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    公开号:WO1990013912A1
    申请号:PCT/JP1990/000582
    申请日:1990-05-07
    公开日:1990-11-15
    发明作者:Tadahiro Ohmi；Mizuho Morita
    申请人:Tadahiro Ohmi；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    [0001] 曰月 田 »
    [0002] シ リ コ ン酸化膜及びそれを備えた半導体装置 技術分野
    [0003] 本発明 は シ リ コ ン酸化膜及びそ れを備え た半導体装置に係 り 、 よ り 詳細に は、 酸素と の結合エネ ルギーが大き なシ リ コ ン 酸化膜及びそれを備え た半導体装置に関する。
    [0004] 背景技術
    [0005] 従来、 半導体装置と し て は、 そ の絶緣膜を熱酸化法に よ り 形 成 し た ものが知られている。 こ の方法は、 乾燥し た酸素等、 微 量の塩化水素を混合した乾燥 し た酸素等あ る いは水分を含む酸 素等を シ リ コ ン基板に高温 （例えば 6 0 0 で以上の温度） で接 触させる こ と に よ り 酸化膜を形成する方法である。 しか し、 こ の方法は、 酸化膜を形成する ための温度が高く 、 低温プロ セス が実現で き ない と い う 欠点があ っ た。
    [0006] 以下に M 0 S L S I の酸化膜の形成を例に と っ て、 低温プロ セ ス の重要性を述べる。
    [0007] L S I 技術の進歩発展は き わめて急速であ り 、 1 M b i t以 上の D R A Mがすで に実用化されている。 こ う し た高性能電子 デバイ ス、 すなわち微細で超高集積度のデバイ スを製造する た め に は、 当然の こ と ながら不確定要素に影響される こ と の少な い、 よ り 制御性のよい高性能な製造プロ セスが必要と なる。 高 性能な製造プロ セス と して、 低温プロ セスが挙げ られる。
    [0008] た と えば、 酸化膜の形成温度の低温化は、 反応茶を構成する 材料か ら放出 さ れる不純物量を少な く し て不純物に起因す る 酸化膜中 お よ び酸化膜 と シ リ コ ン界面の ト ラ ッ プ密度を低減 し、 電気的に安定な半導体デバイ スを実現する ため に必要であ る。
    [0009] ま た、 プ ロ セスの低温化は、 シ リ コ ン基板のそ り 、 半導体デ バイ ス構成の材料中のひずみおよび欠陥密度を低減する ために も有効である。
    [0010] さ ら に、 酸化膜の形成温度が 6 0 0 'C程度以下であれば、 融 点の低い金属あるいは合金 （た と えばア ル ミ ニ ウ ム金属） を形 成した後に、 酸化膜を形成する こ と も可能と な り 、 種々 の機能 を有する半導体デバイ スを実現でき る。 特に 5 0 0 で以下であ れば、 アルミ ニウ ム薄膜に ヒ ロ ッ クが形成されないため特に有 効である。 - 以上述べたよ う に、 酸化膜の形成温度の低温化は、 超微細化 L S I の実現に不可欠である。
    [0011] しかる に、 従来の技術は、 高温プロセスである ため超微細化 L S I ひいては高性能半導体装置は実現されていなかつ た。 末発明の 目的は、 絶縁特性に優れた酸化膜を提供し、 ま た高 いコ ンダク タ ンス を有し、 短チ ャ ン ネ ルである高速性能の半導 体装置を提供する こ と に あ る 。
    [0012] 発明の開示
    [0013] 上記目的は、 X線光電子分光スペク ト ル に おいて、 酸素と結 合する シ リ コ ン の S i 2 pビーク の結合エネルギーが、 シ リ コ ン と結合する シ リ コ ン の S i 2 P 3 / 2 ビーク の結合エネ ルギーよ り
    [0014] 4 . 1 e V以上大きいシ リ コ ン酸化膜及びそれを備えた半導体 装置に よ っ て達成される。 図面の簡単な説明
    [0015] 第 1 図ほ、 超純水中でシ リ コ ン表面に形成さ れる酸化膜の厚 さの時間変化を示すグラ フ である。 第 2 図は本発明の実施例の 半導体装置の断面構造図である。 第 3 図は本発明の半導体装置 の製造工程を示す断面図である。
    [0016] 1 1 は基板裏面の電極、 1 2 は p + 基板、 1 3 は n + 埋め込 み領域、 1 4 は高抵抗領域、 1 5 は高抵抗率 n - 領域、 1 6 は 絶縁分離領域、 1 7 , 1 8 は n + 領域、 1 9 , 2 0 は p + 領 域、 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 は金属シ リ サイ ド 、 2 5 , 2 6 は シ リ コ ン酸化膜 （ゲー ト絶縁膜） 、 2 7 , 2 8 はゲー ト 電極、 2 9 , 3 0 , 3 1 は金属電極、 3 2 , 3 3 , 3 4 は金属フ ツ イ匕 物 （ A F 3 ) 、 3 5 は P S G膜、 窒化膜である。
    [0017] 発明を実施する ための最良の形態
    [0018] 以下、 本発明の実施例を図面に基づき説明する。
    [0019] 本発明に係る半導体装置の酸化膜の形成は、 例えば次の方法 に よ り 行えばよい。
    [0020] すなわち、 酸素およびノま た は酸素を含む分子を含有する水 溶液を、 酸化膜を形成し ょ う と する基体の表面に接触させて該 基体の表面に酸化膜を形成する第 1 工程、
    [0021] 酸素、 酸素を含む分子も し く は不活性ガス ま た ほ こ れ らの う ち の 2 種以上の混合物の気相中に おいて、 前記酸化膜を 2 0 〜 6 0 0 で の温度で熱処理する こ と に よ り 前記酸化膜中の基体表 面を構成す る原子と酸素の結合を強く す る第 2 工程、
    [0022] と を少く と も備え た こ と を特徴 と する酸化膜の形成方法に よ つ てであ る Γ同日提出の特許出願） 。 まず、 こ の方法について説明する。
    [0023] 第 1 図は、 9 容積 p p mの酸素が溶存している超純水中に シ リ コ ン基板を浸漬した場合における シ リ コ ン表面に形成される 酸化膜の厚さの時間変化を示すグラ フ である。 酸化膜の厚さ は E S C A装置と エ リ ブソメ ータを用いて測定した。 第 1 図中の 横軸ほ 2 3 °C の超純水中に シ リ コ ン基板を浸した時間を表し、 縦軸ほシ リ コ ン基板の表面に形成された酸化膜の厚さを表す。 第 1 図中の上部の数値は超純水中の酸素の溶存量を表す。
    [0024] 第 1 図に示すよ う に、 た と えば、 溶存酸素量 9 p p mの超純 水中に、 室温で 4 6 日間シ リ コ ン ウ ェハを保持する こ と に よ り 4 . 2 n mの厚さの酸化膜を形成する こ と ができ る。
    [0025] 第 1 表は、 上記超純水中で形成した酸化膜 （膜厚 4 . 2 nm) を、 酸素ガス中も し く は窒素ガス中で 5 0 0 °C に 1 時間加熱し た と き の酸化膜の厚さおよび酸化膜中のシ リ コ ン と酸素の結合 エネ ルギーの変化に関するデータ である。
    [0026] 第 1 表の結合エネルギーの値は、 X線光電子分光スべク ト ル に おいて、 酸素と結合する シ リ コ ン の S i 2Pビーク の結合エネ ルギ一 と 、 シ リ コ ン と結合する シ リ コ ン の S i 2 p3/2 ピーク の 結合エネ ルギーとの差を示している。 第 1 表
    [0027] 酸化膜 - nm ^ エネルギー eV 超純水中 46日間 4 . 2 0 4 . 4 9
    [0028] 02ァニ-ル後 500 °C , 1 h r 4 . 9 6 4 . 8 7
    [0029] N 2ァニ-ル後 500 °C , 1 h r 3 . 9 8 4 . 7 2 酸素ガス中で熱処理 （ ァニール） し た と きの酸化膜の厚さ ほ 4 . 9 n m に増大している。 窒素ガス中で熱処理し た と き の酸 化膜の厚さ は 3 . 9 8 n m と わずか に減少している。 酸化膜の 結合エネ ルギーは酸素ガス中および窒素ガス中いずれの場合も 熱処理に よ っ て増加 している。 こ のよ う に熱処理し た酸化膜の 結合エネ ルギーは、 シ リ コ ン表面を乾燥酸素中で 8 0 0 *C に加 熱して形成される酸化膜の結合エネルギーの値よ り 大き い。 し たがっ て、 該方法でほ、 例えば、 シ リ コ ン基板を溶存酸素量が 9 容積 P P mの超純水中に浸し、 その後酸素ガス中も し く は窒 素ガス中で加熱する と 、 3 n m以上の厚さを有しかつ シ リ コ ン と酸素の結合が強い酸化膜が低温で形成でき る こ と が明 らか に な っ た。
    [0030] 従来の熱酸化では、 3 n m以上の酸化膜を 6 0 0 'C以下の温 度で形成する こ と はで き ない。 た だ、 水分、 二酸化炭素等の不 純物を除去した超清浄雰囲気 （不純物濃度数 + p p b 以下、 よ り 好 ま し く は数 P P b 以下） に お レヽ て、 8 0 0 °C X 2 0 分で 4 . 8 1 n mの酸化膜が形成され、 結合エネ ルギーが 4 . 6 4 e V の酸化膜が形成 し得る こ と を本発明者は別途知見 し てい る。 しか し、 こ の酸化膜は、 後に述べる第 2 図に示す半導体装 置に おいて電極領域 2 9 , 3 0 ， 3 1 が A の場合は使用で き なレヽ。 領域 2 9 , 3 0 , 3 1 が M o ， W , T a , T i , P d も し く は こ れ ら の金属の シ リ サ イ ド の よ う な高融点材料か ら な る場合に使用可能と なる。 しかる に、 本方法では、 領域 2 9 , 3 0 , 3 1 が上記高融点材料か ら なる場合はも ち ろ ん、 A か ら な る 場合 に おい て も 使用可能で あ り 、 さ ら に、 結合エネ ル ギーを 4 . 6 4 e V よ り 大き く する こ と も可能である。
    [0031] 該方法の第 1 工程に おいて酸素および /ま たは酸素を含む分 子を含有する水溶液と は、 た と えば酸素が溶存する水溶液、 ォ ゾンが溶存する水溶液、 過酸化水素水、 硫酸 · 過酸化水素水溶 液、 塩酸 · 過酸化水素水溶液、 ア ン モニ ア · 過酸化水素水溶液 等が挙げられる。 なお、 た と えば、 過酸化水素水に酸素をさ ら に溶存せ しめた水溶液であっ ても よい。
    [0032] 該方法の第 1 工程では上記酸素および/ま たは酸素を含む分 子を含有する溶液を基体の表面に接触させて、 基体の表面に酸 化膜を形成する。 なお、 前記溶液に含まれる分子の分解を促進 する触媒に溶液を接触させる と 、 酸化膜の形成速度の増大効果 が認め られる ため好ま しい。 従っ て、 例えば 0 . 1 容積 p p m の酸素溶存量の溶液に基体を接触させる場合、 触媒を用いれば 始発溶液と して 0 . 1 容積 P p m以下のものを用いる こ と も可 能 と なる 。 前記固体触媒 と して は、 た と えば白金等が挙げ ら れ、 特に過酸化水素水溶液を白金触媒に接触させる と、 過酸化 水素 （ H 2 0 2 ) か ら酸素ラ ジカ ルが発生し、 酸化膜の形成速 度の増大効果が顕著に認め られる。 た と えば、 室温では 3 0 分 間で 1 n mの酸化膜が形成され、 7 0 〜 8 5 tの温度範囲では 2 4時間で 2 〜 5 n mの酸化膜が形成される。 すなわち、 +分 に実用 に供し得る時間内で、 酸化膜 （ た と えば M 0 S L S I に おけるゲー ト酸化膜） が得られるのである。
    [0033] なお、 過酸化水素水は安定剤を含ま ないものが望ま し く 、 過 酸化水素水に含まれる T O Cの量は、 少ぐと も 1 p p m以下、 望ま し く は 0 . 1 P P m以下である。 ま た、 他の水溶液におい て も、 不可避的不純物の量は 1 p p m以下と する こ と が望ま し く 0 . 1 p p m以下 と する こ と がよ り 望ま しい。
    [0034] 該方法の第 1 工程で、 前記酸素およびノま た は酸素を含む分 子を含有する水溶液中の酸素ない し酸素を含む分子の溶存量を 0 . 1 容積 P P m以上と した場合に は、 シ リ コ ン基板の表面に 酸化膜の形成が比較的短時間の う ち に認め られ、 酸素も し く は 酸素を含む分子の溶存量が多いほ ど酸化膜の大き な形成速度が 認め られる。 なお、 例えば 0 °C の水溶液中 に溶存可能な酸素量 の上限は約 1 気圧に おいて 1 4 p p mであ る が、 例えば、 次の よ う に し て溶存酸化量を増加せ しめて も よい。 すなわち、 前記 水溶液中に溶存する酸素も し く は酸素を含む分子の量を増加さ せる こ と は、 た と えば密閉容器の中の超純水中に シ リ コ ン基板 を浸し、 密閉容器の中に酸素ガスを入れて酸素ガス の圧力を高 く する こ と に よ っ てで き る。 なお、 酸素お よび ま た は酸素を 含む分子の溶存量の上限と して は 1 0 0 0 0 容積 p p mが好ま し レヽ。
    [0035] 該方法の第 2 工程で使用される酸素を含む分子と しては前記 第 1 工程と 同様のも のを気相で用いる こ と がで き る。 前記不活 性ガス と して は、 た と えば窒素ガス、 アルゴンガス、 ヘ リ ウ ム ガス等が挙げ られる。 前記酸素、 酸素を含む分子、 不活性ガス その ま ま も し く は こ れ らの混合ガスで用いる こ と も で き る。 結 合エネ ルギーのよ り 一層の増加を図る う えか ら は、 かかる気相 中の不純物 （水分あ る いはハイ ド 口 カーボ ン等） の濃度と して は数 + P P b 以下が好ま し く 、 数 p p b 以下がよ り 好ま し く 、 0 . 1 p p b 以下がさ ら に好ま しい。 第 2工程の前記気相中に酸素も し く は酸素を含む分子が含ま れる と、 酸化膜の厚さのよ り一層の増大効果が認められる。 ま た、 前記気相中に含まれる酸素も し く は酸素を含む分子の数が 多いほど酸化膜の厚さの増大効果が顕著に認められる。
    [0036] 第 2工程の前記酸化膜の温度は 2 0 〜 6 0 0 でが好ま しく 、 1 0 0 〜 5 0 0 °Cがよ り 好ま しいが 5 0 0 で に近い温度の方 が、 短時間で目的が達せられて実用的な意味が大きいためさ ら に好ま しい。
    [0037] 第 2工程の熱処理温度は ゥ ュハの状態が許す限り高い温度が 望ま しい。 前記気相の圧力は特に制限はなく 、 減圧、 常圧、 加 圧状態のいずれの圧力範囲でもよい。
    [0038] 次に、 本発明の実施例に係る半導体装置について図面を参照 しながら説明する。
    [0039] 第 2図はその実施例を示す半導体装置の断面図である。
    [0040] こ こ では半導体装置内に含ま れる 1 対の C M O S のみを示 す。 第 2図で、 1 1 は基板裏面の電極、 1 2 は p + 基板、 1 3 は n + 埋め込み領域、 1 4 は高抵抗 p — 領域、 1 5 は高抵抗 率 n — 領域、 1 6 は絶縁分離領域、 1 7 , 1 8 は n + 領域、 1 9 , 2 0 は p + 領域、 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 は M o S i 2 , W S i 2 . T a S i 2 , T i S i 2 も し く は P d 2 S i 等の金 属シ リ サイ ド、 2 5 , 2 6 は上記の方法によ り 形成された シ リ コ ン酸化膜 （ ゲー ト絶縁膜） 、 2 7 ， 2 8 ほゲー ト 電極、 2 9 , 3 0 , 3 1 は A Ji , A jZ S i も し く は A JZ C U等の金属 電極、 3 2 , 3 3 , 3 4 は、 電極 2 7 , 2 8 , 2 9 , 3 0 , 3 1 を絶緣分離する ための金属フ ッ化膜 （電極と してたと えば A JZ を用レヽ た場合は A J2 F 3 ) 、 3 5 はパ ッ シベーシ ヨ ン用 P S G膜も し く は窒化膜である。
    [0041] 第 2 図で、 ゲー ト 絶縁膜 2 5 と領域 1 4 の界面は領域 1 7 , 1 8 と領域 1 4 の界面よ り 領域 1 4側に形成されてお り 、 ゲー ト 絶緣膜 2 6 と領域 1 5 の界面は領域 1 9 , 2 0 と領域 1 5 と の界面よ り 領域 1 5 側に形成されて い る 。 こ の構造でほ、 チ ヤ ネ ル部の ソース と ド レイ ン の間の電界強度が軽減される ため短 チ ャ ネ ル効果が起 こ り に く レ、。
    [0042] 第 2 図で、 ゲー ト 電極 2 7 , 2 8 の材料は、 n + 領域 1 7 . 1 8 と + 領域 1 9 , 2 0 の両方の領域に対 して高い拡散電位 を も つ も のが望ま し い。 た と え ば、 A j£ , A J2 S i も し く は A J2 C u にする と 、 高い拡散電位が得られる。 A J2 では、 n + 領域に対して 0 . 7 V程度、 Ρ + 領域に対して 0 . 4 V程度の 拡散電位を持つ こ と に な る 。 も ち ろん、 ゲー ト 電極は仕事関数 の値が η + 領域、 Ρ + 領域のいずれに対して も高いバ リ ア を持 つも のであればよ く 、 高融点金属や金属シ リ サイ ド でも よい。 し た が っ て、 ゲー ト 電極の抵抗は小 さ い。 ま た、 こ の構造で は、 η + ソース領域に対する Ρ + 基板 1 2 と ゲー ト 電極 2 7 の 拡散電位に よ っ て、 および Ρ + ソース領域に対する η + 埋め込 み領域 1 3 と ゲー ト 電極 2 8 の拡散電位に よ っ て、 チ ャ ネ ル中 に電位障壁を生じ させ、 チ ャ ネ ル領域 1 4 , 1 5 の不純物密度 が 1 0 14〜 1 0 1 6 c m _3程度で M O S ト ラ ン ジス タ でのノ ーマ リ オ フ特性を実現 し て い る 。 す なわ ち 、 領域 1 4 お よ び領域 1 5 は高抵抗領域であ っ て、 不純物濃度は低 く 保た れている。 し たがっ て、 電子やホールが流れる チ ャ ネ ル幅が広 く 保たれ、 チ ャ ネ ルを走る キ ヤ リ ァの移動が低下する こ と な く 短チ ャ ネ ル が実現で き る 。 す なわ ち 、 変換コ ン ダク タ ンス S m の大き な
    [0043] M 0 S ト ラ ン ジス タ と な る 。
    [0044] 第 2 図で、 n + 領域 1 7 と 領域 1 4 ト の接合面、 n + 領域 1 8 と領域 1 4 と の接合面、 P + 領域 1 9 と領域 1 5 と の接合 面、 および P + 領域 2 0 と領域 1 5 と の接合面は平面であ り 、 接合面の面積が小さいため フ リ ン ジ効果が少く ソース領域と ド レ イ ン領域間およびソ ース領域と基板間、 ド レ イ ン領域と基板 間の容量が小さい。
    [0045] 第 2 図において、 電極 2 9 , 3 0 , 3 1 の村料は、 た と えば A SL , A J2 S i , A J2 C u , A jZ C u S i で あ り 、 ソ ース電極 及び ド レ イ ン電極の抵抗が小 さ い。 ソ ース抵抗、 ド レ イ ン抵 抗、 ゲー ト抵抗が小さ く 、 ま た、 ソース、 ド レ イ ン容量も小さ い上に、 変換コ ン ダク タ ン ス S m が大きいか ら、 高速性能に優 れ た ト ラ ン ジス タ と な る 。 も ち ろ ん、 ソ ース電極お よ び ド レイ ン電極ほた と えば M o , W , T a , T i 等の金属でも よい。
    [0046] こ の よ う に、 末方法で形成された酸化膜を備えた構造の半導 体装置に よ り 、 超高速性に優れた絶縁ゲー ト型 ト ラ ン ジスタを 用いた半導体集積回路を実現でき る。
    [0047] 第 2 図で、 基板 と して n + 埋め込み領域 1 3 を傭えている P + 基板 1 2 について説明 したが、 以上述べた半導体装置の動 作はサフ ァ イ ア、 ス ビネル、 石英、 A J£ N も し く は S i C等の 絶縁物基板を用いて も実現される。
    [0048] 次に第 2 図の半導体装置を製作する ための製造工程の一例を 第 3 図に示す。 基板 1 2 に p + 基板を用いた場合につ き説明す る。 P + 基板 1 2 の領域 1 3 に、 た と えば C V D 法で堆積した P S G膜か ら P の熱拡散で n + 埋め込み領域を形成する。 も ち ろん領域 1 3 は P も し く は A s のイ オ ン注入及び活性化ァニ ー ルで形成して も よい。 分離領域 1 6 、 P - 領域 1 4 、 n - 領域 1 5 はた と えば次のよ う に形成する。 埋め込み領域 1 3 を有す る基板 1 2 の表面を数 1 0 n m程度熱酸化し た後、 P S G膜あ る い は B P S G膜を所定の厚さ に C V D 法で成膜す る。 領域 1 4 , 1 5 に相当す る部分の熱酸化膜及び P S G膜あ る いは B P S G膜を リ ァ ク テ ィ ブイ オ ンエ ッ チ ングに よ り 除去する。 続レヽて、 S i H 4 , S i 2 H 6 あるレヽは S i H 2 C Ά 2 を用レヽ た C V D法に よ り 、 領域 1 4 , 1 5 を選択 ·ェピタ キ シ ャ ル成長 させる。
    [0049] こ の よ う に し て第 3 図 （ a ) に示す構造が形成さ れるが、 以 上の方法に限らず他のいかなる方法で形成 して も よい。 なお、 領域 1 4 , 1 5 の厚さ は、 作るデバイ ス に よ り 適宜選択すれば よ いが、 た と えば、 0 . 0 3 〜 0 . 5 ^ m程度の値に選べばよ い
    [0050] 次に、 領域 1 4 , 1 5 の表面上に選択的に 1 0 〜 2 0 n mの 厚さの金属層、 た と えば W , T a , T i , M o 等よ り なる層を 成長させる。 その後、 こ れ ら の金属層をス ルーする イ オ ン注入 に よ っ て、 領域 1 4 に た と え ば A s を、 領域 1 5 に た と え ば B と S i を選択的 に打ち込み、 つ い で活性化 ァニールを施す こ と に よ っ て 、 第 3 図 （ b ) に 示す よ う に 、 領域 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 の シ リ サイ ド層 と n + 領域 1 7 , 1 8 お よび p + 領 域 1 9 , 2 0 を形成す る。 次に、 ス ノぺ ッ タ法も し く は C V D法 等で、 0 . 2 〜 1 . 0 m程度のた と えば A J¾膜を形成し、 第 3 図 （ c ) に示すよ う に所定の領域を リ アク テ ィ ブイ オ ンエツ チグに よ っ てエ ッ チ ン グす る 。 領域 2 9 , 3 0 , 3 1 の表面 を、 超高純度 F 2 ガス を用いて た と え ば 1 0 0 、 4時間程 δ 度フ ッ 化 し、 ついで、 不活性ガス （ た と えば Ν 2 ガス ） 中で 1 5 0 °C , 5時間の ァニ一ルを行い、 A J2領域表面に A j£ F 3 の絶縁層 （第 4 図 （ d ) の領域 3 2 ， 3 3 , 3 4 ) を形成す る。 次に第 3 図 （ d ) に示すよ う に、 領域 3 2 , 3 3 , 3 4 を マス ク と し て、 金属シ リ サイ ド層、 n + 領域、 P + 領域の所定0 の領域を リ ァ ク テ ィ ブイ オ ン エ ッ チ ン グ に よ り エ ッ チ ン グ し、 コ ン タ ク ト ホールを形成する。
    [0051] 次に、 前述の方法に よ る処理を行えば、 コ ンタ ク ト ホールか ら露出 し てい る面に酸化膜が形成さ れ る。 すなわ ち、 第 3 図 ( e ) に示す よ う に 、 シ リ サ イ ド層、 n + 領域、 P + 領域、δ n — 領域に、 5 0 0 'C以下の温度での酸化に よ り 酸化膜が形成 される。
    [0052] さ ら に 、 第 2 図 に 示す半導体装置の構造は、 ゲー ト 電極 2 7 , 2 8 の形成お よ び所定領域のエ ッ チ ン グ、 パ シ べ一 シ ヨ ン層 3 5 の形成、 そ して電極 1 1 の形成によ っ て作成でき 0 る。
    [0053] (比較試験例）
    [0054] シ リ コ ン ウ ェハ 2 枚 を 、 白 金触媒を浸漬 し た過酸化水素 ( H 2 0 2 ) 3 0 %溶液に 1 時間浸漬した。 1 時間浸漬後、 シ リ コ ン ウ ェハ表面に は 7 Aの酸化膜が形成されて い た。 こ の酸5 化膜は、 X線光電子分光スペク ト ル に おいて酸素 と結合す る シ リ コ ンの S i 2 Pビーク の結合エネ ルギーと、 シ リ コ ン と結合す る シ リ コ ン ノ S 1 2 P 3 / 2 ビー ク の結合エ ネ ルギー と の差 は
    [0055] 3 . 9 9 e V であ っ た。 こ の酸化膜を比較例と して酸化膜 1 と する。
    [0056] さ ら に 、 酸化膜 1 の形成さ れ た 2 枚の ウ ェハの う ちの 1 枚 を、 窒素ガス （不純物濃度数 P P b 以下） 中に おいて、 8 0 0 °C かかえる 1 時間の熱処理を行つ た。 こ の熱処理後の酸化膜の 厚さ は 9 Aであ り 、 X線光電子分光スべク ト ルに おいて酸素と 結合する シ リ コ ンの S i 2 pピーク の結合エネ ルギー と 、 シ リ コ ン と 結合する シ リ コ ンノ S i 2 P 3 /2 ビーク の結合エネ ルギー と の差は 4 ♦ 2 2 e V であ っ た。 こ の熱処理後の酸化膜を酸化膜 2 と する。
    [0057] 酸化膜 1 と酸化膜 2 が形成された ウェハを、 無水フ ッ 化水素 0 . 6 〜 ： I . 3 V % を含有 し、 水分濃度が 1 0 —2 ρ ρ π！〜 5 P p mのガス中に放置し た所、 酸化膜 1 は容易にエ ッ チ ング除 去されたが、 酸化膜 2 はエッ チ ングされなか っ た。 従っ て、 酸 ィ匕膜 2 はエ ッ チ ン グのマ ス キ ン グ と し て使用す る こ と も で き る。
    [0058] 酸化膜 1 及び酸化膜 2 に 1 V の電圧を印加 した と こ ろ、 酸化 膜 1 に は 1 Aノ c m 2 以上の電流が流れたの に対し、 酸化膜 2 に は、 1 X 1 0 — 4 Aノ c m 2 の電流しか流れなか っ た。 すなわ ち 、 S i 2 Pビーク と S i 2 P 3 / 2 と の結合エネ ルギーが 4 . 1 e V の場合に は極めて高い絶緑特性を示す こ と がわかる。
    [0059] 従っ て酸化膜 2 は、 例えば M 0 S ト ラ ン ジスターの各種絶縁 （例えばゲー ト 絶縁膜） と して使用すれば優れた特性の半導 体装置が得られる。 ま た、 各種デバイ スにおける絶縁膜を薄く する こ と が可能と な り 、 例えば、 ト ン ネ ル絶縁膜と して備えさ せる こ と も可能である。
    [0060] 産業上の利用可能性
    [0061] 本発明のシ リ コ ン酸化膜は、 X線光電子分光スペク ト ル に お い て 、 酸素 と 結合す る シ リ コ ン の S i 2 pピーク の結合エネ ル ギ一が、 シ リ コ ン と結合する シ リ コ ン の S i 2 p 3 / 2 ビーク の結 合エネ ルギーよ り 4 . 1 e V 以上であ り 、 優れた絶縁性を有 し、 エッ チングのマスク、 あるいは ト ン ネ ル絶縁膜と しても使 用でき る。
    [0062] ま た、 こ の酸化膜を備えた半導体装置は、 高い変換コ ンダク タ ンス を有し、 短チ ヤ ン ネ ルであ り高速性能に優れてい る 。
    权利要求:
    Claims言青 求 の 範 图
    ( 1 ) X線光電子分光スペ ク ト ル に お いて、 酸素と結合する シ リ コ ン の S i 2 pピーク の結合エネ ルギーが、 シ リ コ ン と結合す る シ リ コ ン の S i 2 P 3 / 2 ビ ー ク の結合エネ ルギーよ り 4 . 1 e V以上大き いシ リ コ ン酸化膜。
    ( 2 ) 酸素 と 結合す る シ リ コ ン の S i 2 Pビー ク の結合エネ ル ギ一が、 シ リ コ ン と結合する シ リ コ ン の S i 2 p 3 /2 ビーク の結 合エネ ルギーよ り 4 . 7 e V以上大き い こ と を特徴 と する請求 項 1 記載のシ リ コ ン酸化膜。
    ( 3 ) 請求項 1 ま た は 2 の酸化膜を絶緣膜 と して備え た M 0 S ト ラ ン ジス タ を含んでいる こ と を特徴 と す る半導体装置。
    ( 4 ) 前記絶緣膜はゲー ト絶緣膜である こ と を特徴 と する請求 項 3 記載の半導体装置。
    ( 5 ) 前記絶緣膜は ト ンネル絶緣膜である こ と を特徴 と する請 求項 3 記載の半導体装置。
    ( 6 ) 酸化膜の厚さ は 0 . 5 〜 1 O n mであ る こ と を特徴と す る請求項 3 ま た は 4 のいずれか 1 項に記載の半導体装置。
    ( 7 ) 前記酸化膜はエ ッ チ ン グの マ ス ク 用酸化膜である請求項 1 記載のシ リ コ ン酸化膜。
    ( 8 ) ゲー ト 電極 と ソースおよび ド レ イ ン電極の間を絶縁分離 する絶縁膜の少く と も一部に金属フ ツ 化膜を備え た こ と を特徴 と する請求項 3 記載の半導体装置。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0471844A1|1992-02-26|
    EP0471844A4|1992-04-22|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1994-12-28| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1990907402 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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