気のガスに酸素ガスのみを
使用した場合に比べて酸化速度で約2倍の酸化膜の形成
が行えた。
Similar to the above example, using the above mixed gas of ozone and oxygen as a strong oxidizing gas photodecomposable into the gas of the atmosphere,
The laser beam f of the XeCl excimer laser is used as an energy beam for photodecomposing this mixed gas and heating the silicon substrate 42, with an energy amount of 500 mJ / cm 2 , a pulse width of 35 ns, and a total of 800 pulses with 10 pulses per second. In the case of irradiating with, the oxide film could be formed at about twice the oxidation rate as compared with the case of using only oxygen gas as the atmosphere gas.

なお、上記第1ないし第5の実施例について、各実施例
中に使用される強酸化性ガスは、オゾンの混合ガスにつ
いて説明したが、強酸化性ガスはこれに限定されず、た
とえばNOガス、N2Oガス、NO2ガスやハロゲンであるCl2
等のガスや、CCl4やSF6などのガスあるいはこれらの組
み合わせでもよく、エネルギービームが照射された場合
に、光分解を生じて容易に基板の構成原子と結合するも
のであればいかなるものでもよい。また、エネルギービ
ームは、強酸化性ガスに応じて選択できるものであり、
これらの関係は波長によりすなわち加熱、光分解および
ボンディング切断という機能面から選択もしくは組み合
わせることができる。一例として、第2図に示すように
NO2ガス、N2OガスおよびO2ガスを使用する場合は、NO2
は244nm以下、N2Oは230nm以下、O2は175nm以下の波長の
エネルギービームでそれぞれ光分解するため、たとえ
ば、O2では、Xeレゾナンスランプ、F2エキシマレーザ
ー、ArFエキシマレーザーなどを使用することができ、
またN2Oでは、ArFエキシマレーザー、重水素ランプ、低
圧水銀灯などを使用することができ、上述したO3につい
ては、上記KrFエキシマレーザー、上記低圧水銀灯、重
水素ランプ、XeClエキシマレーザーなどを使用すること
ができ、これらのエネルギービームによって光分解を行
い、容易に基板の構成原子と結合させることができる。
またさらに、エネルギービームは、各種レーザービーム
の高次の高調波を使用することもでき、エレクトロンビ
ーム、イオンビームでもよい。
Although the strong oxidizing gas used in each of the first to fifth embodiments is a mixed gas of ozone, the strong oxidizing gas is not limited to this, and for example, NO gas may be used. , N 2 O gas, NO 2 gas and halogen Cl 2
Gas such as CCl 4 or SF 6 , or a combination thereof, and any gas that can photolyze and easily bond with the constituent atoms of the substrate when irradiated with an energy beam. Good. Also, the energy beam can be selected according to the strongly oxidizing gas,
These relationships can be selected or combined depending on the wavelength, that is, in terms of the functions of heating, photolysis and bond cutting. As an example, as shown in FIG.
NO 2 gas, when using the N 2 O gas and O 2 gas, NO 2
Is 244 nm or less, N 2 O is 230 nm or less, and O 2 is photolytically decomposed with an energy beam having a wavelength of 175 nm or less, so for example, for O 2 , use a Xe resonance lamp, F 2 excimer laser, ArF excimer laser, etc. It is possible,
For N 2 O, ArF excimer laser, deuterium lamp, low pressure mercury lamp, etc. can be used, and for O 3 mentioned above, KrF excimer laser, low pressure mercury lamp, deuterium lamp, XeCl excimer laser, etc. can be used. It is possible to perform photolysis with these energy beams and easily bond with constituent atoms of the substrate.
Furthermore, as the energy beam, higher harmonics of various laser beams can be used, and an electron beam or an ion beam may be used.

また、基板としては、上述したシリコン基板に限定され
ずゲルマニウム基板やGaAs、InP、GaP等の化合物半導体
の基板、Ta、Mo、Alなどの金属の基板でもよく、GaAs、
InP、GaP等の基板の場合は、基板内部の砒素や燐等の発
生させずに迅速に酸化膜を形成することもできる。
Further, the substrate is not limited to the above-mentioned silicon substrate, a germanium substrate or a substrate of a compound semiconductor such as GaAs, InP, GaP, a substrate of a metal such as Ta, Mo, Al, GaAs,
In the case of a substrate such as InP or GaP, the oxide film can be formed quickly without generating arsenic or phosphorus inside the substrate.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の酸化膜の形成方法によれば、基板内部に熱的な
歪を与えることなく酸化膜を形成し、しかも強酸化性ガ
スの光分解によって、活性化された酸素原子をたとえば
シリコン基板のSi原子等と結合させることができるため
に高速で、かつ質の高い酸化膜を形成することができ
る。
According to the method for forming an oxide film of the present invention, an oxide film is formed without giving thermal strain to the inside of the substrate, and the activated oxygen atoms are removed from the silicon substrate by photolysis of the strong oxidizing gas. Since it can be bonded to Si atoms and the like, a high-speed and high-quality oxide film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例のKrFエキシマレーザー
によって光分解を行い酸化膜を形成する方法を示す模式
図であり、第2図はエネルギービームの波長とそのシリ
コン基板に対する機能の関係およびエネルギービームの
波長と強酸化性ガスの光分解の関係を示す図であり、第
3図はオゾンの光吸収スペクトルを示す特性図であり、
第4図はオゾンを光分解して励起状態の酸素を生成する
量子効率の波長依存性を示す特性図であり、第5図は本
発明の第2の実施例のKrFエキシマレーザーによってシ
リコン原子のボンディング切断と強酸化性ガスのオゾン
混合ガスの光分解を行う方法による酸化膜形成方法を説
明する模式図であり、第6図ないし第8図はそれぞれ第
3の実施例、第4の実施例および第5の実施例を説明す
る他の光源を用いた場合の模式図である。 2、12、22、32、42……シリコン基板 a……XeFエキシマレーザーのレーザービーム b、c……KrFエキシマレーザーのレーザービーム d……低圧水銀灯のビーム e……YAGレーザービームの4次の高調波 f……XeClエネルギービームのレーザービーム
FIG. 1 is a schematic diagram showing a method of photodecomposing with a KrF excimer laser of the first embodiment of the present invention to form an oxide film, and FIG. 2 is a relationship between the wavelength of an energy beam and its function with respect to a silicon substrate. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the energy beam and the photolysis of the strongly oxidizing gas, and FIG. 3 is a characteristic diagram showing the light absorption spectrum of ozone,
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the wavelength dependence of the quantum efficiency of photodecomposing ozone to produce excited oxygen, and FIG. 5 is a graph showing the silicon atoms of the KrF excimer laser of the second embodiment of the present invention. It is a schematic diagram explaining the oxide film forming method by the method of performing bonding cutting and photolysis of ozone mixed gas of strong oxidizing gas, and FIGS. 6 to 8 are the third embodiment and the fourth embodiment, respectively. 9A and 9B are schematic diagrams when another light source for explaining the fifth embodiment is used. 2, 12, 22, 32, 42 ... Silicon substrate a ... XeF excimer laser laser beam b, c ... KrF excimer laser laser beam d ... Low-pressure mercury lamp beam e ... YAG laser beam fourth order Harmonics f …… Laser beam of XeCl energy beam

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−25967(JP,A) 特開 昭51−147177(JP,A) 特開 昭59−75636(JP,A) 特公 昭37−10258(JP,B1) 特公 昭42−19029(JP,B1) 特公 昭44−15737(JP,B1) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-51-25967 (JP, A) JP-A-51-147177 (JP, A) JP-A-59-75636 (JP, A) JP-B-37- 10258 (JP, B1) JP-B 42-19029 (JP, B1) JP-B 44-15737 (JP, B1)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】強酸化性ガス中に配された半導体基板に対
し、該基板を加熱するための第1の波長のエネルギービ
ームと、強酸化性ガスを光分解可能なエネルギーを有す
る第2の波長のエネルギービームを照射し、光分解され
た励起状態の酸素原子により半導体基板の表面を酸化す
る半導体の酸化方法。
1. A semiconductor substrate disposed in a strong oxidizing gas, an energy beam of a first wavelength for heating the substrate, and a second beam having energy capable of photolyzing the strong oxidizing gas. A method of oxidizing a semiconductor by irradiating an energy beam of a wavelength and oxidizing the surface of a semiconductor substrate with oxygen atoms in a photolyzed excited state.
【請求項2】第1の波長のエネルギービームと第2の波
長のエネルギービームを半導体基板の基板面に対して略
々垂直方向から照射することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の半導体の酸化方法。
2. The energy beam of the first wavelength and the energy beam of the second wavelength are irradiated from a direction substantially perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate. Semiconductor oxidation method.
【請求項3】第1の波長のエネルギービームが波長1130
nm以下のエネルギービームであり、第2の波長のエネル
ギービームが波長260nm以下のエネルギービームである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体の
酸化方法。
3. The energy beam of the first wavelength has a wavelength of 1130.
2. The method for oxidizing a semiconductor according to claim 1, wherein the energy beam having a wavelength of nm or less and the energy beam having the second wavelength is an energy beam having a wavelength of 260 nm or less.
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