JP2000124212A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000124212A
JP2000124212A JP10290900A JP29090098A JP2000124212A JP 2000124212 A JP2000124212 A JP 2000124212A JP 10290900 A JP10290900 A JP 10290900A JP 29090098 A JP29090098 A JP 29090098A JP 2000124212 A JP2000124212 A JP 2000124212A
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silicon oxide
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silicon
semiconductor device
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method with which a semiconductor device having a silicon oxide film, which has superior time-zero dielectric breakdown(TZDB) characteristic and a superior time-dependent dielectric breakdown(TDDB) characteristic, can reduce defects in a semiconductor substrate. SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device includes a first step of forming a silicon oxide film 13 in an elements-forming region on the surface of a substrate 10, which contains silicon in at least its surface by heat-treating the substrate 10 in an atmosphere containing hydrogen chloride gas in the range of 300-800 deg.C, a second step of removing the silicon oxide film 13 which was formed in the first step in a hydrogen or hydrofluoric acid atmosphere, and a third step of forming another silicon oxide film 14 on the surface of the substrate 10, from which the silicon oxide film 13 is removed at 750 deg.C or higher. By the first step, the TZDB characteristic of a gate oxide film composed of the silicon oxide film 14 is improved by removing metallic impurities M, and the yield of a MOS transistor is improved. With the second step, the dried oxide film 1, which is considered normally to have poor quality and adheres to the substrate 10 at a low temperature, is removed. With the third step, in addition, the silicon oxide film 14 which can be maintained in a highly reliable state over a long period can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a silicon oxide film on a surface of a silicon substrate which is preferably used as a gate insulating film of a MOS transistor.

【0002】[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 3 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。
2. Description of the Related Art In manufacturing a MOS semiconductor device, it is necessary to form a gate insulating film made of a silicon oxide film or another insulating material on a semiconductor substrate. As this kind of gate insulating film, for example, there is a silicon oxide film, and as a method of forming the silicon oxide film, a dry oxidation method and a humidification oxidation method can be given. The dry oxidation method is a method of forming a silicon oxide film on the surface of a silicon substrate by supplying sufficiently dried high-purity oxygen to a heated silicon substrate. In addition, the humidification oxidation method is a method of forming a silicon oxide film on the surface of a silicon substrate by supplying a high-temperature gas containing water vapor to the silicon substrate. In particular, as one of the dry oxidation methods, HCl, Cl 2 , C
Cl 4 , C 2 HCl 3 , CH 2 Cl 2 , C 2 H 3 Cl 3
There is a method of forming a silicon oxide film by adding a compound containing chlorine or another halogen element, such as, to an oxygen atmosphere. This formation method is called a hydrochloric acid oxidation method. (A) Time-Zero breakdown (Time-Zero) by removing heavy metal contaminants such as iron and cobalt in a silicon oxide film.
Improvement of Dielectric Breakdown (TZDB) characteristics, (B)
There are effective points such as neutralization or gettering of alkali metal impurities in the silicon oxide film and (C) reduction of stacking faults. Among them, the most expected of the hydrochloric acid oxidation method is generally the advantage (A). This is because the time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristic of the silicon oxide film is an index directly related to the yield. Further, as the device becomes finer, the gate insulating film needs to be made thinner. However, when the device is made thinner, it is generally more susceptible to heavy metal contamination. Therefore, expectations for the hydrochloric acid oxidation method are increasing year by year.

【0003】[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。
As an index of long-term reliability of a gate insulating film, in addition to the above-mentioned TZDB characteristics, a time-dependent dielectric breakdown (Time Dependent Dielectric Breakdown) is used.
kdown: TDDB) characteristic. This aging dielectric breakdown
This is a phenomenon in which the gate insulating film does not break down at the moment when a current stress or a voltage stress is applied, but dielectric breakdown occurs in a gate insulating film after a certain time has passed after the stress is applied. So this T
Comparing the respective oxidation methods with respect to the DDB characteristic and the TZDB characteristic, the silicon oxide film formed by the humidification oxidation method has better TDDB characteristics than the silicon oxide film formed by the dry oxidation method. That is, it can be said that the silicon oxide film formed by the humidification oxidation method has higher long-term reliability. It is said that this is due to minute crystal defects existing in the dry oxide film. It is considered that this defect distorts the electric field distribution and locally intensifies the current, thereby deteriorating long-term reliability. However, the silicon oxide film formed by this humidification oxidation method has a T
There is a problem that the ZDB characteristic is lower than that of the silicon oxide film formed by the hydrochloric acid oxidation method. On the other hand, the hydrochloric acid oxidation method, which is one type of the dry oxidation method, contributes to the improvement of the TZDB characteristics, but has a problem that the TDDB characteristics cannot be improved. In addition, this hydrochloric acid oxidation method has a problem that it is difficult to control an apparatus and conditions for forming an oxide film, and it is difficult to form a high-quality silicon oxide film with good reproducibility.

【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。
To solve this problem, a method of forming a silicon oxide film by combining a humidifying oxidation method and a hydrochloric acid oxidation method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-279502. This silicon oxide film forming method is characterized in that after a silicon oxide film is formed by a humidifying oxidation method, a heat treatment is performed in an inert gas atmosphere containing a halogen element.
However, in this method, since the heat treatment with the halogen element is performed after the formation of the silicon oxide film, there is a problem that the effect of removing heavy metal contamination attached to the silicon substrate in the step before the formation of the silicon oxide film is weak. Moreover, in general, heavy metal impurities are more likely to adhere before the formation of the silicon oxide film than during the formation of the silicon oxide film or after the formation of the silicon oxide film. Therefore, the attached heavy metal contaminants may remain, and it is considered that the TZDB characteristics are not sufficiently improved.

【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 2 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。
In a September 1995 issue of the US Micro Magazine, there is a report describing oxidation pretreatment with hydrogen chloride (HCl) and dichloroethylene (C 2 H 2 Cl 2 ) before oxidation. According to this method, heavy metal contamination can be efficiently removed at a low temperature of about 600 degrees. However, it is also described that in this method, an oxide film of about 15 Å is formed by the pretreatment. It is known that an oxide film formed at a low temperature generally deteriorates the TDDB characteristics of the oxide film.

【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。
As described above, it is difficult to form a silicon oxide film as a gate insulating film that can satisfy both TZDB characteristics and TDDB characteristics by the conventional dry oxidation method or humidification oxidation method. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a silicon oxide film which is excellent in TZDB characteristics and TDDB characteristics and can reduce defects included in a semiconductor substrate in a region where a gate insulating film is formed, and a semiconductor including such a silicon oxide film. It is intended to provide a method of manufacturing the device.

【0007】[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。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in particular, the method of forming a silicon oxide film as a gate insulating film, a substrate having at least a surface of silicon is coated on a substrate.
A first step of forming a silicon oxide film on the surface of the substrate by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen chloride gas at a temperature in the range of 00 to 800 degrees, and a first step in a hydrogen or hydrofluoric acid atmosphere Second to remove the deposited silicon oxide film
And a third step of forming a silicon oxide film at a temperature of 750 ° C. or more on the surface of the substrate from which the silicon oxide film has been removed.

【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。
According to the present invention, metal impurities are removed by the first step of performing heat treatment of a silicon semiconductor substrate by generating hydrogen chloride and oxygen. Thereby, the TZDB characteristic of the gate oxide film is improved, and the yield of the MOS transistor is improved. Next, in a second step of removing the silicon oxide film adhered during the pretreatment, the dry oxide film adhered at a low temperature, which is generally considered to be poor in film quality, is removed. Further, the third step of forming an oxide film having a desired film quality and thickness at a high temperature makes it possible to form a gate oxide film having excellent long-term reliability.

【0009】[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。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a method for manufacturing a MOS transistor, particularly an embodiment in which a method for forming a silicon oxide film according to the present invention is applied to a gate insulating film of a MOS transistor. First, as shown in FIG. 1A, a silicon nitride film 11 as an oxidation-resistant film is selectively formed on the surface of a silicon substrate 10, and the silicon oxide film is used as a mask by a so-called LOCOS (selective oxidation) method. The surface of the silicon substrate 10 is selectively oxidized to form an element isolation oxide film 12 made of a thick silicon oxide film. The element isolation oxide film 12 defines an element formation region where a capacitor or a transistor is to be formed. Thereafter, the silicon nitride film 11 is removed.

【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。
Next, as shown in FIG. 1B, after washing with an acid-based aqueous solution, a silicon oxide film 13 is formed on the surface of the silicon substrate 10 in the element formation region. In addition,
FIG. 2 is a diagram in which the temperature-time characteristics in the subsequent processing and the processing gas at that time are shown in a diagram, and will be described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 1B, the silicon substrate 10 is put on a quartz boat (not shown) and carried into a furnace of a vertical diffusion device. The inside of the furnace is at normal pressure and 300 ° C. Then, the inside of the furnace is heated at 100 ° C. per minute in an atmosphere of 5 liters of oxygen per minute and 15 liters of nitrogen per minute, and the inside of the furnace is heated to 700 ° C. Next, hydrogen chloride and oxygen are introduced into the furnace, and a temperature in the range of 300 to 800 ° C, here 700 ° C,
Pre-oxidize for 30 minutes. Here, the flow rate of hydrogen chloride is 0.5 liter per minute, and the flow rate of oxygen is 5 liter per minute. By this processing, a silicon oxide film 13 having a thickness of about 15 ° is formed on the surface of the silicon substrate 10.

【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。
Then, as shown in FIG. 1 (c), the inside of the furnace was purged with nitrogen at 20 liters per minute for 5 minutes, the temperature of the furnace was raised to 800 ° C., and hydrogen was introduced into the furnace every minute. Reduction is performed by flowing 5 liters for 10 minutes to remove the silicon oxide film 13 formed on the surface of the silicon substrate in the previous step.
Subsequently, as shown in FIG.
Purging at a flow rate of 20 liters per minute for 20 minutes, then keeping the inside of the furnace at a high temperature of 750 ° C. or more, here 800 ° C., by pyrogenic method, into the furnace by 10 liters of oxygen and 10 liters per minute. Of hydrogen, ie, water vapor, and a 40 ° silicon oxide film 14 is formed on the surface of the silicon substrate 10 by humidification and oxidation. Thereafter, the temperature in the furnace is lowered to about 300 ° C. at −50 ° C./min while supplying 20 liters of nitrogen per minute to complete the formation of the silicon oxide film 14.

【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。
Thereafter, as shown in FIG. 1E, a gate electrode 15 is selectively formed on the silicon oxide film 14,
The source and drain regions 16 are formed by ion-implanting impurities into the silicon substrate 10, an interlayer insulating film 17 is formed, a contact hole is opened, and a contact electrode 18 is formed. A MOS transistor using oxide film 14 as a gate insulating film is formed.

【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。
As described above, in the manufacturing method of the above-described embodiment, in the step of FIG. 1B, the silicon oxide film 13 is formed in an atmosphere of hydrogen chloride and oxygen, so that the metal impurity on the surface of the silicon substrate 10 is formed. M is a silicon oxide film 1
3 and is removed together with the silicon oxide film 13 in the step of FIG. Thereby, the TZDB characteristics of the gate insulating film made of the silicon oxide film 14 formed on the surface of the silicon substrate 10 in the subsequent steps are improved, and the yield of the MOS transistors is improved. In the step of FIG. 1C, the silicon oxide film 13 formed in the previous step, that is, the dry oxide film 13 formed at a low temperature, which is generally considered to have poor quality, is removed. In the step (d), by forming the silicon oxide film 14 having a desired film quality and thickness at a high temperature, the amount of metal impurities is extremely small, and at the same time, the number of crystal defects in the oxide film is small. When used as a gate oxide film, it is possible to form a gate oxide film which has both high yield and high reliability and is excellent in long-term reliability.

【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。
Here, in the process of the embodiment,
It is preferable that at least the first to third steps are continuously performed in the same furnace.

【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 2
Cl2 、C2 HCl3 、CH2 Cl2 、C2 3 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。
In the step of FIG. 1B, as a method of supplying hydrogen chloride gas to be supplied into the furnace, hydrogen chloride may be directly supplied by a cylinder, but CCl 4 and C 2 H 2 may be supplied.
Cl 2 , C 2 HCl 3 , CH 2 Cl 2 , C 2 H 3 Cl 3
A compound containing chlorine may be reacted with oxygen in a furnace to generate hydrogen chloride. According to this method, there is an advantage that the piping on the upstream side does not corrode because hydrogen chloride is not generated on the upstream side of the apparatus.

【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。
In the step of FIG. 1C, hydrogen is used to remove the silicon oxide film formed in the previous step, but hydrofluoric acid vapor may be used instead.
However, in this case, Kiyoei dissolves with hydrofluoric acid vapor,
A quartz jig cannot be used in the furnace, and it is necessary to use a material such as silicon carbide as the jig.

【0017】[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。
As described above, the present invention improves the TZDB characteristics of a gate oxide film by removing metal impurities by a first step of performing heat treatment of a silicon semiconductor substrate by generating hydrogen chloride and oxygen, Improve the yield of MOS transistors. In the second step of removing the silicon oxide film adhered at the time of the pretreatment, the dry oxide film adhered at a low temperature, which is generally considered to be poor in film quality, is removed. Further, the third step of forming an oxide film having a desired film quality and thickness at a high temperature makes it possible to form a silicon oxide film having excellent long-term reliability. As a result, the silicon oxide film formed by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has very few metal impurities and at the same time has few crystal defects in the oxide film. It is possible to have both high yield and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention in the order of steps.

【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。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a temperature-time correlation and a processing gas in the manufacturing process of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 11 Silicon nitride film 12 Element isolation oxide film 13 Silicon oxide film (dry oxide film) 14 Silicon oxide film (humidified oxide film) 15 Gate electrode 16 Source / drain region 17 Interlayer insulating film 18 Contact electrode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
A first step of heat-treating a substrate having at least a surface of silicon in an atmosphere containing hydrogen chloride gas in a temperature range of 300 to 800 ° C. to form a silicon oxide film on the surface of the substrate; A second step of removing the silicon oxide film formed in the first step in a hydrogen or hydrofluoric acid atmosphere, and applying a silicon oxide film at a temperature of 750 ° C. or more on the surface of the substrate from which the silicon oxide film has been removed. Forming a semiconductor device.
【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。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the third step, the silicon oxide film is formed by a humidifying oxidation method of supplying a high-temperature gas containing water vapor to the surface of the substrate. Production method.
【請求項3】 前記第1の工程において、CCl4 、C
2 2 Cl2 、C2HCl3 、CH2 Cl2 、C2 3
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。
3. The method according to claim 1, wherein in the first step, CCl 4 , C
2 H 2 Cl 2 , C 2 HCl 3 , CH 2 Cl 2 , C 2 H 3
3. The method according to claim 1, wherein a compound containing chlorine such as Cl.sub.3 is reacted with oxygen to generate the hydrogen chloride gas.
【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。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first to third processes are performed by a rapid heating apparatus of a lamp heating type.
【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。
5. The method according to claim 1, wherein the thickness of the silicon oxide film formed in the third step is 40 Å or less.
【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。
6. The method according to claim 5, wherein a MOS transistor is manufactured using the silicon oxide film formed in the third step as a gate insulating film.
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WO2018055724A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 株式会社日立国際電気 Method for manufacturing semiconductor device, substrate treatment apparatus, and program

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