JPH08330198A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08330198A
JPH08330198A JP13028195A JP13028195A JPH08330198A JP H08330198 A JPH08330198 A JP H08330198A JP 13028195 A JP13028195 A JP 13028195A JP 13028195 A JP13028195 A JP 13028195A JP H08330198 A JPH08330198 A JP H08330198A
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JP
Japan
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silicon wafer
wafer
semiconductor device
temperature
oxide film
Prior art date
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JP13028195A
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English (en)
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Moriya Miyashita
守也 宮下
Youko Toyomaru
陽子 豊丸
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンウェーハ表面を原子的レベルで平坦
化する技術を提供する。 【構成】 所定のミスオリエンテーション・アングル以
下のシリコンウェーハを弗酸・過酸化水素水に浸す、あ
るいは弗酸水溶液中で紫外線を照射した後、1150℃
以上の高温水素雰囲気中に30分間以上保持する。この
処理によりウェーハ表面には均一なステップ−テラス構
造が形成され、その表面に形成された酸化膜の絶縁破壊
特性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】半導体装置の製造方法に関するも
のであり、特にMOS集積回路等の高集積半導体デバイ
スの製造に必要なシリコンウェーハの表面処理に係るも
のである。
【0002】
【従来の技術】半導体製造プロセスの開発は、半導体ウ
ェハの界面制御方法の開発であるとも言える。lGbD
RAMの開発も発表されるようになった現在のディープ
サブミクロンプロセスの時代においては、ますますその
制御が重要性を帯びてきている。たとえば0.3〜0.
2μmプロセスでのMOSトランジスタのゲート酸化膜
厚は10nm以下となり、フラッシュEEPROMやN
AND型EEPROMのトンネル絶縁膜厚は数nmの領
域に達している。このような先端的なMOSデバイスで
は酸化膜の絶縁破壊特性の向上が求められている。
【0003】また、Si上への極薄酸化膜形成はMOS
デバイスに限られるものでもなく、さらに低抵抗メタル
コンタクト形成、選択メタルCVD、エピタキシなどが
要求される種々の半導体デバイスプロセスの高信頼化を
実現するために、(1)Siウェハ表面の微粒子や重金
属汚染の除去と精密清浄化、(2)表面自然酸化膜の成
長を大幅に抑えるかまたは完全に抑止すること、(3)
ウェハ表面の原子スケールでの平坦性の向上等が必要と
なってきている。
【0004】このような要求に対し、シリコンウェーハ
を水素雰囲気中で1200℃程度の高温でアニールをす
ることにより表層無欠陥層を形成し酸化膜の絶縁破壊特
性を向上させる技術が開発され大きな効果を挙げてい
る。このような高温水素アニール処理が施されたシリコ
ンウェーハは水素アニールウェーハと呼ばれる。すなわ
ち、シリコン表面は高温水素アニールされることにより
原子が再配列することにより界面特性が改善され、絶縁
破壊特性が向上するのである。これらの特性の改善は高
温水素雰囲気中では最表面に位置するシリコン原子は容
易に動き回り最も安定な位置に再配列しようとすること
に起因している。ところでウェーハ表面は(100)あ
るいは(111)面で切り出されている場合が多いが実
際のウェーハ表面は意図的に、あるいは意図せずにこれ
らの面からわずかであるがずらして切り出されており、
このずれの角度をミスオリエンテーション・アングルあ
るいはオフアングルと呼んでいる。アニール後の表面を
原子間力顕微鏡(AFM)で観察すると周期的なステッ
プ−テラス構造に起因したうねりが観察されることがあ
る。ウェーハ表面が(100)面である場合は、高温水
素アニールによりテラス面を(100)とするステップ
−テラス構造が出現するが、そのテラス長Lはミスオリ
エンテーション・アングルαの大きさに依存し両者の間
には、 tanα=h/L……(1) の関係があることが知られている。ここでhはステップ
高さである。即ち、ミスオリエンテーション・アングル
αが小さくなるとテラス長Lが長くなる傾向にある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
水素アニールウェーハ表面を観察すると(1)式のミス
オリエンテーション・アングルαから予想されるテラス
長Lとは異なる長さのテラスが存在していることが多
い。またステップの並んでいる方向もミスオリエンテー
ションの方向とは異なっている場合がある。また表面に
は、ステップ−テラス構造に起因した周期的なうねりが
発生しており、ウェーハ面内でこれら周期構造が異なっ
た状態で存在するとシリコンウェーハ表面に薄い酸化膜
を形成した場合、絶縁破壊に至るまでの時間がウェーハ
面内でばらついてしまうという問題が発生する。
【0006】上記問題点に鑑み本発明は高温水素アニー
ル後の表面構造を原子レベルで制御できるシリコンウェ
ーハ表面の処理方法を提供し、その後の工程でウェーハ
表面に形成された酸化膜の絶縁破壊特性のばらつきを制
御することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は図1のフローチャートに示すように、(1
00)面のミスオリエンテーション・アングルαを0.
2°以下に設定したシリコンウェーハを弗酸(HF)と
過酸化水素水(H2 2 )混合液に浸(浸漬)した後、
1150℃以上の温度に昇温し水素雰囲気中で例えば1
時間程度の所定の時間保持し高温水素アニールを行うこ
とを第1の特徴とする。HF:H2 2混合液浸漬前は
RCA洗浄法等の周知の基板洗浄法を用い、その後この
RCA洗浄によって形成された自然酸化膜を除去してお
くことが望ましい。図1の高温水素アニールの後はたと
えばLOCOS法によるフィールド酸化膜形成,その後
のゲート酸化,ポリシリコンCVD等の諸工程等から成
る標準MOSプロセス等の所望の半導体装置製造工程を
行えばよい。
【0008】好ましくはHF:H2 2 混合液の混合比
は1:5乃至1:100であることである。
【0009】本発明の第2の特徴は、第1の特徴におけ
るHF:H2 2 混合液浸漬のかわりに、シリコンウェ
ーハを弗酸水溶液中に配置し、該シリコンウェーハ表面
に波長150〜280nmの紫外線照射をした後、11
50℃以上の温度に該シリコンウェーハを昇温し、水素
雰囲気中で所定の時間保持し、高温水素アニールを行う
ことである。
【0010】
【作用】上記構成のシリコンウェーハの処理方法によれ
ば高温水素アニール処理前に過酸化水素水と弗酸の混合
液で処理することにより、高温水素アニール処理後の表
面にウェーハ全面に渡って制御された均一性の高いステ
ップ−テラス構造が形成される。過酸化水素水と弗酸の
混合液で処理する代わりに、弗酸水溶液中でシリコンウ
ェーハ表面に紫外光を照射しても同様である。
【0011】
【実施例】シリコンウェーハとして直径200mm、面
方位(100)、p型、抵抗率2Ωcm,CZ法で育成
した片面が鏡面仕上のものを用いる。面方位(100)
からのミスオリエンテーション・アングルαは0.02
°,0.1°,0.5°,2°のものをそれぞれ準備し
て、比較しながら本発明の実施例を説明する。高温水素
アニールの前処理として次の処理を行う。まず一般的に
RCA洗浄と呼ばれている処理をウェーハ表面の不純物
を除去するために行なう。具体的には、HCl,H2
2 ,H2 Oの混合液(比率1:1:5)を75℃に加温
した液に10分間浸した後、超純水で10分間水洗処理
(リンス)し、その後、NH4 OH,H2 2 ,H2
の混合液(比率1:1:5)を75℃に加温した液に1
0分間した後、超純水で10分間水洗処理する。その後
0.1%HF水溶液(室温)に3分間浸し自然酸化膜を
剥離した後、超純水で10分間水洗処理する。この超純
水は自然酸化膜を新たに成長させないようにするため
に、溶存酸素を10ppb以下にすることが好ましい。
その後、HF:H2 2 =1:10の液に20分間浸漬
する。この時の液温は20〜30℃が好ましい。また、
この浸潰時間は1:10の液では20分間以上が好まし
く、これよりも短いと、その後に高温水素アニールを行
った場合テラス長のばらつきが大きくなる。超純水で1
0分間水洗処理した後、スピンドライ法等を用い乾燥
し、700℃に保たれた窒素雰囲気の縦型拡散炉内にウ
ェーハを挿入する。その後、炉内雰囲気を水素に置換
し、ウェーハ温度(基板温度)を1200℃まで昇温し
て1時間保つ。この時の昇温速度は早い方が望ましく、
たとえば1200℃までの昇温は15℃/分〜20℃/
分が好ましい。しかし、これ以上早く昇温するとスリッ
プが発生するので注意が必要である。その後、700℃
まで基板温度を降温し雰囲気を窒素に置換した後、ウェ
ーハを炉から取り出す。降温も15℃/分〜20°/分
で行うのが好ましい。
【0012】上記の実施例の中でHF:H2 2 の比率
は、1:5〜1:100の間であれば良い。ウェーハ表
面は弗酸と過酸化水素水混合液中で処理されることによ
り、過酸化水素水で表面が酸化され弗酸でその酸化膜が
溶解されるという反応が競合する。この反応が進行する
ことによりウェーハ表面にステップ−テラス構造が形成
される。
【0013】上記の実施例においてHF:H2 2
1:10の混合液で処理する代わりに、弗酸水溶液(H
F:H2 O=1:10)中にウェーハを浸しながら波長
150〜280nmの紫外光たとえば低圧水銀ランプを
光源とした紫外光を照射してもよい。またエキシマレー
ザのArF(λ=193nm)あるいはKrF(λ=2
49nm)等の紫外光を照射してもよい。
【0014】
【発明の効果】従来技術では高温水素アニール後表面の
ステップ−テラス構造はウェーハ面内でテラス長がばら
ついていたが、本発明によりウェーハ面内のばらつきを
低減させることができた。その違いを図2に示す。すな
わち、図2は従来方法による表面処理と、本発明による
表面処理を行ったウェーハについて、それぞれ1200
℃,1時間高温水素アニールを行った場合の、前述した
ミスオリエンテーション・アングルα0.02°,0.
1°,0.5°,2°のウェーハに対するそれぞれのテ
ラス長の変化を示したものである。図2により、本発明
によるウェーハの方がテラス長のばらつきが小さくなっ
ていることがわかる。特にミスオリエンテーション・ア
ングル0.2°以下においてその効果が顕著である。
【0015】また、これらウェーハに厚さ10nmの熱
酸化膜を有する面積1mm2 のMOSキャパシタをウェ
ーハ面上に100個形成し、ストレス電界10MV/c
mの電界を加えて破壊するまでの時間を比べたものが図
3である。図3に示したMOSキャパシタ作製に用いた
ウェーハは本発明も、従来技術もミスオリエンテーショ
ン・アングルαが0.5のもので、これを1200℃,
1時間の高温水素アニールをしたものである。そして図
3における従来技術の高温水素アニールの前の処理はN
4 OH,H2 2 ,H2 Oの混合液(比率1:1:
5)で75℃,10分間の洗浄で、本発明はこの従来技
術の処理に加えるに、HF,H2 2 混合液(比率1:
5)で25℃,10分間の洗浄をしたものである。また
従来技術および本発明ともに、純水のリンスは10分間
の場合である。図3により本発明により破壊するまでの
時間のばらつきが非常に小さくなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概略を示すフローチャートである。
【図2】従来技術及び本発明におけるシリコンウェーハ
表面に形成されているステップ−テラス構造のテラス長
のミスオリエンテーション・アングル依存性を示す図で
ある。
【図3】従来技術及び本発明におけるシリコンウェーハ
表面に形成したMOSキャパシタの破壊するまでの時間
を比較する図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (100)面からの傾斜角度を0.2°
    以下にしたシリコンウェーハを弗酸と過酸化水素水混合
    液に浸した後、1150℃以上の温度に昇温し水素雰囲
    気中で所定の時間保持することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記弗酸と過酸化水素水混合液の混合比
    は1:5乃至1:100であることを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 (100)面からの傾斜角度を0.2°
    以下にしたシリコンウェーハを弗酸水溶液中に配置し、
    該シリコンウェーハ表面に波長150〜280nmの紫
    外線照射をした後、1150℃以上の温度に該シリコン
    ウェーハを昇温し水素雰囲気中で所定の時間保持するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP13028195A 1995-05-29 1995-05-29 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH08330198A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000062343A1 (fr) * 1999-04-09 2000-10-19 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Plaquette a silicium sur isolant et procede de production de plaquette a silicium sur isolant
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Effective date: 20020806