JP3481613B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

Semiconductor manufacturing equipment

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JP3481613B2
JP3481613B2 JP2002368697A JP2002368697A JP3481613B2 JP 3481613 B2 JP3481613 B2 JP 3481613B2 JP 2002368697 A JP2002368697 A JP 2002368697A JP 2002368697 A JP2002368697 A JP 2002368697A JP 3481613 B2 JP3481613 B2 JP 3481613B2
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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、半導体製造装置に
関し、特に、ゲート電極としてポリシリコン電極を用い
る半導体製造装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus using a polysilicon electrode as a gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリシリコン電極をゲート電極として用
いる半導体装置の製造は、図10に示すように、ゲート
酸化前洗浄において、基板の表面を超純水により洗浄し
て表面に付着する塵や埃などの汚染物を取除いてから、
ゲート酸化において約850℃においてパイロジェニッ
ク酸化により基板表面を酸化してゲート酸化膜を形成し
た後、表面にポリシリコンから成るゲート電極層を形成
し、ゲート電極層にリンを拡散してP型としてから、パ
ターンニングを行うことによりなされる。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 10, in manufacturing a semiconductor device using a polysilicon electrode as a gate electrode, in cleaning before gate oxidation, the surface of a substrate is cleaned with ultrapure water to attach dust and dirt to the surface. After removing contaminants such as
In the gate oxidation, the substrate surface is oxidized by pyrogenic oxidation at about 850 ° C. to form a gate oxide film, then a gate electrode layer made of polysilicon is formed on the surface, and phosphorus is diffused into the gate electrode layer to form a P type. Then, the patterning is performed.

【0003】一般に、ポリシリコンから成るゲート電極
は、図11に示すような構成のポリシリコン電極形成装
置(縦型LPCVD)により形成されている。このポリ
シリコン電極形成装置は、ヒータ10により内部温度が
調整されるポリシリコン形成炉12と、複数のウエハが
チャージされ、ウエハチャージ部分がポリシリコン形成
炉12内に装填されたときにポリシリコン形成炉12内
を密閉するボート14と、ポリシリコン形成炉12内に
予め定めた種類のガスを導入する雰囲気調整手段16と
を備えている。
Generally, a gate electrode made of polysilicon is formed by a polysilicon electrode forming device (vertical LPCVD) having a structure as shown in FIG. This polysilicon electrode forming apparatus forms a polysilicon when a polysilicon forming furnace 12 whose internal temperature is adjusted by a heater 10 and a plurality of wafers are charged and a wafer charging portion is loaded into the polysilicon forming furnace 12. A boat 14 for sealing the inside of the furnace 12 and an atmosphere adjusting means 16 for introducing a gas of a predetermined type into the polysilicon forming furnace 12 are provided.

【0004】表面にゲート酸化膜が形成された基板は、
清浄度を保った状態でボート14にチャージされて、N
2 ガスが充填されたポリシリコン形成炉12内に挿入さ
れる。ボート14が完全にポリシリコン形成炉12内に
挿入されて炉12内を密閉すると、雰囲気調整手段16
により1.0×10-3Torr程度の真空吸引を行い、
600℃〜700℃程度の温度に調整してからSiH4
ガスを導入して、ポリシリコンをゲート酸化膜上に堆積
させ、ポリシリコン膜を形成する。その後、ボート14
を炉12内から取り出して図示しない拡散炉内に搬送
し、拡散炉においてリンを拡散させた後、図示しないパ
ターニング装置によりパターニングが施されてゲート電
極とされる。
A substrate having a gate oxide film formed on its surface is
Charged to the boat 14 while maintaining cleanliness, N
It is inserted into the polysilicon forming furnace 12 filled with 2 gas. When the boat 14 is completely inserted into the polysilicon forming furnace 12 and the inside of the furnace 12 is sealed, the atmosphere adjusting means 16
Vacuum suction of about 1.0 × 10 -3 Torr
After adjusting the temperature to about 600 ℃ -700 ℃, SiH 4
A gas is introduced to deposit polysilicon on the gate oxide film to form a polysilicon film. Then boat 14
Is taken out of the furnace 12 and conveyed into a diffusion furnace (not shown). After diffusing phosphorus in the diffusion furnace, patterning is performed by a patterning device (not shown) to form a gate electrode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上のすべての工程は
清浄度を高く調整したクリーンルーム内で行うが、ゲー
ト酸化前洗浄における超純水の水質の劣化や、基板の搬
送中に、例えば、クリーンルームの通気テスト剤である
フタル酸エステルや、装置やカセットやボックス等を構
成する可塑剤の一種であるDBP(dibutylph
thalate)や、ウエハケースを構成する可塑剤の
一種であるBHT(butylhydroxytolu
ene)等の有機物が基板表面に付着してしまう場合が
ある。
All of the above steps are carried out in a clean room in which the cleanliness is adjusted to a high level. Phthalate ester, which is an aeration test agent for air, and DBP (dibutylph), which is a type of plasticizer that constitutes equipment, cassettes, boxes, etc.
or BHT (Butyl Hydroxytolu), which is a type of plasticizer that constitutes the wafer case.
Organic substances such as ene) may adhere to the surface of the substrate.

【0006】図12及び図13は、有機物汚染を受けた
基板の表面に付着する有機物についてウエハ加熱脱離G
C−MSにより測定した結果を示している。ウエハ加熱
脱離GC−MSは基板を加熱したときに基板表面から脱
離したガスをクロマトグラフィーにかける構成の装置で
あり、図12及び図13のそれぞれにおいて、縦軸は相
対強度、横軸は時間を示しており、相対強度が高いほど
有機物の付着量が多く、同じ時間に検出されたものは同
じ種類の物質であることを示している。
FIGS. 12 and 13 show the wafer thermal desorption G of the organic substances attached to the surface of the substrate which has been contaminated with the organic substances.
The result measured by C-MS is shown. The wafer thermal desorption GC-MS is an apparatus configured to subject the gas desorbed from the substrate surface to chromatography when the substrate is heated. In each of FIGS. 12 and 13, the vertical axis represents relative intensity and the horizontal axis represents The time is shown, and the higher the relative intensity, the larger the amount of organic substances attached, indicating that the substances detected at the same time are the same kind of substance.

【0007】図12はゲート酸化膜形成前の超純水によ
る洗浄後のシリコン基板の表面に付着する有機物量を測
定した結果であり、図13はゲート酸化膜形成後のシリ
コン基板の表面に付着する有機物量を測定した結果であ
る。図12と図13とを比較すると、超純水による洗浄
後のシリコン基板の表面に比べてゲート酸化後のシリコ
ン基板の表面の方が付着している有機物量は減っている
ものの、ゲート酸化によってシリコン基板の表面に付着
する有機物は完全には除去されてないことがわかる。
FIG. 12 shows the result of measuring the amount of organic substances adhering to the surface of the silicon substrate after cleaning with ultrapure water before forming the gate oxide film, and FIG. 13 shows the result of adhering to the surface of the silicon substrate after forming the gate oxide film. It is the result of measuring the amount of organic matter. Comparing FIG. 12 and FIG. 13, although the amount of attached organic substances on the surface of the silicon substrate after the gate oxidation is smaller than that on the surface of the silicon substrate after cleaning with ultrapure water, the amount of organic matter adhered by the gate oxidation is smaller. It can be seen that the organic substances attached to the surface of the silicon substrate are not completely removed.

【0008】水質の劣化した超純水による洗浄によりシ
リコン基板の表面に付着した有機物や、基板の装置間の
搬送中にシリコン基板の表面に付着した有機物はベンゼ
ン環を有しているものが多く、ベンゼン環を持つ有機物
のうちゲート酸化時にシリコン酸化膜と反応したものは
燃焼しにくくなってしまい、ゲート酸化後もシリコン基
板の表面に残留してしまう。このようなシリコン基板の
表面に残留した有機物はゲート酸化膜の絶縁耐圧特性を
悪化させる原因となっている。
Many of the organic substances attached to the surface of the silicon substrate by washing with ultrapure water with deteriorated water quality and the organic substances attached to the surface of the silicon substrate during the transportation of the substrate between the devices have a benzene ring. Of the organic substances having a benzene ring, those that react with the silicon oxide film during gate oxidation become difficult to burn, and remain on the surface of the silicon substrate even after gate oxidation. Such organic substances remaining on the surface of the silicon substrate cause deterioration of the dielectric strength characteristics of the gate oxide film.

【0009】そこで本発明は、ゲート酸化膜表面に付着
する有機物を効率的に除去してゲート酸化膜の絶縁耐圧
特性を向上させた半導体装置を得ることを目的としてい
る。
Therefore, an object of the present invention is to obtain a semiconductor device in which organic substances adhering to the surface of a gate oxide film are efficiently removed to improve the dielectric strength characteristics of the gate oxide film.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明の半導体製造装置は、反応炉内にシ
ランガスを流入させ、ゲート酸化膜上にポリシリコンか
らなるゲート電極を形成する半導体製造装置であって、
前記ゲート酸化膜が形成された半導体基板を前記反応炉
に挿入する手段と、前記半導体基板を前記反応炉内でシ
ランガスと酸素系ガスとの雰囲気下で一定時間保持する
手段と、一定時間保持した後、反応炉内を吸引する手段
と、前記吸引後に前記ゲート酸化膜上に前記ゲート電極
を形成する手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the invention of claim 1, silane gas is introduced into the reaction furnace to form a gate electrode made of polysilicon on the gate oxide film. A semiconductor manufacturing apparatus for
A means for inserting the semiconductor substrate on which the gate oxide film is formed into the reaction furnace, a means for holding the semiconductor substrate in the reaction furnace under an atmosphere of silane gas and oxygen-based gas for a certain time, and for a certain time After that, a means for sucking the inside of the reaction furnace and a means for forming the gate electrode on the gate oxide film after the suction are provided.

【0011】請求項1の発明では、反応炉内で、ゲート
酸化膜が形成された半導体基板を高温、好ましくは、ポ
リシリコン膜形成温度でシランガスと酸素系ガスとの雰
囲気下で一定時間保持している。そのため、ゲート酸化
膜表面に付着している有機物が酸素系ガス中に含まれる
酸素の酸化力によりシランガスと反応してシリル化し、
ベンゼン環が分解される。
According to the first aspect of the present invention, the semiconductor substrate on which the gate oxide film is formed is held in the reaction furnace at a high temperature, preferably at the polysilicon film forming temperature in an atmosphere of silane gas and oxygen-based gas for a certain period of time. ing. Therefore, the organic matter adhering to the surface of the gate oxide film reacts with the silane gas due to the oxidizing power of oxygen contained in the oxygen-based gas to silylate,
The benzene ring is decomposed.

【0012】ベンゼン環が分解されるとゲート酸化膜表
面に付着する力が弱まるので、その後の炉内の吸引によ
ってゲート酸化膜表面から容易に除去できる。従って、
シリコン酸化膜の絶縁耐圧特性が向上した半導体装置が
得られる。
When the benzene ring is decomposed, the force of adhering to the surface of the gate oxide film is weakened, so that it can be easily removed from the surface of the gate oxide film by subsequent suction in the furnace. Therefore,
A semiconductor device in which the dielectric strength characteristics of the silicon oxide film are improved can be obtained.

【0013】また、請求項2の発明の半導体製造装置
は、請求項1に記載の半導体製造装置において、前記ゲ
ート酸化膜が形成された半導体基板を前記反応炉内で保
持することにより、前記ゲート酸化膜上に存在するベン
ゼン環を有する有機物が直鎖状エステルに分解されるこ
とを特徴とする。
According to a second aspect of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, in the semiconductor manufacturing apparatus of the first aspect, the semiconductor substrate on which the gate oxide film is formed is held in the reaction furnace so that the gate is formed. It is characterized in that an organic substance having a benzene ring existing on the oxide film is decomposed into a linear ester.

【0014】請求項2の発明では、ゲート酸化膜表面に
付着している有機物がシランガス及び酸素系ガス中に含
まれる酸素の酸化力によりシリコンと反応してシリル化
し、ベンゼン環が直鎖状エステルに分解される。そし
て、直鎖状エステルが、その後の炉内の吸引によって、
ゲート酸化膜表面から容易に除去される。
According to the second aspect of the present invention, the organic matter attached to the surface of the gate oxide film reacts with silicon due to the oxidizing power of oxygen contained in the silane gas and the oxygen-based gas to be silylated, and the benzene ring has a straight chain ester. Is decomposed into. The linear ester is then sucked in the furnace,
It is easily removed from the surface of the gate oxide film.

【0015】また、請求項3の発明の半導体製造装置
は、請求項1又は2に記載の半導体製造装置において、
前記酸素系ガスは、大気、酸素ガスまたはオゾンガスの
うちのいずれか一種より選ばれたものであることを特徴
としている。
A semiconductor manufacturing apparatus according to a third aspect of the present invention is the semiconductor manufacturing apparatus according to the first or second aspect,
It is characterized in that the oxygen-based gas is selected from the atmosphere, oxygen gas, and ozone gas.

【0016】また、請求項5の発明の半導体製造装置
は、請求項1又は2に記載の半導体製造装置において、
前記酸素系ガスは、前記半導体基板が前記反応炉内に挿
入される際、前記反応炉内に流入する大気中の酸素であ
ることを特徴とする。
A semiconductor manufacturing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor manufacturing apparatus according to the first or second aspect,
The oxygen-based gas is oxygen in the atmosphere flowing into the reaction furnace when the semiconductor substrate is inserted into the reaction furnace.

【0017】酸素系ガスとして大気を用いれば、ガス導
入のための特別な装置などを用意せずとも良いので、設
備費や製造コストがかからないという利点がある。ま
た、酸素系ガスとして酸素ガスを用いる場合は、ベンゼ
ン環をシリル化する反応の効率が向上し、シランガス及
び酸素系ガス中にシリコン膜形成温度で放置する時間を
短くできる。さらに、酸素系ガスとして酸化力の強いオ
ゾンガスを用いる場合は、より一層ベンゼン環をシリル
化する反応の効率が向上すると共に、シランガス及び酸
素系ガス中に放置する際のシリコン膜形成温度を低温化
でき、かつ、放置時間も短くできる。
If atmospheric air is used as the oxygen-based gas, it is not necessary to prepare a special device for introducing the gas, and therefore there is an advantage that facility cost and manufacturing cost are not required. Further, when oxygen gas is used as the oxygen-based gas, the efficiency of the reaction for silylating the benzene ring is improved, and the time of leaving it in the silane gas and the oxygen-based gas at the silicon film forming temperature can be shortened. Further, when ozone gas having a strong oxidizing power is used as the oxygen-based gas, the efficiency of the reaction for silylating the benzene ring is further improved, and the silicon film formation temperature when left in the silane gas and the oxygen-based gas is lowered. It can be done and the leaving time can be shortened.

【0018】また、請求項4の発明の半導体製造装置
は、請求項3に記載の半導体製造装置において、前記反
応炉内に、前記酸素ガス又はオゾンガスを導入するイン
ジェクターを備えたことを特徴とする。
A semiconductor manufacturing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor manufacturing apparatus according to the third aspect, further comprising an injector for introducing the oxygen gas or the ozone gas into the reaction furnace. .

【0019】請求項4の発明では、インジェクターによ
り外部から反応炉内に酸素ガス又はオゾンガスを導入
し、炉内をシランガスと酸素ガス又はオゾンガスとの雰
囲気下にする。
In the invention of claim 4, oxygen gas or ozone gas is introduced from the outside into the reaction furnace by an injector, and the inside of the furnace is kept under an atmosphere of silane gas and oxygen gas or ozone gas.

【0020】また、請求項1に記載の半導体製造装置に
おいて、前記半導体基板を一定期間保持する際に、反応
炉内の温度を500℃以上700℃以下に調整すること
がよい。500℃以下であると、ゲート酸化膜に付着す
る有機物を十分にシリル化することができず、また、7
00℃以上であるとシリコンの別の反応が進んでしまう
ため好ましくない。このことから、半導体基板の炉内保
持温度は、500℃以上700℃以下、好ましくは60
0℃以上700℃以下、より好ましくは620度程度と
すれば、効率的に有機物を除去できる。
Further, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first aspect, it is preferable that the temperature in the reaction furnace is adjusted to 500 ° C. or more and 700 ° C. or less when holding the semiconductor substrate for a certain period. If the temperature is 500 ° C. or lower, the organic substances attached to the gate oxide film cannot be sufficiently silylated, and
When the temperature is higher than 00 ° C, another reaction of silicon proceeds, which is not preferable. From this, the holding temperature of the semiconductor substrate in the furnace is 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, preferably 60 ° C.
When the temperature is 0 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, more preferably about 620 ° C., organic substances can be efficiently removed.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図9を参照して説明する。なお、ウエハ加熱脱離GC
ーMSにより測定した結果を示すすべての線図につい
て、縦軸は相対強度、横軸は時間を示し、相対強度が高
いほど有機物の付着量が多く、同じ時間に検出されたも
のは同じ種類の物質であることを示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG.
~ It demonstrates with reference to FIG. Wafer thermal desorption GC
-In all the diagrams showing the results measured by MS, the vertical axis represents relative intensity and the horizontal axis represents time. The higher the relative intensity, the greater the amount of organic substances attached, and those detected at the same time are of the same type. It is a substance.

【0022】(第1の実施形態)図1〜図9を参照して
第1の実施形態を説明する。まず、図1に示すように、
表面にパターンを形成したシリコン基板を、超純水によ
り洗浄して(ゲート酸化前洗浄)からパイロジェニック
酸化によりゲート酸化膜を形成(ゲート酸化)する。次
に、得られた複数のシリコン基板を前述した縦型LPC
VDのボートにチャージする。ボートに複数のシリコン
基板をチャージ後、炉内温度を620℃程度に調整した
ポリシリコン形成炉内にボートを挿入してポリシリコン
形成炉内を密閉した状態で10分程度放置する。
(First Embodiment) The first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
A silicon substrate having a pattern formed on its surface is washed with ultrapure water (cleaning before gate oxidation), and then a gate oxide film is formed by pyrogenic oxidation (gate oxidation). Next, the obtained plurality of silicon substrates are connected to the vertical LPC described above.
Charge the VD boat. After charging a plurality of silicon substrates into the boat, the boat is inserted into a polysilicon forming furnace whose furnace temperature is adjusted to about 620 ° C., and the inside of the polysilicon forming furnace is sealed and left for about 10 minutes.

【0023】このとき、ボートの挿入と共にポリシリコ
ン形成炉内に入り込んだ空気中の酸素と前回の処理で導
入されポリシリコン形成炉内に残留するSiH4 ガスと
によりシリコン基板表面に付着する有機物がシリル化さ
れる。このシリル化によりベンゼン環が分解されて有機
物は直鎖状シリル化エステルとされる。例えば、C6
7 SC(Si(CH3 3 )HC2 3 は、(CH3
3 SiOCOC(Si(CH3 3 )HCOOSi(C
3 3 や、(CH3 3 SiOCOSi(CH3 3
などに分解される。
At this time, organic substances adhering to the surface of the silicon substrate are removed by the oxygen in the air that has entered the polysilicon forming furnace as the boat is inserted and the SiH 4 gas introduced in the previous treatment and remaining in the polysilicon forming furnace. Is silylated. By this silylation, the benzene ring is decomposed and the organic matter is converted into a linear silylated ester. For example, C 6 H
7 SC (Si (CH 3) 3) HC 2 H 3 is, (CH 3)
3 SiOCOC (Si (CH 3 ) 3 ) HCOOSi (C
H 3 ) 3 and (CH 3 ) 3 SiOCOSi (CH 3 ) 3
Be decomposed into.

【0024】その後、ポリシリコン形成炉内を吸引装置
により吸引する。このときのシリコン基板表面の有機物
の付着量をウエハ加熱脱離GC−MSにより測定した結
果を図2に示す。なお、比較のため、ポリシリコン形成
炉内を窒素により充填した状態でボートをポリシリコン
形成炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン基板を放置
したときのシリコン基板表面の有機物量を測定した結果
を図3に、ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した
状態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰
囲気中にシリコン基板を放置して真空吸引したときのシ
リコン基板表面の有機物量を測定した結果を図4に、ポ
リシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空気が入り込
んだ状態でシリコン基板を放置したときのシリコン基板
表面の有機物量を測定した結果を図5にそれぞれ示す。
Then, the inside of the polysilicon forming furnace is sucked by a suction device. FIG. 2 shows the result of measurement of the amount of organic substances attached to the surface of the silicon substrate at this time by wafer thermal desorption GC-MS. For comparison, the result of measuring the amount of organic substances on the surface of the silicon substrate when the boat was inserted into the polysilicon forming furnace in a state where the inside of the polysilicon forming furnace was filled with nitrogen and the silicon substrate was left in a nitrogen atmosphere FIG. 3 shows the amount of organic substances on the surface of a silicon substrate when the boat is inserted into the polysilicon forming furnace with the polysilicon forming furnace filled with nitrogen and the silicon substrate is left in a nitrogen atmosphere and vacuum suction is performed. The measurement results are shown in FIG. 4, and the results of measuring the amount of organic substances on the surface of the silicon substrate when the silicon substrate was left in the state where air was introduced while the boat was inserted into the polysilicon forming furnace are shown in FIG. 5, respectively.

【0025】図2と図3〜図5との比較より明らかなよ
うに、ポリシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空気
が入り込んだ状態でシリコン基板を放置して真空吸引し
たときのシリコン基板表面には、殆ど有機物が残留して
いないことがいえる。すなわち、上記シリル化により形
成された直鎖状シリル化エステルは、吸引によりシリコ
ン基板の表面から容易に取除かれてしまうことがいえ
る。
As is clear from the comparison between FIG. 2 and FIGS. 3 to 5, the surface of the silicon substrate when the silicon substrate is left in a state where the boat is inserted into the polysilicon forming furnace and air is introduced and vacuum suction is performed. It can be said that almost no organic matter remains in the. That is, it can be said that the linear silylated ester formed by the silylation is easily removed from the surface of the silicon substrate by suction.

【0026】その後、SiH4 ガスをポリシリコン形成
炉内に導入してポリシリコン膜の形成を開始し、予め定
めた厚さにシリコン膜が形成されたらリンを拡散してP
型としてから、パターンニングを行ってポリシリコン電
極を得る。
After that, SiH 4 gas is introduced into the polysilicon forming furnace to start the formation of the polysilicon film, and when the silicon film is formed to a predetermined thickness, phosphorus is diffused to form P.
After forming the mold, patterning is performed to obtain a polysilicon electrode.

【0027】得られたゲート電極におけるゲート酸化膜
の絶縁耐性を調べた結果を図6に示す。図6において、
横軸は電圧(V)を示しており、縦軸は耐圧不良率
(%)を示しており、以後述べるすべての絶縁耐性を調
べた図においても同様に横軸は電圧(V)を示してお
り、縦軸は耐圧不良率(%)を示しており、耐圧不良率
(%)が高いほど電流が多く流れることを示唆してい
る。
FIG. 6 shows the result of examining the insulation resistance of the gate oxide film in the obtained gate electrode. In FIG.
The horizontal axis shows voltage (V), and the vertical axis shows breakdown voltage failure rate (%). Similarly, in all of the below-described diagrams that examine insulation resistance, the horizontal axis shows voltage (V). The vertical axis represents the breakdown voltage defective rate (%), which suggests that the higher the breakdown voltage defective rate (%), the more current flows.

【0028】なお、比較のため、ポリシリコン形成炉内
を窒素により充填した状態でボートをポリシリコン形成
炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン基板を放置して
真空吸引した後にポリシリコン膜を形成して得たゲート
電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた結果を図
7に、また、基板表面に有機物の付着の無い基板を用
い、窒素を充填したポリシリコン形成炉内にボートを挿
入してシリコン基板を放置し、真空吸引した後にポリシ
リコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化
膜の絶縁耐性を調べた結果を図8に、基板表面に有機物
の付着の無い基板を用い、ポリシリコン形成炉内にボー
トの挿入と共に空気が入り込んだ状態でシリコン基板を
放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成して得
たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた
結果を図9にそれぞれ示す。
For comparison, a boat is inserted into the polysilicon forming furnace in a state where the inside of the polysilicon forming furnace is filled with nitrogen, the silicon substrate is left in a nitrogen atmosphere and vacuum suction is performed, and then the polysilicon film is removed. Fig. 7 shows the results of examining the insulation resistance of the gate oxide film in the formed gate electrode. Also, using a substrate with no organic substances attached to the substrate surface, insert the boat into a nitrogen-filled polysilicon forming furnace. Then, the silicon substrate is left to stand and vacuum insulation is performed, then a polysilicon film is formed, and the insulation resistance of the gate oxide film in the gate electrode obtained is examined. The results are shown in FIG. The gate electrode was obtained by forming a polysilicon film after leaving the silicon substrate in a state where air was introduced while the boat was inserted into the polysilicon forming furnace and vacuum suction was performed. The results of examining the dielectric strength of the gate oxide film are shown in FIG.

【0029】図8及び図9に示すように、基板表面に有
機物の付着の無い基板を用いた場合は、ポリシリコン形
成炉内に空気を導入しても窒素を導入しても良好な絶縁
耐性を有するものとなっている。これに対し、図7に示
すように、基板表面に有機物の付着がある場合、ポリシ
リコン形成炉内を窒素により充填した状態でボートをポ
リシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン
基板を放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成
して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性は
非常に悪くなっているのがわかる。
As shown in FIGS. 8 and 9, when a substrate having no organic substances attached to the substrate surface is used, good insulation resistance is obtained even if air or nitrogen is introduced into the polysilicon forming furnace. It has become. On the other hand, as shown in FIG. 7, when an organic substance adheres to the surface of the substrate, the boat is inserted into the polysilicon forming furnace in a state where the inside of the polysilicon forming furnace is filled with nitrogen, and the silicon substrate is placed in a nitrogen atmosphere. It can be seen that the insulation resistance of the gate oxide film in the gate electrode obtained by forming a polysilicon film after leaving it under vacuum suction is very poor.

【0030】すなわち、図6に示したように本第1の実
施形態で得られたゲート電極におけるゲート酸化膜は、
図8及び図9とほぼ同様に良好な絶縁耐性を有するもの
となっており、基板表面に有機物が付着するシリコン基
板をポリシリコン形成炉内に放置する際に空気を導入し
ないで窒素を導入した場合と比較しても絶縁耐性が向上
していることがわかる。
That is, as shown in FIG. 6, the gate oxide film in the gate electrode obtained in the first embodiment is
As in FIGS. 8 and 9, it has a good insulation resistance, and nitrogen was introduced without introducing air when leaving a silicon substrate in which organic substances adhere to the substrate surface in a polysilicon forming furnace. It can be seen that the insulation resistance is improved even when compared with the case.

【0031】さらに、シリシリコン基板をポリシリコン
形成炉内で放置するため、有機物の除去のための特別な
経路等を設ける必要はなく、比較的処理が簡単にでき、
製造効率もよいなどの利点もある。
Furthermore, since the silicon substrate is left in the polysilicon forming furnace, it is not necessary to provide a special path for removing organic substances, and the processing can be relatively easy.
There are also advantages such as good manufacturing efficiency.

【0032】(第2の実施形態)本第2の実施形態は、
上述した第1の実施形態の応用であり、第1の実施形態
の方法において、ボートと共にポリシリコン形成炉内に
入り込んだ空気を有機物のシリル化に利用するのではな
く、インジェクターからポリシリコン形成炉内に導入し
た酸素を利用する方法である。
(Second Embodiment) In the second embodiment,
It is an application of the first embodiment described above, and in the method of the first embodiment, the air that has entered the polysilicon forming furnace together with the boat is not used for silylation of the organic substance, but is used from the injector to the polysilicon forming furnace. This is a method of utilizing oxygen introduced into the inside.

【0033】この方法によれば、基板表面に付着する有
機物と酸素及びSH4ガスとの反応がより一層効率的に
なるので、シリコン基板のポリシリコン形成炉内の放置
時間を620℃程度の炉内温度では5分〜10分程度に
まで短縮できる。
According to this method, the reaction of the organic substances adhering to the surface of the substrate with oxygen and SH 4 gas becomes more efficient, so that the time for leaving the silicon substrate in the polysilicon forming furnace is about 620 ° C. At the internal temperature, it can be shortened to about 5 to 10 minutes.

【0034】なお、その他は上述の第1の実施形態と同
様であるので説明を省略する。また、第2の実施形態に
おいて酸素雰囲気内に放置した後に真空吸引して得られ
たシリコン基板表面の有機物量や、得られたゲート電極
におけるゲート酸化膜の絶縁耐性については、上述した
第1の実施形態とほぼ同様の結果が得られたので図示は
省略する。
Since the other points are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. In the second embodiment, the amount of organic substances on the surface of the silicon substrate obtained by vacuum suction after leaving it in an oxygen atmosphere and the insulation resistance of the gate oxide film in the obtained gate electrode are the same as those described in the first embodiment. Since almost the same result as the embodiment was obtained, the illustration is omitted.

【0035】(第3の実施形態)本第3の実施形態は、
上述した第1の実施形態の応用であり、第1の実施形態
の方法において、ボートと共にポリシリコン形成炉内に
入り込んだ空気を有機物のシリル化に利用するのではな
く、インジェクターからポリシリコン形成炉内に導入し
たオゾンを利用する方法である。
(Third Embodiment) In the third embodiment,
It is an application of the first embodiment described above, and in the method of the first embodiment, the air that has entered the polysilicon forming furnace together with the boat is not used for silylation of the organic substance, but is used from the injector to the polysilicon forming furnace. This is a method of utilizing ozone introduced into the interior.

【0036】この方法によれば、基板表面に付着する有
機物とオゾン及びSH4ガスとの反応がより一層効率的
になるので、シリコン基板のポリシリコン形成炉内の放
置時間を620℃程度の炉内温度では3分〜5分程度に
まで短縮できる。
According to this method, the reaction between the organic substances adhering to the surface of the substrate and ozone and SH 4 gas becomes more efficient, so that the time for leaving the silicon substrate in the polysilicon forming furnace is about 620 ° C. At the internal temperature, it can be shortened to about 3 to 5 minutes.

【0037】なお、その他は上述の第1の実施形態と同
様であるので説明を省略する。また、第3の実施形態に
おいてオゾン雰囲気内に放置した後に真空吸引して得ら
れたシリコン基板表面の有機物量や、得られたゲート電
極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性については、上述し
た第1の実施形態とほぼ同様の結果が得られたので図示
は省略する。
Since the other points are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. In addition, regarding the amount of organic substances on the surface of the silicon substrate obtained by vacuum suction after leaving in the ozone atmosphere and the insulation resistance of the gate oxide film in the obtained gate electrode in the third embodiment, the first embodiment described above is used. Since almost the same result as the embodiment was obtained, the illustration is omitted.

【0038】なお、上記第1の実施形態から第3の実施
形態では酸素系ガスとして大気、酸素、オゾンを挙げた
が、これらに限らず、シリコン基板をエッチングしない
性質の酸素系ガスであれば用いることができる。
In the first to third embodiments described above, the atmosphere-based gas is oxygen, oxygen, or ozone. However, the oxygen-based gas is not limited to these, and any oxygen-based gas that does not etch the silicon substrate may be used. Can be used.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜4の発
明によれば、ゲート酸化膜の表面に強固に付着する有機
物を殆ど除去できるため、ゲート酸化膜の絶縁耐圧特性
を向上させた半導体装置を製造できる、という効果を達
成する。
As described above, according to the first to fourth aspects of the present invention, most of the organic substances strongly adhered to the surface of the gate oxide film can be removed, so that the dielectric strength characteristics of the gate oxide film are improved. The effect that a semiconductor device can be manufactured is achieved.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を簡単に示すフロー図
である。
FIG. 1 is a flow chart briefly showing a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施形態で得られたシリコン基板の表面
に付着する有機物量を表す測定図である。
FIG. 2 is a measurement diagram showing the amount of organic substances attached to the surface of the silicon substrate obtained in the first embodiment.

【図3】ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した状
態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲
気中にシリコン基板を放置したときのシリコン基板の表
面に付着する有機物量を表す測定図である。
FIG. 3 is a measurement showing the amount of organic substances adhering to the surface of a silicon substrate when the boat is inserted into the polysilicon forming furnace with the polysilicon forming furnace filled with nitrogen and the silicon substrate is left in a nitrogen atmosphere. It is a figure.

【図4】ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した状
態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲
気中にシリコン基板を放置して真空吸引したときのシリ
コン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図であ
る。
FIG. 4 is an organic substance attached to the surface of a silicon substrate when the boat is inserted into the polysilicon forming furnace in a state where the inside of the polysilicon forming furnace is filled with nitrogen and the silicon substrate is left in a nitrogen atmosphere and vacuum suction is performed. It is a measurement figure showing quantity.

【図5】ポリシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空
気が入り込んだ状態でシリコン基板を放置したときのシ
リコン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図であ
る。
FIG. 5 is a measurement diagram showing the amount of organic substances adhering to the surface of a silicon substrate when the silicon substrate is left in a state where air is introduced while the boat is inserted into the polysilicon forming furnace.

【図6】第1の実施形態で得られたゲート電極における
ゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
FIG. 6 is a histogram showing the insulation resistance of the gate oxide film in the gate electrode obtained in the first embodiment.

【図7】窒素雰囲気中にシリコン基板を放置して真空吸
引した後にポリシリコン膜を形成して得たゲート電極に
おけるゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムであ
る。
FIG. 7 is a histogram showing insulation resistance of a gate oxide film in a gate electrode obtained by forming a polysilicon film after leaving a silicon substrate in a nitrogen atmosphere and performing vacuum suction.

【図8】基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、窒
素雰囲気中にシリコン基板を放置して真空吸引した後に
ポリシリコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲー
ト酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
FIG. 8 shows insulation resistance of a gate oxide film in a gate electrode obtained by forming a polysilicon film after leaving a silicon substrate in a nitrogen atmosphere and vacuum-suctioning the substrate without using organic substances on the substrate surface. It is a histogram.

【図9】基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、ポ
リシリコン形成炉内に空気が入り込んだ状態でシリコン
基板を放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成
して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を
示すヒストグラムである。
FIG. 9 shows a gate electrode obtained by forming a polysilicon film after leaving the silicon substrate in a state where air has entered the polysilicon forming furnace and vacuum suctioning the substrate using a substrate having no organic substance attached to the surface of the substrate. 6 is a histogram showing the insulation resistance of a gate oxide film.

【図10】従来のゲート電極を形成する工程を簡単に示
すフロー図である。
FIG. 10 is a flowchart schematically showing a conventional step of forming a gate electrode.

【図11】縦型LPCVDの構成を簡単に示す説明図で
ある。
FIG. 11 is an explanatory view briefly showing the structure of a vertical LPCVD.

【図12】ゲート酸化膜形成前の超純水による洗浄後の
シリコン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図で
ある。
FIG. 12 is a measurement diagram showing the amount of organic substances attached to the surface of a silicon substrate after cleaning with ultrapure water before forming a gate oxide film.

【図13】ゲート酸化膜形成後のシリコン基板の表面に
付着する有機物量を表す測定図である。
FIG. 13 is a measurement diagram showing the amount of organic substances attached to the surface of a silicon substrate after forming a gate oxide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ヒータ 12 ポリシリコン形成炉 14 ボート 16 雰囲気調整手段 10 heater 12 Polysilicon forming furnace 14 boats 16 Atmosphere adjusting means

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反応炉内にシランガスを流入させ、ゲー
ト酸化膜上にポリシリコンからなるゲート電極を形成す
る半導体製造装置において、 前記ゲート酸化膜が形成された半導体基板を前記反応炉
に挿入する手段と、 前記半導体基板を前記反応炉内でシランガスと酸素系ガ
スとの雰囲気下で一定時間保持する手段と、 一定時間保持した後、反応炉内を吸引する手段と、 前記吸引後に前記ゲート酸化膜上に前記ゲート電極を形
成する手段と、 を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
1. A semiconductor manufacturing apparatus in which a silane gas is flown into a reaction furnace to form a gate electrode made of polysilicon on a gate oxide film, and a semiconductor substrate having the gate oxide film is inserted into the reaction furnace. Means, a means for holding the semiconductor substrate in the reaction furnace in an atmosphere of silane gas and an oxygen-based gas for a certain time, a means for holding the semiconductor substrate for a certain time, and then sucking the inside of the reaction furnace, and the gate oxidation after the suction. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a unit for forming the gate electrode on a film.
【請求項2】 前記ゲート酸化膜が形成された半導体基
板を前記反応炉内で保持することにより、前記ゲート酸
化膜上に存在するベンゼン環を有する有機物が直鎖状エ
ステルに分解されることを特徴とする請求項1に記載の
半導体製造装置。
2. By holding the semiconductor substrate having the gate oxide film formed therein in the reaction furnace, the organic substance having a benzene ring existing on the gate oxide film is decomposed into a linear ester. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 前記酸素系ガスは、大気、酸素ガスまた
はオゾンガスのうちのいずれか一種より選ばれたもので
あることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製
造装置。
3. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the oxygen-based gas is one selected from the atmosphere, oxygen gas, and ozone gas.
【請求項4】 前記反応炉内に、前記酸素ガス又はオゾ
ンガスを導入するインジェクターを備えたことを特徴と
する請求項3に記載の半導体製造装置。
4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3, wherein an injector for introducing the oxygen gas or the ozone gas is provided in the reaction furnace.
【請求項5】 前記酸素系ガスは、前記半導体基板が前
記反応炉内に挿入される際、前記反応炉に流入する大気
中の酸素であることを特徴とする請求項1又は2に記載
の半導体製造装置。
5. The oxygen-based gas is oxygen in atmospheric air flowing into the reaction furnace when the semiconductor substrate is inserted into the reaction furnace, according to claim 1 or 2. Semiconductor manufacturing equipment.
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