JP2000124212A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経
時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れ、半導体基板に含ま
れる欠陥を減少させ得るシリコン酸化膜を有する半導体
装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも表面がシリコンである基板１
０を、３００度から８００度の温度範囲で塩化水素ガス
を含んだ雰囲気で熱処理して前記基板１０の表面の素子
形成領域にシリコン酸化膜１３を形成する第１の工程
と、水素あるいはフッ酸雰囲気で前記第１の工程で形成
したシリコン酸化膜１３を除去する第２の工程と、前記
シリコン酸化膜１３を除去した前記基板１０の表面に改
めて７５０度以上の温度でシリコン酸化膜１４を形成す
る第３の工程とを有する。第１の工程により金属不純物
Ｍを除去し、シリコン酸化膜１４からなるゲート酸化膜
のＴＺＤＢ特性を向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留ま
りを向上する。第２の工程により、一般に膜質の悪いと
される低温で付着した乾燥酸化膜１３を除去し、第３の
工程により、長期信頼性に優れたシリコン酸化膜１４を
形成することを可能とする。
時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れ、半導体基板に含ま
れる欠陥を減少させ得るシリコン酸化膜を有する半導体
装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも表面がシリコンである基板１
０を、３００度から８００度の温度範囲で塩化水素ガス
を含んだ雰囲気で熱処理して前記基板１０の表面の素子
形成領域にシリコン酸化膜１３を形成する第１の工程
と、水素あるいはフッ酸雰囲気で前記第１の工程で形成
したシリコン酸化膜１３を除去する第２の工程と、前記
シリコン酸化膜１３を除去した前記基板１０の表面に改
めて７５０度以上の温度でシリコン酸化膜１４を形成す
る第３の工程とを有する。第１の工程により金属不純物
Ｍを除去し、シリコン酸化膜１４からなるゲート酸化膜
のＴＺＤＢ特性を向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留ま
りを向上する。第２の工程により、一般に膜質の悪いと
される低温で付着した乾燥酸化膜１３を除去し、第３の
工程により、長期信頼性に優れたシリコン酸化膜１４を
形成することを可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特にＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜とし
て用いることが好ましいシリコン基板の表面にシリコン
酸化膜を形成する方法に関する。
法に関し、特にＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜とし
て用いることが好ましいシリコン基板の表面にシリコン
酸化膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＯＳ半導体装置の製造においては、シ
リコン酸化膜あるいはその他の絶縁材料から成るゲート
絶縁膜を半導体基板上に形成する必要がある。この種の
ゲート絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜があり、こ
のシリコン酸化膜の形成方法として、乾燥酸化法及び加
湿酸化法を挙げることができる。乾燥酸化法は、加熱さ
れたシリコン基板に十分乾燥した高純度の酸素を供給す
ることによってシリコン基板表面にシリコン酸化膜を形
成する方法である。また、加湿酸化法は、水蒸気を含む
高温ガスをシリコン基板に供給することによってシリコ
ン基板表面にシリコン酸化膜を形成する方法である。特
に、前記乾燥酸化法の一つとして、ＨＣｌ、Ｃｌ2 、Ｃ
Ｃｌ4 、Ｃ2 ＨＣｌ3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ｃ2 Ｈ3 Ｃｌ3
等の塩素あるいはその他のハロゲン元素を含有する化合
物等を酸素雰囲気に添加しシリコン酸化膜を形成する方
法がある。この形成方法を塩酸酸化法と呼び、（Ａ）シ
リコン酸化膜中の鉄、コバルト等の重金属汚染不純物を
除去することによる、タイムゼロ絶縁破壊（Time-Zero
Dielectric Breakdown：ＴＺＤＢ）特性の向上、（Ｂ）
シリコン酸化膜中のアルカリ金属不純物の中和あるいは
ゲッタリング、（Ｃ）積層欠陥の減少、等の有効な点が
ある。この中で最も塩酸酸化法に期待されるのは、一般
に（Ａ）の利点である。なぜなら、シリコン酸化膜のタ
イムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性は歩留まりに直結す
る指標であるからである。さらに、素子の微細化が進む
とゲート絶縁膜の薄膜化が要求されるが、薄膜化すると
一般に重金属汚染の影響を受けやすくなる。したがって
塩酸酸化法に対する期待は年々高まっている。
リコン酸化膜あるいはその他の絶縁材料から成るゲート
絶縁膜を半導体基板上に形成する必要がある。この種の
ゲート絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜があり、こ
のシリコン酸化膜の形成方法として、乾燥酸化法及び加
湿酸化法を挙げることができる。乾燥酸化法は、加熱さ
れたシリコン基板に十分乾燥した高純度の酸素を供給す
ることによってシリコン基板表面にシリコン酸化膜を形
成する方法である。また、加湿酸化法は、水蒸気を含む
高温ガスをシリコン基板に供給することによってシリコ
ン基板表面にシリコン酸化膜を形成する方法である。特
に、前記乾燥酸化法の一つとして、ＨＣｌ、Ｃｌ2 、Ｃ
Ｃｌ4 、Ｃ2 ＨＣｌ3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ｃ2 Ｈ3 Ｃｌ3
等の塩素あるいはその他のハロゲン元素を含有する化合
物等を酸素雰囲気に添加しシリコン酸化膜を形成する方
法がある。この形成方法を塩酸酸化法と呼び、（Ａ）シ
リコン酸化膜中の鉄、コバルト等の重金属汚染不純物を
除去することによる、タイムゼロ絶縁破壊（Time-Zero
Dielectric Breakdown：ＴＺＤＢ）特性の向上、（Ｂ）
シリコン酸化膜中のアルカリ金属不純物の中和あるいは
ゲッタリング、（Ｃ）積層欠陥の減少、等の有効な点が
ある。この中で最も塩酸酸化法に期待されるのは、一般
に（Ａ）の利点である。なぜなら、シリコン酸化膜のタ
イムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性は歩留まりに直結す
る指標であるからである。さらに、素子の微細化が進む
とゲート絶縁膜の薄膜化が要求されるが、薄膜化すると
一般に重金属汚染の影響を受けやすくなる。したがって
塩酸酸化法に対する期待は年々高まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ゲート絶縁
膜の長期信頼性の指標として、前記したＴＺＤＢ特性の
他に、経時絶縁破壊（Time Dependent Dielectric Brea
kdown ：ＴＤＤＢ）特性がある。この経時絶縁破壊は、
電流ストレス又は電圧ストレスを印加した瞬間には破壊
しないが、ストレス印加後ある時間経過してからゲート
絶縁膜に絶縁破壊が生じる現象である。そこで、このＴ
ＤＤＢ特性と前記ＴＺＤＢ特性について、前記各酸化法
を比較すると、加湿酸化法によって形成されたシリコン
酸化膜は、乾燥酸化法によって形成されたシリコン酸化
膜よりもＴＤＤＢ特性が優れている。即ち、加湿酸化法
によって形成されたシリコン酸化膜の方が長期信頼性が
高いといえる。この理由は、ドライ酸化膜に存在する微
少な結晶欠陥のためと言われている。この欠陥が電界分
布を歪め、電流が局所的に強められることによって長期
信頼性が劣化すると考えられている。しかしながら、こ
の加湿酸化法によって形成されたシリコン酸化膜は、Ｔ
ＺＤＢ特性が塩酸酸化法によって形成されたシリコン酸
化膜よりも低いという問題がある。一方、乾燥酸化法の
一種である塩酸酸化法はＴＺＤＢ特性の向上には寄与す
るものの、ＴＤＤＢ特性を向上させることができないと
いう問題がある。また、この塩酸酸化法は、装置や酸化
膜形成条件の管理が難しく、高品質なシリコン酸化膜を
再現性よく形成することが難しいという問題もある。
膜の長期信頼性の指標として、前記したＴＺＤＢ特性の
他に、経時絶縁破壊（Time Dependent Dielectric Brea
kdown ：ＴＤＤＢ）特性がある。この経時絶縁破壊は、
電流ストレス又は電圧ストレスを印加した瞬間には破壊
しないが、ストレス印加後ある時間経過してからゲート
絶縁膜に絶縁破壊が生じる現象である。そこで、このＴ
ＤＤＢ特性と前記ＴＺＤＢ特性について、前記各酸化法
を比較すると、加湿酸化法によって形成されたシリコン
酸化膜は、乾燥酸化法によって形成されたシリコン酸化
膜よりもＴＤＤＢ特性が優れている。即ち、加湿酸化法
によって形成されたシリコン酸化膜の方が長期信頼性が
高いといえる。この理由は、ドライ酸化膜に存在する微
少な結晶欠陥のためと言われている。この欠陥が電界分
布を歪め、電流が局所的に強められることによって長期
信頼性が劣化すると考えられている。しかしながら、こ
の加湿酸化法によって形成されたシリコン酸化膜は、Ｔ
ＺＤＢ特性が塩酸酸化法によって形成されたシリコン酸
化膜よりも低いという問題がある。一方、乾燥酸化法の
一種である塩酸酸化法はＴＺＤＢ特性の向上には寄与す
るものの、ＴＤＤＢ特性を向上させることができないと
いう問題がある。また、この塩酸酸化法は、装置や酸化
膜形成条件の管理が難しく、高品質なシリコン酸化膜を
再現性よく形成することが難しいという問題もある。
【０００４】この問題に対して、加湿酸化法と塩酸酸化
法を組み合わせたシリコン酸化膜形成方法が、例えば特
開平８−２７９５０２号公報に開示されている。このシ
リコン酸化膜形成方法においては、シリコン酸化膜を加
湿酸化法によって形成した後、ハロゲン元素を含有する
不活性ガス雰囲気で熱処理することを特徴としている。
しかし、この方法では、シリコン酸化膜が形成された後
にハロゲン元素による熱処理を加えるため、シリコン酸
化膜形成前の工程でシリコン基板に付着した重金属汚染
に対する除去効果が弱いという問題がある。しかも、一
般に重金属不純物は、シリコン酸化膜形成中やシリコン
酸化膜形成後よりも、シリコン酸化膜形成以前に付着す
る可能性が高い。したがって、付着した重金属汚染物が
残留する可能性があり、ＴＺＤＢ特性の向上も十分でな
いと考えられる。
法を組み合わせたシリコン酸化膜形成方法が、例えば特
開平８−２７９５０２号公報に開示されている。このシ
リコン酸化膜形成方法においては、シリコン酸化膜を加
湿酸化法によって形成した後、ハロゲン元素を含有する
不活性ガス雰囲気で熱処理することを特徴としている。
しかし、この方法では、シリコン酸化膜が形成された後
にハロゲン元素による熱処理を加えるため、シリコン酸
化膜形成前の工程でシリコン基板に付着した重金属汚染
に対する除去効果が弱いという問題がある。しかも、一
般に重金属不純物は、シリコン酸化膜形成中やシリコン
酸化膜形成後よりも、シリコン酸化膜形成以前に付着す
る可能性が高い。したがって、付着した重金属汚染物が
残留する可能性があり、ＴＺＤＢ特性の向上も十分でな
いと考えられる。
【０００５】また、米国マイクロ誌の１９９５年９月号
に、酸化前の塩化水素（ＨＣｌ）およびジクロロエチレ
ン（Ｃ2 Ｈ2 Ｃｌ2 ）による酸化前処理について述べた
報告がある。この方法で、６００度程度の低温で効率的
に重金属汚染が除去できるとしている。しかし、この方
法では前処理によって１５オングストローム程度の酸化
膜が形成されてしまうことも同時に述べられている。低
温で形成された酸化膜は、一般に酸化膜のＴＤＤＢ特性
を劣化させることが知られている。
に、酸化前の塩化水素（ＨＣｌ）およびジクロロエチレ
ン（Ｃ2 Ｈ2 Ｃｌ2 ）による酸化前処理について述べた
報告がある。この方法で、６００度程度の低温で効率的
に重金属汚染が除去できるとしている。しかし、この方
法では前処理によって１５オングストローム程度の酸化
膜が形成されてしまうことも同時に述べられている。低
温で形成された酸化膜は、一般に酸化膜のＴＤＤＢ特性
を劣化させることが知られている。
【０００６】以上のとおり、従来の乾燥酸化法あるいは
加湿酸化法では、ＴＺＤＢ特性及びＴＤＤＢ特性の両方
の特性を満足し得るゲート絶縁膜としてのシリコン酸化
膜を形成することは困難である。そこで、本発明の目的
は、ＴＺＤＢ特性及びＴＤＤＢ特性に優れ、ゲート絶縁
膜が形成される領域の半導体基板に含まれる欠陥を減少
させ得るシリコン酸化膜の形成方法、及びかかるシリコ
ン酸化膜を備える半導体装置の製造方法を提供するもの
である。
加湿酸化法では、ＴＺＤＢ特性及びＴＤＤＢ特性の両方
の特性を満足し得るゲート絶縁膜としてのシリコン酸化
膜を形成することは困難である。そこで、本発明の目的
は、ＴＺＤＢ特性及びＴＤＤＢ特性に優れ、ゲート絶縁
膜が形成される領域の半導体基板に含まれる欠陥を減少
させ得るシリコン酸化膜の形成方法、及びかかるシリコ
ン酸化膜を備える半導体装置の製造方法を提供するもの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法、特にゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜の形
成方法は、少なくとも表面がシリコンである基板を、３
００度から８００度の温度範囲で塩化水素ガスを含んだ
雰囲気で熱処理して前記基板の表面にシリコン酸化膜を
形成する第１の工程と、水素あるいはフッ酸雰囲気で前
記第１の工程で形成したシリコン酸化膜を除去する第２
の工程と、前記シリコン酸化膜を除去した前記基板の表
面に改めて７５０度以上の温度でシリコン酸化膜を形成
する第３の工程とを有することを特徴とする。
造方法、特にゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜の形
成方法は、少なくとも表面がシリコンである基板を、３
００度から８００度の温度範囲で塩化水素ガスを含んだ
雰囲気で熱処理して前記基板の表面にシリコン酸化膜を
形成する第１の工程と、水素あるいはフッ酸雰囲気で前
記第１の工程で形成したシリコン酸化膜を除去する第２
の工程と、前記シリコン酸化膜を除去した前記基板の表
面に改めて７５０度以上の温度でシリコン酸化膜を形成
する第３の工程とを有することを特徴とする。
【０００８】本発明によれば、塩化水素と酸素を発生さ
せてシリコン半導体基板の熱処理を行う第１の工程によ
り金属不純物が除去される。これによってゲート酸化膜
のＴＺＤＢ特性が向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留ま
りが向上する。次に、前処理時に付着したシリコン酸化
膜を取り除く第２の工程により、一般に膜質の悪いとさ
れる低温で付着した乾燥酸化膜を除去する。さらに、高
温下で所望の膜質、膜厚の酸化膜を形成する第３の工程
により、長期信頼性に優れたゲート酸化膜を形成するこ
とが可能となる。
せてシリコン半導体基板の熱処理を行う第１の工程によ
り金属不純物が除去される。これによってゲート酸化膜
のＴＺＤＢ特性が向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留ま
りが向上する。次に、前処理時に付着したシリコン酸化
膜を取り除く第２の工程により、一般に膜質の悪いとさ
れる低温で付着した乾燥酸化膜を除去する。さらに、高
温下で所望の膜質、膜厚の酸化膜を形成する第３の工程
により、長期信頼性に優れたゲート酸化膜を形成するこ
とが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明をＭＯＳトランジスタ
の製造方法、特にＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜に
本発明のシリコン酸化膜の形成方法を適用した実施形態
を工程順に示す断面図である。まず、図１（ａ）のよう
に、シリコン基板１０の表面に選択的に耐酸化膜として
のシリコン窒化膜１１を形成し、このシリコン窒化膜を
マスクとしたいわゆるＬＯＣＯＳ（選択酸化）法により
前記シリコン基板１０の表面を選択酸化して厚いシリコ
ン酸化膜からなる素子分離酸化膜１２を形成し、この素
子分離酸化膜１２によってキャパシタまたはトランジス
タを形成すべき素子形成領域を区画形成する。前記シリ
コン窒化膜１１はその後除去する。
参照して説明する。図１は本発明をＭＯＳトランジスタ
の製造方法、特にＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜に
本発明のシリコン酸化膜の形成方法を適用した実施形態
を工程順に示す断面図である。まず、図１（ａ）のよう
に、シリコン基板１０の表面に選択的に耐酸化膜として
のシリコン窒化膜１１を形成し、このシリコン窒化膜を
マスクとしたいわゆるＬＯＣＯＳ（選択酸化）法により
前記シリコン基板１０の表面を選択酸化して厚いシリコ
ン酸化膜からなる素子分離酸化膜１２を形成し、この素
子分離酸化膜１２によってキャパシタまたはトランジス
タを形成すべき素子形成領域を区画形成する。前記シリ
コン窒化膜１１はその後除去する。
【００１０】次いで、図１（ｂ）のように、酸系の水溶
液で洗浄した後、前記素子形成領域の前記シリコン基板
１０の表面上にシリコン酸化膜１３を形成する。なお、
図２は、以降の処理における温度−時間特性と、その際
の処理ガスをダイヤグラム化した図であり、同図を参照
して説明する。すなわち、図１（ｂ）のように、前記シ
リコン基板１０を図外の石英ボートに乗せて、縦型拡散
装置の炉内に搬入する。前記炉内は常圧、３００℃であ
る。そして、毎分５リットルの酸素と毎分１５リットル
の窒素の雰囲気で炉内を毎分１００℃で昇温し、炉内を
７００℃とする。次に、炉内に塩化水素と酸素を導入し
３００から８００℃の範囲の温度、ここでは７００℃、
３０分の酸化前処理を行う。ここで、塩化水素の流量は
毎分０．５リットル、酸素の流量は毎分５リットルであ
る。この処理により、前記シリコン基板１０の表面に約
１５Å程度の厚さのシリコン酸化膜１３が付着した状態
で形成される。
液で洗浄した後、前記素子形成領域の前記シリコン基板
１０の表面上にシリコン酸化膜１３を形成する。なお、
図２は、以降の処理における温度−時間特性と、その際
の処理ガスをダイヤグラム化した図であり、同図を参照
して説明する。すなわち、図１（ｂ）のように、前記シ
リコン基板１０を図外の石英ボートに乗せて、縦型拡散
装置の炉内に搬入する。前記炉内は常圧、３００℃であ
る。そして、毎分５リットルの酸素と毎分１５リットル
の窒素の雰囲気で炉内を毎分１００℃で昇温し、炉内を
７００℃とする。次に、炉内に塩化水素と酸素を導入し
３００から８００℃の範囲の温度、ここでは７００℃、
３０分の酸化前処理を行う。ここで、塩化水素の流量は
毎分０．５リットル、酸素の流量は毎分５リットルであ
る。この処理により、前記シリコン基板１０の表面に約
１５Å程度の厚さのシリコン酸化膜１３が付着した状態
で形成される。
【００１１】次いで、図１（ｃ）のように、前記炉内を
毎分２０リットルの窒素で５分間パージし、かつ炉内を
８００℃に昇温した上で、炉内に水素を毎分５リット
ル、１０分間流して還元を行い、前工程で前記シリコン
基板の表面に形成したシリコン酸化膜１３を除去する。
続いて、図１（ｄ）のように、再び前記炉内を窒素で３
分間、毎分２０リットルの流量でパージし、しかるの
ち、炉内を７５０℃以上の高温、ここでは８００℃に保
ったままパイロジェニック法によって炉内に毎分１０リ
ットルの酸素と毎分１０リットルの水素、すなわち水蒸
気を導入し、加湿酸化によって前記シリコン基板１０の
表面に４０Åのシリコン酸化膜１４を形成する。その
後、炉内に毎分２０リットルの窒素を供給しながら毎分
−５０℃で炉内を３００℃程度まで降温し、シリコン酸
化膜１４の形成を終了する。
毎分２０リットルの窒素で５分間パージし、かつ炉内を
８００℃に昇温した上で、炉内に水素を毎分５リット
ル、１０分間流して還元を行い、前工程で前記シリコン
基板の表面に形成したシリコン酸化膜１３を除去する。
続いて、図１（ｄ）のように、再び前記炉内を窒素で３
分間、毎分２０リットルの流量でパージし、しかるの
ち、炉内を７５０℃以上の高温、ここでは８００℃に保
ったままパイロジェニック法によって炉内に毎分１０リ
ットルの酸素と毎分１０リットルの水素、すなわち水蒸
気を導入し、加湿酸化によって前記シリコン基板１０の
表面に４０Åのシリコン酸化膜１４を形成する。その
後、炉内に毎分２０リットルの窒素を供給しながら毎分
−５０℃で炉内を３００℃程度まで降温し、シリコン酸
化膜１４の形成を終了する。
【００１２】その後、図１（ｅ）のように、前記シリコ
ン酸化膜１４の上にゲート電極１５を選択的に形成し、
かつ前記シリコン基板１０に対して不純物をイオン注入
してソース・ドレイン領域１６を形成し、さらに層間絶
縁膜１７を形成し、コンタクトホールを開口した上でコ
ンタクト電極１８を形成することにより、前記シリコン
酸化膜１４をゲート絶縁膜とするＭＯＳトランジスタが
形成される。
ン酸化膜１４の上にゲート電極１５を選択的に形成し、
かつ前記シリコン基板１０に対して不純物をイオン注入
してソース・ドレイン領域１６を形成し、さらに層間絶
縁膜１７を形成し、コンタクトホールを開口した上でコ
ンタクト電極１８を形成することにより、前記シリコン
酸化膜１４をゲート絶縁膜とするＭＯＳトランジスタが
形成される。
【００１３】このように、前記した実施形態の製造方法
では、図１（ｂ）の工程において、塩化水素と酸素の雰
囲気でシリコン酸化膜１３を形成することにより、シリ
コン基板１０の表面の金属不純物Ｍがシリコン酸化膜１
３中に取り込まれ、図１（ｃ）の工程において前記シリ
コン酸化膜１３と共に除去される。これにより、その後
の工程においてシリコン基板１０の表面に形成されるシ
リコン酸化膜１４からちなるゲート絶縁膜のＴＺＤＢ特
性が向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留まりが向上す
る。また、図１（ｃ）の工程において、前工程で形成し
たシリコン酸化膜１３、すなわち、一般に膜質の悪いと
される低温で形成された乾燥酸化膜１３を除去し、その
上で、改めて図１（ｄ）の工程において、高温下で所望
の膜質、膜厚のシリコン酸化膜１４を形成することによ
り、金属不純物が極めて少なく、また同時に酸化膜中の
結晶欠陥が少なく、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜
として用いた場合に、高い歩留まりと高い信頼性を併せ
持つことが可能な、長期信頼性に優れたゲート酸化膜を
形成することが可能となる。
では、図１（ｂ）の工程において、塩化水素と酸素の雰
囲気でシリコン酸化膜１３を形成することにより、シリ
コン基板１０の表面の金属不純物Ｍがシリコン酸化膜１
３中に取り込まれ、図１（ｃ）の工程において前記シリ
コン酸化膜１３と共に除去される。これにより、その後
の工程においてシリコン基板１０の表面に形成されるシ
リコン酸化膜１４からちなるゲート絶縁膜のＴＺＤＢ特
性が向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留まりが向上す
る。また、図１（ｃ）の工程において、前工程で形成し
たシリコン酸化膜１３、すなわち、一般に膜質の悪いと
される低温で形成された乾燥酸化膜１３を除去し、その
上で、改めて図１（ｄ）の工程において、高温下で所望
の膜質、膜厚のシリコン酸化膜１４を形成することによ
り、金属不純物が極めて少なく、また同時に酸化膜中の
結晶欠陥が少なく、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜
として用いた場合に、高い歩留まりと高い信頼性を併せ
持つことが可能な、長期信頼性に優れたゲート酸化膜を
形成することが可能となる。
【００１４】ここで、前記実施形態の工程においては、
少なくとも前記第１の工程から第３の工程は同一炉内で
連続して行うことが好ましい。
少なくとも前記第１の工程から第３の工程は同一炉内で
連続して行うことが好ましい。
【００１５】なお、図１（ｂ）の工程において、炉内に
供給する塩化水素ガスの供給方法として、直接塩化水素
をボンベにより供給してもよいが、ＣＣｌ4 、Ｃ2 Ｈ2
Ｃｌ2 、Ｃ2 ＨＣｌ3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ｃ2 Ｈ3 Ｃｌ3
等の塩素を含有する化合物を炉内で酸素と反応させて塩
化水素を発生させても良い。この方法だと、装置の上流
側で塩化水素が発生しないため、上流側の配管が腐食し
ないという利点がある。
供給する塩化水素ガスの供給方法として、直接塩化水素
をボンベにより供給してもよいが、ＣＣｌ4 、Ｃ2 Ｈ2
Ｃｌ2 、Ｃ2 ＨＣｌ3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ｃ2 Ｈ3 Ｃｌ3
等の塩素を含有する化合物を炉内で酸素と反応させて塩
化水素を発生させても良い。この方法だと、装置の上流
側で塩化水素が発生しないため、上流側の配管が腐食し
ないという利点がある。
【００１６】また、図１（ｃ）の工程において、前工程
で形成したシリコン酸化膜を除去するために水素を用い
ているが、これに代えてにフッ酸蒸気を用いても良い。
ただし、この場合は清栄はフッ酸蒸気で溶解するため、
炉内で石英治具は使えず、治具としてシリコンカーバイ
ドなどの材料を用いる必要がある。
で形成したシリコン酸化膜を除去するために水素を用い
ているが、これに代えてにフッ酸蒸気を用いても良い。
ただし、この場合は清栄はフッ酸蒸気で溶解するため、
炉内で石英治具は使えず、治具としてシリコンカーバイ
ドなどの材料を用いる必要がある。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、塩化水素
と酸素を発生させてシリコン半導体基板の熱処理を行う
第１の工程により金属不純物を除去してゲート酸化膜の
ＴＺＤＢ特性を向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留まり
を向上する。また、前処理時に付着したシリコン酸化膜
を取り除く第２の工程により、一般に膜質の悪いとされ
る低温で付着した乾燥酸化膜を除去する。さらに、高温
下で所望の膜質、膜厚の酸化膜を形成する第３の工程に
より、長期信頼性に優れたシリコン酸化膜を形成するこ
とが可能となる。これにより、本発明の半導体装置の製
造方法によって形成されるシリコン酸化膜は、金属不純
物が極めて少なく、また同時に酸化膜中の結晶欠陥が少
ないために、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜として
用いた場合、高い歩留まりと高い信頼性を併せ持つこと
が可能となる。
と酸素を発生させてシリコン半導体基板の熱処理を行う
第１の工程により金属不純物を除去してゲート酸化膜の
ＴＺＤＢ特性を向上し、ＭＯＳトランジスタの歩留まり
を向上する。また、前処理時に付着したシリコン酸化膜
を取り除く第２の工程により、一般に膜質の悪いとされ
る低温で付着した乾燥酸化膜を除去する。さらに、高温
下で所望の膜質、膜厚の酸化膜を形成する第３の工程に
より、長期信頼性に優れたシリコン酸化膜を形成するこ
とが可能となる。これにより、本発明の半導体装置の製
造方法によって形成されるシリコン酸化膜は、金属不純
物が極めて少なく、また同時に酸化膜中の結晶欠陥が少
ないために、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜として
用いた場合、高い歩留まりと高い信頼性を併せ持つこと
が可能となる。
【図１】本発明の実施形態を工程順に示す断面図であ
る。
る。
【図２】図１の製造工程の温度−時間の相関と処理ガス
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
１０ シリコン基板 １１ シリコン窒化膜 １２ 素子分離酸化膜 １３ シリコン酸化膜（乾燥酸化膜） １４ シリコン酸化膜（加湿酸化膜） １５ ゲート電極 １６ ソース・ドレイン領域 １７ 層間絶縁膜 １８ コンタクト電極
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも表面がシリコンである基板
を、３００度から８００度の温度範囲で塩化水素ガスを
含んだ雰囲気で熱処理して前記基板の表面にシリコン酸
化膜を形成する第１の工程と、水素あるいはフッ酸雰囲
気で前記第１の工程で形成したシリコン酸化膜を除去す
る第２の工程と、前記シリコン酸化膜を除去した前記基
板の表面に改めて７５０度以上の温度でシリコン酸化膜
を形成する第３の工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記第３の工程は、水蒸気を含む高温ガ
スを前記基板の表面に供給する加湿酸化法によって前記
シリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項１に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１の工程において、ＣＣｌ4 、Ｃ
2 Ｈ2 Ｃｌ2 、Ｃ2ＨＣｌ3 、ＣＨ2 Ｃｌ2 、Ｃ2 Ｈ3
Ｃｌ3 等の塩素を含有する化合物を酸素と反応して前記
塩化水素ガスを発生する請求項１又は２に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記第１から第３の工程の処理をランプ
加熱型の急速熱処理装置で行うことを特徴とする請求項
１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記第３の工程で形成する前記シリコン
酸化膜の膜厚は４０オングストローム以下であることを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記第３の工程において形成されるシリ
コン酸化膜をゲート絶縁膜として、ＭＯＳトランジスタ
を製造する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29090098A JP3156680B2 (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29090098A JP3156680B2 (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000124212A true JP2000124212A (ja) | 2000-04-28 |
| JP3156680B2 JP3156680B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=17761970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29090098A Expired - Fee Related JP3156680B2 (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3156680B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011003915A (ja) * | 2005-03-08 | 2011-01-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
| WO2018055724A1 (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
-
1998
- 1998-10-13 JP JP29090098A patent/JP3156680B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011003915A (ja) * | 2005-03-08 | 2011-01-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
| WO2018055724A1 (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
| JPWO2018055724A1 (ja) * | 2016-09-23 | 2019-04-25 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3156680B2 (ja) | 2001-04-16 |
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