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半導体基板表面の酸化膜の形成方法及び半導体装置の製造方法 コモンズ

国内特許コード P03P000676
整理番号 A152P09
掲載日 2003年7月10日
出願番号 特願2001-087230
公開番号 特開2002-289612
登録番号 特許第3533377号
出願日 平成13年3月26日(2001.3.26)
公開日 平成14年10月4日(2002.10.4)
登録日 平成16年3月12日(2004.3.12)
発明者
  • 小林 光
  • 西山 雅祥
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 半導体基板表面の酸化膜の形成方法及び半導体装置の製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 半導体基板の表面に高品質の二酸化シリコン膜を制御性よく形成するとともに、リーク電流密度を下げる。
【解決手段】 シリコンカーバイド基板1を洗浄した後、203℃に加熱した濃度72.4vol.%の過塩素酸水溶液に25分間浸漬することによって、シリコンカーバイド基板1の表面に二酸化シリコン膜5を形成する。その後、電気炉で窒素中900℃で2時間加熱する。その二酸化シリコン膜5上にアルミニウムゲート電極7を形成する。
従来技術、競合技術の概要


半導体デバイス、とりわけMOSトランジスタのゲート酸化膜やMOS容量の容量酸化膜としては、通常、酸化膜が用いられている。これらの酸化膜には、高い絶縁破壊耐圧、高い絶縁破壊電荷量、低い固定電荷密度、低い可動イオン密度、低い界面準位密度が要求される。
シリコンデバイスの場合、従来、MOSトランジスタのゲート酸化膜は、600℃以上の高温で、半導体基板を乾燥酸素や水蒸気などの酸化性雰囲気に暴露することによって形成されていた(例えば、VLSIテクノロジー(VLSI Technology)、S.M.Sze編集、1984年、131~168ページ参照)。良質の酸化膜を形成するためには、高温での酸化が必要とされており、一般には900℃以上の高温で形成されている。
シリコンカーバイドを基板として高電流、高電圧下で動作するデバイス、例えばパワーデバイス、高周波デバイス、又は高温下で動作するデバイスのゲート酸化膜や容量酸化膜としても、通常、酸化膜が用いられている。シリコンカーバイド基板に形成されるMOSトランジスタのゲート酸化膜は、1050~1150℃の高温で、シリコンカーバイド基板を乾燥酸素や水蒸気などの酸化性雰囲気に暴露することによって形成されていた。
また、低温で酸化膜を形成する方法として、モノシランやクロロシランを400~900℃で熱分解させ、酸素と反応させることにより、基板表面に酸化膜を堆積させる化学的気相成長法(CVD法)なども用いられていた。このほかにも、低温で酸化膜を形成する方法として、プラズマ中で酸化を行なう方法がある。しかし、低温で酸化膜を形成する方法では、いずれの方法を用いた場合にも、高品質の酸化膜を制御性よく、かつ再現性よく形成するのは困難な状況にある。
現在、実用的に使用されている酸化膜形成方法は高温の熱酸化による方法である。熱酸化法では、高温になるほど酸化膜の膜質が良くなる傾向があるが、一方では酸化膜/シリコン界面や酸化膜/シリコンカーバイド界面がラフになり、MOSトランジスタのチャンネル移動度が低下するという問題が生じる。
さらに、シリコンカーバイド基板の場合は、高温熱酸化では酸化膜/シリコンカーバイド界面にグラファイトが形成され、界面準位密度が高いこと、及び固定電荷密度が高いことなどの問題も生じる。
そこで、本発明者らは、高温加熱を用いることなく、半導体基板の表面に高品質の酸化膜を制御性よく形成することのできる半導体表面の酸化膜形成方法を提案した(特開平10-223629号公報参照)。そこでは、加熱した過塩素酸を含む溶液中に半導体基板を浸漬することにより、又は半導体基板を加熱しながら過塩素酸を含む気体に暴露することにより、その半導体基板の表面に酸化膜を形成する。

産業上の利用分野


本発明は、半導体集積回路などに用いられる金属―酸化物―半導体(MOS)トランジスタやMOS容量などの素子においてゲート酸化膜や容量酸化膜などに応用することのできる半導体基板表面の酸化膜の形成方法と、その酸化膜を利用した半導体装置の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
以下の工程(A)及び(B)を含む酸化膜の形成方法。
(A)加熱した過塩素酸を含む溶液中に半導体基板を浸漬してその半導体基板の表面に酸化膜を形成する工程、及び
(B)酸化膜を形成した前記半導体基板を加熱処理して前記酸化膜中の残留塩素を除去する工程。

【請求項2】
前記工程(A)において、過塩素酸を含む溶液の過塩素酸濃度は10vol.%以上である請求項1に記載の酸化膜の形成方法。

【請求項3】
前記工程(A)において、過塩素酸を含む溶液の温度を170℃以上で、かつ、その溶液の沸点以下とする請求項1又は請求項2に記載の酸化膜の形成方法。

【請求項4】
以下の工程(A)及び(B)を含む酸化膜の形成方法。
(A)半導体基板を加熱しながら過塩素酸を含む気体に暴露してその半導体基板の表面に酸化膜を形成する工程、及び
(B)酸化膜を形成した前記半導体基板を加熱処理して前記酸化膜中の残留塩素を除去する工程。

【請求項5】
前記工程(A)において、過塩素酸を含む気体が過塩素酸の蒸気である請求項4に記載の酸化膜の形成方法。

【請求項6】
前記工程(B)において、前記加熱処理の温度が600℃から1,100℃の範囲である請求項15のいずれか1つに記載の酸化膜の形成方法。

【請求項7】
前記加熱処理の雰囲気が塩素を含まないガスである請求項16のいずれか1つに記載の酸化膜の形成方法。

【請求項8】
前記加熱処理の雰囲気が窒素、アルゴび水素からなる群から選ばれた少なくとも1種類のガスである請求項7に記載の酸化膜の形成方法。

【請求項9】
前記半導体基板が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、砒化ガリウム、燐化インジウム、シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウムカーバイド及びシリコンゲルマニウムからなる群から選ばれた請求項18のいずれか1つに記載の酸化膜の形成方法。

【請求項10】
請求項19のいずれか1つに記載の方法により形成された酸化膜上に導電層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001087230thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 資源循環・エネルギーミニマム型システム技術 領域
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