JPH0964028A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing semiconductor device

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JPH0964028A
JPH0964028A JP7240735A JP24073595A JPH0964028A JP H0964028 A JPH0964028 A JP H0964028A JP 7240735 A JP7240735 A JP 7240735A JP 24073595 A JP24073595 A JP 24073595A JP H0964028 A JPH0964028 A JP H0964028A
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gas
processing container
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silicon
oxidation
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泰志 赤坂
Kyoichi Suguro
恭一 須黒
Kazuaki Nakajima
一明 中嶋
Kiyotaka Miyano
清孝 宮野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To safely selectively oxidize silicon by introducing specific mixed gas into a treating vessel containing a base to be treated having the exposed part of the silicon, setting the partial pressure H2 gas in the vessel to less than specific value, and setting the temperature of the base to be treated to a specific value or more. SOLUTION: A base to be treated having the exposed part of silicon is contained in a treating vessel 115, and non-oxidative gas different from H2 gas, H2 O gas and H2 gas is introduced into the vessel 115. The partial pressure of the H2 gas in the vessel 115 is set to less than 4%, the temperature of the base to be treated is set to 600 deg.C or higher, and the exposed part of the silicon is selectively oxidized. For example, the non-oxidative gas different from the H2 gas is N2 gas, and the H2 O gas is supplied from a bubbler 123 with N2 gas as carrier gas. The H2 gas partial pressure in the vessel 115 is controlled by flow controllers 104 to 106, and the H2 O gas in the entire atmosphere is monitored by a moisture meter 113.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンの酸化に
特徴がある半導体装置の製造方法および製造装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device characterized by oxidation of silicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュ−タ−や通信機器等の重要部分
には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達成す
るようにむすびつけ、1チップ上に集積化して形成した
大規模集積回路(LSI)が多用されている。このた
め、機器全体の性能は、LSI単体の性能と大きく結び
付いている。LSI単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。
2. Description of the Related Art Large-scale integrated circuits (LSIs) formed by connecting a large number of transistors, resistors, etc. to an electric circuit in important parts of a computer, communication equipment, etc. ) Is often used. For this reason, the performance of the entire device is greatly related to the performance of the LSI alone. The performance of the LSI alone can be improved by increasing the degree of integration, that is, by miniaturizing the elements.

【0003】しかし、近年の素子の微細化による半導体
集積回路の高集積化に伴い、ゲート電極等の電極やゲー
ト配線等の配線のRC遅延によって、素子の動作速度が
律速されるという問題が顕在化してきた。
However, with the high integration of semiconductor integrated circuits due to the miniaturization of elements in recent years, there is a problem that the operation speed of the element is limited by RC delay of electrodes such as gate electrodes and wiring such as gate wiring. It has turned into.

【0004】この種の遅延は電極や配線の低抵抗化によ
り抑制できる。例えば、MOSトランジスタ等のゲート
電極の場合であれば、従来より用いられている多結晶シ
リコンゲートの代わりに、金属シリサイド膜と多結晶シ
リコン膜との2層構造ゲート(ポリサイドゲート)を用
いることにより抑制できる。
This type of delay can be suppressed by reducing the resistance of the electrodes and wiring. For example, in the case of a gate electrode of a MOS transistor or the like, a two-layer structure gate (polycide gate) of a metal silicide film and a polycrystalline silicon film is used instead of the polycrystalline silicon gate which has been conventionally used. Can be suppressed by.

【0005】しかし、0.25μm世代以降では、ポリ
サイドゲートよりも低抵抗のゲート電極が求められ、最
近、高融点金属膜と反応防止層と多結晶シリコン膜との
3層構造ゲート(ポリメタルゲート)が注目されてい
る。
However, after the 0.25 μm generation, a gate electrode having a resistance lower than that of a polycide gate is required, and recently, a three-layer structure gate (polymetal film) of a refractory metal film, a reaction preventive layer and a polycrystalline silicon film has been demanded. The gate) is drawing attention.

【0006】ここで、高融点金属としてタングステン
(W)を用いれば、タングステンの比抵抗はタングステ
ンシリサイド(WSix )に比べ約1桁小さいので、R
C遅延時間の大幅な短縮が可能である。また、ポリサイ
ドゲートで用いた技術の多くの部分を継承できるという
利点もある。
[0006] Here, the use of tungsten (W) as a high melting point metal, since the specific resistance of the tungsten was about one order of magnitude smaller than the tungsten silicide (WSi x), R
The C delay time can be greatly shortened. It also has the advantage that many of the techniques used for polycide gates can be inherited.

【0007】一方、LSI製造工程においては、通常、
多結晶シリコンゲート、ポリサイドゲート、ポリメタル
ゲート等のゲートを形成した後、素子の特性や信頼性の
向上を目的とした後酸化という工程が行なわれている。
On the other hand, in the LSI manufacturing process,
After forming a gate such as a polycrystalline silicon gate, a polycide gate, and a polymetal gate, a step of post-oxidation is performed for the purpose of improving the characteristics and reliability of the device.

【0008】例えば、多結晶シリコンゲートの場合、図
9に示すように、シリコン基板901上に多結晶シリコ
ン膜を形成し、これをパターニングしてゲート電極90
2を形成した後、ゲート酸化膜903の端部にバーズビ
ークと呼ばれる膜厚の酸化部分904を形成する。この
結果、ゲート電極902の下部端部が丸められ、ゲート
部の電界が緩和されるので、素子の特性や信頼性の向上
が図れる。
For example, in the case of a polycrystalline silicon gate, as shown in FIG. 9, a polycrystalline silicon film is formed on a silicon substrate 901 and patterned to form a gate electrode 90.
2 is formed, an oxidized portion 904 having a film thickness called bird's beak is formed at the end of the gate oxide film 903. As a result, the lower end portion of the gate electrode 902 is rounded and the electric field in the gate portion is relaxed, so that the characteristics and reliability of the device can be improved.

【0009】この種の後酸化を金属シリサイドとしてW
Six を用いたポリサイドゲートに適用すると、WSi
x としては、通常、正規組成x=2.0よりもSiリッ
チのものが用いられるため、後酸化工程で、WSix 中
の余剰シリコンが酸化され、WSix 表面にもSiO2
が形成され、結晶シリコンと同様の方法で同様の効果を
得ることができる。
This kind of post-oxidation is used as a metal silicide for W
When applied to a polycide gate using Six, WSi
Since x having a Si composition higher than the normal composition x = 2.0 is usually used as x, excess silicon in WSix is oxidized in the post-oxidation step, and SiO 2 is also formed on the WSix surface.
Are formed, and similar effects can be obtained in the same manner as in crystalline silicon.

【0010】一方、この種の後酸化を高融点金属として
Wを用いたポリメタルゲートに適用すると、Wは通常の
酸化工程でも酸化されるため、通常の酸化工程でWO3
が形成される。このとき、大きな堆積膨張を伴うため、
膜の剥離等が起こり、以後の工程を続けることができな
くなる。
On the other hand, when this kind of post-oxidation is applied to a polymetal gate using W as a refractory metal, W is also oxidized in a normal oxidation step, so that WO 3 in a normal oxidation step is used.
Is formed. At this time, because of the large deposition expansion,
The peeling of the film or the like occurs, and the subsequent steps cannot be continued.

【0011】また、大気から混入するO2 やH2 Oなど
の酸化剤により、酸化工程を開始する前に、Wの酸化が
起こり、同様の問題が発生する可能性がある。
Further, an oxidizing agent such as O 2 or H 2 O mixed from the atmosphere may oxidize W before starting the oxidation step, and the same problem may occur.

【0012】したがって、ポリメタルゲートの場合に
は、高融点金属を酸化せずシリコンのみを酸化する技術
(選択酸化法)が、後酸化工程で必要になる。
Therefore, in the case of a polymetal gate, a technique (selective oxidation method) of oxidizing only the silicon without oxidizing the refractory metal is required in the post-oxidation step.

【0013】ポリメタルゲートの場合のように、同一基
板上にシリコンの露出部分とW等の高融点金属の露出す
る部分が混在する場合において、高融点金属の露出部分
を酸化せずシリコンのみを選択的に酸化する選択酸化法
が知られている(特開昭60−9166)。
In the case where an exposed portion of silicon and an exposed portion of a refractory metal such as W coexist on the same substrate as in the case of a polymetal gate, the exposed portion of the refractory metal is not oxidized and only silicon is exposed. A selective oxidation method of selectively oxidizing is known (JP-A-60-9166).

【0014】この選択酸化法は、酸化剤であるH2 Oと
還元剤であるH2 との混合雰囲気中で酸化を行なう際
に、H2 O/H2 の分圧比を一定範囲に設定して行なう
というものである。発明者らはこの選択酸化をポリメタ
ルゲートの後酸化工程に適用できることを実際に確認し
た。
[0014] The selective oxidation method, when performing oxidation in a mixed atmosphere of H 2 is between H 2 O reducing agent is an oxidizing agent, to set the partial pressure ratio of H 2 O / H 2 in a predetermined range It is to do it. The inventors have actually confirmed that this selective oxidation can be applied to the post-oxidation step of the polymetal gate.

【0015】しかしながら、この種のH2 OガスとH2
ガスとの混合ガスを用いた選択酸化法には以下のような
問題がある。
However, this type of H 2 O gas and H 2 O
The selective oxidation method using a mixed gas with a gas has the following problems.

【0016】還元剤であるH2 ガスは、濃度4%〜75
%の範囲で、600℃以上の温度で爆発する。一方、シ
リコンの酸化は、通常600℃以上の高温で行なわれ
る。したがって、H2 OガスとH2 ガスとの混合ガスを
用いた選択酸化法には、安全面で問題がある。
H 2 gas, which is a reducing agent, has a concentration of 4% to 75%.
Explodes at temperatures above 600 ° C in the range of%. On the other hand, the oxidation of silicon is usually performed at a high temperature of 600 ° C. or higher. Therefore, the selective oxidation method using a mixed gas of H 2 O gas and H 2 gas has a safety problem.

【0017】例えば、60%の水素が完全燃焼した場合
の温度上昇は3500℃であり、そのときの堆積膨張は
4.3倍であるため、酸化を行なう装置自体が破損する
だけでなく、周囲も危険な状況になる。
For example, when 60% of hydrogen completely burns, the temperature rise is 3500 ° C., and the expansion of deposition at that time is 4.3 times. Therefore, not only is the oxidation apparatus itself damaged, but also the surrounding environment. Will be in a dangerous situation.

【0018】このため、上記選択酸化法を用いる場合に
は、安全機構を備えた装置が必要となる。安全機構とし
ては、反応室内が爆発しない状態を保持するための機構
や、何らかの事情で酸素が混入しても安全な状態を保て
る機構が必要となる。
Therefore, when the above selective oxidation method is used, an apparatus equipped with a safety mechanism is required. As a safety mechanism, a mechanism for maintaining a state in which the reaction chamber does not explode and a mechanism for maintaining a safe state even if oxygen is mixed in for some reason are required.

【0019】したがって、上記選択酸化方法を実際に使
用するためには、上述したような安全機構が必要になる
ので、装置の複雑化や高価格化という問題が生じる。
Therefore, in order to actually use the above-mentioned selective oxidation method, the above-mentioned safety mechanism is required, which causes a problem that the apparatus becomes complicated and the cost becomes high.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のシ
リコンの選択酸化方法では、還元剤としてH2 ガスを用
いているので、爆発等の危険があった。このため、上記
選択酸化方法を実施するための装置には、爆発等の危険
を未然に防止するための安全機構が必要となり、これに
より、装置構成が複雑になったり、装置価格が高くなる
という問題があった。
As described above, in the conventional selective oxidation method of silicon, since H 2 gas is used as the reducing agent, there is a danger of explosion or the like. Therefore, the device for carrying out the selective oxidation method requires a safety mechanism for preventing the risk of explosion or the like, which makes the device configuration complicated and the device cost high. There was a problem.

【0021】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、安全にシリコンの選択
酸化を行なえる半導体装置の製造方法および構成の複雑
化、高価格を招かずに、安全にシリコンの選択酸化を行
なえる半導体製造装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to avoid complication of the manufacturing method and structure of a semiconductor device capable of safely performing selective oxidation of silicon, and high cost. Another object is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of safely performing selective oxidation of silicon.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

[概要]上記目的を達成するために、本発明に係る半導
体装置の製造方法(請求項1)は、処理容器内にシリコ
ンの露出部分を有する被処理基体を収容し、前記処理容
器内にH2 ガス、H2 OガスおよびH2 ガスとは異なる
非酸化性ガスを導入するとともに、前記処理容器内の前
記H2 ガスの分圧を4%未満に設定し、かつ前記被処理
基体の温度を600℃以上に設定して、前記シリコンの
露出部分を選択的に酸化することを特徴とする。
[Summary] In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 1) includes a substrate to be processed having an exposed portion of silicon in a processing container, and H in the processing container. 2 gas, H 2 O gas and a non-oxidizing gas different from H 2 gas are introduced, the partial pressure of the H 2 gas in the processing container is set to less than 4%, and the temperature of the substrate to be processed is set. Is set to 600 ° C. or higher to selectively oxidize the exposed portion of the silicon.

【0023】また、本発明に係る半導体製造装置(請求
項2)は、被処理基体を収容して酸化処理を行なうとこ
ろの処理容器と、この処理容器内にH2 ガス、H2 Oガ
スおよびH2 ガスとは異なる非酸化性ガスを導入するガ
ス導入手段と、前記処理容器内の前記H2 ガスの分圧を
4%未満に設定する分圧制御手段と、前記被処理基体を
600℃以上の温度で加熱する加熱手段を備えているこ
とを特徴とする。
The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention (claim 2) includes a processing container for accommodating a substrate to be processed and performing an oxidation treatment, and H 2 gas, H 2 O gas and gas introducing means for introducing a different non-oxidizing gas and H 2 gas, and the partial pressure control means for setting the partial pressure of the H 2 gas in the processing chamber to less than 4%, 600 ° C. the target substrate It is characterized by comprising heating means for heating at the above temperature.

【0024】さらに、上記半導体装置の製造方法、半導
体製造装置は以下のような特徴を備えていることが望ま
しい。 (1)処理容器内の圧力を酸化処理を大気圧よりも負圧
に保ちながら酸化処理を行なう。 (2)処理容器内を一旦1Pa以下に減圧した後、酸化
処理を行なう。
Furthermore, it is desirable that the above-described semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing device have the following features. (1) Oxidizing treatment is performed while maintaining the pressure inside the processing container at a negative pressure rather than atmospheric pressure. (2) The inside of the processing container is once depressurized to 1 Pa or less, and then an oxidation treatment is performed.

【0025】[作用]本発明に係る半導体装置の製造方
法(請求項1)によれば、基体温度を酸化限界以上の6
00℃以上の温度に設定した状態で、H2 ガスの分圧を
爆発限界以下の低圧力(低濃度)に設定しているので、
安全にシリコンの選択酸化を行なえるようになる。
[Operation] According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention (claim 1), the temperature of the substrate is 6 or more above the oxidation limit.
Since the partial pressure of H 2 gas is set to a low pressure (low concentration) below the explosion limit in a state of being set to a temperature of 00 ° C. or higher,
You can safely perform selective oxidation of silicon.

【0026】また、本発明に係る半導体製造装置(請求
項2)によれば、H2 ガスの分圧を爆発限界以下の低圧
力(低濃度)に設定できるので、H2 ガスを不活性ガス
と同じように扱うことができる。したがって、装置構成
の複雑化、高価格を招かずに、安全にシリコンの選択酸
化を行なうことができる。
Further, according to the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention (Claim 2), since the H 2 gas partial pressure can be set to explosion limit or lower pressure (low density), H 2 gas an inert gas Can be treated the same as. Therefore, the selective oxidation of silicon can be safely performed without complicating the device structure and increasing the cost.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態(実施形態)を説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係る半導体製造装置の概略構成を示す模式図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【0028】図中、115はSiウェハ等の被処理基体
を収容して酸化処理を行なうところの処理容器を示して
おり、この処理容器115内にはH2 ガスおよびH2
ガスがN2 ガス(非酸化性ガス)とともに導入されるよ
うになっている。
In the figure, reference numeral 115 denotes a processing container for accommodating a substrate to be processed such as a Si wafer and performing an oxidation process. In the processing container 115, H 2 gas and H 2 O are contained.
Gas is introduced together with N 2 gas (non-oxidizing gas).

【0029】上記H2 ガスは、バルブ102、流量制御
器105、バルブ108、導入管111、水分計11
3、バルブ114を介して、処理容器115内に導入さ
れる。このとき、第1のN2 ガスがバルブ101、流量
制御器104、バルブ107、導入管111、水分計1
13、バルブ114を介して、処理容器115内に導入
される。すなわち、H2 ガスは、第1のN2 ガスをキャ
リアガスとして、処理容器115内に導入される。
The H 2 gas contains a valve 102, a flow rate controller 105, a valve 108, an inlet pipe 111, and a moisture meter 11.
3. Introduced into the processing container 115 via the valve 114. At this time, the first N 2 gas is the valve 101, the flow rate controller 104, the valve 107, the introduction pipe 111, the moisture meter 1
13. It is introduced into the processing container 115 via the valve 114. That is, the H 2 gas is introduced into the processing container 115 using the first N 2 gas as the carrier gas.

【0030】一方、上記H2 Oガスは、第2のN2 ガス
をキャリアガスとしてバブラー123中に封入した純水
の蒸気をバルブ110、導入管112を介して、処理容
器115内に導入することにより供給される。第2のN
2 ガスは、バルブ103、流量制御器106、バルブ1
09、流量制御器124を介して、バブラー123内に
導入される。
On the other hand, as the H 2 O gas, pure water vapor sealed in the bubbler 123 using the second N 2 gas as a carrier gas is introduced into the processing container 115 through the valve 110 and the introduction pipe 112. Supplied by Second N
2 gas, valve 103, flow controller 106, valve 1
09, it is introduced into the bubbler 123 via the flow rate controller 124.

【0031】処理容器115内のH2 ガス濃度(H2
ス分圧)は、流量制御器104,105,106により
制御される。すなわち、H2 ガス濃度が所定値になるよ
うに流量制御器104,105,106によりH2 ガス
およびN2 ガスの流量が制御される。また、処理容器1
15内の全雰囲気中のH2 Oガス濃度は水分計113に
よりモニタされる。
The H 2 gas concentration (H 2 gas partial pressure) in the processing container 115 is controlled by the flow rate controllers 104, 105 and 106. That is, the flow rate controllers 104, 105 and 106 control the flow rates of the H 2 gas and the N 2 gas so that the H 2 gas concentration becomes a predetermined value. Also, the processing container 1
The H 2 O gas concentration in the entire atmosphere in 15 is monitored by the moisture meter 113.

【0032】処理容器115にはヒータ116が設けら
れている。このヒータ116により被処理基体は所定温
度に設定される。また、処理容器115はバルブ120
を介して真空ポンプ122に接続されている。この真空
ポンプ122により処理容器115は真空排気されるよ
うになっている。処理容器115内の圧力は圧力計11
7によりモニタできるようになっている。
A heater 116 is provided in the processing container 115. The heater 116 sets the substrate to be processed to a predetermined temperature. Further, the processing container 115 includes the valve 120.
It is connected to the vacuum pump 122 via. The processing container 115 is evacuated by the vacuum pump 122. The pressure inside the processing container 115 is a pressure gauge 11.
It can be monitored by 7.

【0033】なお、図中、118はバルブ、119は希
釈気体導入ライン、121は真空引用ライン、125は
排気ラインを示している。
In the figure, 118 is a valve, 119 is a dilution gas introduction line, 121 is a vacuum reference line, and 125 is an exhaust line.

【0034】本発明者らは、このように構成された半導
体製造装置を用いて、Si、Wの酸化について調べてみ
た。
The present inventors have examined the oxidation of Si and W using the semiconductor manufacturing apparatus configured as described above.

【0035】まず、H2 ガス濃度を4%未満(燃焼限界
未満)に固定した状態で、H2 ガスとH2 Oガスの分圧
比(PH2O /PH2)を変化させて、SiおよびWの酸化
を調べる実験を行なった。
First, with the H 2 gas concentration fixed at less than 4% (less than the combustion limit), the partial pressure ratio (P H2O / P H2 ) of H 2 gas and H 2 O gas was changed to change Si and W. Experiments were carried out to examine the oxidation of.

【0036】この実験では、基板温度は800℃、酸化
時間は30分であり、全圧は約1×105 Pa(1at
m)に固定した。
In this experiment, the substrate temperature was 800 ° C., the oxidation time was 30 minutes, and the total pressure was about 1 × 10 5 Pa (1 at).
fixed to m).

【0037】また、W表面の酸化は、XPS(X線光電
子分光法)のWピークのシフトと、SEMによるW表面
の形状とにより判定した。また、Siの酸化量はエリプ
ソメータにより測定した。
The oxidation of the W surface was judged by the shift of the W peak in XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and the shape of the W surface by SEM. The amount of Si oxidation was measured by an ellipsometer.

【0038】図2はその結果である分圧比PH2O /PH2
とSi上に形成されたシリコン酸化膜の膜厚(酸化膜
厚)との関係を示す特性図である。
FIG. 2 shows the resulting partial pressure ratio P H2O / P H2
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness (oxide film thickness) of a silicon oxide film formed on Si and Si.

【0039】分圧比PH2O /PH2が0.3以下では、W
表面は酸化されることなく平滑に保たれ、PH2O /PH2
=0.22でSi上に厚さ約3nmのシリコン酸化膜を
形成できることが分かった。
When the partial pressure ratio P H2O / P H2 is 0.3 or less, W
The surface is kept smooth without being oxidized, and PH2O / PH2
It was found that a silicon oxide film having a thickness of about 3 nm can be formed on Si at 0.22.

【0040】一方、分圧比PH2O /PH2が0.3を越え
ると、W表面が荒れることが分かった。また、被処理基
体の温度(基体温度)が高いほど、W表面が荒れ始める
分圧比PH2O /PH2が高くなることを確認した。分圧比
H2O /PH2が0.2〜0.4以下となるように温度に
応じて適宜条件設定すると良い。
On the other hand, it was found that when the partial pressure ratio P H2O / P H2 exceeds 0.3, the W surface becomes rough. It was also confirmed that the higher the temperature of the substrate to be treated (substrate temperature), the higher the partial pressure ratio P H2O / P H2 at which the W surface begins to roughen. It is advisable to set appropriate conditions depending on the temperature so that the partial pressure ratio P H2O / P H2 is 0.2 to 0.4 or less.

【0041】図3は、PH2=4000Pa(0.04a
tm)、PH2O /PH2=0.2、基体温度800℃にお
ける酸化膜厚の時間依存性を示したものである。また、
水素濃度は燃焼限界以下(4%以下)である。
FIG. 3 shows that P H2 = 4000Pa (0.04a
tm), P H2O / P H2 = 0.2, and the time dependence of the oxide film thickness at a substrate temperature of 800 ° C. Also,
The hydrogen concentration is below the combustion limit (4% or less).

【0042】図3から、基体温度800℃、酸化時間1
20min程度の酸化なら、4〜5nm程度の酸化膜を
形成できることが分かる。このとき、Wは酸化されるこ
となく、その表面が平滑に保たれることがXPSおよび
SEM観察により分かった。
From FIG. 3, the substrate temperature is 800 ° C. and the oxidation time is 1
It can be seen that an oxide film of about 4 to 5 nm can be formed by oxidizing for about 20 minutes. At this time, it was found by XPS and SEM observation that W was not oxidized and its surface was kept smooth.

【0043】図4は、図3と同じガス条件で、基体温度
800〜950℃、酸化時間30minの酸化を行なっ
た場合の基体温度との酸化膜厚と関係を示す特性図であ
る。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relation between the substrate temperature and the oxide film thickness when the substrate temperature is 800 to 950 ° C. and the oxidation time is 30 min under the same gas conditions as in FIG.

【0044】図4から、例えば、基体温度900℃、酸
化時間30minの酸化なら、Wを酸化することなく、
厚さ12nm程度のシリコン酸化膜を形成できることが
分かる。
From FIG. 4, for example, in the case of oxidation at a substrate temperature of 900 ° C. and an oxidation time of 30 min, without oxidizing W,
It can be seen that a silicon oxide film having a thickness of about 12 nm can be formed.

【0045】以上の結果から、水素濃度が燃焼限界以下
でも、W表面を平坦に保ったままSiを選択的に酸化で
きることが分かった。したがって、本実施形態によれ
ば、水素ガスを通常の不燃性ガスと同様に扱えるので、
安全にシリコンの選択酸化を行なえる。
From the above results, it was found that Si can be selectively oxidized while keeping the W surface flat even when the hydrogen concentration is below the combustion limit. Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen gas can be treated in the same manner as a normal noncombustible gas,
Selective oxidation of silicon can be performed safely.

【0046】なお、上記実験は基体温度が800℃以上
の場合のものであるが、基体温度が600℃以上、つま
り、シリコンの酸化が起こる温度以上(酸化限界以上)
であれば同様の結果が得られることを確認した。
Although the above experiment was conducted when the substrate temperature was 800 ° C. or higher, the substrate temperature was 600 ° C. or higher, that is, the temperature at which silicon was oxidized (above the oxidation limit).
Then, it was confirmed that similar results could be obtained.

【0047】また、このような選択酸化は図1に示すよ
うな簡単な構成の半導体製造装置、つまり、従来の構成
に加えてキャリアガスであるN2 ガス(非酸化性ガス)
の供給系を付加した構成の半導体製造装置により行なえ
るので、装置価格が上昇するという問題もない。
Further, such selective oxidation is performed by a semiconductor manufacturing apparatus having a simple structure as shown in FIG. 1, that is, in addition to the conventional structure, N 2 gas (non-oxidizing gas) which is a carrier gas is used.
Since it can be performed by a semiconductor manufacturing apparatus having a configuration in which the above-mentioned supply system is added, there is no problem that the apparatus price rises.

【0048】図5に、本実施形態の選択酸化法を行なう
前後のポリメタルゲートの顕微鏡写真を示す。
FIG. 5 shows photomicrographs of the polymetal gate before and after the selective oxidation method of this embodiment.

【0049】図5(a)は、Si基板上に多結晶Si
膜、WSiN膜、W膜を順次形成した後、この積層膜を
RIEを用いてパターニングして、ポリメタルゲートを
形成した状態を示している。
FIG. 5A shows a case where polycrystalline Si is formed on a Si substrate.
A film, a WSiN film, and a W film are sequentially formed, and then this laminated film is patterned by RIE to form a polymetal gate.

【0050】図5(b)は、本実施形態の選択酸化法に
より厚さ4nmのシリコン酸化膜を形成した様子を示
し、図5(c)は、本実施形態の選択酸化法により厚さ
12nmのシリコン酸化膜を形成した様子を示してい
る。
FIG. 5B shows a state in which a silicon oxide film having a thickness of 4 nm is formed by the selective oxidation method of the present embodiment, and FIG. 5C shows a thickness of 12 nm by the selective oxidation method of the present embodiment. The silicon oxide film of FIG.

【0051】図5(b)、図5(c)から、W膜の形状
を損なわずに、Si表面にSiO2が選択的に形成され
ている様子が確認される。 (第2の実施形態)図6は、本発明の第2の実施形態に
係る半導体製造装置の概略構成を示す模式図である。こ
れは図1の半導体製造装置を改良したものである。
From FIGS. 5B and 5C, it is confirmed that SiO 2 is selectively formed on the Si surface without damaging the shape of the W film. (Second Embodiment) FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. This is an improvement of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG.

【0052】図中、606はSiウェハ等の被処理基体
608を収容して酸化処理するところの処理容器を示し
ており、この処理容器606内には複数の被処理基体6
08を同時に支持できる支持具607が設けられてい
る。支持具607は石英やSiC等の絶縁性材料により
形成されている。
In the figure, reference numeral 606 denotes a processing container in which a substrate 608 to be processed, such as a Si wafer, is housed and subjected to an oxidation process. In this processing container 606, a plurality of substrates 6 to be processed are placed.
A support 607 capable of simultaneously supporting 08 is provided. The support 607 is made of an insulating material such as quartz or SiC.

【0053】処理容器606の右側、左側の装置系はそ
れぞれ図1の半導体製造装置のガス導入系、ガス排気系
に相当している。ガス導入系は、バブラー123を用い
ずにH2 Oガスを供給する点を除いてほぼ同じ構成にな
っている。
The equipment systems on the right and left sides of the processing container 606 correspond to the gas introduction system and the gas exhaust system of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 1, respectively. The gas introduction system has almost the same configuration except that the H 2 O gas is supplied without using the bubbler 123.

【0054】すなわち、バルブ618〜620はそれぞ
れ図1のバルブ101〜103に相当し、流量制御器
(MFC)615〜617はそれぞれ図1の流量制御器
104〜106に相当し、バルブ612〜614はそれ
ぞれ図1のバルブ107〜109に相当し、バルブ61
0は図1のバルブ114に相当し、水素供給ライン62
5は図1の水素供給ライン111に相当する。この図に
示すようにN2 ガスはH2 ガスを希釈するために導入さ
れる。H2 OガスもN2 ガスにより希釈しても良い。
That is, the valves 618 to 620 correspond to the valves 101 to 103 in FIG. 1, the flow rate controllers (MFC) 615 to 617 correspond to the flow rate controllers 104 to 106 in FIG. 1, and the valves 612 to 614. 1 corresponds to the valves 107 to 109 of FIG.
0 corresponds to the valve 114 in FIG. 1, and the hydrogen supply line 62
Reference numeral 5 corresponds to the hydrogen supply line 111 in FIG. As shown in this figure, N 2 gas is introduced to dilute the H 2 gas. The H 2 O gas may also be diluted with N 2 gas.

【0055】一方、ガス排気系は改良されており、ま
ず、通常の減圧CVD装置と同様に、ドライポンプ等の
真空ポンプ601および圧力制御装置604を備え、こ
れにより、反応容器600内を1Pa程度まで減圧でき
るようになっている。さらに、コンダクタンスバルブ6
05が設けられており、0.8気圧程度の準常圧で圧力
制御できるようになっている。なお、624は圧力計、
602は排気ライン、603は不活性気体による希釈ラ
インを示している。
On the other hand, the gas exhaust system has been improved. First, as in a normal low pressure CVD apparatus, a vacuum pump 601 such as a dry pump and a pressure control apparatus 604 are provided, whereby the inside of the reaction vessel 600 is about 1 Pa. The pressure can be reduced to. Furthermore, conductance valve 6
No. 05 is provided, and the pressure can be controlled at a quasi-normal pressure of about 0.8 atm. In addition, 624 is a pressure gauge,
Reference numeral 602 represents an exhaust line, and 603 represents a dilution line with an inert gas.

【0056】本実施形態でも先の実施形態と同様な効果
が得られ、さらに上記改良により以下に説明する別の2
つの効果が得られる。
In this embodiment, the same effect as that of the previous embodiment can be obtained, and further, the above-mentioned improvement provides another 2
One effect is obtained.

【0057】一つは、減圧CVD装置で行なわれている
ように、減圧での気密チェックが可能となり、これによ
り、酸化工程の開始時に装置の気密性を確認できるよう
になる。
First, it is possible to check the airtightness under a reduced pressure as in the case of using a low pressure CVD apparatus, so that the airtightness of the apparatus can be confirmed at the start of the oxidation step.

【0058】したがって、十分な気密性を確保した状態
で、確実に酸化を行なうことができる。これにより、酸
素の混入の可能性は非常に低くなり、水素濃度が上昇す
ることがあっても、安全に酸化を行なうことができる。
Therefore, it is possible to surely perform the oxidation while ensuring the sufficient airtightness. As a result, the possibility that oxygen will be mixed becomes extremely low, and even if the hydrogen concentration may increase, the oxidation can be safely performed.

【0059】また、大気解放時に装置内に混入した酸素
や水などの酸化剤、あるいは装置に吸着した酸素や水な
どの酸化剤も、一旦1Pa程度に減圧することにより、
大部分を排出することができる。したがって、さらに制
御された条件下で酸化工程を開始することが可能にな
る。
Oxidizing agents such as oxygen and water mixed in the apparatus at the time of releasing the atmosphere or oxidizing agents such as oxygen and water adsorbed in the apparatus are temporarily reduced to about 1 Pa,
Most can be discharged. Therefore, it becomes possible to start the oxidation process under more controlled conditions.

【0060】もう一つは、大気より若干低い圧力で酸化
を行なうことができ、仮に水素濃度が燃焼下限をわずか
に越え、燃焼した場合でも、圧力上昇による装置の損傷
および周囲への危険を回避できることである。
The other is that the oxidation can be carried out at a pressure slightly lower than the atmospheric pressure, and even if the hydrogen concentration slightly exceeds the lower limit of combustion, even if the hydrogen is burned, damage to the device due to pressure increase and danger to the surroundings can be avoided. It is possible.

【0061】以下にその試算の一例を示す。An example of the trial calculation will be shown below.

【0062】水素は以下の反応式によって燃焼するが、
800℃常圧においては1mol当たり約249kJの
熱を放出する。
Hydrogen burns according to the following reaction formula,
At 800 ° C. and atmospheric pressure, about 249 kJ of heat is released per mol.

【0063】2H2 +O2 →2H2 O+249×2kJ 仮に処理容器606の容積を50lとすると4%H2
体積は2lとなる。全圧を8×104 Pa(0.8at
m)とし、これをモル数に直すと約0.07molとな
る。このときに発生するエネルギーは17.4kJであ
る。
2H 2 + O 2 → 2H 2 O + 249 × 2 kJ If the volume of the processing container 606 is 50 l, the volume of 4% H 2 is 2 l. Total pressure is 8 × 10 4 Pa (0.8 at
m) and when this is converted into the number of moles, it becomes about 0.07 mol. The energy generated at this time is 17.4 kJ.

【0064】処理容器606の内部を満たす気体の比熱
をN2 の等積比熱程度とみなすと、VV,N2=0.74J
/k・gであるから、温度上昇は約470℃になる。
When the specific heat of the gas filling the inside of the processing container 606 is considered to be about the isochoric specific heat of N 2 , V V, N 2 = 0.74J
Therefore, the temperature rise is about 470 ° C.

【0065】そのときの圧力上昇は約1.4倍で、始状
態が8×104 Paであるから、圧力は約1.14×1
5 Pa(1.14atm)になる。
The pressure rise at that time is about 1.4 times, and the initial state is 8 × 10 4 Pa, so the pressure is about 1.14 × 1.
It becomes 0 5 Pa (1.14 atm).

【0066】したがって、大気圧に対して0.14気圧
程度の陽圧であれば、通常の強度の真空系であっても破
損することは無い。 (第3の実施形態)図7は、本発明の第3の実施形態に
係る半導体製造装置(コールドウォール型加熱装置)の
概略構成を示す模式図である。
Therefore, if the positive pressure is about 0.14 atm with respect to the atmospheric pressure, even a vacuum system of ordinary strength will not be damaged. (Third Embodiment) FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus (cold wall type heating apparatus) according to a third embodiment of the present invention.

【0067】このコールドウォール型加熱装置は、大き
く分けて、真空引きが可能で、被処理基体722を収容
して酸化処理するところの処理容器711と、流量が正
確に制御されたN2 ガスで希釈したH2 Oガスをガス導
入系712と、流量が正確に制御されたN2 ガスで希釈
したH2 ガスのガス導入系713と、加熱源を兼ねた基
板保持台714とから構成されている。加熱源は例えば
抵抗加熱ヒータなどにより構成されたものである。
This cold wall type heating device is roughly divided into a vacuum chamber, a processing container 711 in which a substrate 722 to be processed is housed and subjected to an oxidation process, and an N 2 gas whose flow rate is accurately controlled. It is composed of a gas introduction system 712 of diluted H 2 O gas, a gas introduction system 713 of H 2 gas diluted with N 2 gas whose flow rate is precisely controlled, and a substrate holder 714 also serving as a heating source. There is. The heating source is composed of, for example, a resistance heater.

【0068】コールドウォール型加熱装置を用いた場
合、処理容器711の内壁の温度は室温程度となるた
め、先の実施形態で用いた雰囲気で選択酸化を行なう
と、水蒸気が処理容器711の内壁に凝縮し易く、ガス
の導入経路によっては水蒸気分圧の制御が困難になりう
る。そのため、本実施形態では、処理容器711の内側
に50℃以上に加熱された加熱板715を設けてある。
When the cold wall type heating device is used, the temperature of the inner wall of the processing container 711 becomes about room temperature, so that when the selective oxidation is performed in the atmosphere used in the previous embodiment, water vapor is generated on the inner wall of the processing container 711. Condensation is likely to occur, and it may be difficult to control the water vapor partial pressure depending on the gas introduction route. Therefore, in the present embodiment, the heating plate 715 heated to 50 ° C. or higher is provided inside the processing container 711.

【0069】次にこのコールドウォール型加熱装置を用
いたSiの選択酸化、具体的には、W/WSiN/Si
の積層膜(ポリメタルゲート)のSiの選択酸化につい
て説明する。
Next, selective oxidation of Si using this cold wall type heating device, specifically, W / WSiN / Si
The selective oxidation of Si of the laminated film (polymetal gate) will be described.

【0070】まず、W/WSiN/Siの積層膜が形成
された被処理基体722を処理容器711に導入する。
First, the substrate 722 to be processed on which the W / WSiN / Si laminated film is formed is introduced into the processing container 711.

【0071】次にバルブ719を開いてドライポンプ7
20により、処理容器711内を真空引きした後、バル
ブ719を閉じてバルブ716およびバルブ718を開
き、ターボ分子ポンプ717により、処理容器711内
を10μPa程度の真空にする。
Next, the valve 719 is opened to open the dry pump 7.
After the inside of the processing container 711 is evacuated by 20, the valve 719 is closed and the valves 716 and 718 are opened, and the inside of the processing container 711 is evacuated by the turbo molecular pump 717.

【0072】次にN2 ガスにより4%以下に希釈したH
2 ガスをガス導入系713から処理容器711内に導入
し、続いて、N2 ガスにより希釈したH2 Oガスをガス
導入系712から被処理基体722の上方から流すこと
により、Siの選択酸化を行なう。このとき、被処理基
体722は600℃以上の温度に設定されている。
Next, H diluted with N 2 gas to 4% or less
2 gas is introduced into the processing container 711 from the gas introduction system 713, and then H 2 O gas diluted with N 2 gas is caused to flow from above the substrate 722 to be processed from the gas introduction system 712 to selectively oxidize Si. Do. At this time, the substrate 722 to be processed is set to a temperature of 600 ° C. or higher.

【0073】上記ガス導入の順序は、H2 Oガス濃度が
選択酸化が起こる所望の設定値よりも大きくなることを
防止する。したがって、ガス導入の順序が逆になると、
ガス導入の初期段階で、WやWSiNの酸化物との平衡
水蒸気分圧を上回るためにWの酸化が起こることにな
る。
The above gas introduction sequence prevents the H 2 O gas concentration from becoming higher than the desired set value at which selective oxidation occurs. Therefore, if the order of gas introduction is reversed,
In the initial stage of gas introduction, the oxidation of W occurs because it exceeds the equilibrium water vapor partial pressure with the oxides of W and WSiN.

【0074】また、全ガス圧力は0.1〜0.9気圧程
度に設定し、処理容器711の内部でH2 ガスの燃焼反
応が起きた場合においても処理容器711が破壊されな
いようにする。
Further, the total gas pressure is set to about 0.1 to 0.9 atm so that the processing container 711 is not destroyed even when the combustion reaction of H 2 gas occurs inside the processing container 711.

【0075】排気ガスはドライポンプ720の排気口か
ら配管721を通して排気するが、この際にH2 ガス濃
度をさらに希釈するために配管723からN2 ガスを導
入する。
The exhaust gas is exhausted from the exhaust port of the dry pump 720 through the pipe 721. At this time, N 2 gas is introduced from the pipe 723 in order to further dilute the H 2 gas concentration.

【0076】そして、選択酸化が終了したら、ガス導入
系712からのH2 Oガスの導入を停止し、続いてガス
導入系713からのN2 ガスで希釈されたH2 ガスの導
入を停止し、被処理基体722を処理容器711から搬
出する。
When the selective oxidation is completed, the introduction of H 2 O gas from the gas introduction system 712 is stopped, and subsequently the introduction of H 2 gas diluted with N 2 gas from the gas introduction system 713 is stopped. The substrate 722 to be processed is unloaded from the processing container 711.

【0077】このガス導入停止の順序は、H2 ガス濃度
が選択酸化が起こる所望の設定値よりも大きくなること
を防止する。したがって、逆の順序になると、ガス導入
終了の段階で、WやWSiNの酸化物との平衡水蒸気分
圧を上回るために、Wの酸化が起こることになる。
This sequence of stopping gas introduction prevents the H 2 gas concentration from becoming higher than the desired set value at which selective oxidation occurs. Therefore, if the order is reversed, oxidation of W occurs because the equilibrium water vapor partial pressure with the oxides of W and WSiN is exceeded at the stage of gas introduction termination.

【0078】本実施形態では、基板保持台714が被処
理基体722の加熱源を兼ねているが、この場合には加
熱源のヒータは常にオンしていることが必要であり、し
たがって、WやWSiNの酸化を防止するために、被処
理基体722の搬出前および搬出前の処理容器711は
真空槽であることが不可欠となる。 (第4の実施形態)図8は、本発明の第4の実施形態に
係る半導体製造装置(コールドウォール型加熱装置)の
概略構成を示す模式図である。
In the present embodiment, the substrate holder 714 also serves as the heating source for the substrate 722 to be processed. In this case, however, the heater of the heating source must be always on. In order to prevent the oxidation of WSiN, it is indispensable that the substrate 722 to be processed before being carried out and the processing container 711 before being carried out are vacuum chambers. (Fourth Embodiment) FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus (cold wall type heating apparatus) according to a fourth embodiment of the present invention.

【0079】本実施形態のコールドウォール型加熱装置
が第3の実施形態のそれと異なる点は、加熱源として高
速昇降温が可能なランプ823を用いていること、被処
理基体822の外周に設けたシャワーヘッド825から
被処理基体822の表面にガスを流すこと、ならびに基
板保持台814が回転可能になっていることにある。
The cold wall type heating apparatus of this embodiment is different from that of the third embodiment in that a lamp 823 capable of high-speed temperature rising / falling is used as a heating source, and it is provided on the outer periphery of the substrate 822 to be processed. This is because a gas is caused to flow from the shower head 825 to the surface of the substrate 822 to be processed, and the substrate holder 814 is rotatable.

【0080】ランプ823、シャワーヘッド825は、
ガス導入部824の一部を構成している。すなわち、ガ
ス導入部824は、流量が正確に制御されたN2 ガスに
より希釈されたH2 Oガスを導入するためのガス導入系
812と、流量が正確に制御されたN2 ガスで希釈され
たH2 ガスを導入するためのガス導入系813と、ラン
プ823と、シャワーヘッド825とにより構成されて
いる。
The lamp 823 and the shower head 825 are
It constitutes a part of the gas introduction part 824. That is, the gas inlet 824, a gas introduction system 812 for flow to introduce H 2 O gas diluted with precisely controlled N 2 gas, is diluted with N 2 gas flow rate is precisely controlled A gas introduction system 813 for introducing H 2 gas, a lamp 823, and a shower head 825 are included.

【0081】その他の構成は第3の実施形態のそれと基
本的に同じである。すなわち、バルブ816,818,
819はそれぞれ図7のバルブ716,718,719
に相当し、ターボ分子ポンプ817は図7のターボ分子
ポンプ717に相当し、ドライポンプ820は図7のド
ライポンプ720に相当し、配管821,826はそれ
ぞれ図7の配管721,723に相当している。
The other structure is basically the same as that of the third embodiment. That is, the valves 816, 818,
819 are valves 716, 718, and 719 of FIG. 7, respectively.
7, the turbo molecular pump 817 corresponds to the turbo molecular pump 717 of FIG. 7, the dry pump 820 corresponds to the dry pump 720 of FIG. 7, and the pipes 821 and 826 correspond to the pipes 721 and 723 of FIG. 7, respectively. ing.

【0082】本実施形態でも第3の実施形態と同様な効
果が得られる。さらに、本実施形態では、半導体基板8
22を保持する保持台814が回転可能になっているた
め、ガス流の均一性やランプ823による加熱の均一性
を改善できるという効果が得られる。
In this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, the semiconductor substrate 8
Since the holding table 814 holding the 22 is rotatable, it is possible to improve the uniformity of the gas flow and the heating of the lamp 823.

【0083】具体的には、被処理基体822の表面の温
度分布は800℃±2℃以内(6σ)という高均一性な
ものとなり、また、Si表面の酸化膜厚の分布に関して
も7nm±0.1nm(6σ)と高均一性なものとな
る。 (第5の実施形態)上述したコールドウォール型加熱装
置を他のプロセス装置とマルチチャンバー化すると、製
造効率の向上や、真空連続プロセスによる信頼性の向上
が可能となる。
Specifically, the temperature distribution on the surface of the substrate 822 to be processed is highly uniform within 800 ° C. ± 2 ° C. (6σ), and the distribution of the oxide film thickness on the Si surface is 7 nm ± 0. The uniformity is as high as 0.1 nm (6σ). (Fifth Embodiment) When the cold wall type heating device described above is used as a multi-chamber with another process device, manufacturing efficiency can be improved and reliability can be improved by a vacuum continuous process.

【0084】他のプロセス装置は、具体的には、ポリメ
タル構造のゲート電極またはゲート配線となる積層膜等
をエッチングする反応性イオンエッチング装置と、該エ
ッチングの際に用いたレジストを剥離するための酸素プ
ラズマアッシング装置などのレジスト剥離装置と、アル
カリ系のエッチングまたはHF蒸気を用いて処理して水
洗・乾燥する装置である。
The other process equipment is, specifically, a reactive ion etching equipment for etching a laminated film or the like to be a gate electrode or a gate wiring of a polymetal structure, and a resist for peeling the resist used in the etching. It is a resist stripping device such as an oxygen plasma ashing device, and a device for performing alkaline etching or treatment using HF vapor, followed by washing and drying.

【0085】これらプロセス装置を上記コールドウォー
ル型加熱装置のいずれかとを連続的に処理できるように
配列させ、マルチチャンバー型装置を構成する。
A multi-chamber type apparatus is constructed by arranging these process apparatuses so that they can be continuously processed with any of the above cold wall type heating apparatuses.

【0086】このようなマルチチャンバー化により、工
期が30%以上短縮し、LSIの製造効率が向上し、ま
た、クリーンルームの占有スペースが半分程度に縮小化
し、COO(cost of ownership)を
低減できた。
By adopting such a multi-chamber, the construction period was shortened by 30% or more, the LSI manufacturing efficiency was improved, the space occupied by the clean room was reduced to about half, and COO (cost of ownership) could be reduced. .

【0087】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、キャリ
アガス、希釈用ガスとしてはN2 ガスを用いたが、Ar
ガスなどの他の不活性ガスを用いても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, N 2 gas was used as the carrier gas and the diluting gas.
Other inert gas such as gas may be used.

【0088】また、上記実施形態では、ポリメタルゲー
トのSiの選択酸化について説明したが、本発明は他の
選択酸化にも適用することができる。
Further, in the above embodiment, the selective oxidation of Si of the polymetal gate has been described, but the present invention can be applied to other selective oxidation.

【0089】その他、本発明の技術範囲内で種々変形し
て実施できる。
Besides, various modifications can be made within the technical scope of the present invention.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1)
によれば、基体温度を酸化限界以上の600℃以上の温
度に設定した状態で、H2 ガスの分圧を爆発限界以下の
低圧力(低濃度)に設定しているので、安全にシリコン
の選択酸化を行なえるようになる。
As described above in detail, the present invention (Claim 1)
According to the method, the substrate temperature is set to a temperature of 600 ° C. or higher, which is higher than the oxidation limit, and the partial pressure of H 2 gas is set to a low pressure (low concentration), which is lower than the explosion limit. It becomes possible to perform selective oxidation.

【0091】また、本発明(請求項2)によれば、H2
ガスの分圧を爆発限界以下の低圧力(低濃度)に設定で
きるので、H2 ガスを不活性ガスと同じように扱うこと
ができ、これにより、装置構成の複雑化、高価格を招か
ずに、安全にシリコンの選択酸化を行なえる半導体製造
装置を実現できるようになる。
According to the present invention (claim 2), H 2
Since the partial pressure of the gas can be set to a low pressure (low concentration) below the explosion limit, H 2 gas can be treated in the same way as an inert gas, which does not complicate the apparatus configuration and raise the cost. Moreover, it becomes possible to realize a semiconductor manufacturing apparatus capable of safely performing selective oxidation of silicon.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置
の概略構成を示す模式図
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】分圧比PH2O /PH2と酸化膜厚との関係を示す
特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the partial pressure ratio P H2O / P H2 and the oxide film thickness.

【図3】酸化時間と酸化膜厚との関係を示す特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between oxidation time and oxide film thickness.

【図4】酸化温度と酸化膜厚との関係を示す特性図FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an oxidation temperature and an oxide film thickness.

【図5】結晶構造を示す顕微鏡写真FIG. 5 is a micrograph showing a crystal structure.

【図6】本発明の第2の実施形態に係る半導体製造装置
の概略構成を示す模式図
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施形態に係る半導体製造装置
の概略構成を示す模式図
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施形態に係る半導体製造装置
の概略構成を示す模式図
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】ゲート部の後酸化を説明するための断面図FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining post-oxidation of a gate portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101〜103…バルブ 104〜106…流量制御器 107〜110…バルブ 111,112…導入管 113…水分計 114…バルブ 115…処理容器 116…ヒータ 117…圧力計 118…バルブ 119…希釈気体導入ライン 120…バルブ 121…真空引用ライン 122…真空ポンプ 123…バブラー 124…流量制御器 125…排気ライン 600…反応容器 601…真空ポンプ 602…排気ライン 603…希釈ライン 605…コンダクタンスバルブ 606…処理容器 607…支持具 608…被処理基体 610…バルブ 612〜614…バルブ 615〜617…流量制御器(MFC) 618〜620…バルブ 624…圧力計 625…水素供給ライン 711…処理容器 712,713…ガス導入系 714…基板保持台 715…加熱板 716…バルブ 717…ターボ分子ポンプ 718,719…バルブ 720…ドライポンプ 721…配管 722…被処理基体 723…配管 812,813…ガス導入系 814…基板支持台 816…バルブ 817…ターボ分子ポンプ 818,819…バルブ 820…ドライポンプ 821…配管 822…被処理基体 823…ランプ 824…ガス導入部 825…シャワーヘッド 826…配管 101-103 ... Valves 104-106 ... Flow controller 107-110 ... Valves 111, 112 ... Introduction pipe 113 ... Moisture meter 114 ... Valve 115 ... Processing container 116 ... Heater 117 ... Pressure gauge 118 ... Valve 119 ... Diluting gas introduction line 120 ... Valve 121 ... Vacuum reference line 122 ... Vacuum pump 123 ... Bubbler 124 ... Flow rate controller 125 ... Exhaust line 600 ... Reaction vessel 601 ... Vacuum pump 602 ... Exhaust line 603 ... Dilution line 605 ... Conductance valve 606 ... Processing vessel 607 ... Support tool 608 ... Substrate to be processed 610 ... Valve 612-614 ... Valve 615-617 ... Flow controller (MFC) 618-620 ... Valve 624 ... Pressure gauge 625 ... Hydrogen supply line 711 ... Processing container 712, 713 ... Gas introduction system 714 ... substrate holding 715 ... Heating plate 716 ... Valve 717 ... Turbo molecular pump 718, 719 ... Valve 720 ... Dry pump 721 ... Piping 722 ... Processing substrate 723 ... Piping 812, 813 ... Gas introduction system 814 ... Substrate support 816 ... Valve 817 ... Turbo Molecular pump 818, 819 ... Valve 820 ... Dry pump 821 ... Piping 822 ... Substrate to be treated 823 ... Lamp 824 ... Gas introducing section 825 ... Shower head 826 ... Piping

フロントページの続き (72)発明者 宮野 清孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内Front page continuation (72) Inventor Kiyotaka Miyano 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Research & Development Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】処理容器内にシリコンの露出部分を有する
被処理基体を収容し、前記処理容器内にH2 ガス、H2
OガスおよびH2 ガスとは異なる非酸化性ガスを導入す
るとともに、前記処理容器内の前記H2 ガスの分圧を4
%未満に設定し、かつ前記被処理基体の温度を600℃
以上に設定して、前記シリコンの露出部分を選択的に酸
化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A substrate to be processed having an exposed portion of silicon is housed in a processing container, and H 2 gas and H 2 are stored in the processing container.
A non-oxidizing gas different from O gas and H 2 gas is introduced, and the partial pressure of the H 2 gas in the processing container is set to 4
%, And the temperature of the substrate to be treated is 600 ° C.
A method for manufacturing a semiconductor device, which is set as described above and selectively oxidizes the exposed portion of the silicon.
【請求項2】被処理基体を収容して酸化処理を行なうと
ころの処理容器と、 この処理容器内にH2 ガス、H2 OガスおよびH2 ガス
とは異なる非酸化性ガスを導入するガス導入手段と、 前記処理容器内の前記H2 ガスの分圧を4%未満に設定
する分圧制御手段と、 前記被処理基体を600℃以上の温度で加熱する加熱手
段とを具備してなることを特徴とする半導体製造装置。
2. A processing container for accommodating a substrate to be processed and performing an oxidation treatment, and a gas for introducing a non-oxidizing gas different from H 2 gas, H 2 O gas and H 2 gas into the processing container. It comprises: introducing means, partial pressure control means for setting the partial pressure of the H 2 gas in the processing container to less than 4%, and heating means for heating the substrate to be processed at a temperature of 600 ° C. or higher. A semiconductor manufacturing apparatus characterized by the above.
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