JPH10178009A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面に不要な自然酸化膜を生成させるこ
となく、かつ基板表面に吸着している有機物が炭化して
残留するのを防止しつつ基板表面の有機物を除去できる
ようにする。 【解決手段】 まず炉内にシリコン基板を搬入するとと
もにシリコン基板をその炉内に導入された酸化性ガスに
さらすことにより、シリコン基板基板表面に吸着されて
いる有機物の燃焼を行う。この際、炉内を２００℃から
４００℃の温度範囲内に保持した状態で基板を酸化性ガ
スにさらし始める。そして、同一炉内にてシリコン基板
に対する所定の処理として例えば熱ＣＶＤを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも基板上
に薄い酸化膜または窒化膜が形成されてなる半導体装置
を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造分野では、半導体装置
の高集積化および動作の高速化の進展に伴い、半導体装
置を構成する各材料膜の均一性や膜質のさらなる向上が
要求されている。特にトランジスタのゲート酸化膜、フ
ラッシュメモリのトンネル酸化膜等に用いられるシリコ
ン酸化膜や、フラッシュメモリのインターポリ絶縁膜、
ＤＲＡＭのキャパシタ等に用いられるシリコン窒化膜
は、薄膜化が進むにつれてその信頼性の確保がますます
重要になってきている。

【０００３】シリコン酸化膜の信頼性を低下させる要因
の一つとしては、シリコン酸化膜の薄膜化に伴い、シリ
コン基板上に形成される自然酸化膜の影響がクローズア
ップされている。また、シリコン酸化膜上にポリシリコ
ン膜やアモルファスシリコン膜を成膜する場合、これら
の膜とシリコン酸化膜との界面の清浄度がシリコン酸化
膜の信頼性を低下させる大きな要因の一つであるとされ
ている。例えばシリコン基板表面に自然酸化膜が不均一
に生成すると、自然酸化膜を介してシリコン基板上に形
成されるシリコン酸化膜の絶縁耐圧が不安定になる。ま
たシリコン酸化膜上にポリシリコン膜やアモルファスシ
リコン膜を成膜する場合に、これらの膜とシリコン酸化
膜との界面が清浄でないと、シリコン酸化膜の絶縁耐圧
が低下してしまう。

【０００４】一方、シリコン窒化膜の信頼性を低下させ
る大きな要因としては、シリコン酸化膜上に成膜する場
合、シリコン酸化膜との界面の清浄度が挙げられる。そ
の界面が清浄でないと、膜質の悪いシリコン窒化膜が形
成されるのである。そこで従来では、前記自然酸化膜の
形成を防止するために、縦型熱酸化装置を用いてシリコ
ン基板表面を熱酸化する場合において、例えば図９のタ
イムチャートに示されるようなシーケンスが適用されて
いる。

【０００５】まず、予め炉内を熱酸化を行う温度に近い
７００℃程度まで加熱した後にシリコン基板をその炉内
に搬入する。そしてシリコン基板表面に自然酸化膜が生
成しないように炉内を窒素ガスでパージ（置換）しなが
ら熱酸化を行う例えば９００℃程度の温度まで加熱し、
この温度に達したら炉内に酸素ガスを導入して熱酸化を
開始する。熱酸化が終了したら炉内を再び窒素ガスにて
パージしてからシリコン基板を搬出する。なお、炉口付
近の雰囲気は大気となされる場合もあるが、ウエハボー
トの搬出入時に炉内に大気中の酸素が巻き込まれること
による自然酸化膜の生成を防止するために、炉の前段に
窒素置換されたロードロック室を設ける場合もある。

【０００６】また縦型熱ＣＶＤ装置を用いてシリコン酸
化膜表面にポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜あ
るいはシリコン窒化膜を成膜する場合においては、これ
らの膜とシリコン酸化膜との界面清浄度を向上させるた
めに、例えば図１０のタイムチャートに示されるような
シーケンスが適用されている。

【０００７】まず、炉内を４００℃程度に加熱してか
ら、シリコン基板を炉内に搬入する。次いで炉内を一旦
排気した後、該炉内を窒素ガスでパージしてから熱ＣＶ
Ｄを行う６５０℃程度の温度にまで加熱する。これは、
炉内に巻き込まれた大気が残留した状態のまま、非常に
活性なガスであるシラン（ＳｉＨ₄ ）ガスやジシラン
（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）ガス等の原料ガスが導入されると、これ
らのガスが大気中の酸素と反応してパーティクルを発生
してしまうからである。その後、上記原料ガスを導入し
て熱ＣＶＤを開始し、所定厚のポリシリコン膜、アモル
ファスシリコン膜あるいはシリコン窒化膜を成膜する。
そして炉内を再び排気し、窒素ガスでパージしてからシ
リコン基板を搬出する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近、シリコ
ン酸化膜やシリコン窒化膜の信頼性を低下させる要因と
して、上記した自然酸化膜の形成および膜界面の清浄度
の他に、クリーンルーム雰囲気内でウエハ表面に吸着す
る有機物による影響が大きく注目されている。例えば１
９９６年応用物理学会関係連合講演会（春季年会）予稿
集ｐ６３４，演題番号８ａ−Ｌ−９において、ウエハ表
面にシリコン窒化膜を成膜する際のウエハ表面有機物の
成膜に及ぼす影響が明らかにされている。

【０００９】この有機物の吸着は、シリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜の絶縁耐圧を低下させ、またシリコン窒化
膜の耐酸化性を低下させるといったようにシリコン酸化
膜やシリコン窒化膜の膜質を低下させる。またシリコン
基板とシリコン酸化膜との界面や、シリコン酸化膜とゲ
ート電極との界面に電子トラップを作り、フラッシュメ
モリの書き込み不良を発生させる原因にもなると考えら
れる。なお、吸着している有機物は、例えばシリコン基
板を保管するプラスチックボックスやシーリング材等か
ら放出される酸化防止材やＤＯＰ（ジオクチルフタレー
ト）のような可塑剤であることが知見されている。

【００１０】しかしながら、前述したように従来の方法
では、表面に有機物が吸着したシリコン基板に対して有
機物を除去するための手段を何等講ずることなく、図９
のタイムチャートにしたがって熱酸化を行っている。こ
のため、図１１に示すようにシリコン基板１０１上に有
機物１０２を取り込んだシリコン酸化膜１０３が形成さ
れるといった不具合が生じる。なお、熱酸化時には酸化
性ガスが導入されるため、有機物の燃焼反応も起こるは
ずであるが、熱酸化が行われる温度においては、有機物
の燃焼反応の速度よりもシリコン基板の酸化速度の方が
速いため、有機物を十分に除去するには至らない。

【００１１】また図１０のタイムチャートにしたがって
熱ＣＶＤを行う場合にも、有機物の除去対策を図ってい
ないため、図１２に示すように有機物１０４がシリコン
酸化膜１０３とポリシリコン膜（あるいはアモルファス
シリコン膜、シリコン窒化膜）１０５との界面に取り込
まれる。よって、従来の方法では、実際には十分に信頼
性が確保されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜が得ら
れていない。なお、熱酸化と熱ＣＶＤのいずれにおいて
も、取り込まれた有機物の量はシリコン基板間で大きな
ばらつきがあり、これに伴ってシリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜の絶縁耐圧にもばらつきが生じる。

【００１２】有機物を除去する方法としては、上述した
ような熱酸化や熱ＣＶＤを行う前に、予めドライアッシ
ングやレジスト剥離剤を用いた洗浄を行う方法が考えら
れる。ところが、ドライアッシングを行うとプラズマに
よりシリコン基板がダメージを受ける恐れがあり、レジ
スト剥離剤を使用すると逆に２次汚染される可能性があ
る。またこのような処理を行うことは、工程数を増加さ
せ、半導体装置の製造コストの増大を招くことになる。

【００１３】そこで本発明者は、製造工程数の増加を抑
制しつつ有機物を除去する方法として実験を重ねた結
果、酸化性ガスを用いかつ炉内温度を制御してシリコン
基板表面の有機物を燃焼させることが有効であるとの知
見を得た。しかしながら、高温の炉内、特に真空雰囲気
で高温の炉内にシリコン基板をさらすと、シリコン基板
表面に、吸着した有機物が例えば炭化といったように組
成を変化させた状態で残留する。その結果、有機物の除
去対策を図っていない場合と同様の不具合が発生する。

【００１４】例えば昇温脱離分析（ＧＣ−ＭＡＳ）によ
る有機物分析によれば、図１３（ａ）に示すように搬入
前には複数の有機物が吸着しているシリコン基板を例え
ば６５０℃の高温の炉内にいきなり搬入した場合、雰囲
気が酸素（同図（ｂ）、（ｃ））、窒素（同図（ｄ））
のいずれにも関わらずシリコン基板から有機物が消失し
たかのように見える。なお、同図（ｂ）、（ｃ）はぞれ
ぞれ、酸素雰囲気中に１分間、３０分間シリコン基板を
さらした後の結果である。ところが、従来の熱酸化等の
シーケンスによってもシリコン基板表面の有機物がシリ
コン酸化膜に取り込まれているように、有機物が窒素雰
囲気中で消失したと考えにくい。よってその大部分は脱
離した可能性があるが、一部は昇温脱離分析で検出でき
ない、おそらく炭化した状態になったものと予想され
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、炉内に基板を搬入するとともに基板を炉内
に導入された酸化性ガスにさらすことにより、基板表面
に吸着されている有機物の燃焼を行う。この工程では、
炉内を２００℃から４００℃の温度範囲内に保持した状
態で基板を酸化性ガスにさらし始める。そして同一炉内
にて基板に対する所定の処理を行う。

【００１６】炉内の温度が室温〜５００℃の範囲である
場合、炉内に搬入された基板表面における不要な自然酸
化膜の成長を防止できることは知られている。また基板
を酸化性ガスにさらし始める際の炉内の温度が２００℃
未満であると基板表面に吸着されている有機物が燃焼せ
ず、４００℃を越えると有機物の脱離および有機物の例
えば炭化といったような組成変化が開始されることが知
見されている。さらに高すぎると基板表面に不要な熱酸
化が起こって、薄いシリコン酸化膜の膜厚制御性が損な
われる恐れがあり、また基板に反りが生じスリップが発
生する可能性がある。

【００１７】本発明では、炉内を２００℃〜４００℃の
温度範囲内に保持した状態で基板を酸化性ガスにさらし
始めるため、基板表面に不要な自然酸化膜が形成される
ことなく、しかも基板表面に吸着されている有機物の脱
離および炭化のような組成変化が開始される前に、基板
表面の有機物の燃焼が開始される。よって基板表面から
有機物が確実に除去される。よって、有機物の除去後、
同一炉内で続けて熱酸化や熱ＣＶＤ等の所定の処理を行
うことが可能になるため、ドライアッシングやレジスト
剥離材による洗浄を行う必要がない。また確実に有機物
が除去されて清浄化された基板表面に対して所定の処理
を行うため、基板にシリコン基板を用い、シリコン基板
表面に熱酸化によりシリコン酸化膜を形成する場合に
は、絶縁耐圧のばらつきのないしかも絶縁耐圧が向上し
た膜が得られる。また表面にシリコン酸化膜が形成され
てなる基板上に熱ＣＶＤによりポリシリコン膜、アモル
ファスシリコン膜またはシリコン窒化膜を形成する場合
には、シリコン酸化膜とポリシリコン膜、アモルファス
シリコン膜またはシリコン窒化膜との界面が清浄な状態
で成膜が行われるため、絶縁耐圧が向上したシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
製造方法の実施形態を図面を用いて説明する。ここでは
ＭＯＳ型トランジスタのゲート電極となるポリシリコン
膜を形成するための熱ＣＶＤ工程、ゲート酸化膜となる
シリコン酸化膜を形成する熱酸化工程に本発明を適用し
た例について述べる。まず本発明を熱ＣＶＤに用いた第
１実施形態を説明するが、これに先立ち、第１実施形態
の方法の実施に適用されるバッチ式熱ＣＶＤ装置の一構
成例を図３を用いて説明する。

【００１９】この熱ＣＶＤ装置は、図３に示すように、
アウターチューブ１とインナーチューブ２とからなる炉
３を備えている。そして１００枚程度のウエハからなる
基板を収容可能な石英ボート４をインナーチューブ２内
に挿入することによって、石英ボート４に収容された基
板に対して熱ＣＶＤを行うように構成されている。炉３
には、その炉口に炉口キャップ５が設けられおり、炉口
キャップ５によって炉３内を外気から遮断できるように
なっている。また炉３には、炉３内にシラン系ガスのよ
うな原料ガスやパージ用の窒素ガス、アルゴンガス等の
不活性なガスを供給するためのガス供給管６が接続され
ているとともに、真空ポンプ（図示略）と接続された排
気口７が設けられている。さらに炉３の外周には、炉３
内を所定の温度雰囲気にするためのヒータ（図示略）が
設置されている。

【００２０】この炉３の前段には、図示しないロードロ
ック室が炉３に連続して設けられている。このロードロ
ック室にも、炉３内に導入される前の基板を外気から遮
断したまま待機させることができるように真空ポンプに
接続された排気口が設けられている。そして炉３とロー
ドロック室との間には、炉３内を大気開放することなく
石英ボート４を両者間で自動搬送するための搬送機構が
設けられている。

【００２１】次に、このような熱ＣＶＤ装置を用いて例
えばシリコン基板上にゲート電極用のポリシリコン膜を
形成する第１実施形態の方法を図１に示すタイムチャー
トおよび図２（ａ）〜（ｃ）に示す基板の断面図を用い
て説明する。まず図２（ａ）に示すシリコン基板１１を
ロードロック室の石英ボート４に収容した後、ロードロ
ック室内を１Ｐａ程度にまで真空排気する。なお、シリ
コン基板１１は、表面にゲート酸化膜となる薄いシリコ
ン酸化膜１２が形成され、この上に有機物１３が吸着し
てなるものである。

【００２２】一方、予め炉３内をヒータによって加熱し
て例えば２００℃〜４００℃の温度範囲内に保持する。
前述したようにこの温度範囲は、有機物１３を燃焼させ
るのに十分な温度であり、かつ有機物１３を炭化といっ
たように組成変化させず、しかもシリコン基板１１が酸
化されない温度である。そして炉３内を減圧状態にする
ことなく、炉３内に石英ボート４を移動させてシリコン
基板１１をロードロック室から炉３のインナーチューブ
２内へ搬入するとともに、シリコン基板１１を炉３内に
導入された酸化性ガスにさらすことにより、シリコン基
板１１表面に吸着されている有機物１３の燃焼を行う。
このとき、シリコン基板１１を酸化性ガスにさらし始め
る際の炉３内温度を、予め炉３内を加熱する温度と同じ
２００℃〜４００℃の温度範囲内にする。

【００２３】ここでは例えば炉３内温度を４００℃に保
持した状態で、酸化性ガスとして例えば酸素ガスをガス
供給管６から炉３内に導入しシリコン基板１１を酸素ガ
スにさらし始める。そして同じ温度４００℃にてさらに
シリコン基板１１をさらすことによりシリコン酸化膜１
２上の有機物１３の燃焼を行う。その際、酸素ガスは例
えば１５００ｓｃｃｍ（ｓｃｃｍは標準状態における体
積流量（ｃｍ³ ／分））なる流量にて１０分程度導入す
る。この程度の導入時間で、炉３内にはシリコン酸化膜
１２上に吸着している有機物１３を燃焼させるに十分な
酸素ガスが供給される。なお、この実施形態ではシリコ
ン基板１１を酸素ガスにさらし始める際の炉３内の温度
を４００℃に保持しているが、２００℃〜４００℃の温
度範囲内であればいずれの温度でもよい。またさらし始
めた後は、炉３内を必ずしも一定の温度に保持する必要
はなく、例えば２００℃から徐々に昇温させてもあるい
は４００℃から徐々に昇温させてもよい。

【００２４】このようにシリコン基板１１を酸素ガスに
さらし始める際、炉３内を２００℃〜４００℃の温度範
囲内に保持するため、シリコン基板１１に吸着している
有機物１３が炭化して残留することなくその有機物１３
の燃焼が十分に進行する。この結果、図２（ｂ）に示す
ようにシリコン酸化膜１２上から有機物１３が確実に除
去される。またシリコン酸化膜１２の膜厚を変動させる
こともない。

【００２５】その後、排気口７より炉３内を排気し、続
いて窒素ガスを導入して炉３内をパージしながら炉３内
の温度を６５０℃程度まで上昇させる。そして同一炉３
内にシランガスを１５０ｓｃｃｍの流量にて導入して熱
ＣＶＤを行い、図２（ｃ）に示すようにシリコン酸化膜
１２上にポリシリコン膜１４を形成する。ポリシリコン
膜１４の成膜後は、炉３内を排気してから窒素ガスでパ
ージし、石英ボート４をロードロック室へと移動させて
シリコン基板１１を搬出する。

【００２６】こうして熱ＣＶＤを行うことにより、膜界
面に有機物１３や有機物１３が炭化した残留物が取り込
まれることなく、シリコン酸化膜１２上にポリシリコン
膜１４を成膜することができる。したがって、シリコン
酸化膜１２とポリシリコン膜１４との界面の清浄化を図
ることができる。また酸素ガスを導入した後、炉３内を
排気するので、原料ガスと酸素ガスが反応することによ
るパーティクルの発生を防止することができる。よっ
て、第１実施形態の方法によれば、シリコン酸化膜１２
からなるゲート酸化膜の絶縁耐圧が向上した信頼性の高
いＭＯＳ型トランジスタを製造することができる。

【００２７】次に、図３に示した熱ＣＶＤ装置を用い
て、図２（ａ）に示すシリコン基板１１上にゲート電極
用のポリシリコン膜１４を形成する第２実施形態の方法
を図４に示すタイムチャートを用いて説明する。この実
施形態において第１実施形態と相違するところは、シリ
コン基板１１を炉３内に搬入する前に予め炉３内に酸化
性ガスとして例えば酸素ガスを導入しておくことにあ
る。

【００２８】すなわち、第１実施形態と同様にしてシリ
コン基板１１をロードロック室内に待機させておく。一
方、炉３内をヒータによって２００℃〜４００℃の温度
範囲内に加熱するとともに、炉３内を酸素ガスで満たし
ておく。このときの酸素濃度は制御性も含めて高濃度が
望ましい。そのため、例えば酸素ガスの炉３内への供給
量を大気圧よりも炉３内が陽圧になるように設定する。
また炉３内の温度は、ここでは例えば４００℃に保持す
る。

【００２９】その後、４００℃に保持された炉３内に石
英ボート４を移動させてシリコン基板１１をロードロッ
ク室から炉３のインナーチューブ２内へ搬入する。つま
り、炉３内の温度を４００℃に保持した状態でシリコン
基板１１を酸素ガスにさらし始めることになる。そし
て、この状態でシリコン基板１１を１０分程度保持す
る。なお、ここでもシリコン基板１１を酸素ガスにさら
し始める際の炉３内の温度を４００℃としているが、２
００℃〜４００℃の温度範囲内であればいずれの温度で
もよい。またさらし始めた後は、炉３内を必ずしも一定
の温度に保持する必要はなく、例えば２００℃から徐々
に昇温させてもあるいは４００℃から徐々に昇温させて
もよい。

【００３０】このように炉３内が２００℃〜４００℃の
温度範囲内にてシリコン基板１１を酸素ガスにさらし始
めるため、有機物１３が炭化して残留することなく燃焼
が十分に進行する。その結果、上記第１実施形態と同様
に、シリコン酸化膜１２上から有機物１３が確実に除去
される（図２（ｂ）参照）。またシリコン酸化膜１２の
膜厚を変動させることもない。その後、炉３内を排気
し、続いて窒素ガスを導入して炉３内をパージしながら
炉３内の温度を６５０℃程度まで上昇させ、第１実施形
態と同様に熱ＣＶＤを行ってシリコン酸化膜１２上にポ
リシリコン膜１４を形成する（図２（ｃ）参照）。

【００３１】以上のように、第２実施形態においても膜
界面に有機物１３や有機物１３が炭化した残留物が取り
込まれることなく、シリコン酸化膜１２上にポリシリコ
ン膜１４を成膜することができる。したがって、シリコ
ン酸化膜１２とポリシリコン膜１４との界面の清浄化を
図ることができる。また酸素ガスを導入した後に炉３内
を排気するので、原料ガスと酸素ガスが反応することに
よるパーティクルの発生を防止することができる。よっ
て、シリコン酸化膜１２からなるゲート酸化膜の絶縁耐
圧が向上した信頼性の高いＭＯＳ型トランジスタを製造
することができる。また第２実施形態によれば、石英ボ
ート４を炉３内に搬入してから実際に熱ＣＶＤを開始す
るまの時間を第１実施形態よりも短縮することができ
る。

【００３２】次に本発明を熱酸化に用いた第３実施形態
を説明するが、これに先立ち、第３実施形態の方法の実
施に適用されるバッチ式熱酸化装置の一構成例を図７を
用いて説明する。この熱酸化装置は、図７に示すよう
に、アウターチューブ１とインナーチューブ２とからな
る炉３を備えている。そして１００枚程度のウエハから
なる基板を収容可能な石英ボート４をインナーチューブ
２内に挿入することによって、石英ボート４に収容され
た基板に対して熱ＣＶＤを行うように構成されている。

【００３３】炉３には、その炉口に炉口キャップ５が設
けられおり、炉口キャップ５によって炉３内を外気から
遮断できるようになっている。また炉３には、炉３内に
シラン系ガスのような原料ガスやパージ用の窒素ガス、
アルゴンガス等の不活性なガスを供給するためのガス供
給管６が接続されているとともに、真空ポンプ（図示
略）と接続された排気口７が設けられている。さらに炉
３の外周には、炉３内を所定の温度雰囲気にするための
ヒータ（図示略）が設置されている。また前述した熱Ｃ
ＶＤ装置と同様に、この炉３の前段にはロードロック室
（図示略）が炉３に連続して設けられており、また炉３
とロードロック室との間には、炉３内を大気開放するこ
となく石英ボート４を両者間で自動搬送するための搬送
機構が設けられている。

【００３４】次に、このような熱酸化装置を用いて例え
ばシリコン基板表面にゲート酸化膜となるシリコン酸化
膜を形成する第３実施形態の方法を図５に示すタイムチ
ャートおよび図６（ａ）〜（ｃ）に示す基板の断面図を
用いて説明する。まず図６（ａ）に示すように表面に有
機物１３が吸着したシリコン基板１１をロードロック室
の石英ボート４に収容した後、ロードロック室内を１Ｐ
ａ程度にまで真空排気する。

【００３５】一方、予め炉３内をヒータによって加熱し
て例えば２００℃〜４００℃の温度範囲内に保持する。
そして、搬送機構により石英ボート４を移動させてシリ
コン基板１１をロードロック室から炉３のインナーチュ
ーブ２内へ搬入する。続いてガス供給管６より窒素ガス
を導入して炉３内をパージした後、酸化性ガスとして例
えば酸素ガスを１×１０⁴ ｓｃｃｍの流量にて１０分程
度導入し、シリコン基板１１を酸素ガスにさらすことに
よりシリコン基板１１上の有機物１３の燃焼を行う。こ
のとき、シリコン基板１１を酸化性ガスにさらし始める
際の炉３内温度を、シリコン基板１１表面の有機物１３
を燃焼させるのに十分な温度であり、かつ有機物１３を
炭化といったように組成変化させず、しかもシリコン基
板１１が酸化されない温度である２００℃〜４００℃の
温度範囲内にする。ここでは炉３内温度を例えば４００
℃に保持した状態でシリコン基板１１を酸素ガスにさら
し始める。そして同じ温度４００℃にてさらにシリコン
基板１１をさらすことによりシリコン基板１１上の有機
物１３の燃焼を行う。

【００３６】なお、この実施形態ではシリコン基板１１
を酸素ガスにさらし始める際の炉３内の温度を４００℃
に保持しているが、２００℃〜４００℃の温度範囲内で
あればいずれの温度でもよい。またさらし始めた後は、
炉３内を必ずしも一定の温度に保持する必要はなく、例
えば２００℃から徐々に昇温させてもあるいは４００℃
から徐々に昇温させてもよい。

【００３７】このようにシリコン基板１１を酸素ガスに
さらし始める際、炉３内を２００℃〜４００℃の温度範
囲内に保持するため、シリコン基板１１に吸着している
有機物１３が炭化して残留することなくその有機物１３
の燃焼が十分に進行する。この結果、図６（ｂ）に示す
ようにシリコン基板１１表面に不要な酸化膜が形成され
ることなく有機物１３が確実に除去される。その後、窒
素ガスを導入して炉３内をパージしながら炉３内の温度
を９００℃程度まで上昇させる。そして同一炉３内に酸
素ガスを１×１０⁴ ｓｃｃｍの流量にて導入して約５分
間熱酸化を行い、図６（ｃ）に示すようにシリコン基板
１１の表面にシリコン酸化膜１２を形成する。

【００３８】シリコン酸化膜１２の成膜後は、炉３内を
窒素ガスでパージし、石英ボート４をロードロック室へ
と移動させてシリコン基板１１を搬出する。こうして熱
酸化を行うことにより、有機物１３や有機物１３が炭化
した残留物が取り込まれることなく、シリコン基板１１
表面にシリコン酸化膜１２を成膜することができる。よ
って、第３実施形態の方法によれば、シリコン酸化膜１
２からなるゲート酸化膜の絶縁耐圧が向上した信頼性の
高いＭＯＳ型トランジスタを製造することができる。

【００３９】次に、図７に示した熱酸化装置を用いて、
図６（ａ）に示すシリコン基板１１上にゲート酸化膜用
のシリコン酸化膜１２を形成する第４実施形態の方法を
図８に示すタイムチャートを用いて説明する。この実施
形態において第３実施形態と相違するところは、シリコ
ン基板１１を炉３内に搬入する前に予め炉３内に酸化性
ガスとして例えば酸素ガスを導入しておくことにある。

【００４０】すなわち、第３実施形態と同様にしてシリ
コン基板１１をロードロック室内に待機させておく。一
方、炉３内をヒータによって２００℃〜４００℃の温度
範囲内に加熱するとともに、炉３内を酸素ガスで満たし
ておく。このときの酸素濃度は制御性も含めて高濃度が
望ましい。そのため、例えば酸素ガスの炉３内への供給
量を大気圧よりも炉３内が陽圧になるように設定する。
また炉３内の温度は、ここでは例えば４００℃に保持す
る。その後、４００℃に保持された炉３内に石英ボート
４を移動させてシリコン基板１１をロードロック室から
炉３のインナーチューブ２内へ搬入する。つまりこの場
合にも、炉３内の温度を４００℃に保持した状態でシリ
コン基板１１を酸素ガスにさらし始めることになる。そ
して、この状態でシリコン基板１１を１０分程度保持す
る。

【００４１】なお、シリコン基板１１を酸素ガスにさら
し始める際の炉３内の温度を４００℃としているが、２
００℃〜４００℃の温度範囲内であればいずれの温度で
もよいのは先の実施形態と同様である。上記のように炉
３内が２００℃〜４００℃の温度範囲内にてシリコン基
板１１を酸素ガスにさらし始めるため、有機物１３が炭
化して残留することなく燃焼が十分に進行する。その結
果、上記第３実施形態と同様に、シリコン基板１１表面
から有機物１３が確実に除去される（図６（ｂ）参
照）。その後、窒素ガスを導入して炉３内をパージしな
がら炉３内の温度を９００℃程度まで上昇させ、第３実
施形態と同様に熱酸化を行ってシリコン基板１１表面に
シリコン酸化膜１２を形成する（図６（ｃ）参照）。

【００４２】以上のように、第４実施形態においても有
機物１３や有機物１３が炭化した残留物が取り込まれる
ことなく、シリコン基板１１表面にシリコン酸化膜１２
を成膜することができる。したがって、シリコン酸化膜
１２からなるゲート酸化膜の絶縁耐圧が向上した信頼性
の高いＭＯＳ型トランジスタを製造することができる。
また第４実施形態によれば、石英ボート４を炉３内に搬
入してから実際に熱酸化を開始するまの時間を第３実施
形態よりも短縮することができる。

【００４３】なお、前述した第１実施形態〜第４実施形
態では、ゲート電極用のポリシリコン膜の形成、ゲート
酸化膜用のシリコン酸化膜の形成に本発明を適用した場
合について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定
されるものでない。例えば第１実施形態、第２実施形態
に示したような熱ＣＶＤを行う本発明を適用することに
より、ポリシリコン膜の替わりにアモルファスシリコン
膜やシリコン窒化膜を成膜してもよい。この場合、ＣＶ
Ｄ条件等は常法にしたがい適宜適正化すればよい。また
第１実施形態、第２実施形態のようにして不揮発性メモ
リのインターポリ絶縁膜や薄膜トランジスタの活性層を
形成することも可能であり、また第３実施形態、第４実
施形態のようにしてフラッシュメモリのトンネル酸化膜
を形成することも可能である。

【００４４】また第１実施形態〜第４実施形態では、酸
化性ガスとして酸素ガスを用いたが、亜酸化窒素ガスや
水蒸気等を用いても同様の効果を得ることができる。さ
らに本発明を適用すれば、シリコン酸化膜の絶縁耐圧が
炉の炉口付近の雰囲気によってばらつくことがないた
め、必ずしもロードロック室が連続して設けられた炉を
用いなくてもよい。当然のことながら、内部が窒素ガス
等の不活性なガスで置換された状態のロードロック室を
用いてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
装置の製造方法によれば、基板表面に吸着されている有
機物の脱離および炭化のような組成変化を開始させるこ
となく、しかも基板表面に不要な自然酸化膜を生成させ
ることなく基板表面の有機物を除去できる。さらに基板
がダメージや汚染を受けることなく有機物を除去できる
ので、その後の熱ＣＶＤまたは熱酸化等の所定の処理に
影響を及ぼすことなく当該所定の処理を行うことがで
き、また、有機物除去のための特別な前処理工程数の追
加を抑制することができる。よって、製造コストを上昇
させることなく基板上に絶縁耐圧のばらつきのないしか
も絶縁耐圧が向上した信頼性の高いシリコン酸化膜を形
成できる。また表面にシリコン酸化膜が形成されてなる
基板上にポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜また
はシリコン窒化膜を形成する場合には、シリコン酸化膜
とその上層の膜との界面の清浄化を図ることができるの
で、絶縁耐圧が向上した高信頼性のシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜が得られる。したがって、歩留りの向上お
よび製造されるデバイスの信頼性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の第１実施
形態を示すタイムチャートであり、本発明を熱酸化工程
に適用した例を示す図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態での基板の様子
を工程順に示す断面図である。

【図３】実施形態に用いられるバッチ式熱酸化装置の一
構成例を示す模式図である。

【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法の第２実施
形態を示すタイムチャートである。

【図５】本発明に係る半導体装置の製造方法の第３実施
形態を示すタイムチャートである。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は第３実施形態での基板の様子
を工程順に示す断面図である。

【図７】実施形態に用いられるバッチ式熱ＣＶＤ装置の
一構成例を示す模式図である。

【図８】本発明に係る半導体装置の製造方法の第４実施
形態を示すタイムチャートである。

【図９】従来の熱酸化工程の一例を示すタイムチャート
である。

【図１０】従来の熱ＣＶＤ工程の一例を示すタイムチャ
ートである。

【図１１】本発明の課題を説明する図（その１）であ
る。

【図１２】本発明の課題を説明する図（その２）であ
る。

【図１３】シリコン基板表面に吸着している有機物のガ
スクロマトグラフであり、（ａ）は基板を炉内に搬入す
る前（雰囲気温度が室温〜４００℃）、（ｂ）〜（ｄ）
は基板を炉内に搬入した後（雰囲気温度が６５０℃）の
分析結果である。

【符号の説明】

３ 炉 １１ シリコン基板 １２ シリコン酸化
膜 １３ 有機物１４ ポリシリコン膜

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に基板を搬入するとともに該基板を
   当該炉内に導入された酸化性ガスにさらすことにより、
   前記基板表面に吸着されている有機物の燃焼を行う第１
   工程と、 同一炉内にて前記基板に対する所定の処理を行う第２工
   程とを有し、 前記第１工程では、前記炉内を２００℃〜４００℃の温
   度範囲内に保持した状態で前記基板を前記酸化性ガスに
   さらし始めることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記酸化性ガスは、前記第１工程にて前
   記温度範囲内に保持された炉内に前記基板を搬入した
   後、前記炉内に導入することを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記酸化性ガスは、前記第１工程の前に
   予め前記炉内に導入しておくことを特徴とする請求項１
   記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記酸化性ガスに、酸素、亜酸化窒素、
   水蒸気のうちの少なくとも一つを含むガスを用いること
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記炉にロードロック室が連続して設け
   られたものを用い、 前記第１工程にて前記基板を前記炉内に搬入する前に、
   該基板を前記ロードロック室内にて待機させておくこと
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第１工程と前記第２工程との間に、
   前記炉内を不活性なガスで置換する工程を有し、 前記第２工程では、前記所定の処理を熱酸化により行う
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記基板にシリコン基板を用い、前記熱
   酸化により、前記基板表面にシリコン酸化膜を形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。
8. 【請求項８】 前記第１工程と前記第２工程との間に、
   前記炉内を不活性なガスで置換する工程を有し、 前記第２工程では、前記所定の処理を熱ＣＶＤにより行
   うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記熱ＣＶＤでは、シラン系ガスを含む
   原料ガスを用いて前記基板上にポリシリコン膜またはア
   モルファスシリコン膜を成膜することを特徴とする請求
   項８記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記熱ＣＶＤでは、シラン系ガスを含
    む原料ガスを用いて前記基板上にシリコン窒化膜を形成
    することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造
    方法。