JP3049079B2 - 半導体製造装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
半導体製造装置の製造方法及び半導体装置Info
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- JP3049079B2 JP3049079B2 JP2255335A JP25533590A JP3049079B2 JP 3049079 B2 JP3049079 B2 JP 3049079B2 JP 2255335 A JP2255335 A JP 2255335A JP 25533590 A JP25533590 A JP 25533590A JP 3049079 B2 JP3049079 B2 JP 3049079B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、減圧状態で半導体膜、とくにシリコン薄
膜、を形成する半導体製造装置およびそれを用いた半導
体装置の製造方法に関するものである。
膜、を形成する半導体製造装置およびそれを用いた半導
体装置の製造方法に関するものである。
（従来の技術） LSIなどの半導体装置の高集積化、特にMOSLSIにとっ
て多結晶シリコン電極配線技術は不可欠のものである。
その特徴は、高温工程に耐え得ること、酸化工程により
絶縁膜（SiO2）を自己表面に生ずること、酸洗浄を行う
ことができ、清浄度そして純度の良い導電膜が得られる
ことに代表される。以上の何れが欠けても高集積化の必
須の技術であるセルファラインゲート、多層構造、安定
したMOS特性を得ることができない。また、LSIは、基本
的にはトランジスタ、ダイオード、配線、抵抗、そして
MOS形の場合は、キャパシタの基本素子から構成され
る。多結晶シリコンは、その中に含有させる不純物濃度
により任意の抵抗値を得ることができ、たとえば、スタ
ティックMOSメモリ構造の一つであるＥ−Ｒ形において
負荷抵抗として用いられている。また、多結晶シリコン
中の不純物がＰ形の場合は、Ｐ形シリコンの仕事関数に
等しく、ｎ形の場合は、逆であり、この性質は、MOS電
極に用いたときには他の材料では得られない性質であ
る。
て多結晶シリコン電極配線技術は不可欠のものである。
その特徴は、高温工程に耐え得ること、酸化工程により
絶縁膜（SiO2）を自己表面に生ずること、酸洗浄を行う
ことができ、清浄度そして純度の良い導電膜が得られる
ことに代表される。以上の何れが欠けても高集積化の必
須の技術であるセルファラインゲート、多層構造、安定
したMOS特性を得ることができない。また、LSIは、基本
的にはトランジスタ、ダイオード、配線、抵抗、そして
MOS形の場合は、キャパシタの基本素子から構成され
る。多結晶シリコンは、その中に含有させる不純物濃度
により任意の抵抗値を得ることができ、たとえば、スタ
ティックMOSメモリ構造の一つであるＥ−Ｒ形において
負荷抵抗として用いられている。また、多結晶シリコン
中の不純物がＰ形の場合は、Ｐ形シリコンの仕事関数に
等しく、ｎ形の場合は、逆であり、この性質は、MOS電
極に用いたときには他の材料では得られない性質であ
る。
半導体装置に多用される多結晶シリコン膜やアモルフ
ァスシリコン膜、エピタキシャルシリコン膜等は主とし
て化学気相成長（Chemical Vapour Deposition:CVD）法
で形成される。とくに減圧CVD（low pressure CVD）
は、膜形成の均一化と量産化に適しているので良く利用
されている。
ァスシリコン膜、エピタキシャルシリコン膜等は主とし
て化学気相成長（Chemical Vapour Deposition:CVD）法
で形成される。とくに減圧CVD（low pressure CVD）
は、膜形成の均一化と量産化に適しているので良く利用
されている。
減圧化学気相成長法により形成した多結晶シリコン
膜、アモルファスシリコン膜、エピタキシャルシリコン
膜の中で多結晶シリコン膜は主としてゲート電極材料、
および配線材料として使われるが、これら材料は、混入
される不純物により電気的特性が大きな影響を受ける。
特にEPROM（Electrical Programable Reab Only memel
y）ではフローティングゲートとして多結晶シリコン膜
を用い、多結晶シリコン上の絶縁膜として、多結晶シリ
コン熱酸化膜を用いている。多結晶シリコン熱酸化膜の
絶縁特性も多結晶シリコン中に混入した不純物により劣
化する。以下に従来法による多結晶シリコン膜の形成法
と多結晶シリコン熱酸化膜形成法について述べる。
膜、アモルファスシリコン膜、エピタキシャルシリコン
膜の中で多結晶シリコン膜は主としてゲート電極材料、
および配線材料として使われるが、これら材料は、混入
される不純物により電気的特性が大きな影響を受ける。
特にEPROM（Electrical Programable Reab Only memel
y）ではフローティングゲートとして多結晶シリコン膜
を用い、多結晶シリコン上の絶縁膜として、多結晶シリ
コン熱酸化膜を用いている。多結晶シリコン熱酸化膜の
絶縁特性も多結晶シリコン中に混入した不純物により劣
化する。以下に従来法による多結晶シリコン膜の形成法
と多結晶シリコン熱酸化膜形成法について述べる。
従来より用いられている多結晶シリコン膜形成装置に
は、縦型炉と横型炉がある。縦型炉には外部石英管と金
属フランジ、内部石英管と金属フランジとがあり、これ
ら石英管と金属フランジとを接合するためにゴムガスケ
ットを用いている。横型炉でも石英管と金属フランジを
接合するためにゴムガスケットを用いている。ゴムガス
ケットとしては、フッ素系ゴム、またはシリコンゴムを
用いている。従来は、ゴムガスケット付近の金属部を水
冷することにより冷却し、接合部が高温にならないよう
にして保護している。従来のゴムガスケット部の拡大図
を第７図に示す。図のように、石英管１と、水冷管13で
冷却されている金属フランジ４は、ゴムガスケット３で
シールされている。しかし、ゴムガスケットの熱伝導が
悪いため、石英管部と接合するゴムガスケット部は冷却
されにくい。縦型炉の場合、実際に炉内のウエハの温度
を500℃から、650℃にして多結晶シリコン膜を成膜する
と、ゴムガスケット３の温度は、100℃以上になる。特
にウエハの出し入れ時には、ゴムガスケット３が高温の
ガスに晒されるため、冷却効果が認められなくなる。フ
ッ素系ゴム、またはシリコンゴムでも100℃以上の温度
では一酸化炭素（CO）、二酸化亜炭素（CO2）、および
炭化水素ガスが放出される。したがって、ガスケット部
も温度上昇すると、ゴムガスケット３から炭素を含むガ
スが放出され、成膜した多結晶シリコン中に炭素が混入
してしまう。実際にフッ素系ゴムをガスケットとして用
い炉内を630℃に保ち、多結晶シリコン膜を形成した場
合、ゴムガスケット部の温度が成膜中に100℃に上昇す
る。そのとき、多結晶シリコン膜中に１×1017（cm-3）
の炭素が混入することになる。
は、縦型炉と横型炉がある。縦型炉には外部石英管と金
属フランジ、内部石英管と金属フランジとがあり、これ
ら石英管と金属フランジとを接合するためにゴムガスケ
ットを用いている。横型炉でも石英管と金属フランジを
接合するためにゴムガスケットを用いている。ゴムガス
ケットとしては、フッ素系ゴム、またはシリコンゴムを
用いている。従来は、ゴムガスケット付近の金属部を水
冷することにより冷却し、接合部が高温にならないよう
にして保護している。従来のゴムガスケット部の拡大図
を第７図に示す。図のように、石英管１と、水冷管13で
冷却されている金属フランジ４は、ゴムガスケット３で
シールされている。しかし、ゴムガスケットの熱伝導が
悪いため、石英管部と接合するゴムガスケット部は冷却
されにくい。縦型炉の場合、実際に炉内のウエハの温度
を500℃から、650℃にして多結晶シリコン膜を成膜する
と、ゴムガスケット３の温度は、100℃以上になる。特
にウエハの出し入れ時には、ゴムガスケット３が高温の
ガスに晒されるため、冷却効果が認められなくなる。フ
ッ素系ゴム、またはシリコンゴムでも100℃以上の温度
では一酸化炭素（CO）、二酸化亜炭素（CO2）、および
炭化水素ガスが放出される。したがって、ガスケット部
も温度上昇すると、ゴムガスケット３から炭素を含むガ
スが放出され、成膜した多結晶シリコン中に炭素が混入
してしまう。実際にフッ素系ゴムをガスケットとして用
い炉内を630℃に保ち、多結晶シリコン膜を形成した場
合、ゴムガスケット部の温度が成膜中に100℃に上昇す
る。そのとき、多結晶シリコン膜中に１×1017（cm-3）
の炭素が混入することになる。
次に従来法により形成した多結晶シリコン膜を形成し
た場合の多結晶シリコン上の熱酸化膜の形成法について
第８図を用いて説明する。第８図（ａ）に示すように、
シリコン基板101上設けたシリコン酸化膜102の上に多結
晶シリコン膜103を減圧気相成長法で、500℃から650℃
の温度でシラン、またはジシランの熱分解により形成す
る。従来法で多結晶シリコン膜を堆積した場合、多結晶
シリコン13中には５×1017（cm-3）以上の炭素が混入し
ている。また堆積後の多結晶シリコン粒径は0.05μｍか
ら0.1μｍである。その後、リン、またはヒ素、または
ホウ素を熱拡散、またはイオン注入により多結晶シリコ
ン中にドープする。リンを熱拡散する場合は800℃から1
000℃の温度で行い、イオン注入でリン、またはヒ素を
添加する場合はイオン注入後、800℃から1000℃の熱処
理を行う。リン、またはヒ素を添加後800℃から1000℃
の熱処理を施すと多結晶シリコン粒径は0.1μｍから1.0
μｍになる。第８図（ｂ）に示すように粒径成長と同時
に、堆積時に混入した炭素が粒界に集まりシリコンカー
バイド（SiC）104が形成される。その後、800℃から110
0℃の温度で乾燥酸素、または水蒸気、または塩酸を含
む酸素雰囲気で、多結晶シリコン103を熱酸化すること
によりシリコン酸化膜105を形成する。ところが、シリ
コンカーバイド104の酸化速度は多結晶シリコン103の酸
化速度の10分の１以下と小さいため、第８図（ｃ）に示
すようにシリコンカーバイド104上のシリコン酸化膜厚
は多結晶シリコン上のシリコン酸化膜に比較してかなり
薄くなる。続いて、第８図（ｄ）に示すようにシリコン
酸化膜105上に多結晶シリコン106、またはアルミニウム
の電極を形成して、たとえば、EPROM用のキャパシタを
形成する。
た場合の多結晶シリコン上の熱酸化膜の形成法について
第８図を用いて説明する。第８図（ａ）に示すように、
シリコン基板101上設けたシリコン酸化膜102の上に多結
晶シリコン膜103を減圧気相成長法で、500℃から650℃
の温度でシラン、またはジシランの熱分解により形成す
る。従来法で多結晶シリコン膜を堆積した場合、多結晶
シリコン13中には５×1017（cm-3）以上の炭素が混入し
ている。また堆積後の多結晶シリコン粒径は0.05μｍか
ら0.1μｍである。その後、リン、またはヒ素、または
ホウ素を熱拡散、またはイオン注入により多結晶シリコ
ン中にドープする。リンを熱拡散する場合は800℃から1
000℃の温度で行い、イオン注入でリン、またはヒ素を
添加する場合はイオン注入後、800℃から1000℃の熱処
理を行う。リン、またはヒ素を添加後800℃から1000℃
の熱処理を施すと多結晶シリコン粒径は0.1μｍから1.0
μｍになる。第８図（ｂ）に示すように粒径成長と同時
に、堆積時に混入した炭素が粒界に集まりシリコンカー
バイド（SiC）104が形成される。その後、800℃から110
0℃の温度で乾燥酸素、または水蒸気、または塩酸を含
む酸素雰囲気で、多結晶シリコン103を熱酸化すること
によりシリコン酸化膜105を形成する。ところが、シリ
コンカーバイド104の酸化速度は多結晶シリコン103の酸
化速度の10分の１以下と小さいため、第８図（ｃ）に示
すようにシリコンカーバイド104上のシリコン酸化膜厚
は多結晶シリコン上のシリコン酸化膜に比較してかなり
薄くなる。続いて、第８図（ｄ）に示すようにシリコン
酸化膜105上に多結晶シリコン106、またはアルミニウム
の電極を形成して、たとえば、EPROM用のキャパシタを
形成する。
第８図に示す従来法で形成した場合、シリコンカーバ
イド104上にシリコン酸化膜105が局所的に薄くなるため
に、局所的に電界集中が起るなどの原因で、多結晶シリ
コン酸化膜105の絶縁破壊耐圧は低くなる。
イド104上にシリコン酸化膜105が局所的に薄くなるため
に、局所的に電界集中が起るなどの原因で、多結晶シリ
コン酸化膜105の絶縁破壊耐圧は低くなる。
（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、従来の半導体製造装置を用いて形
成した多結晶シリコン膜上に形成した熱酸化膜を用いる
半導体装置においてはリーク電流が増大するなどの電気
的特性が著しく低下する問題が生じている。本発明は上
述した事情に基づいてなされたものであり、ガスケット
部を有効に冷却する手段を具えた半導体製造装置および
この製造装置により形成した半導体装置を提供すること
を目的とする。
成した多結晶シリコン膜上に形成した熱酸化膜を用いる
半導体装置においてはリーク電流が増大するなどの電気
的特性が著しく低下する問題が生じている。本発明は上
述した事情に基づいてなされたものであり、ガスケット
部を有効に冷却する手段を具えた半導体製造装置および
この製造装置により形成した半導体装置を提供すること
を目的とする。
（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は、耐熱性材料の容器
内で原料ガスを加熱分解して試料に多結晶シリコン膜の
フローティングゲートを形成する半導体製造装置におい
て、前記多結晶シリコン膜堆積中および前記多結晶シリ
コン膜が堆積される前記試料を前記半導体製造装置に出
し入れする際に前記耐熱性の容器と接合するガスケット
部の温度が低下するように、前記耐熱性材料の容器のガ
スケット部周辺に放熱手段を設け、この半導体製造装置
を用いて炭素不純物濃度が1017/cm3以下の前記多結晶シ
リコン膜を形成することを特徴としている。前記半導体
製造装置は、減圧CVD装置であり、このCVD装置を用いて
成膜される前記多結晶シリコン膜上に熱酸化膜を形成す
る工程をさらに有するようにしても良い。前記半導体製
造装置が減圧CVD装置である場合において、前記ガスケ
ット部は、ゴムガスケットを有し、この減圧CVD装置が
動作中、このゴムガスケットは100℃以下にするように
構成しても良い。また、本発明の半導体装置は、半導体
基板と、前記半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜
からなる絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第１の多
結晶シリコン膜からなるフローティングゲートと、前記
第１の多結晶シリコン膜上に形成された多結晶シリコン
酸化膜と、前記多結晶シリコン酸化膜上に形成された第
２の多結晶シリコン膜とを具備し、前記第１の多結晶シ
リコン膜のフローティングゲートは、炭素不純物濃度が
1017/cm3以下であることを特徴としている。
内で原料ガスを加熱分解して試料に多結晶シリコン膜の
フローティングゲートを形成する半導体製造装置におい
て、前記多結晶シリコン膜堆積中および前記多結晶シリ
コン膜が堆積される前記試料を前記半導体製造装置に出
し入れする際に前記耐熱性の容器と接合するガスケット
部の温度が低下するように、前記耐熱性材料の容器のガ
スケット部周辺に放熱手段を設け、この半導体製造装置
を用いて炭素不純物濃度が1017/cm3以下の前記多結晶シ
リコン膜を形成することを特徴としている。前記半導体
製造装置は、減圧CVD装置であり、このCVD装置を用いて
成膜される前記多結晶シリコン膜上に熱酸化膜を形成す
る工程をさらに有するようにしても良い。前記半導体製
造装置が減圧CVD装置である場合において、前記ガスケ
ット部は、ゴムガスケットを有し、この減圧CVD装置が
動作中、このゴムガスケットは100℃以下にするように
構成しても良い。また、本発明の半導体装置は、半導体
基板と、前記半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜
からなる絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された第１の多
結晶シリコン膜からなるフローティングゲートと、前記
第１の多結晶シリコン膜上に形成された多結晶シリコン
酸化膜と、前記多結晶シリコン酸化膜上に形成された第
２の多結晶シリコン膜とを具備し、前記第１の多結晶シ
リコン膜のフローティングゲートは、炭素不純物濃度が
1017/cm3以下であることを特徴としている。
（作用） 石英管に放熱手段を設けることによって石英管を伝わ
る熱がゴムガスケット部に達せず、この部分への冷却が
効果的に行われる。またこの部分の温度を100℃以下に
保つので、形成される半導体膜中の濃度を1017/cm3以下
にすることができる。局所的に電界集中の起きない特性
の優れたEPROMなどの半導体装置が得られる。
る熱がゴムガスケット部に達せず、この部分への冷却が
効果的に行われる。またこの部分の温度を100℃以下に
保つので、形成される半導体膜中の濃度を1017/cm3以下
にすることができる。局所的に電界集中の起きない特性
の優れたEPROMなどの半導体装置が得られる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図を参照して説明する。
実施例１ 第１図は、本発明の減圧状態で半導体膜を形成する半
導体製造装置、すなわち、減圧CVD装置の縦型炉の断面
図、第３図は、この装置のガスケット部を拡大した要部
断面図である。
導体製造装置、すなわち、減圧CVD装置の縦型炉の断面
図、第３図は、この装置のガスケット部を拡大した要部
断面図である。
炉は、外部石英管１とその中に配置された内部石英管
２とを含み、ウエハ５群を収容した石英ボート６は、内
部石英管２の内に置かれ、金属フランジ４によって支持
されている。この金属フランジ４は、外部石英管１と内
部石英管２の開口端と密着しており、ゴムガスケット３
によって、それぞれの開口端は、金属フランジ４と接合
される。金属フランジ部分には、シラン、ジシランなど
の反応ガスやキャリアガスを炉内に入れるガス導入管７
および排気口８が設けられている。外部石英管１の外周
には、ヒータ９が設けられており、炉内反応部を加熱す
る。ヒータ９は、高周波でも良いし、赤外ランプあるい
は抵抗加熱であってもよい。本発明の特徴は、第３図に
示されるガスケット部にある。図に示す外部石英管１の
開口部は、石英管１のヘリの部分が金属フランジ４と接
触しており、シリコンゴムあるいフッ素ゴムなどからな
るゴムガスケット３で両者は接合されている。このヘリ
と外部石英管１の胴体部分境界はテーパ状12になってい
る。従来は、第７図に示すように両部分は直角に交って
いるにすぎないが、テーパを設けることによって、石英
管内部ヒータ９からの熱輻射が直接ガスケット部に当た
らず途中の空間に放散するので、ゴムガスケットはさほ
ど加熱されず、100℃を越えるような温度上昇は認めら
れない。この装置では、炉心の反応温度が630℃でもゴ
ムガスケット３の温度は70℃にすぎなかった。このとき
に形成されるウエハ５上の多結晶シリコン膜のカーボン
濃度は１×1017cm-3以下であった。金属フランジ４中に
水冷パイプ13を通すことは、本発明においても、第７図
に示す従来のものも同じであるが、その効果は、石英管
側には及ばない。この装置と第７図に示す従来装置を用
いて、ガスケット部の温度とそのとき得られるシリコン
膜中のカーボン量の関係を調べた。シリコン膜は、630
℃でウエハ上に堆積した多結晶シリコン膜を選び、カー
ボン濃度はSIMS（Secondary IonMass Spectroscopy）分
析で調べ、その結果を第４図に示す。図に示すとおり、
温度が上昇するにつれて多結晶シリコン膜のカーボン濃
度は次第に高くなる。本発明のテーパ12のある装置を用
いると前述のように100℃以下になり、したがって、カ
ーボン濃度も顕著に減少する。
２とを含み、ウエハ５群を収容した石英ボート６は、内
部石英管２の内に置かれ、金属フランジ４によって支持
されている。この金属フランジ４は、外部石英管１と内
部石英管２の開口端と密着しており、ゴムガスケット３
によって、それぞれの開口端は、金属フランジ４と接合
される。金属フランジ部分には、シラン、ジシランなど
の反応ガスやキャリアガスを炉内に入れるガス導入管７
および排気口８が設けられている。外部石英管１の外周
には、ヒータ９が設けられており、炉内反応部を加熱す
る。ヒータ９は、高周波でも良いし、赤外ランプあるい
は抵抗加熱であってもよい。本発明の特徴は、第３図に
示されるガスケット部にある。図に示す外部石英管１の
開口部は、石英管１のヘリの部分が金属フランジ４と接
触しており、シリコンゴムあるいフッ素ゴムなどからな
るゴムガスケット３で両者は接合されている。このヘリ
と外部石英管１の胴体部分境界はテーパ状12になってい
る。従来は、第７図に示すように両部分は直角に交って
いるにすぎないが、テーパを設けることによって、石英
管内部ヒータ９からの熱輻射が直接ガスケット部に当た
らず途中の空間に放散するので、ゴムガスケットはさほ
ど加熱されず、100℃を越えるような温度上昇は認めら
れない。この装置では、炉心の反応温度が630℃でもゴ
ムガスケット３の温度は70℃にすぎなかった。このとき
に形成されるウエハ５上の多結晶シリコン膜のカーボン
濃度は１×1017cm-3以下であった。金属フランジ４中に
水冷パイプ13を通すことは、本発明においても、第７図
に示す従来のものも同じであるが、その効果は、石英管
側には及ばない。この装置と第７図に示す従来装置を用
いて、ガスケット部の温度とそのとき得られるシリコン
膜中のカーボン量の関係を調べた。シリコン膜は、630
℃でウエハ上に堆積した多結晶シリコン膜を選び、カー
ボン濃度はSIMS（Secondary IonMass Spectroscopy）分
析で調べ、その結果を第４図に示す。図に示すとおり、
温度が上昇するにつれて多結晶シリコン膜のカーボン濃
度は次第に高くなる。本発明のテーパ12のある装置を用
いると前述のように100℃以下になり、したがって、カ
ーボン濃度も顕著に減少する。
実施例２ つぎに、第２図を参照して実施例２を説明する。第２
図は、本発明の他の半導体製造装置であり、横型炉を有
している。
図は、本発明の他の半導体製造装置であり、横型炉を有
している。
石英管１は、横方向に配置されている。ガス導入管７
は、石英管１の開口部を封止する金属フランジ４に取付
けられている。金属フランジ４は、ゴムガスケット３に
よって石英管１開口部のヘリに接合される。図に示され
ていないが、金属フランジ４は他の例と同様に水冷され
ている。石英管１の開口部と反対側には排気口８が形成
されており、石英管との接合部にもガスケット３が施さ
れている。石英管中央には石英ボート６が有り、その中
にウエハ５群が立設されている。この中央部には、抵抗
加熱などのヒータ９が石英管１を取り囲むように施こさ
れている。この開口部近くの石英管１の胴体周囲にフィ
ン10を複数立設した。このフィン10の存在によって中央
部の熱は石英管からにげ、多結晶シリコン膜を630℃で
形成したにもかかわらず、ゴムガスケット３は100℃以
上には上昇せず、したがって、シリコン膜へのカーボン
の混入も少かった。
は、石英管１の開口部を封止する金属フランジ４に取付
けられている。金属フランジ４は、ゴムガスケット３に
よって石英管１開口部のヘリに接合される。図に示され
ていないが、金属フランジ４は他の例と同様に水冷され
ている。石英管１の開口部と反対側には排気口８が形成
されており、石英管との接合部にもガスケット３が施さ
れている。石英管中央には石英ボート６が有り、その中
にウエハ５群が立設されている。この中央部には、抵抗
加熱などのヒータ９が石英管１を取り囲むように施こさ
れている。この開口部近くの石英管１の胴体周囲にフィ
ン10を複数立設した。このフィン10の存在によって中央
部の熱は石英管からにげ、多結晶シリコン膜を630℃で
形成したにもかかわらず、ゴムガスケット３は100℃以
上には上昇せず、したがって、シリコン膜へのカーボン
の混入も少かった。
次にゴムガスケット部の温度による多結晶シリコン酸
化膜耐圧を確認する実験を進め、多結晶シリコン中カー
ボン濃度と多結晶シリコン酸化膜耐圧の関係を調べた。
実験に用いた多結晶シリコン酸化膜は以下の方法で形成
した。上記のように630℃の温度でシランの熱分解によ
り4000Å厚の多結晶シリコン膜をウエハのシリコン酸化
膜上に得た。多結晶シリコン膜形成時に冷却手段を変え
るなどしてゴムガスケット３の温度を変えて、多結晶シ
リコン膜中に含まれるカーボン量を制御した。次にオキ
シ塩化リンをソースとする雰囲気から、リンを多結晶シ
リコン中に900℃60分間拡散して、多結晶シリコン中の
リン濃度が５×1020（cm-3）になるようにした、その
後、1000℃20％にアルゴンガスにより希釈した乾燥酸素
雰囲気中で200Å厚の多結晶シリコン酸化膜を形成し
た。続いて多結晶シリコン膜のゲートを上部に形成しキ
ャパシタを作成した。そして、この酸化膜の絶縁破壊耐
圧を測定し、その結果を第６図に示す。縦軸は頻度、横
軸は絶縁破壊耐圧（MV/cm）を示している。白ぬきのＡ
は、キャパシタ面積10mm2、酸化膜厚Tox＝100.1Å、カ
ーボン濃度１×1018cm-3の条件による絶縁破壊耐圧を示
し、Ｂはキャパシタ面積10mm2、酸化膜厚Tox＝394.2
Å、カーボン濃度１×1017cm-3の条件による絶縁破壊耐
圧を示している。図から、Ａは前記耐圧が3,3.5MV/cmに
集中し、Ｂは7.5,8,8.5MV/cmに集中しており、ＢはＡよ
り7MV/cm以上平均絶縁破壊耐圧が高くなっている。
化膜耐圧を確認する実験を進め、多結晶シリコン中カー
ボン濃度と多結晶シリコン酸化膜耐圧の関係を調べた。
実験に用いた多結晶シリコン酸化膜は以下の方法で形成
した。上記のように630℃の温度でシランの熱分解によ
り4000Å厚の多結晶シリコン膜をウエハのシリコン酸化
膜上に得た。多結晶シリコン膜形成時に冷却手段を変え
るなどしてゴムガスケット３の温度を変えて、多結晶シ
リコン膜中に含まれるカーボン量を制御した。次にオキ
シ塩化リンをソースとする雰囲気から、リンを多結晶シ
リコン中に900℃60分間拡散して、多結晶シリコン中の
リン濃度が５×1020（cm-3）になるようにした、その
後、1000℃20％にアルゴンガスにより希釈した乾燥酸素
雰囲気中で200Å厚の多結晶シリコン酸化膜を形成し
た。続いて多結晶シリコン膜のゲートを上部に形成しキ
ャパシタを作成した。そして、この酸化膜の絶縁破壊耐
圧を測定し、その結果を第６図に示す。縦軸は頻度、横
軸は絶縁破壊耐圧（MV/cm）を示している。白ぬきのＡ
は、キャパシタ面積10mm2、酸化膜厚Tox＝100.1Å、カ
ーボン濃度１×1018cm-3の条件による絶縁破壊耐圧を示
し、Ｂはキャパシタ面積10mm2、酸化膜厚Tox＝394.2
Å、カーボン濃度１×1017cm-3の条件による絶縁破壊耐
圧を示している。図から、Ａは前記耐圧が3,3.5MV/cmに
集中し、Ｂは7.5,8,8.5MV/cmに集中しており、ＢはＡよ
り7MV/cm以上平均絶縁破壊耐圧が高くなっている。
実施例３ つぎに、第５図（ａ）〜（ｃ）を参照して実施例３を
説明する。図は、いずれも放熱手段の変形例を示してお
り、縦型炉、横型炉いずれにも適用可能である。
説明する。図は、いずれも放熱手段の変形例を示してお
り、縦型炉、横型炉いずれにも適用可能である。
第５図（ａ）は、第２図と同様にゴムガスケット付近
の石英管１に石英フィン10を取付けている。中央の反応
部分からの熱は石英管を伝わって来るが、この熱はフィ
ン10から放出され、ガスケット部まで達することは少く
なる。さらに、石英フィン10に空気または不活性ガス11
を吹きつけて冷却する。したがって、放熱効果はさらに
向上する。当然、金属フランジ４も水冷13されているの
で、これらの効果も合せて、炉中心の反応部分が630℃
にもかかわらず、ガスケット部は65℃になっている。第
５図（ｂ）は、テーパ12上にさらにフィン10を設けてい
るので放熱効果は単独のものより向上している。第５図
（ｃ）は、テーパが外側へ直角に飛び出した形状を有し
ているので、放熱面積が広くなりその効果も増大する。
の石英管１に石英フィン10を取付けている。中央の反応
部分からの熱は石英管を伝わって来るが、この熱はフィ
ン10から放出され、ガスケット部まで達することは少く
なる。さらに、石英フィン10に空気または不活性ガス11
を吹きつけて冷却する。したがって、放熱効果はさらに
向上する。当然、金属フランジ４も水冷13されているの
で、これらの効果も合せて、炉中心の反応部分が630℃
にもかかわらず、ガスケット部は65℃になっている。第
５図（ｂ）は、テーパ12上にさらにフィン10を設けてい
るので放熱効果は単独のものより向上している。第５図
（ｃ）は、テーパが外側へ直角に飛び出した形状を有し
ているので、放熱面積が広くなりその効果も増大する。
以上、多結晶シリコン膜の炭素濃度が1017cm-3を越え
ると急にその特性が不安定になっていく。とくに、この
多結晶シリコン膜の酸化膜は、絶縁破壊耐圧が著しく低
下する。そして、この炭素の多結晶シリコン膜への混入
はゴムガスケットの温度上昇によるガス放出に原因が認
められる。このゴムガスケット３にフッ素ゴムやシリコ
ンゴムを用いた場合温度上昇が100℃を越えなければ炭
素濃度を1017cm-3以下に維持することがわかった。
ると急にその特性が不安定になっていく。とくに、この
多結晶シリコン膜の酸化膜は、絶縁破壊耐圧が著しく低
下する。そして、この炭素の多結晶シリコン膜への混入
はゴムガスケットの温度上昇によるガス放出に原因が認
められる。このゴムガスケット３にフッ素ゴムやシリコ
ンゴムを用いた場合温度上昇が100℃を越えなければ炭
素濃度を1017cm-3以下に維持することがわかった。
詳細に検討した結果、以上の実験例では、次の様にし
ても良い事が分かった。
ても良い事が分かった。
石英管に代えて、シリコンを含む耐熱性材料、例えば
シリコンカーバイド等の容器を用いた装置に対しても本
発明は適用できる。
シリコンカーバイド等の容器を用いた装置に対しても本
発明は適用できる。
減圧CVD装置以外の膜堆積装置例えば常圧CVD装置にも
適用できる。
適用できる。
放熱手段は容器に取り付けたフィン等に限るものでは
なく試料を入れた石英管内に赤外線が伝播して発生する
輻射熱をカットする構成にすれば足りるのであって、例
えば石英管の全部又は一部を赤外線が通りにくい材料に
変更したり、或は、管の一部に赤外線を乱反射させる溝
や折り曲げ部を設けても良い。
なく試料を入れた石英管内に赤外線が伝播して発生する
輻射熱をカットする構成にすれば足りるのであって、例
えば石英管の全部又は一部を赤外線が通りにくい材料に
変更したり、或は、管の一部に赤外線を乱反射させる溝
や折り曲げ部を設けても良い。
本発明により、成膜中に炭素の混入が著しく減少する
ので、形成されるシリコン膜など半導体膜の炭素の存在
が少なくなり、このシリコン膜を熱酸化したときにでき
る多結晶酸化膜の絶縁破壊耐圧を格段に高くすることが
可能になる。
ので、形成されるシリコン膜など半導体膜の炭素の存在
が少なくなり、このシリコン膜を熱酸化したときにでき
る多結晶酸化膜の絶縁破壊耐圧を格段に高くすることが
可能になる。
第１図は本発明の一実施例１に示す半導体製造装置の断
面図、第２図は同じく実施例２に示す半導体製造装置の
断面図、第３図は第１図の製造装置の要部断面図、第４
図は多結晶シリコン膜の炭素濃度とガスケット部温度と
の関係を示す特性図、第５図（ａ）〜（ｃ）は実施例３
の装置の要部断面図、第６図は本発明により得られた多
結晶シリコン膜を酸化して得た酸化膜の絶縁破壊耐圧特
性図、第７図は従来の半導体製造装置の要部断面図、第
８図（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法を説
明する工程断面図である。 １……外側石英管、２……内側石英管、 ３……ゴムガスケット、４……金属フランジ、 ５……試料（ウエハ）、６……石英ボート、 ７……ガス導入管、８……排気口、 ９……ヒータ、10……石英フィン、 11……空気または不活性ガス、 12……石英テーパ部、13……冷却水、 101……シリコン基板、102……絶縁膜（SiO2）、 103……多結晶シリコン、 104……シリコンカーバイド、105……酸化膜、 106……電極。
面図、第２図は同じく実施例２に示す半導体製造装置の
断面図、第３図は第１図の製造装置の要部断面図、第４
図は多結晶シリコン膜の炭素濃度とガスケット部温度と
の関係を示す特性図、第５図（ａ）〜（ｃ）は実施例３
の装置の要部断面図、第６図は本発明により得られた多
結晶シリコン膜を酸化して得た酸化膜の絶縁破壊耐圧特
性図、第７図は従来の半導体製造装置の要部断面図、第
８図（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法を説
明する工程断面図である。 １……外側石英管、２……内側石英管、 ３……ゴムガスケット、４……金属フランジ、 ５……試料（ウエハ）、６……石英ボート、 ７……ガス導入管、８……排気口、 ９……ヒータ、10……石英フィン、 11……空気または不活性ガス、 12……石英テーパ部、13……冷却水、 101……シリコン基板、102……絶縁膜（SiO2）、 103……多結晶シリコン、 104……シリコンカーバイド、105……酸化膜、 106……電極。
Claims (4)
- 【請求項１】耐熱性材料の容器内で原料ガスを加熱分解
して試料に多結晶シリコン膜のフローティングゲートを
形成する半導体製造装置において、前記多結晶シリコン
膜堆積中および前記多結晶シリコン膜が堆積される前記
試料を前記半導体製造装置に出し入れする際に前記耐熱
性の容器と接合するガスケット部の温度が低下するよう
に、前記耐熱性材料の容器のガスケット部周辺に放熱手
段を設け、この半導体製造装置を用いて炭素不純物濃度
が1017/cm3以下の前記多結晶シリコン膜のフローティン
グゲートを形成することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項２】前記半導体製造装置は、減圧CVD装置であ
り、このCVD装置を用いて成膜される前記多結晶シリコ
ン膜上に熱酸化膜を形成する工程をさらに有することを
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】前記ガスケット部は、ゴムガスケットを有
し、この減圧CVD装置が動作中、このゴムガスケット
は、100℃以下にすることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】半導体基板と、前記半導体基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜からなる絶縁膜と、前記絶縁膜上に
形成された第１の多結晶シリコン膜からなるフローティ
ングゲートと、前記第１の多結晶シリコン膜上に形成さ
れた多結晶シリコン酸化膜と、前記多結晶シリコン酸化
膜上に形成された第２の多結晶シリコン膜とを具備し、
前記第１の多結晶シリコン膜のフローティングゲート
は、炭素不純物濃度が1017/cm3以下であることを特徴と
する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2255335A JP3049079B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 半導体製造装置の製造方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2255335A JP3049079B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 半導体製造装置の製造方法及び半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04134815A JPH04134815A (ja) | 1992-05-08 |
| JP3049079B2 true JP3049079B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=17277360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2255335A Expired - Fee Related JP3049079B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 半導体製造装置の製造方法及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3049079B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5578132A (en) * | 1993-07-07 | 1996-11-26 | Tokyo Electron Kabushiki Kaisha | Apparatus for heat treating semiconductors at normal pressure and low pressure |
| JP6614210B2 (ja) | 2017-07-27 | 2019-12-04 | Ｔｄｋ株式会社 | 受電装置並びにワイヤレス電力伝送システム |
| JP2019030089A (ja) | 2017-07-27 | 2019-02-21 | Tdk株式会社 | コイルユニット及びこれを用いた送電装置、受電装置並びにワイヤレス電力伝送システム |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP2255335A patent/JP3049079B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04134815A (ja) | 1992-05-08 |
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