JPH0677474A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing semiconductor device

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JPH0677474A
JPH0677474A JP12125693A JP12125693A JPH0677474A JP H0677474 A JPH0677474 A JP H0677474A JP 12125693 A JP12125693 A JP 12125693A JP 12125693 A JP12125693 A JP 12125693A JP H0677474 A JPH0677474 A JP H0677474A
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conductive film
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Kenji Yoneda
健司 米田
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Matsushita Electronics Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent an outward diffusion in a heat treatment, to prevent a change in the threshold voltage of the title device and to prevent a drop in the current driving ability of the title device. CONSTITUTION:In a MOS transistor having an LDD structure, well regions 102, 103 are formed on the surface of a P-type silicon substrate 101, a gate oxide film 105 is formed on the substrate 101 and N<+> type polycrystalline silicon films 106, 107 to be used as gate electrodes are formed sequentially. The polycrystalline silicon films 106, 107 are doped with phosphorus atoms at about 3X10<20>/cm<3>. After that, LDD regions 110 which are to be used as source/drain regions 114 and which have been formed by implanting phosphorus are set to a state that the surface of the silicon substrate 101 is exposed. In succession, sidewalls are formed on the gate electrodes. In order to strengthen the close contact property of a sidewall material and to activate implanted phosphorus ions 109, an annealing operation is performed and an oxide film is formed. At the initial stage of a heat treatment, nitrogen gas which contains 1 to 5vol.% oxygen is used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置、とりわけM
OSデバイスにおけるゲート酸化膜をはじめとする酸化
膜形成方法における半導体装置の製造方法および半導体
製造装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to semiconductor devices, especially M
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus in an oxide film forming method including a gate oxide film in an OS device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置、とりわけMOSデバイスで
はゲート酸化膜の形成をはじめとして酸化膜形成工程を
多く含んでいる。近年では素子の微細化、高集積化に伴
い多層に多結晶シリコン膜を使用する工程が増加してい
る。例えば、1MビットダイナミックRAMでは通常、
セルの容量を構成するセルプレートを導電性不純物を高
濃度に含有した多結晶シリコン膜で形成している。さら
にその後選択トランジスタや周辺トランジスタのゲート
電極に導電性不純物を高濃度に含有した多結晶シリコン
膜で形成している。このように、近年のLSI素子にお
いて、導電性不純物を高濃度に含んだ多結晶シリコン膜
は配線材料やMOSトランジスタの電極材料として必要
不可欠のものとなっている。すなわち、このような多結
晶シリコン膜はCVDを用いて形成される。このため多
結晶シリコン膜は半導体基板表面上とその裏面にも形成
される。これらの多結晶シリコン膜は非常に高濃度の導
電性不純物を含んでいるため、この多結晶シリコン膜が
形成された半導体基板では、この多結晶シリコン膜を不
純物の拡散源とみなされる。特に、これらの導電性不純
物を含んだ多結晶シリコン層の近くに半導体基板表面が
露出している場合、この多結晶シリコン膜を形成した
後、半導体基板表面に酸化膜を形成したり、アニール等
の熱プロセスを経ると、この多結晶シリコン膜から不純
物が半導体基板の露出面から基板内部へ拡散する。
2. Description of the Related Art A semiconductor device, especially a MOS device, includes many oxide film forming steps including formation of a gate oxide film. In recent years, with the miniaturization and high integration of devices, the number of processes using multi-layered polycrystalline silicon films has increased. For example, in a 1 Mbit dynamic RAM,
The cell plate that constitutes the capacity of the cell is formed of a polycrystalline silicon film containing a high concentration of conductive impurities. After that, the gate electrodes of the select transistor and the peripheral transistor are formed of a polycrystalline silicon film containing a high concentration of conductive impurities. As described above, in recent LSI devices, the polycrystalline silicon film containing a high concentration of conductive impurities has become indispensable as a wiring material and an electrode material for MOS transistors. That is, such a polycrystalline silicon film is formed by using CVD. Therefore, the polycrystalline silicon film is formed on the front surface and the back surface of the semiconductor substrate. Since these polycrystalline silicon films contain a very high concentration of conductive impurities, the polycrystalline silicon film is regarded as a diffusion source of impurities in the semiconductor substrate on which the polycrystalline silicon film is formed. In particular, when the semiconductor substrate surface is exposed near the polycrystalline silicon layer containing these conductive impurities, after forming this polycrystalline silicon film, an oxide film is formed on the semiconductor substrate surface, annealing, etc. After this thermal process, impurities diffuse from the polycrystalline silicon film from the exposed surface of the semiconductor substrate into the inside of the substrate.

【0003】図15はDRAMのトランジスタのゲート
酸化膜形成工程におけるデバイス断面を示したものであ
る。図15において、1はP型シリコン基板、2は分離
領域、3はN+型多結晶シリコンからなるセルプレー
ト、4は容量絶縁膜、5はN+型拡散領域、6はP型拡
散領域、 7はN+型多結晶シリコンからのリンの外方拡
散、8はゲート酸化膜、9はN型拡散領域、10はN+
型多結晶シリコン膜である。
FIG. 15 shows a device cross section in a gate oxide film forming process of a DRAM transistor. In FIG. 15, 1 is a P-type silicon substrate, 2 is an isolation region, 3 is a cell plate made of N + -type polycrystalline silicon, 4 is a capacitive insulating film, 5 is an N + -type diffusion region, 6 is a P-type diffusion region, 7 is outward diffusion of phosphorus from N + type polycrystalline silicon, 8 is a gate oxide film, 9 is an N type diffusion region, and 10 is N +
Type polycrystalline silicon film.

【0004】ゲート酸化膜形成工程図15(b)および
(c)において、セルプレート3が高濃度の導電性不純
物を含む多結晶シリコン膜で形成されている。この多結
晶シリコン膜を形成した後、ゲート酸化膜8形成の初期
の段階、すなわちシリコン基板投入、温度ランピング、
アニールなどのプロセスを経たとき、この多結晶シリコ
ン膜からリンが外方拡散され隣接し、基板表面が露出し
たトランジスタ領域に導入、熱拡散される。一般にMO
Sトランジスタのしきい値電圧はゲート電極直下の基板
表面の不純物濃度の変化に敏感に変化する。このためし
きい値電圧の大幅な変動が発生する。すなわち、図15
のNチャネルトランジスタの場合は、セルプレート3か
らN型不純物であるリンが自己拡散し、隣接したMOS
トランジスタのチャネル領域の導電型がN型となる。こ
のためMOSトランジスタのしきい値電圧は大きく負に
シフトし、常に導通状態となってしまう。
Gate Oxide Film Forming Process In FIGS. 15B and 15C, the cell plate 3 is formed of a polycrystalline silicon film containing a high concentration of conductive impurities. After forming this polycrystalline silicon film, the initial stage of formation of the gate oxide film 8, that is, introduction of the silicon substrate, temperature ramping,
When a process such as annealing is performed, phosphorus is diffused outward from the polycrystalline silicon film and is introduced into a transistor region where the substrate surface is exposed and adjacent to the phosphorus, and is thermally diffused. MO in general
The threshold voltage of the S-transistor changes sensitively to changes in the impurity concentration on the substrate surface immediately below the gate electrode. Therefore, the threshold voltage fluctuates significantly. That is, FIG.
In the case of the N-channel transistor of, the phosphorus, which is an N-type impurity, self-diffuses from the cell plate 3 and the adjacent MOS
The conductivity type of the channel region of the transistor is N type. Therefore, the threshold voltage of the MOS transistor shifts to a large negative value, and the MOS transistor always becomes conductive.

【0005】一方、図16はLDD構造を持つMOSト
ランジスタの断面図を示したものである。図16におい
て、21はP型シリコン基板、22はP型ウェル領域、
23はN型ウェル領域、24は分離領域、25はゲート
酸化膜、26はP型チャネルゲートN+型多結晶シリコ
ン膜、27はNチャネルゲートN+型多結晶シリコン
膜、28はフォトレジスト、29はLDDリン注入、3
0はリン注入LDD領域、31は自己拡散によるN型拡
散領域、32はゲート電極からのリンの外方拡散、33
はチャネル領域、34はN+型ソース/ドレイン領域、
35はP型ソース/ドレイン領域である。
On the other hand, FIG. 16 shows a sectional view of a MOS transistor having an LDD structure. In FIG. 16, 21 is a P-type silicon substrate, 22 is a P-type well region,
23 is an N type well region, 24 is an isolation region, 25 is a gate oxide film, 26 is a P type channel gate N + type polycrystalline silicon film, 27 is an N channel gate N + type polycrystalline silicon film, 28 is a photoresist, 29 is LDD phosphorus injection, 3
0 is a phosphorus-implanted LDD region, 31 is an N-type diffusion region by self diffusion, 32 is outward diffusion of phosphorus from the gate electrode, 33
Is a channel region, 34 is an N + type source / drain region,
Reference numeral 35 is a P-type source / drain region.

【0006】トランジスタのゲートは通常高濃度に導電
性不純物を含んだ多結晶シリコン膜27で形成される。
ゲート電極を形成したあと、ソース/ドレイン領域には
LDDを形成するためイオン注入により低濃度の不純物
注入が行なわれる(図16(a))。この後、通常、イ
オン注入不純物を活性化するための熱処理が行なわれ
る。このとき多結晶シリコン膜27ゲートから不純物が
ソース/ドレインのLDD領域に拡散される(図16
(b))。LDD領域を形成する導電型が多結晶シリコ
ン膜27の不純物の導電型と同じ場合、このトランジス
タのLDD領域の不純物濃度は濃くなり、結果的にこの
トランジスタは短チャネルとなる。すなわち、図16
(c)において、NチャネルトランジスタはN型多結晶
シリコン膜27から自己拡散したリン原子によりLDD
領域のN型不純物濃度は高くなり、さらに横方向の拡散
長も長くなる。このため、チャネル領域33は狭くなり
ショートチャネルとなる。一方、多結晶シリコン膜ゲー
トの不純物の導電型とLDD領域の導電型が反対の場
合、LDD領域の不純物は多結晶シリコン膜から拡散し
た不純物でコンペンセートされLDD領域の不純物濃度
は低下する。その結果、LDD領域の抵抗が増加し、極
端な場合にはオフセットチャネル型のトランジスタとな
ってしまう。この結果ドライブ能力が低下することとな
る。
The gate of the transistor is usually formed of a polycrystalline silicon film 27 containing a high concentration of conductive impurities.
After forming the gate electrode, a low concentration impurity is implanted into the source / drain regions by ion implantation to form an LDD (FIG. 16A). After this, heat treatment is usually performed to activate the ion-implanted impurities. At this time, impurities are diffused from the gate of the polycrystalline silicon film 27 to the LDD regions of the source / drain (FIG. 16).
(B)). When the conductivity type forming the LDD region is the same as the impurity conductivity type of the polycrystalline silicon film 27, the impurity concentration of the LDD region of this transistor becomes high, and as a result, this transistor becomes a short channel. That is, in FIG.
In (c), the N-channel transistor is LDD due to phosphorus atoms self-diffusing from the N-type polycrystalline silicon film 27.
The N-type impurity concentration in the region is increased, and the lateral diffusion length is also increased. Therefore, the channel region 33 becomes narrow and becomes a short channel. On the other hand, when the conductivity type of the impurities of the polycrystalline silicon film gate is opposite to the conductivity type of the LDD region, the impurities of the LDD region are compensated by the impurities diffused from the polycrystalline silicon film, and the impurity concentration of the LDD region is lowered. As a result, the resistance of the LDD region increases, and in extreme cases, the transistor becomes an offset channel type transistor. As a result, the drive capacity is reduced.

【0007】図16(b)においてPチャネルトランジ
スタのソース/ドレイン領域にP型ソース/ドレインと
反対導電性をもつリンが自己拡散されP型不純物とN型
不純物のコンペンセーションが起こる。図16(c)に
おいてPチャネルトランジスタのソース/ドレイン領域
には高抵抗層のN型拡散領域11が形成される。この場
合、オフセットチャネルトランジスタとなり、しきい値
電圧は正方向に大きくシフトするとともにPチャネルト
ランジスタの駆動能力が大幅に低下する。
In FIG. 16B, phosphorus having the opposite conductivity to the P-type source / drain is self-diffused in the source / drain region of the P-channel transistor, so that the P-type impurity and the N-type impurity are compensated. In FIG. 16C, high resistance N-type diffusion regions 11 are formed in the source / drain regions of the P-channel transistor. In this case, it becomes an offset channel transistor, the threshold voltage is largely shifted in the positive direction, and the driving capability of the P channel transistor is significantly reduced.

【0008】図17はDDD(2重拡散ドレイン)構造
をもつMOSトランジスタを考えた場合のデバイス断面
図である。
FIG. 17 is a device sectional view in the case of considering a MOS transistor having a DDD (double diffused drain) structure.

【0009】図17において、41はP型シリコン基
板、42はP型ウェル領域、43はN型ウェル領域、4
4は分離領域、45はゲート酸化膜、46はPチャネル
ゲートN+型多結晶シリコン膜、47はNチャネルゲー
トN+型多結晶シリコン膜、48はフォトレジスト、4
9はDDDリン注入、50はリン注入DDD領域、51
は自己拡散によるN型拡散領域、52はゲート電極から
のリンの外方拡散、53はチャネル領域、54はN+
ソース/ドレイン領域、55はP型ソース/ドレイン領
域である。
In FIG. 17, 41 is a P-type silicon substrate, 42 is a P-type well region, 43 is an N-type well region, 4
4 is an isolation region, 45 is a gate oxide film, 46 is a P channel gate N + type polycrystalline silicon film, 47 is an N channel gate N + type polycrystalline silicon film, 48 is a photoresist, 4
9 is DDD phosphorus implantation, 50 is phosphorus implantation DDD region, 51
Is an N-type diffusion region by self-diffusion, 52 is an outward diffusion of phosphorus from the gate electrode, 53 is a channel region, 54 is an N + -type source / drain region, and 55 is a P-type source / drain region.

【0010】DDD構造においても、LDD構造と同じ
く、DDD領域の低濃度の不純物をイオン注入する(図
17(a))。この後、DDD領域を形成する熱処理の
初期において、ゲート電極である不純物が高濃度に含有
された多結晶シリコン膜47からの自己拡散により、D
DD領域に不純物を拡散させる。したがって、DDD領
域の不純物が多結晶シリコン膜ゲートと同導電型の不純
物の場合はショートチャネル状態となる。これと逆の場
合、オフセットチャネル状態を引き起こす(図17
(c))。この他にも、シリコン基板裏面に高濃度の導
電性不純物を含む多結晶シリコン膜が存在する場合、酸
化炉中で、シリコン基板の裏面とシリコン基板表面とが
対向して設置されているシリコン基板の表面に不純物が
拡散してしまい、前述のような問題を引き起こす場合も
ある。これらの現象は、単純に高濃度の導電性不純物を
含んだ多結晶シリコン膜が拡散源となり、この拡散源に
接近する半導体基板表面の露出面に拡散する現象であ
り、オートドーピングとも呼ばれている。このオートド
ーピングの程度は熱処理炉中における熱処理温度、時
間、雰囲気、シリコン基板のピッチ、シリコン基板ボー
トの構造、炉内でのガスの流れ電気炉の構造に大きく依
存する。シリコン基板ピッチが狭いほど、またボートが
密閉構造であるほどオートドーピングは顕著になる。こ
れに対し、近年、縦型電気炉が注目されており、横型炉
に代わって導入されつつある。縦型炉を使用した場合は
オートドーピングはさらに顕著に観察される。
Also in the DDD structure, as in the LDD structure, low concentration impurities in the DDD region are ion-implanted (FIG. 17A). After that, in the initial stage of the heat treatment for forming the DDD region, the self-diffusion from the polycrystalline silicon film 47 containing a high concentration of the impurity, which is the gate electrode, causes D
Impurities are diffused into the DD region. Therefore, when the impurities in the DDD region are the same conductivity type as the polycrystalline silicon film gate, the short channel state is established. In the opposite case, it causes an offset channel condition (see FIG. 17).
(C)). In addition to this, when a polycrystalline silicon film containing a high concentration of conductive impurities is present on the back surface of the silicon substrate, the back surface of the silicon substrate and the front surface of the silicon substrate are placed to face each other in an oxidation furnace. Impurities may be diffused on the surface of the, thus causing the above-mentioned problems. These phenomena are phenomena in which a polycrystalline silicon film containing a high concentration of conductive impurities serves as a diffusion source and diffuses to the exposed surface of the surface of the semiconductor substrate that is close to the diffusion source, and is also called autodoping. There is. The degree of this autodoping largely depends on the heat treatment temperature in the heat treatment furnace, the time, the atmosphere, the pitch of the silicon substrate, the structure of the silicon substrate boat, the gas flow in the furnace and the structure of the electric furnace. The narrower the silicon substrate pitch is and the more closed the boat is, the more remarkable the autodoping becomes. On the other hand, in recent years, a vertical electric furnace has been attracting attention and is being introduced in place of the horizontal furnace. Autodoping is more pronounced when using a vertical furnace.

【0011】通常これらのアニールや酸化を行う熱処理
装置の従来例を図18に示す。ここでは縦型拡散炉を示
している。図において、60はプロセスチューブ、61
は排気口、62はシリコン基板、63はボート、64は
ヒーター、65はキャップ、66はシール、67はペデ
スタル、68はガス導入口、69はプロセスガス流であ
る。従来例ではプロセスガスがプロセスチューブ60上
部から導入され、プロセスチューブ60内を流れたあ
と、チューブ下部の排気口61から排出される。このと
きプロセスガスの流れはプロセスチューブ60上部から
下部への流れになる。このため、シリコン基板62周辺
には層流ができており、このためこれらのプロセスガス
がシリコン基板62中心部に向かって流れにくい。シリ
コン基板中心部においてシリコン基板表面あるいは裏面
に形成された高濃度に不純物を含む多結晶シリコン膜な
どから外方に放出された導電性不純物ガスはシリコン基
板間を通過するガスの流れが無いためにシリコン基板間
に滞留する。その結果シリコン基板のシリコンが露出し
ている部分にオートドーピングされる。さらに、プロセ
スガスを用いてシリコン基板表面に不純物領域を均一性
よく形成する不純物拡散炉においては、プロセスガスが
シリコン基板間、特にシリコン基板中心部に向かって流
れにくい。この場合、シリコン基板62中心部へのプロ
セスガスの供給は拡散で支配されると考えられる。この
ような構造の不純物拡散装置を用いた場合、シリコン基
板62面内の不純物濃度は、シリコン基板62中央部の
濃度が周辺に比べ低くなる。さらに、プロセスガスの濃
度はプロセスチューブ60下部にいくほど薄くなるた
め、プロセスチューブ60上部のシリコン基板62とプ
ロセスチューブ60下部のシリコン基板62とで不純物
濃度に大きな差が発生する。従来構造の不純物拡散炉で
拡散を行った場合、シリコン基板62面内ではシリコン
基板62中央部の不純物濃度が目標値より低くなる。そ
の結果、比抵抗が高くなる(図19)。一方、シリコン
基板62間ではプロセスチューブ3上部のシリコン基板
62の不純物濃度とプロセスチューブ60中央部のシリ
コン基板62の不純物濃度、さらにプロセスチューブ6
0下部のシリコン基板62の不純物濃度が異なる。その
結果シリコン基板62の比抵抗が異なる。プロセスチュ
ーブ60長手方向の比抵抗の差は、ガス流量や排気速度
によって変化する。従来構造の拡散炉ではこのようなプ
ロセスチューブ60長手方向のシリコン基板62の比抵
抗の不均一性を補償するためプロセスチューブ60長手
方向に温度勾配をもたせていた。また、シリコン基板6
2面内の均一性に対してはシリコン基板62を積載した
ボート63を回転させて均一性を向上させる方法が考え
られるが、シリコン基板62を回転させても軸対称にな
るためシリコン基板62中央部の比抵抗は改善されな
い。これを改善するために、プロセスチューブ60の長
手方向に図20に示すようなインジェクタ70を用いる
ことが考えられる。図20に示すインジェクタ70はイ
ンジェクタ70の長手方向に沿って、シリコン基板62
ピッチの整数倍の間隔で、直径1mm程度の孔が設置され
ており、この複数の孔からガスがシリコン基板62の直
径方向に噴出する構造にしてある。しかし、この構造の
インジェクタ70ではガス導入口68に近い部分の孔か
ら噴出するガスの速度とインジェクタ70先端部ガス噴
出口71孔から噴出するガスの速度は大きく異なる。イ
ンジェクタ70先端部に比べ、インジェクタ70のガス
導入口68に近い孔からのガス噴出速度が大きい。この
ため、プロセスチューブ60上部と下部での比抵抗は、
大きく異なっている。また、面内均一性についても孔を
シリコン基板62に向けて設置した場合、シリコン基板
62面内の孔に近い部分ではガス流速がはやくシリコン
基板62表面の温度が低下する。このため、比抵抗は高
くなり、孔から最もはなれた部分で適正な値にすること
ができる。またシリコン基板62中央部では比抵抗の値
は高くなる。このときのシリコン基板62面内の比抵抗
分布は図21(a)のようになる。一方、この孔をシリ
コン基板62とは反対方向のプロセスチューブ60の管
壁に向けた場合、ガスは管壁へ衝突し、減速され、反射
されたガス流がシリコン基板62に到達する。これによ
りインジェクタ70に近い部分の比抵抗は適正な値が得
られる。しかし、シリコン基板62中央部より、インジ
ェクタ70から離れた部分についてはガス流の速度が十
分でないためガスが行き渡らず、比抵抗は高くなるとい
う現象が生ずる。このときのシリコン基板60面内の比
抵抗分布を図21(b)に示す。このような、インジェ
クタ70を使用した場合、シリコン基板回転機構は非常
に有効である。シリコン基板回転機構により比抵抗はシ
リコン基板62周辺ではほぼ均一となるが、シリコン基
板62中央部ではやはり高いままである。インジェクタ
70にシリコン基板回転を採用した場合のシリコン基板
62面内の比抵抗分布を図22に示す。しかし、前述の
如く、シリコン基板回転を行う場合、高温かつ腐食性ガ
ス雰囲気中に回転機構を設置せねばならないため、回転
機構の信頼性を確保することが難しくなる。また装置自
体が複雑で高価なものとなる欠点がある。
FIG. 18 shows a conventional example of a heat treatment apparatus which normally performs these annealing and oxidation. Here, a vertical diffusion furnace is shown. In the figure, 60 is a process tube, 61
Is an exhaust port, 62 is a silicon substrate, 63 is a boat, 64 is a heater, 65 is a cap, 66 is a seal, 67 is a pedestal, 68 is a gas inlet, and 69 is a process gas flow. In the conventional example, the process gas is introduced from the upper part of the process tube 60, flows through the process tube 60, and is then discharged from the exhaust port 61 at the lower part of the tube. At this time, the process gas flows from the upper part of the process tube 60 to the lower part thereof. For this reason, a laminar flow is formed around the silicon substrate 62, which makes it difficult for these process gases to flow toward the central portion of the silicon substrate 62. Since the conductive impurity gas released outward from the polycrystalline silicon film containing impurities at a high concentration formed on the front surface or the back surface of the silicon substrate in the central portion of the silicon substrate does not flow between the silicon substrates. Retain between silicon substrates. As a result, the silicon exposed portion of the silicon substrate is auto-doped. Furthermore, in an impurity diffusion furnace that uses a process gas to uniformly form an impurity region on the surface of a silicon substrate, it is difficult for the process gas to flow between silicon substrates, particularly toward the center of the silicon substrate. In this case, it is considered that the supply of the process gas to the central portion of the silicon substrate 62 is controlled by diffusion. When the impurity diffusion device having such a structure is used, the impurity concentration in the surface of the silicon substrate 62 is lower in the central portion of the silicon substrate 62 than in the periphery. Further, since the concentration of the process gas becomes lower toward the lower part of the process tube 60, a large difference occurs in the impurity concentration between the silicon substrate 62 above the process tube 60 and the silicon substrate 62 below the process tube 60. When diffusion is performed in the conventional impurity diffusion furnace, the impurity concentration in the central portion of the silicon substrate 62 becomes lower than the target value within the surface of the silicon substrate 62. As a result, the specific resistance becomes high (FIG. 19). On the other hand, between the silicon substrates 62, the impurity concentration of the silicon substrate 62 above the process tube 3, the impurity concentration of the silicon substrate 62 in the center of the process tube 60, and the process tube 6
The impurity concentration of the lower silicon substrate 62 is different. As a result, the specific resistance of the silicon substrate 62 is different. The difference in the specific resistance in the longitudinal direction of the process tube 60 changes depending on the gas flow rate and the exhaust speed. In the conventional diffusion furnace, a temperature gradient is provided in the longitudinal direction of the process tube 60 in order to compensate for such non-uniformity of the resistivity of the silicon substrate 62 in the longitudinal direction of the process tube 60. Also, the silicon substrate 6
For the uniformity in two planes, a method of rotating the boat 63 on which the silicon substrate 62 is loaded to improve the uniformity is conceivable. The specific resistance of the part is not improved. In order to improve this, it may be considered to use an injector 70 as shown in FIG. 20 in the longitudinal direction of the process tube 60. The injector 70 shown in FIG. 20 has a silicon substrate 62 along the longitudinal direction of the injector 70.
Holes having a diameter of about 1 mm are provided at intervals of an integral multiple of the pitch, and the gas is ejected in the diameter direction of the silicon substrate 62 from the plurality of holes. However, in the injector 70 having this structure, the velocity of the gas ejected from the hole near the gas inlet port 68 and the velocity of the gas ejected from the gas outlet port 71 at the tip of the injector 70 are greatly different. The gas ejection speed from the hole near the gas introduction port 68 of the injector 70 is higher than that of the tip of the injector 70. Therefore, the specific resistance at the top and bottom of the process tube 60 is
It's very different. Further, regarding the in-plane uniformity, when the holes are installed toward the silicon substrate 62, the gas flow velocity is high and the temperature of the surface of the silicon substrate 62 decreases in the portion close to the holes in the surface of the silicon substrate 62. For this reason, the specific resistance becomes high, and an appropriate value can be obtained in the part farthest from the hole. Further, the specific resistance value is high in the central portion of the silicon substrate 62. The specific resistance distribution in the plane of the silicon substrate 62 at this time is as shown in FIG. On the other hand, when this hole is directed toward the tube wall of the process tube 60 in the direction opposite to the silicon substrate 62, the gas collides with the tube wall, is decelerated, and the reflected gas flow reaches the silicon substrate 62. As a result, an appropriate value can be obtained for the specific resistance of the portion near the injector 70. However, since the gas flow speed is not sufficient in the portion away from the injector 70 from the central portion of the silicon substrate 62, the gas does not spread and the specific resistance increases. The resistivity distribution in the plane of the silicon substrate 60 at this time is shown in FIG. When such an injector 70 is used, the silicon substrate rotating mechanism is very effective. Due to the silicon substrate rotating mechanism, the specific resistance is substantially uniform around the silicon substrate 62, but remains high at the center of the silicon substrate 62. FIG. 22 shows the specific resistance distribution in the plane of the silicon substrate 62 when the injector 70 employs the rotation of the silicon substrate. However, as described above, when the silicon substrate is rotated, it is necessary to install the rotating mechanism in a high temperature and corrosive gas atmosphere, which makes it difficult to ensure the reliability of the rotating mechanism. In addition, the device itself is complicated and expensive.

【0012】これらの装置は不純物拡散を目的として使
用される場合もあれば、アニール、酸化を目的として使
用される場合もある。酸化に用いる場合、水素ガスと酸
素ガスを760℃以上の温度で燃焼させることによって
生じた水蒸気を酸化剤として用いる。このような酸化法
はパイロジェニック酸化法として知られ、ゲート酸化膜
や分離用の酸化膜の形成に用いられている。この方法で
は純度および水蒸気含有量の制御性の点で優れている。
パイロジェニック酸化は一般的に酸化炉のプロセスチュ
ーブ内部において、インジェクタの先端部から酸素およ
び水素の混合ガスをプロセスチューブ内に噴出させ、高
温の炉内で燃焼させ水蒸気を発生させる。このとき水素
の爆発限界から酸素流量は水素流量に対し安全を考慮し
て180%以下に設定される。また、このときのインジ
ェクタ先端部での温度は760℃以上必要になる。この
とき水素に対する酸素流量を調整することで酸化雰囲気
全体に占める水蒸気の比率を決定できる。水蒸気酸化に
おいて酸化膜の成長速度は雰囲気中の水蒸気分圧で決定
される。すなわち、ゲート酸化膜の如き膜厚が薄く、か
つ膜厚制御性の要求されるものにおいては酸化性雰囲気
に占める水蒸気分圧を下げてやればよい。すなわち、酸
素リッチな雰囲気での水素および酸素の燃焼により水蒸
気を発生させる。
These devices may be used for the purpose of impurity diffusion, or may be used for the purpose of annealing and oxidation. When used for oxidation, water vapor generated by burning hydrogen gas and oxygen gas at a temperature of 760 ° C. or higher is used as an oxidant. Such an oxidation method is known as a pyrogenic oxidation method and is used for forming a gate oxide film and an oxide film for separation. This method is excellent in terms of purity and controllability of water vapor content.
Pyrogenic oxidation is generally performed by ejecting a mixed gas of oxygen and hydrogen from the tip of an injector into a process tube inside a process tube of an oxidation furnace and burning the mixture gas in a high temperature furnace to generate steam. At this time, from the explosion limit of hydrogen, the oxygen flow rate is set to 180% or less with respect to the hydrogen flow rate in consideration of safety. Further, the temperature at the tip of the injector at this time needs to be 760 ° C. or higher. At this time, the ratio of water vapor to the entire oxidizing atmosphere can be determined by adjusting the oxygen flow rate with respect to hydrogen. In steam oxidation, the growth rate of an oxide film is determined by the partial pressure of steam in the atmosphere. That is, in the case where the film thickness such as the gate oxide film is thin and the film thickness controllability is required, the partial pressure of water vapor in the oxidizing atmosphere may be lowered. That is, steam is generated by combustion of hydrogen and oxygen in an oxygen-rich atmosphere.

【0013】これらのパイロジェニック酸化は、従来は
プロセスチューブ内で燃焼させることによるものであっ
た。しかしプロセスチューブ内で水素および酸素を燃焼
させた場合、高温の燃焼ガスの噴出によりプロセスチュ
ーブ内の温度が不均一になり、膜厚が不均一になるなど
の問題を生じる。このため、燃焼室をプロセスチューブ
外に設け専用の燃焼ヒーターにより燃焼させる外部燃焼
方式が採用されることが多くなっている。図23は従来
構造の外部燃焼方式の酸化膜形成装置の概念図である。
81はプロセスチューブ、82はシリコン基板、83は
ボート、86は外部燃焼チャンバー、87は外部燃焼用
ヒーター、88はインジェクタ、89は酸素ポート、9
0は水素ポート、91は水酸素炎である。酸素ポート8
9および水素ポート90から導入された水素および酸素
ガスは混合されインジェクタ88中で外部燃焼用ヒータ
ー87により加熱される。760℃以上に加熱された水
素、酸素ガスは発火し、インジェクタ88先端から水酸
素炎91として燃焼チャンバー86内に放出され、発生
した水蒸気はプロセスチューブ81内へ送られる。
These pyrogenic oxidations have traditionally been by burning in process tubes. However, when hydrogen and oxygen are burnt in the process tube, the temperature of the process tube becomes non-uniform due to the ejection of high-temperature combustion gas, which causes problems such as non-uniform film thickness. For this reason, an external combustion method is often used in which a combustion chamber is provided outside the process tube and combustion is performed by a dedicated combustion heater. FIG. 23 is a conceptual view of an external combustion type oxide film forming apparatus having a conventional structure.
81 is a process tube, 82 is a silicon substrate, 83 is a boat, 86 is an external combustion chamber, 87 is an external combustion heater, 88 is an injector, 89 is an oxygen port, 9
0 is a hydrogen port and 91 is a hydro-oxygen flame. Oxygen port 8
9 and the hydrogen and oxygen gases introduced from the hydrogen port 90 are mixed and heated in the injector 88 by the external combustion heater 87. Hydrogen and oxygen gas heated to 760 ° C. or higher are ignited and discharged from the tip of the injector 88 into the combustion chamber 86 as a hydro-oxygen flame 91, and the generated water vapor is sent into the process tube 81.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体装置
の製造方法では、オートドーピングは前述したようにM
OSトランジスタのしきい値電圧の大幅な変化、MOS
トランジスタの短チャネル化やオフセットゲート化の両
方を、またコンタクト拡散領域の抵抗の増加や接合深さ
の増大など種々の致命的な問題を引き起こす。しかしな
がら、近年、半導体装置はますます高集積化しており配
線およびゲート電極として多層の多結晶シリコン膜がま
すます用いられる。このため、このようなオートドーピ
ングに起因する問題は増加する傾向にある。とりわけ、
最近では酸化膜厚の均一性がよく、自動化が容易である
などの理由から従来の横型電気炉に代わり縦型電気炉が
導入される傾向にある。発明者らの調査によれば縦型電
気炉はその構造上、シリコン基板とシリコン基板の間、
特に中心部分にはガスが十分行き届かないため、横型電
気炉に比べオートドーピングを起こしやすい。導電性不
純物を含んだ多結晶シリコン膜がシリコン基板裏面に存
在する場合、これら裏面の多結晶シリコン膜を選択的に
除去することにより、続く熱処理中のオートドーピング
を防止するが、シリコン基板表面にパターンとして存在
している多結晶シリコン膜からのオートドーピングに対
しては依然、問題視されている。
In the conventional method of manufacturing a semiconductor device described above, the autodoping is performed by the M method as described above.
Large change in threshold voltage of OS transistor, MOS
This causes various fatal problems such as shortening the channel of the transistor and offset gate, increasing the resistance of the contact diffusion region and increasing the junction depth. However, in recent years, semiconductor devices have become more highly integrated, and multilayer polycrystalline silicon films are increasingly used as wiring and gate electrodes. Therefore, problems caused by such autodoping tend to increase. Above all,
Recently, a vertical electric furnace tends to be introduced in place of the conventional horizontal electric furnace because the oxide film thickness is good and the automation is easy. According to the research conducted by the inventors, the vertical electric furnace has a structure between the silicon substrate and the silicon substrate.
In particular, since gas does not reach the central portion sufficiently, autodoping is more likely to occur than in a horizontal electric furnace. If a polycrystalline silicon film containing conductive impurities is present on the back surface of the silicon substrate, the polycrystalline silicon film on these back surfaces is selectively removed to prevent autodoping during subsequent heat treatment. Auto-doping from a polycrystalline silicon film existing as a pattern still remains a problem.

【0015】また、上記従来の熱処理装置では、シリコ
ン基板回転機構を使用せずに、シリコン基板62面内に
均一性よく不純物を含んだガスを供給し、なおかつプロ
セスチューブ60の長手方向に対しても均一に不純物を
含んだガスを供給できる構造にする必要がある。
Further, in the above-mentioned conventional heat treatment apparatus, a gas containing impurities is supplied to the surface of the silicon substrate 62 with good uniformity without using the silicon substrate rotating mechanism, and further, in the longitudinal direction of the process tube 60. In addition, it is necessary to have a structure that can uniformly supply a gas containing impurities.

【0016】インジェクタ70の長手方向に配置された
ガス噴出口71からのガス噴出速度を均一にするために
は、インジェクタ70のガス導入口68から先端にいく
に従い、ガス噴出口71の直径をガス噴出口71からの
ガス噴出速度が一定になるように順次、大きくする方
法、さらにはガス噴出口71の間隔を減らすなどの方法
がある。しかし、これらの方法は一定速度を与えるガス
噴出口71の直径の算出することが困難で、またその加
工が難しい。またガス噴出口71の直径の経時変化によ
り、各ガス噴出口71のバランスがくずれやすいなどの
問題がある。また、シリコン基板62面内の均一性を向
上させるには複数本のインジェクタ70を使用する方法
があるが、ガス系を2系統必要とする上、2本のインジ
ェクタ70間のバランスをとる必要がある。このためプ
ロセスチューブ60とシリコン基板62の空間的マージ
ンが小さくなるなどの問題がある。
In order to make the gas ejection velocity from the gas ejection port 71 arranged in the longitudinal direction of the injector 70 uniform, the diameter of the gas ejection port 71 is changed from the gas inlet port 68 of the injector 70 toward the tip. There is a method of sequentially increasing the gas ejection speed from the ejection port 71 so as to be constant, and a method of reducing the interval between the gas ejection ports 71. However, it is difficult for these methods to calculate the diameter of the gas ejection port 71 that gives a constant velocity, and it is difficult to process the diameter. Further, there is a problem that the balance of each gas ejection port 71 is easily lost due to the change in diameter of the gas ejection port 71 with time. Further, there is a method of using a plurality of injectors 70 in order to improve the uniformity within the surface of the silicon substrate 62. However, two gas systems are required and it is necessary to balance the two injectors 70. is there. Therefore, there is a problem that the spatial margin between the process tube 60 and the silicon substrate 62 becomes small.

【0017】また、上記従来のパイロジェニック酸化法
では、酸素リッチな雰囲気でのパイロジェニック酸化に
おいて、インジェクタ88先端部での水素および酸素の
燃焼は酸素リッチのため、正常な燃焼状態にはならな
い。正常な燃焼状態は水素に対する酸素の流量比が18
0%付近であり、このときの水酸素炎91の温度は比較
的低温での燃焼になる。これに対し酸素リッチの場合、
過剰酸素により燃焼は爆発的なものとなり水酸素炎91
の温度は非常に高温になる。さらに従来のインジェクタ
88の構造においては水素および酸素ガスを同一のイン
ジェクタ88から混合して噴出させる。インジェクタ8
8先端部を通常口径が絞ってあるためインジェクタ88
先端部から噴出する水素および酸素の混合ガスの噴出速
度は非常に高速になる。
Further, in the above-mentioned conventional pyrogenic oxidation method, in the pyrogenic oxidation in an oxygen-rich atmosphere, the combustion of hydrogen and oxygen at the tip of the injector 88 is oxygen-rich, so that a normal combustion state cannot be obtained. In a normal combustion state, the flow rate ratio of oxygen to hydrogen is 18
It is around 0%, and the temperature of the hydro-oxygen flame 91 at this time is combustion at a relatively low temperature. On the other hand, in the case of oxygen rich,
Combustion becomes explosive due to excess oxygen.
The temperature becomes very high. Further, in the structure of the conventional injector 88, hydrogen and oxygen gas are mixed and ejected from the same injector 88. Injector 8
8 Injector 88 because the diameter of the tip is normally narrowed
The ejection speed of the mixed gas of hydrogen and oxygen ejected from the tip becomes very high.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に高
濃度の不純物拡散層あるいは高濃度の不純物を含有する
導電膜を形成し、その後、前記不純物拡散層あるいは導
電膜に覆われた領域以外の前記半導体基板表面に酸化膜
を形成するに当り、前記半導体基板を酸化装置に導入す
る第1の工程と、導入後所定の温度とする第2の工程
と、前記所定の温度でアニールを行なう第3の工程から
なり、前記第1,2,3の工程を酸素と窒素との混合雰
囲気中で処理する。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises forming a high-concentration impurity diffusion layer or a conductive film containing a high-concentration impurity on a semiconductor substrate, Then, in forming an oxide film on the surface of the semiconductor substrate other than the region covered with the impurity diffusion layer or the conductive film, a first step of introducing the semiconductor substrate into an oxidation device, and a predetermined temperature after the introduction. And a third step of annealing at the predetermined temperature. The first, second, and third steps are processed in a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen.

【0019】また、半導体基板に高濃度の不純物拡散層
あるいは高濃度の不純物を含有する導電膜を形成し、そ
の後、前記不純物拡散層あるいは導電膜に覆われた領域
以外の前記半導体基板表面に酸化膜を形成するに当り、
前記半導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導
入後所定の温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度
でアニールを行なう第3の工程からなり、前記第1の工
程を低温の酸素雰囲気中で行ない、前記第2,3の工程
を非酸化性雰囲気中で処理する。
Further, a high-concentration impurity diffusion layer or a conductive film containing high-concentration impurities is formed on the semiconductor substrate, and then the surface of the semiconductor substrate other than the region covered with the impurity diffusion layer or the conductive film is oxidized. When forming a film,
The first step comprises a first step of introducing the semiconductor substrate into an oxidizing device, a second step of bringing the semiconductor substrate to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature. In an oxygen atmosphere, and the second and third steps are performed in a non-oxidizing atmosphere.

【0020】また、半導体基板に容量絶縁膜を介してセ
ルプレートを形成し、前記セルプレートが高濃度の不純
物を含有する導電膜で形成されており、その後、前記半
導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入後所
定の温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度でアニ
ールを行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3の
工程を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理し、ゲート酸
化膜を形成する。
Further, a cell plate is formed on the semiconductor substrate via a capacitive insulating film, and the cell plate is formed of a conductive film containing a high concentration of impurities, and then the semiconductor substrate is introduced into an oxidation device. The first step, the second step of bringing the temperature to a predetermined temperature after the introduction, and the third step of annealing at the predetermined temperature are performed. The first, second and third steps are mixed with oxygen and nitrogen. Processing is performed in an atmosphere to form a gate oxide film.

【0021】また、半導体基板上に不純物を含有する導
電膜を形成する工程と、前記導電膜をマスクに第1のイ
オン注入する工程と、前記第1のイオン注入後に前記半
導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入後所
定の温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度でアニ
ールを行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3の
工程を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理し、酸化する
工程と、その後、導電膜の側壁に絶縁膜を形成する工程
と、前記導電膜と前記側壁をマスクに第2のイオン注入
を行なう。
In addition, a step of forming a conductive film containing impurities on the semiconductor substrate, a step of implanting a first ion with the conductive film as a mask, and a step of oxidizing the semiconductor substrate after the first ion implantation are performed. It comprises a first step of introducing, a second step of bringing the material to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature. And a step of forming an insulating film on the sidewall of the conductive film, and a second ion implantation using the conductive film and the sidewall as a mask.

【0022】また、半導体基板上に不純物を含有する導
電膜を形成する工程と、前記導電膜をマスクに第1のイ
オン注入する工程と、前記第1のイオン注入後に前記半
導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入後所
定の温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度でアニ
ールを行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3の
工程を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理し、酸化する
工程と、その後、導電膜の側壁に絶縁膜を形成する工程
と、前記導電膜と前記側壁をマスクに第2のイオン注入
を行なう。
Further, a step of forming a conductive film containing impurities on the semiconductor substrate, a step of implanting first ions with the conductive film as a mask, and a step of oxidizing the semiconductor substrate after the first ion implantation are performed in an oxidizing device. It comprises a first step of introducing, a second step of bringing the material to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature. And a step of forming an insulating film on the sidewall of the conductive film, and a second ion implantation using the conductive film and the sidewall as a mask.

【0023】また、半導体基板上に不純物を含有する導
電膜を形成し、前記導電膜をマスクにイオン注入するこ
とで拡散係数の大きい第1の不純物を低濃度にドープ
し、拡散係数の小さい第2の不純物を高濃度にドープし
た後、前記半導体基板を酸化装置に導入する第1の工程
と、導入後所定の温度にさせる第2の工程と、前記所定
の温度でアニールを行なう第3の工程からなり、前記第
1,2,3の工程を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理
する。
Further, a conductive film containing impurities is formed on a semiconductor substrate, and the conductive film is used as a mask for ion implantation to dope the first impurity having a large diffusion coefficient to a low concentration and to make the first impurity having a small diffusion coefficient. The second step of doping the semiconductor substrate into the oxidizer after the impurity is heavily doped, the second step of bringing the semiconductor substrate into a predetermined temperature after the introduction, and the third step of annealing at the predetermined temperature. The first, second, and third steps are performed in a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen.

【0024】上記問題点を解決するために本発明の半導
体製造装置は、プロセスチューブと、前記プロセスチュ
ーブ内に半導体基板をセットした基板ボートと、前記プ
ロセスチューブ内にプロセスガスを導入するインジェク
タを備え、前記インジェクタから導入したプロセスガス
が前記半導体基板平面と平行に供給される。
In order to solve the above problems, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention comprises a process tube, a substrate boat having a semiconductor substrate set in the process tube, and an injector for introducing a process gas into the process tube. The process gas introduced from the injector is supplied in parallel with the plane of the semiconductor substrate.

【0025】また、上記問題点を解決するために本発明
の半導体製造装置は、プロセスチューブと、前記プロセ
スチューブ内に設置されたボートと、前記プロセスチュ
ーブ内にガスを導入するガス導入口と、前記プロセスチ
ューブ内からガスを排出する排気口と、前記ガス導入口
から導入されたガスはインジェクタを通って前記プロセ
スチューブ内に導入され、前記インジェクタが前記プロ
セスチューブの長手方向に前記ボートの長さを越える長
さを持つ。
In order to solve the above problems, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention comprises a process tube, a boat installed in the process tube, a gas inlet for introducing gas into the process tube, An exhaust port for discharging gas from the inside of the process tube, and a gas introduced from the gas inlet port is introduced into the process tube through an injector, and the injector is the length of the boat in the longitudinal direction of the process tube. With a length exceeding.

【0026】また、上記問題点を解決するために本発明
の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上に多結晶シ
リコン膜もしくは二酸化シリコン膜もしくは窒化シリコ
ン膜または、これらの膜の組合せにより構成される複合
膜上に水素ガスと酸素ガスの燃焼により水蒸気雰囲気中
で熱酸化を行う工程と、これら熱酸化後に連続してさら
に前記シリコン基板上もしくはシリコン基板上の膜上に
化学気相成長法により多結晶シリコン膜、二酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜やその他の気相成長膜を形成する
工程と、前記熱酸化で、水素ガス流量に対し、酸素ガス
流量を前記水素ガス流量の0.56倍として燃焼させ、
前記燃焼により生じた水蒸気に対し、さらに酸素を混合
させ、酸化を行う。
In order to solve the above-mentioned problems, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises a polycrystalline silicon film, a silicon dioxide film, a silicon nitride film, or a combination of these films on a silicon substrate. A step of performing thermal oxidation on the composite film by burning hydrogen gas and oxygen gas in a water vapor atmosphere, and continuously after the thermal oxidation, further on the silicon substrate or on the film on the silicon substrate by chemical vapor deposition. In the step of forming a crystalline silicon film, a silicon dioxide film, a silicon nitride film and other vapor phase growth films, and in the thermal oxidation, the oxygen gas flow rate is 0.56 times the hydrogen gas flow rate with respect to the hydrogen gas flow rate and burned. Let
Oxygen is further mixed with the water vapor generated by the combustion to oxidize it.

【0027】また、上記問題点を解決するために本発明
の半導体製造装置は、水素および酸素ガスの燃焼用チャ
ンバーと外部燃焼用ヒーターおよびインジェクタをプロ
セスチューブ外に有し、前記燃焼用チャンバーで発生し
た水蒸気を前記プロセスチューブ内に送り込み、さらに
前記プロセスチューブに設置された、別の導入口から酸
素を導入し、前記燃焼に用いる水素ガス流量と酸素ガス
流量を自動的に決定する手段と、前記燃焼により生じた
水蒸気に混合するべき酸素の量を計算する演算手段を有
する。
In order to solve the above problems, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention has a combustion chamber for hydrogen and oxygen gas, an external combustion heater and an injector outside the process tube, and is generated in the combustion chamber. Means for automatically sending the hydrogen gas flow rate and the oxygen gas flow rate to be used for the combustion, by feeding the generated water vapor into the process tube, further introducing oxygen from another inlet provided in the process tube, and It has a calculation means for calculating the amount of oxygen to be mixed with the steam generated by the combustion.

【0028】[0028]

【作用】上記本発明の構成によれば、熱処理シーケンス
に沿って熱処理を行なうことにより、半導体基板表面に
その後行なう酸化工程によって成長させる酸化膜に悪影
響を及ぼすことがない。半導体基板表面に不純物拡散を
防止する薄い酸化膜を成長させることによって、高濃度
不純物層からの自己拡散を防止することができる。また
半導体基板の直径方向に、半導体基板間にプロセスガス
が流れる構造を持つガスインジェクタを設けた熱処理装
置を使用することにより、半導体基板の表面および裏面
の高濃度不純物層より外方拡散した不純物は、半導体基
板間にとどまることができず、プロセスガスとともに運
びさられる。このため自己拡散を防止することができ
る。もちろん、これらの方法は単独で用いても併用して
もよく、併用した場合、確実な効果が期待できるもので
ある。
According to the structure of the present invention, by performing the heat treatment in accordance with the heat treatment sequence, the oxide film grown on the surface of the semiconductor substrate by the subsequent oxidation step is not adversely affected. By growing a thin oxide film that prevents impurity diffusion on the surface of the semiconductor substrate, self-diffusion from the high concentration impurity layer can be prevented. Further, by using a heat treatment apparatus having a gas injector having a structure in which a process gas flows between the semiconductor substrates in the diameter direction of the semiconductor substrate, impurities diffused outward from the high-concentration impurity layers on the front and back surfaces of the semiconductor substrate are prevented. , Cannot stay between semiconductor substrates and is carried with the process gas. Therefore, self-diffusion can be prevented. Of course, these methods may be used alone or in combination, and when used in combination, certain effects can be expected.

【0029】[0029]

【実施例】以下に本発明を縦型拡散炉を用い、LDD構
造をもったMOSトランジスタの熱処理に適用する場合
について説明する。
EXAMPLE A case where the present invention is applied to heat treatment of a MOS transistor having an LDD structure using a vertical diffusion furnace will be described below.

【0030】LDD構造をもつMOSトランジスタを形
成する場合、図1に示すようにNチャネルトランジスタ
とPチャネルトランジスタの場合とでプロセスが異な
る。まず、P型シリコン基板101表面にはP型ウェル
領域102とN型ウェル領域103が形成されている。
両者のウェル領域102、103の間に分離領域104
が形成されている。P型ウェル領域102にはNチャネ
ルトランジスタが形成され、N型ウェル領域103には
Pチャネルトランジスタが形成される。シリコン基板1
01上にゲート酸化膜105が形成され、その上にPチ
ャネルトランジスタのゲート電極となるN+型多結晶シ
リコン膜106が形成されている。もう一方にはNチャ
ネルトランジスタのゲート電極となるN+型多結晶シリ
コン膜107が形成されている。これらの多結晶シリコ
ン膜106,107にはリン原子が3×1020/cm3
度ドーピングされている。次に、トランジスタのゲート
電極を公知の写真食刻技術とドライエッチング技術によ
り形成する。この後、ソース/ドレイン領域114とな
るリン注入によって形成されたLDD領域110はシリ
コン基板101表面が露出した状態になる。これはゲー
ト酸化膜105が薄膜化してきているため、ゲート電極
形成時のドライエッチング時に、たとえ酸化膜が残るこ
とがあっても、この酸化膜はエッチング損傷を受けてい
るため、後の洗浄工程で容易に除去されてしまう。
When forming a MOS transistor having an LDD structure, the process is different between the N-channel transistor and the P-channel transistor as shown in FIG. First, a P-type well region 102 and an N-type well region 103 are formed on the surface of the P-type silicon substrate 101.
An isolation region 104 is provided between the well regions 102 and 103 of both.
Are formed. An N channel transistor is formed in the P type well region 102, and a P channel transistor is formed in the N type well region 103. Silicon substrate 1
01, a gate oxide film 105 is formed, and an N + type polycrystalline silicon film 106 to be a gate electrode of a P channel transistor is formed thereon. On the other side, an N + type polycrystalline silicon film 107 which will be the gate electrode of the N channel transistor is formed. These polycrystalline silicon films 106 and 107 are doped with phosphorus atoms at about 3 × 10 20 / cm 3 . Next, the gate electrode of the transistor is formed by the known photo-etching technique and dry etching technique. After that, the LDD region 110 formed by the phosphorus implantation which becomes the source / drain regions 114 is in a state where the surface of the silicon substrate 101 is exposed. This is because the gate oxide film 105 has become thinner, and even if an oxide film may remain during the dry etching when forming the gate electrode, this oxide film is damaged by etching, and the subsequent cleaning process is performed. Will be easily removed.

【0031】次に、NチャネルトランジスタのLDD領
域110を形成するために、Pチャネルトランジスタを
形成する領域をフォトレジスト108でマスクする。こ
の後、基板全面にリンイオン109を注入する。これに
よって、LDD領域110が形成される。この時、Nチ
ャネルトランジスタにリン原子を2×1012/cm2だけ
イオン注入している(図1(a))。
Next, in order to form the LDD region 110 of the N-channel transistor, the region where the P-channel transistor is formed is masked with the photoresist 108. After that, phosphorus ions 109 are implanted on the entire surface of the substrate. Thereby, the LDD region 110 is formed. At this time, phosphorus atoms are ion-implanted into the N-channel transistor by 2 × 10 12 / cm 2 (FIG. 1A).

【0032】続いてゲート電極に側壁を形成する。この
側壁材料にはCVDによる高温酸化膜(HTO)もしく
はCVDによるTEOS酸化膜等が用いられる。側壁材
料の密着性を強化し、前の工程でLDD領域110に注
入されたリンイオン109を活性化する目的で、アニー
ルおよび酸化膜の形成を行なう。この熱処理により、多
結晶シリコン膜106,107のゲート電極からリン原
子が外方拡散し、LDD領域110に自己拡散する。こ
の結果、LDD領域110の導電型はN型となる。LD
D領域110がN型となると、Nチャネルトランジスタ
のLDD領域110のリンイオン注入量が増加したこと
になる。この結果、LDD領域110の抵抗が下がり、
外方拡散によって導入されたリンイオンが拡散し、N型
領域がゲート電極の下にまで達する。ゲート電極の下に
までN型領域が達すると、このNチャネルトランジスタ
のチャネルがショートチャネルとなる。
Subsequently, sidewalls are formed on the gate electrode. As the sidewall material, a high temperature oxide film (HTO) formed by CVD or a TEOS oxide film formed by CVD is used. Annealing and oxide film formation are performed for the purpose of enhancing the adhesion of the sidewall material and activating the phosphorus ions 109 implanted in the LDD region 110 in the previous step. By this heat treatment, phosphorus atoms diffuse outward from the gate electrodes of the polycrystalline silicon films 106 and 107, and self-diffuse into the LDD region 110. As a result, the conductivity type of the LDD region 110 becomes N type. LD
When the D region 110 becomes the N type, the phosphorus ion implantation amount of the LDD region 110 of the N channel transistor increases. As a result, the resistance of the LDD region 110 decreases,
Phosphorus ions introduced by the out-diffusion diffuse and the N-type region reaches below the gate electrode. When the N-type region reaches below the gate electrode, the channel of this N-channel transistor becomes a short channel.

【0033】一方、PチャネルトランジスタではN型の
リン原子は、後の工程でソース/ドレイン領域115を
形成するのに導入されるP型不純物とコンペンセートさ
れる。このため高抵抗層もしくはソース/ドレイン領域
114と側壁領域直下との位置にPN接合が形成され
る。この結果、実質的にソース/ドレイン領域114の
P型拡散層がゲート電極下まで到達せず、オフセットゲ
ートトランジスタとなる。
On the other hand, in the P-channel transistor, the N-type phosphorus atom is compensated with the P-type impurity introduced in the later step to form the source / drain region 115. Therefore, a PN junction is formed at a position between the high resistance layer or the source / drain region 114 and immediately below the sidewall region. As a result, the P-type diffusion layer of the source / drain region 114 does not substantially reach below the gate electrode, and it becomes an offset gate transistor.

【0034】これを防止するためには、図1(b)に示
す熱処理の初期の工程、すなわちシリコン基板101を
炉内へ投入する工程、温度を安定させる工程および温度
ランピングおよびアニールを行なう工程を工夫すること
が必要である。これらの工程における熱処理シーケンス
を図2に示す。
In order to prevent this, the initial step of the heat treatment shown in FIG. 1B, that is, the step of introducing the silicon substrate 101 into the furnace, the step of stabilizing the temperature, and the step of performing temperature ramping and annealing are performed. It is necessary to devise it. The heat treatment sequence in these steps is shown in FIG.

【0035】図2において、熱処理の初期の段階におい
て1〜5体積%の酸素を含む窒素ガスで処理する。この
ため、熱処理の初期において拡散源である高濃度不純物
を含有する多結晶シリコン膜106,107のゲート電
極表面に薄い酸化膜117が形成される。この酸化膜1
17が高濃度不純物が外方拡散する場合の障壁となり、
不純物の外方拡散を抑制する。また、一方のLDD領域
110の表面にも薄い酸化膜が形成される。この酸化膜
117が外方拡散された不純物がLDD領域110に拡
散層するのを防止することができる。熱処理の初期の段
階ではシリコンの表面を酸化しないように反応性の低い
雰囲気中で行なわれる。特にその熱処理によって基板に
導入したイオンを活性化する場合に、存在する酸素によ
ってOSF(Oxygen Induced Stacking Fault)を発生
させる。このため基板表面を必要以上に酸化することを
避ける必要がある。本実施例ではシリコン表面に不純物
が拡散するのを防止するために薄い酸化膜を形成する必
要がある。このため熱処理温度を例えば700℃程度の
低温で行なうと、不純物の拡散は生じにくいが、同時に
表面の酸化膜も成長しにくい。一方1000℃程度の温
度では、不純物の拡散が生じ易いが同時に酸化膜も成長
し易い。このように不純物の拡散量と酸化膜の膜厚とが
トレードオフの関係にある。酸化膜の膜厚は必要最小限
5nmにする必要がある。このため本実施例のように9
00℃の温度で成長させる場合には、酸素分圧が1〜5
体積%程度にしている。酸素分圧が1体積%以下では酸
化力が弱いので、十分な不純物の拡散を防止できない、
また5体積%以上では酸化力は強いが、必要以上の酸化
膜が形成され、OSF等の結晶欠陥が発生する。ここで
成長温度を800℃程度にすると酸素分圧は同様の理由
で1体積%〜10体積%で用いることができる。
In FIG. 2, in the initial stage of heat treatment, nitrogen gas containing 1 to 5% by volume of oxygen is used for treatment. Therefore, in the initial stage of the heat treatment, a thin oxide film 117 is formed on the gate electrode surface of the polycrystalline silicon films 106 and 107 containing the high-concentration impurity which is the diffusion source. This oxide film 1
17 is a barrier against the outward diffusion of high-concentration impurities,
Suppress the outward diffusion of impurities. A thin oxide film is also formed on the surface of one of the LDD regions 110. This oxide film 117 can prevent impurities diffused outwardly from being diffused into the LDD region 110. In the initial stage of the heat treatment, it is performed in an atmosphere with low reactivity so as not to oxidize the surface of silicon. In particular, when the ions introduced into the substrate are activated by the heat treatment, oxygen existing causes OSF (Oxygen Induced Stacking Fault). Therefore, it is necessary to avoid excessively oxidizing the substrate surface. In this embodiment, it is necessary to form a thin oxide film to prevent the diffusion of impurities on the silicon surface. Therefore, when the heat treatment temperature is low, for example, about 700 ° C., diffusion of impurities is unlikely to occur, but at the same time, an oxide film on the surface is also difficult to grow. On the other hand, at a temperature of about 1000 ° C., diffusion of impurities is likely to occur, but at the same time, an oxide film is likely to grow. Thus, the amount of diffusion of impurities and the thickness of the oxide film are in a trade-off relationship. The thickness of the oxide film must be 5 nm as a minimum. Therefore, as in this embodiment, 9
When growing at a temperature of 00 ° C, the oxygen partial pressure is 1 to 5
It is set to about volume%. When the oxygen partial pressure is 1% by volume or less, the oxidizing power is weak, so that sufficient diffusion of impurities cannot be prevented.
On the other hand, if it is 5% by volume or more, the oxidizing power is strong, but an excessively large oxide film is formed, and crystal defects such as OSF occur. Here, when the growth temperature is set to about 800 ° C., the oxygen partial pressure can be used at 1% by volume to 10% by volume for the same reason.

【0036】このアニール・酸化条件は、まずシリコン
基板101を温度900℃で炉内部に投入する。投入時
間は約30分である。この時、炉内には窒素ガスの流量
を毎分14.55リットル、酸素を0.45リットル流し
ている。シリコン基板101を炉内に投入し終えると、
炉内の温度を安定化さすために、シリコン基板101の
位置を固定した状態で温度安定化のために20分間放置
する。この温度安定化によって炉内が均一に900℃に
保持される。次に窒素の流量(毎分14.55リット
ル)はそのままにして、酸素を毎分15リットルと水素
を毎分7.5リットルの流量で炉内に導入し、酸化を行
なう。酸化時間は16分間である。この後、酸素と水素
の供給を遮断し、窒素のみ同流量で、フローさせながら
シリコン基板101の炉内からの取り出しを行なう。シ
リコン基板101の取り出し時間は30分である。ただ
し、酸素と水素をフローさせる工程で、同時に窒素をも
フローしているが、窒素のフローを停止し、酸素と水素
だけをフローしてもよい。ここで温度を900℃にして
いるのは、イオン注入後の活性化と、その後のシリコン
基板表面を保護するための酸化膜の膜厚を30nm程度
にすることから、その不純物の再分布や酸化膜の膜厚制
御性の点から900℃で用いる。また、投入時間はシリ
コン基板の熱変化によるストレスができるだけ加わら
ず、かつ結晶欠陥を生じさせないために、約30分にし
ている。窒素ガスの流量毎分14.55リットルにして
いるのはプロセスチューブ内を短時間にパージできる量
にしている。
Under the annealing / oxidation conditions, first, the silicon substrate 101 is put into the furnace at a temperature of 900.degree. The charging time is about 30 minutes. At this time, the flow rate of nitrogen gas is 14.55 liters per minute and oxygen is 0.45 liters per minute in the furnace. When the silicon substrate 101 is put into the furnace,
In order to stabilize the temperature inside the furnace, the silicon substrate 101 is left standing for 20 minutes for temperature stabilization with the position thereof fixed. By this temperature stabilization, the inside of the furnace is uniformly maintained at 900 ° C. Next, while keeping the flow rate of nitrogen (14.55 liters per minute) unchanged, oxygen is introduced into the furnace at a flow rate of 15 liters per minute and hydrogen at a flow rate of 7.5 liters per minute to perform oxidation. The oxidation time is 16 minutes. After that, the supply of oxygen and hydrogen is shut off, and only the nitrogen is flown at the same flow rate, and the silicon substrate 101 is taken out from the furnace. The take-out time of the silicon substrate 101 is 30 minutes. However, although nitrogen is simultaneously flown in the step of flowing oxygen and hydrogen, the flow of nitrogen may be stopped and only oxygen and hydrogen may be flowed. The temperature is set to 900 ° C. here because the activation after the ion implantation and the subsequent film thickness of the oxide film for protecting the surface of the silicon substrate are set to about 30 nm, the redistribution of the impurities and the oxidation are performed. It is used at 900 ° C. from the viewpoint of film thickness controllability. Further, the charging time is set to about 30 minutes so that stress due to thermal change of the silicon substrate is not applied as much as possible and crystal defects are not generated. The flow rate of nitrogen gas is set to 14.55 liters per minute so that the inside of the process tube can be purged in a short time.

【0037】その際、成長する酸化膜はLDD領域11
0で3〜5nm程度であり、多結晶シリコン膜106,
107の表面では不純物濃度にもよるが、LDD領域1
10における酸化膜厚の2〜3倍となる。多結晶シリコ
ン膜に含有された不純物の濃度を上記の値で用いると、
多結晶シリコン膜上には8〜15nmの膜厚の酸化膜1
17が成長する。この酸化膜117成長はゲート電極に
含有されたリン原子が外方拡散するのと同時に起こるの
で、オートドーピングによるLDD領域110へのリン
の拡散を防止することができる。このため後の酸化工程
で形成される酸化膜の膜厚やその膜質への悪影響はな
い。本実施例では導入時の雰囲気を3体積%酸素を含有
する窒素雰囲気で行なった。
At this time, the grown oxide film is the LDD region 11
0 is about 3 to 5 nm, and the polycrystalline silicon film 106,
The LDD region 1 on the surface of 107 depends on the impurity concentration.
It becomes 2 to 3 times the oxide film thickness in 10. Using the concentration of impurities contained in the polycrystalline silicon film with the above value,
An oxide film 1 having a thickness of 8 to 15 nm is formed on the polycrystalline silicon film.
17 grows. Since the growth of the oxide film 117 occurs at the same time as the phosphorus atoms contained in the gate electrode diffuse outward, it is possible to prevent the diffusion of phosphorus into the LDD region 110 due to autodoping. Therefore, there is no adverse effect on the film thickness of the oxide film formed in the subsequent oxidation step or its film quality. In this example, the atmosphere at the time of introduction was a nitrogen atmosphere containing 3% by volume of oxygen.

【0038】また、P型シリコン基板101の裏面に高
濃度に不純物を含有した多結晶シリコン膜が形成されて
いたり、あるいはシリコン基板101の裏面が露出して
いる場合についても、これらの熱処理時に隣合うシリコ
ン基板101の不純物がこの多結晶シリコン膜や裏面に
付着、拡散する場合にも、本実施例を用いることができ
る。
Further, even when a polycrystalline silicon film containing impurities at a high concentration is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 101 or the back surface of the silicon substrate 101 is exposed, it is adjacent to these heat treatments. This embodiment can also be used when the impurities of the matching silicon substrate 101 adhere to and diffuse into the polycrystalline silicon film and the back surface.

【0039】これらの熱処理に続き、LDD領域110
の側壁116を形成する酸化膜をCVDを用いて堆積す
る。この後、フォトリソグラフおよびエッチング工程を
経てLDD側壁116を形成する。この後、LDD側壁
116とゲート電極とをマスクとしてソース/ドレイン
領域114をおのおのNチャネルトランジスタには砒
素、PチャネルトランジスタはBF2をイオン注入する
ことにより、LDD構造を持つMOSトランジスタが完
成する(図1(c))。
Following these heat treatments, the LDD region 110
An oxide film forming the side wall 116 of is deposited using CVD. Then, the LDD sidewall 116 is formed through a photolithography and etching process. Thereafter, with the LDD sidewall 116 and the gate electrode as a mask, arsenic is ion-implanted into each N-channel transistor and BF 2 is ion-implanted into each of the source / drain regions 114, and a MOS transistor having an LDD structure is completed (( FIG. 1 (c)).

【0040】すなわちLDD側壁116とゲート電極と
をマスクとして、Nチェネルトランジスタのソース/ド
レイン領域114を砒素で、Pチャネルトランジスタの
ソース/ドレイン領域115を形成するのにBF2を用
いる。この時、Nチャネルトランジスタに砒素を注入す
る際にはPチャネルトランジスタをレジストでマスク
し、逆の場合にはNチャネルトランジスタをレジストで
マスクする。
That is, using the LDD sidewall 116 and the gate electrode as a mask, arsenic is used for the source / drain region 114 of the N channel transistor and BF2 is used for forming the source / drain region 115 of the P channel transistor. At this time, when arsenic is injected into the N-channel transistor, the P-channel transistor is masked with the resist, and in the opposite case, the N-channel transistor is masked with the resist.

【0041】このとき、NチャネルおよびPチャネルト
ランジスタのLDD領域110にはオートドーピングに
よるリン原子の拡散領域は存在しない。このため、Nチ
ャネルトランジスタにおいては、短チャネル効果が生じ
ることがない。また、Pチャネルトランジスタにおいて
は、リン原子はBF2とコンペンセーションを引き起こ
すことがないのでオフセットチャネルトランジスタとな
ることはない。
At this time, there is no phosphorus atom diffusion region due to autodoping in the LDD regions 110 of the N-channel and P-channel transistors. Therefore, the short channel effect does not occur in the N channel transistor. Further, in the P-channel transistor, the phosphorus atom does not cause compensation with BF 2 and therefore does not serve as an offset channel transistor.

【0042】図3はDDD構造を有するMOSトランジ
スタへの実施例を示したものである。
FIG. 3 shows an embodiment of a MOS transistor having a DDD structure.

【0043】図3において、P型シリコン基板121に
P型ウェル領域122とN型ウェル領域123を形成す
る。P型ウェル領域122とN型ウェル領域123との
境界領域に両者を電気的に分離する分離領域124を形
成する。それぞれのウェル領域122,123のシリコ
ン基板121上にゲート酸化膜125を介してゲート電
極が形成される。ゲート電極は、N型ウェル領域123
にPチャネルトランジスタゲートN+型多結晶シリコン
膜126で、他方はNチャネルトランジスタゲートN+
型多結晶シリコン膜127で形成されている。
In FIG. 3, a P-type well region 122 and an N-type well region 123 are formed on a P-type silicon substrate 121. An isolation region 124 that electrically isolates the P-type well region 122 and the N-type well region 123 is formed in the boundary region between the two. A gate electrode is formed on the silicon substrate 121 in each of the well regions 122 and 123 with a gate oxide film 125 interposed therebetween. The gate electrode is the N-type well region 123.
Is a P channel transistor gate N + type polycrystalline silicon film 126, and the other is an N channel transistor gate N +.
It is formed of the type polycrystalline silicon film 127.

【0044】次にN型ウェル領域123をフォトレジス
ト128を用いてマスクする。その後、リンイオン12
9の注入を行なう。このリン注入によってDDD領域1
30を形成する。次に、シリコン基板121に所定のア
ニールおよび酸化を行なって酸化膜131を形成する。
この時、DDD領域130で挟まれたゲート電極直下が
チャネル領域133となる。さらにフォトレジストをマ
スクにイオン注入によってPウェル領域122にN+
ソース/ドレイン領域134を、Nウェル領域123に
+型ソース/ドレイン領域135を形成する。
Next, the N-type well region 123 is masked with the photoresist 128. Then, phosphorus 12
Make 9 injections. By this phosphorus implantation, DDD region 1
Form 30. Next, the silicon substrate 121 is subjected to predetermined annealing and oxidation to form an oxide film 131.
At this time, the region directly under the gate electrode sandwiched between the DDD regions 130 becomes the channel region 133. Further, an N + type source / drain region 134 is formed in the P well region 122 and a P + type source / drain region 135 is formed in the N well region 123 by ion implantation using a photoresist as a mask.

【0045】ここで、LDD構造の場合と同じく、DD
D領域130へ低濃度のリンイオン129を注入後の工
程であるアニールおよび、酸化の初期の段階において、
ゲート電極に含まれた高濃度の不純物が外方拡散し、D
DD領域130にまで拡散される。これを防止するた
め、これらの熱処理の初期の段階において、図4に示す
熱処理シーケンスに従って処理する。まず温度を800
℃に保持し状態で、酸素ガスを15リットル/分フロー
させる。この酸素雰囲気中に、30分かけてシリコン基
板121を投入する。シリコン基板121の投入が完了
するとその状態で20分間放置し、炉内の温度の安定化
を行う。次に、温度安定化後、酸素ガスのフローを止
め、窒素ガスを毎分15リットル炉内にフローさせる。
これと同時に1分間に4℃の割合で昇温を行い、25分
後に900℃の温度にする。その後、窒素雰囲気の状態
で30分間アニールを行う。このように熱処理の初期の
段階に高濃度不純物を含有する多結晶シリコン膜12
6,127表面およびDDD領域表面に薄い酸化膜12
8を形成し、不純物の外方拡散の抑制および外方拡散し
た不純物のDDD領域130への拡散を抑制することが
できる(図3(b))。
Here, as in the case of the LDD structure, the DD
In the initial stage of annealing and oxidation, which is a step after implanting the low concentration phosphorus ions 129 into the D region 130,
The high-concentration impurities contained in the gate electrode diffuse out and D
It is diffused to the DD region 130. In order to prevent this, in the initial stage of these heat treatments, the heat treatment is performed according to the heat treatment sequence shown in FIG. First set the temperature to 800
Oxygen gas is caused to flow at a rate of 15 liters / minute while maintaining the temperature at 0 ° C. The silicon substrate 121 is put into this oxygen atmosphere for 30 minutes. When the charging of the silicon substrate 121 is completed, the silicon substrate 121 is left in that state for 20 minutes to stabilize the temperature in the furnace. Next, after stabilizing the temperature, the flow of oxygen gas is stopped and nitrogen gas is allowed to flow into the 15 liter furnace per minute.
At the same time, the temperature is raised at a rate of 4 ° C. for 1 minute, and the temperature is raised to 900 ° C. 25 minutes later. Then, annealing is performed for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. As described above, the polycrystalline silicon film 12 containing high-concentration impurities is formed in the initial stage of the heat treatment.
Thin oxide film 12 on 6,127 surface and DDD area surface
8 can be formed to suppress the outward diffusion of impurities and the diffusion of the outwardly diffused impurities into the DDD region 130 (FIG. 3B).

【0046】その後、窒素ガスを遮断し、酸素ガスを毎
分15リットルと水素ガスを毎分15リットルを炉内に
フローさせる。この状態で16分間放置し、シリコン基
板121を酸化する。ここで重要なのは熱処理の最も初
期の段階に拡散源である多結晶シリコン膜126,12
7の表面およびDDD領域130の表面に薄い酸化膜1
28を形成することである。ここに示す実施例ではシリ
コン基板投入は800℃の低温で投入することで、外方
拡散されることも少ない。酸化後は、酸素ガスと水素ガ
スのフローを遮断し、窒素ガスを毎分15リットルフロ
ーさせる。この窒素雰囲気で、毎分4℃の割合で降温
し、25分後に800℃にする。さらにこの状態で、3
0分間でシリコン基板121の取り出しを行う。
Thereafter, the nitrogen gas is shut off, and 15 liters / minute of oxygen gas and 15 liters / minute of hydrogen gas are caused to flow into the furnace. This state is left for 16 minutes to oxidize the silicon substrate 121. What is important here is that the polycrystalline silicon films 126 and 12 that are diffusion sources are used at the earliest stage of the heat treatment.
7 and the surface of DDD region 130 are thin oxide films 1
28 is to be formed. In the embodiment shown here, the silicon substrate is charged at a low temperature of 800 ° C., so that it is less likely to diffuse outward. After the oxidation, the flow of oxygen gas and hydrogen gas is cut off, and nitrogen gas is caused to flow at 15 liters per minute. In this nitrogen atmosphere, the temperature is lowered at a rate of 4 ° C. per minute, and the temperature is raised to 800 ° C. after 25 minutes. In this state, 3
The silicon substrate 121 is taken out in 0 minutes.

【0047】投入時の温度を800℃にしているのは、
投入時における不純物のリンの拡散を小さくし、かつ高
濃度の不純物拡散層からの外方拡散する不純物量を少な
くするためである。また、この時酸素雰囲気にしている
のは、温度が800℃であるので酸素分圧が100体積
%であっても、20分間で成長する酸化膜の膜厚は4.
5nmとなり、この膜厚で不純物が拡散するのを防止で
きるためである。その後、昇温時に窒素ガスを流してい
るのは、すでに前の工程で不純物の拡散のバリアとなる
酸化膜が形成されているので、酸素ガスをここではフロ
ーさせる必要がない。
The temperature at the time of charging is set to 800 ° C.
This is to reduce the diffusion of impurities phosphorus at the time of introduction and to reduce the amount of impurities diffused outward from the high-concentration impurity diffusion layer. The oxygen atmosphere at this time is 800 ° C., so even if the oxygen partial pressure is 100% by volume, the thickness of the oxide film grown in 20 minutes is 4.
This is because it becomes 5 nm, and it is possible to prevent impurities from diffusing with this film thickness. After that, the reason why nitrogen gas is caused to flow at the time of temperature rise is that it is not necessary to flow oxygen gas here because an oxide film that serves as a barrier for diffusion of impurities has already been formed in the previous step.

【0048】図5は2層多結晶シリコン構造を有するD
RAMのゲート酸化膜形成工程における実施例を示した
ものである。まずP型シリコン基板141の所定領域に
分離領域142となるフィールド酸化膜を形成する。次
にシリコン基板141中にP型拡散領域146を形成す
る。さらにMOSトランジスタのソース、ドレインとな
るN+型拡散領域145を形成する。次に、シリコン基
板141上のP型拡散領域146の上に容量絶縁膜14
4とN+型多結晶シリコン膜セルプレート143を形成
する(図5(a))。その後、MOSトランジスタを形
成するシリコン基板141上にゲート絶縁膜148を形
成する。さらにセルプレート143表面に薄い酸化膜1
51を形成する。ここでセルプレート143は高濃度の
不純物を含有した多結晶シリコン膜で形成されている。
このため選択トランジスタであるMOSトランジスタの
ゲート酸化膜148形成中に、セルプレート143から
外方拡散した不純物はゲート酸化膜148の形成工程の
初期段階に、ゲート絶縁膜直下のシリコン基板142に
自己拡散する。これを防止するため、図6に示す熱処理
シーケンスにより処理を行う。まず温度を900℃に保
持し状態で、酸素ガスを14.55リットル/分と酸素
濃度が3体積%となるように酸素ガスを0.45リット
ル/分でフローさせる。この雰囲気中に、30分かけて
シリコン基板141を投入する。シリコン基板141の
投入が完了するとその状態で20分間放置し、炉内の温
度の安定化を行う。次に、温度安定化後、続けて30分
間アニールを行なう。次に窒素ガスのフローを止め、酸
素ガス流量を毎分15リットルとし、さらに水素ガスを
毎分7.5リットルフローさせ、9分間酸化する。この
後、酸素ガスと水素ガスを遮断し、代わりに窒素ガスを
14.55リットル/分でフローする。これと同時に毎
分4℃の割合で25分間炉の温度を昇温させ900℃か
ら1000℃に変化させる。この状態で20分間酸化後
のアニールを行なう。この後、窒素雰囲気で、毎分4℃
の割合で降温し、25分後に900℃にする。さらにこ
の状態で、30分間でシリコン基板141の取り出しを
行う。このようにして、図5(b)に示すように熱処理
の初期の段階に、セルプレート143および選択トラン
ジスタのゲート領域に薄い酸化膜151を形成し、セル
プレート143からの不純物の外方拡散および外方拡散
した不純物がゲート領域へ拡散されるのを抑制する。こ
の場合も、本実施例の熱処理で、所定のゲート酸化膜1
48形成前に成長する酸化膜151の膜厚は5nm程度
である。ゲート酸化後(図5(c))のゲート酸化膜1
48の膜厚および膜質に影響を及ぼすことはない。もち
ろん、前記、DDD構造の実施例で示した如き、低温投
入による酸素中処理を行なった場合も同様の効果を得る
ことができる。
FIG. 5 shows a D having a two-layer polycrystalline silicon structure.
7 shows an example in a step of forming a gate oxide film of a RAM. First, a field oxide film to be the isolation region 142 is formed in a predetermined region of the P-type silicon substrate 141. Next, the P type diffusion region 146 is formed in the silicon substrate 141. Further, an N + type diffusion region 145 to be the source and drain of the MOS transistor is formed. Next, the capacitive insulating film 14 is formed on the P-type diffusion region 146 on the silicon substrate 141.
4 and an N + type polycrystalline silicon film cell plate 143 are formed (FIG. 5A). After that, a gate insulating film 148 is formed on the silicon substrate 141 forming the MOS transistor. Furthermore, a thin oxide film 1 is formed on the surface of the cell plate 143.
51 is formed. Here, the cell plate 143 is formed of a polycrystalline silicon film containing a high concentration of impurities.
Therefore, during the formation of the gate oxide film 148 of the MOS transistor that is the selection transistor, the impurities diffused out from the cell plate 143 self-diffuse into the silicon substrate 142 immediately below the gate insulating film at the initial stage of the process of forming the gate oxide film 148. To do. In order to prevent this, processing is performed by the heat treatment sequence shown in FIG. First, while maintaining the temperature at 900 ° C., oxygen gas is caused to flow at 0.45 liter / min so that the oxygen concentration becomes 14.55 liter / min and the oxygen concentration becomes 3% by volume. The silicon substrate 141 is placed in this atmosphere for 30 minutes. When the charging of the silicon substrate 141 is completed, the silicon substrate 141 is left in that state for 20 minutes to stabilize the temperature in the furnace. Next, after temperature stabilization, annealing is continuously performed for 30 minutes. Next, the flow of nitrogen gas is stopped, the flow rate of oxygen gas is set to 15 liters per minute, and further hydrogen gas is made to flow at 7.5 liters per minute to oxidize for 9 minutes. After this, the oxygen gas and the hydrogen gas are shut off, and instead, nitrogen gas is flowed at 14.55 l / min. At the same time, the temperature of the furnace is raised at a rate of 4 ° C./min for 25 minutes to change the temperature from 900 ° C. to 1000 ° C. In this state, annealing after oxidation is performed for 20 minutes. After this, in a nitrogen atmosphere, 4 ° C / min
The temperature is lowered at a rate of, and the temperature is brought to 900 ° C. in 25 minutes. Further, in this state, the silicon substrate 141 is taken out for 30 minutes. In this way, as shown in FIG. 5B, in the initial stage of the heat treatment, the thin oxide film 151 is formed in the gate region of the cell plate 143 and the select transistor, and the outward diffusion of impurities from the cell plate 143 and It is possible to prevent the impurity diffused outward from diffusing into the gate region. Also in this case, the predetermined gate oxide film 1 is formed by the heat treatment of this embodiment.
The film thickness of the oxide film 151 grown before forming 48 is about 5 nm. Gate oxide film 1 after gate oxidation (FIG. 5C)
It does not affect the film thickness and film quality of 48. As a matter of course, similar effects can be obtained even when the treatment in oxygen is performed by introducing at a low temperature, as shown in the DDD structure example.

【0049】この後、ゲート電極であるN+型多結晶シ
リコン膜150をゲート絶縁膜148上に形成する(図
5(d))。
After that, an N + type polycrystalline silicon film 150 which is a gate electrode is formed on the gate insulating film 148 (FIG. 5D).

【0050】以上は、製造方法の改良による実施例であ
るが、以下にこれらの問題を解決する機構を備えた製造
装置を用いた場合の実施例について説明する。本実施例
では一般的にオートドーピングの発生しやすい縦型電気
炉を用いた場合について説明する。図7(a)は本発明
の縦型電気炉における実施例を示したものである。
The above is the embodiment by the improvement of the manufacturing method, and the embodiment in the case of using the manufacturing apparatus having the mechanism for solving these problems will be described below. In this embodiment, a case of using a vertical electric furnace which is generally prone to autodoping will be described. FIG. 7A shows an embodiment of the vertical electric furnace of the present invention.

【0051】図7において、シリコン基板160は基板
ボート165に設置される。基板ボート165はプロセ
スチューブ162の縦方向(紙面の上下方向)に設置さ
れている。シリコン基板160は基板ボート165に垂
直に、すなわち紙面の左右方向に1枚ずつほぼ等間隔で
基板ボート165の縦方向に設置される。プロセスチュ
ーブ162の外側にヒーター163が設けられている。
さらにプロセスチューブ162内部にプロセスガス16
4を供給するインジェクタ161が取り付けられてい
る。シリコン基板160間における外方拡散した不純物
を効率よく、シリコン基板160間から運びさるには、
シリコン基板160間に水平に流れるガス流が必要であ
る。この水平方向のガス流を実現するために、水平方向
にシリコン基板ピッチの整数倍の噴き出し口をもつイン
ジェクタ161のガス導入管が設けられている。
In FIG. 7, the silicon substrate 160 is set on the substrate boat 165. The substrate boat 165 is installed in the vertical direction of the process tube 162 (vertical direction on the paper surface). The silicon substrates 160 are installed vertically to the substrate boat 165, that is, in the vertical direction of the substrate boat 165 at approximately equal intervals one by one in the left-right direction of the paper surface. A heater 163 is provided outside the process tube 162.
Further, the process gas 16 is placed inside the process tube 162.
An injector 161 supplying 4 is attached. In order to efficiently carry the impurities diffused outward between the silicon substrates 160 from between the silicon substrates 160,
A horizontally flowing gas flow between the silicon substrates 160 is required. In order to realize this horizontal gas flow, a gas introduction pipe of the injector 161 having a jet port of an integral multiple of the silicon substrate pitch is provided in the horizontal direction.

【0052】図7(b),(c),(d)は本実施例で
用いたガスインジェクタ161の詳細図面を示す。イン
ジェクタ161は片側が閉じた石英管が用いられ、イン
ジェクタ161の長手方向に直線状にガス噴出口166
が等間隔に配置されている。この間隔は基板ボート16
5にシリコン基板160が設置されている間隔の2倍の
長さに配置してある。図7(c)は図7(b)の円領域
Aの部分の長手方向に沿った断面図であり、図7(d)
は図7(b)の線分B−B’での断面図である。
FIGS. 7B, 7C and 7D are detailed drawings of the gas injector 161 used in this embodiment. A quartz tube whose one side is closed is used as the injector 161, and a gas jet port 166 is formed linearly in the longitudinal direction of the injector 161.
Are evenly spaced. This space is the substrate boat 16
5, the silicon substrate 160 is arranged at a length twice as long as the space between the silicon substrates 160. FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction of the circular area A of FIG. 7B, and FIG.
FIG. 8 is a sectional view taken along the line segment BB ′ in FIG.

【0053】インジェクタ161は外径10mm、内径
8mmの外管中に、外形6mm、内径4mmの内管が設
置された2重管の構造をもっている。インジェクタ16
1の一端から導入されたプロセスガス164は一旦、内
管に導入される。ガスは内管をインジェクタ161先端
部に向かって進行する間、ガス噴出口167から内管と
外管の間隙に放出される。このとき、インジェクタ16
1の先端部と根元ではガス噴出口167から噴出するガ
スの流速は異なる。すなわち、先端部における流速は根
元部における流速に比べ遅くなる。しかしながら、一
旦、プロセスガス164は内管と外管の間隙に放出され
るため、バッファの役目を果たし、インジェクタ161
の長手方向に対する流速分布を抑制できる。バッファ
は、先端部における流速が根元部での流速に比べ遅くな
るのを防止し、先端部でも根元部からの流速を同じにす
る。すなわちバッファによって同心管の内管から出たガ
スを一旦貯めておくことによって、外管から出るときに
は先端部と根元部との流速がほぼ等しくなる。
The injector 161 has a double pipe structure in which an inner pipe having an outer diameter of 6 mm and an inner diameter of 4 mm is installed in an outer pipe having an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 8 mm. Injector 16
The process gas 164 introduced from one end of No. 1 is once introduced into the inner pipe. The gas is discharged from the gas ejection port 167 into the gap between the inner pipe and the outer pipe while advancing through the inner pipe toward the tip of the injector 161. At this time, the injector 16
The flow velocity of the gas ejected from the gas ejection port 167 is different between the tip portion of 1 and the root portion. That is, the flow velocity at the tip is slower than the flow velocity at the root. However, once the process gas 164 is released into the gap between the inner pipe and the outer pipe, it serves as a buffer and the injector 161
The flow velocity distribution in the longitudinal direction of can be suppressed. The buffer prevents the flow velocity at the tip from becoming slower than the flow velocity at the root, and makes the flow velocity from the root equal at the tip. That is, by temporarily storing the gas discharged from the inner tube of the concentric tube by the buffer, the flow velocities of the tip portion and the root portion become substantially equal when the gas flows from the outer tube.

【0054】外管に設けられたガス噴出口166は図7
(d)に示す環状断面において、それぞれのガス噴出口
166が互いに90度の角度をもっように形成されてい
る。本実施例ではシリコン基板160は基板ボート16
5に4.76mm間隔で設置されているので、ガス噴出
口166のピッチは9.76mmである。ここではガス
噴出口166の総数は160個である。さらに図7
(d)に示すように、内管に設置された直径2mmのガ
ス噴出口167は外管に設置されたガス噴出口166よ
り互いに135度の内角をもっ位置に設置されている。
ただしガス噴出口167はガス噴出口166ほど細かい
間隔で設置する必要はなく、本実施例においては5ピッ
チ毎に設置している。ガス噴出口166はシリコン基板
160とその基板の次の基板との間の空間をガスが流れ
るようにする。このためには基板間の間隔と同数のガス
噴射口を設けるのがよい。しかし、ガス噴出口166か
ら噴き出されるガスは噴射と同時に広がりをもつので、
本実施例では基板間の2倍の間隔で配置している。一
方、内管のガス噴出口167はバッファに噴出すればよ
いので特に基板間の間隔とは無関係である。ただし基板
間の間隔をあまり細かくすると、インジェクタの先端部
と根元部でのバッファに噴き出すガスの流速が異なるの
で、本実施例では基板間の間隔の5〜10倍程度にし
て、先端部においてもある程度の流速を確保できるよう
にしている。
The gas outlet 166 provided on the outer tube is shown in FIG.
In the annular cross section shown in (d), the respective gas ejection ports 166 are formed so as to form an angle of 90 degrees with each other. In this embodiment, the silicon substrate 160 is the substrate boat 16
Since they are installed at intervals of 4.76 mm in No. 5, the pitch of the gas ejection ports 166 is 9.76 mm. Here, the total number of gas ejection ports 166 is 160. Furthermore, FIG.
As shown in (d), the gas ejection ports 167 having a diameter of 2 mm installed in the inner pipe are installed at positions having inner angles of 135 degrees with respect to the gas ejection ports 166 installed in the outer pipe.
However, the gas ejection ports 167 do not need to be installed at a finer interval than the gas ejection ports 166, and in this embodiment, they are installed every 5 pitches. The gas ejection port 166 allows gas to flow in the space between the silicon substrate 160 and the next substrate. For this purpose, it is preferable to provide the same number of gas injection ports as the distance between the substrates. However, since the gas ejected from the gas ejection port 166 spreads at the same time as the ejection,
In this embodiment, the substrates are arranged at a double interval. On the other hand, since the gas ejection port 167 of the inner tube may be ejected to the buffer, it is irrelevant to the distance between the substrates. However, if the distance between the substrates is made too small, the flow velocity of the gas ejected to the buffer at the tip portion and the root portion of the injector will be different. It is designed to ensure a certain flow velocity.

【0055】以上の構成によって、一旦、内管と外管と
の間隙に放出されたプロセスガス164は外管に設置さ
れた、ガス噴出口167からプロセスチューブ162内
部に放出される。このとき、ガス噴出口167から放出
されるプロセスガス164の流速はインジェクタ161
先端部においても根元においてもほぼ等しくなる。ガス
噴出口166から放出されたプロセスガス164はシリ
コン基板160表面および裏面に平行にシリコン基板1
60間を流れ、プロセスチューブ162の他方のチュー
ブ壁まで到達した後、排気ポートを通して排気される。
このとき、シリコン基板160面に平行に流れたプロセ
スガス164は、シリコン基板160裏面や表面から外
方拡散し、外部に放出された不純物を含むガスを流速に
よりシリコン基板160間から運びさるため、これらの
シリコン基板160自身から外方拡散されたプロセスガ
スが再び、シリコン基板160の表面のシリコン露出領
域に再拡散されるのを防止することができる。ここでこ
のようなインジェクタを持たない150mm径のプロセ
スチューブの長手方向のガスの流速は、酸素または窒素
を15リットル/分でフローした時、0.7cm/秒で
ある。またインジェクタを使用した場合には53cm/
秒と約76倍に高速化されている。これによって外方拡
散する不純物が基板上に到達せずに排気される。すなわ
ちインジェクタを用いた場合、シリコン基板中心での流
速は0.3cm/秒程度である。このためシリコン基板
に6インチ径のものを用いていると、ガスが通過するま
でに50秒程度かかる。このとき、プロセスガス164
はシリコン基板160間に均一に流す必要がある。この
ため、外管に設けられたガス噴出口166は互いに13
5度の角度を持たせて設置されている。また、シリコン
基板160を回転させることにより、さらに均一なガス
流を確保することができる。
With the above structure, the process gas 164 once discharged into the gap between the inner pipe and the outer pipe is discharged into the process tube 162 from the gas ejection port 167 provided in the outer pipe. At this time, the flow velocity of the process gas 164 discharged from the gas ejection port 167 depends on the injector 161.
It is almost equal both at the tip and at the root. The process gas 164 emitted from the gas ejection port 166 is parallel to the front and back surfaces of the silicon substrate 160.
After flowing between 60 and reaching the other tube wall of the process tube 162, it is exhausted through the exhaust port.
At this time, the process gas 164 flowing parallel to the surface of the silicon substrate 160 diffuses outward from the back surface or the front surface of the silicon substrate 160, and the gas containing impurities released to the outside is carried from between the silicon substrates 160 by the flow rate. It is possible to prevent the process gas diffused from the silicon substrate 160 itself from being diffused again to the exposed silicon region of the surface of the silicon substrate 160. Here, the flow velocity of the gas in the longitudinal direction of the process tube having a diameter of 150 mm without such an injector is 0.7 cm / sec when oxygen or nitrogen is flown at 15 liters / min. When using an injector, 53 cm /
It is about 76 times faster than the second. As a result, the impurities diffusing outward are exhausted without reaching the substrate. That is, when an injector is used, the flow velocity at the center of the silicon substrate is about 0.3 cm / sec. Therefore, if a silicon substrate having a diameter of 6 inches is used, it takes about 50 seconds for the gas to pass through. At this time, the process gas 164
Must be evenly flowed between the silicon substrates 160. For this reason, the gas ejection ports 166 provided on the outer pipe are separated from each other by 13
It is installed with an angle of 5 degrees. Further, by rotating the silicon substrate 160, a more uniform gas flow can be secured.

【0056】本実施例ではインジェクタ161を直管構
造としたが、実際にはプロセスガス164の余熱などの
目的で、折返し構造としてもよい。また、インジェクタ
161の挿入方向はプロセスチューブ162上部からで
も下部からでも同様の効果を得ることができる。
Although the injector 161 has a straight pipe structure in this embodiment, it may actually have a folded structure for the purpose of residual heat of the process gas 164. Further, the same effect can be obtained whether the injector 161 is inserted from above or below the process tube 162.

【0057】本発明の如き、高濃度不純物層もしくは高
濃度不純物を含む多結晶シリコン膜をシリコン基板の表
面および裏面の一部または全部に有する半導体装置に熱
処理を行なう場合、これらの不純物層から外方拡散した
不純物が、不用意にシリコン基板表面の露出部分に拡散
されることを防止することができる。その結果として、
LDDおよびDDD構造を持つMOSトランジスタにお
いては短チャネルやオフセットチャネルによるしきい値
電圧の変動や、電流駆動力の変動を防止することができ
る。また、多層多結晶シリコンを有する半導体装置にお
いてはゲート酸化膜形成工程でのオートドーピングを防
止することができ、しきい値電圧の変動を防止すること
ができる。
When a semiconductor device having a high-concentration impurity layer or a polycrystalline silicon film containing a high-concentration impurity on part or all of the front surface and the back surface of a silicon substrate is subjected to heat treatment as in the present invention, it is removed from these impurity layers. It is possible to prevent the diffused impurities from being inadvertently diffused to the exposed portion of the surface of the silicon substrate. As a result,
In the MOS transistor having the LDD and DDD structures, it is possible to prevent the fluctuation of the threshold voltage and the fluctuation of the current driving force due to the short channel and the offset channel. In addition, in a semiconductor device having multi-layer polycrystalline silicon, it is possible to prevent autodoping in the gate oxide film forming step, and it is possible to prevent fluctuations in threshold voltage.

【0058】図8は本発明に示す構造を有する第2の縦
型拡散炉である不純物拡散装置の断面構造を示す。シリ
コン基板170は基板ボート171に設置される。基板
ボート171はプロセスチューブ173の縦方向(紙面
の上下方向)に設置されている。シリコン基板170は
基板ボート171に垂直に、すなわち紙面の左右方向に
1枚ずつほぼ等間隔で基板ボート171の縦方向に設置
される。基板ボート171はキャップ177上に形成さ
れたペデスタル179に取り付けられている。シリコン
基板170を積載した基板ボート171はプロセスチュ
ーブ173下部から自動機により挿入、取り出しが行わ
れる。プロセスチューブ173の外側にヒーター174
が設けられている。さらにプロセスチューブ173内部
にプロセスガス175を供給するインジェクタ176が
取り付けられている。ガス導入口180から導入された
プロセスガス175は、インジェクタ176内部を通り
プロセスチューブ173内に導入される。導入されたプ
ロセスガス175は所定の処理を経て、ガス排気口18
1から外部に排気される。またインジェクタ176はプ
ロセスチューブ173の外では下方の位置から導入さ
れ、プロセスチューブ173の上部へ導かれ、プロセス
チューブ173上部で下部に向かって折り返しプロセス
チューブ173内部に導入されていく折り返し構造とな
っている。プロセスチューブ173は、シール178を
介してキャップ177によって密閉されている。このよ
うにしてプロセスチューブ173内部を減圧状態で動作
させる。
FIG. 8 shows a sectional structure of an impurity diffusion device which is a second vertical diffusion furnace having the structure shown in the present invention. The silicon substrate 170 is installed on the substrate boat 171. The substrate boat 171 is installed in the vertical direction of the process tube 173 (vertical direction on the paper surface). The silicon substrates 170 are installed vertically to the substrate boat 171, that is, in the vertical direction of the substrate boat 171, one by one in the left-right direction of the paper surface at approximately equal intervals. The substrate boat 171 is attached to a pedestal 179 formed on the cap 177. The substrate boat 171 loaded with the silicon substrate 170 is inserted and removed from the lower portion of the process tube 173 by an automatic machine. A heater 174 is provided outside the process tube 173.
Is provided. Further, an injector 176 for supplying a process gas 175 is attached inside the process tube 173. The process gas 175 introduced from the gas inlet 180 passes through the injector 176 and is introduced into the process tube 173. The introduced process gas 175 undergoes a predetermined treatment, and then the gas exhaust port 18
1 is exhausted to the outside. Also, the injector 176 is introduced outside the process tube 173 from a lower position, is guided to the upper part of the process tube 173, and is folded back at the upper part of the process tube 173 and is introduced into the inside of the process tube 173 to have a folded structure. There is. The process tube 173 is sealed by a cap 177 via a seal 178. In this way, the inside of the process tube 173 is operated under reduced pressure.

【0059】折り返し部分にはガス噴出口182が備え
てある。インジェクタ176を折り返し構造とすること
で、プロセスガスを一旦プロセスチューブ173内で予
熱してから、プロセスチューブ173に導入できる。こ
のインジェクタ176により、シリコン基板170が積
載された基板ボート171の全長にわたりプロセスガス
175が行き渡る。
A gas ejection port 182 is provided at the folded back portion. By making the injector 176 have a folded structure, the process gas can be preheated in the process tube 173 and then introduced into the process tube 173. By this injector 176, the process gas 175 is spread over the entire length of the substrate boat 171 on which the silicon substrate 170 is loaded.

【0060】図9はこの不純物拡散装置に用いるインジ
ェクタの構造を示す。図10は図9の円領域Cのインジ
ェクタの長手方向の断面図である。また図11は図9の
線分D−D’での環状断面図である。図9、図10、図
11は本発明に示す、インジェクタ176の構成図であ
る。これは上記第1の縦型拡散炉のインジェクタと同じ
構造をしている。すなわちインジェクタ176の構成材
料は高純度石英を用いた。インジェクタ176は折り返
し構造をもつ2重管となっており、ガス導入口180か
ら導入されたプロセスガス175は折り返し点までに予
熱され、折り返し点からは2重管の内管を通り、内管に
配置されたガス噴出口182より、内管と外管の間隙に
放出される。このとき内管のガス噴出口182から噴出
されるガスの速度は、インジェクタ176の先端部と折
り返し部では異なる。しかし、一旦、内管と外管の間隙
に放出することにより、このガスの速度差は大幅に緩和
される。したがって、外管に設けられたガス噴出口18
2から噴出する場合、インジェクタ176の先端部と折
り返し部でのガス噴出速度の差は非常に小さく、インジ
ェクタ176の長手方向全域に渡り、均一なガス噴出速
度が実現できる。これにより、第1の縦型拡散炉によっ
て実現されるデバイスの外方拡散を防止できることはも
ちろんのこと、シリコン基板170間を流れるプロセス
ガス175のフローの均一性を高めることができる。一
方、外管においては互いに90度の角度をもって2種類
のガス噴出口182が配置されている。このガス噴出口
182はインジェクタ176の長手方向に基板ボート1
71に配置したシリコン基板170の間隔の整数倍の間
隔で直線上に配置されている。本実施例ではシリコン基
板170の配置された間隔は5.84mmであるので、
外管のガス噴出口182の間隔は2ピッチおきすなわち
11.68mmとした。また、ガス噴出口182の直径
は1mmとした。一方、内管についてはガス噴出口18
2の間隔は5ピッチ、すなわち29.20mmおきと
し、ガス噴出口182の直径は2mmとした。ここでガ
ス噴出口の直径はガス噴出速度によって決められる。
FIG. 9 shows the structure of an injector used in this impurity diffusion device. FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the injector in the circular region C of FIG. FIG. 11 is an annular cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 9, 10 and 11 are configuration diagrams of the injector 176 shown in the present invention. This has the same structure as the injector of the first vertical diffusion furnace. That is, high-purity quartz was used as the constituent material of the injector 176. The injector 176 is a double pipe having a folded structure, and the process gas 175 introduced from the gas introduction port 180 is preheated up to the folding point, and passes from the folding point through the inner pipe of the double pipe to the inner pipe. The gas is ejected into the gap between the inner pipe and the outer pipe from the arranged gas ejection port 182. At this time, the velocity of the gas ejected from the gas ejection port 182 of the inner pipe is different between the tip portion of the injector 176 and the folded portion. However, once the gas is discharged into the gap between the inner tube and the outer tube, this difference in gas velocity is significantly reduced. Therefore, the gas ejection port 18 provided in the outer tube
In the case of jetting from No. 2, the difference in gas jetting speed between the tip end portion of the injector 176 and the folded portion is very small, and a uniform gas jetting speed can be realized over the entire length direction of the injector 176. As a result, it is possible to prevent out-diffusion of the device realized by the first vertical diffusion furnace, and it is possible to enhance the uniformity of the flow of the process gas 175 flowing between the silicon substrates 170. On the other hand, in the outer tube, two types of gas ejection ports 182 are arranged at an angle of 90 degrees. This gas ejection port 182 is arranged in the longitudinal direction of the injector 176 so that the substrate boat 1
The silicon substrates 170 arranged at 71 are arranged on a straight line at an interval that is an integral multiple of the interval. In this embodiment, the silicon substrate 170 is arranged at an interval of 5.84 mm,
The intervals of the gas ejection ports 182 of the outer tube were set every two pitches, that is, 11.68 mm. The diameter of the gas ejection port 182 was set to 1 mm. On the other hand, for the inner pipe, the gas ejection port 18
The intervals of 2 were 5 pitches, that is, every 29.20 mm, and the diameter of the gas ejection port 182 was 2 mm. Here, the diameter of the gas ejection port is determined by the gas ejection speed.

【0061】インジェクタ176はプロセスチューブ1
73の壁面から5mm程度はなして配置されている。2
つの互いに90度の角度を持ったガス噴出口182が、
プロセスチューブ173の直径方向に対しそれぞれ45
度±15度および135度±15度の角度で配置されて
いる。すなわち、2つのガス噴出口182の成す角度9
0度の2等分線がプロセスチューブ173の直径方向に
対し90度、プロセスチューブ173の壁面の接線に対
し平行である。
The injector 176 is the process tube 1
The wall surface of 73 is arranged at a distance of about 5 mm. Two
Two gas outlets 182 with an angle of 90 degrees to each other,
45 in the diameter direction of the process tube 173
It is arranged at an angle of ± 15 degrees and 135 degrees ± 15 degrees. That is, the angle 9 formed by the two gas ejection ports 182 is 9
The bisector of 0 degrees is 90 degrees to the diameter direction of the process tube 173 and parallel to the tangent to the wall surface of the process tube 173.

【0062】図12にガス噴出口182の配置によっ
て、多結晶シリコン膜の比抵抗がどのような分布になる
のかを示したものである。ここでは、拡散源としてオキ
シ塩化リンを窒素ガスでバブリングして得られたプロセ
スガスを用いて拡散を行う実施例について示す。これは
シリコン基板上に形成された酸化膜の多結晶シリコン膜
にプロセスガスから不純物を拡散させている。拡散源と
してはオキシ塩化リン(純度99.99999%)を2
0℃に保ち、窒素ガスをキャリアガスとしてガス流量6
00cc/分で流す。これによって、窒素ガス中に12
0mg/分のオキシ塩化リンを含有するプロセスガスを
発生させる。このプロセスガスにさらに窒素ガスと酸素
ガスとの混合ガスを、流量それぞれ20リッットル/分
と160cc/分でプロセスチューブ内に導入する。拡
散に用いる温度は950℃とし、拡散時間は20分とし
た。
FIG. 12 shows how the resistivity of the polycrystalline silicon film is distributed depending on the arrangement of the gas ejection ports 182. Here, an example is shown in which diffusion is performed using a process gas obtained by bubbling phosphorus oxychloride with nitrogen gas as a diffusion source. This diffuses impurities from a process gas into a polycrystalline silicon film which is an oxide film formed on a silicon substrate. As the diffusion source, phosphorus oxychloride (purity 99.99999%) is used.
Keep the temperature at 0 ℃ and use nitrogen gas as carrier gas for gas flow rate 6
Run at 00 cc / min. As a result, 12
A process gas containing 0 mg / min of phosphorus oxychloride is generated. A mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas is further introduced into this process gas into the process tube at flow rates of 20 liter / min and 160 cc / min, respectively. The temperature used for diffusion was 950 ° C., and the diffusion time was 20 minutes.

【0063】図12の円はプロセスチューブ173を上
面より見た図である。外側の円はプロセスチューブ17
3の外周であり、プロセスチューブ173の中心にシリ
コン基板170が設置されている。シリコン基板170
の斜線部は比抵抗の高い領域を示し、他の領域は比抵抗
の均一な領域である。均一性を測定した点は得られたシ
リコン基板170の中心から10mmずつ左右、上下と
した格子状の点で、シリコン基板170内で121点以
上ある。均一性はこれらの測定値から標準偏差を求め算
出した。均一性は目標シート抵抗27Ω/□を中心とし
た比抵抗のばらつき度合を示す。図中の右側にインジェ
クタ176のガス噴出口182の方向を示す。ガス噴出
口182の角度はガス噴出口182の中心を通る横線か
ら時計周りの値である。ガス噴出口182にはガスの噴
出方向を矢印で示してある。
The circle in FIG. 12 is a view of the process tube 173 as seen from above. The outer circle is the process tube 17
3, the silicon substrate 170 is installed at the outer periphery of the process tube 173 and in the center of the process tube 173. Silicon substrate 170
The shaded area indicates a region with high resistivity, and the other regions are regions with uniform resistivity. The point where the uniformity was measured is a grid-like point which is 10 mm from the center of the obtained silicon substrate 170 in the left, right, and top, and 121 points or more in the silicon substrate 170. The uniformity was calculated by calculating the standard deviation from these measured values. The uniformity indicates the degree of dispersion of the specific resistance centered on the target sheet resistance of 27Ω / □. The direction of the gas ejection port 182 of the injector 176 is shown on the right side of the figure. The angle of the gas ejection port 182 is a value clockwise from a horizontal line passing through the center of the gas ejection port 182. The gas ejection direction is indicated by an arrow at the gas ejection port 182.

【0064】図12(a)はインジェクタ176のガス
噴出口182をそれぞれプロセスチューブ173の直径
方向に対し、一方のガス噴出口182が45度および、
他方のガス噴出口182が135度にした時の比抵抗の
分布を示す。比抵抗の高い領域がシリコン基板周囲に偏
っているが、均一性は比較的よい値になっている。図1
2(b)はそれぞれ45度および315度(2等分線が
チューブの直径方向と平行でチューブ壁に向いている)
場合である。比抵抗の高い領域がシリコン基板の左半分
を占めており、均一性が最も悪い。図12(c)はそれ
ぞれ135度および225度(2等分線がチューブの直
径方向と平行でチューブの中心向き)場合である。この
場合、比抵抗の高い領域はシリコン基板の右側に分布し
ている。この時の均一性も悪い。さらに図12(d)は
0度および90度(2等分線がチューブの直径方向に対
し45度)に向けた場合のシリコン基板面内の比抵抗の
分布を示したものである。この場合は図12(a)のケ
ースと同じような分布になるが、その均一性は図12
(a)より少し悪いことが分かる。以上の事から図12
(a)が最も良好である。ガス噴出口の設置すべき角度
は、所定の角度より±15度以内にすることが好まし
い。この範囲を越えると均一性が悪化する。
In FIG. 12A, the gas outlets 182 of the injectors 176 are arranged at 45 degrees with respect to the diameter direction of the process tube 173, and one gas outlet 182 is 45 degrees.
The distribution of the specific resistance when the other gas ejection port 182 is set to 135 degrees is shown. Although the region of high specific resistance is biased around the silicon substrate, the uniformity is relatively good. Figure 1
2 (b) is 45 ° and 315 °, respectively (the bisector is parallel to the tube diameter direction and faces the tube wall)
This is the case. The region with high resistivity occupies the left half of the silicon substrate, and the uniformity is the worst. FIG. 12C shows the case of 135 degrees and 225 degrees (the bisector is parallel to the diameter direction of the tube and faces the center of the tube). In this case, the region of high specific resistance is distributed on the right side of the silicon substrate. The uniformity at this time is also poor. Further, FIG. 12D shows the distribution of the specific resistance in the plane of the silicon substrate when it is oriented at 0 ° and 90 ° (the bisector is 45 ° with respect to the diameter direction of the tube). In this case, the distribution is similar to that in the case of FIG. 12A, but its uniformity is shown in FIG.
It turns out that it is a little worse than (a). From the above, Figure 12
(A) is the best. The angle at which the gas ejection port should be installed is preferably within ± 15 degrees from the predetermined angle. If it exceeds this range, the uniformity deteriorates.

【0065】[0065]

【表1】 [Table 1]

【0066】表1は図12(a)のインジェクタ176
方向を用いて目標比抵抗を18Ω/□、27Ω/□、6
80Ω/□としたときの均一性を測定した結果である。
本実施例の不純物拡散装置を用いて、シリコン基板17
0面内と、シリコン基板170間の均一性について測定
した。シリコン基板処理枚数は基板ボート171に充填
したシリコン基板170の枚数を示す。この結果、従来
の構造の拡散炉ではガスの流れを一定にするため、装置
の処理可能枚数以下の枚数を処理する場合、目的とする
シリコン基板170以外にダミーのシリコン基板を基板
ボート171に積載し、比抵抗を均一にしていたが、本
実施例のごとくインジェクタ176を用いれば、ダミー
のシリコン基板を用いる必要がなく、基板ボート171
に充填するシリコン基板170の枚数が25枚〜100
枚のいずれであっても十分な均一性を得ることができ
る。
Table 1 shows the injector 176 of FIG.
Target specific resistance is 18Ω / □, 27Ω / □, 6
It is the result of measuring the uniformity when the value is 80Ω / □.
The silicon substrate 17 is formed by using the impurity diffusion device of this embodiment.
The uniformity within the 0 plane and between the silicon substrates 170 was measured. The number of processed silicon substrates indicates the number of silicon substrates 170 filled in the substrate boat 171. As a result, in the diffusion furnace having the conventional structure, in order to make the gas flow constant, when processing a number less than or equal to the processable number of the apparatus, a dummy silicon substrate is loaded on the substrate boat 171 in addition to the target silicon substrate 170. However, although the specific resistance is made uniform, if the injector 176 is used as in the present embodiment, it is not necessary to use a dummy silicon substrate, and the substrate boat 171 can be used.
The number of silicon substrates 170 to be filled in is 25 to 100
Sufficient uniformity can be obtained regardless of the number of sheets.

【0067】本発明のごとき互いに90度異なった方向
にガス噴出口をもつ2重同軸型のインジェクタを気相で
の不純物拡散に用いることにより、同時に大量の半導体
シリコン基板に対し、シリコン基板面内およびシリコン
基板間の均一性よく不純物拡散を行なうことができる。
By using a double coaxial injector having gas ejection ports in directions different from each other by 90 degrees as in the present invention for impurity diffusion in the gas phase, a large amount of semiconductor silicon substrates can be simultaneously treated in the silicon substrate plane. Further, it is possible to diffuse the impurities with good uniformity between the silicon substrates.

【0068】上記実施例では縦型拡散炉を用いて酸化・
アニールする場合のプロセスシーケンスやその構造につ
いて述べた。次に、横型拡散炉を用いてパイロジェニッ
ク酸化によって酸化膜を形成する際の実施例についての
べる。横型拡散炉による、酸素リッチな雰囲気でのパイ
ロジェニック酸化は、インジェクタ先端部において正常
な燃焼状態にはならない。過剰酸素により燃焼は爆発的
なものとなり水酸素炎の温度は非常に高温になる。通常
インジェクタ先端部の口径は絞ってあるためインジェク
タ先端部から噴出する水素および酸素の混合ガスの噴出
速度は非常に高速になる。通常インジェクタは溶融石英
で構成されているので、爆発的燃焼による流速の速い高
温燃焼ガスによってインジェクタ先端部の石英が溶融す
る。溶融した石英は高速の燃焼ガスとともに放出され、
微粉末となって燃焼ガスとともに、プロセスチューブ内
に導入される。このようにして形成された微粉末がデバ
イスを形成する際にシリコン基板に付着すると、この石
英粉末を核として多結晶シリコン膜が異常成長したり、
エッチング時の均一性を低下させる。また、フォトリソ
グラフィーによるパターン形成時においても表面の反射
率が変化し、正常なパターン形成が阻害される。
In the above embodiment, a vertical diffusion furnace is used to oxidize and
The process sequence and its structure for annealing are described. Next, an example of forming an oxide film by pyrogenic oxidation using a horizontal diffusion furnace will be described. Pyrogenic oxidation in a horizontal diffusion furnace in an oxygen-rich atmosphere does not result in normal combustion at the injector tip. Combustion becomes explosive due to excess oxygen, and the temperature of the hydrooxygen flame becomes extremely high. Since the diameter of the injector tip is normally narrowed, the ejection speed of the mixed gas of hydrogen and oxygen ejected from the injector tip is very high. Since the injector is usually composed of fused silica, the quartz at the tip of the injector is melted by the high-temperature combustion gas having a high flow velocity due to explosive combustion. Molten quartz is released with high-speed combustion gas,
It becomes fine powder and is introduced into the process tube together with the combustion gas. If the fine powder thus formed adheres to the silicon substrate when forming the device, the polycrystalline silicon film will grow abnormally with the quartz powder as the nucleus,
It reduces the uniformity during etching. Further, the reflectance of the surface changes during pattern formation by photolithography, which hinders normal pattern formation.

【0069】以下に本発明の横型拡散炉の実施例につい
て図面を用いて説明する。図13は本発明の横型拡散炉
の構成図である。実施例ではシリコン基板上に膜厚20
nmのシリコン酸化膜を、水素ガス流量:酸素ガス流量
=5:15(リットル/毎分)で、成長温度900℃の
パイロジェニック酸化する場合について述べる。
Examples of the horizontal diffusion furnace of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 13 is a block diagram of the horizontal diffusion furnace of the present invention. In the embodiment, the film thickness is 20 on the silicon substrate.
A description will be given of a case where a silicon oxide film of nm is subjected to pyrogenic oxidation at a growth temperature of 900 ° C. with a flow rate of hydrogen gas: a flow rate of oxygen gas = 5: 15 (liter / min).

【0070】図において、プロセスチューブ201に
は、ボート202に設置されたシリコン基板203が導
入されている。ボート202はカンチレバー204上に
配置されている。プロセスチューブ201へ導入される
ガス導入口205とボート202との間にガスバッフル
206が設置されている。ガス導入口205には外部燃
焼チャンバ207が取り付けられている。外部燃焼チャ
ンバ207には外部燃焼用ヒーター208と、インジェ
クタ209が取り付けられている。インジェクタ209
には酸素ガスを供給する酸素ポート210と、水素ガス
と窒素ガスを供給する水素・窒素ポート211を備えて
いる。プロセスチューブ201には外部燃焼チャンバー
207からつながるガス導入口205と、酸素ガスを供
給するもう1本のガス導入口212とを備えている。ガ
ス導入口212には酸素ポート213につながってい
る。水素・窒素ポート211、酸素ポート210と酸素
ポート213の各々に、それぞれ水素マスフローコント
ローラ214、酸素マスフローコントローラ215と酸
素マスフローコントローラ216が接続されている。酸
素マスフローコントローラ216は水素/酸素混合比演
算部217によって制御されている。また酸素マスフロ
ーコントローラ215と水素マスフローコントローラ2
14は酸素減量演算部218によって制御されている。
In the figure, a silicon substrate 203 installed in a boat 202 is introduced into a process tube 201. The boat 202 is arranged on a cantilever 204. A gas baffle 206 is installed between the gas introduction port 205 introduced into the process tube 201 and the boat 202. An external combustion chamber 207 is attached to the gas inlet 205. An external combustion heater 208 and an injector 209 are attached to the external combustion chamber 207. Injector 209
Is equipped with an oxygen port 210 for supplying oxygen gas and a hydrogen / nitrogen port 211 for supplying hydrogen gas and nitrogen gas. The process tube 201 is provided with a gas inlet 205 connected to the external combustion chamber 207 and another gas inlet 212 for supplying oxygen gas. The gas inlet 212 is connected to the oxygen port 213. A hydrogen mass flow controller 214, an oxygen mass flow controller 215, and an oxygen mass flow controller 216 are connected to the hydrogen / nitrogen port 211, the oxygen port 210, and the oxygen port 213, respectively. The oxygen mass flow controller 216 is controlled by the hydrogen / oxygen mixture ratio calculation unit 217. Also, the oxygen mass flow controller 215 and the hydrogen mass flow controller 2
14 is controlled by the oxygen loss calculation unit 218.

【0071】ここで水素ガスおよび酸素ガスの流量をそ
れぞれ毎分5リットルおよび毎分15リットルを入力部
に入力すると、水素ガスと酸素ガスとによる爆発を防止
するための流量比の確認が行われる。本実施例の場合、
水素ガス:酸素ガス流量比は3:1である。両者のガス
によって爆発する上限の水素ガス:酸素ガスの流量比=
1.8:1以下であり、実施例の場合問題はない。ここ
で水素ガスの流量は毎分5リットルがそのまま採用さ
れ、一方酸素ガスの流量は外部燃焼を行う際に水素ガス
流量:酸素ガス流量比=1.8:1を実現するために、
水素ガス流量の0.56倍、すなわち毎分2.78リット
ルの計算が酸素流量演算部218で行われる。
Here, if the flow rates of hydrogen gas and oxygen gas are 5 liters / min and 15 liters / min, respectively, the flow rate ratio for preventing explosion due to hydrogen gas and oxygen gas is confirmed. . In the case of this embodiment,
The hydrogen gas: oxygen gas flow rate ratio is 3: 1. The upper limit hydrogen gas: oxygen gas flow ratio that explodes due to both gases =
It is 1.8: 1 or less, and there is no problem in the case of the embodiment. Here, the flow rate of hydrogen gas is 5 liters per minute as it is, while the flow rate of oxygen gas is to achieve a hydrogen gas flow rate: oxygen gas flow rate ratio of 1.8: 1 when performing external combustion.
The oxygen flow rate calculation unit 218 calculates 0.56 times the hydrogen gas flow rate, that is, 2.78 liters per minute.

【0072】一方、これらの燃焼により生じた水蒸気に
混合される酸素ガス量は水素/酸素混合比演算部217
で計算される。本実施例の場合、目標の酸素ガス流量は
毎分15リットルであるので水蒸気に混合させる酸素ガ
ス量は毎分12.22リットルとなる。おのおのこれら
の水素ガス流量と酸素ガス流量に従ってマスフローコン
トローラ214,215,216が制御される。水素マ
スフローコントローラ214と酸素マスフローコントロ
ーラ215,216によりその流量が決定された水素お
よび酸素はそれぞれ、水素・窒素ポート211および酸
素ポート210から外部燃焼装置に導入される。この混
合ガスは外部燃焼用ヒーター208によりインジェクタ
209内で800℃に加熱され、インジェクタ209先
端で燃焼する。本実施例において使用したインジェクタ
209を図14に示す。
On the other hand, the amount of oxygen gas mixed with the steam generated by the combustion is calculated by the hydrogen / oxygen mixture ratio calculation unit 217.
Calculated by In the case of this embodiment, the target oxygen gas flow rate is 15 liters per minute, so the amount of oxygen gas to be mixed with water vapor is 12.22 liters per minute. The mass flow controllers 214, 215, and 216 are controlled according to the hydrogen gas flow rate and the oxygen gas flow rate, respectively. Hydrogen and oxygen, the flow rates of which are determined by the hydrogen mass flow controller 214 and the oxygen mass flow controllers 215 and 216, are introduced into the external combustion device from the hydrogen / nitrogen port 211 and the oxygen port 210, respectively. This mixed gas is heated to 800 ° C. in the injector 209 by the external combustion heater 208 and burned at the tip of the injector 209. The injector 209 used in this example is shown in FIG.

【0073】インジェクタ209はインジェクタ先端部
220、酸素ガス放出端221、酸素ポート222、水
素ポート224、オーリングシール225と燃焼チャン
バ226とで構成されている。インジェクタ先端部22
0には水酸素炎227が動作時に生成される。インジェ
クタ209は同軸構造を持っており、酸素ガスは酸素ポ
ート222から導入され同軸管の外管から外部燃焼チャ
ンバ221内に放出される。一方、水素ガスは水素ポー
ト223から同軸管の内管を通りインジェクタ先端部2
20へ導入される。水素ガスと酸素ガスはともにインジ
ェクタ209内部を通過中に外部燃焼ヒーターにより十
分加熱される。本実施例ではインジェクタ先端部220
の噴き出し口は1個口とし、開口部の内径は3mmとし
ている。水素ガス流量が毎分5リットル時、燃焼ガスの
噴出速度は毎分11.8mとなる。さらにインジェクタ
先端部220の肉厚を3mmと十分厚くすることにより
インジェクタ先端部220の熱容量を大きくしている。
これによって、著しくインジェクタ先端部220の温度
が上昇しないように設計されている。もちろん噴出速度
を退化させるにはさらに噴き出し口の内径を大きくし、
熱容量をさらに大きくするためにインジェクタ先端部2
20の肉厚を厚くすればよい。本実施例ではインジェク
タ材料として純度の高い、高純度溶融石英を用いたが、
水酸基(OH)含有量および不純物含有量の低い合成石
英を用いてもよい。また、いずれにせよインジェクタ先
端部220で燃焼が生ずるため長期にわたって使用した
場合には、インジェクタ209は徐々に磨耗する。その
ため、インジェクタ材料として高温耐性および不純物含
有量の少なく、表面にCVDによって堆積した炭化珪素
被膜を膜厚100μmで形成しておけば、半永久的に使
用できるインジェクタ209が得られる。なお、噴出口
の内径および肉厚は単純に大きくすればよいというもの
ではなく、水酸素炎227の長さなどを考慮しなければ
ならない。水酸素炎の長さはインジェクタ先端部220
からその前方にある物体までの距離で決まり、通常15
〜20cm程度である。
The injector 209 is composed of an injector tip portion 220, an oxygen gas discharge end 221, an oxygen port 222, a hydrogen port 224, an O-ring seal 225 and a combustion chamber 226. Injector tip 22
At 0, a hydro-oxygen flame 227 is generated during operation. The injector 209 has a coaxial structure, and oxygen gas is introduced from the oxygen port 222 and discharged into the external combustion chamber 221 from the outer tube of the coaxial tube. On the other hand, hydrogen gas passes from the hydrogen port 223 through the inner tube of the coaxial tube and the injector tip 2
20 is introduced. Both the hydrogen gas and the oxygen gas are sufficiently heated by the external combustion heater while passing through the inside of the injector 209. In this embodiment, the injector tip 220
There is only one spout and the inner diameter of the opening is 3 mm. When the flow rate of hydrogen gas is 5 liters per minute, the jet speed of combustion gas is 11.8 m / min. Further, the heat capacity of the injector tip portion 220 is increased by making the thickness of the injector tip portion 220 sufficiently thick as 3 mm.
This is designed so that the temperature of the injector tip 220 does not rise significantly. Of course, in order to reduce the ejection speed, increase the inner diameter of the ejection port,
Injector tip 2 to further increase heat capacity
The thickness of 20 may be increased. Although high-purity fused silica of high purity was used as the injector material in this embodiment,
Synthetic quartz having a low hydroxyl group (OH) content and a low impurity content may be used. In any case, combustion occurs at the injector tip portion 220, so that the injector 209 gradually wears when used for a long period of time. Therefore, if an injector material having a high temperature resistance and a low content of impurities and a silicon carbide film deposited by CVD on the surface with a film thickness of 100 μm is formed, an injector 209 that can be used semipermanently can be obtained. It should be noted that the inner diameter and wall thickness of the ejection port need not be simply increased, but the length of the hydro-oxygen flame 227 must be taken into consideration. The length of the water oxygen flame is the injector tip 220.
To the object in front of it, usually 15
It is about 20 cm.

【0074】このようにしてインジェクタ先端部220
で水素毎分5リットルと酸素毎分2.78リットルとで
燃焼させると水蒸気が発生する。この水蒸気は外部燃焼
チャンバ226を通りプロセスチューブ201に導入さ
れる。なお、本実施例の方法によればインジェクタ先端
部220の溶融は発生しないため、従来のように溶融し
た石英粉末がプロセスチューブ内に導入されることはな
い。
In this way, the injector tip portion 220
When hydrogen is burned at 5 liters per minute and oxygen at 2.78 liters per minute, steam is generated. This water vapor is introduced into the process tube 201 through the external combustion chamber 226. According to the method of this embodiment, the injector tip portion 220 is not melted, so that the fused silica powder is not introduced into the process tube as in the conventional case.

【0075】さて、一方、目標の水素ガスと酸素ガスと
の混合比を実現するためにマスフローコントローラ21
6により供給される酸素ガスを毎分12.22リットル
がプロセスチューブ201に設置された酸素ポート21
3から導入さる。このようにして、プロセスチューブ2
01内で水蒸気とこの酸素ガスとが混合され目標の水素
ガスと酸素ガスとの混合比率が達成される。これらの混
合ガスはガスバッフル206により乱流になった後シリ
コン基板203へと搬送される。
On the other hand, on the other hand, in order to achieve the target mixing ratio of hydrogen gas and oxygen gas, the mass flow controller 21
12.22 liters / minute of oxygen gas supplied by the No. 6 oxygen port 21 installed in the process tube 201
Introduced from 3. In this way, the process tube 2
In 01, the water vapor and this oxygen gas are mixed and the target mixing ratio of hydrogen gas and oxygen gas is achieved. These mixed gases become turbulent by the gas baffle 206, and then are transferred to the silicon substrate 203.

【0076】以上のプロセスにより、シリコン基板上に
非常に清浄なゲート酸化膜であるシリコン酸化膜が形成
される。このゲート酸化膜上には従来方法で示すような
溶融石英の粉末は存在しない。したがって、後の工程で
多結晶シリコン膜にオキシ塩化リンにより燐原子をドー
ピングする際の燐拡散を熱拡散で行った場合でも、多結
晶シリコン膜が異常成長することがない。また、本実施
例では続いて公知のフォトリソグラフィー技術において
も表面ラフネスによるハレーションの問題や、ドライエ
ッチングにおけるエッチング残りの問題などは発生しな
い。
Through the above process, a very clean silicon oxide film which is a gate oxide film is formed on the silicon substrate. On the gate oxide film, there is no fused silica powder as shown in the conventional method. Therefore, even if phosphorus diffusion is performed by thermal diffusion when phosphorus atoms are doped into the polycrystalline silicon film by phosphorus oxychloride in a later step, the polycrystalline silicon film does not grow abnormally. Further, in the present example, subsequently, even in the known photolithography technique, the problem of halation due to surface roughness and the problem of etching residue in dry etching do not occur.

【0077】本実施例ではゲート酸化、多結晶シリコン
堆積についての実施例を述べているが、CVDによる膜
の堆積前の堆積膜の密着性強化のための酸化膜形成など
においても同様の効果が期待できることはいうまでもな
い。またシリコン基板の酸化ではなく下地がシリコン基
板上のシリコン酸化膜であっても、シリコン窒化膜であ
っても、さらにパターンがあっても本発明の効果に差は
ない。ただし、溶融石英粉末自体の付着はパターン依存
性や下地材料依存性があり、そのときの粒径についても
依存性がある。
Although the present embodiment describes the embodiments relating to gate oxidation and polycrystalline silicon deposition, the same effect can be obtained in forming an oxide film for enhancing the adhesion of the deposited film before depositing the film by CVD. It goes without saying that you can expect it. Further, there is no difference in the effect of the present invention regardless of whether the base is a silicon oxide film on a silicon substrate, a silicon nitride film, or a pattern, instead of oxidation of the silicon substrate. However, the adhesion of the fused silica powder itself has a pattern dependency and a base material dependency, and the particle size at that time also has a dependency.

【0078】以上のように本発明によるシリコン酸化膜
の形成方法および形成装置によりシリコン酸化膜を形成
もしくはパイロジェニック酸化を行った場合水素、酸素
の混合比にかかわらず、石英インジェクタの先端部の溶
融を著しく抑制することができ、石英インジェクタの寿
命を飛躍的に延命化できるとともに、溶融したインジェ
クタ先端部の石英が微粉末となって、シリコンシリコン
基板に付着するのを防止することができ、低パーティク
ルおよび酸化に続いてのCVD膜堆積時における異常成
長を防止することができ、加工性の低下およびデバイス
性能および信頼性を低下させる事なくプロセスを行うこ
とができる。
As described above, when the silicon oxide film is formed or pyrogenic oxidation is performed by the method and apparatus for forming a silicon oxide film according to the present invention, the tip portion of the quartz injector is melted regardless of the mixing ratio of hydrogen and oxygen. Can be significantly suppressed, the life of the quartz injector can be dramatically extended, and the fused quartz at the tip of the injector can be prevented from becoming fine powder and adhering to the silicon substrate. It is possible to prevent abnormal growth at the time of depositing a CVD film subsequent to particles and oxidation, and it is possible to perform the process without lowering workability and device performance and reliability.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明の如き、高濃度不純物層もしくは
高濃度不純物を含む多結晶シリコン膜をシリコン基板の
表面および裏面の一部または全部に有する半導体装置に
熱処理を行なう場合の外方拡散を防止でき、LDDおよ
びDDD構造のMOSトランジスタのしきい値電圧の変
動や電流駆動能力の低下を防止することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As in the present invention, outward diffusion is performed when a semiconductor device having a high-concentration impurity layer or a polycrystalline silicon film containing high-concentration impurities on part or all of the front and back surfaces of a silicon substrate is subjected to heat treatment. It is possible to prevent the fluctuation of the threshold voltage of the MOS transistor having the LDD and DDD structures and the reduction of the current driving capability.

【0080】また、本発明の半導体製造装置では、同時
に大量の半導体シリコン基板に対し、シリコン基板面内
およびシリコン基板間の均一性よく不純物拡散を行なう
ことができる。
Further, in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to diffuse impurities into a large amount of semiconductor silicon substrates at the same time with good uniformity within the silicon substrate surface and between the silicon substrates.

【0081】さらに、パイロジェニック酸化を行った場
合に石英インジェクタの先端部の溶融を著しく抑制する
ことができ、石英インジェクタの寿命を飛躍的に延命化
できる。
Furthermore, when pyrogenic oxidation is performed, melting of the tip of the quartz injector can be significantly suppressed, and the life of the quartz injector can be dramatically extended.

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

【図1】本発明のLDD構造の半導体装置の製造方法の
工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device having an LDD structure according to the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の熱処理シーケ
ンスを示す図
FIG. 2 is a diagram showing a heat treatment sequence of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明のDDD構造の半導体装置の製造方法の
工程断面図
FIG. 3 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device having a DDD structure according to the present invention.

【図4】本発明の半導体装置の製造方法の熱処理シーケ
ンスを示す図
FIG. 4 is a diagram showing a heat treatment sequence of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の容量素子である半導体装置の製造方法
の工程断面図
FIG. 5 is a process cross-sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device that is a capacitive element of the present invention.

【図6】本発明の半導体装置の製造方法の熱処理シーケ
ンスを示す図
FIG. 6 is a diagram showing a heat treatment sequence of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図7】本発明の半導体製造装置を示す図FIG. 7 is a diagram showing a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図8】本発明の半導体製造装置である縦型拡散炉を示
す図
FIG. 8 is a diagram showing a vertical diffusion furnace which is a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図9】本発明の半導体製造装置のインジェクタを示す
FIG. 9 is a diagram showing an injector of a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図10】本発明の半導体製造装置のインジェクタの長
手方向の断面図
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the injector of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図11】本発明の半導体製造装置のインジェクタの断
面図
FIG. 11 is a sectional view of the injector of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図12】本発明の半導体製造装置によって形成された
シリコン基板上の比抵抗分布を示す図
FIG. 12 is a diagram showing a specific resistance distribution on a silicon substrate formed by the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図13】本発明の半導体製造装置の構成を示す図FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図14】本発明の半導体製造装置のインジェクタを示
す図
FIG. 14 is a diagram showing an injector of a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図15】従来の容量素子である半導体装置の製造方法
の工程断面図
FIG. 15 is a process sectional view of a method for manufacturing a conventional semiconductor device that is a capacitive element.

【図16】従来のLDD構造の半導体装置の製造方法の
工程断面図
FIG. 16 is a process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device having a conventional LDD structure.

【図17】従来のDDD構造の半導体装置の製造方法の
工程断面図
FIG. 17 is a process sectional view of a method for manufacturing a conventional semiconductor device having a DDD structure.

【図18】従来の半導体製造装置を示す図FIG. 18 is a diagram showing a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【図19】従来の半導体製造装置によって形成されたシ
リコン基板上の比抵抗分布を示す図
FIG. 19 is a diagram showing a specific resistance distribution on a silicon substrate formed by a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【図20】従来のの半導体製造装置を示す図FIG. 20 is a diagram showing a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【図21】従来の半導体製造装置によって形成されたシ
リコン基板上の比抵抗分布を示す図
FIG. 21 is a diagram showing a specific resistance distribution on a silicon substrate formed by a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【図22】従来の半導体製造装置によって形成されたシ
リコン基板上の比抵抗分布を示す図
FIG. 22 is a diagram showing a specific resistance distribution on a silicon substrate formed by a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【図23】従来の半導体製造装置の構成を示す図FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 シリコン基板 102,103 ウェル領域 104 分離領域 105 ゲート酸化膜 106,107 多結晶シリコン膜 108 フォトレジスト 109 リンイオン注入 110 LDD領域 113 チャネル領域 114,115 ソース/ドレイン領域 116 側壁 117 酸化膜 101 Silicon Substrate 102, 103 Well Region 104 Isolation Region 105 Gate Oxide Film 106, 107 Polycrystalline Silicon Film 108 Photoresist 109 Phosphorus Ion Implantation 110 LDD Region 113 Channel Region 114, 115 Source / Drain Region 116 Sidewall 117 Oxide Film

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に高濃度の不純物拡散層ある
いは高濃度の不純物を含有する導電膜を形成し、その
後、前記不純物拡散層あるいは導電膜に覆われた領域以
外の前記半導体基板表面に酸化膜を形成するに当り、前
記半導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入
後所定の温度とする第2の工程と、前記所定の温度でア
ニールを行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3
の工程を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A high-concentration impurity diffusion layer or a conductive film containing a high-concentration impurity is formed on a semiconductor substrate, and thereafter, the surface of the semiconductor substrate other than the region covered with the impurity diffusion layer or the conductive film is oxidized. In forming the film, it comprises a first step of introducing the semiconductor substrate into an oxidation device, a second step of bringing the semiconductor substrate to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature. The first, second, third
2. The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step is processed in a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen.
【請求項2】 半導体基板に高濃度の不純物拡散層ある
いは高濃度の不純物を含有する導電膜を形成し、その
後、前記不純物拡散層あるいは導電膜に覆われた領域以
外の前記半導体基板表面に酸化膜を形成するに当り、前
記半導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入
後所定の温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度で
アニールを行なう第3の工程からなり、前記第1の工程
を低温の酸素雰囲気中で行ない、前記第2,3の工程を
非酸化性雰囲気中で処理することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
2. A high-concentration impurity diffusion layer or a conductive film containing a high-concentration impurity is formed on a semiconductor substrate, and then the surface of the semiconductor substrate other than the region covered with the impurity diffusion layer or the conductive film is oxidized. In forming the film, it comprises a first step of introducing the semiconductor substrate into an oxidation device, a second step of bringing the semiconductor substrate to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising performing the first step in a low-temperature oxygen atmosphere and treating the second and third steps in a non-oxidizing atmosphere.
【請求項3】 半導体基板に容量絶縁膜を介してセルプ
レートを形成し、前記セルプレートが高濃度の不純物を
含有する導電膜で形成されており、その後、前記半導体
基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入後所定の
温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度でアニール
を行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3の工程
を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理し、ゲート酸化膜
を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A cell plate is formed on a semiconductor substrate via a capacitive insulating film, and the cell plate is formed of a conductive film containing a high concentration of impurities, and then the semiconductor substrate is introduced into an oxidation device. The first step, the second step of bringing the temperature to a predetermined temperature after the introduction, and the third step of annealing at the predetermined temperature are performed. The first, second and third steps are mixed with oxygen and nitrogen. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises processing in an atmosphere to form a gate oxide film.
【請求項4】 前記第1の工程を低温の酸素雰囲気中で
行ない、前記第2,3の工程を非酸化性雰囲気中で処理
し、ゲート酸化膜を形成することを特徴とする請求項3
記載の半導体装置の製造方法。
4. The gate oxide film is formed by performing the first step in a low temperature oxygen atmosphere and treating the second and third steps in a non-oxidizing atmosphere.
A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項5】 半導体基板上に不純物を含有する導電膜
を形成する工程と、前記導電膜をマスクに第1のイオン
注入する工程と、前記第1のイオン注入後に前記半導体
基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入後所定の
温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度でアニール
を行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3の工程
を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理し、酸化する工程
と、その後、導電膜の側壁に絶縁膜を形成する工程と、
前記導電膜と前記側壁をマスクに第2のイオン注入を行
なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a conductive film containing impurities on a semiconductor substrate, a step of implanting first ions with the conductive film as a mask, and a step of oxidizing the semiconductor substrate after the first ion implantation is performed. It comprises a first step of introducing, a second step of bringing the material to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature. In a mixed atmosphere of, and oxidizing, and then forming an insulating film on the sidewall of the conductive film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein second ion implantation is performed using the conductive film and the sidewall as a mask.
【請求項6】 前記第1の工程を低温の酸素雰囲気中で
行ない、前記第2,3の工程を非酸化性雰囲気中で処理
し、酸化する工程と、その後、導電膜の側壁に絶縁膜を
形成する工程と、前記導電膜と前記側壁をマスクに第2
のイオン注入を行なうことを特徴とする請求項5記載の
半導体装置の製造方法。
6. A step of performing the first step in a low-temperature oxygen atmosphere, treating the second and third steps in a non-oxidizing atmosphere and oxidizing, and then forming an insulating film on a sidewall of the conductive film. And a second step using the conductive film and the sidewall as a mask.
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the ion implantation is performed.
【請求項7】 半導体基板上に不純物を含有する導電膜
を形成する工程と、前記導電膜をマスクに第1のイオン
注入する工程と、前記第1のイオン注入後に前記半導体
基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導入後所定の
温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度でアニール
を行なう第3の工程からなり、前記第1,2,3の工程
を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理し、酸化する工程
と、その後、導電膜の側壁に絶縁膜を形成する工程と、
前記導電膜と前記側壁をマスクに第2のイオン注入を行
なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a conductive film containing impurities on a semiconductor substrate, a step of implanting first ions using the conductive film as a mask, and a step of oxidizing the semiconductor substrate after the first ion implantation is performed. It comprises a first step of introducing, a second step of bringing the material to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature. In a mixed atmosphere of, and oxidizing, and then forming an insulating film on the sidewall of the conductive film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein second ion implantation is performed using the conductive film and the sidewall as a mask.
【請求項8】 前記第1の工程を低温の酸素雰囲気中で
行ない、前記第2,3の工程を非酸化性雰囲気中で処理
し、酸化する工程と、その後、導電膜の側壁に絶縁膜を
形成する工程と、前記導電膜と前記側壁をマスクに第2
のイオン注入を行なうことを特徴とする請求項7記載の
半導体装置の製造方法。
8. A step of performing the first step in a low-temperature oxygen atmosphere, performing the second and third steps in a non-oxidizing atmosphere and oxidizing, and then forming an insulating film on a sidewall of the conductive film. And a second step using the conductive film and the sidewall as a mask.
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the ion implantation is performed.
【請求項9】 半導体基板上に不純物を含有する導電膜
を形成し、前記導電膜をマスクにイオン注入することで
拡散係数の大きい第1の不純物を低濃度にドープし、拡
散係数の小さい第2の不純物を高濃度にドープした後、
前記半導体基板を酸化装置に導入する第1の工程と、導
入後所定の温度にさせる第2の工程と、前記所定の温度
でアニールを行なう第3の工程からなり、前記第1,
2,3の工程を酸素と窒素との混合雰囲気中で処理する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A conductive film containing impurities is formed on a semiconductor substrate, and the first conductive film having a large diffusion coefficient is doped at a low concentration by ion-implanting the conductive film as a mask. After heavily doping the impurity of 2,
The method comprises a first step of introducing the semiconductor substrate into an oxidation device, a second step of bringing the semiconductor substrate to a predetermined temperature after the introduction, and a third step of annealing at the predetermined temperature.
A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises performing the steps 2 and 3 in a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen.
【請求項10】 前記第1の工程を低温の酸素雰囲気中
で行ない、前記第2,3の工程を非酸化性雰囲気中で処
理することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製
造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first step is performed in a low-temperature oxygen atmosphere and the second and third steps are performed in a non-oxidizing atmosphere. ..
【請求項11】 プロセスチューブと、前記プロセスチ
ューブ内に半導体基板をセットした基板ボートと、前記
プロセスチューブ内にプロセスガスを導入するインジェ
クタを備え、前記インジェクタから導入したプロセスガ
スが前記半導体基板平面と平行に供給されることを特徴
とする半導体製造装置。
11. A process tube, a substrate boat in which a semiconductor substrate is set in the process tube, and an injector for introducing a process gas into the process tube, wherein the process gas introduced from the injector is the plane of the semiconductor substrate. A semiconductor manufacturing apparatus characterized by being supplied in parallel.
【請求項12】 プロセスチューブと、前記プロセスチ
ューブ内に設置されたボートと、前記プロセスチューブ
内にガスを導入するガス導入口と、前記プロセスチュー
ブ内からガスを排出する排気口と、前記ガス導入口から
導入されたガスはインジェクタを通って前記プロセスチ
ューブ内に導入され、前記インジェクタが前記プロセス
チューブの長手方向に前記ボートの長さを越える長さを
持つことを特徴とする半導体製造装置。
12. A process tube, a boat installed in the process tube, a gas introduction port for introducing gas into the process tube, an exhaust port for discharging gas from the process tube, and the gas introduction. The gas introduced from the mouth is introduced into the process tube through an injector, and the injector has a length in the longitudinal direction of the process tube that exceeds the length of the boat.
【請求項13】 前記インジェクタが同軸状の2重管で
なることを特徴とする請求項12記載の半導体製造装
置。
13. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 12, wherein the injector is a coaxial double tube.
【請求項14】 前記インジェクタの2重管の外管には
管断面の中心に対して90度の角度を持つ少なくとも2
つの第1のガス噴出口と、前記2重管の内管には前記第
1の噴出口のそれぞれに対して135度の角度を少なく
とも持つ第2の噴出口とでなることを特徴とする請求項
13記載の半導体製造装置。
14. The outer pipe of the double pipe of the injector has at least 2 having an angle of 90 degrees with respect to the center of the pipe cross section.
One first gas ejection port and an inner pipe of the double pipe are provided with a second ejection port having at least an angle of 135 degrees with respect to each of the first ejection ports. Item 14. The semiconductor manufacturing apparatus according to item 13.
【請求項15】 前記インジェクタに導入されたガス
は、前記内管から、前記内管と前記外管との間に放出さ
れ、次に前記外管より前記プロセスチューブ内に放出さ
れることを特徴とする請求項13記載の半導体製造装
置。
15. The gas introduced into the injector is discharged from the inner pipe between the inner pipe and the outer pipe, and then discharged from the outer pipe into the process tube. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 13.
【請求項16】 シリコン基板上に多結晶シリコン膜も
しくは二酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜また
は、これらの膜の組合せにより構成される複合膜上に水
素ガスと酸素ガスの燃焼により水蒸気雰囲気中で熱酸化
を行う工程と、これら熱酸化後に連続してさらに前記シ
リコン基板上もしくはシリコン基板上の膜上に化学気相
成長法により多結晶シリコン膜、二酸化シリコン膜、窒
化シリコン膜やその他の気相成長膜を形成する工程と、
前記熱酸化で、水素ガス流量に対し、酸素ガス流量を前
記水素ガス流量の0.56倍として燃焼させ、前記燃焼
により生じた水蒸気に対し、さらに酸素を混合させ、酸
化を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. Thermal oxidation in a water vapor atmosphere by burning hydrogen gas and oxygen gas on a polycrystalline silicon film, a silicon dioxide film, a silicon nitride film, or a composite film composed of a combination of these films on a silicon substrate. And a step of performing the thermal oxidation, and a polycrystalline silicon film, a silicon dioxide film, a silicon nitride film or other vapor phase growth film on the silicon substrate or on the film on the silicon substrate by a chemical vapor deposition method in succession. A step of forming
In the thermal oxidation, the oxygen gas flow rate is burned at 0.56 times the hydrogen gas flow rate with respect to the hydrogen gas flow rate, and the steam generated by the combustion is further mixed with oxygen for oxidation. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項17】 水素および酸素ガスの燃焼用チャンバ
ーと外部燃焼用ヒーターおよびインジェクタをプロセス
チューブ外に有し、前記燃焼用チャンバーで発生した水
蒸気を前記プロセスチューブ内に送り込み、さらに前記
プロセスチューブに設置された、別の導入口から酸素を
導入し、前記燃焼に用いる水素ガス流量と酸素ガス流量
を自動的に決定する手段と、前記燃焼により生じた水蒸
気に混合するべき酸素の量を計算する演算手段を有する
ことを特徴とする半導体製造装置。
17. A combustion chamber for hydrogen and oxygen gas, an external combustion heater and an injector are provided outside the process tube, and steam generated in the combustion chamber is sent into the process tube and further installed in the process tube. Means for introducing oxygen from another inlet and automatically determining the hydrogen gas flow rate and the oxygen gas flow rate used for the combustion, and the calculation for calculating the amount of oxygen to be mixed with the steam generated by the combustion. A semiconductor manufacturing apparatus having means.
【請求項18】 前記インジェクタが同軸構造をもち、
水素ガスが内管から放出され、酸素ガスが外管から放出
されることを特徴とする請求項17記載の半導体製造装
置。
18. The injector has a coaxial structure,
18. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 17, wherein hydrogen gas is released from the inner pipe and oxygen gas is released from the outer pipe.
【請求項19】 前記インジェクタが炭化珪素と珪素と
の焼結炭化珪素で構成され、かつ、その回りに炭化珪素
がコーティングされていることを特徴とする請求項17
記載の半導体製造装置。
19. The injector according to claim 17, wherein the injector is made of sintered silicon carbide of silicon carbide and silicon, and silicon carbide is coated around the injector.
The semiconductor manufacturing apparatus described.
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