JP2636817B2 - Single wafer type thin film forming method and thin film forming apparatus - Google Patents
Single wafer type thin film forming method and thin film forming apparatusInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は薄膜形成およびそれに用
いる薄膜形成装置に係り、特に、良好な特性を有する薄
膜を制御性良く形成するのに好適な、薄膜形成法および
薄膜形成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming apparatus used therefor, and more particularly to a thin film forming method and a thin film forming apparatus suitable for forming a thin film having good characteristics with good controllability.
【0002】[0002]
【従来の技術】薄膜形成において従来のリシコンの熱酸
化法は、通常の電気炉を用いて行っていた。最近の半導
体素子の微細化に伴ない、より薄いシリコン酸化膜が必
要となってきたが、従来の電気炉による熱酸化では、酸
化の低温化や酸素分圧の低下により薄い酸化膜形成を行
っている。このような方法によれば、数nmのシリコン
酸化膜を容易に形成できる。2. Description of the Related Art In the formation of a thin film, the conventional thermal oxidation method of lithicon has been carried out using an ordinary electric furnace. With the recent miniaturization of semiconductor devices, thinner silicon oxide films have become necessary. However, in conventional thermal oxidation using an electric furnace, a thin oxide film was formed by lowering the oxidation temperature and lowering the oxygen partial pressure. ing. According to such a method, a silicon oxide film of several nm can be easily formed.
【0003】また、薄膜形成における従来の気相化学反
応法は、反応容器内に反応ガスを導入し、高温のガス雰
囲気中で試料表面に薄膜を堆積していた。この方法によ
れば、反応ガス種や反応条件を選ぶことにより、種々の
特性を有する様々な薄膜を形成することができる。In a conventional gas phase chemical reaction method for forming a thin film, a reaction gas is introduced into a reaction vessel, and a thin film is deposited on a sample surface in a high-temperature gas atmosphere. According to this method, various thin films having various characteristics can be formed by selecting a reaction gas species and reaction conditions.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、酸化の低温化
により、多結晶シリコン膜表面にシリコン酸化膜を形成
する場合、酸化速度の面方位依存性が強調され、多結晶
シリコン膜表面に形成されるシリコン酸化膜の膜厚に不
均一性を生ずるとい問題点がある。However, when a silicon oxide film is formed on the surface of a polycrystalline silicon film by lowering the oxidation temperature, the dependence of the oxidation rate on the plane orientation is emphasized, and the formation of the silicon oxide film on the surface of the polycrystalline silicon film is emphasized. There is a problem that the thickness of the silicon oxide film becomes uneven.
【0005】また、上記方法でリンガラスを形成する場
合、高温雰囲気では反応容器の反応ガス導入付近で反応
の全んどが起こり、試料表面上に形成するリンガラス中
のリン濃度を制御できないため、低温雰囲気で反応を行
う必要がある。従って、形成されたリンガラス膜の緻密
のための高温アニール処理が必要となる。また、低温反
応では、段差部のステップカバレージが悪いという問題
点がある。従って緻密なステップカバレージの良いリン
ガラスは形成できず、わずかに、ノンストップのSiO
2を堆積可能である。In the case of forming phosphorus glass by the above method, in a high-temperature atmosphere, almost all of the reaction occurs near the introduction of the reaction gas into the reaction vessel, and the phosphorus concentration in the phosphorus glass formed on the sample surface cannot be controlled. It is necessary to carry out the reaction in a low temperature atmosphere. Therefore, a high-temperature annealing treatment for densification of the formed phosphorus glass film is required. In addition, the low-temperature reaction has a problem that the step coverage of the step portion is poor. Therefore, it is not possible to form a fine step-coverage phosphorus glass, and to slightly form non-stop SiO glass.
2 can be deposited.
【0006】さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリ
コン膜を形成する場合、従来の電気炉の反応容器を用い
ると、上記炉内外への試料の出入れのとき上記炉口から
の周囲雰囲気(主に空気)の混入により、シリコン基板
表面が酸化されるため、多結晶シリコン膜/シリコン基
板界面を洗浄に保つことができなくなる。その結果、上
記界面での電気的導通が不完全となるという問題点が生
ずる。Further, when a polycrystalline silicon film is formed on the surface of a silicon substrate, if a conventional reactor of an electric furnace is used, the ambient atmosphere (mainly from the furnace port) when a sample enters and exits the furnace. Mixed with air), the surface of the silicon substrate is oxidized, so that the interface between the polycrystalline silicon film and the silicon substrate cannot be kept clean. As a result, there arises a problem that electrical conduction at the interface becomes incomplete.
【0007】また、反応容器を囲んで加熱源であるラン
プハウスが設けられている場合、反応容器とランプハウ
スの真空度の相違により反応容器に応力がかかり、反応
容器に歪が生じたり、破損してしまう場合がある。When a lamp house as a heating source is provided around the reaction vessel, stress is applied to the reaction vessel due to a difference in the degree of vacuum between the reaction vessel and the lamp house, and the reaction vessel is distorted or damaged. In some cases.
【0008】本発明の目的は、上記従来法の有する問題
点を解決し、良好な特性を有する薄膜を制御性良く形成
でき、また、薄膜形成工程を容易にすることができ、反
応容器に歪や破損のない薄膜形成および薄膜形成装置を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional method, to form a thin film having good characteristics with good controllability, to facilitate a thin film forming process, and to provide a strain in a reaction vessel. It is an object of the present invention to provide a thin film forming apparatus and a thin film forming apparatus which are free from damage or damage.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】反応容器内部とランプハ
ウス内部の真空度を実質的に同一の真空度として、第1
の温度に温度制御して第1の雰囲気で膜形成を行い、次
に秒オ−ダ−で第2の温度に温度制御して第2の雰囲気
で試料処理をすることよって、達成される。Means for Solving the Problems The degree of vacuum inside the reaction vessel and inside the lamp house is made substantially the same, and
This is achieved by forming a film in the first atmosphere by controlling the temperature to the above temperature, and then controlling the temperature to the second temperature in the order of seconds and performing the sample processing in the second atmosphere.
【0010】[0010]
【作用】反応容器内部とランプハウス内部の真空度を実
質的に同一の真空度とすることによって、反応容器にか
かる応力が低減され、歪や破損の発生を防止できる。By making the degree of vacuum inside the reaction vessel and the inside of the lamp house substantially the same, the stress applied to the reaction vessel is reduced, and the occurrence of distortion and breakage can be prevented.
【0011】次にシリコンの熱酸化法について説明す
る。シリコンの熱酸化では、酸化速度はシリコンの面方
位に強く依存し、例えば、(110)>(111)>
(100)という順になる。この酸化速度の面方位依存
性は、高温酸化程小さくなる。従って、様々な面方位の
結晶粒を有する多結晶シリコン膜の表面酸化では、酸化
温度をより高くすることにより均一な酸化が可能にな
る。Next, the thermal oxidation method of silicon will be described. In the thermal oxidation of silicon, the oxidation rate strongly depends on the plane orientation of silicon, for example, (110)>(111)>
(100). The plane orientation dependence of the oxidation rate decreases as the temperature increases. Therefore, in the surface oxidation of a polycrystalline silicon film having crystal grains of various plane orientations, uniform oxidation can be achieved by increasing the oxidation temperature.
【0012】半導体素子の微細化に伴なって、より薄い
シリコン酸化膜が必要となるが、本発明では、酸化温度
を高くした分だけ、酸化時間を短縮することにより、薄
いシリコン酸化膜形成を行う。酸化時間は、秒オーダー
であり、このような短時間の酸化においても、上述のよ
うな面方位依存性の酸化温度の効果が有る。A thinner silicon oxide film is required as the semiconductor device becomes finer. However, in the present invention, a thinner silicon oxide film is formed by shortening the oxidation time by increasing the oxidation temperature. Do. The oxidation time is on the order of seconds, and even in such a short-time oxidation, there is an effect of the above-described plane orientation-dependent oxidation temperature.
【0013】次に、気相化学反応法による薄膜形成につ
いて説明する。上記反応法において、反応容器,反応ガ
スおよび試料の温度関係を、(試料)>(反応ガス)>
(反応容器)の順にすると、反応容器内に導入された反
応ガス種の反応の大部分は、試料表面附近で起こる。
尚、反応容器の温度を200℃以下とする。例えば、前
述のリンガラスを形成する場合、制御された反応ガス種
が反応容器に導入された状態で、試料のみを加熱する
と、試料近傍でのみ反応を起こすことができるので、リ
ン濃度の制御されたリンガラス膜を試料表面に形成でき
る。この方法によれば、秒オーダの反応を用いるため反
応温度の高温化が容易であり、また、反応直後、反応容
器内で高温(900℃以上)の加熱処理を数10秒行う
ことにより、緻密な膜形成が可能となる。Next, formation of a thin film by a gas phase chemical reaction method will be described. In the above reaction method, the temperature relationship between the reaction vessel, the reaction gas, and the sample is represented by (sample)> (reaction gas)>
In the order of (reaction vessel), most of the reaction of the reaction gas species introduced into the reaction vessel occurs near the sample surface.
In addition, the temperature of the reaction vessel is set to 200 ° C. or less. For example, when forming the above-mentioned phosphorus glass, heating only the sample in a state where the controlled reaction gas species is introduced into the reaction vessel can cause a reaction only in the vicinity of the sample, so that the phosphorus concentration is controlled. A phosphor glass film can be formed on the sample surface. According to this method, a reaction on the order of seconds is used, so that the reaction temperature can be easily increased. Immediately after the reaction, a high-temperature (900 ° C. or higher) heat treatment is performed in the reaction vessel for several tens of seconds, so that the reaction can be performed with high density It is possible to form a thin film.
【0014】さらに、シリコン基板表面上に多結晶シリ
コン膜を形成する場合、容積の小さい反応容器を用い
て、急熱急冷方式で反応が行える枚葉式処理装置では、
室温で上記反応容器内に試料を出入し入れすることがで
きるので、上記シリコン基板表面の表面酸化が無く、上
記多結晶シリコン膜/上記シリコン基板界面を清浄に保
つことが可能となる。また、上記反応容器内に試料を入
れ、多結晶シリコン膜を形成する直前に塩素系ガスまた
はフッ素系ガスを導した状態で加熱処理を行うことによ
り、室温で形成されたシリコン基板表面の自然酸化膜を
除去できるため、さらに清浄な上記界面を得ることが可
能となる。清浄な多な多結晶シリコン膜/シリコン基板
表面を必要とする理由は、多結晶シリコン膜とシリコン
基板との間の不純物拡散バリヤや電気的なバリアを無く
し、良好な接触を得るためである。本発明では、上記絶
縁膜形成を可能にするため、図1に示すような構成の枚
葉式形成装置を用いる。この形成装置は大別して、反応
容器1および試料2のみを加熱するのに必要な加熱源3
から成る加熱部、反応ガス源4と反応ガスコントローラ
5およびガス排気器6から成るガスライン部、および、
上記加熱源3および反応ガスコントローラ5の制御部7
で構成される。また、反応容器1内への試料2の出し入
れに必要な搬送部も設ける。Furthermore, when a polycrystalline silicon film is formed on the surface of a silicon substrate, a single-wafer processing apparatus capable of performing a reaction by a rapid heating and quenching method using a small-volume reaction vessel is as follows:
Since the sample can be moved into and out of the reaction vessel at room temperature, the surface of the silicon substrate is not oxidized, and the interface between the polycrystalline silicon film and the silicon substrate can be kept clean. Also, by placing a sample in the above reaction vessel and performing a heat treatment with a chlorine-based gas or a fluorine-based gas introduced just before forming a polycrystalline silicon film, natural oxidation of the surface of the silicon substrate formed at room temperature is performed. Since the film can be removed, it is possible to obtain a cleaner interface. The reason why a large number of clean polycrystalline silicon films / silicon substrate surfaces are required is to eliminate impurity diffusion barriers and electrical barriers between the polycrystalline silicon film and the silicon substrate and to obtain good contact. In the present invention, a single-wafer forming apparatus having a configuration as shown in FIG. This forming apparatus is roughly divided into a heating source 3 necessary for heating only the reaction vessel 1 and the sample 2.
A gas line section comprising a reaction gas source 4, a reaction gas controller 5, and a gas exhaust unit 6, and
The control unit 7 of the heating source 3 and the reaction gas controller 5
It consists of. In addition, a transport unit necessary for taking the sample 2 in and out of the reaction container 1 is also provided.
【0015】この形成装置において、試料2の温度は秒
オーダーで制御できるように加熱部を構成する。また、
反応容器内の雰囲気を短時間で種々の雰囲気に置換でき
るように、反応容器内容積を小さくする。また、上記反
応ガスコントローラ5においては、異なるガスの混合、
反応容器1内に流すガスの切換えを行い、また、水蒸気
雰囲気を反応容器1に導入できるような水蒸気発生閉バ
ブラを設ける。In this forming apparatus, the heating section is constituted so that the temperature of the sample 2 can be controlled on the order of seconds. Also,
The internal volume of the reaction vessel is reduced so that the atmosphere in the reaction vessel can be replaced with various atmospheres in a short time. Further, in the reaction gas controller 5, mixing of different gases,
A gas generating closed bubbler for switching the gas flowing into the reaction vessel 1 and for introducing a steam atmosphere into the reaction vessel 1 is provided.
【0016】[0016]
<実施例1>以下、本発明の実施例を図2乃至図3によ
り説明する。<Embodiment 1> An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0017】図2に示すように、枚葉式薄膜形成装置を
作製した。試料8表面上に薄膜を形成する反応容器9
は、内容が0.3lの石英製容器とし、上記反応容器9
には、パージ用ガス導入筒10,反応用ガス導入筒1
1,および反応ガス排気筒12を設けた。試料8の加熱
はタングステン,ハロゲンランプ13により行い、ま
た、試料8の予備加熱(加熱温度;100〜300℃)
するための上記ランプ14もランプハウス15内に設け
た。ランプハウス15には、上記反応器9を強制空冷で
きるガス導入筒16およびガス排気筒17の他に、上記
反応容器9内を真空に保持するためのランプハウス15
の真空排気筒18を設けた。上記反応容器9内真空度と
上記ランプハウス15内真空とを同一にするために、真
空排気制御部19を設けた。この真空排気制御部19
は、真空排気ポンプの他に制御用バルブで構成され、上
記真空度を10〜0.001Torr の範囲で制御できる。
尚、上記ランプハウス15の内面は、金メッキにより反
射用コートを施した。また、上記試料8温度は、パイロ
メータ20を用いてモニタし、上記ランプ13への入力
制御を行い、所定温度に保たれる。さらに、上記反応容
器9内へ試料8の搬送が行えるように、パージガス排気
筒21を有するドア22を設けた。上記反応容器内9内
へ反応ガス導入は、ガス流量制御部23の流量計24〜
32からガス配管33を介して反応ガス制御部34に導
入されたのち、必要ガスを上記反応容器9に接続された
反応ガス導入筒11に供給して行う。上記ガス制御部3
4では試料8表面で均一に薄膜形成が行えるように、流
量制御された複数のガス種を、上記反応容器9に設けた
100個の反応ガス導入筒11に割り当ることができ
る。尚、反応ガス導入筒11を100個設けた理由とし
ては、試料8表面上により均一に反応ガス導入され、よ
り均一に反応を生じさせ、均一な膜形成を行うためであ
る。また、水蒸気雰囲気を作製するため、超純水35を
入れたバブラ36を設けた。バブラ36の加熱はヒータ
37により行い、水蒸気のキャリア用酸素ガスを流量計
25で制御してバブル36内に導入し、三方向弁38,
39の制御により反応容器9内に水蒸気を導入する。As shown in FIG. 2, a single wafer type thin film forming apparatus was manufactured. Reaction vessel 9 for forming a thin film on the surface of sample 8
Is a quartz container having a content of 0.3 l,
Has a purge gas introducing cylinder 10 and a reaction gas introducing cylinder 1
1, and a reaction gas exhaust tube 12 were provided. The heating of the sample 8 is performed by a tungsten and halogen lamp 13, and the preliminary heating of the sample 8 (heating temperature; 100 to 300 ° C.)
The lamp 14 is also provided in the lamp house 15. The lamp house 15 includes a gas inlet tube 16 and a gas exhaust tube 17 capable of forcibly air-cooling the reactor 9 and a lamp house 15 for maintaining the inside of the reaction vessel 9 at a vacuum.
Was provided. In order to make the degree of vacuum in the reaction vessel 9 and the vacuum in the lamp house 15 the same, an evacuation controller 19 was provided. This evacuation controller 19
Is constituted by a control valve in addition to the vacuum exhaust pump, and can control the degree of vacuum in a range of 10 to 0.001 Torr.
The inner surface of the lamp house 15 was coated with a reflection coating by gold plating. Further, the temperature of the sample 8 is monitored using a pyrometer 20, and the input to the lamp 13 is controlled to be maintained at a predetermined temperature. Further, a door 22 having a purge gas exhaust pipe 21 is provided so that the sample 8 can be transported into the reaction container 9. The reaction gas is introduced into the reaction vessel 9 by the flow meters 24 to 24 of the gas flow controller 23.
After the gas is introduced from 32 into the reaction gas control unit 34 via the gas pipe 33, the required gas is supplied to the reaction gas introduction cylinder 11 connected to the reaction vessel 9. The gas control unit 3
In 4, a plurality of gas species whose flow rates are controlled can be allocated to 100 reaction gas introduction cylinders 11 provided in the reaction vessel 9 so that a thin film can be uniformly formed on the surface of the sample 8. The reason why 100 reaction gas introduction cylinders 11 are provided is that the reaction gas is more uniformly introduced onto the surface of the sample 8 to cause a more uniform reaction and to form a uniform film. Further, a bubbler 36 containing ultrapure water 35 was provided in order to create a steam atmosphere. The heating of the bubbler 36 is performed by a heater 37, and oxygen gas for water vapor carrier is controlled by the flow meter 25 and introduced into the bubble 36.
Steam is introduced into the reaction vessel 9 under the control of 39.
【0018】以下、図2に示した枚葉式薄膜形成装置を
用いた薄膜形成例を説明する。Hereinafter, an example of forming a thin film using the single wafer type thin film forming apparatus shown in FIG. 2 will be described.
【0019】(1)シリコン基板表面上への熱酸化膜形
成 流量計25により酸化ガス流量を5l/分として、反応
容器9内にパージガス導入筒10を通して、酸化ガス導
入された状態でドア22を開け、n型,(100)、10
Ωcmのシリコン基板8を搬送し、反応容器9内に挿入
した。尚、この時、反応容器9内温度は100℃以下で
ある。この後、ドア22を閉じ、30秒のパージングを
行ったのち、上記ガス流量を1l/分にして、ランプ1
3により上記シリコン基板8を1100℃に加熱した。
この時、シリコン基板8は、約5秒で1100℃に達し
た。加熱時間を60秒として熱酸化を行ったのち、上記
酸素ガス流量を5l/分にして、シリコン基板8を20
0℃以下になるまで冷却し、熱酸化したシリコン基板8
を反応容器から取り出した。このように、同一容器内で
パージ(以下(2)に記載の予備加熱)、加熱および冷
却を行う場合、試料の処理のスループットが低下する。
従って、スループットの点からは、パージ部,加熱部お
よび冷却部からなる形成装置が有利である。ここで述べ
る反応容器は、加熱部の反応容器として用い、さらにパ
ージ(予備加熱)部および冷却部を付加することによ
り、スループットの問題は改善できる。形成されたシリ
コン酸化膜は、膜厚が10nmであり、通常の電気炉を
用いた熱酸化(900℃,30分酸化)により形成した
同じ膜厚のシリコン酸化膜に比べて、絶縁耐圧が約5%
上昇し、酸化膜/シリコン基板の界面電荷を約半分にす
ることができた。このように、高温で短時間の熱酸化を
行えば、通常の熱酸化に比べて、良質のシリコン酸化膜
を形成できる。(1) Formation of Thermal Oxide Film on Silicon Substrate Surface The oxidizing gas flow rate was set to 5 l / min by a flow meter 25, and the door 22 was introduced into the reaction vessel 9 through the purge gas introducing cylinder 10 while the oxidizing gas was introduced. Open, n-type, (100), 10
The Ωcm silicon substrate 8 was transported and inserted into the reaction vessel 9. At this time, the temperature inside the reaction vessel 9 is 100 ° C. or less. Thereafter, the door 22 is closed, purging is performed for 30 seconds, and the gas flow rate is set to 1 l / min.
3, the silicon substrate 8 was heated to 1100 ° C.
At this time, the temperature of the silicon substrate 8 reached 1100 ° C. in about 5 seconds. After performing thermal oxidation with a heating time of 60 seconds, the oxygen gas flow rate was set to 5 l / min, and
Silicon substrate 8 cooled to 0 ° C. or less and thermally oxidized
Was taken out of the reaction vessel. As described above, when purging (preliminary heating described in (2)), heating, and cooling are performed in the same container, the throughput of sample processing is reduced.
Therefore, from the viewpoint of throughput, a forming apparatus including a purge unit, a heating unit, and a cooling unit is advantageous. The problem of throughput can be improved by using the reaction vessel described here as a reaction vessel of a heating section and further adding a purge (preheating) section and a cooling section. The formed silicon oxide film has a thickness of 10 nm, and has a withstand voltage of about 10 nm as compared with a silicon oxide film of the same thickness formed by thermal oxidation (oxidization at 900 ° C. for 30 minutes) using an ordinary electric furnace. 5%
As a result, the surface charge of the oxide film / silicon substrate could be reduced to about half. As described above, if thermal oxidation is performed at a high temperature for a short time, a higher quality silicon oxide film can be formed as compared with normal thermal oxidation.
【0020】(2)シリコン基板の水蒸気酸化による酸
化膜形成(バブラ36を用いた場合) 上記(1)の方法と同様に、酸素ガス5l/分に制御し
たパージした状態で、上記シリコン基板8を反応容器9
内に挿入し、ドア22を閉じ、30秒パージを行った。
その後、酸素ガス流量を1l/分にし、予備熱用ランプ
14により、シリコン基板8を150℃に保ち、5秒の
予備加熱を行った。そして、三方向弁38,39を制御
し、酸素ガスを水温が95℃に保たれているバブラ36
を通して、発生した水蒸気をパージガス導入筒10から
の反応容器9内に導入した。反応容器9内に水蒸気導入
後30秒経過し時点で、ランプ13によりシリコン基板
8を1100℃に加熱して、60秒の熱酸化を行った。
尚、ここで、水蒸気を反応容器内に導入する時に試料温
度を100℃以上に保っている理由は、試料表面での水
蒸気の結露による汚染を防止することにある。この後、
酸素ガスが直接反応容器9内に導入されるように三方向
弁38,39を制御し、さらに酸素ガス流量を5l/分
にして、シリコン基板8を温度が200℃になったとこ
ろで、シリコン基板8を反応容器から取り出した。この
ようにして形成された基板8上の熱酸化膜の膜厚は50
nmであった。ここで、予備加熱有無を比較した結果、
予備加熱有の方が清浄な酸化膜を形成した。このよう
に、水蒸気雰囲気を用いた高温,短時間酸化が、予備加
熱をすること、および、バブラ36を設けることにより
可能となった。(2) Formation of Oxide Film by Steam Oxidation of Silicon Substrate (When Bubbler 36 is Used) In the same manner as in the above method (1), the silicon substrate 8 is purged with oxygen gas controlled at 5 l / min. To the reaction vessel 9
, The door 22 was closed, and a purge was performed for 30 seconds.
After that, the silicon substrate 8 was kept at 150 ° C. by the preheating lamp 14 at an oxygen gas flow rate of 1 l / min, and preheating was performed for 5 seconds. Then, the three-way valves 38 and 39 are controlled to supply oxygen gas to the bubbler 36 whose water temperature is maintained at 95 ° C.
, The generated steam was introduced into the reaction vessel 9 from the purge gas introduction cylinder 10. 30 seconds after the introduction of steam into the reaction vessel 9, the silicon substrate 8 was heated to 1100 ° C. by the lamp 13 to perform thermal oxidation for 60 seconds.
Here, the reason that the sample temperature is kept at 100 ° C. or higher when introducing steam into the reaction vessel is to prevent contamination due to condensation of steam on the sample surface. After this,
When the three-way valves 38 and 39 are controlled so that oxygen gas is directly introduced into the reaction vessel 9, the flow rate of oxygen gas is set to 5 l / min, and when the temperature of the silicon substrate 8 reaches 200 ° C., the silicon substrate 8 was removed from the reaction vessel. The thickness of the thermal oxide film on the substrate 8 thus formed is 50
nm. Here, as a result of comparing the presence or absence of preheating,
With preheating, a clean oxide film was formed. As described above, high-temperature, short-time oxidation using a steam atmosphere can be performed by performing preheating and providing the bubbler 36.
【0021】(3)シリコン基板の水蒸気酸化による酸
化膜形成 (水素燃焼方式を用いた場合)上記(1)の方法と同様
に、パージ後、酸素ガスを1l/分に制御したのち、上
記シリコン基板8を900℃に加熱した。上記シリコン
基板8の温度が900℃達した時点で、流量計26によ
り水素ガス流量1l/分に制御し、反応ガス制御部34
から、上記反応容器9の全て反応ガス導入筒11を通し
て、水素ガスを導入した。この時、反応容器9内では、
水素と酸素の反応により水蒸気が発生する。反応容器9
への水素ガス導入後、10秒経過してから、シリコン基
板8の温度を1100℃にして、60秒の水蒸気酸化を
行い、水素ガス導入を停止したのち、シリコン基板8の
1100℃加熱を停止した。その直接、窒素ガス流量を
計量計25により5l/分に制御し、上記反応ガス制御
部34および反応ガス導入筒11を通して、窒素パージ
を行った。この時、窒素および酸素ガスの排気は、ドア
22に設けた排気筒に他に、反応容器9の反応ガス排気
筒12により行った。上記パージを行いながら、シリコ
ン基板8が200℃以下になった時点で、水蒸気酸化さ
れた基板8を反応容器9から取り出した。この時、得ら
れた酸化膜厚は40nmであった。このように、水素燃
焼方式により、予備加熱無しで水蒸気酸化が可能であ
る。(3) Formation of Oxide Film by Steam Oxidation of Silicon Substrate (When Hydrogen Combustion Method is Used) After purging, the oxygen gas is controlled at 1 l / min. The substrate 8 was heated to 900 ° C. When the temperature of the silicon substrate 8 reaches 900 ° C., the flow rate of the hydrogen gas is controlled to 1 l / min by the flow meter 26, and the reaction gas control unit 34 is controlled.
Then, hydrogen gas was introduced through the reaction gas introduction cylinder 11 of the entire reaction vessel 9. At this time, in the reaction vessel 9,
Water vapor is generated by the reaction between hydrogen and oxygen. Reaction vessel 9
10 seconds after the introduction of the hydrogen gas into the silicon substrate, the temperature of the silicon substrate 8 is set to 1100 ° C., steam oxidation is performed for 60 seconds, the introduction of the hydrogen gas is stopped, and the heating of the silicon substrate 8 at 1100 ° C. is stopped. did. The nitrogen gas flow was directly controlled at 5 l / min by the meter 25, and nitrogen purge was performed through the reaction gas control unit 34 and the reaction gas introduction cylinder 11. At this time, the exhaust of nitrogen and oxygen gas was performed not only by the exhaust pipe provided on the door 22 but also by the reaction gas exhaust pipe 12 of the reaction vessel 9. While performing the purging, when the temperature of the silicon substrate 8 became 200 ° C. or lower, the steam-oxidized substrate 8 was taken out of the reaction vessel 9. At this time, the obtained oxide film thickness was 40 nm. Thus, steam oxidation is possible by the hydrogen combustion method without preheating.
【0022】(4)多結晶シリコン膜表面への熱酸化膜
形成 シリコン基板表面が膜厚が20nmのシリコン酸化膜を
形成し、さらにリンが1×1021/cm3の濃度で導入
された多結晶シリコン膜(膜厚=3000nm)を形成
した試料8を処理した。処理方法は、前述(1)と同様
にし、酸化条件は1100℃,60秒とした。この時得
られた多結晶シリコン膜表面のシリコン酸化膜の膜厚
は、20nmであった。このシリコン酸化膜の絶縁耐圧
は約10MV/cmとなり、通常の電気炉を用いた熱酸
化(900℃,30分)により形成したシリコン酸化膜
に比べて、絶縁耐圧が約2倍に上昇した。このように、
高温短時間の熱酸化によれば、多結晶シリコン膜の表面
酸化でも、良質のリシコン酸化膜を形成できる。(4) Formation of Thermal Oxide Film on Polycrystalline Silicon Film Surface The silicon substrate surface forms a silicon oxide film having a thickness of 20 nm, and phosphorus is introduced at a concentration of 1 × 10 21 / cm 3. Sample 8 on which a crystalline silicon film (thickness = 3000 nm) was formed was processed. The treatment method was the same as in the above (1), and the oxidation conditions were 1100 ° C. and 60 seconds. The thickness of the silicon oxide film on the surface of the polycrystalline silicon film obtained at this time was 20 nm. The withstand voltage of this silicon oxide film was about 10 MV / cm, and the withstand voltage increased about twice as compared with the silicon oxide film formed by thermal oxidation (900 ° C., 30 minutes) using a normal electric furnace. in this way,
According to the high-temperature and short-time thermal oxidation, a high-quality silicon oxide film can be formed even by oxidizing the surface of the polycrystalline silicon film.
【0023】(5)多結晶シリコン膜形成 反応容器9窒素パージ(5l/分)した状態でシリコン
酸化膜をパターニングしたシリコン基板8を反応容器9
内に挿入し、ドア15を閉じた後、真空排気制御部19
を動作させ、窒素パージを停止し、反応容器9およびラ
ンプハウス15内部を1×10-6Torrに真空排気した。
次いで、流量計32により塩化水素ガス流量を1cc/
分に制御し、反応ガス制御部34および反応ガス導入筒
11を通して、反応容器9内に塩化水素ガスを導入した
のち、上記シリコン基板8を1100℃に加熱し、20
秒の表面処理を行った。(5) Formation of polycrystalline silicon film Reaction vessel 9 A silicon substrate 8 having a silicon oxide film patterned in a nitrogen purged state (5 l / min) is placed in a reaction vessel 9
After closing the door 15, the evacuation control unit 19
Was operated to stop the nitrogen purge, and the inside of the reaction vessel 9 and the lamp house 15 was evacuated to 1 × 10 −6 Torr.
Next, the flow rate of the hydrogen chloride gas was set to 1 cc /
After introducing hydrogen chloride gas into the reaction vessel 9 through the reaction gas control section 34 and the reaction gas introduction cylinder 11, the silicon substrate 8 is heated to 1100 ° C.
A second surface treatment was performed.
【0024】尚、塩化水素ガスおよび下記の第1モノシ
ランガスを反応容器9に導入している際、反応容器9内
およびランプハウス15内の真空度を同じにし、また、
塩化水素ガスおよび下記のモノシランガスのランプハウ
ス内部への逆流を防止する意味で、冷却ガス導入筒16
から窒素ガスを導入した。上記表面処理後、試料8温度
を650℃に保ち、流量計27によりモノシランガス流
量を1cc/分に制御し、上記反応ガスの制御部34お
よび導入筒11を通して、反応容器9内にモノシランガ
スを導入した。モノシランガス導入直後、真空排気制御
部19により、反応容器9内の真空度を1Torrに制御
し、60秒間のモノシランガスの分解を行った。When the hydrogen chloride gas and the first monosilane gas described below are introduced into the reaction vessel 9, the degree of vacuum in the reaction vessel 9 and the lamp house 15 is made the same.
In order to prevent the backflow of hydrogen chloride gas and the following monosilane gas into the lamp house, the cooling gas introduction cylinder 16 is used.
Was introduced with nitrogen gas. After the surface treatment, the temperature of the sample 8 was maintained at 650 ° C., the flow rate of the monosilane gas was controlled to 1 cc / min by the flow meter 27, and the monosilane gas was introduced into the reaction vessel 9 through the control section 34 of the reaction gas and the introduction cylinder 11. . Immediately after the introduction of the monosilane gas, the degree of vacuum in the reaction vessel 9 was controlled to 1 Torr by the vacuum evacuation controller 19, and the monosilane gas was decomposed for 60 seconds.
【0025】その後、モノシランガスの供給を停止し、
上記試料8の加熱を停止した。次いで、パージガスとし
て窒素ガスを上記反応ガス導入筒11から導入し、反応
容器9内の真空度を徐々に大気圧に戻したのち、窒素パ
ージ(5l/分)をパージ導入筒から導入に切り換え
て、試料8温度が200℃以下になった時点で、試料8
を反応容器9から取り出した。この時得られた多結晶シ
リコン膜の膜厚は30nmであった。また、上記表面処
理を行ったことにより、シリコン基板表面が露出した部
分に形成された多結晶シリコン膜とシリコン基板との界
面には、導電性や不純物拡散に対するバリヤとなる自然
酸化膜が無く、清浄な多結晶シリコン膜/シリコン基板
界面を得ることができた。Thereafter, the supply of the monosilane gas is stopped,
The heating of Sample 8 was stopped. Next, a nitrogen gas is introduced as a purge gas from the reaction gas introducing cylinder 11, and after the degree of vacuum in the reaction vessel 9 is gradually returned to the atmospheric pressure, the nitrogen purge (5 l / min) is switched from the purge introducing cylinder to the introduction. When the temperature of the sample 8 becomes 200 ° C. or less, the sample 8
Was taken out of the reaction vessel 9. The thickness of the polycrystalline silicon film obtained at this time was 30 nm. In addition, by performing the above-described surface treatment, there is no natural oxide film serving as a barrier against conductivity or impurity diffusion at an interface between the polycrystalline silicon film formed on the portion where the silicon substrate surface is exposed and the silicon substrate, A clean polycrystalline silicon film / silicon substrate interface could be obtained.
【0026】(6)シリコン窒化膜の形成 上記(5)と同様に、1×10-6Torrまで真空排気した
のち、流量計24により窒素ガス流量を1cc/分に制
御し、反応ガス導入筒11から反応容器9内に導入した
ながら、真空排気制御部19の動作により、反応容器9
内およびランプハウス15内の真空度を1Torrに保っ
た。その後、ランプ13の加熱により、シリコン基板8
温度を800℃にして、流量計28および31によりア
ンモニアガスおよびジクロルシランガスの流量を、それ
ぞれ2cc/分および0.5cc/分に制御した。尚、
この時も反応容器9およびランプハウス15の真空度は
1Torrに保たれている。上記アンミニアおよびジクロル
シランガス導入復、60秒の反応を行い、上記2種の反
応ガスのみ停止して、反応容器9内を1Torrら保った状
態で10秒間窒素ガスにより反応容器9内の置換を行っ
た。その後、シリコン基板8の加熱を停止して、反応容
器9内の真空度を徐々に悪くして、大気圧にした後、パ
ージガス導入筒10から窒素ガス(5l/分)を導入し
て、シリコン基板8温度が200℃以下になった時点
で、シリコン基板8を反応容器から取り出した。この時
形成されたシリコン窒化膜は、膜厚が20nmであり、
通常のCVD法で得られたものと同等の耐酸化性を有し
ている。(6) Formation of Silicon Nitride Film As in (5) above, after evacuating to 1 × 10 −6 Torr, the flow rate of the nitrogen gas is controlled to 1 cc / min by the flow meter 24 and While being introduced into the reaction vessel 9 from the reaction vessel 11, the operation of the vacuum
The degree of vacuum inside the lamp house 15 was maintained at 1 Torr. Thereafter, the silicon substrate 8 is heated by heating the lamp 13.
The temperature was set to 800 ° C., and the flow rates of ammonia gas and dichlorosilane gas were controlled to 2 cc / min and 0.5 cc / min by flow meters 28 and 31, respectively. still,
At this time, the degree of vacuum in the reaction vessel 9 and the lamp house 15 is kept at 1 Torr. After the introduction of the above-mentioned amminia and dichlorosilane gas, the reaction was carried out for 60 seconds, only the two kinds of reaction gases were stopped, and the inside of the reaction vessel 9 was replaced with nitrogen gas for 10 seconds while keeping the inside of the reaction vessel 9 at 1 Torr. went. Thereafter, the heating of the silicon substrate 8 was stopped, the degree of vacuum in the reaction vessel 9 was gradually reduced to atmospheric pressure, and nitrogen gas (5 l / min) was introduced from the purge gas introduction cylinder 10 to remove silicon. When the temperature of the substrate 8 became 200 ° C. or less, the silicon substrate 8 was taken out of the reaction vessel. The silicon nitride film formed at this time has a thickness of 20 nm,
It has the same oxidation resistance as that obtained by a normal CVD method.
【0027】(7)リンガラス膜の形成 反応容器9内をパージガス導入筒10から導入された窒
素ガス(5l/分)でパージングしている状態でシリコ
ン基板8を挿入、ドア22を閉じた後、30秒経過して
から窒素ガス流量を1l/分にして、窒素ガスの導入を
パージガス導入筒10から反応ガス導入筒11に切換え
た。その後、シリコン基板8を600℃に加熱し、冷却
ガス導入筒16から乾燥空気を導入し、反応容器9を強
制冷却した。この時、湿った乾燥空気は冷却ガス排気筒
17から排気した。シリコン基板8を600℃に加熱し
てから、10秒後、流量計25.27および29により
酸素ガス,モノシランガスおよびホスフィンガス流量
を、それぞれ、0.2l/分,10cc/分および0.4
cc/分に制御して、反応ガス導入筒11からこれらの
反応ガスを反応容器9に導入した。尚、ここで、それぞ
れの1本の反応ガス導入筒11は、一種の反応ガスを単
独に用いており、これらの反応ガスの反応容器9内のシ
リコン基板8表面近傍でのみ反応するようにしている。
この反応を60秒行ったのち、窒素ガスを除いた反応ガ
スの供給を停止し、10秒後にシリコン基板8を100
0℃に加熱して、20秒のアニールを行った。この後、
窒素ガス流量を5l/分にして、シリコン基板8の加熱
を停止した。シリコン基板8温度が200℃以下になっ
た時点で窒素ガスの導入を反応ガス導入筒11からパー
ジガス導入筒10に切り換えたのち、シリコン基板8を
反応容器から取り出した。このようにして形成されたリ
ンガラスは、リンのモル濃度が4%で、膜厚が100n
mであった。また、HF/H2O=1/10の組成を持
つエッチング液中でのエッチング速度は、約100nm
/分であった。このエッチング速度は、通常のCVD法
で得られた同じモルの濃度のリンガラス膜のそれに比べ
てて約10分の1以下であった。通常のCVD法で形成
したリンガラスをまたは、1000℃で30分間緻密化
した後のエッチング速度はほぼ同一であった。従って、
上記の方法によれば、リンガラスの緻密化用アニールを
さらに行う必要が無い。このように、この方法では、同
一反応容器9内でリンガラス膜形成及び緻密化を行える
ため、良質のリンガラス膜形成が容易である。また、シ
リコン基板8の表面に凹凸の有る場合に、この方法で形
成すると、通の450℃程度の低温CVD法に比べて、
段差部のステップカバレージが良好であった。即ち、通
常の方法では0.5μm段差部の膜厚は平坦部の膜厚に
対して40%以下であったが、本発明によれば90%以
上となった。(7) Formation of Phosphorus Glass Film After the silicon substrate 8 is inserted while the inside of the reaction vessel 9 is purged with nitrogen gas (5 l / min) introduced from the purge gas introduction cylinder 10, the door 22 is closed. After a lapse of 30 seconds, the flow rate of the nitrogen gas was changed to 1 l / min, and the introduction of the nitrogen gas was switched from the purge gas introduction cylinder 10 to the reaction gas introduction cylinder 11. Thereafter, the silicon substrate 8 was heated to 600 ° C., and dry air was introduced from the cooling gas introduction cylinder 16 to forcibly cool the reaction vessel 9. At this time, the wet dry air was exhausted from the cooling gas exhaust pipe 17. Ten seconds after heating the silicon substrate 8 to 600 ° C., the flow rates of oxygen gas, monosilane gas and phosphine gas were adjusted to 0.2 l / min, 10 cc / min and 0.4 by flow meters 25.27 and 29, respectively.
At a rate of cc / min, these reaction gases were introduced into the reaction vessel 9 from the reaction gas introduction cylinder 11. Here, each one reaction gas introducing cylinder 11 uses one kind of reaction gas alone, and reacts these reaction gases only in the vicinity of the surface of the silicon substrate 8 in the reaction vessel 9. I have.
After this reaction was performed for 60 seconds, the supply of the reaction gas except for the nitrogen gas was stopped, and after 10 seconds, the silicon substrate 8 was removed for 100 seconds.
Heating was performed to 0 ° C., and annealing was performed for 20 seconds. After this,
The heating of the silicon substrate 8 was stopped at a nitrogen gas flow rate of 5 l / min. When the temperature of the silicon substrate 8 became 200 ° C. or less, the introduction of the nitrogen gas was switched from the reaction gas introduction cylinder 11 to the purge gas introduction cylinder 10, and then the silicon substrate 8 was taken out of the reaction vessel. The phosphorus glass thus formed has a phosphorus molar concentration of 4% and a film thickness of 100 n.
m. The etching rate in an etching solution having a composition of HF / H 2 O = 1/10 is about 100 nm.
/ Min. This etching rate was about one-tenth or less of that of a phosphorus glass film having the same molar concentration obtained by a normal CVD method. The etching rate after phosphorus glass formed by a normal CVD method or after densification at 1000 ° C. for 30 minutes was almost the same. Therefore,
According to the above method, there is no need to further perform annealing for densification of the phosphorus glass. Thus, in this method, a phosphorus glass film can be formed and densified in the same reaction vessel 9, so that a high-quality phosphorus glass film can be easily formed. When the surface of the silicon substrate 8 has irregularities, when formed by this method, compared with a conventional low-temperature CVD method of about 450 ° C.,
The step coverage at the step was good. That is, the thickness of the step portion of 0.5 μm is 40% or less of the thickness of the flat portion in the usual method, but is 90% or more according to the present invention.
【0028】(8)ボロンリンガラス膜の形成 反応容器9内を窒素ガス(流量=5l/分)によりパー
ジングしている状態でシリコン基板8を挿入し、ドア22
を閉じた後、30秒経過してから窒素ガス流量を1l/分
にして、上記窒素ガスの導入をパージガス導入筒10から
反応ガス導入筒11に切り換えた。その後、シリコン基板
8を450℃に加熱し、上記(7)のように反応容器9を
強制空冷した。シリコン基板8を450℃に加熱後10秒経
過してから、流量計25,27,29および30により、酸素ガ
ス,モノシランガス,ホスフィンガスおよびジボランガ
スの流量を、それぞれ、0.2/分,10cc/分,0.4cc/および
0.3cc/分に制御して、反応ガス導入筒11から上記反応ガ
スを反応容器9に導入した。尚、これらの反応ガスの反
応は、シリコン基板8表面でのみ反応するようにしてい
る。この反応を60秒行ったのち、窒素ガスを除いて全て
の反応ガスの供給を停止し、10秒後にシリコン基板8を
1000℃に加熱して20秒のアニールを行った。この後、窒
素ガス流量を5l/分にして、シリコン基板8の加熱を
停止した。シリコン基板8温度が200℃以下になった時
点で、窒素ガス導入を反応ガス導入筒11からパージガス
導入筒10に切り換えたのち、シリコン基板8を反応容器
から取り出した。得られたボロンリンガラスは、ボロン
およびリンのモル濃度がそれぞれ3モル%および4モル
%であり、膜厚が120nmであった。このようにして得ら
れたボロンリンガラスは、緻密化がなされており良質の
膜である。尚、この時、上記シリコン基板8表面に凹凸
がある場合、このような方法でボロンリンガラスを形成
すると、上記1100℃アニールにおいて上記ガラスのリフ
ローが生じガラス膜表面の平坦化がなされた。(8) Formation of Boron Phosphorus Glass Film The silicon substrate 8 is inserted while the inside of the reaction vessel 9 is purged with nitrogen gas (flow rate = 5 l / min), and
After 30 seconds had passed, the nitrogen gas flow rate was changed to 1 l / min after 30 seconds had elapsed, and the introduction of the nitrogen gas was switched from the purge gas introduction cylinder 10 to the reaction gas introduction cylinder 11. Thereafter, the silicon substrate 8 was heated to 450 ° C., and the reaction vessel 9 was forcibly air-cooled as described in (7) above. 10 seconds after the silicon substrate 8 was heated to 450 ° C., the flow rates of oxygen gas, monosilane gas, phosphine gas, and diborane gas were changed by flow meters 25, 27, 29, and 30 to 0.2 / min, 10 cc / min, respectively. 0.4cc / and
The reaction gas was introduced into the reaction vessel 9 from the reaction gas introduction cylinder 11 at a rate of 0.3 cc / min. The reaction of these reaction gases is performed only on the surface of the silicon substrate 8. After performing this reaction for 60 seconds, supply of all the reaction gases except for the nitrogen gas was stopped, and after 10 seconds, the silicon substrate 8 was removed.
Annealing was performed for 20 seconds by heating to 1000 ° C. Thereafter, the heating of the silicon substrate 8 was stopped at a nitrogen gas flow rate of 5 l / min. When the temperature of the silicon substrate 8 became 200 ° C. or lower, the nitrogen gas introduction was switched from the reaction gas introduction cylinder 11 to the purge gas introduction cylinder 10, and then the silicon substrate 8 was taken out of the reaction vessel. The obtained boron phosphorus glass had a molar concentration of boron and phosphorus of 3 mol% and 4 mol%, respectively, and a film thickness of 120 nm. The boron phosphorus glass obtained in this manner is a high-quality film that has been densified. At this time, when the surface of the silicon substrate 8 has irregularities, when boron phosphorus glass is formed by such a method, the glass is reflowed by the 1100 ° C. annealing, and the surface of the glass film is flattened.
【0029】以上のように本発明によれば、通常の薄膜
形成法と同様の薄膜形成が、短時間かつ高温で可能とな
るため、前述(1)〜(8)で述べたように、通常法に
比べて良質の薄膜形成が可能となる。また、時間制御及
び雰囲気制御の制御性が良好であるため、異種薄膜を同
一容器で同時に形成できる。As described above, according to the present invention, a thin film can be formed in a short time and at a high temperature in the same manner as in a normal thin film forming method, and thus, as described in the above (1) to (8), A thin film of good quality can be formed as compared with the method. In addition, since the controllability of time control and atmosphere control is good, different kinds of thin films can be simultaneously formed in the same container.
【0030】<実施例2>前述の薄膜形成法を用いてEP
ROMを作製した実施例を図3により説明する。<Embodiment 2> An EP was formed by using the above-mentioned thin film forming method.
An embodiment in which a ROM is manufactured will be described with reference to FIG.
【0031】面方位;(100),導電型;p型,および、
抵抗率;10Ωcmのシリコン基板40を、前述(1)の方法
で(温度=1100℃;時間=60秒)により膜厚が10nmのシ
リコン酸化膜41を形成したのち、反応容器9内およびラ
ンプハウス15内を1×10-6Torr真空排気した。その
後、前述(6)と同様の方法により、800℃の基板温度
で300秒の反応を行い、膜厚が100nmのシリコン窒化膜42
を形成した。その後、通常のパージング及び冷却を行
い、上記基板40を反応容器9から取り出したのち、通常
のホト工程を用いて、レジスト膜43上記シリコン酸化膜
41およびシリコン窒化膜42を加工した。そして、ホウ素
イオン44を60keVの加速エネルギーで5×10-12/cm2だ
け打込み、打込み層45を形成し、その後レジスト膜43を
除去した(a)。次いで、前述(2)で示した方法(温
度=1200℃,時間=300秒,バブラ温度=95℃)によ
り、膜厚が0.5μmのシリコン酸化膜46を形成した。こ
の時、上記シリコン酸化膜46下には、前述打込み層45の
ホウ素が電気的に活性化し、p型フィールド拡散層47が
形成された(b)。Plane orientation; (100), conductivity type; p-type;
After forming a silicon oxide film 41 having a thickness of 10 nm on the silicon substrate 40 having a resistivity of 10 Ωcm by the method (1) (temperature = 1100 ° C .; time = 60 seconds), the inside of the reaction vessel 9 and the lamp house are formed. The inside of 15 was evacuated by 1 × 10 −6 Torr. Thereafter, a reaction is performed at a substrate temperature of 800 ° C. for 300 seconds by the same method as in the above (6), and a silicon nitride film 42 having a thickness of 100 nm is formed.
Was formed. Thereafter, normal purging and cooling are performed, the substrate 40 is taken out of the reaction vessel 9, and the resist film 43 and the silicon oxide film are formed using a normal photo process.
41 and the silicon nitride film 42 were processed. Then, boron ions 44 were implanted at a rate of 5 × 10 −12 / cm 2 at an acceleration energy of 60 keV to form an implanted layer 45, and then the resist film 43 was removed (a). Next, a silicon oxide film 46 having a thickness of 0.5 μm was formed by the method described in the above (2) (temperature = 1200 ° C., time = 300 seconds, bubbler temperature = 95 ° C.). At this time, the p-type field diffusion layer 47 was formed under the silicon oxide film 46 by electrically activating boron in the implanted layer 45 (FIG. 4B).
【0032】次に、上記シリコン窒化膜42およびシリコ
ン酸化膜41を除去したのち、前述(1)で示した方法
(温度=1150℃,時間=120秒)により、膜厚が20nmの
シリコン酸化膜(ゲート酸化膜)48を形成した。その
後、しきい値制御のために、ホウ素イオン49を60keVの
加速エネルギーで2.5×10-11/cm2だけ打込みし、ホウ素
打込み層50を形成した(c)。Next, after removing the silicon nitride film 42 and the silicon oxide film 41, the silicon oxide film having a thickness of 20 nm is formed by the method described in the above (1) (temperature = 1150 ° C., time = 120 seconds). (Gate oxide film) 48 was formed. Thereafter, for controlling the threshold value, boron ions 49 were implanted at an acceleration energy of 60 keV by 2.5 × 10 −11 / cm 2 to form a boron implanted layer 50 (c).
【0033】次に、前述(5)で示したように、反応容
器9内に試料を挿入し、反応容器9およびランプハウス
15内部を1×10-6Torrに真空排気したのち、試料温度を
650℃に加熱した。試料温度が650℃になった直後、反応
容器9内の真空度を1Torrに保ち、流量計27および29に
よりモノシラガスおよびホスフィンガスの流量を、それ
ぞれ、1cc/分および0.01cc/分に制御し、反応ガス導入
筒11から上記ガスを反応容器9内に導入し、420秒の反
応を行った。その後、上記反応ガスの供給および試料の
加熱を停止し、前述(5)で示したように反応容器9内
圧力の大気圧化,パージングおよび冷却を行い、試料温
度が200℃以下になった時点で、試料を反応容器から取
り出した。この時、形成された多結晶シリコン膜51は、
膜厚が210nmで、層抵抗が約25Ω/口であった。尚、こ
の時、上記ホウ素打込み層50は活性化された。その後通
のホト工程を用いて、上記多結晶崩シリコン膜51を加工
した(d)。Next, as shown in the above (5), the sample is inserted into the reaction vessel 9 and the reaction vessel 9 and the lamp house are inserted.
15 After evacuating the inside to 1 × 10 -6 Torr,
Heated to 650 ° C. Immediately after the sample temperature reached 650 ° C., the degree of vacuum in the reaction vessel 9 was maintained at 1 Torr, and the flow rates of monosila gas and phosphine gas were controlled to 1 cc / min and 0.01 cc / min by flow meters 27 and 29, respectively. The above gas was introduced into the reaction vessel 9 from the reaction gas introduction cylinder 11, and the reaction was performed for 420 seconds. Thereafter, the supply of the reaction gas and the heating of the sample were stopped, and the pressure in the reaction vessel 9 was increased to atmospheric pressure, purging and cooling were performed as described in (5) above, and when the sample temperature became 200 ° C. or less. The sample was taken out of the reaction vessel. At this time, the formed polycrystalline silicon film 51
The film thickness was 210 nm, and the layer resistance was about 25 Ω / port. At this time, the boron implanted layer 50 was activated. The polycrystalline broken silicon film 51 was processed using a subsequent photo process (d).
【0034】次に、前述(3)で示した方法(温度=10
50℃,時間=120秒)により、膜厚が20nmのシリコン酸
化膜52を形成し(e)、その後、上記多結晶シリコン膜
51と同条件で同仕様の多結晶シリコン膜53を堆積し
(f)、次いで、通常のホト工程により、上記多結晶シ
リコン膜53,シリコン酸化膜52、および多結晶シリコン
膜51を加工した(g)。この時、上記2種の多結晶シリ
コン膜において、上部はコントロールゲート電極42、ま
た、下部はフローティングゲート電極40となる。Next, the method shown in the above (3) (temperature = 10
(E.g., 50 ° C., time = 120 seconds) to form a silicon oxide film 52 having a thickness of 20 nm (e).
A polycrystalline silicon film 53 having the same specifications as that of the polycrystalline silicon film 53 is deposited (f), and then the polycrystalline silicon film 53, the silicon oxide film 52, and the polycrystalline silicon film 51 are processed by a normal photo process ( g). At this time, in the two types of polycrystalline silicon films, the upper part becomes the control gate electrode 42 and the lower part becomes the floating gate electrode 40.
【0035】次に、前述(3)の方法(温度=1050℃,
時間=120秒)により、膜厚が20nmのシリコン酸化膜54
を形成したのち、ヒ素イオン55を100keVの加速エネルギ
ーで1×1016/cm2だけ打込み、ソースおよびドレインと
なるヒ素打込み層56を形成した(h)。Next, the method (3) (temperature = 1050 ° C.,
Time = 120 seconds), the silicon oxide film 54 having a thickness of 20 nm
Then, arsenic ions 55 were implanted at an acceleration energy of 100 keV by 1 × 10 16 / cm 2 to form an arsenic implanted layer 56 serving as a source and a drain (h).
【0036】その後、前述(7)の方法により、リン濃
度が0.5モル%および4モル%のリンガラス膜57および5
8を、それぞれ、0.3μmの膜厚で形成した。上記リンガ
ラス形成条件は、以下の通りであある。下層のリンガラ
ス膜57は、モノシランガスおよびホスフィンガスの流量
を10cc/分および0.05cc/分とし、600℃で120秒間反応さ
せて形成した。また、上層のリンガラス膜58は、モノシ
ランガスおよびホスフィンガスの流量をそれぞれ10cc/
分および0.4cc/分として、600℃で120秒間反応させて形
成した。Thereafter, the phosphorus glass films 57 and 5 having a phosphorus concentration of 0.5 mol% and 4 mol% are obtained by the method (7).
8 were each formed with a thickness of 0.3 μm. The phosphorus glass forming conditions are as follows. The lower phosphorus glass film 57 was formed by reacting the monosilane gas and the phosphine gas at flow rates of 10 cc / min and 0.05 cc / min at 600 ° C. for 120 seconds. The upper phosphorus glass film 58 has a flow rate of the monosilane gas and the phosphine gas of 10 cc /
And 0.4 cc / min at 600 ° C. for 120 seconds.
【0037】尚、酸素ガスの流量は、に、0.2l/分とし
た。次いで、上述(8)の方法により、上述(8)と同
条件で300秒間反応させて、膜厚が0.6μmのボロンリン
ガラス膜59を形成し、その直後、窒素雰囲気(流量=1
l/分)で1050℃,10秒のアニール処理を行い、図(i)
のように、リフローにより表面を平坦化したボロンリン
ガラス膜60を形成した。上記アニール処理により、上記
ヒ素打込み層56は電気的に活性化され、また、上記リン
ガラス膜57および58がデンシファイされた(i)。The flow rate of oxygen gas was 0.2 l / min. Then, a boron-phosphorus glass film 59 having a thickness of 0.6 μm is formed by reacting for 300 seconds under the same conditions as in the above (8) by the method of the above (8). Immediately after that, a nitrogen atmosphere (flow rate = 1) is formed.
(l / min), annealing at 1050 ° C for 10 seconds,
As described above, a boron-phosphorus glass film 60 whose surface was flattened by reflow was formed. By the annealing treatment, the arsenic implanted layer 56 was electrically activated, and the phosphorus glass films 57 and 58 were densified (i).
【0038】次いで、通常のホト工程を用いて上記ボロ
ンリンガラス膜60,リンガラス膜58および57、および、
シリコン酸化膜48を加工し、コンタクト穴明けを行った
のち、1050℃で10秒のアニール処理を行い、図(j)の
ように、リフローさせたボロリンガラス膜61により、コ
ンタクト穴の傾斜を緩やかにした(j)。Next, the boron-phosphorus glass film 60, the phosphorous glass films 58 and 57, and
After processing the silicon oxide film 48 and forming a contact hole, annealing is performed at 1050 ° C. for 10 seconds, and as shown in FIG. Relaxed (j).
【0039】最後に、アルミニウム電極62を通常工程に
より作製した後、水素雰囲気にした反応容器内で、550
℃20秒の水素アニールを行い、EPPON素子を作製した。Finally, after the aluminum electrode 62 is manufactured by the ordinary process, the aluminum electrode
Hydrogen annealing at 20 ° C for 20 seconds was performed to produce an EPPON device.
【0040】本実施例によれば、通常フロセスと比較し
て薄膜形成プロセスを9工程から6工程に減らすことが
でき、また上記数種のガラス膜のデンシファイおよびリ
フロー用のアニール処理を、薄膜形成直後に同一容器内
で短時間のうちに処理できるため、上記アニール処理を
実質的に3回から2回に減らすことができ、プロセスの
簡素化が行われた。また、反応時間の制御が秒オーダー
であるため、薄膜形成プロセスの制御性が向上し、ま
た、種々のアニールを必要最少限の時間で行うことがで
き、不必要な熱処理(例えばソース,ドレイン領域の接
合深さの増大の原因となり、減いソース,ドレイン形成
が困難となる)を無くすことができるため、アニールプ
ロセスの制御性も向上した。According to the present embodiment, the thin film forming process can be reduced from 9 steps to 6 steps as compared with the normal process, and the annealing treatment for densifying and reflowing the above several kinds of glass films is performed by thin film forming. Immediately after that, the treatment can be performed in the same container within a short time, so that the annealing treatment can be substantially reduced from three times to two times, and the process is simplified. In addition, since the control of the reaction time is on the order of seconds, the controllability of the thin film forming process is improved, and various annealings can be performed in a minimum necessary time, and unnecessary heat treatments (for example, source and drain regions) are performed. , Which causes an increase in the junction depth and makes it difficult to form the source and drain), thereby improving the controllability of the annealing process.
【0041】さらに、本実施例によれば、図3(i)に
示したように、リフロー処理により表面の平坦化がなさ
れ、コンタクト穴明けのためのホト工程の精度を向上で
き、また、同図(j)に示したように、コンタクト穴の
斜視や緩やかにすることができたため、電極62形成にお
いて段切れ防止がなされた。Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3 (i), the surface is flattened by the reflow treatment, and the accuracy of the photolithography process for forming contact holes can be improved. As shown in FIG. 9J, the contact holes could be made oblique and gentle, so that the disconnection was prevented in the formation of the electrodes 62.
【0042】また、本実施例によれば、ゲート絶縁膜48
の絶縁耐圧を10%向上でき、また、フローティングゲー
ト51とコントロールゲート53間の絶縁膜52の絶縁耐圧を
約2.5倍に向上でき、その結果デバイスの信頼性を向上
できた。According to this embodiment, the gate insulating film 48
Of the insulating film 52 between the floating gate 51 and the control gate 53 can be improved by about 2.5 times. As a result, the reliability of the device can be improved.
【0043】[0043]
【発明の効果】本発明によれば、反応容器を破損せずに
膜形成を行える。また、同一反応容器内で、異種の薄膜
を形成でき、薄膜形成直後にアニール処理が可能となる
ため、薄膜形成プロセスが簡素化される。また、反応を
秒オーダーで制御できるのでプロセス制御性向上の効果
がある。さらに、反応温度も高温化できるため、特性の
良好な薄膜形成に効果がある。According to the present invention, a film can be formed without damaging the reaction vessel. In addition, different types of thin films can be formed in the same reaction vessel, and annealing can be performed immediately after the thin film is formed. In addition, since the reaction can be controlled on the order of seconds, there is an effect of improving process controllability. Further, since the reaction temperature can be increased, it is effective in forming a thin film having good characteristics.
【図1】本発明による枚葉式絶縁膜形成装置の一例を示
す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a single-wafer insulating film forming apparatus according to the present invention.
【図2】上記形成装置の概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of the forming apparatus.
【図3】本発明の方法を用いたEPROM作製工程図であ
る。FIG. 3 is an EPROM manufacturing process diagram using the method of the present invention.
1,9…反応容器、2,8…試料基板、3,13,14
…加熱用ランプ、4…反応ガス源、5,34…反応ガス
制御部、6…ガス排気器、7…制御部、10…パージガ
ス導入筒、11…反応ガス導入筒、12…反応ガス排気
筒、15…ランプハウス、16…冷却ガス導入筒、17
…冷却ガス排気筒、18…真空排気筒、19…真空排気
制御部、20…パイロメータ、21…パージガス排気
筒、22…ドア、23…反応ガス流量制御部、24〜3
2…流量計、33…ガス配管、35…超純水、36…バ
ブラ、37…ヒーター、38,39…三方向弁、40…
p型シリコン基板、41,46,48,52,54…シ
リコン熱酸化膜、42…シリコン窒化膜、43…レジス
ト膜、44,49…ホウ素イオン、45,50…ホウ素
打込み層、47,50…p型拡散層、51,53…n+
型多結晶シリコン膜、55…ヒ素イオン、56…ヒ素打
込み層またはn+型拡散層、57,58…リンガラス
膜、59〜61…ボロンリンガラス膜、62…アルミニ
ウム電極。1, 9: reaction vessel, 2, 8: sample substrate, 3, 13, 14
... heating lamp, 4 ... reaction gas source, 5, 34 ... reaction gas control unit, 6 ... gas exhaust unit, 7 ... control unit, 10 ... purge gas introduction cylinder, 11 ... reaction gas introduction cylinder, 12 ... reaction gas exhaust cylinder , 15 ... lamp house, 16 ... cooling gas introduction cylinder, 17
... Cooling gas exhaust tube, 18 ... Vacuum exhaust tube, 19 ... Vacuum exhaust control unit, 20 ... Pyrometer, 21 ... Purge gas exhaust tube, 22 ... Door, 23 ... Reactive gas flow control unit, 24-3
2 ... flow meter, 33 ... gas pipe, 35 ... ultrapure water, 36 ... bubbler, 37 ... heater, 38, 39 ... three-way valve, 40 ...
p-type silicon substrate, 41, 46, 48, 52, 54 ... silicon thermal oxide film, 42 ... silicon nitride film, 43 ... resist film, 44, 49 ... boron ion, 45, 50 ... boron implanted layer, 47, 50 ... p-type diffusion layers, 51, 53... n +
Type polycrystalline silicon film, 55: arsenic ion, 56: arsenic implanted layer or n + type diffusion layer, 57, 58: phosphorus glass film, 59 to 61: boron phosphorus glass film, 62: aluminum electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 恭雄 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−6199(JP,A) 特開 昭54−21266(JP,A) 特開 昭61−271820(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yasuo Wada 1-280 Higashi Koikebo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-61-6199 (JP, A) JP-A-54 -21266 (JP, A) JP-A-61-271820 (JP, A)
Claims (5)
熱反応容器内に挿入する工程と、 該ランプハウス内部と該熱反応容器内部とを実質的に同
一の真空度にする工程と、 秒オーダで該試料を第1の所定温度に温度制御する工程
と、 第1の雰囲気で該試料表面に第1の膜を形成する工程
と、 秒オーダで該試料を第2の温度に温度制御する工程と、 該第1の雰囲気とは異なる第2の雰囲気で該試料を処理
する工程とを有することを特徴とする枚葉式薄膜形成
法。1. A step of inserting a sample into a thermal reaction vessel surrounded by a lamp house, a step of applying substantially the same degree of vacuum to the interior of the lamp house and the interior of the thermal reaction vessel, and Controlling the temperature of the sample to a first predetermined temperature, forming a first film on the surface of the sample in a first atmosphere, and controlling the temperature of the sample to a second temperature on the order of seconds. And a step of treating the sample in a second atmosphere different from the first atmosphere.
て、該第1の雰囲気は複数種の反応ガスからなり、かつ
該第1の雰囲気は複数の反応ガス導入口から導入されて
おり、それぞれの該反応ガス導入口は該複数種の反応ガ
スのうちの1種類の反応ガスを導入することを特徴とす
る枚葉式薄膜形成法。2. The method according to claim 1, wherein said first atmosphere is composed of a plurality of types of reaction gases, and said first atmosphere is introduced from a plurality of reaction gas inlets. A single-wafer-type thin-film forming method, wherein each of the reaction gas inlets introduces one of the plurality of reaction gases.
にして設けられたランプハウスと、該熱反応容器内に設
けられた枚葉式試料台と、該ランプハウス内に設けら
れ、該試料台上の試料の温度を秒オーダで加熱するラン
プと、反応ガス制御部と、該熱反応容器内に設けられた
反応ガス導入口と、反応ガス排気手段と、該熱反応容器
内部と該ランプハウス内部とを実質的に同一の真空度と
する手段とを有することを特徴とする枚葉式薄膜形成装
置。3. A thermal reaction vessel, a lamp house provided so as to surround the thermal reaction vessel, a single-wafer sample table provided in the thermal reaction vessel, and a lamp house provided in the lamp house. A lamp for heating the temperature of the sample on the sample stage in the order of seconds, a reaction gas control unit, a reaction gas inlet provided in the thermal reaction vessel, a reaction gas exhaust means, the inside of the thermal reaction vessel, Means for making the inside of the lamp house substantially the same degree of vacuum.
て、該反応ガス導入口は複数あり、かつ複数種の反応ガ
スを導入する手段であり、それぞれの該反応ガス導入口
は1種類の反応ガスを導入する手段であることを特徴と
する枚葉式薄膜形成装置。4. A single-wafer thin film forming apparatus according to claim 3, wherein said plurality of reaction gas inlets are means for introducing a plurality of types of reaction gas, and each of said plurality of reaction gas inlets is one type. A single-wafer type thin film forming apparatus, characterized in that it is means for introducing a reactive gas.
置において、該熱反応容器はパ−ジガス導入口と該パ−
ジガス導入口とは別に設けられた反応ガス導入口とを有
することを特徴とする枚葉式薄膜形成装置。5. A single-wafer thin film forming apparatus according to claim 3, wherein said thermal reaction vessel has a purge gas inlet and said purge gas inlet.
A single-wafer type thin film forming apparatus comprising: a reaction gas inlet provided separately from a digas inlet.
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP28014595A JP2636817B2 (en) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | Single wafer type thin film forming method and thin film forming apparatus |
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- 1995-10-27 JP JP28014595A patent/JP2636817B2/en not_active Expired - Lifetime
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