JPH05211150A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱処理装置内において、所定のプロセス温度に
達するまでに成長する自然酸化膜を抑制する。 【構成】半導体基板をプロセス装置内に室温でローディ
ングした後、プロセス装置内を減圧パージする。その
後、減圧状態のままで、半導体基板及びその保持治具を
５００℃から８００℃の温度範囲で一定時間保持する。
この工程により、半導体基板に吸着した水分を解離しプ
ロセス装置内より排気できるため、自然酸化膜を成長を
抑制できる。

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
に関し、特に熱処理工程に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程のうち薄膜
形成プロセスには、ゲート酸化膜形成や容量窒化膜の形
成、エピタキシャル成長等がある。これらのプロセス
は、おのおのの熱処理工程の前にウェハ前処理を施し、
清浄表面を保持したまま各プロセス処理を行うようにな
っている。特に最近の半導体装置の高密度，高性能化に
ともない超薄膜化の必要性が生じている。

【０００３】そこで、これらのプロセス処理の前の自然
酸化膜の形成も制御することが試みられている。例え
ば、洗浄に用いる超純水中の酸素濃度を制御する方法
（電子情報通信学会技術研究報告，ＳＤＮ９０−３，大
見他）や、シリコン表面をＨＦ処理し大気中において酸
化され難くする方法（Ｔ．Ｔａｋａｈａｓｉ ｅｔａ
ｌ；Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６４．（１９８８）．３
５１６）等が試みられている。 更にウェハのハンドリ
ングを低酸素及び低水分の不活性ガス雰囲気中で行うこ
とにより、室温での自然酸化膜の形成を抑えることによ
り、室温での自然酸化膜の形成を抑えることもある程度
可能になってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自然酸化膜成長を制御する方法では、熱処理装置内にお
いて、所定のプロセス温度に達するまでの間の熱履歴
と、ウェハーローディング中に巻き込まれた酸素及びウ
ェハーとウェハーを保持する治具類に吸着した水分のた
めに自然酸化膜の成長が進むという問題点があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理工程にお
いては、所定のプロセス温度に達するまでの間に、自然
酸化膜の成長を防ぐために、ウェハーをプロセス装置内
へローディングし、プロセス装置内を１０,^-2 Ｔｏｒｒ
まで減圧し、その後減圧化で５００℃から８００℃の温
度を保持することにより、ウェハとウェハを保持する治
具に吸着した水分を解離させ、不活性ガスのパージによ
りプロセス装置内より酸素及び水分を排気・低減し、ウ
ェハーの自然酸化膜の成長を防ぐことを可能とするもの
である。保持温度を５００℃から８００℃の温度範囲で
行うのは、ウェハーの吸着水分が６００℃から７００℃
で最も解離するためである。なお、ウェハーの付着水分
は１００℃程度の加熱で蒸発可能である。

【０００６】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。図１に
本発明をアニール工程に適用したときに形成される酸化
膜の増加を調べる熱処理シーケンスを示す。まず、室温
及び大気中でフルローディングしたウェハーをプロセス
装置内にローディングする。引き続いて炉内の酸素濃度
が約１ｐｐｍ以下になるまで減圧し窒素パージを行う。
その後、排気を行ったまま６００℃で１５分から３０分
間保持する。この保持時間はプロセス装置の構造ウェハ
ー枚数等に依存する。

【０００７】次に６００℃よりアニール処理温度である
１０００℃まで任意の昇温速度で昇温する。昇温速度
は、本実施例では２０℃／ｍｉｎで行った。またパージ
する窒素の流量は１０ｌ／ｍｉｎで行った。その後１０
００℃で３０分間窒素処理を行い、自然冷却で１００℃
まで降温しウェハーをアンロードした。このアニールプ
ロセスを経た後の酸化膜の増加はエリプソメーターによ
る測定で２オングストローム以下であった。

【０００８】室温でローディングし減圧パージ後アニー
ル処理した場合と本発明の方法である室温でローディン
グ後減圧パージし、６００℃で３０分間保持後アニール
した場合の自然酸化膜厚を比較したところ、前者では１
０オングストローム、後者ではオングストロームであっ
た。

【０００９】第２の実施例として、１００オングストロ
ーム程度の薄いゲート酸化膜の形成に適用したときのゲ
ート酸化膜の耐圧分布を図２（ａ），（ｂ）に示す。な
お、本実施例の熱処理シーケンスは第１の実施例と同様
であるが、酸化温度は９００℃、酸化雰囲気は水蒸気と
した。１００オングストローム程度の薄いゲート酸化膜
の場合、自然酸化膜の形成がある場合には自然酸化膜が
十分な熱処理を受けずに酸化膜の一部となるために膜質
が劣化する。そこで、本発明をゲート酸化膜の形成に適
用した場合、自然酸化膜の成長を最小限に抑えることが
可能であり、図２に示すように従来の方法に比べ良好な
ゲート耐圧を確保できる。

【００１０】第３実施例として、ダイナミックランダム
アクセスメモリ（ＤＲＡＭ）のキャパシタ容量膜である
シリコン窒化膜の成長に本発明の方法を適用した場合を
示す。シリコン基板を室温でプロセス装置へローディン
グし、減圧し窒素パージ後、６００℃で３０分保持した
後、８００℃のプロセス温度でアンモニアとジクロルシ
ランガスのＬＰＣＶＤ法でシリコン窒化膜を形成した。
この実施例においては、自然酸化膜の形成がほとんどな
い状態でシリコン窒化膜を形成できるため従来の方法と
同じ膜厚のシリコン窒化膜を形成したときには、自然酸
化膜の分容量を増大させることができる。例えば１００
オングストロームのシリコン窒化膜を形成した場合に
は、本発明を用いることにより従来の方法で形成した場
合に比べ約２０％の容量増大を得ることができる。特に
最近のＤＲＡＭでは、高密度化のためにキャパシタ容量
の増大が求められており本発明の方法によりこれが達成
でき、高密度な半導体装置を製造することができる。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、熱処理工
程において、プロセス装置内でシリコンウェハ昇温時に
成長する酸化膜を減圧，不活性ガスによるパージを行い
ウェハーを５００℃から８００℃の温度範囲で保持する
ことにより、ウェハーに吸着した水分を解離させ、プロ
セスチャンバー内の酸素及び水分を低減することにより
抑制する効果を有する。

【００１２】実施例で述べたように本発明の方法をアニ
ール工程に適用したところ酸化膜の成長は２オングスト
ローム程度であった。従って、本発明の方法によれば高
性能なゲート絶縁膜や容量絶縁膜を形成できるため、高
歩留りで高性能・高密度な半導体装置を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の熱処理シーケンスを示
す図である。

【図２】本発明の第２の実施例でのゲート耐圧分布の比
較した図で、（ａ）図は本発明、（ｂ）図は従来例であ
る。

【符号の説明】

１ シリコンウェハーローディング工程 ２ 減圧パージ工程 ３，５ 昇温工程 ４ 減圧パージアニール工程 ６ アニール工程 ７ 降温工程 ８ アンローディング工程

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置の製造工程の熱処理を施す工
   程において、不活性ガスによる減圧パージを行う工程
   と、室温で半導体基板をプロセス装置内にローディング
   する工程と、減圧状態で５００℃から８００℃の温度範
   囲で半導体基板を保持する工程と、その後所定の温度に
   て半導体基板に熱処理を施す工程とを含むことを特徴と
   する半導体装置の製造方法。