JPH05144804A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05144804A
JPH05144804A JP33426091A JP33426091A JPH05144804A JP H05144804 A JPH05144804 A JP H05144804A JP 33426091 A JP33426091 A JP 33426091A JP 33426091 A JP33426091 A JP 33426091A JP H05144804 A JPH05144804 A JP H05144804A
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hydrogen
gas
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nickel
manufacturing
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Tadahiro Omi
忠弘 大見
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、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
装置の製造が可能な半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 絶縁膜/半導体界面を有する半導体装置の製
造方法において、該絶縁膜に、プラズマを伴わない水素
活性種を接触させることを特徴とする。上記水素活性溜
は、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、水素ガスまたは水素を含む
ガスを接触させることにより生成せしめる。

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
が可能な半導体装置の製造方法に関する。
【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方法の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しない。
【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)を有する半導体装置の製造が可能な半導体装置の
製造方法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】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、絶縁膜/半導体界面を有する半導体装置
の製造方法において、該絶縁膜に、プラズマを伴わない
水素活性種を接触させることを特徴とする。半導体の製
造方法少なくとも一部に絶縁膜を有する基体に、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
材料に接触させた水素または水素を含むガス体を接触さ
せることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法においては、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。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1に示すように、ガス導入口1
2に連通させてガス導入管2を、炉心管1に接続し、か
つ、加熱手段9をガス導入管2を加熱し得るように配置
する。その際、ガス導入管2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2の
内部を300℃以上に加熱し、ガス導入管2に水素ガス
源から水素ガスを導入すると、ガス導入管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、3
00℃以上の温度においては、ガス導入管2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2に示すように、分岐管2a,2bを有するガス導入
管2をガス導入口12に連通させて炉心管1に接続す
る。分岐管2aが水素ガス源に接続される。図2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2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2に示す
例では、分岐管2a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9は、
この分岐管2aを加熱し得るように配置してある。もち
ろん、分岐管2a,2bが合流する部分(この部分がそ
れぞれの分岐管2a,2bからのガスの混合部2cとな
る)を加熱し得るように加熱手段9を配置してもよい。
【0017】図1、図2では、導入管2を設けた例を示
したが、かかる導入管を設けず、図3に示すように、炉
心管1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1、図2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4により加
熱を行うことができるので、炉心管1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
5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。
【0024】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。
【0025】(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があげられる。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】(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。
【0030】(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。
【0031】(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、水素ガス又は水素を
含むガスである。水素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。
【0032】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0033】(実施例1)図1に、本発明の実施例で用
いたシンタリング装置を示す。
【0034】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、以下の各実施例の
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。
【0035】図1に示すように、本例の装置において、
炉心管1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12を有し、その外側に
は、ガス導入口12に連通させてガス導入管2が設けら
れている。
【0036】本例においては、ガス導入管2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2の外側には加熱手段たる加熱源9が
設置されている。
【0037】なお、前記ガス導入管2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1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。
【0038】ガス導入管2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9
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。
【0039】一方、炉心管1内の保持部材たる石英サセ
プタ6上には、被処理物、例えば、シリコン基板5が載
置され、炉心管加熱手段である加熱源4により加熱され
るようになっている。前記加熱源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1及びサセプタ6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。
【0040】以下に図1に示す装置を用いてシンタリン
グを行った例を述べる。
【0041】本例では、シリコン基板5上には、シンタ
リング処理前のMOSダイオードを形成した。
【0042】その後、シリコン基板5を、石英サセプタ
6上に設置し、炉心管1の開口部11の蓋体10を開
き、ソフトランディング搬送によって炉心管1内に搬入
し、蓋体10を閉めた。その後、前記加熱源4によって
シリコン基板5を300℃に加熱した。
【0043】ガス導入管2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、10%
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。
【0044】水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを、
加熱源9により400℃に加熱したガス導入管2の内表
面に接触し、水素活性種を生成させ、ガス導入口12を
介して炉心管1内に導入した。
【0045】一方、炉心管1内のシリコン基板5は30
0℃に加熱し、混合ガスを炉心管1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12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5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。
【0046】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5及び石英
サセプタ6を炉心管1から外部に搬出した。
【0047】その後、シンタリング処理後のシリコン基
板5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2×10cm−2eV−1以下
という結果を得た。
【0048】(比較例)一方、前記ガス導入管2を加熱
せずに、活性水素を生成しないこと以外は、他の行程を
前述と同じ条件で、すなわちシリコン基板5の石英サセ
プタ6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5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5上にMOS
ダイオードの界面準位密度は1×1010cm−2eV
−1であった。
【0049】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2×10cm−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
ド数を低減することがわかる。
【0050】(実施例2)実施例2では、図2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2cをガス導入管2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2a,2bを有するガス導入管2を用いた。分岐管2
a,2bが合流する部分がガスの混合部2cとなる。本
例では、分岐管2aは水素ガス源(図示せず)に接続さ
れ、分岐管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9は、分岐管2a
の近傍に設けた。もちろん混合部2c近傍に設けてもよ
いことは前述した通りである。
【0051】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。
【0052】すなわち、本実施例の場合、上記実施例1
と同様炉心管1から取り出されたシリコン基板5上のM
OSダイオードの界面準位密度は2×10cm−2
−1以下であった。
【0053】(実施例3)実施例3では図3に示す装置
を用いた。この装置は、炉心管1をニッケル金属で構成
したものである。
【0054】なお、加熱源4は炉心管1を介して被加熱
部たるシリコン基板を加熱する。
【0055】ガス導入管2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1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5
上のMOSダイオードの界面準位密度は2×10cm
eV−1以下であった。
【0056】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1から取り出さ
れたシリコン基板5上のMOSダイオードの界面準位密
度は2×10cm−2eV−1以下であった。
【0057】図4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4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。
【0058】実施例1に係る装置で形成したMOSFE
Tは、1×1017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。
【0059】図5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5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。
【0060】実施例1に係る装置で形成したMOSFE
T型TFTは、ゲート電圧が0Vの場合ドレイン電流1
×10−13A以下である。一方、従来の装置で形成し
たMO SFET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。本発明の装置で
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に係る装置で
形成したMOSFET型TFTは高い性能及び高い信頼
性を示すことがわかった。
【0061】なお、実施例2、実施例3に係る装置で処
理した場合においても図4、図5に示すと同様な結果が
得られている。
【0062】
【発明の効果】本発明によれば、信頼性の高い半導体装
置を製造することができる。こうした特徴を持つ本発明
の方法により、超微細化半導体デバイスを実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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2】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3】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4】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5】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】
1 炉心管、 2 ガス導入管、 2a 分岐管、 2b 分岐管、 2c 混合部、 4 炉心管加熱手段(加熱源)、 5 シリコン基板(被処理物)、 6 サセプタ、 7 バルブ、 9 ガス導入管を加熱するための加熱手段(加熱源)
部、 10 シャッター、 11 開口部、 12 ガス導入口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 B 8518−4M 21/324 Z 8617−4M 23/29 23/31

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜/半導体界面を有する半導体装置
    の製造方法において、該絶縁膜に、プラズマを伴わない
    水素活性種を接触させることを特徴とする半導体の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 前記プラズマを伴わない水素活性種は、
    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、水素ガスまたは水素を含むガスを接触さ
    せて生成させることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記水素を含むガスは水素と不活性ガス
    の混合ガスである請求項2に記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記不活性ガスは窒素もしくはアルゴン
    またはこれらの混合ガスである請求項3に記載の半導体
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記絶縁膜を20〜1200℃の温度で
    加熱することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいず
    れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記絶縁膜を20〜600℃の温度で加
    熱することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 前記絶縁膜をを20〜450℃の温度で
    加熱することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置
    の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜であること
    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
    載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記シリコン酸化膜はシリコン熱酸化シ
    リコン酸化膜もしくは堆積シリコン酸化膜またはこれら
    の窒化処理された膜である請求項8に記載の半導体装置
    の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記半導体は、シリコンウエハまたは
    絶縁基体もしくはシリコンウエハ上に形成されたシリコ
    ン層であることを特徴とする請求項1ないし請求項9の
    いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記シリコン層はアモルファスシリコ
    ン層、多結晶シリコン層または単結晶シリコン層である
    ことを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方
    法。
  12. 【請求項12】 半導体装置の配線部をニッケルまたは
    ニッケル合金により形成し、水素ガスまたは水素を含む
    ガスを該配線部に接触させることにより水素活性種を生
    成せしめることを特徴とする請求項2記載の半導体装置
    の製造方法。
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