JPH04369222A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
、特に薄膜トランジスタにおける、酸化膜とその上に形
成されるポリシリコン等との間の界面の洗浄処理に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】素子分離性に優れ、微細化・高集積化が
可能な薄膜トランジスタが提案されている。図２には、
従来の薄膜トランジスタの代表的な例が示されている。 この薄膜トランジスタの製造工程について説明する。ま
ず、シリコン基板１０に対して熱酸化を行ない、シリコ
ン基板１０の上面に酸化膜（ＳｉＯ２膜）１２を形成す
る。この酸化膜１２は、以下に形成される素子とシリコ
ン基板１０との絶縁を図るものである。

【０００３】次に、酸化膜１２の上面に非晶質シリコン
を堆積させて熱処理しポリシリコン膜１４が形成される
。そして、そのポリシリコン膜１４に対して不純物がド
ープされて、トランジスタのソース領域とドレイン領域
とが形成される。更に、その上にシリコン酸化膜１６及
びゲート電極１８が形成され、以上の各工程により薄膜
トランジスタが形成される。

【０００４】従って、図２から理解されるように、この
薄膜トランジスタは、素子分離性に優れており、また短
チャンネル効果が小さいなどの利点を有する。

【０００５】ところで、従来においては、絶縁膜１２と
ポリシリコン膜１４との間の界面を良好なものとするた
めに、絶縁膜１２が形成された後、その上面がＲＣＡ洗
浄されていた。このＲＣＡ洗浄は、周知のように、ＮＨ
４　ＯＨ−Ｈ２　Ｏ２　−Ｈ２　と、ＨＣｌ−Ｈ２　Ｏ
２　−Ｈ２　Ｏとを用いて有機物質や金属汚染物質を除
去するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＲ
ＣＡ洗浄では、酸化膜１２の表面を完全に洗浄すること
ができず、この上、残存した有機物質や金属汚染物質に
よって、酸化膜１２とポリシリコン１２との間の界面に
欠陥が生ずるという問題があった。そして、この欠陥に
より、例えばソース領域あるいはドレイン領域からシリ
コン基板上への漏れ電流を生ずることが考えられ、薄膜
トランジスタの信頼性を低下させていた。本発明は、上
記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、
絶縁膜とその上部に形成されるポリシリコン膜との間の
界面に生ずる欠陥を防止でき、信頼性の高い薄膜トラン
ジスタ等の半導体装置を製造することのできる半導体装
置の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成
する酸化膜形成工程と、前記形成されたシリコン酸化膜
の上面を洗浄する界面処理工程と、前記洗浄されたシリ
コン酸化膜上にシリコン層を形成するシリコン層形成工
程と、を含む半導体装置の製造方法において、前記界面
処理工程は、前記シリコン基板上に形成された酸化膜の
表面をオゾンにさらすオゾン処理工程と、前記オゾン処
理の後に、前記酸化膜表面をハロゲンラジカルにさらす
ハロゲン処理工程と、前記ハロゲン処理の後に、前記酸
化膜表面を水素ラジカルにさらす水素処理工程と、を含
むことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、酸化膜が上面に形成された
シリコン基板に対して、オゾン処理が行われる。具体的
には、酸化膜表面をオゾン雰囲気中にさらすことによっ
て、主として有機物の除去が実現される。

【０００９】次に、オゾン処理の後に、ハロゲンラジカ
ル雰囲気中にさらし、ハロゲン処理が行われる。すなわ
ち、例えばＣｌ＊　あるいはＦ＊　等のハロゲンラジカ
ルを用いた場合には、それと金属とが反応して塩が生じ
、これによって金属汚染物質の除去が行なえる。

【００１０】そして、そのオゾン処理の後に、酸化膜表
面は水素ラジカル雰囲気中にさらされ、水素処理が行わ
れる。つまり、酸化膜表面上に付着したハロゲンやハロ
ゲンラジカルを水素で置換し、いわゆる酸化膜表面の水
素によるターミネートを実行するものである。

【００１１】従って、このような工程の後にシリコン膜
形成を行なうことにより、その形成にかかる熱によって
水素が除去され、それと同時に良好なシリコン層を形成
することが可能となる。

【００１２】従って、以上の各工程によれば、有機物質
や金属汚染物質等を効果的に除去し、絶縁膜−シリコン
膜界面の欠陥を低減させることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１４】図１には、本発明に係る半導体装置の提供
を実行するために半導体製造装置２０が示されている。 この製造装置２０は、シリコン基板についての酸化膜形
成、洗浄及びポリシリコン形成等の各工程を行なうため
のものである。

【００１５】まず、この製造装置２０の構成について説
明する。容器２２の一方端は、ガス取入口２２ａとなっ
ており、後述する各種のガスがこの取入口２２ａから流
入される。容器２２の他方端には、前記各種のガスを廃
棄するための流出口２２ｂが形成されている。

【００１６】容器２２の上面には、石英ガラス板２４が
配置され、そのガラス板２４の上方には、紫外線ランプ
であるＵＶランプ２６が複数個整列配置されている。

【００１７】容器２２の内部には、載置台２８が配置さ
れ、その載置台２８の上面２８ａには、シリコン基板３
０が配置されている。なお、図には１枚のシリコン基板
３０が示されているが、複数枚を同時に容器２２内部に
収納することももちろん可能である。

【００１８】載置台２８の内部には、外部から電力が供
給される発熱コイル３２が配置されている。なお、後述
するように、この発熱コイル３２の代わりに上記ＵＶラ
ンプ２６とともに赤外線ランプ（図示せず）等を配置し
ても好適である。

【００１９】次に、この製造装置を用いた本発明に係る
半導体装置の製造方法について説明する。

【００２０】まず、図２に示したように、シリコン基板
１０の上面にＣＶＤや熱酸化を用いてシリコン酸化膜（
ＳｉＯ２　）　１２が形成される。そして、その酸化膜
１２上にポリシリコン膜１４が形成されるわけであるが
、本実施例においてその両者の界面を良好にし、界面欠
陥を低減させるために、以下のような洗浄工程が設けら
れている。その洗浄工程について具体的に説明する。

【００２１】まず、オゾン処理工程について説明すると
、流入口２２ａから酸素Ｏ２　が供給され、これととも
にＵＶランプ２６が点灯する。このＵＶランプ２６の光
エネルギーにより、オゾンＯ３　が発生し、この結果、
基板３０はオゾンＯ３　雰囲気中にさらされることにな
る。

【００２２】このオゾン処理工程では、主として有機物
質の酸化除去が行われる。すなわち、酸化膜１２の表面
に存在する炭素Ｃは、オゾンＯ３　と反応し、例えばＣ
Ｏ２　となって廃棄される。

【００２３】なお、このオゾン処理工程では、ＵＶ光の
波長が１５０〜３５０ｎｍに設定され、その照射強度は
１０〜３０ｍＷ／ｃｍ２　である。また、容器２２内の
圧力は、ほぼ大気圧であり、そのオゾン処理にかかる時
間は約１０分であり、また、そのチャンバー内の温度は
、室温から１００℃内に保たれる。

【００２４】次に、ハロゲン処理工程について説明する
。

【００２５】オゾン処理が終わった後、Ｃｌ２　または
Ｆ２　が供給される。そして、この供給とともに、上記
同様にＵＶランプ２６を点灯させ、これによって、ハロ
ゲンラジカルであるＣｌ＊　またはＦ＊　を生じさせる
。従って、シリコン基板３０は、このハロゲンラジカル
雰囲気中にさらされる。このハロゲンラジカルによって
金属汚染物質は酸化され、塩となって除去されることに
なる。

【００２６】なお、このハロゲン処理工程において、Ｕ
Ｖ光の波長は１５０〜３５０ｎｍ内に設定され、その照
射強度は１０〜３０ｍＷ／ｃｍ２　で設定される。また
、容器２２内の圧力は、１〜１００Ｔｏｒｒ内で行われ
、Ｃｌ２　やＦ２　等の流量は、５０〜１００ｃｃ／ｍ
ｉｎ内に設定される。そして、その処理時間は１〜１０
分程度であり、その処理におけるシリコン基板の温度は
、２００〜４００℃内に保たれている。ここで、基板の
加熱は、上述した発熱コイル３２によって行われており
、これに代わって上述した赤外線ランプ等を用いても好
適である。上述したハロゲンガスの他に、例えばＣｌＦ
３　等を用いても好適である。

【００２７】次に、水素処理工程について説明する。

【００２８】上述したハロゲン処理が行われた後、水素
Ｈ２　が供給される。そして、ＵＶランプ２６の作用に
より、水素Ｈ２　はラジカルになり、Ｈ＊　となる。従
って、基板３０は水素ラジカル雰囲気中にさらされるこ
とになる。

【００２９】この結果、上記のハロゲン処理により残存
していたＣｌやＦ等が取り除かれ、それに代わって水素
が酸化膜の表面に付着することになる。水素によるいわ
ゆるターミネートである。

【００３０】なお、この水素処理工程においては、ＵＶ
光の波長は１５０〜３５０ｎｍ内に設定され、その照射
強度は１０〜３０ｍＷ／ｃｍ２　内に設定される。また
、容器２２内の圧力は１〜１００Ｔｏｒｒ内に定められ
、Ｈ２　の流量は１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎとされる。 そして、温度は１００〜３００℃内に保たれ、処理時間
は１〜１０分程度である。

【００３１】以上のような各工程により、酸化膜１２の
上面、すなわち界面の処理が行われ、これによって、有
機物質や金属汚染物質が効果的に除去されることになる
。

【００３２】そして、この界面処理が行われた後、シリ
コンの膜が形成される。具体的には、シラン（ＳｉＨ４
　）またはジシラン（Ｓｉ２　Ｈ６　）が流されて、酸
化膜上にシリコンの膜を成長させて行われる。

【００３３】なお、このときの温度は、３５０℃〜５５
０℃に保たれ、ガスの流量は１００ｃｃ／ｍｉｎである
。また、容器２２内の圧力は、１０〜２０ｍ　　Ｔｏｒ
ｒであり、これによって、シリコンが１００〜５００ｎ
ｍの膜厚で形成されることになり、これを熱処理してポ
リシリコンの膜が形成される。具体的には、この熱処理
は、窒素Ｎ２　の雰囲気中で６００℃にて２０時間アニ
ールすることにより行われる。

【００３４】以上のように、本実施例の半導体装置の製
造方法によれば、シリコン酸化膜１２の表面に存在する
有機物質や金属汚染物質を効果的に排除することができ
、ポリシリコン膜と絶縁膜との間の界面の欠陥を著しく
低減させることが可能となる。従って、トランジスタ形
成後において、絶縁膜１２を流れるリーク電流を低減さ
せることができ、薄膜トランジスタの信頼性を向上させ
ることが可能となる。なお、本実施例によれば、１つの
半導体製造装置において上記の各工程を実行させること
ができるので、基板についての不必要な汚染を防ぎつつ
、円滑な製造を行なうことが可能である。ここで、シリ
コン膜の形成時に石英ガラス板２４に付着するシリコン
は、Ｃｌ＊　等を用いることにより容易に除去すること
が可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコン絶縁膜の表面に存在する有機物質や金属汚染物
質を効果的に除去することができ、これによって界面に
生ずる欠陥を著しく削減することが可能となる。従って
、信頼性の高い薄膜トランジスタ等を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を行なうた
めの製造装置の構成を示す説明図である。

【図２】半導体装置の一例としての薄膜トランジスタの
構造を示す説明図である。

【符号の説明】

１０　　シリコン基板 １２　　シリコン酸化膜 １４　　ポリシリコン膜 ２０　　製造装置 ２２　　容器 ２４　　石英ガラス板 ２６　　紫外線ランプ ３０　　シリコン基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成す
   る酸化膜形成工程と、前記形成されたシリコン酸化膜の
   上面を洗浄する界面処理工程と、前記洗浄されたシリコ
   ン酸化膜上にシリコン層を形成するシリコン層形成工程
   と、を含む半導体装置の製造方法において、前記界面処
   理工程は、前記シリコン基板上に形成された酸化膜の表
   面をオゾンにさらすオゾン処理工程と、前記オゾン処理
   の後に、前記酸化膜表面をハロゲンラジカルにさらすハ
   ロゲン処理工程と、前記ハロゲン処理の後に、前記酸化
   膜表面を水素ラジカルにさらす水素処理工程と、を含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。