JPH06104252A - 半導体装置の製法及び半導体製造装置 - Google Patents
半導体装置の製法及び半導体製造装置Info
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- JPH06104252A JPH06104252A JP24989392A JP24989392A JPH06104252A JP H06104252 A JPH06104252 A JP H06104252A JP 24989392 A JP24989392 A JP 24989392A JP 24989392 A JP24989392 A JP 24989392A JP H06104252 A JPH06104252 A JP H06104252A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化酸化膜を形成する際の再酸化処理温度の
低減を図る。 【構成】 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、再酸化処理をＮ2 Ｏ雰囲気中で行う。
低減を図る。 【構成】 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、再酸化処理をＮ2 Ｏ雰囲気中で行う。
Description
【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。
半導体製造装置特に急速加熱装置に関する。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
〜１０５０℃未満の処理温度で行うようにする。
【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４外側に配された半導体ウェハ１
３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を
備えた半導体製造装置において、半導体ウェハ１３の支
持治具４８を光照射源４３からの光Ｌ2 を吸収する部材
で形成して構成する。
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４外側に配された半導体ウェハ１
３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を
備えた半導体製造装置において、半導体ウェハ１３の支
持治具４８を光照射源４３からの光Ｌ2 を吸収する部材
で形成して構成する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
℃〜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。
【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することにより、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４
８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４
４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。
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することにより、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４
８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４
４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。
【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。
する。
【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。
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。
【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。
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。
【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 Ｏ
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。
プ加熱装置４０内で、Ｎ2 Ｏガスを導入し、このＮ2 Ｏ
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
Ｏ2 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。
場合、１０００℃の処理温度で（●印参照）、従来法の
Ｏ2 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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ある。
【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。
の例を示す構成図である。
【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。
面図である。
【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。
絶縁破壊）耐性を示すグラフである。
【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。
条件によるゲート耐圧劣化を示す特性図である。
【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。
成図である。
【図７】本発明に係るトレイの例を示す斜視図である。
【図８】図７のホルダーの拡大斜視図である。
【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。
レイの平面図である。
【図１０】図９の側面図である。
【図１１】従来の窒化酸化膜の形成工程を示す工程図で
ある。
ある。
【図１２】従来の急速ランプ加熱装置の構成図である。
【図１３】従来のトレイを示す平面図である。
【図１４】図１３の側面図である。
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
Claims (5)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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てなる半導体製造装置。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24989392A JP3214092B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 半導体装置の製法及び半導体製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24989392A JP3214092B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 半導体装置の製法及び半導体製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104252A true JPH06104252A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3214092B2 JP3214092B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=17199786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24989392A Expired - Fee Related JP3214092B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 半導体装置の製法及び半導体製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3214092B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5631199A (en) * | 1994-07-07 | 1997-05-20 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Furnace for manufacturing a semiconductor device, and a method of forming a gate oxide film by utilizing the same |
| US5885870A (en) * | 1995-11-03 | 1999-03-23 | Motorola, Inc. | Method for forming a semiconductor device having a nitrided oxide dielectric layer |
| JP2007305926A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Alpha Oikos:Kk | 基板加熱装置 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24989392A patent/JP3214092B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5631199A (en) * | 1994-07-07 | 1997-05-20 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Furnace for manufacturing a semiconductor device, and a method of forming a gate oxide film by utilizing the same |
| US5885870A (en) * | 1995-11-03 | 1999-03-23 | Motorola, Inc. | Method for forming a semiconductor device having a nitrided oxide dielectric layer |
| JP2007305926A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Alpha Oikos:Kk | 基板加熱装置 |
| JP4582804B2 (ja) * | 2006-05-15 | 2010-11-17 | 株式会社アルファ・オイコス | 基板加熱装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3214092B2 (ja) | 2001-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |