JPH07297178A - 熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents
熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形成方法Info
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- JPH07297178A JPH07297178A JP8953594A JP8953594A JPH07297178A JP H07297178 A JPH07297178 A JP H07297178A JP 8953594 A JP8953594 A JP 8953594A JP 8953594 A JP8953594 A JP 8953594A JP H07297178 A JPH07297178 A JP H07297178A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のドライ酸化とウェット酸化の長所を採
り入れた熱処理装置を構成し、これを用いて初期歩留り
（ＴＺＤＢ特性）、経時的信頼性（ＴＤＤＢ特性）に優
れる極薄シリコン酸化膜を制御性良く形成する。 【構成】 石英チューブ３内のウェハＷをランプ２で加
熱するＲＴＯ（急速熱処理）装置の基本構成に、該石英
チューブ３内に高温水蒸気を供給するための外部燃焼装
置１４と、塩素を供給するためのＨＣｌ供給管８を付加
し、塩素を含む湿潤雰囲気下でＳｉウェハの表面にシリ
コン酸化膜を形成する。
り入れた熱処理装置を構成し、これを用いて初期歩留り
（ＴＺＤＢ特性）、経時的信頼性（ＴＤＤＢ特性）に優
れる極薄シリコン酸化膜を制御性良く形成する。 【構成】 石英チューブ３内のウェハＷをランプ２で加
熱するＲＴＯ（急速熱処理）装置の基本構成に、該石英
チューブ３内に高温水蒸気を供給するための外部燃焼装
置１４と、塩素を供給するためのＨＣｌ供給管８を付加
し、塩素を含む湿潤雰囲気下でＳｉウェハの表面にシリ
コン酸化膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は主として半導体装置の製
造において基板の酸化に用いられる熱処理装置、および
これを用いたシリコン酸化膜の形成方法に関し、特に絶
縁破壊耐圧（ＴＺＤＢ) 特性および経時絶縁破壊 (ＴＤ
ＤＢ) 特性に優れる極薄シリコン酸化膜を制御性良く形
成可能な装置および方法に関する。
造において基板の酸化に用いられる熱処理装置、および
これを用いたシリコン酸化膜の形成方法に関し、特に絶
縁破壊耐圧（ＴＺＤＢ) 特性および経時絶縁破壊 (ＴＤ
ＤＢ) 特性に優れる極薄シリコン酸化膜を制御性良く形
成可能な装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＯＳデバイスの高集積化に伴い、ゲー
ト絶縁膜についてもスケーリング則にしたがった高度な
薄膜化が求められている。たとえば、量産ラインに移行
されている現世代の１６ＭＤＲＡＭでは、最小加工寸法
は約０．５μｍ、ゲート絶縁膜の厚さは約１０〜１５ｎ
ｍとされているが、次世代の６４ＭＤＲＡＭでは最小加
工寸法を約０．３５μｍに縮小するに伴い、ゲート絶縁
膜の厚さも１０ｎｍ以下の極薄膜とする必要が生ずる。
ト絶縁膜についてもスケーリング則にしたがった高度な
薄膜化が求められている。たとえば、量産ラインに移行
されている現世代の１６ＭＤＲＡＭでは、最小加工寸法
は約０．５μｍ、ゲート絶縁膜の厚さは約１０〜１５ｎ
ｍとされているが、次世代の６４ＭＤＲＡＭでは最小加
工寸法を約０．３５μｍに縮小するに伴い、ゲート絶縁
膜の厚さも１０ｎｍ以下の極薄膜とする必要が生ずる。
【０００３】しかし、現状のＭＯＳトランジスタの動作
電圧（５Ｖ）が将来的には低減する方向で検討されては
いるものの、かかる薄いゲート絶縁膜には３ＭＶ／ｃｍ
以上の電界が印加されることになり、高電界ストレス、
電流の集中、電荷トラップの増大といった問題が深刻化
する状況にある。そのため、初期歩留りが高く、しかも
経時的な信頼性に優れる極薄ゲート絶縁膜の開発が急務
とされている。
電圧（５Ｖ）が将来的には低減する方向で検討されては
いるものの、かかる薄いゲート絶縁膜には３ＭＶ／ｃｍ
以上の電界が印加されることになり、高電界ストレス、
電流の集中、電荷トラップの増大といった問題が深刻化
する状況にある。そのため、初期歩留りが高く、しかも
経時的な信頼性に優れる極薄ゲート絶縁膜の開発が急務
とされている。
【０００４】ゲート絶縁膜は、Ｓｉデバイスの場合、Ｓ
ｉ基板の表面を熱酸化して形成されるシリコン酸化膜に
より構成される。従来知られるシリコン酸化膜の形成方
法としては、（ａ）ドライ酸化、（ｂ）ハロゲン添加ド
ライ酸化、（ｃ）ウェット酸化の３種類が代表的であ
る。
ｉ基板の表面を熱酸化して形成されるシリコン酸化膜に
より構成される。従来知られるシリコン酸化膜の形成方
法としては、（ａ）ドライ酸化、（ｂ）ハロゲン添加ド
ライ酸化、（ｃ）ウェット酸化の３種類が代表的であ
る。
【０００５】（ａ）のドライ酸化は、乾燥Ｏ2 雰囲気中
で酸化を行う方法である。この方法は、従来型のホット
・ウォール型の熱酸化炉でも行うことができるが、酸化
が低水分雰囲気下で進行し、コールド・ウォール型のチ
ャンバ内でも結露を生じないことから、近年ではこのド
ライ酸化をランプ加熱を利用したＲＴＯ（ｒａｐｉｄｔ
ｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：急速熱酸化）装置
を用いて行うことも提案されている。
で酸化を行う方法である。この方法は、従来型のホット
・ウォール型の熱酸化炉でも行うことができるが、酸化
が低水分雰囲気下で進行し、コールド・ウォール型のチ
ャンバ内でも結露を生じないことから、近年ではこのド
ライ酸化をランプ加熱を利用したＲＴＯ（ｒａｐｉｄｔ
ｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：急速熱酸化）装置
を用いて行うことも提案されている。
【０００６】（ｂ）のハロゲン添加ドライ酸化は、乾燥
Ｏ2 に微量のハロゲン系ガスを添加して雰囲気中で酸化
を行う方法である。ハロゲンはＨＣｌ（塩化水素）ガス
の形で供給される場合が多いが、近年ではＣ2 Ｃｌ3 Ｈ
3 （トリクロロエタン）やＣ 2 Ｃｌ2 Ｈ2 （ジクロロエ
チレン）等の有機ハロゲン化合物も用いられている。こ
の酸化も、やはりＲＴＯ装置を用いて行うことができ
る。
Ｏ2 に微量のハロゲン系ガスを添加して雰囲気中で酸化
を行う方法である。ハロゲンはＨＣｌ（塩化水素）ガス
の形で供給される場合が多いが、近年ではＣ2 Ｃｌ3 Ｈ
3 （トリクロロエタン）やＣ 2 Ｃｌ2 Ｈ2 （ジクロロエ
チレン）等の有機ハロゲン化合物も用いられている。こ
の酸化も、やはりＲＴＯ装置を用いて行うことができ
る。
【０００７】さらに、（ｃ）のウェット酸化は、水蒸気
を含む湿潤雰囲気下で酸化を行う方法であり、パイロジ
ェニック (ｐｙｒｏｇｅｎｉｃ）酸化とも呼ばれる。チ
ャンバ壁面における水蒸気の凝結を防止するため、通常
はホット・ウォール型の熱酸化炉を用いたファーネス・
アニールにより行われる。チャンバ内への水蒸気の導入
は水バブラを用いてももちろん可能であるが、近年では
よりクリーンで制御性の高い水素燃焼装置が多用されて
いる。
を含む湿潤雰囲気下で酸化を行う方法であり、パイロジ
ェニック (ｐｙｒｏｇｅｎｉｃ）酸化とも呼ばれる。チ
ャンバ壁面における水蒸気の凝結を防止するため、通常
はホット・ウォール型の熱酸化炉を用いたファーネス・
アニールにより行われる。チャンバ内への水蒸気の導入
は水バブラを用いてももちろん可能であるが、近年では
よりクリーンで制御性の高い水素燃焼装置が多用されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の各方
法により形成されたシリコン酸化膜は、絶縁破壊耐圧
（ＴＺＤＢ：Time-Zero Dielectric Breakdown) 特性お
よび経時絶縁破壊耐圧 (ＴＤＤＢ： Time-Dependent Di
electric Breakdown) 特性において各々異なった挙動を
示すことが知られている。ここで、ＴＺＤＢ特性とは、
シリコン酸化膜の初期歩留りの指標となる特性である。
一方のＴＤＤＢ特性とは、経時的な信頼性の指標となる
特性であり、通常はＱBD (絶縁破壊電荷：絶縁膜が絶縁
破壊を起こすまでに注入された総電荷量）の測定値をも
って示される。
法により形成されたシリコン酸化膜は、絶縁破壊耐圧
（ＴＺＤＢ：Time-Zero Dielectric Breakdown) 特性お
よび経時絶縁破壊耐圧 (ＴＤＤＢ： Time-Dependent Di
electric Breakdown) 特性において各々異なった挙動を
示すことが知られている。ここで、ＴＺＤＢ特性とは、
シリコン酸化膜の初期歩留りの指標となる特性である。
一方のＴＤＤＢ特性とは、経時的な信頼性の指標となる
特性であり、通常はＱBD (絶縁破壊電荷：絶縁膜が絶縁
破壊を起こすまでに注入された総電荷量）の測定値をも
って示される。
【０００９】ここで、上記（ａ）のドライ酸化によるシ
リコン酸化膜（以下、ドライ酸化膜と称する。）は、他
の２つの方法によるシリコン酸化膜に比べて表面平滑度
が低い、正孔トラップ密度が高い、界面準位密度が高い
等の膜質上の問題に起因して、ＴＺＤＢ特性，ＴＤＤＢ
特性共に劣ることが知られている。（ｂ）のハロゲン添
加ドライ酸化によるシリコン酸化膜（以下、ハロゲン添
加ドライ酸化膜と称する。）は、膜中の正イオン（ナト
リウムや重金属のイオン）がハロゲンでゲッタリングさ
れるためにＳｉ／ＳｉＯx 界面における界面準位密度お
よび正孔トラップ密度が低く、また膜中の欠陥密度が低
いために優れたＴＺＤＢ特性を示す。
リコン酸化膜（以下、ドライ酸化膜と称する。）は、他
の２つの方法によるシリコン酸化膜に比べて表面平滑度
が低い、正孔トラップ密度が高い、界面準位密度が高い
等の膜質上の問題に起因して、ＴＺＤＢ特性，ＴＤＤＢ
特性共に劣ることが知られている。（ｂ）のハロゲン添
加ドライ酸化によるシリコン酸化膜（以下、ハロゲン添
加ドライ酸化膜と称する。）は、膜中の正イオン（ナト
リウムや重金属のイオン）がハロゲンでゲッタリングさ
れるためにＳｉ／ＳｉＯx 界面における界面準位密度お
よび正孔トラップ密度が低く、また膜中の欠陥密度が低
いために優れたＴＺＤＢ特性を示す。
【００１０】しかし、ＴＤＤＢ特性に関しては、（ｃ）
のウェット酸化によるシリコン酸化膜（以下、ウェット
酸化膜と称する。）の方が優れていることが、実験的に
知られている。
のウェット酸化によるシリコン酸化膜（以下、ウェット
酸化膜と称する。）の方が優れていることが、実験的に
知られている。
【００１１】したがって、初期歩留りと経時信頼性の双
方に優れるシリコン酸化膜を形成するには、ＱBDに優れ
るウェット酸化膜にハロゲンを導入することが好都合で
あると考えられる。さらに、今後の膜厚１０ｎｍ以下の
薄いシリコン酸化膜を制御性良く形成可能なプロセスを
提供する観点からは、室温から１０００℃前後までの昇
温が数秒以内に行え、またチャンバ自体が小型で雰囲気
制御が容易なＲＴＯの方が、ファーネス・アニールより
も有利である。
方に優れるシリコン酸化膜を形成するには、ＱBDに優れ
るウェット酸化膜にハロゲンを導入することが好都合で
あると考えられる。さらに、今後の膜厚１０ｎｍ以下の
薄いシリコン酸化膜を制御性良く形成可能なプロセスを
提供する観点からは、室温から１０００℃前後までの昇
温が数秒以内に行え、またチャンバ自体が小型で雰囲気
制御が容易なＲＴＯの方が、ファーネス・アニールより
も有利である。
【００１２】そこで本発明は、これらの事実にもとづ
き、従来のドライ酸化とウェット酸化の長所を採り入れ
た熱処理を可能とする装置、およびこれを用いて初期歩
留りと経時的信頼性に優れるシリコン酸化膜を制御性良
く形成する方法を提供することを目的とする。
き、従来のドライ酸化とウェット酸化の長所を採り入れ
た熱処理を可能とする装置、およびこれを用いて初期歩
留りと経時的信頼性に優れるシリコン酸化膜を制御性良
く形成する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。すなわち、本発明
の熱処理装置は、基板を収容するチャンバと、前記基板
に吸収される波長の光を放出することにより該基板を加
熱するランプと、前記チャンバ内へ水蒸気を供給する水
蒸気供給手段と、前記チャンバ内へハロゲンを供給する
ハロゲン供給手段とを備え、前記基板に対してハロゲン
添加湿潤雰囲気下で急速熱処理を行うようになされたも
のである。
達するために提案されるものである。すなわち、本発明
の熱処理装置は、基板を収容するチャンバと、前記基板
に吸収される波長の光を放出することにより該基板を加
熱するランプと、前記チャンバ内へ水蒸気を供給する水
蒸気供給手段と、前記チャンバ内へハロゲンを供給する
ハロゲン供給手段とを備え、前記基板に対してハロゲン
添加湿潤雰囲気下で急速熱処理を行うようになされたも
のである。
【００１４】ここで、上記ランプとしては、Ｗハロゲン
・ランプやＸｅアーク・ランプ等の従来公知のランプを
用いることができる。Ｗハロゲン・ランプは、その赤外
光（波長０．４〜４μｍ）の波長領域がＳｉの基礎吸収
およびフリーキャリヤ吸収の波長領域と重なるため、Ｓ
ｉ基板を急速に加熱できる。一方のＸｅアーク・ランプ
は、スペクトルの大部分が１μｍ以下の短波長領域にあ
ってＳｉの基礎吸収波長領域に良く一致しているため、
フリーキャリヤ吸収の影響を受けず、低温から高温まで
安定した加熱を行うことができる。
・ランプやＸｅアーク・ランプ等の従来公知のランプを
用いることができる。Ｗハロゲン・ランプは、その赤外
光（波長０．４〜４μｍ）の波長領域がＳｉの基礎吸収
およびフリーキャリヤ吸収の波長領域と重なるため、Ｓ
ｉ基板を急速に加熱できる。一方のＸｅアーク・ランプ
は、スペクトルの大部分が１μｍ以下の短波長領域にあ
ってＳｉの基礎吸収波長領域に良く一致しているため、
フリーキャリヤ吸収の影響を受けず、低温から高温まで
安定した加熱を行うことができる。
【００１５】前記水蒸気供給手段は、水バブラであって
ももちろん良いが、不純物を低く抑える観点からは水素
燃焼装置を用いると特に好適である。この水素燃焼装置
の設置方式には、チャンバの内部に置かれる方式（内部
燃焼方式）とチャンバの外部に置かれる方式（外部燃焼
方式）とがあるが、本発明の熱処理装置は基本的には従
来のランプ・アニール装置と同様のコールド・ウォール
型装置であるため、過剰な結露を防止するために外部燃
焼方式を採用する方が良い。また、外部燃焼方式を採用
した場合にも、必要に応じてチャンバを加熱するヒータ
を設け、結露を防止するようにしても良い。
ももちろん良いが、不純物を低く抑える観点からは水素
燃焼装置を用いると特に好適である。この水素燃焼装置
の設置方式には、チャンバの内部に置かれる方式（内部
燃焼方式）とチャンバの外部に置かれる方式（外部燃焼
方式）とがあるが、本発明の熱処理装置は基本的には従
来のランプ・アニール装置と同様のコールド・ウォール
型装置であるため、過剰な結露を防止するために外部燃
焼方式を採用する方が良い。また、外部燃焼方式を採用
した場合にも、必要に応じてチャンバを加熱するヒータ
を設け、結露を防止するようにしても良い。
【００１６】上記ハロゲンは、通常はハロゲン系ガスの
形でチャンバ内へ供給される。このときのハロゲン供給
方式としては、上記水素燃焼装置の出口側配管にハロゲ
ン供給配管を接続し、高温水蒸気／ハロゲン系ガスの混
合気体をチャンバ内へ導入する方式が実用性、信頼性に
おいて優れている。しかし、配管系の腐食対策が十分に
施されていれば、水素燃焼装置の入口側配管にハロゲン
供給配管を接続し、ハロゲン系ガスを共に加熱すること
も可能である。あるいは、チャンバ内における気流の均
一性が十分に高い場合には、高温水蒸気とハロゲン系ガ
スとを別の配管から供給することも可能である。
形でチャンバ内へ供給される。このときのハロゲン供給
方式としては、上記水素燃焼装置の出口側配管にハロゲ
ン供給配管を接続し、高温水蒸気／ハロゲン系ガスの混
合気体をチャンバ内へ導入する方式が実用性、信頼性に
おいて優れている。しかし、配管系の腐食対策が十分に
施されていれば、水素燃焼装置の入口側配管にハロゲン
供給配管を接続し、ハロゲン系ガスを共に加熱すること
も可能である。あるいは、チャンバ内における気流の均
一性が十分に高い場合には、高温水蒸気とハロゲン系ガ
スとを別の配管から供給することも可能である。
【００１７】なお、上記ハロゲン系ガスの添加量は、外
部燃焼装置に導入されるＯ2 に対しておおよそ０．１〜
１０％の範囲に選択すれば良い。これより少ない場合に
は所望の添加効果が得られず、これより多い場合にはＳ
ｉ基板がエッチングされる虞れが大きくなる。より好ま
しい添加範囲は、おおよそ１〜５％である。
部燃焼装置に導入されるＯ2 に対しておおよそ０．１〜
１０％の範囲に選択すれば良い。これより少ない場合に
は所望の添加効果が得られず、これより多い場合にはＳ
ｉ基板がエッチングされる虞れが大きくなる。より好ま
しい添加範囲は、おおよそ１〜５％である。
【００１８】上述の熱処理装置のチャンバ内に前記基板
としてＳｉ基板を収容し、ハロゲン添加湿潤雰囲気下で
ランプによる急速熱処理を行うと、該Ｓｉ基板該の表面
にシリコン酸化膜を形成することができる。特に、ハロ
ゲンとして塩素を導入すると、より信頼性に優れるシリ
コン酸化膜を形成することができる。このときの塩素の
供給源としては、Ｃｌ2 あるいはＨＣｌ，Ｃ2 Ｃｌ3 Ｈ
3 ，Ｃ2 Ｃｌ2 Ｈ2 等の従来公知の塩素系化合物を用い
ることができる。
としてＳｉ基板を収容し、ハロゲン添加湿潤雰囲気下で
ランプによる急速熱処理を行うと、該Ｓｉ基板該の表面
にシリコン酸化膜を形成することができる。特に、ハロ
ゲンとして塩素を導入すると、より信頼性に優れるシリ
コン酸化膜を形成することができる。このときの塩素の
供給源としては、Ｃｌ2 あるいはＨＣｌ，Ｃ2 Ｃｌ3 Ｈ
3 ，Ｃ2 Ｃｌ2 Ｈ2 等の従来公知の塩素系化合物を用い
ることができる。
【００１９】かかるシリコン酸化膜は、たとえばＭＯＳ
トランジスタのゲート絶縁膜として形成して好適であ
る。もちろん、このシリコン酸化膜を用いてキャパシタ
絶縁膜を構成することもできるが、キャパシタ絶縁膜は
近年ではシリコン窒化膜を用いて形成される傾向にある
ため、実用上最も重要な応用形態はやはりゲート絶縁膜
である。
トランジスタのゲート絶縁膜として形成して好適であ
る。もちろん、このシリコン酸化膜を用いてキャパシタ
絶縁膜を構成することもできるが、キャパシタ絶縁膜は
近年ではシリコン窒化膜を用いて形成される傾向にある
ため、実用上最も重要な応用形態はやはりゲート絶縁膜
である。
【００２０】
【作用】本発明の熱処理装置は、基本的にはランプ加熱
によるＲＴＯ装置でありながらウェット酸化が可能とな
され、かつハロゲン添加も可能となされている。よっ
て、本装置を用いればハロゲン添加湿潤雰囲気下におけ
るＳｉ基板のＲＴＯが可能となり、従来のウェット酸化
膜と同様に経時信頼性に優れるシリコン酸化膜を、ｎｍ
オーダーの精度で膜厚制御を行いながら、かつ迅速に形
成することが可能となる。
によるＲＴＯ装置でありながらウェット酸化が可能とな
され、かつハロゲン添加も可能となされている。よっ
て、本装置を用いればハロゲン添加湿潤雰囲気下におけ
るＳｉ基板のＲＴＯが可能となり、従来のウェット酸化
膜と同様に経時信頼性に優れるシリコン酸化膜を、ｎｍ
オーダーの精度で膜厚制御を行いながら、かつ迅速に形
成することが可能となる。
【００２１】また、本発明のシリコン酸化膜の形成方法
をＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜を形成するプロセ
スに応用すれば、該ゲート絶縁膜が将来１０ｎｍ以下に
薄膜化された場合にも十分な信頼性を保証することがで
きる。
をＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜を形成するプロセ
スに応用すれば、該ゲート絶縁膜が将来１０ｎｍ以下に
薄膜化された場合にも十分な信頼性を保証することがで
きる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【００２３】実施例１ 本実施例では、外部燃焼装置とＨＣｌ導入管を備えたＲ
ＴＯ装置の構成例について、図１を参照しながら説明す
る。本ＲＴＯ装置は、熱処理部と湿潤雰囲気生成部とに
大別される。上記熱処理部は、ウェハＷを収容してＲＴ
Ｏを行うチャンバである石英チューブ３、この石英チュ
ーブ３の外壁面に沿って配列され、前記ウェハＷに吸収
される波長の光を放射するランプ２、これら石英チュー
ブ３とランプとを収容するランプ・ハウス１を主な構成
要素とする。
ＴＯ装置の構成例について、図１を参照しながら説明す
る。本ＲＴＯ装置は、熱処理部と湿潤雰囲気生成部とに
大別される。上記熱処理部は、ウェハＷを収容してＲＴ
Ｏを行うチャンバである石英チューブ３、この石英チュ
ーブ３の外壁面に沿って配列され、前記ウェハＷに吸収
される波長の光を放射するランプ２、これら石英チュー
ブ３とランプとを収容するランプ・ハウス１を主な構成
要素とする。
【００２４】上記ウェハＷは、支持アーム６先端の石英
ピンを裏面から当接させることにより、石英チューブ３
内に水平に支持されている。石英チューブ３のフィルタ
５設置側の一端（図１では右端）は細く絞られ、バルブ
４を介して図示されない排気系統に接続されており、こ
れによりチューブ内の気体がパーティクルを除去された
後に排気されるようになされている。
ピンを裏面から当接させることにより、石英チューブ３
内に水平に支持されている。石英チューブ３のフィルタ
５設置側の一端（図１では右端）は細く絞られ、バルブ
４を介して図示されない排気系統に接続されており、こ
れによりチューブ内の気体がパーティクルを除去された
後に排気されるようになされている。
【００２５】また、石英チューブ３の他端（図１では左
端）は前扉１７により閉鎖されており、ウェハＷの搬出
入は該前扉１７の一部に開口するウェハ搬出入口１８を
介して行われる。
端）は前扉１７により閉鎖されており、ウェハＷの搬出
入は該前扉１７の一部に開口するウェハ搬出入口１８を
介して行われる。
【００２６】上記ランプ・ハウス１は、ランプ２や石英
チューブ３を所定の位置関係に保持する治具であると同
時に、その内面はランプ２から放射される光を反射させ
て効率的かつ均一にウェハＷへ照射するための鏡面反射
板も兼ねている。上記ランプ２としては、ここではＷハ
ロゲン・ランプを使用した。また、ランプ２の配列とし
ては、８本のランプを石英チューブ３の上側に平行に並
べた構成を例示したが、これと直交する方向にも平行に
複数のランプを配して照射の均一性を向上させたり、ま
たは石英チューブ３の下側にも配列して加熱能力を向上
させた構成としても良い。さらにあるいは、ＲＴＯを行
うチャンバがそれ程大きくない場合には、１個のランプ
からの放射光を凹面鏡や拡散板を利用してウェハＷへ照
射しても良い。
チューブ３を所定の位置関係に保持する治具であると同
時に、その内面はランプ２から放射される光を反射させ
て効率的かつ均一にウェハＷへ照射するための鏡面反射
板も兼ねている。上記ランプ２としては、ここではＷハ
ロゲン・ランプを使用した。また、ランプ２の配列とし
ては、８本のランプを石英チューブ３の上側に平行に並
べた構成を例示したが、これと直交する方向にも平行に
複数のランプを配して照射の均一性を向上させたり、ま
たは石英チューブ３の下側にも配列して加熱能力を向上
させた構成としても良い。さらにあるいは、ＲＴＯを行
うチャンバがそれ程大きくない場合には、１個のランプ
からの放射光を凹面鏡や拡散板を利用してウェハＷへ照
射しても良い。
【００２７】ランプ・ハウス１の底部外壁面にはパイロ
メータ７が配設されており、ウェハＷの裏面から放射さ
れる特定の波長の光量を測定して温度に換算することに
より、ウェハＷの温度をモニタできるようになされてい
る。
メータ７が配設されており、ウェハＷの裏面から放射さ
れる特定の波長の光量を測定して温度に換算することに
より、ウェハＷの温度をモニタできるようになされてい
る。
【００２８】一方、上記湿潤雰囲気生成部は、外部燃焼
装置１４を中心とする部分であり、ここで生成された高
温水蒸気をハロゲンと共に石英チューブ３内へ導入する
役割を担う。上記外部燃焼装置１４の入口側には、バル
ブ１１を備えたＨ2 導入管１０とバルブ１３を備えたＯ
2 導入管１２とが接続されており、これらのバルブおよ
び図示されないマス・フロー・コントローラを用いて流
量を制御しながらＨ2 とＯ2とが導入されるようになさ
れている。外部燃焼装置１４では、Ｈ2 が燃焼されるこ
とにより高温水蒸気が生成される。外部燃焼装置１４の
出口側には出口側配管１５が接続されており、該出口側
配管１５の末端はバルブ１６を介して上述の前扉１７に
開口している。
装置１４を中心とする部分であり、ここで生成された高
温水蒸気をハロゲンと共に石英チューブ３内へ導入する
役割を担う。上記外部燃焼装置１４の入口側には、バル
ブ１１を備えたＨ2 導入管１０とバルブ１３を備えたＯ
2 導入管１２とが接続されており、これらのバルブおよ
び図示されないマス・フロー・コントローラを用いて流
量を制御しながらＨ2 とＯ2とが導入されるようになさ
れている。外部燃焼装置１４では、Ｈ2 が燃焼されるこ
とにより高温水蒸気が生成される。外部燃焼装置１４の
出口側には出口側配管１５が接続されており、該出口側
配管１５の末端はバルブ１６を介して上述の前扉１７に
開口している。
【００２９】また、出口側配管１５のバルブ１６よりも
上流側の中途部には、バルブ９を備えたハロゲン導入管
８が接続されている。これにより、ハロゲンが出口側配
管１５内にて高温水蒸気と混合され、この混合気体とし
ての流量をバルブ１６で制御されながら、石英チューブ
３内へ導入される。ここでは、ハロゲンとしてＨＣｌを
用いている。
上流側の中途部には、バルブ９を備えたハロゲン導入管
８が接続されている。これにより、ハロゲンが出口側配
管１５内にて高温水蒸気と混合され、この混合気体とし
ての流量をバルブ１６で制御されながら、石英チューブ
３内へ導入される。ここでは、ハロゲンとしてＨＣｌを
用いている。
【００３０】本発明のＲＴＯ装置は、かかる構成を採用
することにより、ハロゲン含有湿潤雰囲気下におけるＲ
ＴＯを可能とするものであり、以下、これをパイロジェ
ニック−ＲＴＯ装置と称することにする。
することにより、ハロゲン含有湿潤雰囲気下におけるＲ
ＴＯを可能とするものであり、以下、これをパイロジェ
ニック−ＲＴＯ装置と称することにする。
【００３１】実施例２ 本実施例では、上述のパイロジェニック−ＲＴＯ装置を
ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の形成に応用し、Ｓ
ｉウェハの表面に極薄シリコン酸化膜を形成した。ま
ず、バルブ１６，４を閉じた状態で単結晶Ｓｉからなる
ウェハＷを石英チューブ３内にセットし、続いてこれら
のバルブ１６，４を開いた。
ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の形成に応用し、Ｓ
ｉウェハの表面に極薄シリコン酸化膜を形成した。ま
ず、バルブ１６，４を閉じた状態で単結晶Ｓｉからなる
ウェハＷを石英チューブ３内にセットし、続いてこれら
のバルブ１６，４を開いた。
【００３２】次に、バルブ１１，１３を開いてそれぞれ
Ｈ2 とＯ2 を１：１の流量比にて外部燃焼装置１４に供
給し、燃焼させた。この燃焼反応は、Ｈ2 ＋Ｏ2 → Ｈ
2 Ｏ＋ 1/2 Ｏ2 の式で示されるごとく、Ｏ2 が過剰な
条件下で進行する。さらに、バルブ９を開いてＨＣｌを
導入した。このときのＨＣｌ流量は、Ｏ2（あるいはＨ
2 ）に対して３％とした。
Ｈ2 とＯ2 を１：１の流量比にて外部燃焼装置１４に供
給し、燃焼させた。この燃焼反応は、Ｈ2 ＋Ｏ2 → Ｈ
2 Ｏ＋ 1/2 Ｏ2 の式で示されるごとく、Ｏ2 が過剰な
条件下で進行する。さらに、バルブ９を開いてＨＣｌを
導入した。このときのＨＣｌ流量は、Ｏ2（あるいはＨ
2 ）に対して３％とした。
【００３３】つまり、ここでは石英チューブ３内へ高温
水蒸気／Ｏ2 ／ＨＣｌの混合気体が供給される。本実施
例のＲＴＯ条件の一例を、以下に示す。
水蒸気／Ｏ2 ／ＨＣｌの混合気体が供給される。本実施
例のＲＴＯ条件の一例を、以下に示す。
【００３４】Ｏ2 流量 ６ ＳＣＣＭ（外部
燃焼装置１４への供給量） Ｈ2 流量 ６ ＳＣＣＭ（外部燃焼装置１４
への供給量） ＨＣｌ流量 ０．２ ＳＣＣＭ ウェハ温度 １０００ ℃ 酸化時間 ３０ 秒 昇温速度 １００ ℃／秒 このＲＴＯにより、膜厚約５ｎｍのシリコン酸化膜が形
成された。以下、このシリコン酸化膜をパイロジェニッ
ク−ＲＴＯ膜と称する。
燃焼装置１４への供給量） Ｈ2 流量 ６ ＳＣＣＭ（外部燃焼装置１４
への供給量） ＨＣｌ流量 ０．２ ＳＣＣＭ ウェハ温度 １０００ ℃ 酸化時間 ３０ 秒 昇温速度 １００ ℃／秒 このＲＴＯにより、膜厚約５ｎｍのシリコン酸化膜が形
成された。以下、このシリコン酸化膜をパイロジェニッ
ク−ＲＴＯ膜と称する。
【００３５】次に、このパイロジェニック−ＲＴＯ膜の
信頼性を、ＴＺＤＢ特性とＴＤＤＢ特性により評価し
た。ＴＺＤＢ特性は、面積５ｍｍ2 のＭＯＳキャパシタ
に階段状に増加する電界を印加し、０．１μｍの電流を
流すのに要する電界を測定し、ウェハ１枚あたり１１０
０個のＭＯＳキャパシタを測定した場合に８ＭＶ／ｃｍ
以上の値を示す合格品の割合、すなわち耐圧収率（％）
で表した。
信頼性を、ＴＺＤＢ特性とＴＤＤＢ特性により評価し
た。ＴＺＤＢ特性は、面積５ｍｍ2 のＭＯＳキャパシタ
に階段状に増加する電界を印加し、０．１μｍの電流を
流すのに要する電界を測定し、ウェハ１枚あたり１１０
０個のＭＯＳキャパシタを測定した場合に８ＭＶ／ｃｍ
以上の値を示す合格品の割合、すなわち耐圧収率（％）
で表した。
【００３６】一方のＴＤＤＢ特性は、面積０．１ｍｍ2
のＭＯＳキャパシタに電流密度０．２Ａ／ｃｍ2 にて電
流を注入し、ウェハ１枚あたり５０個のＭＯＳキャパシ
タを測定した場合に２５番目に破壊したＭＯＳキャパシ
タのＱBD値をもって表した。これらの結果を従来のハロ
ゲン添加ドライ酸化膜のＴＺＤＢ特性およびＴＤＤＢ特
性と比較したところ、前者には平均して約１０％、後者
には約５％の改善がみられた。これにより、本発明によ
るパイロジェニック−ＲＴＯ膜の信頼性の高さが証明さ
れた。
のＭＯＳキャパシタに電流密度０．２Ａ／ｃｍ2 にて電
流を注入し、ウェハ１枚あたり５０個のＭＯＳキャパシ
タを測定した場合に２５番目に破壊したＭＯＳキャパシ
タのＱBD値をもって表した。これらの結果を従来のハロ
ゲン添加ドライ酸化膜のＴＺＤＢ特性およびＴＤＤＢ特
性と比較したところ、前者には平均して約１０％、後者
には約５％の改善がみられた。これにより、本発明によ
るパイロジェニック−ＲＴＯ膜の信頼性の高さが証明さ
れた。
【００３７】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形
成方法によれば、初期歩留りおよび経時信頼性の双方に
優れるシリコン酸化膜を、ｎｍオーダーで膜厚を制御し
ながら形成することが可能となる。したがって本発明
は、極薄シリコン酸化膜の信頼性向上を通じて半導体装
置の微細化、高集積化、高信頼化に大きく貢献するもの
である。
明の熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形
成方法によれば、初期歩留りおよび経時信頼性の双方に
優れるシリコン酸化膜を、ｎｍオーダーで膜厚を制御し
ながら形成することが可能となる。したがって本発明
は、極薄シリコン酸化膜の信頼性向上を通じて半導体装
置の微細化、高集積化、高信頼化に大きく貢献するもの
である。
【図１】本発明を適用して構成したパイロジェニック−
ＲＴＯ装置の構成例を示す模式的断面図である。
ＲＴＯ装置の構成例を示す模式的断面図である。
１ ランプ・ハウス ２ ランプ ３ 石英チューブ ７ パイロメータ ８ ＨＣｌ導入管 １０ Ｈ2 導入管 １２ Ｏ2 導入管 １４ 外部燃焼装置 １５ 出口側配管 Ｗ Ｓｉウェハ
Claims (4)
- 【請求項１】 基板を収容するチャンバと、 前記基板に吸収される波長の光を放出することにより該
基板を加熱するランプと、 前記チャンバ内へ水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、 前記チャンバ内へハロゲンを供給するハロゲン供給手段
とを備え、 前記基板に対してハロゲン添加湿潤雰囲気下で急速熱処
理を行うようになされた熱処理装置。 - 【請求項２】 前記水蒸気供給手段は水素を燃焼させる
水素燃焼装置を含むことを特徴とする請求項１記載の熱
処理装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の熱処理
装置のチャンバ内に前記基板としてＳｉ基板を収容し、
ハロゲン添加湿潤雰囲気下で前記ランプによる急速熱酸
化を行うことにより該Ｓｉ基板の表面にシリコン酸化膜
を形成するシリコン酸化膜の形成方法。 - 【請求項４】 前記シリコン酸化膜はＭＯＳトランジス
タのゲート絶縁膜として形成されることを特徴とする請
求項３記載のシリコン酸化膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8953594A JPH07297178A (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8953594A JPH07297178A (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07297178A true JPH07297178A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=13973516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8953594A Withdrawn JPH07297178A (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 熱処理装置およびこれを用いたシリコン酸化膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07297178A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1193748A1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-04-03 | Texas Instruments Inc. | Silicon oxidation method for reduction of the charge trap concentration at the silicon-oxide interface |
| JP2002203848A (ja) * | 2000-11-09 | 2002-07-19 | Battelle Memorial Inst | 多孔質シリカの脱ヒドロキシル化およびアルキル化のための真空／気相反応器 |
| JP2007324614A (ja) * | 2007-07-20 | 2007-12-13 | Renesas Technology Corp | 半導体集積回路装置の製造方法 |
| JP2015015413A (ja) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 三菱電機株式会社 | ガス捕捉体およびそれを備えた半導体製造装置 |
-
1994
- 1994-04-27 JP JP8953594A patent/JPH07297178A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1193748A1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-04-03 | Texas Instruments Inc. | Silicon oxidation method for reduction of the charge trap concentration at the silicon-oxide interface |
| US6797644B2 (en) | 2000-08-01 | 2004-09-28 | Texas Instruments Incorporated | Method to reduce charge interface traps and channel hot carrier degradation |
| JP2002203848A (ja) * | 2000-11-09 | 2002-07-19 | Battelle Memorial Inst | 多孔質シリカの脱ヒドロキシル化およびアルキル化のための真空／気相反応器 |
| JP2007324614A (ja) * | 2007-07-20 | 2007-12-13 | Renesas Technology Corp | 半導体集積回路装置の製造方法 |
| JP2015015413A (ja) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 三菱電機株式会社 | ガス捕捉体およびそれを備えた半導体製造装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010703 |