JP2002100633A

JP2002100633A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2002100633A
Application number: JP2001192077A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】信頼性の高い絶縁膜と半導体との界面（例え
ば、酸化膜／シリコン界面）を有する半導体装置を提供
することを目的とする。【構成】プラズマを伴わない水素活性種によりシンタ
リング処理された絶縁膜を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱処理装置に係わり、特
に信頼性の高い酸化膜／シリコン界面の形成が可能な熱
処理装置関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を、絶縁膜として酸化膜を、
半導体としてシリコンを例にとり説明する。

【０００３】従来、酸化膜／シリコン界面のダングリン
グボンドを終端する技術の１つとしていわゆるシンタリ
ング法が知られている。この方法は、シリコン基板上に
酸化膜あるいは酸化膜および電極、配線等を形成した
後、水素、不活性ガス等のガス体を混合した水素等を加
熱した酸化膜／シリコン基板に接触させることにより酸
化膜／シリコン界面のダングリングボンドを水素で終端
する方法である。

【０００４】また、水素ガスあるいは不活性ガスと水素
ガスとを混合した混合ガスをプラズマ化し、プラズマ中
の水素イオン及び水素活性種を、酸化膜／シリコン基板
に接触させて、ダングリングボンドを水素で終端する技
術も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の技術に
おいては、導入されたガス体が活性でないため、酸化膜
／シリコン界面のダングリングボンドの終端が不十分で
あり、高い信頼性のデバイスが製造されない。

【０００６】一方、後者の技術は、プラズマ中の水素活
性種を用いてダングリングボンドの終端を行っているた
め、ダングリングボンドは十分に終端され、高い信頼性
を有するデバイスが得られることが期待される。しか
し、実際に後者の技術によりダングリングボンドの終端
を行った場合、必ずしも高い信頼性を有するデバイスが
得られないことが判明した。本発明者は、このように、
期待に反して高い信頼性を有するデバイスが得られない
原因を探求した。その結果、後者の技術では、プラズマ
を発生させているため、そのプラズマが酸化膜及び酸化
膜／シリコン界面に損傷を与えており、そのために新た
に欠陥及びダングリングボンドを生成していることが原
因であることを解明した。

【０００７】結局、現在のところ、酸化膜及び酸化膜／
シリコン界面に損傷をあたえることなく、ダングリング
ボンドを十分に終端し得る技術は存在せず、酸化膜／半
導体界面の界面準位が低く、信頼性の高い半導体装置は
実現されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の課題を解決すべくなされたものであり、信頼性の高
い絶縁膜と半導体との界面（例えば、酸化膜／シリコン
界面）を有する熱処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理装置は、
被処理物を搬出入するための開閉可能な開口部とガスを
内部に導入するためのガス導入口とを有する炉心管と；
該炉心管内部を加熱するための炉心管加熱手段と；該炉
心管の内部に配置された被処理物の位置よりも上流側に
おいて、水素ガス又は水素ガスを含むガスから、プラズ
マを伴うことなく水素活性種を生成させるための水素活
性種発生手段と；を少なくとも有することを特徴とす
る。本発明の熱処理装置は、被処理物を搬出入するため
の開閉可能な開口部とガスを内部に導入するためのガス
導入口とを有する炉心管と；該炉心管内部を加熱するた
めの炉心管加熱手段と；該ガス導入口に連通させて接続
されたガス導入管と；該ガス導入管を加熱するための加
熱手段と；を少なくとも有し、該ガス導入管の少なくと
も内表面がニッケル又はニッケルを含む材料よりなるこ
とを特徴とする。本発明の熱処理装置は、被処理物を搬
出入するための開閉可能な開口部とガスを内部に導入す
るためのガス導入口とを有する炉心管と；該炉心管内部
を加熱するための炉心管加熱手段と；該ガス導入口に連
通させて接続され、ガス源側に複数の分岐管を有するガ
ス導入管と；該ガス導入管を加熱するための加熱手段
と；を少なくとも有し、該ガス導入管の一部又は全部の
少なくとも内表面がニッケル又はニッケルを含む材料よ
りなることを特徴とする。本発明の熱処理装置は、被処
理物を搬出入するための開閉可能な開口部とガスを内部
に導入するためのガス導入口とを有する炉心管と；該炉
心管内部を加熱するための炉心管加熱手段と；を有し、
該炉心管の、少なくとも被処理物が配置された位置より
も上流側の少なくとも内表面がニッケル又はニッケルを
含む材料よりなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の半導体装置においては、絶縁膜／半導
体界面（例えば、シリコン酸化膜／シリコン界面）を有
する半導体装置の該絶縁膜に、プラズマを伴わない水素
活性種（例えば、３００℃以上の温度に加熱したニッケ
ルまたはニッケルを含む材料に接触させて生成せしめた
水素活性種）を接触させることにより形成される。水素
活性種は、絶縁膜に接触すると、絶縁膜中を拡散し、絶
縁膜中および絶縁膜／半導体界面のダングリングボンド
を、ダメージを与えることなく終端する。従って、高い
信頼性の絶縁膜、ひいては半導体装置が得られる

【００１１】

【実施態様例】以下の本発明の実施態様例を説明する。

【００１２】（水素活性種発生手段）本発明では、水素
ガス又は水素ガスを含むガスから、プラズマを伴うこと
なく水素活性種を生成させ、この水素活性種を用いてダ
ングリングボンドを終端することを一つの特徴とする。
かかる水素活性種を発生させるための手段（水素活性種
発生手段）は、例えば、次のように構成すればよい。

【００１３】例えば、図３に示すように、ガス導入口３
１２に連通させてガス導入管３０２を、炉心管３０１に
接続し、かつ、加熱手段３０９をガス導入管３０２を加
熱し得るように配置する。その際、ガス導入管３０２の
内面は、ニッケル又はニッケルを含む材料により構成す
る）。

【００１４】この場合、加熱手段によりガス導入管３０
２の内部を３００℃以上に加熱し、ガス導入管３０２に
水素ガス源から水素ガスを導入すると、ガス導入管３０
２の内面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
る。これは、３００℃以上の温度においては、ガス導入
管３０２を構成するニッケル自体あるいはニッケルを含
む材料中のニッケルが触媒作用をなすためと考えられ
る。このように生成された水素活性種は当然プラズマを
ともなっていないため被処理物にダメージを与えること
がない。

【００１５】また、水素ガスを他のガス（例えば、Ａｒ
等の不活性ガス）とともに炉心管内に導入する場合は、
図４に示すように、分岐管３０２ａ，３０２ｂを有する
ガス導入管３０２をガス導入口３１２に連通させて炉心
管３０１に接続する。分岐管３０２ａが水素ガス源に接
続される。図４に示した例は分岐管が２つの場合である
が、必要に応じ２以上の分岐管を設けてもよい。

【００１６】導入管３０２の内表面の一部又は全部はニ
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する。図４に
示す例では、分岐管３０２ａの内表面をニッケル又はニ
ッケルを含む材料により構成してある。そして、加熱手
段３０９は、この分岐管３０２ａを加熱し得るように配
置してある。もちろん、分岐管３０２ａ，３０２ｂが合
流する部分（この部分がそれぞれの分岐管３０２ａ，３
０２ｂからのガスの混合部３０２ｃとなる）を加熱し得
るように加熱手段３０９を配置してもよい。

【００１７】図３、図４では、導入管３０２を設けた例
を示したが、かかる導入管を設けず、図５に示すよう
に、炉心管３０１の内表面をニッケル又はニッケルを含
む材料により構成してもよい。

【００１８】この場合は、図３、図４で示したような加
熱手段を設ける必要が無く、炉心管加熱手段３０４によ
り加熱を行うことができるので、炉心管３０１の内部に
おいて水素活性種を生成させることができる。なお、ニ
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する部分は、
被処理物である半導体装置の形成されている基体３０５
の配置されている位置よりも上流側のみでも足りるが、
残部をかかる材料により構成してもよい。

【００１９】なお、以上述べた実施態様では、導入管な
いし炉心管の内表面をニッケル又はニッケルを含む材料
により構成して水素活性種生成手段を構成しているが、
かかる構成以外であってもよい。例えば、水素ガス源と
炉心管との間に、内部にニッケル（例えば、繊維状ニッ
ケル、網状ニッケル、スポンジニッケル等）を充填した
容器を設けることにより水素活性種生成手段を構成して
もよい。この容器内を水素ガスあるいは水素ガスを含む
ガスを通過させれ、この容器を３００℃以上に加熱する
ようにすれば、水素活性種が得られ、この水素活性種を
炉心管に導入することができる。

【００２０】また、半導体装置の配線部をニッケルある
いはニッケル合金により形成した場合には、この配線部
を３００℃以上に加熱し、そこに水素ガスまたは水素ガ
スを含むガスを接触させれば、水素活性種が生成する。

【００２１】（ニッケル、ニッケルを含む材料）次にニ
ッケル又はニッケルを含む材料について説明する。

【００２２】ニッケルを含む材料としては、例えば、Ｎ
ｉ基合金が好ましい。また、Ｎｉ基合金の中でも、Ｎｉ
−Ｍｏ系合金又はＮｉ−Ｗ系合金が好ましい。より具体
的には、例えば、ハステロイ（登録商標）があげられ
る。

【００２３】また、他のニッケルを含む材料としては、
例えば、表面粗度が、１μｍ以下の表面粗度に電解研磨
されたステンレス鋼を用いてもよい。この場合、ステン
レス鋼の表面には、不純物濃度が１０ｐｐｂ以下の酸化
性雰囲気中で熱処理することにより形成された不動態膜
が形成されているものを用いることがより好ましく、さ
らに、ステンレス鋼の表面には、酸化性雰囲気中で熱処
理した後、水素雰囲気中で還元処理を行うことにより形
成された不動態膜が形成されているもの（特願平３−２
１２５９２号にて別途提案）を用いることがさらに好ま
しい。かかる不動態膜の表面は、クロム酸化物を主成分
としており、その表面は耐食性に優れ、また、水分の吸
着がきわめて少ないためガス中への不純物の混入をきわ
めて少なくすることができる。なお、不動態膜の表面粗
度は、０．５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以下がよ
り好ましい。なお、かかる不動態膜は、クロム酸化物を
主成分としているが、ニッケル酸化物を含んでおり、こ
のニッケル酸化物中のニッケルが触媒の作用をなし、不
動態膜表面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
るものと考えられる。

【００２４】（絶縁膜、半導体）本発明における半導体
としては、例えば、半導体ウエハ、絶縁基体あるいは半
導体ウエハ上に形成された半導体層があげられる。

【００２５】半導体層としては、例えば、シリコン、ゲ
ルマニウム、ＧａＡｓ等の化合物半導体があげられる。

【００２６】また、半導体の結晶状態としては、アモル
ファス、多結晶、単結晶のいずれでもよい。

【００２７】一方、絶縁膜としては、例えば、酸化膜、
窒化膜があげられる。この絶縁膜は、加熱により形成し
たもの（例えば、熱酸化膜）、堆積により形成したもの
（堆積酸化膜）、その他の方法で形成したもののいずれ
であってもよい。

【００２８】（ニッケル、ニッケルを含む材料の温度）
ニッケル、ニッケルを含む材料の温度は、３００℃以上
である。３００℃未満では、水素活性種の発生が十分で
はない。特に、３００℃〜４５０℃が好ましく、３００
℃〜４００℃がさらに好ましい。４５０℃を越えた場
合、水素活性種の発生量は増加するが、他方、ニッケ
ル、ニッケルを含む材料の表面に不動態膜が形成されて
いないような場合にはその表面から不純物が放出され、
その不純物がガス中に混入するおそれがあるからであ
る。

【００２９】（処理温度）本発明において、水素活性種
を含むガスを絶縁膜を有する基体に接触させる際におけ
る基体温度としては、２０〜１２００℃が好ましく、２
０〜６００℃がより好ましく、２０〜４５０℃がさらに
好ましい。

【００３０】（ガス）本発明では、ニッケル又はニッケ
ルを含む材料に接触させるガスは、水素ガス又は水素ガ
スを含むガスである。水素ガスを含むガスとしては、例
えば、水素ガスと不活性ガス（例えば、Ａｒガス、窒素
ガス等）とを混合したガスを用いればよい。なお、ガス
流量には特に限定されない。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３２】（実施例１）図１に本実施例に係る半導体
装置の基本構造を断面図で示す。

【００３３】ここでは半導体装置内に含まれる１対のＣ
ＭＯＳのみを示す。図１で、１１は基板裏面の電極、１
１はｐ^＋基板、１３はｎ^＋埋め込み領域、１４は高抵抗
ｐ⁻ 領域、１５は高抵抗率ｎ⁻領域、１６は絶緑分離領
域、１７，１８はｎ^＋領域、１９，２０はｐ^＋領域、２
１，２２，２３，２４はＭｏＳｉ_２，ＷＳｉ_２，ＴａＳ
ｉ_２，ＴｉＳｉ_２もしくはＰｄ_２Ｓｉ等の金属シリサイ
ド、２５，２６はシンタリング処理されたシリコン酸化
膜（ゲート絶縁膜）であり、その処理方法は後に詳述す
る。２７，２８はゲート電極、２９，３０，３１はＡ
ｌ，ＡｌＳｉもしくはＡｌＣｕ等の金属電極、３２，３
３，３４は、電極２７，２８，２９，３０，３１を絶縁
分離するための金属フッ化膜（電極として例えばＡｌを
用いた場合はＡｌＦ_３）、３５はパッシベーション用
ＰＳＧ膜もしくは窒化膜である。

【００３４】図１で、ゲート絶縁膜２５と領域１４の界
面は領域ｌ７，１８と領域１４の界面より領域１４側に
形成されており、ゲート絶縁膜２６と領域１５の界面は
領域１９，２０と領域１５との界面より領域１５側に形
成されている。この構造では、チャネル部のソースとド
レインの問の電界強度が軽減されるため短チャネル効果
が起こりにくい。

【００３５】図１で、ゲート電極２７，２８の材料はｎ
^＋領域１７，１８とｐ^＋領域１９，２０の両方の領域に
対して高い拡散電池をもつものが望ましい。例えば、Ａ
ｌ、ＡｌＳｉもしくはＡｌＣｕにすると、高い拡散電位
が得られる。Ａｌでは、ｎ^＋領域に対して０．７Ｖ程
度、ｐ^＋領域に対して０．４Ｖ程度の拡散電位を持つこ
とになる。もちろん、ゲ−ト電極は仕事関数の値がｎ^＋
領域、ｐ^＋領域のいずれに対しても高いバリアを持つも
のであればよく、高融点金属や金属シリサイドでもよ
い。したがって、ゲート電極の抵抗は小さい。

【００３６】また、この構造では、ｎ^＋ソース領域に対
するｐ^＋基板１２とゲート電極２７の拡撒電位によっ
て、およびｐ^＋ソース領域に対するｎ^＋埋め込み領域１
３とゲート電極２８の拡散電位によって、チャネル中に
電位障壁を生じさせ、チャネル領域１４、ｌ５の不純物
密度が１０^１４〜１０^１６ｃｍ^−３程度でＭＯＳトラン
ジスタでのノーマリオフ特性を実現している。すなわ
ち、領域１４及び１５は高抵抗領域であって、不純物濃
度は低く保たれている。したがって、電子やホールが流
れるチャネル幅が広く保たれ、チャネルを走るキャリア
の移動が低下することなく短チャネルが実現できる。す
なわち、変換コンダクタンス８ｍの大きなＭＯＳトラン
ジスタとなる。

【００３７】図１で、ｎ^＋領域１７と領域１４との接合
面、ｎ^＋領域１８と領域１４との接合面、ｐ^＋領域１９
と領域１５との接合面、およびｐ^＋領域２０と領域１５
との接合面は平面であり、接合面の面積が小さいためフ
リンジ効果が少なくソース領域とドレイン領域間および
ソース領域と基板間、ドレイン領域と基板間の容量が小
さい。

【００３８】図１において、電極２９，３０，３１の材
料は、例えばＡｌ，ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＣｕＳｉ
であり、ソース電極及びドレイン電極の抵抗が小さい。
ソース抵抗、ドレイン抵抗、ゲート抵抗が小さく、ま
た、ソース、ドレイン容量も小さい上に、変換コンダク
タンスｇ_ｍが大きいから、高速性能に優れたトランジス
タとなる。もちろん、ソース電極およびドレイン電極は
例えばＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ等の金属でもよい。

【００３９】図１で、基板としてｎ^＋埋め込み領域１３
を備えているｐ^＋基板１２について説明したが、以上述
べた半導体装置の動作はサファイア、スピネル、石英、
ＡｌＮもしくはＳｉＣ等の絶緑物基板を用いても実現さ
れる。

【００４０】次に、図１の半導体装置を製作するための
製造工程の一例を図２に示す。基板１２にｐ^＋基板を用
いた場合につき説明する。ｐ^＋基板１２の領域１３に、
例えばＣＶＤ法で堆積したＰＳＧ膜からＰの熱拡散でｎ
^＋埋め込み領域を形成する。もちろん領域１３はＰもし
くはＡｓのイオン注入及び活性化アニ−ルで形成しても
よい。分離領域１６、ｐ⁻領域１４、ｎ⁻領域１５は例
えば次のように形成する。埋め込み領域１３を有する基
板１２の表面を数１０ｎｍ程度熱酸化した後、ＰＳＧ膜
あるいはＢＰＳＧ膜を所定の厚さにＣＶＤ法で成膜す
る。領域１４、１５に相当する部分の熱酸化膜及びＰＳ
Ｇ膜あるいはＢＰＳＧ膜をリアクティブイオンエッチン
グにより除去する。続いて、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６ある
いはＳｉＨ _２Ｃｌ_２を用いたＣＶＤ法により、領域１
４，１５を選択エピタキシャル成長させる。このように
して図２（ａ）に示す構造が形成されるが、以上の方法
に限らず他のいかなる方怯で形成しても良い。なお、領
域１４、１５の厚さは、つくるデバイスにより適宜選択
すればよいが、例えば、０．０３〜０．５μｍ程度の値
に選べばよい。

【００４１】次に、領域１４，１５の表面上に選択的に
１０〜２０ｎｍの厚さの金属層、例えばＷ，Ｔａ，Ｔ
ｉ，Ｍｏ等よりなる層を成長させる。その後、これらの
金属層をスルーするイオン注入によって、領域１４に例
えばＡｓを、領域１５に例えばＢとＳｉを選択的に打ち
込み、ついで活性化アニ一ルを施すことによって、図２
（ｂ）に示すように、領域２１，２２，２３，２４のシ
リサイド層とｎ^＋領域１７，１８および、領域１９，２
０を形成する。

【００４２】次に、スパッタ法もしくはＣＶＤ法等で、
０．２〜１．０μｍ程度のたとえばＡｌ膜を形成し、図
２（ｃ）に示すように所定の領域をリアクティブイオン
エッチングによってエッチングする。領域２９，３０，
３１の表面を、超高純度Ｆ_２ガスを用いて例えば１００
℃、４時間程度フッ化し、ついで、不活性ガス（例えば
Ｎ_２ガス）中で１５０℃，５時間のアニールを行い、Ａ
ｌ領域表面にＡｌＦ_３の絶縁層（図２（ｄ）の領域３
２，３３，３４）を形成する。次に、図２（ｄ）に示す
ように、領域３２，３３，３４をマスクとして、金属シ
リサイド層、ｎ^＋領域、ｐ^＋領域の所定の領域をリアク
ティブイオンエッチングによりエッチングし、コンタク
トホールを形成する。

【００４３】次に、コンタクトホールから露出している
面に酸化膜を例えば、熱酸化法で形成する。すなわち、
図２（ｅ）に示すように、シリサイド層、ｎ^＋領域、ｐ
^＋領域、ｎ⁻領域に、熱酸化により酸化膜が形成され
る。

【００４４】次いで、以下に述べるシンタリング処理を
行う。以下に述べるシンタリング処理により酸化膜中お
よび酸化膜／シリコン界面のダングリングボンド数が少
なく、トラップ密度が低い酸化膜および酸化膜／シリコ
ン界面を形成される。

【００４５】さらに、図１に示す半導体装置の構造は、
ゲート電極２７，２８の形成及び所定領域のエッチン
グ、パッシベーション層３５の形成、そして電極１１の
形成によって作成できる。

【００４６】図３に、本実施例で用いたシンタリング装
置を示す。

【００４７】本例におけるシンタリング装置は、模型単
管シンタリング炉装置である。なお、以下の説明におい
てお互いに同一又は均等の構成部材は、同一の符号で示
す。

【００４８】図３に示すように、本例の装置において、
炉心管３０１は、炉心管の長手方向の一端側に外部から
ガスを導入するためのガス導入口３１２を有し、その外
側には、ガス導入口３１２に連通させてガス導入管３０
２が設けられている。

【００４９】本例においては、ガス導入管３０２は、ニ
ッケル合金（ハステロイＣ：登録商標）で構成されてお
り、また、ガス導入管３０２の外側には加熱手段たる加
熱源９が設置されている。

【００５０】なお、前記ガス導入管３０２の材質は、ニ
ッケル鋼の他、ステンレス鋼、ハステロイ等でもよい、
すなわち、少なくともニッケル金属を含む材料であれば
よく、望ましくは炉心管３０１内を汚染しないために表
面処理（例えばドライ酸素酸化不動態化処理）された材
料であればよいことは実施態様の項で述べた通りであ
り、これらについても本例と同様の結果が得られること
が確認されている。

【００５１】ガス導入管３０２の上流側にはバルブを介
して図示省略のガス供給系が接続されている。前記加熱
源３０９としては、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ランプ
ヒータ等により構成すればよい。

【００５２】一方、炉心管３０１内の保持部材たる石英
サセプタ３０６上には、被処理物、例えば、シリコン基
板３０５が載置され、炉心管加熱手段である加熱源３０
４により加熱されるようになっている。前記加熱源３０
４としては、例えば、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ラン
プヒータ等により構成される。なお、炉心管３０１及び
サセプタ３０６の材質は、合成石英、溶融石英の他に、
アルミナ、シリコンカーバイト、窒化アルミニウム、窒
化ほう素等が挙げられ、シリコン基板を汚染しない（例
えばナトリウムイオンフリー、重金属フリー、脱ガスフ
リー、パーティクルフリー等）材料が望ましい。

【００５３】以下に、図３に示す装置を用いてシンタリ
ングを行ったより具体的例を述べる。

【００５４】コンタクトホールに酸化膜を形成後、シリ
コン基板３０５を、石英サセプタ３０６上に設置し、炉
心管３０１の開口部３１１の蓋体３１０を開き、ソフト
ランディング搬送によって炉心管３０１内に搬入し、蓋
体３１０を閉めた。その後、前記加熱源３０４によって
シリコン基板３０５を３００℃に加熱した。

【００５５】ガス導入管３０２に、水素ガスとアルゴン
ガスの混合ガスを導入した。なお、この混合ガスは、１
０％の水素ガスとアルゴンガスの混合ガスであり、流量
は、１０００ｃｃ／分に設定した。

【００５６】水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを、
加熱源３０９により４００℃に加熱したガス導入管３０
２の内表面に接触し、水素活性種を生成させ、ガス導入
口３１２を介して炉心管３０１内に導入した。

【００５７】一方、炉心管３０１内のシリコン基板３０
５を３００℃に加熱し、混合ガスを炉心管３０１に導入
後、３０分間３００℃に保持することによりシンタリン
グ処理を行った。ガス導入口３１２から導入された水素
活性種を含む混合ガスはこのシリコン基板３０５の表面
に接触し、酸化膜中を拡散し、酸化膜中及び酸化膜／シ
リコン界面のダングリングボンドを終端した。

【００５８】シンタリング処理後、前記ソフトトランデ
ィング搬送の逆の手順によってシリコン基板３０５及び
石英サセプタ３０６を炉心管３０１から外部に搬出し
た。

【００５９】その後、シンタリング処理後のシリコン基
板３０５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度を擬定容
量−電圧測定により計測した。その実測例としてシンタ
リング後の界面−準位密度２×１０^９ｃｍ^−２ｅＶ^−１
以下という結果を得た。

【００６０】（比較例）一方、前記ガス導入管３０２を
加熱せずに、活性水素を生成しないこと以外は、他の工
程を前述と同じ条件で、すなわちシリコン基板３０５の
石英サセプタ３０６上への設置、ソフトランディング搬
送、水素／アルゴン混合ガス中でのシリコン基板３０５
の３０分間３００℃での加熱、ソフトランディング搬送
による取り出しを同じ条件で行なったところ、シリコン
基板３０５上にＭＯＳダイオードの界面準位密度は１×
１０^１０ｃｍ^−２ｅＶ^−１であった。

【００６１】本発明の実施例における酸化膜／シリコン
界面の界面準位密度は前述した通り２×１０^９ｃｍ^−２
ｅＶ^−１以下であるので、両者を比較すると、本発明の
実施例は、酸化膜／シリコン界面のダングリングボンド
数が低減することがわかる。［００６２］結局、図１で、シリコン酸化膜（ゲート酸
化膜）２５，２６はプラズマを伴わない水素活性種によ
りシンタリング処理されているため、酸化膜中の中性ト
ラップ密度が低い。デバイス動作時にホットエレクトロ
ンが酸化膜中に注入されてもしきい値電圧のシフト量が
小さく信頼性能に優れたトランジスタとなる。また、プ
ラズマを伴わない水素活性種によりシンタリング処理さ
れた酸化膜／シリコン界面においてダングリングボンド
数が少なく、かつ酸化膜中および酸化膜／シリコン界面
のシリコン原子と水素原子の結合力が強い。デバイス動
作時にホットエレクトロンが酸化膜中に注入されてもシ
リコン原子と水素原子との結合が切断されず、酸化膜中
のトラップまた酸化膜／シリコン界面の界面準位が生成
されないため、変換コンダクタンスが低下せず、信頼性
能に優れ、超高速性能を維持するトランジスタとなる。

【００６２】このように、本発明で形成された酸化膜を
備えた構造の半導体装置により、超高速性に優れかつ信
頼性に優れた絶縁ゲート型トランジスタを用いた半導体
集積回路を実現できる。

【００６３】（実施例２）実施例２では、図４に示す装
置を用いた。この装置は、水素ガス又は水素活性種とア
ルゴンガスとの混合部３０２ｃをガス導入管３０２に設
けたものである。すなわち、本例では、ガス導入管とし
て、分岐管３０２ａ，３０２ｂを有するガス導入管３０
２を用いた。分岐管３０２ａ，３０２ｂが合流する部分
がガスの混合部３０２ｃとなる。本例では、分岐管３０
２ａは水素ガス源（図示せず）に接続され、分岐管３０
２ｂはアルゴンガス源（図示せず）に接続されている。
また、本例では、加熱手段３０９は、分岐管３０２ａの
近傍に設けた。もちろん混合部３０２ｃ近傍に設けても
よいことは前述した通りである。

【００６４】本実施例は、ガス混合部をガス導入管に設
けている以外実質的にはその構成及び作用は上記実施例
１と同様である。

【００６５】すなわち、本実施例の場合、上記実施例１
と同様炉心管３０１から取り出されたシリコン基板３０
５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度は２×１０^９ｃ
ｍ⁻ ^２ｅＶ^−１以下であった。

【００６６】（実施例３）実施例３では図５に示す装置
を用いた。この装置は、炉心管３０１をニッケル金属で
構成したものである。

【００６７】なお、加熱源３０４は炉心管３０１を介し
て被加熱部たるシリコン基板を加熱する。

【００６８】ガス導入管３０２に流す導入ガスとしての
水素とアルゴンの混合ガスは例えば１０００ｃｃ／分の
流量に設定されるが炉心管３０１に導入される間に加熱
されたニッケル金属に接触することはない。本実施例の
場合、反応処理終了後に炉心管から取り出されたシリコ
ン基板３０５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度は２
×１０^９ｃｍ^−２ｅＶ^−１以下であった。

【００６９】なお、縦型に構成されている以外は実質的
にはその構成は、上記実施例１、２、３と同様の実施例
においては、その作用はいずれも上記実施例と同様であ
る。すなわち、上記実施例と同様炉心管３０１から取り
出されたシリコン基板３０５上のＭＯＳダイオードの界
面準位密度は２×１０^９ｃｍ^−２ｅＶ^−１以下であっ
た。

【００７０】図６は、実施例１に係る装置で形成したＭ
ＯＳＦＥＴと従来の装置で形成したＭＯＳＦＥＴのホッ
トエレクトロン耐性を示すグラフである。図６の横軸は
注入したホットエレクトロンの数を表し、縦軸はしきい
値電圧のシフト量を表している。酸化膜の厚さは１０ｎ
ｍである。ゲート電極としてはｎ^＋型多結晶シリコンが
使用されている。

【００７１】実施例１に係る装置で形成したＭＯＳＦＥ
Ｔは、１×１０^１７のホットエレクトロンを注入しても
しきい値電圧のシフト量は０．０３Ｖと小さい。一方、
従来の装置で形成したＭＯＳＦＥＴは、しきい値電圧が
０．２Ｖと大きくシフトしている。すなわち、実施例１
に係る装置で形成したＭＯＳＦＥＴは高い信頼性を示す
ことがわかった。

【００７２】図７は、実施例１に係る装置で形成したＭ
ＯＳＦＥＴ型ＴＦＴと従来の装置で形成したＭＯＳＦＥ
Ｔ型ＴＦＴのサブスレシュホールド特性を示すグラフで
ある。図７の横軸は、ゲート電圧を表し、横軸はドレイ
ン電流を表している。基板としては、シリコンウエハ上
に酸化膜を形成し、酸化膜上にｐ型多結晶シリコンを形
成している。ＭＯＳＦＥＴは、多結晶シリコン上に形成
している。前記多結晶シリコンは、酸化膜の他、ガラス
上に形成される。ゲート電極としてはｎ^＋型多結晶シリ
コンが使用されている。ＭＯＳＦＥＴのチャネル長さは
２μｍ、チャネル幅は１００μｍである。ドレイン電圧
としては、５Ｖが印加されている。

【００７３】実施例１において形成したＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴは、ゲート電圧が０Ｖの場合ドレイン電流１×１
０^−１３Ａ以下である。一方、従来の装置で形成したＭ
ＯＳＦＥＴ型ＴＦＴは、ゲート電圧が０Ｖでも１×１０
^−７Ａ以上の電流が流れている。本実施例の装置で形成
したＭＯＳＦＥＴ型ＴＦＴでは、ゲート酸化膜／多結晶
シリコン界面のダングリングボンドが水素で終端され、
かつチャネルを形成する多結晶シリコンの粒界のダング
リングボンドが水素で終端されるため、ドレイン電流を
低減できている。そのため、実施例１に係る装置で形成
したＭＯＳＦＥＴ型ＴＦＴのサブスレシュホールド特性
が向上している。すなわち、実施例１に係るＭＯＳＦＥ
Ｔ型ＴＦＴは高い性能及び高い信頼性を示すことがわか
った。

【００７４】なお、実施例２、実施例３に係る装置にお
いても図６、図７に示すと同様な結果が得られている。

【００７５】なお、本発明の半導体装置における絶縁膜
は、膜を形成した後の工程であれば、いずれの工程で処
理したものであって有効である。例えば、パッシベーシ
ョン層３５を形成した後にシンタリング処理を行ったも
のであっても有効である。特に、酸化膜を形成した後、
微細パターンを形成するためにシリコン基板は電子ビー
ムおよびプラズマに曝された場合、酸化膜あるいは酸化
膜／シリコン界面が損傷を受けて、中性トラップが生成
される。従来のシンタリング法で処理すると中性トラッ
プが消滅しないが、プラズマを伴わない水素活性種によ
るシンタリングを行ったものは、中性トラップが消滅
し、損傷が回復している。

【００７６】これまで単結晶シリコン表面を主として対
象に取り上げて説明したが、本発明は単結晶シリコン表
面だけでなく、多結晶シリコン表面および非晶質シリコ
ン表面等いかなる結晶性シリコンにも適用できる。例え
ば、ＴＦＴトランジスタ製造において、酸化膜／多結晶
シリコン基板の場合、酸化膜中の中性トラップおよび酸
化膜／シリコン界面の界面準位は消滅しており、さらに
多結晶シリコン中の粒界の準位も消滅し、高信頼性かつ
高性能ＴＦＴトランジスタを実現できる。

【００７７】また、半導体装置の一部にニッケルまたは
ニッケル合金を有する半導体装置の製造において、ニッ
ケルまたはニッケル合金を有する基板を３００℃以上の
温度に加熱させて水素ガスまたは水素ガスと不活性ガス
の混合ガスを接触させることにより、本発明の方法と同
様な効果を実現することができる。例えば、図１に示す
半導体装置の電極２９，３０，３１がニッケルまたはニ
ッケル合金である場合、ゲート酸化膜２５，２６を形成
後、従来のシンタリング法で３００℃以上の温度に加熱
することにより、酸化膜中のトラップおよび酸化膜／シ
リコン界面の界面準位を消滅させ、信顕性に優れた半導
体装置を実現できる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、信頼性が高く、超微細
化された半導体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体装置の断面構造図
である。

【図２】本発明の半導体装置の製造行程を示す断面図で
ある。

【図３】実施例１において用いた熱処理装置の概略構成
図である。

【図４】実施例２において用いたる熱処理装置の概略構
成図である。

【図５】実施例３において用いた熱処理装置の概略構成
図である

【図６】実施例１において形成したＭＯＳＦＥＴと従来
の技術で形成したＭＯＳＦＥＴのホットエレクトロン耐
性を示すグラフである。

【図７】実施例１において形成したＭＯＳＦＥＴ型ＴＦ
Ｔトランジスタと従来の技術で形成したＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴトランジスタのサブスレシュホールド特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１１基板表面の電極、１２ｐ^＋基板、１３ｎ^＋埋め込み領域、１４高抵抗領域、１５高抵抗率ｎ⁻領域、１６絶縁分離領域、１７，１８ｎ^＋領域、１９，２０ｐ^＋領域、２１，２２，２３，２４金属シリサイド、２５．２６シリコン酸化膜（ゲート絶縁膜）、２７，２８ゲート電極、２９，３０，３１金属電極、３２，３３，３４金属フッ化物（ＡｌＦ_３）、３５ＰＳＧ膜、窒化膜、３０１炉心管、３０２ガス導入管、３０２ａ分岐管、３０２ｂ分岐管、３０２ｃ混合部、３０４炉心管加熱手段（加熱源）、３０５シリコン基板（被処理物）、３０６サセプタ、３０７バルブ、３０９ガス導入管を加熱するための加熱手段（加
熱源）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/092 Ｈ０１Ｌ 27/08 ３２１Ｄ 29/78 Ｆターム(参考） 4M104 AA01 AA09 BB02 BB03 BB05 BB14 BB16 BB17 BB18 BB23 BB25 BB26 BB27 BB28 CC01 CC05 DD37 DD43 DD65 DD78 DD82 DD89 EE03 EE06 EE09 EE14 EE15 EE16 FF13 GG09 GG10 HH16 HH18 5F048 AA07 AB03 AC03 BA01 BA12 BB09 BB19 BD06 BF06 BF16 BG14 5F140 AA00 AA01 AA05 AA12 AA21 AB03 AC36 BA16 BB03 BB06 BC06 BC13 BD05 BE01 BE03 BE07 BE16 BE17 BF01 BF05 BF06 BF43 BJ01 BJ07 BJ08 BK21 BK34 CA03 CA07 CB04 CC02 CC05 CC08 CC11 CD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部とガスを内部に導入するためのガス導入口とを有
する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心管加
熱手段と；該炉心管の内部に配置された被処理物の位置
よりも上流側において、水素ガス又は水素ガスを含むガ
スから、プラズマを伴うことなく水素活性種を生成させ
るための水素活性種発生手段と；を少なくとも有するこ
とを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部とガスを内部に導入するためのガス導入口とを有
する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心管加
熱手段と；該ガス導入口に連通させて接続されたガス導
入管と；該ガス導入管を加熱するための加熱手段と；を
少なくとも有し、該ガス導入管の少なくとも内表面がニ
ッケル又はニッケルを含む材料よりなることを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項３】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部とガスを内部に導入するためのガス導入口とを有
する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心管加
熱手段と；該ガス導入口に連通させて接続され、ガス源
側に複数の分岐管を有するガス導入管と；該ガス導入管
を加熱するための加熱手段と；を少なくとも有し、該ガ
ス導入管の一部又は全部の少なくとも内表面がニッケル
又はニッケルを含む材料よりなることを特徴とする熱処
理装置。
【請求項４】水素ガス又は水素ガスを含むガスを導入
しようとする前記分岐管の少なくとも内表面がニッケル
又はニッケルを含む材料よりなることを特徴とする請求
項３記載の熱処理装置。
【請求項５】前記加熱手段は、水素ガス又は水素ガス
を含むガスを導入しようとする前記分岐管を加熱し得る
ようにして配置されていることを特徴とする請求項４記
載の熱処理装置。
【請求項６】前記分岐管が合流する部分から前記炉心
管のガス導入口までの部分の少なくとも内表面がニッケ
ル又はニッケルを含む合金よりなり、前記加熱手段は、
該部分を加熱し得るようにして配置されていることを特
徴とする請求項３記載の熱処理装置。
【請求項７】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部とガスを内部に導入するためのガス導入口とを有
する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心管加
熱手段と；を有し、該炉心管の、少なくとも被処理物が
配置された位置よりも上流側の少なくとも内表面がニッ
ケル又はニッケルを含む材料よりなることを特徴とする
熱処理装置。
【請求項８】前記ニッケルを含む材料は、Ｎｉ−Ｍｏ
系合金又はＮｉ−Ｗ系合金であることを特徴とする請求
項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項９】前記ニッケルを含む材料は、表面粗度
が、１μｍ以下の表面粗度に電解研磨されたステンレス
鋼であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１
項に記載の熱処理装置。
【請求項１０】前記ステンレス鋼の表面には、不純物
濃度が１０ｐｐｂ以下の酸化性雰囲気中で熱処理するこ
とにより形成された不動態膜が形成されていることを特
徴とする請求項９記載の熱処理装置。
【請求項１１】前記ステンレス鋼の表面には、酸化性
雰囲気中で熱処理した後、水素雰囲気中で還元処理を行
うことにより形成された不動態膜が形成されていること
を特徴とする請求項９記載の熱処理装置。
【請求項１２】前記熱処理装置は、酸化膜／シリコン
界面のダングリングボンドを終端させるための熱処理装
置である請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱処
理装置。