JPH0691076B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0691076B2 JPH0691076B2 JP60046040A JP4604085A JPH0691076B2 JP H0691076 B2 JPH0691076 B2 JP H0691076B2 JP 60046040 A JP60046040 A JP 60046040A JP 4604085 A JP4604085 A JP 4604085A JP H0691076 B2 JPH0691076 B2 JP H0691076B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、MOS LS
Iの製造プロセスにおける酸化膜の形成方法に関する。
Iの製造プロセスにおける酸化膜の形成方法に関する。
従来、シリコン表面の酸化膜は、昇温されたホットウォ
ール型の電気炉中にセットされた石英管内に酸素を導入
し、この石英管内にシリコンウェハを載せたボートを挿
入することにより形成されていた。しかし、この方法に
よると、ポートの熱応答速度がシリコンウェハのそれに
比べ数10〜数100倍大きため、シリコンウェハ上に均一
な酸化膜を形成するには、シリコンウェハとボートの熱
処理時間差および電気炉内へのボート挿入時の温度低下
を無視できる程度の長時間の処理が必要であり、従っ
て、スループットが非常に低いという欠点を有してい
た。また、熱処理工程に数10分の時間が必要であるた
め、特に膜厚150Å程度以下の薄い酸化膜を形成するに
は熱処理を900℃程度以下の低温で行なう必要があり、
そのため界面準位密度が高くなり、その値を1010cm-2オ
ーダ以下に抑えることは困難であった。
ール型の電気炉中にセットされた石英管内に酸素を導入
し、この石英管内にシリコンウェハを載せたボートを挿
入することにより形成されていた。しかし、この方法に
よると、ポートの熱応答速度がシリコンウェハのそれに
比べ数10〜数100倍大きため、シリコンウェハ上に均一
な酸化膜を形成するには、シリコンウェハとボートの熱
処理時間差および電気炉内へのボート挿入時の温度低下
を無視できる程度の長時間の処理が必要であり、従っ
て、スループットが非常に低いという欠点を有してい
た。また、熱処理工程に数10分の時間が必要であるた
め、特に膜厚150Å程度以下の薄い酸化膜を形成するに
は熱処理を900℃程度以下の低温で行なう必要があり、
そのため界面準位密度が高くなり、その値を1010cm-2オ
ーダ以下に抑えることは困難であった。
一方、界面準位密度を低下させるために、低温で形成し
た酸化膜を電気炉内で非酸化性雰囲気中で高温熱処理す
るという方法もあるが、電気炉中では先に示したよう
に、処理時間は数10分程度の長時間が必要である。従っ
て電気炉処理では、これに伴う他の特性たとえばシリコ
ン基板の特定の領域に局在されるべき不純物の大幅な拡
散による素子の特性悪化などへの影響があるため、その
適用領域は限られていた。
た酸化膜を電気炉内で非酸化性雰囲気中で高温熱処理す
るという方法もあるが、電気炉中では先に示したよう
に、処理時間は数10分程度の長時間が必要である。従っ
て電気炉処理では、これに伴う他の特性たとえばシリコ
ン基板の特定の領域に局在されるべき不純物の大幅な拡
散による素子の特性悪化などへの影響があるため、その
適用領域は限られていた。
一方、従来、非酸化性雰囲気中で短時間の熱処理を行な
う装置として、ハロゲンランプ光照射を利用した急速熱
処理装置が知られている。第１図は従来の急速熱処理装
置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ′断面図である。第１図において、１はハロゲン
ランプ、２は熱処理槽としての石英チェンバ、３は熱処
理サンプルとしてのシリコンウェハ、４は石英製ウェハ
支持台、５は石英製のをそれぞれ示す。第１図に示した
従来の急速熱処理装置で熱処理を行なう場合、次のよう
なシーケンスをとっていた。まず、石英チェンバ２内に
一定の流量の処理ガスを流しておき、蓋５を開けてシリ
コンウェハ３をウェハ支持台にのせ、蓋５を閉める。続
いて、石英チェンバ２内に処理ガスを充満させるために
一定時間石英チェンバ２内のパージを行なう。次に、ハ
ロゲンランプ１を点灯し、シリコンウェハへの光照射に
よる熱処理を行なった後、ハロゲンランプ１を消灯す
る。続いて冷却のための一定時間の放置を行なった後、
蓋５を開けてシリコンウェハ３をとり出し、１枚のシリ
コンウェハの熱処理を完了する。
う装置として、ハロゲンランプ光照射を利用した急速熱
処理装置が知られている。第１図は従来の急速熱処理装
置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ′断面図である。第１図において、１はハロゲン
ランプ、２は熱処理槽としての石英チェンバ、３は熱処
理サンプルとしてのシリコンウェハ、４は石英製ウェハ
支持台、５は石英製のをそれぞれ示す。第１図に示した
従来の急速熱処理装置で熱処理を行なう場合、次のよう
なシーケンスをとっていた。まず、石英チェンバ２内に
一定の流量の処理ガスを流しておき、蓋５を開けてシリ
コンウェハ３をウェハ支持台にのせ、蓋５を閉める。続
いて、石英チェンバ２内に処理ガスを充満させるために
一定時間石英チェンバ２内のパージを行なう。次に、ハ
ロゲンランプ１を点灯し、シリコンウェハへの光照射に
よる熱処理を行なった後、ハロゲンランプ１を消灯す
る。続いて冷却のための一定時間の放置を行なった後、
蓋５を開けてシリコンウェハ３をとり出し、１枚のシリ
コンウェハの熱処理を完了する。
しかし、従来の急速熱処理装置では、上述のようにシリ
コンウェハ３の１枚の熱処理ごとに、その前後でパージ
および冷却のための時間が必要であり、スループットの
改善には限界があった。
コンウェハ３の１枚の熱処理ごとに、その前後でパージ
および冷却のための時間が必要であり、スループットの
改善には限界があった。
本発明の目的は、高温短時間の熱処理により優れた特性
の半導体装置の製造を可能とする半導体装置の製造方法
を提供することにある。
の半導体装置の製造を可能とする半導体装置の製造方法
を提供することにある。
本発明によると、シリコウェハを収納する熱処理槽内に
酸化性ガスを導入する工程、前記シリコウェハに光を照
射することによりシリコウェハを熱処理して表面に酸化
膜を形成する工程、前記熱処理槽内に非酸化性ガスを導
入する工程、および前記シリコウェハに光を照射するこ
とによりシリコウェハを更に熱処理する工程を具備する
半導体装置の製造方法が提供される。
酸化性ガスを導入する工程、前記シリコウェハに光を照
射することによりシリコウェハを熱処理して表面に酸化
膜を形成する工程、前記熱処理槽内に非酸化性ガスを導
入する工程、および前記シリコウェハに光を照射するこ
とによりシリコウェハを更に熱処理する工程を具備する
半導体装置の製造方法が提供される。
以下、本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説
明する。
明する。
第２図は、本発明に係る急速熱処理装置を示し、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。こ
の装置は、第１図に示す従来の装置を、ガス源および電
源を共通として２つ並設したものである。この装置は以
下のような手順で動作される。
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。こ
の装置は、第１図に示す従来の装置を、ガス源および電
源を共通として２つ並設したものである。この装置は以
下のような手順で動作される。
まず第１の石英チェンバ2aの蓋5aを開けて１枚目のシリ
コンウェハ3aをウェハ支持台4aの上にのせた後、第１の
石英チェンバ2a内に大量の処理ガスを流し、短時間でチ
ェンバ内を処理ガスで満たすためのパージを行なう。つ
づいて熱処理時のウェハ3aの冷却を抑えるために流量調
整弁10aによりガス流量を絞ると同時にハロゲンランプ1
aを点灯し光照射による熱処理を行なう。この間に同様
に第２の石英チェンバ2b内に第２のシリコンウェハ3bを
入れ石英チェンバ2b内のパージを行なっておく。ハロゲ
ンランプ1aの消灯後、電源６を電源切替装置７によりを
切り換えハロゲンランプ1bを点灯し、今度は第２のシリ
コンウェハ3bの熱処理を行なう。この間、第１のシリコ
ンウェハ3aは、冷却のための放置を行ない、蓋5aを開け
て取出され、さらに次に熱処理を行なう３枚目のシリコ
ンウェハの収納と石英チェンバ2a内のパージが行なわれ
る。以上を第１および第２のチェンバ2a,2bにおいて交
互にくり返すことによって連続的にシリコンウェハの熱
処理が可能となる。さらにこれを石英チェンバ2a,2b内
へのウェハの収納および取出しを自動的に行なう機構と
組み合わせることによって枚葉式でスループットの高い
熱処理装置が実現できる。
コンウェハ3aをウェハ支持台4aの上にのせた後、第１の
石英チェンバ2a内に大量の処理ガスを流し、短時間でチ
ェンバ内を処理ガスで満たすためのパージを行なう。つ
づいて熱処理時のウェハ3aの冷却を抑えるために流量調
整弁10aによりガス流量を絞ると同時にハロゲンランプ1
aを点灯し光照射による熱処理を行なう。この間に同様
に第２の石英チェンバ2b内に第２のシリコンウェハ3bを
入れ石英チェンバ2b内のパージを行なっておく。ハロゲ
ンランプ1aの消灯後、電源６を電源切替装置７によりを
切り換えハロゲンランプ1bを点灯し、今度は第２のシリ
コンウェハ3bの熱処理を行なう。この間、第１のシリコ
ンウェハ3aは、冷却のための放置を行ない、蓋5aを開け
て取出され、さらに次に熱処理を行なう３枚目のシリコ
ンウェハの収納と石英チェンバ2a内のパージが行なわれ
る。以上を第１および第２のチェンバ2a,2bにおいて交
互にくり返すことによって連続的にシリコンウェハの熱
処理が可能となる。さらにこれを石英チェンバ2a,2b内
へのウェハの収納および取出しを自動的に行なう機構と
組み合わせることによって枚葉式でスループットの高い
熱処理装置が実現できる。
石英チェンバ2a,2b内にシリコンウェハ3a,3bをセット
し、ハロゲンランプ光を照射すれば、その光エネルギの
ほとんどはシリコンウェハ3a,3bに吸収される。シリコ
ンウェハ3a,3bは厚さが0.5mm程度であり、光はその両面
から吸収されるため、直径数インチのものであればその
熱応答速度は速く、時定数換算で数100ミリ秒である。
又、シリコンウェハ3a,3bからの放射冷却以外の放熱は
先のとがった石英製シリコン支持台4a,4bからのごくわ
ずかな伝熱と雰囲気ガスからの伝熱だけであるため、シ
リコンウェハ3a,3bの温度制御はハロゲンランプ1a,1bへ
の入力パワーの制御により秒オーダ以下で可能である。
し、ハロゲンランプ光を照射すれば、その光エネルギの
ほとんどはシリコンウェハ3a,3bに吸収される。シリコ
ンウェハ3a,3bは厚さが0.5mm程度であり、光はその両面
から吸収されるため、直径数インチのものであればその
熱応答速度は速く、時定数換算で数100ミリ秒である。
又、シリコンウェハ3a,3bからの放射冷却以外の放熱は
先のとがった石英製シリコン支持台4a,4bからのごくわ
ずかな伝熱と雰囲気ガスからの伝熱だけであるため、シ
リコンウェハ3a,3bの温度制御はハロゲンランプ1a,1bへ
の入力パワーの制御により秒オーダ以下で可能である。
第３図は、本発明の急速熱処理装置にて、直径４インチ
のシリコンウェハを加熱し1100℃18秒間の熱処理を行な
った場合に限られた加熱特性である。第３図から秒オー
ダの高温短時間熱処理が目標温度1100℃に対して±４℃
程度の精度で制御可能であることが判る。
のシリコンウェハを加熱し1100℃18秒間の熱処理を行な
った場合に限られた加熱特性である。第３図から秒オー
ダの高温短時間熱処理が目標温度1100℃に対して±４℃
程度の精度で制御可能であることが判る。
第４図は、本発明の急速熱処理装置に、酸素を導入し、
第３図で示したような高温短時間熱処理を行なった場合
の酸化時間と酸化膜厚との関係を示す特性図である。第
４図の酸化特性は先に示した理由から、従来の電気炉等
では得ることのできなかった高温短時間の酸化特性であ
り、このことから、本発明の酸素中でのハロゲンランプ
光照射が短時間にシリコンウェハの酸化を可能とする、
スループットの高いシリコンウェハ酸化法であることが
わかる。
第３図で示したような高温短時間熱処理を行なった場合
の酸化時間と酸化膜厚との関係を示す特性図である。第
４図の酸化特性は先に示した理由から、従来の電気炉等
では得ることのできなかった高温短時間の酸化特性であ
り、このことから、本発明の酸素中でのハロゲンランプ
光照射が短時間にシリコンウェハの酸化を可能とする、
スループットの高いシリコンウェハ酸化法であることが
わかる。
酸素中1050℃260秒のハロゲンランプ光照射により形成
した216Åのシリコン酸化膜をAlゲートMOSダイオードの
ゲート酸化膜として適用し、その1MHz高周波CV特性の測
定結果を第５図に示す。第５図より特性は良好であり、
本発明による酸化法がMOSLSIのゲート酸化膜として充分
適用できることがわかる。
した216Åのシリコン酸化膜をAlゲートMOSダイオードの
ゲート酸化膜として適用し、その1MHz高周波CV特性の測
定結果を第５図に示す。第５図より特性は良好であり、
本発明による酸化法がMOSLSIのゲート酸化膜として充分
適用できることがわかる。
本発明の他の実施態様として、あらかじめ電気炉中ある
いは上記の方法で得られた酸化膜を急速熱処理装置にた
とえば窒素などの非酸化性ガスを導入し、ハロゲンラン
プ光加熱を行なうことも可能である。電気炉を用いて酸
素中900℃、72分の酸化により得た200Åの酸化膜を窒素
中1050℃、60秒のハロゲンランプ光照射を行なった場合
のAlゲートMOSダイオードの界面準位密度を第６図に示
す。Ａはハロゲンランプ光照射を行なっていないダイオ
ードのデータ、Ｂはハロゲンランプ光照射を行なったダ
イオードのデータである。第６図からハロゲンランプ光
照射で界面準位密度が改善されていることがわかる。
いは上記の方法で得られた酸化膜を急速熱処理装置にた
とえば窒素などの非酸化性ガスを導入し、ハロゲンラン
プ光加熱を行なうことも可能である。電気炉を用いて酸
素中900℃、72分の酸化により得た200Åの酸化膜を窒素
中1050℃、60秒のハロゲンランプ光照射を行なった場合
のAlゲートMOSダイオードの界面準位密度を第６図に示
す。Ａはハロゲンランプ光照射を行なっていないダイオ
ードのデータ、Ｂはハロゲンランプ光照射を行なったダ
イオードのデータである。第６図からハロゲンランプ光
照射で界面準位密度が改善されていることがわかる。
なお、従来の装置では温度制御のための温度検出系とし
て、熱処理サンプルに隣接して置かれたシリコンチップ
に接続されたCA熱電対を用いていたためこのCA熱電対は
高温酸素中の酸化でもろくなり、連続使用に耐えられな
かった。これに対し、本発明の装置では、第２図に示す
ように、温度検出系として、表面がシリコン酸化膜で覆
われたシリコンチップ8a,8bに接続されたPR熱電対9a,9b
をシリコンウェハ3a,3bに隣接して配置させることによ
って1400℃程度までの高温酸素中でも連続して安定使用
が可能となった。
て、熱処理サンプルに隣接して置かれたシリコンチップ
に接続されたCA熱電対を用いていたためこのCA熱電対は
高温酸素中の酸化でもろくなり、連続使用に耐えられな
かった。これに対し、本発明の装置では、第２図に示す
ように、温度検出系として、表面がシリコン酸化膜で覆
われたシリコンチップ8a,8bに接続されたPR熱電対9a,9b
をシリコンウェハ3a,3bに隣接して配置させることによ
って1400℃程度までの高温酸素中でも連続して安定使用
が可能となった。
以上説明したように、本発明の方法における酸素中のハ
ロゲンランプ光照射によるシリコンウェハの酸化方法
は、短時間で一連の処理が完了するためスループットが
高い優れた酸化方法である。さらに、シリコン酸化膜の
非酸化性雰囲気中でのハロゲンランプ光照射による熱処
理方法は、高温であるが短時間の処理であるため、シリ
コン基板中の特定の領域に局在させるべき不純物の大幅
な拡散による素子の特性悪化といった、素子への悪影響
を極力抑えつつ、シリコン酸化膜とシリコン界面の界面
準位密度を低下させ、それによって優れたMOS型半導体
素子を得ることを可能とする熱処理方法である。
ロゲンランプ光照射によるシリコンウェハの酸化方法
は、短時間で一連の処理が完了するためスループットが
高い優れた酸化方法である。さらに、シリコン酸化膜の
非酸化性雰囲気中でのハロゲンランプ光照射による熱処
理方法は、高温であるが短時間の処理であるため、シリ
コン基板中の特定の領域に局在させるべき不純物の大幅
な拡散による素子の特性悪化といった、素子への悪影響
を極力抑えつつ、シリコン酸化膜とシリコン界面の界面
準位密度を低下させ、それによって優れたMOS型半導体
素子を得ることを可能とする熱処理方法である。
また、本発明による急速熱処理装置では、２つの熱処理
槽を交互に働かせることができるため、自動ウェハ装て
ん機構と組み合わせることによってスループットの高い
枚葉式の光照射による熱処理が可能であると共に、温度
検出系としてシリコン酸化膜上のPR熱電対を用いること
によって酸素雰囲気中でも安定した温度制御が可能であ
る。さらに、パージ時に大量のガスを導入し、光照射時
にガス流量を絞る機構を付加することにより、従来の一
定流量のガス導入しか行なえなかった装置に比し、パー
ジ時間を大幅に減少させることができるため、酸素ガス
使用時においても、パージ時間によるスループットの低
下を防止することができる。
槽を交互に働かせることができるため、自動ウェハ装て
ん機構と組み合わせることによってスループットの高い
枚葉式の光照射による熱処理が可能であると共に、温度
検出系としてシリコン酸化膜上のPR熱電対を用いること
によって酸素雰囲気中でも安定した温度制御が可能であ
る。さらに、パージ時に大量のガスを導入し、光照射時
にガス流量を絞る機構を付加することにより、従来の一
定流量のガス導入しか行なえなかった装置に比し、パー
ジ時間を大幅に減少させることができるため、酸素ガス
使用時においても、パージ時間によるスループットの低
下を防止することができる。
第１図は、従来の急速熱処理装置を示し、（ａ）はその
横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′縦断面図、第２図
は本発明の一実施例に係る急速熱処理装置を示し、
（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′縦断
面図、第３図は本発明の方法によるシリコンウェハの加
熱特性、第４図は本発明の方法によるシリコンウェハの
酸化特性、第５図は本発明の方法により得たシリコン酸
化膜の高周波CV特性、第６図は本発明の方法による界面
準位密度の改善を示す特性図をそれぞれ示す。 1,1a,1b……ハロゲンランプ、2,2a,2b……石英チェン
バ、3,2a,3b……シリコンウェハ、4,4a,4b……石英製ウ
ェハ支持台、5,5a,5b……蓋。
横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′縦断面図、第２図
は本発明の一実施例に係る急速熱処理装置を示し、
（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ′縦断
面図、第３図は本発明の方法によるシリコンウェハの加
熱特性、第４図は本発明の方法によるシリコンウェハの
酸化特性、第５図は本発明の方法により得たシリコン酸
化膜の高周波CV特性、第６図は本発明の方法による界面
準位密度の改善を示す特性図をそれぞれ示す。 1,1a,1b……ハロゲンランプ、2,2a,2b……石英チェン
バ、3,2a,3b……シリコンウェハ、4,4a,4b……石英製ウ
ェハ支持台、5,5a,5b……蓋。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコウェハを収納する熱処理槽内に酸化
性ガスを導入する工程、前記シリコウェハに光を照射す
ることによりシリコウェハを熱処理して表面に酸化膜を
形成する工程、前記熱処理槽内に非酸化性ガスを導入す
る工程、および前記シリコウェハに光を照射することに
よりシリコウェハを更に熱処理する工程を具備する半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60046040A JPH0691076B2 (ja) | 1985-03-08 | 1985-03-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60046040A JPH0691076B2 (ja) | 1985-03-08 | 1985-03-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61206230A JPS61206230A (ja) | 1986-09-12 |
| JPH0691076B2 true JPH0691076B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=12735915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60046040A Expired - Lifetime JPH0691076B2 (ja) | 1985-03-08 | 1985-03-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691076B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7025831B1 (en) * | 1995-12-21 | 2006-04-11 | Fsi International, Inc. | Apparatus for surface conditioning |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5694631A (en) * | 1979-12-28 | 1981-07-31 | Fujitsu Ltd | Forming method for minute pattern |
| JPS58192330A (ja) * | 1982-05-06 | 1983-11-09 | Oak Seisakusho:Kk | シリコンウエハ−の表面酸化処理方法 |
| JPS59126641A (ja) * | 1983-01-11 | 1984-07-21 | Seiko Epson Corp | 光酸化法 |
| JPS6124239A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜半導体装置の製造方法 |
| JPS6187341A (ja) * | 1984-10-05 | 1986-05-02 | Nec Corp | ビ−ム照射Ｓｉ表面酸化・窒化装置 |
-
1985
- 1985-03-08 JP JP60046040A patent/JPH0691076B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61206230A (ja) | 1986-09-12 |
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