JP2000022110A

JP2000022110A - 熱処理方法及び熱処理システム

Info

Publication number: JP2000022110A
Application number: JP10204501A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Hasebe; 一秀長谷部; Takeshi Kumagai; 武司熊谷; Shoichi Sato; 昌一佐藤; Masanobu Matsunaga; 正信松永; Hideki Kiryu; 秀樹桐生; Tetsuya Nakano; 哲也仲野; Kazutoshi Miura; 一敏三浦
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁膜中の水分が悪影響を及ぼすことを防止
して、例えばＨＳＧポリシリコン膜を効果的に形成する
ことができる熱処理方法を提供する。【解決手段】水分を含む酸化膜上に部分的に形成され
ている不純物ドープドシリコン膜を有する被処理体に対
してシリコンの核形成を行なってポリシリコン膜を形成
するための熱処理を施すに際して、前記熱処理の直前
に、前記被処理体を、前記水分を含む酸化膜から水分が
脱離する温度以上であって、前記ドープドシリコン膜の
表面に結合する水素が脱離する温度以下の温度範囲で加
熱して前処理するようにする。これにより、例えばＨＳ
Ｇポリシリコン膜を効果的に形成するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理方法及び熱
処理システムに係り、特にキャパシタの電極の形成時、
ポリシリコンのコンタクト形成時、メタル配線時、エピ
タキシャル形成時に用いるのに適する熱処理方法及び熱
処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣ等の半導体集積回路を形成
するためには、半導体ウエハやガラス基板等の表面に、
成膜処理、エッチング処理、熱拡散処理、酸化処理等を
多数回繰り返し行なうことによって所望のトランジスタ
素子、抵抗素子、キャパシタ等を高密度に集積形成する
ようになっている。近年、特に、半導体装置の高集積化
にともなって、各素子自体の微細化も一層進む傾向にあ
る。例えばＤＲＡＭ等の記憶装置にあっては各セルの占
有面積は微細化傾向によって益々小さくなるが、十分な
容量値を確保するためには、占有面積が小さくなっても
キャパシタ電極間の絶縁層の厚さを薄くする、もしくは
この誘電体の比誘電率を大きくすればよいが、この絶縁
層の厚さを薄くすると絶縁性が劣化し、材質を高誘電体
とするにも種々の技術的な問題があるのが現状である。

【０００３】そこで、特開平５−３０４２７３号公報や
特開平７−２２１０３４号公報等に開示されているよう
に、キャパシタの電極表面に、表面が微細に凹凸状にな
されたＨＳＧ（ＨｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌＧｒａｉ
ｎｅｄ）ポリシリコン膜を形成して微細な占有面積でも
容量値に寄与する実質的な表面積を２〜３倍に増加させ
ることが行なわれている。このＨＳＧポリシリコン膜の
形成について図７及び図８を参照して説明する。図７は
半導体集積装置に形成される一般的なキャパシタの一例
を示す拡大断面図、図８はＨＳＧポリシリコン膜の従来
の形成工程を説明するための説明図である。

【０００４】図７に示すように被処理体である例えばシ
リコン単結晶よりなる半導体基板Ｗの表面には、例えば
ＳｉＯ₂ よりなるチャネルストッパ２により囲まれて素
子形成領域４が形成されており、この領域４内にドレイ
ン６、ソース８及びこれらの間にゲート酸化膜１０を介
してゲート電極１２をそれぞれ設けることによってスイ
ッチング素子１４を形成している。そして、この基板表
面全体を覆ってＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏ
ｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）を用いて成膜したＣＶＤ
−シリコン酸化膜或いはＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏ
ｓｐｈｏｒｕｓ−ｓｉｌｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）に
より低温酸化膜として例えばＳｉＯ₂ よりなる層間絶縁
膜１６を形成し、この層間絶縁膜１６にソース８まで届
くコンタクトホール１８を形成し、更に、このコンタク
トホール１８を例えばＣＶＤによりリンドープの非晶質
シリコンで埋め込みつつ層間絶縁膜１６上に非晶質シリ
コン膜を形成して、このシリコン膜をパターンニングす
ることによりキャパシタの下部電極２０を形成する。そ
して、この下部電極２０を覆って容量絶縁膜２２及び上
部電極２４を順次パターンニング形成することによりキ
ャパシタ２６を形成している。

【０００５】この場合、電極表面の実質的な面積を拡大
するために下部電極２０の表面に前述したＨＳＧポリシ
リコン膜を形成するには、図８（Ａ）に示すようにキャ
パシタ２６の下部電極２０を形成したならば、シラン
（ＳｉＨ₄ ）或いはジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）の雰囲気下
で例えば５４０℃以上の高温の熱処理を行ない、これに
より図８（Ｂ）に示すように電極表面にシリコンの核結
晶２８を付着形成してこれを成長拡大させることにより
多数の半球状のポリシリコン膜を得るようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＨＳＧポリ
シリコン膜を形成するために高温の熱処理を行なう際、
低温絶縁膜である層間絶縁膜１６中に含まれる水分が膜
中から脱離することは避けられず、この水分がポリシリ
コンよりなる下部電極２０と反応して、この下部電極２
０の表面にＳｉＯ₂ 膜３０が付着する現象が生じてしま
う。このＳｉＯ₂膜３０は、基板側からのシリコン吸い
上げを阻害して表面に付着する核結晶２８の成長を抑制
するように作用し、このため核結晶２８の成長が阻害さ
れて下部電極２０の表面積を十分に拡大することができ
ない、という問題があった。

【０００７】このため、下部電極２０であるリンドープ
ポリシリコン膜を形成する前に、前処理として基板Ｗを
高温で熱処理して層間絶縁膜１６から予め水分を脱離さ
せてしまうことも行なわれているが、この場合には、高
温熱処理後に下部電極の形成及びパターニングをした後
にウェット洗浄が必要であり、このウェット洗浄時にポ
リシリコン膜が再度水分を吸収してしまうので十分な効
果を期待することができない。また、上述したように層
間絶縁膜から水分が脱離してこの水分がシリコンと結合
して特性上の悪影響を及ぼすＳｉＯ₂ 膜を形成する現象
は、上記したＨＳＧポリシリコン膜の形成時のみなら
ず、ポリシリコンのコンタクトの形成時、メタル配線の
形成時、エピタキシャル膜の形成時にも同様に発生して
いた。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを
有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的
は、層間絶縁膜等に含まれる微量な水分による悪影響を
なくすことができる熱処理方法及び熱処理システムを提
供することにある。また、本発明の他の目的は、ＨＳＧ
ポリシリコン膜を効果的に形成することができる熱処理
方法及び熱処理システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、特に、ＨＳ
Ｇポリシリコン膜の生成メカニズムについて鋭意研究し
た結果、層間絶縁膜から水分が脱離する温度と電極ポリ
シリコン膜から水素が脱離する温度とが僅かに異なって
いる、という知見を得ることにより、本発明に至ったも
のである。すなわち、請求項１に規定する方法発明は、
微量な水分を含む酸化膜上に部分的に形成されているシ
リコン膜を有する被処理体に対して所定の熱処理を施す
に際して、前記熱処理の直前に、前記被処理体を、前記
微量な水分を含む酸化膜から水分が脱離する温度以上で
あって、前記シリコン膜の表面に結合する水素が脱離す
る温度以下の温度範囲で加熱して前処理するようにした
ものである。これにより、適正に温度制御された加熱前
処理により水分を含む酸化膜からは水分が脱離されてし
まい、しかも、この脱離した水分は、この前処理温度で
はシリコン膜が安定していて結合水素が離脱せず、この
結果、特性に悪影響を与えるシリコン酸化膜が形成され
ることを防止できる。

【０００９】また、請求項２に規定するように、前記シ
リコン膜が不純物ドープドシリコン膜であり、前記所定
の熱処理はシリコンの核形成を行なってポリシリコン膜
を形成するための熱処理としてもよい。この場合にも、
この適正に温度制御された加熱前処理により水分を含む
酸化膜からは水分が脱離されてしまい、しかもこの脱離
した水分は、この前処理温度ではドープドシリコン膜が
安定していることから、このシリコン膜と結合して核結
晶の成長を阻害するシリコン酸化膜が形成されることも
ない。従って、この前処理に引き続いて行なわれるドー
プドシリコン膜上におけるシリコンの核形成を効率的に
且つ迅速に行なうことが可能となり、表面に凹凸があっ
て表面積の大きなポリシリコン膜を形成することができ
る。この場合、前処理時の温度範囲は、２００〜４００
℃の範囲内が適切である。また、上述のようなドープド
シリコン膜は、例えば半導体基板上にキャパシタを形成
する時の一方の電極として用いることができる。更に、
上記水分を含む酸化膜は、例えばＴＥＯＳやＢＰＳＧに
より形成されるシリコン酸化膜よりなる。更には、この
方法は、シリコン核形成を行なう場合のみならず、ポリ
シリコンのコンタクトの形成時、メタル配線の形成時、
エピタキシャル膜の形成時にも適用できる。

【００１０】また、請求項６に規定するシステム発明
は、被処理体に対して所定の熱処理を施すための熱処理
装置と、この熱処理装置に連通及び遮断可能に接続され
て、前記被処理体をこの被処理体に形成されている薄膜
の特性に対応した所定の温度範囲内で加熱して前処理を
行なう前処理用熱処理装置とを有するように構成したも
のである。

【００１１】これにより、上記前処理を前処理用熱処理
装置で行ない、実際のシリコンの核結晶を成長させてポ
リシリコン膜を形成する熱処理を熱処理装置で行なう。
この場合、熱処理装置で熱処理を行なって入る時に、待
機中の被処理体に対して前処理を行なうようにすれば、
前処理のために別途時間を確保する必要もなく、効率的
に一連の熱処理を行なうことができる。また、この熱処
理装置としては、前記熱処理装置は、複数の被処理体を
一度に熱処理する縦型の熱処理部と、この熱処理部の下
方に設けられて前記前処理用熱処理装置との間で前記被
処理体の搬入搬出を行なう搬出入部とよりなる装置を用
いることができ、いわゆる縦型のバッチ処理炉に採用す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理方法
及び熱処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。図１は本発明の熱処理システムを示す概略構成
図、図２は本発明方法を説明するための工程図、図３は
シリコンの核結晶が成長する状態を模式的に示す図、図
４はＴＥＯＳのＳｉＯ₂ からの水分の脱離とポリシリコ
ン膜からの水素の脱離の温度依存性を示すグラフであ
る。本実施例においては、キャパシタの一方の電極であ
るリンドープ非結晶シリコン膜の表面にシリコン核結晶
（ＨＳＧ）を形成する場合を例にとって説明する。

【００１３】まず、熱処理システムについて説明する
と、図１に示すようにこの熱処理システム３２は、成膜
や熱拡散等の高温の熱処理を行なうことができる熱処理
装置３４と、本発明の前処理を行なう前処理用熱処理装
置３６とにより主に構成されている。この熱処理装置３
４は、複数の被処理体である例えばシリコン製の半導体
基板Ｗを一度に熱処理する縦型の熱処理部３８と、この
下方に設けられて上記前処理用熱処理装置３６との間で
半導体基板Ｗの搬入搬出を行なう搬出入部４０とにより
構成されている。上記熱処理部３８は、例えば耐熱性の
石英により形成された処理容器４２を有しており、この
処理容器４２は、下端が開放された有天井の外筒４４と
この内側に所定の間隔を隔てて同心状に配置された円筒
体状の内筒４６により構成されて２重管構造になされて
いる。この外筒４４の外側には、加熱ヒータ４８を配置
して全体として加熱炉を形成しており、内部に収容され
る半導体基板を所定の温度に加熱し得るようになってい
る。

【００１４】この処理容器４２の下部側壁には、上記外
筒４４と内筒４６との間に処理ガスを導入するためのガ
ス導入ノズル４９及び内筒４６側から処理容器４２内の
雰囲気を真空引きするための排気ノズル５０がそれぞれ
設けられている。２５〜１５０枚程度の半導体基板Ｗ
は、例えば石英製のウエハボート５２に上下方向に多段
に略等ピッチで支持されており、このウエハボート５２
は、搬出入部４０内に収容されている、例えばボールネ
ジ等よりなる昇降機構５４により昇降される支持アーム
５６の先端に支持されている。具体的には、支持アーム
５６の先端には、上記処理容器４２の下端開口部を気密
にシールする円板状のキャップ部５８を設け、この上
に、例えば石英製の保温筒６０を介して上記ウエハボー
ト５２を載置している。従って、昇降機構５４を駆動さ
せることにより半導体基板Ｗを支持しているウエハボー
ト５２を処理容器４２に対してその下方よりロード及び
アンロードできるようになっている。

【００１５】この搬出入部４０の筐体６２は、例えばス
テンレススチール等により形成されており、その一側壁
には内部にＮ₂ 等の不活性ガスを導入するガス入口６４
が設けられ、底部には内部雰囲気を真空排気するガス出
口６６が設けられる。また、この搬出入部４０内には、
例えばボールネジよりなる昇降機構６８が設けられ、こ
の昇降機構６８には旋回及び水平方向へ伸縮可能になさ
れた移載アーム７０が昇降可能に設けられる。そして、
この移載アーム７０と対向する側壁に開閉可能になされ
たゲートバルブ７２を介して比較的小容量の前記前処理
用熱処理装置３６が連結されている。

【００１６】この前処理容器熱処理装置３６の筐体７４
は、例えばステンレススチールにより形成されており、
その底部には、例えばボールネジ等の昇降機構７６の上
端に固定された載置台７８が昇降可能に設けられてお
り、この載置台７８に、半導体基板Ｗを複数枚、例えば
２５枚程度収容することができる耐熱性材料である例え
ば石英製の耐熱カセット８０が載置されている。また、
この筐体７４の天井部には、加熱ガス導入口８２が設け
られており、このガス導入口８２には途中に開閉弁８４
を介設したガス導入通路８６が接続されている。このガ
ス導入通路８６には、内部に熱交換器８８を収容し、そ
の外側に覆うようにして設けたガス加熱ヒータ９０を配
置してなるガス加熱機構９２が設けられる。このガス加
熱ヒータ９０は、温度制御が可能になされており、流量
制御されて供給される不活性ガス、例えばＮ₂ ガス等を
所定の温度に加熱して前処理熱処理装置３６内へ供給で
きるようになっている。尚、不活性ガスとしては、Ｎ₂
ガスの他に、ＡｒガスやＨｅガスを用いてもよい。そし
て、この筐体７４の天井部には、内部の水分量を検出す
るために、例えば質量分析器よりなる水分検出器９１が
設けられている。

【００１７】また、筐体７４の底部には、ガス排気通路
９４に接続されたガス排気口９６が設けられている。そ
して、このガス排気口９６には、開閉弁９８及び真空ポ
ンプ１００が介設されており、内部雰囲気を真空引きで
きるようになっている。そして、筐体７４の他方の側壁
には、外側の大気との間を開閉するゲートバルブ１０２
が設けられており、この外側には、旋回及び伸縮可能に
なされた搬送アーム１０４が設けられている。そして、
この搬送アーム１０４により外側に設けたカセット１０
６と前処理用熱処理装置３６内の耐熱性カセット８０と
の間で開放されたゲートバルブ１０２を介して半導体基
板Ｗの受け渡しを行なうようになっている。

【００１８】次に、以上ように構成された熱処理システ
ムに基づいて行なわれる本発明方法について説明する。
まず、半導体基板Ｗの全体的な流れについて説明する
と、未処理の半導体基板Ｗは、外部のカセット１０６内
に収容されており、この複数枚の基板Ｗは、開放された
ゲートバルブ１０２を介して搬送アーム１０４により前
処理用熱処理装置３６内の耐熱カセット８０内へ移載乃
至搬送される。搬送に際しては、カセット８０を載置し
た載置台７８を間欠的に上昇、或いは降下させつつ基板
Ｗをカセット８０内に多段に収容する。外部のカセット
１０６内の基板の搬送が完了したならば、ゲートバルブ
１０２を閉じてこの筐体７４内を密閉状態とし、次に、
本発明方法の特徴とする前処理を行なう。

【００１９】まず、加熱機構９２により所定の温度、後
述するように例えば２００〜４００℃の範囲内に加熱し
たＮ₂ 等の不活性ガスを、ガス導入通路８６を介して搬
送し、この高温不活性ガスを筐体天井部に設けた加熱ガ
ス導入口８２から筐体７４内へ導入する。これと同時に
ガス排気口９６からはガス排気通路９４を介して内部雰
囲気を排気し、内部を例えば常圧程度に維持している。
この内部圧力は基板Ｗを加熱昇温できる圧力ならば特に
限定されるものではない。このようにして、加熱不活性
ガスを供給することにより、基板Ｗは上記した２００〜
４００℃の温度範囲に所定時間維持され、前処理が行な
われる。この前処理により、後述するように基板表面の
酸化膜から水分を脱離させることができる。

【００２０】また、この前処理は、先行する他の基板が
熱処理装置３４内にて成膜されているのを待つ間に行な
われるので、前処理のための時間を別途確保する必要も
なく、効率的に行なうことができる。前処理の終点は、
処理時間で管理してもよいが、水分検出器９１の水分検
出値が所定の値よりも小さくなった時点を終点としても
よい。このようにして、前処理が終了したならば、加熱
不活性ガスの供給を停止すると共にこの筐体７４内の雰
囲気を真空排気し、熱処理装置３４内と同じ所定の真空
度になったならば、ゲートバルブ７２を開放してこの筐
体７４と搬出入部４０の筐体６２とを連通する。

【００２１】次に、搬出入部４０内の移載アーム７０を
伸縮、旋回及び昇降移動させつつ耐熱カセット８０内の
全ての前処理済み基板Ｗを搬出入部４０内で待機中のウ
エハボート５２へ順次移載し、これを多段に支持させ
る。このようにして移載が完了したならば、昇降機構５
４を駆動することによってウエハボート５２を上昇さ
せ、これを予め所定の温度に昇温されている処理容器４
２内へその下端開口部から挿入乃至ロードし、この下端
開口部をキャップ部５８により気密に密閉する。このよ
うに基板Ｗのロードが終了したならば、加熱ヒータ４８
からの供給熱量を大きくして基板Ｗを加熱昇温して、こ
れを所定のプロセス温度に維持しつつガス導入ノズル４
９から例えばシラン等の所定のプロセスガスを所定の流
量で供給し、内部圧力も真空引きすることによって、所
定のプロセス圧力に維持し、熱処理、すなわち、シラン
を流しシリコンの核結晶を付着形成して更にこれを成長
させてシリコン膜を成膜する。このようにして、所定の
熱処理が終了したならば、前述した操作と逆の操作を行
なって、処理済みの基板Ｗを搬出入部４０及び前処理用
熱処理装置３６を経てシステム外へ排出する。

【００２２】さて、次に以上説明したような基板の流れ
に沿って行なわれる処理について説明する。図２は本発
明方法の工程図を示しており、図７に示す部分と同一構
成部分については同一符号を付す。まず、外部カセット
１０６内に収容されている未処理の基板Ｗの表面は、図
２（Ａ）に示すようになっており、その前段階までに下
部電極２０までが形成されている。図２（Ａ）におい
て、２は基板Ｗの表面に形成された例えばＳｉＯ₂ より
なるチャネルストッパであり、内側に素子形成領域４を
形成している。この領域４内には、ドレイン６、ソース
８及びこれらの間にゲート酸化膜１０を介してゲート電
極１２をそれぞれ設けることによってスイッチング素子
１４を形成している。１６は、スイッチング素子１４を
含む基板Ｗの表面全体を覆った層間絶縁膜１６であり、
これは例えばＴＥＯＳ等により低温酸化膜として形成さ
れるＳｉＯ₂ よりなり、このＳｉＯ₂ 中にはかなりの水
分が含まれることになる。

【００２３】そして、層間絶縁膜１６を貫通するコンタ
クトホール１８を介してソース８に接続される下部電極
２０は例えばＣＶＤによりリンドープの非晶質シリコン
よりなり、この下部電極２０がキャパシタの一方の電極
を形成することになる。さて、このように形成されてい
る基板Ｗは、前処理用熱処理装置３６内において、図２
（Ｂ）に示すように前処理が施される。具体的には、前
述のように高温に加熱された不活性ガスによりこの基板
全体を所定の温度範囲、すなわち水分を含む上記層間絶
縁膜（酸化膜）１６から水分が脱離する温度以上であっ
て、ドープドシリコン膜、すなわち下部電極２０に結合
する水素が脱離する温度以下の温度範囲で所定の時間だ
け加熱する。この温度範囲は、具体的には２００〜４０
０℃の範囲内であり、これにより水分を含む層間絶縁膜
１６からは水分が脱離して放出されることになる。ま
た、この時の加熱温度は下部電極である不純物ドープド
ポリシリコン膜２０から水素が脱離しないような温度で
あるので、先に脱離した水分がポリシリコン膜２０と結
合することはなく、この表面に核結晶の成長の妨げとな
る酸化膜が形成されることを阻止できる。この時のプロ
セス圧力は常圧程度でよいが、基板自体を迅速にプロセ
ス温度まで加熱し得る圧力ならば、これに限定されな
い。

【００２４】このようにして、所定時間だけ前処理を行
なって十分に水分を脱離させたならば、この基板Ｗを熱
処理装置３４の熱処理部３８へ導入し、下部電極２０で
ある不純物ドープドシリコン膜の表面にシリコンの核結
晶を付着形成させてこれを成長させる。この時のプロセ
ス温度は、従来と同じ、例えば５００〜６００℃程度で
あり、処理ガスとして所定量のシラン（ＳｉＨ₄ ）或い
はジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）を流す。また、プロセス圧力
は、ＳｉＨ₄ の分圧で２×１０^-3Ｔｏｒｒ以下である。
これにより、核結晶は、成長して表面に凹凸のあるＨＳ
Ｇポリシリコン膜１０８を形成する。この際、前述した
ように、下層の水分を含む層間絶縁膜１６からはほとん
ど水分が脱離しないので、下部電極表面に核結晶の成長
を阻害する酸化膜が発生せず、凹凸が激しくてその表面
積が適正に大きくなったＨＳＧポリシリコン膜１０８を
形成することが可能となる。

【００２５】図３はシリコンの核結晶が成長して推移し
ていく状態を示している。不純物として例えばリンＰを
含む非晶質シリコン膜（下部電極）２０は、その表面に
おいて水素（Ｈ）で終端しており、基板表面にまず微細
な核結晶１１０が付着すると、水素が脱離した周囲のシ
リコンＳｉがこの核結晶１１０に引き寄せられて吸着
し、次第に大きく成長して半球状の核結晶１１０Ａへと
成長して行くことになる。このように成長した半球状の
核結晶１１０Ａが図２（Ｃ）に示すように下部電極２０
の表面に形成されて、全体としてポリシリコン膜１０８
となる。このように核結晶の成長を完了してポリシリコ
ン膜１０８の成膜が完了したならば、この同じ熱処理装
置で或いは、この熱処理システムとは別の熱処理装置
で、図２（Ｄ）に示すようにＳｉＯ₂ 等よりなる絶縁膜
を形成することにより容量絶縁膜２２を形成し、更に、
図７に示すようにパターニングされた上部電極２４を形
成することによりキャパシタを製造する。

【００２６】このように、下部電極２０の表面に凹凸の
激しいＨＳＧポリシリコン膜１０８を形成したので、個
々のキャパシタのセルの占有面積が微小でも、その数倍
の面積をキャパシタとして稼ぐことができる。すなわ
ち、セルの占有面積が小さくても、容量の大きなキャパ
シタを製造することができる。ここで、前処理における
適正な温度範囲について検討する。図４はＴＥＯＳ−Ｓ
ｉＯ₂ 中からの水分（Ｈ₂ Ｏ）の脱離とポリシリコン膜
からの水素（Ｈ）の脱離の温度依存性を示すグラフであ
り、曲線ＡはＴＥＯＳ−ＳｉＯ₂ の水分脱離曲線を示
し、曲線Ｂはポリシリコン膜からの水素脱離曲線を示し
ている。このグラフの曲線Ｂから明らかなように、水素
の脱離は略４００℃と略５００℃でピークとなってお
り、これに対して曲線Ａから明らかなように略２００℃
程度で水素の脱離が増加して３６０℃程度でピークを示
している。

【００２７】従って、前述のように酸化膜（ＴＥＯＳ）
から水分が脱離する温度以上であって、ドープドシリコ
ン膜に結合する水素が脱離する温度以下の範囲として
は、２００〜４００℃の範囲が適切であり、特に２５０
〜３６０℃の範囲内が最も好ましいことが判明する。こ
こで、前処理を行わなかった時の従来のＨＳＧシリコン
膜の成膜処理方法による表面と前処理を行なった本発明
の熱処理方法による表面の評価を行なったので説明す
る。

【００２８】図５は前処理を行わなかった従来の熱処理
方法により形成したＨＳＧシリコン膜を示す電子顕微鏡
による図面代用写真、図６は前処理を行なった本発明の
熱処理方法により形成したＨＳＧシリコン膜を示す電子
顕微鏡による図面代用写真であり、図６（Ａ）は３００
℃で前処理を１時間行なった時の写真を示し、図６
（Ｂ）は４００℃で前処理を１時間行なった時の写真を
示す。図５に示す写真から明らかなように、前処理を行
わなかった従来の方法では、シリコンの核結晶が微細な
ままでほとんど成長しないのに対し、図６に示す本発明
の場合には、前処理温度が３００℃及び４００℃の場合
であっても共にシリコンの核結晶が大きく成長してお
り、全体としての表面積が大きくなって良好であること
が判明した。

【００２９】尚、以上の実施例では前処理を行なう際
に、半導体基板を加熱するために加熱ガスを供給するよ
うにしたが、これに限定されず、カセットを載置する載
置台に加熱ヒータを設けるなどして基板を加熱するよう
にしてもよく、その加熱のための手段は問わない。ま
た、本実施例ではキャパシタの一方の電極にＨＳＧシリ
コン膜を形成する場合を例にとって説明したが、これに
限定されず、ポリシリコンのコンタクトの形成時、メタ
ル配線の形成時、エピキシャル膜の形成時等にも適用し
て下地の酸化膜に含まれていた水分による悪影響をなく
すことができる。更に、半導体基板のサイズは、特に限
定されず、６インチから、８インチ及び１２インチのも
のすべてに適用することができる。更には、熱処理シス
テムとして縦型のバッチ加熱炉を例にとって説明した
が、横型のバッチ加熱炉にも適用でき、更には、バッチ
式の加熱炉のみならず、一枚ずつ処理を行なう枚葉式の
熱処理装置にも適用することができるのは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理方
法及び熱処理システムによれば、次のように優れた作用
効果を発揮することができる。請求項１の方法発明によ
れば、酸化膜中に含まれる水分を適正な温度でベークア
ウトして、これが後工程を行なうときに悪影響を及ぼす
ことを防止することができる。請求項２の方法発明によ
れば、不純物ドープドシリコン膜上にシリコンの核形成
を行なってポリシリコン膜を形成する際に、その前処理
として、水分を含む酸化膜から水分が脱離する温度以上
であって、ドープドシリコン膜に結合する水分が脱離す
る温度以下の温度範囲で被処理体に前処理を施すように
したので、この前処理によって酸化膜中から水分をベー
クアウトして脱離させてしまっており、脱離した水分が
ドープドシリコン膜と反応することがない。従って、シ
リコンの核結晶を成長させる際に、この成長を阻害する
シリコン酸化膜が表面に成長することがなくなり、ＨＳ
Ｇポリシリコン膜を効率的に、且つ迅速に成長させるこ
とができる。従って、微細な占有面積にもかかわらず、
その表面積、すなわち容量値が大きなキャパシタを得る
ことが可能となる。

【００３１】本発明のシステムによれば、上記した前処
理を、被処理体の待機中に前処理用熱処理装置内で行な
うことができるので、全体としての熱処理時間を延ばす
ことなく前処理を行なうことができ、処理効率を低下さ
せることがない。また、前処理用熱処理装置は、縦型の
熱処理装置に連結される、いわゆるロードロック室に僅
かに加熱ガス供給口を設けるだけで製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理システムを示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明方法を説明するための工程図である。

【図３】シリコンの核結晶が成長する状態を模式的に示
す図である。

【図４】ＴＥＯＳのＳｉＯ₂ からの水分の脱離とポリシ
リコン膜からの水素の脱離の温度依存性を示すグラフで
ある。

【図５】前処理を行わなかった従来の熱処理方法により
形成したＨＳＧシリコン膜を示す電子顕微鏡による図面
代用写真である。

【図６】前処理を行なった本発明の熱処理方法により形
成したＨＳＧシリコン膜を示す電子顕微鏡による図面代
用写真である。

【図７】半導体集積装置に形成される一般的なキャパシ
タの一例を示す拡大断面図である。

【図８】ＨＳＧポリシリコン膜の従来の形成工程を説明
するための説明図である。

【符号の説明】６ドレイン８ソース１２ゲート電極１４スイッチング素子１６層間絶縁膜（水分を含有する酸化膜）２０下部電極（不純物ドープドシリコン膜）２６キャパシタ３２熱処理システム３４熱処理装置３８熱処理部４０搬出入部４２処理容器７４筐体７８載置台８０耐熱カセット８２加熱ガス導入口８８熱交換器９０ガス加熱ヒータ９１水分検出器９２ガス加熱機構１０８ＨＳＧポリシリコン膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤昌一神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (72)発明者松永正信神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (72)発明者桐生秀樹神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (72)発明者仲野哲也神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (72)発明者三浦一敏神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内Ｆターム(参考） 5F004 AA13 BA01 BB26 BB28 CA01 CA04 FA01 5F038 AC05 DF05 EZ17 5F083 AD22 AD62 GA30 JA02 JA32 JA33 PR12 PR21 PR33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微量な水分を含む酸化膜上に部分的に形
成されているシリコン膜を有する被処理体に対して所定
の熱処理を施すに際して、前記熱処理の直前に、前記被
処理体を、前記微量な水分を含む酸化膜から水分が脱離
する温度以上であって、前記シリコン膜の表面に結合す
る水素が脱離する温度以下の温度範囲で加熱して前処理
するようにしたことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】前記シリコン膜が不純物ドープドシリコ
ン膜であり、前記所定の熱処理はシリコンの核形成を行
なってポリシリコン膜を形成するための熱処理であるこ
とを特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
【請求項３】前記温度範囲は、２００〜４００℃であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理方
法。
【請求項４】前記シリコン膜は、キャパシタの一方の
電極であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の熱処理方法。
【請求項５】前記水分を含む酸化膜は、ＴＥＯＳ（Ｔ
ｅｔｒａ−Ｅｔｈｏｘｙ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌａｎｅに
より成膜したＣＶＤシリコン酸化膜）或いはＢＰＳＧ
（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ−ｓｉｌｌｉｃａ
ｔｅ−Ｇｌａｓｓ）により形成されるシリコン酸化膜で
あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
の熱処理方法。
【請求項６】被処理体に対して所定の熱処理を施すた
めの熱処理装置と、この熱処理装置に連通及び遮断可能
に接続されて、前記被処理体をこの被処理体に形成され
ている薄膜の特性に対応した所定の温度範囲内で加熱し
て前処理を行なう前処理用熱処理装置とを有することを
特徴とする熱処理システム。
【請求項７】前記熱処理装置は、複数の被処理体を一
度に熱処理する縦型の熱処理部と、この熱処理部の下方
に設けられて前記前処理用熱処理装置との間で前記被処
理体の搬入搬出を行なう搬出入部とよりなることを特徴
とする請求項６記載の熱処理システム。
【請求項８】前記前処理用熱処理装置は、複数枚の被
処理体を収容し得る耐熱性のカセット容器と、加熱ガス
を導入するための加熱ガス導入口と、内部雰囲気を排気
するガス排気口とを有していることを特徴とする請求項
６または７記載の熱処理システム。