(57)【要約】【課題】所望の膜厚の酸化膜を容易に形成することのできる酸化膜の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板の表面の所定の領域に酸素イオンを照射し、前記酸素イオンが照射された前記所定の領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする酸化膜の製造方法により上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面の所定の領域に酸素イオンを照射し、
前記酸素イオンが照射された前記所定の領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする酸化膜の製造方法。
【請求項２】
シリコン基板に、照射エネルギーが４２８ｅＶ以上の酸素イオンを照射し、
前記酸素イオンが照射された領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする酸化膜の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板の法線に対し、照射される前記酸素イオンの照射角度を変化させることにより、形成される前記酸化シリコン膜の膜厚を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板の表面に酸化膜を形成する方法としては、熱酸化、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、ゾルゲル法等の湿式法、塗布法等の様々な方法がある。これらの方法により、所望の膜厚の酸化膜を形成する場合には、例えば、熱処理時間や成膜時間等の時間により制御する方法や、膜厚モニタ等を設け膜厚モニタ等により検出された膜厚に基づき形成される酸化膜の膜厚を制御する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、時間により形成される酸化膜の膜厚を制御する方法では、酸化速度や成膜レート等のバラツキにより、酸化膜を所望の膜厚となるように正確に形成することは困難である。
【０００５】
また、膜厚モニタ等を設ける方法では、通常、膜厚モニタは酸化膜が形成されるシリコン基板と異なる位置に設けられるため、膜厚モニタにおいて検出された膜厚と、シリコン基板に成膜された酸化膜の膜厚との間で差が生やすい。このため、膜厚モニタを基準として成膜した場合においては、形成される酸化膜の膜厚が薄かったり、厚かったりして、所望の膜厚の酸化膜が形成されない場合がある。更に、酸化膜を形成する装置に膜厚モニタ等を設けることが必要となるため、酸化膜を形成する装置の大型化や複雑化、高価格化を招いてしまう。
【０００６】
また、上述した方法により酸化膜を形成する場合には、シリコン基板の大きさが大きくなればなるほど、形成される酸化膜の面内方向における膜厚のバラツキが大きくなるため、シリコン基板の全面にわたり、所望の膜厚の酸化膜を均一に形成することは困難である。
【０００７】
よって、所望の膜厚の酸化膜を容易に形成することのできる酸化膜の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施の形態の一観点によれば、シリコン基板の表面の所定の領域に酸素イオンを照射し、前記酸素イオンが照射された前記所定の領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする。
【０００９】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、シリコン基板に、照射エネルギーが４２８ｅＶ以上の酸素イオンを照射し、前記酸素イオンが照射された領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の酸化膜の製造方法によれば、所望の膜厚の酸化膜を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態における酸化膜の製造方法に用いられる装置の構造図
【図２】本実施の形態における酸化膜の製造方法の説明図
【図３】Ｏ２＋イオンの照射角度と酸化シリコン膜の膜厚との相関図
【図４】熱酸化膜における結合エネルギーと光電子強度との相関図
【図５】酸化シリコン膜の膜厚とピークシフト量の相関図
【図６】本実施の形態における酸化膜の製造方法のＯ２＋イオンの照射エネルギーとピークシフト量の相関図
【図７】本実施の形態における酸化膜の製造方法により形成される酸化膜の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
（酸化膜の製造方法）
本実施の形態における酸化膜の製造方法について説明する。本実施の形態における酸化膜の製造方法は、基板を形成している材料の表面を酸化することにより酸化膜を形成するものであり、具体的には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の形成方法である。本実施の形態における酸化膜の製造方法においては、図１に示されるように、真空排気可能なチャンバー１０内に、酸素イオンであるＯ２＋イオンを発生するイオン発生源１１が設けられている装置が用いられる。尚、チャンバー１０には真空ポンプ１２が接続されている。このような装置のチャンバー１０内に、シリコン基板２０を設置し、設置されたシリコン基板２０の表面に酸化膜を形成するものである。尚、Ｏ２＋イオンを発生するイオン発生源１１としては、Ｏ２＋イオンを発生させることができるものであればよく、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）に用いられているもの等を用いることも可能である。
【００１４】
図２に基づき本実施の形態における酸化膜の製造方法について説明する。
【００１５】
最初に、図２（ａ）に示されるようなシリコン基板２０を図１に示されるＯ２＋イオンを発生するイオン発生源１１を有する装置のチャンバー１０内に設置する。尚、この状態におけるシリコン基板２０の表面には、不図示の自然酸化膜を除き酸化膜は形成されてはいない。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板２０に向けて、イオン発生源１１よりＯ２＋イオン３０を照射することにより、シリコン基板２０の表面を酸化し、酸化シリコン膜２１を形成する。このようにして、本実施の形態における酸化膜の製造方法により酸化シリコン膜を形成することができる。
【００１７】
（酸化膜の特性）
次に、図３に基づき、本実施の形態における酸化膜の製造方法において、Ｏ２＋イオンの照射条件と形成される酸化シリコン膜２１の膜厚との関係について説明する。尚、照射角度は、シリコン基板２０の法線に対する角度を意味するものとする。本実施の形態における酸化膜の製造方法においては、図３に示されるようにＯ２＋イオンの照射角度を変化させた場合に、シリコン基板２０の表面に形成される酸化シリコン膜２１の膜厚を変化させることができる。具体的には、Ｏ２＋イオンの照射角度が０°の場合、即ち、シリコン基板２０に対し略垂直にＯ２＋イオンを照射した場合では、酸化シリコン膜２１は、４．４〜５．１ｎｍ形成される。また、Ｏ２＋イオンの照射角度が４０°の場合では、酸化シリコン膜２１は、２．６〜３．４ｎｍ形成される。このように、Ｏ２＋イオンの照射角度を変化させることにより、形成される酸化シリコン膜２１の膜厚が所望の膜厚となるように制御することが可能である。尚、本実施の形態においては、Ｏ２＋イオンの照射時間は約１５分であり、Ｏ２＋イオンの照射時間に依存することなく、Ｏ２＋イオンの照射角度及び照射エネルギーが同じであれば、略同じ膜厚の酸化シリコン膜を形成することができる。また、Ｏ２＋イオンのドーズ量は、１×１０１６ｃｍ−２以上である。
【００１８】
図４は、熱酸化により形成された酸化シリコン膜（熱酸化膜）において、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）によってＳｉ２ｐスペクトルを測定することにより得られた結合エネルギーと光電子強度との関係を示す。具体的には、熱酸化により形成された酸化シリコン膜の膜厚が、１．３ｎｍ、３．０ｎｍ、５．０ｎｍの場合における結合エネルギーと光電子強度との関係を示す。図４に示されるように、形成される酸化シリコン膜の膜厚が厚くなるに伴って、基板のピークが徐々に減少し、酸化シリコン膜のピークが徐々に増加する。また、形成される酸化シリコン膜の膜厚を厚くすることにより、酸化シリコン膜のピークは高エネルギー側にシフトする。このように、結合エネルギーと光電子強度との関係において、酸化シリコン膜のピークがより高エネルギー側にシフトすることは、絶縁性がより一層高くなっていることを意味している。尚、本実施の形態においては、図４において基板のピークと酸化シリコン膜のピークの差をピークシフト量と記載する場合がある。また、絶縁性が高くなるとは、形成される酸化シリコン膜の抵抗率が高くなることを意味するものとする。
【００１９】
図５は、酸化シリコン膜の膜厚とピークシフト量との関係を示すものである。前述した、熱酸化により形成された酸化シリコン膜においては、酸化シリコン膜の膜厚が１．３ｎｍの場合では、ピークシフト量が４．１８ｅＶであるが、形成される酸化シリコン膜の膜厚が増加するに伴い、ピークシフト量も徐々に増加しており、絶縁性が高くなっている。熱酸化により形成された酸化シリコン膜の膜厚が３．８ｎｍ以上の場合では、ピークシフト量が４．６〜４．７ｅＶの範囲で略一定となり、酸化シリコン膜の膜厚に依存することなく、絶縁性が略同等のものが形成されているものと考えられる。
【００２０】
これに対し、本実施の形態における酸化膜の製造方法により形成された酸化シリコン膜では、Ｏ２＋イオンのイオン照射エネルギーにより絶縁性が異なる。具体的には、Ｏ２＋イオンのイオン照射エネルギーが２５０ｅＶの場合においては、形成される酸化シリコン膜２１の膜厚が、３．３〜４．４ｎｍの範囲の範囲では、ピークシフト量は４．３６〜４．４６ｅＶとなる。よって、イオン照射エネルギーが２５０ｅＶの場合において形成された酸化シリコン膜は、熱酸化により形成された酸化シリコン膜よりも絶縁性は低いものと推察される。
【００２１】
また、Ｏ２＋イオンのイオン照射エネルギーが５００ｅＶの場合においては、形成される酸化シリコン膜２１の膜厚が、３．４〜５．１ｎｍの範囲では、ピークシフト量は４．７〜４．７９ｅＶとなる。よって、イオン照射エネルギーが５００ｅＶの場合において形成された酸化シリコン膜は、熱酸化により形成された酸化シリコン膜よりも絶縁性は高いものと推察される。
【００２２】
また、Ｏ２＋イオンのイオン照射エネルギーが７５０ｅＶの場合においては、形成される酸化シリコン膜２１の膜厚が、２．６〜５．１ｎｍの範囲では、ピークシフト量は約４．９４ｅＶとなる。よって、イオン照射エネルギーが７５０ｅＶの場合において形成された酸化シリコン膜は、熱酸化により形成された酸化シリコン膜よりも絶縁性は高いものと推察される。
【００２３】
以上のように、本実施の形態における酸化膜の製造方法においては、Ｏ２＋イオンのイオン照射エネルギーを高くすることにより、ピークシフト量が高くなるため、酸化シリコン膜の絶縁性を高くすることができる。
【００２４】
図６は、本実施の形態における酸化膜の製造方法において、イオン照射エネルギーとピークシフト量との関係を示すものである。イオン照射エネルギーをＸとし、ピークシフト量をＹとした場合、イオン照射エネルギーとピークシフト量とは、下記の数１に示される式の関係にある。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
図５に示されるように、熱酸化により形成された膜厚が３．８〜６．５ｎｍの酸化シリコン膜においては、ピークシフト量の平均は約４．６３ｅＶである。よって、数１に示される式に基づくならば、熱酸化により形成された酸化シリコン膜と同程度の絶縁性を有する膜を形成するためには、本実施の形態においては、イオン照射エネルギーが約４２８ｅＶのＯ２＋イオンを照射すればよい。
【００２７】
従って、本実施の形態における酸化膜の製造方法においては、イオン照射エネルギーが４２８ｅＶ以上のＯ２＋イオンを照射することにより、熱酸化により形成された酸化シリコン膜と同程度以上の絶縁性を有する酸化シリコン膜を形成することができる。更に、図５に基づくならば、イオン照射エネルギーが５００ｅＶ以上のＯ２＋イオンを照射することにより、より一層絶縁性の高い酸化シリコン膜を形成することができる。
【００２８】
ところで、本実施の形態における酸化膜の製造方法では、シリコン基板２０においてＯ２＋イオンの照射された領域のみ酸化シリコン膜を形成することができる。即ち、図７に示されるように、シリコン基板２０の所定の領域にのみＯ２＋イオンを照射することにより、シリコン基板２０の表面の所定の領域にのみ酸化シリコン膜２１ａを形成することができる。これにより、従来のようなフォトリソグラフィ等によりレジストパターンの形成するような複雑な工程を経ることなく、シリコン基板２０の表面の所定の領域に酸化シリコン膜２１ａを形成することができる。
【００２９】
本実施の形態における酸化膜の製造方法において、このようにシリコン基板２１の所定の領域に酸化シリコン膜２１ａを形成する方法としては、照射されるＯ２＋イオンのイオンビーム径を変化させる方法や、イオンビームを走査させる方法等が考えられる。
【００３０】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００３１】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
シリコン基板の表面の所定の領域に酸素イオンを照射し、
前記酸素イオンが照射された所定の領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする酸化膜の製造方法。
（付記２）
シリコン基板に、照射エネルギーが４２８ｅＶ以上の酸素イオンを照射し、
前記酸素イオンが照射された領域の表面のシリコンを酸化することにより酸化シリコン膜を形成することを特徴とする酸化膜の製造方法。
（付記３）
前記シリコン基板に照射される酸素イオンの照射エネルギーが、５００ｅＶ以上であることを特徴とする付記２に記載の酸化膜の製造方法。
（付記４）
前記シリコン基板の法線に対し、照射される前記酸素イオンの照射角度を変化させることにより、形成される前記酸化シリコン膜の膜厚を制御することを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の酸化膜の製造方法。
（付記５）
前記シリコン基板の法線に対し、照射される前記酸素イオンの照射角度は、０°〜４０°であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の酸化膜の製造方法。
（付記６）
前記形成される酸化シリコン膜の膜厚は、２．６ｎｍ〜５．１ｎｍであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の酸化膜の製造方法。
【符号の説明】
【００３２】
１０        チャンバー
１１        イオン発生源
２０        シリコン基板
２１        酸化シリコン膜
２１ａ      酸化シリコン膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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