JP3214092B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

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JP3214092B2
JP3214092B2 JP24989392A JP24989392A JP3214092B2 JP 3214092 B2 JP3214092 B2 JP 3214092B2 JP 24989392 A JP24989392 A JP 24989392A JP 24989392 A JP24989392 A JP 24989392A JP 3214092 B2 JP3214092 B2 JP 3214092B2
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製法及び
半導体製造装置特に急速加熱装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor manufacturing apparatus, particularly a rapid heating apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】次世代半導体デバイスの絶縁膜例えばゲ
ート絶縁膜あるいはキャパシタの誘電体膜として窒化酸
化膜が注目されている。従来、この窒化酸化膜は次のよ
うにしてつくられる。
2. Description of the Related Art Attention has been paid to a nitride oxide film as an insulating film of a next-generation semiconductor device, for example, a gate insulating film or a dielectric film of a capacitor. Conventionally, this nitrided oxide film is formed as follows.

【0003】図11Aに示すように、シリコン基板1の
表面上に酸素(O2 )雰囲気中で熱酸化処理して熱酸化
膜(SiO2 )2を形成し、次に図11Bに示すよう
に、アンモニア(NH3 )雰囲気中で熱酸化膜2を窒化
処理して窒化処理膜3となし、次に図11Cに示すよう
に、再び酸素(O2 )雰囲気中で1050℃以上の高温
で再酸化処理してシリコン窒化酸化膜4を形成する。窒
化処理及び再酸化処理は急速ランプ加熱により行われ
る。再酸化処理を行う理由は、窒化処理によって発生し
た欠陥を酸化によって回復させるためのものである(特
開平3−4557号参照)。
As shown in FIG. 11A, a thermal oxidation process is performed on the surface of a silicon substrate 1 in an oxygen (O 2 ) atmosphere to form a thermal oxide film (SiO 2 ) 2, and then as shown in FIG. 11B. Then, the thermal oxide film 2 is nitrided in an ammonia (NH 3 ) atmosphere to form a nitrided film 3. Then, as shown in FIG. 11C, the thermal oxide film 2 is again heated at a high temperature of 1050 ° C. or more in an oxygen (O 2 ) atmosphere. An oxidation process is performed to form a silicon oxynitride film 4. The nitriding treatment and the reoxidation treatment are performed by rapid lamp heating. The reason for performing the re-oxidation treatment is to recover the defects generated by the nitridation treatment by oxidation (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-4557).

【0004】また、シリコンの窒化酸化膜の形成方法と
して例えばSiH4 ガスとN2 OガスとNH3 ガスとN
2 ガスを共存させた雰囲気中で光照射により気相成長さ
せて行う方法も知られている(特開平3−225828
号参照)。
As a method of forming a silicon nitride oxide film, for example, SiH 4 gas, N 2 O gas, NH 3 gas and N
There is also known a method of performing vapor phase growth by light irradiation in an atmosphere in which two gases coexist (Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-225828).
No.).

【0005】一方、半導体装置の製造工程例えば上述し
た窒化処理、再酸化処理、その他等で使用する加熱処理
装置としては例えば図12に示すような急速ランプ加熱
装置11が知られている。この装置11は、石英のチャ
ンバー12内に半導体ウェハ13を支持する石英製のト
レイ14が配置され、チャンバー12の上下両側に光照
射源である例えばタングステンハロゲンランプ15が複
数配列されている。16は光反射板である。さらに、チ
ャンバー12下側にはチャンバー12の透過窓18を通
して半導体ウェハ13からの赤外輻射を検知して半導体
ウェハ13の加熱温度を検出する第1の赤外輻射温度計
17が配置され、さらにこれに並んでチャンバー12の
温度を検出する第2の赤外輻射温度計19が配置され
る。第1及び第2の赤外輻射温度計17及び19の測定
値の差分によって半導体ウェハ13の真の加熱温度が測
定される。
On the other hand, as a heat treatment apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor device, for example, the above-described nitriding treatment, reoxidation treatment, etc., for example, a rapid lamp heating device 11 as shown in FIG. 12 is known. In this apparatus 11, a quartz tray 14 for supporting a semiconductor wafer 13 is arranged in a quartz chamber 12, and a plurality of, for example, tungsten halogen lamps 15 as light irradiation sources are arranged on both upper and lower sides of the chamber 12. Reference numeral 16 denotes a light reflection plate. Further, a first infrared radiation thermometer 17 that detects infrared radiation from the semiconductor wafer 13 through the transmission window 18 of the chamber 12 to detect a heating temperature of the semiconductor wafer 13 is disposed below the chamber 12, A second infrared radiation thermometer 19 for detecting the temperature of the chamber 12 is arranged alongside this. The true heating temperature of the semiconductor wafer 13 is measured based on the difference between the measurement values of the first and second infrared radiation thermometers 17 and 19.

【0006】トレイ14は、図13及び図14に示すよ
うに、半導体ウェハ13が配されるに充分な開口部21
を有する石英のトレイ本体22と、トレイ本体22上よ
り開口部21へ延長し、先端が上方に折曲した3つの保
持部23と、半導体ウェハ13を取り囲むリング状体2
4とからなる。半導体ウェハ13は3つの保持部23の
先端上に載置され、加熱時の半導体ウェハ13の周囲か
らの放熱がリング状体24によって防止されるように構
成されている。
[0006] As shown in FIGS. 13 and 14, the tray 14 has an opening 21 sufficient for the semiconductor wafer 13 to be arranged.
A quartz tray main body 22 having three, a holding portion 23 extending from the tray main body 22 to the opening 21 and having a tip bent upward, and a ring-shaped body 2 surrounding the semiconductor wafer 13.
4 The semiconductor wafer 13 is mounted on the tips of the three holding portions 23, and is configured such that heat dissipation from the periphery of the semiconductor wafer 13 during heating is prevented by the ring-shaped body 24.

【0007】この急速ランプ加熱装置11では、石英チ
ャンバー12内のトレイ14上に載置された状態で上下
両側のタングステンハロゲンランプ15からのランプ光
線によって急速加熱される。そして、半導体ウェハ13
の加熱温度は赤外輻射温度計17,19により検出され
るようになされる。
In this rapid lamp heating device 11, the lamp is rapidly heated by lamp light from tungsten halogen lamps 15 on both upper and lower sides while being placed on a tray 14 in a quartz chamber 12. And the semiconductor wafer 13
Is detected by the infrared radiation thermometers 17 and 19.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した熱
酸化処理−窒化処理−再酸化処理の3つの工程を経て窒
化酸化膜を形成する従来製法において、その第3の工程
での酸素(O2 )雰囲気中で行う再酸化は1050℃以
上の高温処理で行う必要がある。しかし、浅いPN接合
を目ざしている次世代半導体デバイスにおいて、高温処
理は接合の再拡散につながり障害となる。従来の酸素雰
囲気中での再酸化処理は上述したように処理温度が高く
ならざるを得ず問題であった。
In the conventional manufacturing method for forming a nitrided oxide film through the above-described three steps of thermal oxidation, nitridation, and re-oxidation, oxygen (O 2 The reoxidation performed in the atmosphere must be performed by a high temperature treatment of 1050 ° C. or more. However, in a next-generation semiconductor device aiming at a shallow PN junction, high-temperature processing leads to re-diffusion of the junction, which is an obstacle. The conventional reoxidation treatment in an oxygen atmosphere has a problem that the treatment temperature must be high as described above.

【0009】一方、図12に示す加熱装置として用いら
れる急速ランプ加熱装置においては、そのランプ15か
らのランプ光線L1 によって半導体ウェハ13を急速加
熱するものであるが、半導体ウェハ13の表面にアルミ
膜等の光反射膜が存在した場合にはランプ光線L1 の一
部がアルミ膜等で反射され、さらに光反射板16で反射
する等、その反射を繰り返して反射光L2 がチャンバー
12の裏面にある赤外輻射温度計17に入射することが
生ずる。反射光L2 が入射した場合、その光の強度によ
って赤外輻射温度計17の出力が変動することになり、
正確に半導体ウェハ13の温度を検出することができな
くなる恐れがある。
[0009] On the other hand, in rapid thermal apparatus used as a heating device shown in FIG. 12 is for rapidly heating the semiconductor wafer 13 by the lamp light L 1 from the lamp 15, the aluminum on the surface of the semiconductor wafer 13 some of the lamp light L 1 in a case where the light reflection film having a film such as is present is reflected by the aluminum film or the like, etc. reflected by the light reflection plate 16, the reflected light L 2 to repeat the reflections of the chamber 12 It may be incident on the infrared radiation thermometer 17 on the back surface. If the reflected light L 2 is incident, it will be the output of the infrared radiation thermometer 17 is varied by the intensity of the light,
There is a possibility that the temperature of the semiconductor wafer 13 cannot be detected accurately.

【0010】本発明は、上述の点に鑑み、再酸化処理の
処理温度を低減でき、しかも膜寿命の長い窒化酸化膜を
形成し得る半導体装置の製法を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a nitrided oxide film having a long film life with a reduced reoxidation treatment temperature.

【0011】また、本発明は、温度検出誤差を小さくし
た急速加熱装置、即ち半導体製造装置を提供するもので
ある。
Another object of the present invention is to provide a rapid heating apparatus with a reduced temperature detection error, that is, a semiconductor manufacturing apparatus.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板3
1上に熱酸化処理で形成した熱酸化膜32を窒化処理及
び再酸化処理して窒化酸化膜34を形成する工程におい
て、再酸化処理をN2O雰囲気中で行うようになす。
According to the present invention, a semiconductor substrate is provided.
In the step of forming a nitrided oxide film 34 by nitriding and reoxidizing the thermal oxide film 32 formed on the substrate 1 by the thermal oxidation process, the reoxidation process is performed in an N 2 O atmosphere.

【0013】再酸化処理においては、ハロゲンランプ光
線、エキシマレーザあるいは他のレーザ等による光照射
加熱により行う。
In the re-oxidation treatment, the re-oxidation treatment is performed by light irradiation heating using a halogen lamp beam, an excimer laser or another laser.

【0014】再酸化処理の処理温度としては、850℃
〜1050℃未満の処理温度で行うようにする。
The reoxidation temperature is 850 ° C.
It is performed at a processing temperature of less than -1050 ° C.

【0015】また、本発明は、チャンバー41と、この
チャンバー41内に配された半導体ウェハ13の支持治
具48と、チャンバー41外側に配された半導体ウェハ
13に対する光照射源43と、チャンバー41外側に配
された半導体ウェハ13の温度検出用の赤外輻射温度計
44を備えた半導体製造装置において、半導体ウェハ1
3の支持治具48を光照射源43からの光L2 を吸収す
る部材で形成すると共に、光照射源43からの光が反射
して赤外輻射温度計44に入射する光路を遮蔽するよう
に配置して構成する。
Further, the present invention includes a chamber 41, a supporting jig 48 of the semiconductor wafer 13 disposed in the chamber 41, a light radiation source 43 with respect to the semiconductor wafer 13 disposed outside the chamber 41, the chamber 41 Infrared radiation thermometer for detecting the temperature of the semiconductor wafer 13 disposed outside
44 , the semiconductor wafer 1
The support jig 48 of No. 3 is formed of a member that absorbs the light L 2 from the light irradiation source 43 and reflects the light from the light irradiation source 43.
To block the optical path incident on the infrared radiation thermometer 44
To be configured.

【0016】半導体ウェハの支持治具48としては、S
iC部材またはSiC被覆のカーボン部材で構成するこ
とができる。
As a jig 48 for supporting a semiconductor wafer, S
It can be composed of an iC member or a carbon member coated with SiC.

【0017】[0017]

【作用】本発明に係る製法においては、熱酸化処理−窒
化処理−再酸化処理して窒化酸化膜を形成する工程で、
その再酸化処理をN2 O雰囲気中で行うことにより、そ
の再酸化処理の処理温度を従来よりも低い温度に設定す
ることができる。且つ、従来の窒化酸化膜に比べて欠陥
密度の低減と寿命の延長が可能となる。
In the manufacturing method according to the present invention, in the step of forming a nitrided oxide film by performing a thermal oxidation treatment-nitridation treatment-reoxidation treatment,
By performing the re-oxidation treatment in an N 2 O atmosphere, the processing temperature of the re-oxidation treatment can be set to a lower temperature than in the past. In addition, the defect density can be reduced and the life can be extended as compared with the conventional nitrided oxide film.

【0018】また、この再酸化処理における熱処理とし
て光照射加熱により行うことによって、急速加熱が行わ
れいわゆる浅い接合の再拡散が阻止される。
Further, by performing light irradiation heating as the heat treatment in the reoxidation treatment, rapid heating is performed and so-called re-diffusion of a shallow junction is prevented.

【0019】また、再酸化処理をその処理温度が850
℃〜1050℃未満で行うことにより、窒化酸化膜34
の絶縁耐圧の劣化が防止できる。
Further, the reoxidation treatment is performed at a treatment temperature of 850.
C. to less than 1050.degree.
Can be prevented from deteriorating.

【0020】また、本発明の半導体製造装置において
は、その半導体ウェハ13の支持治具48を光照射源か
らの光を吸収し得る部材で形成し、光照射源43からの
光が反射して赤外輻射温度計44に入射する光路を遮蔽
するように配置したことにより、半導体ウェハ表面にア
ルミ等の反射層が形成された状態で加熱処理されたと
き、その光照射源43からの光が反射して赤外輻射温度
計44に照射されようとするも支持治具48によって阻
止され、反射光L2 が赤外輻射温度計44に入射するこ
とがない。したがって、赤外輻射温度計44では半導体
ウェハの温度を正確に検出することができる。
Further, in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the support jig 48 of the semiconductor wafer 13 is formed of a member capable of absorbing light from the light irradiation source, and
Blocks the optical path where light is reflected and enters the infrared radiation thermometer 44
By the placed such that, when the reflective layer such as aluminum is heat treated in a state of being formed on a semiconductor wafer surface, light from the light radiation source 43 is irradiated to the infrared radiation thermometer 44 is reflected However, the reflected light L 2 is prevented from being incident on the infrared radiation thermometer 44 by the support jig 48. Therefore, the infrared radiation thermometer 44 can accurately detect the temperature of the semiconductor wafer.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明に係る窒化酸化膜を形成す
る製法の実施例である。本例においては、まず図1Aに
示すように、シリコン基板31の表面に例えば拡散炉を
用い酸化性雰囲気、例えば酸素(O2 )雰囲気中で熱酸
化処理を施し熱酸化膜(SiO2 膜)32を形成する。
FIG. 1 shows an embodiment of a method for forming a nitrided oxide film according to the present invention. In this example, first, as shown in FIG. 1A, the surface of the silicon substrate 31 is subjected to a thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere, for example, an oxygen (O 2 ) atmosphere by using, for example, a diffusion furnace to form a thermal oxide film (SiO 2 film). 32 are formed.

【0023】次に、図2に示した急速ランプ加熱装置4
0を用い、図1Bに示すように、アンモニア(NH3
雰囲気中で熱処理(例えば温度1050℃、60秒の急
速ランプ加熱)し、即ち窒化処理を行う。これにより、
シリコン基板31及び熱酸化膜32に対する窒化が行わ
れ、熱酸化膜32が窒化処理膜33になる。
Next, the rapid lamp heating device 4 shown in FIG.
0, ammonia (NH 3 ) as shown in FIG.
Heat treatment (for example, rapid lamp heating at a temperature of 1050 ° C. for 60 seconds) in an atmosphere, that is, a nitriding treatment is performed. This allows
The silicon substrate 31 and the thermal oxide film 32 are nitrided, and the thermal oxide film 32 becomes a nitriding film 33.

【0024】次に、図1Cに示すように、同じ急速ラン
プ加熱装置40内で、N2 Oガスを導入し、このN2
雰囲気中で850℃〜1050℃未満好ましくは100
0℃の加熱による再酸化処理を施して、最終的にシリコ
ン窒化酸化膜34を形成する。再酸化膜の処理時間は6
0秒程度である。
Next, as shown in FIG. 1C, in the same rapid thermal annealing apparatus 40, by introducing the N 2 O gas, the N 2 O
850 ° C. to less than 1050 ° C., preferably 100
A re-oxidation process is performed by heating at 0 ° C. to finally form a silicon oxynitride film 34. Processing time for reoxidized film is 6
It is about 0 seconds.

【0025】本実施例で利用する図2の急速ランプ加熱
装置40は、前述と同様に構成され、石英チャンバー4
1と、このチャンバー41内に配された半導体ウェハ1
3を支持するトレイ42と、チャンバー41の上下両側
に配された複数連のタングステンハロゲンランプ43
と、チャンバー41の下側に配された半導体ウェハ13
の温度を検出する第1の赤外輻射温度計44及びチャン
バー41の温度を検出する第2の赤外輻射温度計45を
備えてなる。46はランプ43に配された光反射板であ
る。この装置40では、チャンバー41の一方の導入口
42Aから所要のガス47を導入してチャンバー41内
を所定の雰囲気とした状態でタングステンハロゲンラン
プ43からのランプ光線を照射して半導体ウェハ13を
急速加熱するようになされる。
The rapid lamp heating device 40 of FIG. 2 used in the present embodiment is configured in the same manner as described above,
1 and a semiconductor wafer 1 disposed in the chamber 41
And a plurality of tungsten halogen lamps 43 arranged on both upper and lower sides of the chamber 41.
And the semiconductor wafer 13 disposed below the chamber 41
And a second infrared radiation thermometer 45 for detecting the temperature of the chamber 41. Reference numeral 46 denotes a light reflector disposed on the lamp 43. In this apparatus 40, a required gas 47 is introduced from one inlet 42A of the chamber 41, and the semiconductor wafer 13 is rapidly irradiated by irradiating a lamp beam from a tungsten halogen lamp 43 in a state where the inside of the chamber 41 is in a predetermined atmosphere. It is made to heat.

【0026】本例の窒化酸化膜の形成法によれば、その
再酸化処理の雰囲気としてN2 O雰囲気で行うことによ
って、処理温度を従来よりも低い温度の850℃〜10
50℃未満で行うことができる。また、この製法で形成
された窒化酸化膜34は、従来製法による窒化酸化膜4
(図11参照)に比べて欠陥密度が低減し膜の寿命を延
長することができる。
According to the method of forming a nitrided oxide film of this embodiment, the reoxidation is performed in an N 2 O atmosphere, thereby reducing the processing temperature to 850 ° C. to 10 ° C., which is lower than the conventional temperature.
It can be performed at less than 50 ° C. Further, the nitrided oxide film 34 formed by this manufacturing method is
As compared with (see FIG. 11), the defect density can be reduced and the life of the film can be extended.

【0027】次に、その特性を説明する。上記実施例で
得られた窒化酸化膜34上に、図3に示すように多結晶
シリコンをCVD法で堆積させ、りん(P)を熱拡散法
で拡散させて後フォトリソグラフィ法とRIE(反応性
イオンエッチング)技術を使ってパターニングして多結
晶シリコン電極36を形成する。この多結晶シリコン電
極36とシリコン基板31間に定電流(電流密度100
mA/cm2 )を流したときの窒化酸化膜34が破壊す
るまでの時間、いわゆるTDDB(経時絶縁破壊)耐性
を求めた結果を図4に示す。
Next, the characteristics will be described. As shown in FIG. 3, polycrystalline silicon is deposited on the nitrided oxide film 34 obtained in the above embodiment by a CVD method, phosphorus (P) is diffused by a thermal diffusion method, and then photolithography and RIE (reaction) are performed. The polycrystalline silicon electrode 36 is formed by patterning using the technique of (active ion etching). A constant current (current density 100) is applied between the polycrystalline silicon electrode 36 and the silicon substrate 31.
FIG. 4 shows the results obtained by measuring the time until the nitrided oxide film 34 breaks when mA / cm 2 is passed, that is, the so-called TDDB (time-dependent dielectric breakdown) resistance.

【0028】この図4は、シリコン基板上に10%O2
と90%N2 雰囲気中、温度1000℃で熱酸化膜を形
成し、100%NH3 雰囲気中で温度1050℃、60
秒のランプ加熱で窒化処理したものを、O2 雰囲気中で
ランプ加熱で再酸化した窒化酸化膜(従来例の場合)
と、窒化処理後N2 O雰囲気中でランプ加熱で再酸化し
た窒化酸化膜(本発明)を比較して示す。△印は再酸化
の処理温度を1000℃とした従来法による窒化酸化
膜、□印は再酸化の処理温度を1150℃とした従来法
による窒化酸化膜、●印は再酸化の処理温度を1000
℃とした本発明法による窒化酸化膜である。処理時間は
何れも60秒である。
FIG. 4 shows that 10% O 2 is deposited on a silicon substrate.
A thermal oxide film is formed at a temperature of 1000 ° C. in a 90% N 2 atmosphere, and at a temperature of 1050 ° C. and 60% in a 100% NH 3 atmosphere.
Nitrided oxide film after nitriding by lamp heating for 2 seconds and reoxidized by lamp heating in O 2 atmosphere (in the case of conventional example)
And a nitrided oxide film (the present invention) re-oxidized by lamp heating in an N 2 O atmosphere after nitriding. △ indicates a conventional nitrided oxide film at a reoxidation treatment temperature of 1000 ° C, □ indicates a conventional nitrided oxide film at a reoxidation treatment temperature of 1150 ° C, and ● indicates a reoxidation treatment temperature of 1000.
5C is a nitrided oxide film according to the method of the present invention at ℃. Each processing time is 60 seconds.

【0029】図示せざるも、再酸化処理がない場合には
ストレス時間1秒で累積不良率は70%以上あり、膜質
が非常に悪い。図4に示すように、再酸化を行うと膜の
寿命が延び、また、△印と□印から判るように再酸化の
処理温度を上げることで膜の寿命が延びる。即ち、再酸
化を行うことで膜質が非常によくなっている。O2 雰囲
気中での再酸化の場合、再酸化処理温度1150℃で最
も寿命が長く累積不良率50%となる時間は450秒で
ある。
Although not shown, if there is no reoxidation treatment, the cumulative failure rate is 70% or more with a stress time of 1 second, and the film quality is very poor. As shown in FIG. 4, when the reoxidation is performed, the life of the film is extended, and as can be seen from the marks Δ and □, the life of the film is extended by increasing the reoxidation processing temperature. That is, the quality of the film is significantly improved by performing the re-oxidation. In the case of reoxidation in an O 2 atmosphere, the time at which the reoxidation treatment temperature is 1150 ° C. is the longest and the cumulative failure rate is 50% is 450 seconds.

【0030】そして従来法と本発明法を比較してみる
と、再酸化処理の処理温度を同じ1000℃とした場
合、従来のO2 雰囲気中で再酸化処理した場合(△印)
に比べてN2 O雰囲気中で再酸化処理した場合(●印)
の方が寿命が延びている。
A comparison between the conventional method and the method of the present invention shows that when the re-oxidation treatment temperature is the same at 1000 ° C. and when the re-oxidation treatment is carried out in the conventional O 2 atmosphere (△ mark).
When re-oxidized in N 2 O atmosphere (marked with ●)
Has a longer lifespan.

【0031】そして、N2 O雰囲気中で再酸化処理した
場合、1000℃の処理温度で(●印参照)、従来法の
2 雰囲気中1150℃の再酸化処理(□印参照)と同
程度の寿命が得られている。つまり、N2 O雰囲気中で
再酸化処理することにより、従来のO2 雰囲気中で再酸
化処理した場合に比べて処理温度を150℃程度低減で
きる。
When the reoxidation treatment is performed in an N 2 O atmosphere, the reoxidation treatment is performed at a processing temperature of 1000 ° C. (see ● marks), which is about the same as the reoxidation treatment at 1150 ° C. in a conventional O 2 atmosphere (see □ marks). Life is obtained. That is, by performing the re-oxidation treatment in the N 2 O atmosphere, the processing temperature can be reduced by about 150 ° C. as compared with the case of performing the re-oxidation treatment in the conventional O 2 atmosphere.

【0032】一方、窒化酸化膜を形成する際の再酸化処
理温度が従来より下げられることは、バルクゲートの耐
圧劣化防止に非常に有効である。図5は、ゲート形成後
の熱処理条件によるゲート耐圧劣化の相関図である。即
ち、窒化酸化膜によるゲート絶縁膜上に多結晶シリコン
ゲート電極を形成した後、熱処理した場合のゲート絶縁
膜の耐圧不良率を示す。
On the other hand, lowering the reoxidation temperature during the formation of the nitrided oxide film than before is very effective in preventing the breakdown voltage of the bulk gate from deteriorating. FIG. 5 is a correlation diagram of gate breakdown voltage degradation due to heat treatment conditions after gate formation. That is, it shows the breakdown voltage ratio of the gate insulating film when a polycrystalline silicon gate electrode is formed on the gate insulating film made of the nitrided oxide film and then heat-treated.

【0033】この熱処理は、DRAMの形成に適用した
場合、MOSトランジスタを形成した後の熱処理、例え
ばキャパシタの誘電体膜となる窒化酸化膜の形成時の再
酸化処理の処理温度等に相当すると考えてよい。
When this heat treatment is applied to the formation of a DRAM, it is considered that it corresponds to the heat treatment after the formation of the MOS transistor, for example, the processing temperature of the re-oxidation treatment at the time of forming the nitrided oxide film to be the dielectric film of the capacitor. May be.

【0034】図5に示すように、1050℃から不良率
が増加し、1150℃の熱処理ではゲート絶縁膜である
窒化酸化膜の耐圧劣化が大きくなっている。1050℃
未満特に1000℃以下では劣化が生じていない。
As shown in FIG. 5, the defect rate increases from 1050 ° C., and the heat treatment at 1150 ° C. causes a large deterioration in the breakdown voltage of the nitrided oxide film as the gate insulating film. 1050 ° C
If the temperature is less than 1000 ° C., no deterioration occurs.

【0035】この結果、窒化酸化膜の形成時の再酸化処
理をO2 雰囲気からN2 O雰囲気に変えることによっ
て、処理温度を1150℃から1000℃に低減するこ
とができる。すなわち、例えばDRAMの、キャパシタ
の誘電体膜として窒化酸化膜を適用した場合、その誘電
体膜の形成時の再酸化処理の処理温度を1000℃とす
ることによって従来の1150℃で形成したと同程度の
膜質を得ることができると同時に、すでに形成されてい
るMOSトランジスタのゲート絶縁膜(すなわち窒化酸
化膜)の耐圧をもこの再酸化処理の熱処理によって影響
を受けることがない。
[0035] Consequently, by changing the reoxidation treatment at the time of forming the oxynitride film from O 2 atmosphere N 2 O atmosphere, it is possible to reduce the processing temperature from 1150 ° C. to 1000 ° C.. That is, for example, when a nitrided oxide film is applied as a dielectric film of a capacitor of a DRAM, the temperature of the re-oxidation process at the time of forming the dielectric film is set to 1000 ° C., which is the same as that formed at 1150 ° C. in the related art. At the same time, it is possible to obtain a sufficient film quality, and the withstand voltage of the gate insulating film (that is, the nitrided oxide film) of the already formed MOS transistor is not affected by the heat treatment of the reoxidation process.

【0036】尚、上例では、再酸化処理時の急速加熱と
してハロゲンタングステンランプからのランプ光線照射
で行ったが、その他、エキシマレーザ光照射加熱、その
他のレーザ光照射加熱等を用いることも可能である。
In the above example, the rapid heating at the time of the re-oxidation treatment was performed by irradiating a lamp light from a halogen tungsten lamp. However, excimer laser light irradiation heating, other laser light irradiation heating, or the like may be used. It is.

【0037】また、上例では熱酸化膜を熱酸化膜の膜厚
の均一性の点から拡散炉を用いて形成したが、その他、
図2の急速ランプ加熱装置を用いて形成することも可能
である。
In the above example, the thermal oxide film is formed using a diffusion furnace in view of the uniformity of the thermal oxide film thickness.
It is also possible to form using the rapid lamp heating device of FIG.

【0038】図6は、本発明による急速加熱処理装置即
ち急速ランプ加熱装置の実施例である。同図において、
41は石英チャンバー、48は石英チャンバー41内に
配置された半導体ウェハ13を支持する支持治具すなわ
ちトレイを示す。43はチャンバー41の上下両側に配
置されたタングステンハロゲンランプ、46は光反射
板、44は半導体ウェハ13の温度を透過窓部41aを
通して検出するための第1の赤外輻射温度計、45はチ
ャンバー41の温度を検出するための赤外輻射温度計を
示す。本例においては、特に半導体ウェハ13を支持す
るトレイ48をランプ43からの光を吸収する部材、例
えばSiC部材で形成する。SiCトレイ48は赤外光
の透過率が小さく実質的に赤外光をカットする。
FIG. 6 shows an embodiment of a rapid heating apparatus according to the present invention, that is, a rapid lamp heating apparatus. In the figure,
Reference numeral 41 denotes a quartz chamber, and reference numeral 48 denotes a support jig or tray for supporting the semiconductor wafer 13 arranged in the quartz chamber 41. Reference numeral 43 denotes a tungsten halogen lamp disposed on both the upper and lower sides of the chamber 41; 46, a light reflecting plate; 44, a first infrared radiation thermometer for detecting the temperature of the semiconductor wafer 13 through the transmission window 41a; 41 shows an infrared radiation thermometer for detecting the temperature of 41. In this example, the tray 48 supporting the semiconductor wafer 13 is formed of a member that absorbs light from the lamp 43, for example, a SiC member. The SiC tray 48 has a low transmittance of infrared light and substantially cuts infrared light.

【0039】このSiCトレイ48は、図7に示すよう
に平板状をなしてその中央に半導体ウェハ13よりも大
きめの開口49が形成され、1部すり割が形成されてな
るSiC基板50を有し、その開口49を挟む周縁部の
複数箇所、本例では3箇所に半導体シリコンウェハ13
を保持するホルダー51が設けられて成る。ホルダー5
1は図8に示すように、石英のブロック52より開口4
9内に延長するように点接触で支持する石英支持ピン5
3を有して構成される。SiC基板50の裏面には脚部
54が複数箇所設けられている。そして、図9及び図1
0に示すように、半導体ウェハ13はSiCトレイ48
に対し、その開口49内に収納されるように、支持ピン
53の先端上に載置される。
As shown in FIG. 7, the SiC tray 48 has an SiC substrate 50 having a flat plate-like shape, an opening 49 larger than the semiconductor wafer 13 formed in the center thereof, and a slit formed therein. The semiconductor silicon wafer 13 is provided at a plurality of positions on the peripheral portion sandwiching the opening 49, in this example, at three positions.
Is provided. Holder 5
As shown in FIG.
Quartz support pin 5 supported by point contact so as to extend into 9
3. A plurality of legs 54 are provided on the back surface of the SiC substrate 50. 9 and FIG.
As shown in FIG.
Is placed on the tip of the support pin 53 so as to be stored in the opening 49.

【0040】かかる構成の装置によれば、半導体ウェハ
13を支持するトレイ48をタングステンハロゲンラン
プ43からの光を吸収する例えばSiCよりなるトレイ
を使用することにより、図6に示すように、ランプ43
からの光L1 が一部半導体ウェハ13の表面及び光反射
板46で反射されその反射光L2 がチャンバー下側の赤
外輻射温度計44に入射されようとしても、そのSiC
トレイ48によって反射光L2 が吸収される。したがっ
て、この反射光L2 が半導体ウェハ13の温度を検出す
る第1の赤外輻射温度計44に入射されることはなく正
確に半導体ウェハ13の温度を検出することができる。
According to the apparatus having such a configuration, the tray 48 supporting the semiconductor wafer 13 is formed of a tray made of, for example, SiC which absorbs the light from the tungsten halogen lamp 43, and as shown in FIG.
Light L 1 is also about to be incident on the infrared radiation thermometer 44 surface and the reflected light L 2 is reflected by the light reflection plate 46 of the chamber lower part semiconductor wafer 13 from its SiC
The reflected light L 2 is absorbed by the tray 48. Therefore, the reflected light L 2 is capable of detecting a temperature of the first infrared radiation thermometer 44 rather than being incident to accurately semiconductor wafer 13 for detecting the temperature of the semiconductor wafer 13.

【0041】また、本実施例のトレイ48は半導体ウェ
ハ13を開口49内に収納するように支持するので、半
導体ウェハ13の加熱時に半導体ウェハ13の周辺から
熱が逃げようとするも、SiC基板50によって半導体
ウェハ13からの放熱を防ぐことができる。これは、従
来その目的のために設けられていたリング24を兼ねる
ものであり、構造的に簡略化することができる。
Further, since the tray 48 of this embodiment supports the semiconductor wafer 13 so as to be accommodated in the opening 49, even when the semiconductor wafer 13 is heated, heat may escape from the periphery of the semiconductor wafer 13. With 50, heat radiation from the semiconductor wafer 13 can be prevented. This doubles as the ring 24 conventionally provided for that purpose, and can be structurally simplified.

【0042】尚、上例においては、トレイ48としてS
iC基板50を用いたが、その他、SiC被覆のカーボ
ン基板を用いることも可能である。
In the above example, the tray 48 is S
Although the iC substrate 50 is used, a carbon substrate coated with SiC may be used.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の製法によれば、窒化酸化膜の形
成に際して急速加熱による再酸化処理の処理温度を従来
に比べて低減することができる。また、窒化酸化膜は従
来に比べてその欠陥密度を低減すると同時に寿命を延ば
すことができる。
According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the processing temperature of the reoxidation treatment by rapid heating in forming a nitrided oxide film as compared with the conventional method. In addition, the nitrided oxide film can reduce the defect density and extend the life as compared with the related art.

【0044】また、本発明による半導体製造装置によれ
ば、半導体ウェハに対して光照射源からの光を照射して
加熱処理する時、半導体ウェハ表面で反射し反射を繰返
した反射光が半導体ウェハを支持する支持治具によって
吸収され、半導体ウェハの温度を検出する赤外輻射温度
計に入射されることがなく正確な半導体ウェハの温度の
検出を行うことができる。
According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, when a semiconductor wafer is irradiated with light from a light irradiation source and subjected to heat treatment, reflected light that is reflected on the surface of the semiconductor wafer and is repeatedly reflected is reflected on the semiconductor wafer. The temperature of the semiconductor wafer can be accurately detected without being incident on an infrared radiation thermometer for detecting the temperature of the semiconductor wafer, which is absorbed by the supporting jig for supporting the semiconductor wafer.

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

【図1】本発明の窒化酸化膜の形成工程を示す工程図で
ある。
FIG. 1 is a process chart showing a step of forming a nitrided oxide film of the present invention.

【図2】本発明の製法で使用される急速ランプ加熱装置
の例を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a rapid lamp heating device used in the manufacturing method of the present invention.

【図3】本発明の特性測定の試料となるゲート構造の断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a gate structure serving as a sample for property measurement according to the present invention.

【図4】本発明で得られた窒化酸化膜のTDDB(経時
絶縁破壊)耐性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing TDDB (time-dependent dielectric breakdown) resistance of a nitrided oxide film obtained by the present invention.

【図5】窒化酸化膜をゲート絶縁膜としたときの熱処理
条件によるゲート耐圧劣化を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing gate breakdown voltage degradation due to heat treatment conditions when a nitrided oxide film is used as a gate insulating film.

【図6】本発明に係る急速加熱処理装置の一例を示す構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a rapid heating apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係るトレイの例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a tray according to the present invention.

【図8】図7のホルダーの拡大斜視図である。8 is an enlarged perspective view of the holder of FIG.

【図9】半導体ウェハを支持した状態の本発明に係るト
レイの平面図である。
FIG. 9 is a plan view of a tray according to the present invention in a state where a semiconductor wafer is supported.

【図10】図9の側面図である。FIG. 10 is a side view of FIG. 9;

【図11】従来の窒化酸化膜の形成工程を示す工程図で
ある。
FIG. 11 is a process chart showing a conventional step of forming a nitrided oxide film.

【図12】従来の急速ランプ加熱装置の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional rapid lamp heating device.

【図13】従来のトレイを示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing a conventional tray.

【図14】図13の側面図である。FIG. 14 is a side view of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31 シリコン基板 2,32 熱酸化膜 3,33 窒化処理膜 4,34 窒化酸化膜 13 半導体ウェハ 12,41 石英チャンバー 14,42,48 トレイ 15,43 ハロゲンタングステンランプ 17,19,44,45 赤外輻射温度計 16,46 光反射板 1,31 silicon substrate 2,32 thermal oxide film 3,33 nitridation film 4,34 nitride oxide film 13 semiconductor wafer 12,41 quartz chamber 14,42,48 tray 15,43 halogen tungsten lamp 17,19,44,45 Infrared radiation thermometer 16,46 Light reflector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−199672(JP,A) 特開 昭63−246829(JP,A) 特開 昭62−296512(JP,A) 特開 平2−98128(JP,A) 特開 平3−257828(JP,A) 特開 平3−244125(JP,A) 特開 平3−278576(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/318 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-199672 (JP, A) JP-A-63-246829 (JP, A) JP-A-62-296512 (JP, A) JP-A-2- 98128 (JP, A) JP-A-3-257828 (JP, A) JP-A-3-244125 (JP, A) JP-A-3-278576 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) H01L 21/318 H01L 21/31

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に熱酸化処理で形成した熱
酸化膜を窒化処理及び再酸化処理して窒化酸化膜を形成
する工程において、上記再酸化処理をN2 O雰囲気中で
行うことを特徴とする半導体装置の製法。
In a step of forming a nitrided oxide film by nitriding and reoxidizing a thermal oxide film formed on a semiconductor substrate by a thermal oxidation process, the reoxidation process is performed in an N 2 O atmosphere. Characteristic semiconductor device manufacturing method.
【請求項2】 光照射加熱により再酸化処理を行う請求
項1記載の半導体装置の製法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the re-oxidation treatment is performed by light irradiation heating.
【請求項3】 再酸化処理を850℃〜1050℃未満
の処理温度で行うことを特徴とする請求項1記載の半導
体装置の製法。
3. The method according to claim 1, wherein the re-oxidation is performed at a processing temperature of 850 ° C. to less than 1050 ° C.
【請求項4】 チャンバーと、該チャンバー内に配され
た半導体ウェハの支持治具と、上記チャンバー外側に配
された上記半導体ウェハに対する光照射源と、上記チャ
ンバー外側に配された上記半導体ウェハの温度検出用の
赤外輻射温度計を備えた半導体製造装置において、上記
半導体ウェハの支持治具が上記光照射源からの光を吸収
する部材で形成されると共に、上記光照射源からの光が
反射して上記赤外輻射温度計に入射する光路を遮蔽する
ように配置されてなる半導体装置。
4. A chamber, a jig for supporting a semiconductor wafer disposed in the chamber, a light irradiation source for the semiconductor wafer disposed outside the chamber, and a light source for irradiating the semiconductor wafer disposed outside the chamber. In a semiconductor manufacturing apparatus provided with an infrared radiation thermometer for temperature detection, a jig for supporting the semiconductor wafer is formed of a member that absorbs light from the light irradiation source, and light from the light irradiation source is
Blocks the optical path that reflects and enters the infrared radiation thermometer
Semiconductor device arranged as follows.
【請求項5】 半導体ウェハの支持治具がSiC部材ま
たはSiC被覆のカーボン部材で構成されてなる請求項
4記載の半導体製造装置。
5. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the jig for supporting the semiconductor wafer is made of a SiC member or a SiC-coated carbon member.
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