JPH10189487A

JPH10189487A - 薄膜堆積方法

Info

Publication number: JPH10189487A
Application number: JP34171796A
Authority: JP
Inventors: Masaki Saito; 正樹斎藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】表面汚染物を炭化による残存を伴うこと無く
効果的に除去し、しかも不必要な部分で形成された酸化
シリコン膜を容易に除去することができる薄膜堆積方法
を提供すること。【構成】被処理物表面に酸化性ガスを供給しながら表
面汚染有機物を燃焼除去するところの、２００〜４００
℃の温度域で酸化性ガスの供給を開始するものである第
一熱処理と、この熱処理により形成されると考えられる
酸化膜層を還元性ガスを供給しながら化学的に除去する
第二熱処理とを有し、これらの熱処理の後、薄膜堆積を
行う。【効果】表面汚染物を炭化による残存を伴うこと無く
効果的に除去し、しかも半導体層とポリシリコン膜配線
間の電気的接合抵抗の増加が防止でき、またＤＲＡＭキ
ャパシタの容量低下が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造過程で用いられる薄膜堆積方法に係り、さらに詳しく
は、表面汚染物を炭化して残存することを伴うこと無く
効果的に除去し、しかも不必要な部分で形成された酸化
シリコン膜を容易に除去することができる薄膜堆積方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化に伴
い、ＭＯＳＬＳＩのゲート酸化膜およびフラッシュ
（Ｆｌａｓｈ）メモリーのトンネル酸化膜に用いられて
いる薄い酸化シリコン膜や、ＤＲＡＭのキャパシタ絶縁
膜およびＦｌａｓｈメモリーの中間絶縁膜として用いら
れている薄い酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の信頼
性向上がますます重要になってきている。これらの薄い
酸化シリコン膜および窒化膜の信頼性低下の要因は単一
ではなく、膜中の欠陥や重金属汚染など複合的である
が、最近、かかる要因の一つとしてクリーンルーム環境
内からウェハ表面に吸着する有機物の影響が注目されて
いる。ウェハ表面に吸着された有機物は、島崎らの評価
検討によりジオクチルフタレート（ＤＯＰ）であること
が判明している（９４年春季応用物理学会２８ａ−ＺＱ
−２，２８Ａ−ＺＱ−４）。また、その有機物のウェハ
表面吸着量と酸化シリコン膜耐電圧との相関も同じく島
崎らにより定量化（９２年春季応用物理学会３０ａ−Ｚ
Ｆ−６）されている。ただし、有機物であるＤＯＰと酸
化シリコン膜耐圧劣化のメカニズムに関しては明らかに
なっていない。

【０００３】このウェハ表面に吸着する有機物ＤＯＰを
効果的にウェハ表面から除去する手段として、酸化性ガ
スによる燃焼除去方法が本願出願人によって提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、被処理基板表面がシリコンである場合、シリコ
ンが酸化され、例えばＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜とし
て使用される薄い窒化シリコン膜をシリコン表面に形成
したい場合には、酸化シリコン膜の形成によりキャバシ
ター容量が低下するおそれがある。また、シリコン基板
とポリシリコンとの電気的な接合をとる工程の前に前記
燃焼除去方法を用いた場合には、接合抵抗が著しく増大
するような問題を生起する可能性がある。

【０００５】このような従来技術の問題点が、実際にど
のようなプロセスで発生するのかを、減圧化学気相薄膜
堆積（以下ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）法を
例として、図を用いて説明する。

【０００６】図６は、従来の有機物燃焼を考慮した減圧
ＣＶＤ炉プロセスシーケンスの一例を示す。これに基づ
く処理工程を以下に示す。

【０００７】ウェハ基板を石英ボートに装着し、インナ
ーチューブ内に導入する。この際、炉内温度は次に酸化
性ガスを導入する際の温度と同一とする。この温度は有
機物が燃焼可能な最低限の温度であり、且つウェハ基板
が余分に酸化されない温度である。

【０００８】ウェハ基板のインナーチューブへの導入
後、ＣＶＤ炉内は真空排気され、その後、酸化性ガスで
ある酸素をガス導入口からＣＶＤ炉内へ導入し、有機物
を燃焼除去処理する。

【０００９】酸化性ガスによる燃焼除去処理の後、ＣＶ
Ｄ反応炉内を再び真空排気し、その後炉内雰囲気を窒素
置換させる。これは、ＣＶＤガスとして使用するモノシ
ラン（ＳｉＨ₄ ）やジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）が非常に化
学的に活性なガスであり、これらが酸化性ガスと容易に
反応してシリコン酸化物のパーティクルを発生しないよ
うにするためである。

【００１０】その後、ＣＶＤにより薄膜堆積を行い、そ
の後真空排気し、前記と同様な理由から炉内の窒素置換
を行い、ウェハを搬出する。

【００１１】図７は、有機物燃焼を考慮した減圧ＣＶＤ
炉プロセスシーケンスの他の例を示す。

【００１２】ウェハ基板を石英ボートに装着し、インナ
ーチューブ内へ導入する。この際、炉内雰囲気を酸素を
含む酸化性ガスで満たす。また、炉内温度は有機物（炭
化物）が燃焼可能な最低限の温度で、且つウェハ基板が
余分に酸化されない温度である。

【００１３】酸化性ガスによる燃焼除去処理の後、真空
排気を行い、その後ＣＶＤ反応炉内雰囲気を窒素置換さ
せる。これはＣＶＤガスとして使用するモノシラン→ジ
シランが非常に化学的に活性なガスであり、これらが酸
化性ガスと反応してシリコン酸化物のパーティクルを発
生しないようにするためである。

【００１４】酸化性ガスによる基板表面処理の後、薄膜
堆積ＣＶＤを実施する。

【００１５】しかしながら、前記２例のようなプロセス
シーケンスに従い、酸化性ガスによる有機物燃焼除去処
理の後、ただちに薄膜堆積ＣＶＤを実施すると、次のよ
うな問題点が発生する。

【００１６】まず、ポリシリコン膜を上記シーケンスに
より堆積する場合について説明する。

【００１７】図８に示すように、ウェハ基板１０上に酸
化シリコン膜１１ａがあり、ウェハ基板１０とポリシリ
コン１３との電気的接合を取るために酸化シリコン膜１
１ａにコンタクトホールが開けられているとする。この
ホールが開けられたウェハ基板上には、クリーンルーム
環境による汚染有機物１２が存在することがある。従来
の有機物燃焼を考慮した減圧ポリシリコンＣＶＤ炉プロ
セスシーケンスにおいては、有機物１２を酸化および燃
焼させるため、酸化性ガスをウェハ基板１０の付近に導
入する。この際、有機物１２が燃焼除去されるが、これ
と同時に、ホールが開けられた部分のウェハ基板１０の
表面も酸化するため、図８（ｂ）に示すように、ホール
底部のシリコン表面上に酸化シリコン膜１１が形成され
ていた。このため、引き続いて行われるポリシリコンの
ＣＶＤにより、酸化シリコン膜１１の上にポリシリコン
１３が形成されていた。このため、ウェハ基板１０とポ
リシリコン１３との電気的な接合抵抗が上昇してしまう
問題があった。

【００１８】次に、ＤＲＡＭキャパシタ用窒化シリコン
膜を上記シーケンスにより堆積する場合について説明す
る。

【００１９】図９に示すように、ＤＲＡＭキャパシタを
形成する際、ウェハ基板１０上に酸化シリコン膜１１ａ
があり、ウェハ基板１０とポリシリコン１３との電気的
な接合を取るため酸化シリコン膜１１ａにはコンタクト
ホールが開けられ、その上にキャパシタ下部電極として
ポリシリコン１３が積層してある。このキャパシタ下部
電極となるポリシリコン１３上には、図９（ａ）に示す
ように、クリーンルーム環境からの汚染有機物１２が存
在することがある。従来の有機物燃焼を考慮した窒化シ
リコン膜ＣＶＤプロセスシーケンスにおいては、有機物
１２を酸化および燃焼させるため、酸化性ガスをウェハ
基板１０の付近に導入する。この際、有機物１２が燃焼
除去されるが、これと同時に、キャパシタ下部電極とな
るポリシリコン１３の表面をも酸化するため、図９
（ｂ）に示すように、キャパシタ下部電極となるＰＳ１
３上に酸化シリコン膜１１が形成されてしまう。そのた
め、その後引き続いて行われるＣＶＤにより、酸化シリ
コン膜１１の上に窒化シリコン膜１４が形成されてい
た。このためＤＲＡＭキャパシタの容量低下が起こるよ
うな問題があった。

【００２０】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、表面汚染物を炭化による残存を伴うこと無く効果的
に除去し、しかも不必要な部分で形成された酸化シリコ
ン膜を容易に除去することができる薄膜堆積方法を提供
することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る薄膜堆積方法は、被処理物表面に酸化
性ガスを供給しながら表面汚染有機物を、酸化性ガス供
給開始時における温度を２００〜４００℃の温度域にし
て燃焼除去する第一熱処理と、還元性ガスを供給しなが
ら熱処理を行う第二熱処理とを有し、これらの熱処理の
後、薄膜堆積を行うことを特徴とする。

【００２２】前記第二熱処理では、被処理物温度８００
℃以上の温度域での処理を行うことが好ましい。

【００２３】前記第二熱処理後、たとえば窒化シリコン
膜またはポリシリコン膜またはアモルファスシリコン膜
を形成する。

【００２４】前記第一熱処理において使用する酸化性ガ
スは、酸素、亜酸化窒素、水蒸気のいずれかを含むこと
が好ましい。

【００２５】前記第二熱処理において使用する還元性ガ
スは水素を含むことが好ましい。

【００２６】本発明の薄膜形成法では、酸化性ガスによ
る有機物の燃焼除去により、残留する有機物による素子
特性の劣化を防止することができる。しかも本発明で
は、酸化性ガスによる有機物の燃焼除去に際して生ずる
と考えられる酸化膜層が還元性ガスの導入により除去さ
れるため、安定で良質なＣＶＤ薄膜の堆積が可能とな
る。これにより、半導体層とポリシリコン膜配線間の電
気的接合抵抗の増加が防止でき、またＤＲＡＭキャパシ
タの容量低下が防止できる。

【００２７】しかも、第一熱処理が２００〜４００℃の
温度域で基板表面上に酸化性ガスの供給を開始するの
で、有機物の炭化を伴うこと無く完全燃焼させることが
でき、延いては有機物の完全な除去ができる。この点に
ついて説明すると次の通りである。

【００２８】即ち、有機物を燃焼させる場合、燃焼させ
る温度が高いと有機物が炭化し、有機物の一部が炭化物
としてウェハ表面に残留するおそれがある。そして、こ
のような残留炭化物の存在は昇温脱離分析（ＧＣ−ＭＡ
Ｓ）では検出されないが、しかし、半導体装置の高集積
化に伴って装置の信頼性を低下させる要因となるおそれ
があることが本願発明者により確認された。従って、有
機物の燃焼除去に当たり、炭化を回避することが有機物
の完全消失のために不可欠であることが本願発明者によ
って発見された。そして、有機物を炭化を伴うこと無く
燃焼させるには炭化する温度以下の温度域で酸化性ガス
の供給を開始することが必要であり、その温度域は２０
０〜４００℃である。従って、有機物の炭化を伴うこと
無く完全燃焼させることができ、延いては有機物の完全
な除去ができるのである。

【００２９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態例に係る減圧
ＣＶＤ薄膜形成法を図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００３０】まず、各実施の形態例を説明するに先立
ち、各実施の形態例で用いる減圧ＣＶＤ装置について説
明する。

【００３１】図５は、縦型減圧ＣＶＤ装置の断面該略図
である。減圧ＣＶＤ炉は、アウターチューブ１とインナ
ーチューブ２とからなり、ウェハ基板は石英ボート３に
装着され、インナーチューブ２内に導入される。アウタ
ーチューブ１は下部チューブ２０の上側フランジ４に気
密に接続してあり、下部チューブ２０の下側フランジ２
１は炉口キャップ６に気密に接続してある。炉口キャッ
プ６の上には、ボート台８が設置してある。下部チュー
ブ２０には、排気管５が気密に接続してある。排気管５
には、排気口７が形成してある。また、下部チューブ２
０には、ガス導入管が装着してあり、そこから、各種ガ
スをＣＶＤ炉内に導入するようになっている。

【００３２】ＣＶＤ炉内にウェハ基板が収納された石英
ボートを導入の後、排気口７からＣＶＤ反応炉内の雰囲
気を真空排気することにより、ＣＶＤ反応炉内は減圧下
におかれる。

【００３３】実施の形態例１本実施の形態例は、本発明の方法を用いて、減圧ＣＶＤ
プロセスによりポリシリコン膜を成膜する例である。

【００３４】図１は、本発明の実施の形態例における減
圧ＣＶＤのプロセスシーケンスを示す。図２は、シリコ
ン基板表面との電気的接合を取るために行われるポリシ
リコンＣＶＤプロセスの工程毎の要部断面図である。

【００３５】図２（ａ）に示すように、半導体装置の製
造プロセスにおいては、シリコン基板などで構成される
ウェハ基板１０の表面との電気的接合を取るため、酸化
シリコン膜１１ａにコンタクトホールを形成する工程を
必要とする。このコンタクトホールは、ＲＩＥなどを行
うプラズマエッチング装置により形成される。このエッ
チング装置からウェハ基板１０が装置外に搬出される
際、クリーンルーム環境から直接的にあるいは搬送用カ
セット等から間接的にウェハ基板の表面は汚染を受け、
図２（ａ）に示すように、表面に汚染有機物１２が存在
することがある。このような表面状態のウェハ基板の表
面には、次に、図１に示すシーケンスに従い、減圧ＣＶ
Ｄによりポリシリコン膜が形成される。

【００３６】図１に示すステップＳ₁ において、ウェハ
基板１０を図５に示す石英ボート３に装着し、インナー
チューブ２内に導入する。この際の炉内温度はステップ
Ｓ₃において酸化性ガスを導入口からＣＶＤ反応炉内へ
導入する際の温度と同一にする。この温度は、有機物質
（炭化水素）が燃焼するための最低限の温度であり、炭
化物がウェハ基板１０表面に残留するおそれの無い温度
であり、且つ、ウェハ基板が酸化されにくい温度である
２００℃〜４００℃で行う。

【００３７】また、ステップＳ₁ におけるＣＶＤ炉内並
びに炉内付近の雰囲気は特に限定は必要がない。但し、
ウェハ基板１０への不要な自然酸化膜形成を抑制する意
味で、窒素雰囲気で行うようにし、ロードロック室を設
けて減圧下（１Ｐａ程度）にするようにしても良い。

【００３８】ウェハ基板を導入し、反応炉が減圧下に置
かれる前に、ステップＳ₃ （尚、本実施の形態において
ステップＳ₂ はなく、ステップＳ₁ の次はステップＳ₃
である。）において、酸化性ガスである酸素を、図５に
示すガス導入口からＣＶＤ炉内へ導入し、ウェハ基板表
面の有機物１２を燃焼除去する。この時の条件は酸素流
量５００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ、時間は１０分
程度で充分である。このステップＳ₃ における有機物の
燃焼除去により、ウェハ基板の表面の有機物が当該条件
下で除去されることは、本発明者らの実験により確認さ
れた。

【００３９】特に、酸化性ガスである酸素ガスＯ₂ の供
給開始時点の温度が２００〜４００℃であることによっ
て有機物１２の炭化を防止することができ、従って、有
機物をその炭化を伴うこと無く完全燃焼させることがで
き、延いては有機物の完全な除去ができるのである。こ
のことも本発明者の実験により確認された。

【００４０】また、この燃焼除去により、厚さ１．５〜
２．０ｎｍ程度の酸化シリコン膜がコンタクトホールの
底部に位置するウェハ基板の表面に形成される。本実施
の形態例では、以下の工程を行うことにより、その酸化
シリコン膜が除去される。

【００４１】ステップＳ₄ において、再びＣＶＤ炉内を
真空排気し、ステップＳ₅ において、ＣＶＤ炉内を窒素
ガス置換し完全に酸化性ガス雰囲気を取り除く。このス
テップＳ₅ の窒素置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第
に上昇させ、８００℃以上、例えば８５０℃に到達後安
定させる。

【００４２】炉内温度を例えば８５０℃に保持したま
ま、次に、ステップＳ₆ で水素ガスをＣＶＤ炉内に流量
５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒの条件で３０分間
導入し、酸化シリコン膜を化学的に還元除去する。この
ステップＳ₆ の工程を付加することで、酸化性雰囲気で
の熱処理で生じた酸化シリコン膜が除去されることは、
本出願人の実験により確認されている。

【００４３】次に、ステップＳ₇ において、再びＣＶＤ
炉内を窒素ガス置換し水素ガス雰囲気を取り除く。この
ステップＳ₇ の窒素ガス置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度
を次第に降下させ、６３０℃に到達後安定させる。

【００４４】プロセスＳ₁ 、Ｓ₃ 〜Ｓ₇ の結果、被処理
ウェハ基板の表面から、図２（ｂ）に示すように、汚染
有機物１２を除去できると共に、コンタクトホールの底
部のウェハ基板の表面には、酸化シリコン層が存在しな
い状態となる。

【００４５】次に、ステップＳ₈ において、モノシラン
ガスをＣＶＤ炉内に流量１５０ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔ
ｏｒｒの条件で導入し、図２（ｃ）に示すように、ポリ
シリコン膜１３をウェハ基板１０上に堆積させる。この
結果、ポリシリコン膜１３は、コンタクトホールにおい
て、下地のウェハ基板１０の表面と安定して低抵抗で接
合することができる。

【００４６】このような薄膜形成方法によれば、酸化性
ガスによる有機物の燃焼除去により、残留する有機物に
よる素子特性の劣化を防止することができる。しかも、
酸化性ガスによる有機物の燃焼除去に際して生ずると考
えられる酸化膜層が還元性ガスの導入により除去される
ため、安定で良質なＣＶＤ薄膜の堆積が可能となる。こ
れにより、半導体層とポリシリコン膜配線間の電気的接
合抵抗の増加が防止でき、またＤＲＡＭキャパシタの容
量低下が防止できる。

【００４７】しかも、第一熱処理を２００〜４００℃の
温度域で行うので、有機物の炭化を伴うこと無く完全燃
焼させることができ、延いては有機物の完全な除去がで
きる。

【００４８】即ち、前述の通り、有機物を燃焼させる場
合、燃焼させる温度が高いと有機物が炭化し、有機物の
一部が炭化物としてウェハ表面に残留するおそれがあ
る。そして、このような残留炭化物の存在は微量であっ
ても高集積度の半導体装置の信頼性を低下させる要因と
なるおそれがある。

【００４９】従って、有機物の燃焼除去に当たり、炭化
を回避することが必要であり、それには、有機物が炭化
する温度以下の温度域で酸化性ガスの供給を開始するこ
とが必要であり、その温度域は２００〜４００℃であ
る。そして、本薄膜形成方法では、その温度域で燃焼除
去を行っているので、有機物を炭化を伴うこと無く完全
燃焼させることができ、延いては有機物の完全な除去が
できるのである。

【００５０】実施の形態例２本実施の形態例は、本発明の方法を用いて、減圧ＣＶＤ
プロセスにより窒化シリコン膜を成膜する例である。図
３は本実施の形態例のプロセスシーケンスを示すチャー
ト図である。図４は、ＤＲＡＭのキャパシタを作るため
に行われる窒化シリコンＣＶＤプロセスの工程毎の要部
断面図である。

【００５１】図４（ａ）に示すように、半導体装置とし
てのＤＲＡＭの製造プロセスにおいては、ウェハ基板１
０の表面に、酸化シリコン膜１１ａを形成し、その酸化
シリコン膜１１ａにコンタクトホールを形成し、そのコ
ンタクトホール内に埋め込むように、キャパシタの下部
電極となるポリシリコン膜１３ａを形成する工程を必要
とする。ポリシリコン膜を成膜した後、ウェハ基板１０
は、搬送用カセットに収容され、クリーンルーム環境下
で、保管あるいは搬送されることがある。その際、クリ
ーンルーム環境から直接的あるいは搬送用カセット等か
ら間接的にウェハ基板の表面は汚染を受け、図４（ａ）
に示すように、表面に汚染有機物１２が存在することが
ある。

【００５２】このような表面状態のウェハ基板の表面に
は、次に、図３に示すシーケンスに従い、減圧ＣＶＤに
より窒化シリコン膜が形成される。

【００５３】まず、ステップＳ₁ において、ウェハ基板
１０を、図５に示す石英ボート３に装着してインナーチ
ューブ２内に導入する。この際の炉内雰囲気を酸素を含
む酸化性ガスで満たす。このときの酸素温度は制御性も
含めて高濃度がよい。このことは、図５において、ガス
導入口９から酸素を含む酸化性ガスを導入すればよい。
または、排気口７に酸素ガスを含む酸化性ガスを導入す
る配管を施工し、その供給量を、大気圧より炉内が陽圧
になるように設定してもよい。

【００５４】ウェハ基板１０を石英ボート３に装着して
インナーチューブ２内に導入する際の炉内温度は、有機
物質（炭化水素）が燃焼するための最低限の温度であ
り、炭化物が生じそれが残留するというおそれの生じな
い温度であり、且つ、ウェハ基板が酸化されない温度で
ある２００℃〜４００℃にする。また、ステップＳ₁ で
は、ウェハ基板１０が炉内に全数入炉してから１０分程
度保持すると、保持時間としては充分である。

【００５５】次に、ステップＳ₂ において、ＣＶＤ炉内
を真空排気することにより減圧下に置き、その後Ｓ₃ に
おいてＣＶＤ炉内を窒素ガス置換し酸化性ガス雰囲気を
取り除く。このステップＳ₃ における窒素ガス置換処理
の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に上昇させ、８００℃以
上、例えば８５０℃に到達後安定させる。

【００５６】炉内温度８５０℃を保持したままステップ
Ｓ₄ で水素ガスをＣＶＤ炉内に流量５００ｓｃｃｍ、圧
力０．５Ｔｏｒｒの条件で３０分間導入し、酸化性ガス
雰囲気下の熱処理で生じていると考えられる酸化シリコ
ン膜を化学的に還元除去する。

【００５７】ステップＳ₅ において再びＣＶＤ炉内を窒
素ガス置換し水素ガス雰囲気を取り除く。このステップ
Ｓ₅ の窒素ガス置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に
降下させ、６３０℃に到達後安定させる。プロセスＳ₁
からＳ₅ までの結果、図４（ｂ）に示すように、ポリシ
リコン膜１３ａの表面から、汚染有機物１２を除去でき
ると共に、その表面には、酸化シリコン層が存在しない
状態となる。

【００５８】次に、ステップＳ₆ において、ＳｉＨ₂ Ｃ
ｌ₂ ガスを流量５０ｓｃｃｍ、ＮＨ ₃ ガスを流量５００
ｓｃｃｍ、全圧力０．６Ｔｏｒｒの条件でＣＶＤ炉内に
導入させ、図４（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜１
４をポリシリコン膜１３ａ上に堆積させる。この処理に
より、高誘電率で安定な窒化シリコン膜１４を、間に酸
化シリコン膜を介在させることなくポリシリコン膜１３
ａの上に形成できる。窒化シリコン膜１４の上には、キ
ャパシタの上部電極となるポリシリコン膜１３ｂを成膜
する。

【００５９】本実施の形態例では、実施の形態例１によ
ると同様に有機物を効果的に除去でき、炭化物が残留す
るおそれをなくすことができると共に、ＤＲＡＭのキャ
パシタ絶縁膜となる窒化シリコン膜を薄く形成すること
ができ、ＤＲＡＭキャパシタの容量が向上する。

【００６０】実施の形態例３前記実施の形態例１において、図１に示すステップＳ₇
以降のプロセスステップを以下のようにすることによ
り、アモルファスシリコンを減圧ＣＶＤで成膜した以外
は、前記実施の形態例１と同様にして、コンタクトホー
ルでの接続を行った。

【００６１】ステップＳ₇ においてＣＶＤ炉内を窒素ガ
ス置換し水素ガス雰囲気を取り除く。この窒素ガス置換
処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に降下させ、５２０℃
に到達後安定させる。

【００６２】ステップＳ₈ において、モノシランガスを
ＣＶＤ炉内に流量１５０ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ
の条件で導入させ、アモルファスシリコン膜をウェハ基
板１０上に堆積させる。

【００６３】実施の形態例４前記実施の形態例１において、図１に示すプロセスシー
ケンスの代わりに、図３に示すプロセスシーケンスを用
いて、ポリシリコン膜を減圧ＣＶＤで成膜した以外は、
前記実施の形態例１と同様にして、コンタクトホールで
の接続を行った。

【００６４】即ち、まず、ステップＳ₁ において、ウェ
ハ基板１０を、図５に示す石英ボート３に装着してイン
ナーチューブ２内に導入する。この際の炉内雰囲気を酸
素を含む酸化性ガスで満たす。このときの酸素濃度は制
御性も含めて高濃度がよい。このことは、図５におい
て、ガス導入口９から酸素を含む酸化性ガスを導入すれ
ばよい。または、排気口７に酸素ガスを含む酸化性ガス
を導入する配管を施工し、その供給量を、大気圧より炉
内が陽圧になるように設定してもよい。

【００６５】ウェハ基板１０を石英ボート３に装着しイ
ンナーチューブ２内に導入する際の炉内温度は、有機物
質（炭化水素）が燃焼するための最低限の温度であり、
炭化物が生じそれが残留するというおそれの生じない温
度であり、且つ、ウェハ基板が酸化されない温度である
２００℃〜４００℃にする。また、ステップＳ₁ では、
ウェハ基板１０が炉内に全数入炉してから５分程度保持
することが好ましい。次に、ステップＳ₂ において、Ｃ
ＶＤ炉内を真空排気することにより減圧下に置き、その
後Ｓ₃ においてＣＶＤ炉内を窒素ガス置換し酸化性ガス
雰囲気を取り除く。このステップＳ₃ における窒素ガス
置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に上昇させ、８０
０℃以上、例えば８５０℃に到達後安定させる。

【００６６】炉内温度８５０℃を保持したままステップ
Ｓ₄ で水素ガスをＣＶＤ炉内に流量５００ｓｃｃｍ、圧
力０．５Ｔｏｒｒの条件で３０分間導入し、酸化性ガス
雰囲気下の熱処理で生じていると考えられる酸化シリコ
ン膜を化学的に還元除去する。

【００６７】ステップＳ₅ において再びＣＶＤ炉内を窒
素ガス置換し水素ガス雰囲気を取り除く。このステップ
Ｓ₅ の窒素ガス置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に
降下させ、６３０℃に到達後安定させる。プロセスＳ₁
からＳ₅ までの結果、図２（ｂ）に示すように、汚染有
機物１２を除去できると共に、コンタクトホールの底部
のウェハ基板の表面には、酸化シリコン層が存在しない
状態となる。

【００６８】次に、ステップＳ₆ において、モノシラン
ガスをＣＶＤ炉内に流量１５０ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔ
ｏｒｒの条件で導入させ、図２（ｃ）に示すように、ポ
リシリコン膜１３をウェハ基板１０上に堆積させる。こ
の結果、ポリシリコン膜１３は、コンタクトホールにお
いて、下地のウェハ基板１０の表面と安定して低抵抗で
接合することができる。

【００６９】実施の形態例５前記実施の形態例２において、図３に示すプロセスシー
ケンスの代わりに、図１に示すプロセスシーケンスを用
いて、窒化シリコン膜を減圧ＣＶＤで成膜した以外は、
前記実施の形態例２と同様にして、ＤＲＡＭ用キャパシ
タを形成した。すなわち、まず、図１に示すステップＳ
₁ において、ウェハ基板１０を図５に示す石英ボート３
に装着し、インナーチューブ２内に導入する。この際の
炉内温度はステップ₃ において酸化性ガスを導入口から
ＣＶＤ反応炉内へ導入する際の温度と同一にする。この
温度は、有機物質（炭化水素）が燃焼するための最低限
の温度であり、炭化物が生じそれが残留するというおそ
れの生じない温度であり、且つ、ウェハ基板が酸化され
にくい温度である３００℃〜４００℃にする。

【００７０】また、ステップＳ₁ におけるＣＶＤ炉内並
びに炉内付近の雰囲気は、特に制約はない。但し、ウェ
ハ基板１０への不要な自然酸化膜形成を抑制する意味
で、窒素雰囲気で行い、更にロードロック室を設けて減
圧下（１Ｐａ程度）になるようにしても良い。

【００７１】ウェハ基板を導入後、ステップＳ₂ におい
てＣＶＤ炉内を真空排気して減圧状態とする。次に、ス
テップＳ₃ において、酸化性ガスである酸素を、図５に
示すガス導入口９からＣＶＤ炉内へ導入し、ウェハ基板
表面の有機物１２を燃焼除去する。この時の条件は酸素
流量５００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ、時間は５分
程度が最適である。このステップＳ₃ における有機物の
燃焼除去により、ウェハ基板の表面の有機物が当該条件
下で除去されることは、本発明者らの実験により確認さ
れた。

【００７２】ステップＳ₄ において、再びＣＶＤ炉内を
真空排気し、ステップＳ₅ において、ＣＶＤ炉内を窒素
ガス置換し完全に酸化性ガス雰囲気を取り除く。このス
テップＳ₅ の窒素置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第
に上昇させ、８５０℃に到達後安定させる。

【００７３】炉内温度８５０℃を保持したまま、次に、
ステップＳ₆ で水素ガスをＣＶＤ炉内に流量５００ｓｃ
ｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒの条件で３分間導入し、酸化
シリコン膜を化学的に還元除去する。このステップＳ₆
の工程を付加することで、酸化性雰囲気での熱処理で生
じた酸化シリコン膜が除去されることは、本出願人の実
験により確認されている。

【００７４】次に、ステップＳ₇ において、再びＣＶＤ
炉内を窒素ガス置換し水素ガス雰囲気を取り除く。この
ステップＳ₇ の窒素ガス置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度
を次第に降下させ、６３０℃に到達後安定させる。

【００７５】プロセスＳ₁ 、Ｓ₃ 〜Ｓ₇ の結果、被処理
ウェハ基板の表面から、図４（ｂ）に示すように、ポリ
シリコン膜１３ａの表面から、汚染有機物１２を除去で
きると共に、その表面には、酸化シリコン層が存在しな
い状態となる。

【００７６】次に、ステップＳ₈ において、モノシラン
ガスをＣＶＤ炉内に流量１５０ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔ
ｏｒｒの条件で導入し、図４（ｃ）に示すように、窒化
シリコン膜１４をポリシリコン膜１３ａ上に堆積させ
る。この処理により、高誘電率で安定な窒化シリコン膜
１４を、間に酸化シリコン膜を介在させることなくポリ
シリコン膜１３ａの上に形成できる。

【００７７】窒化シリコン膜１４の上には、キャパシタ
の上部電極となるポリシリコン膜１３ｂを成膜する。

【００７８】本実施の形態例では、ＤＲＡＭキャパシタ
絶縁膜となる窒化シリコン膜を薄く形成することがで
き、ＤＲＡＭキャパシタの容量が向上する。

【００７９】実施の形態例６前記実施の形態例２または５において、実施の形態例５
ではＳ₄ （図１）以降、実施の形態例２ではＳ₂ （図
３）以降のプロセスステップを以下の様にした以外は、
前記実施の形態例と同様にして、ＤＲＡＭ用キャパシタ
を製造した。

【００８０】すなわち、ステップＳ₄ （Ｓ₂ ）において
ＣＶＤ炉内を真空排気することにより減圧下に置き、ス
テップＳ₅ （Ｓ₃ ）においてＣＶＤ炉内をＮＨ₃ ガス置
換し酸化性ガス雰囲気を取り除く。ＮＨ₃ ガス流量は５
００ｓｃｃｍ程度が適切である。このＮＨ₃ ガス置換処
理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に上昇させ、８００℃以
上、例えば８５０℃に到達後安定させる。

【００８１】炉内温度８５０℃を保持したままステップ
Ｓ₆ （Ｓ₄ ）で水素ガスをＣＶＤ炉内に流量５００ｓｃ
ｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒの条件で３０分間導入し、酸
化層を化学的に還元除去する。

【００８２】ステップＳ₇ （Ｓ₅ ）においてＣＶＤ炉内
をＮＨ₃ ガス置換し水素ガス雰囲気を取り除く。ＮＨ₃
ガス流量は５００ｓｃｃｍ程度が適切である。このＮＨ
₃ ガス置換処理の間、ＣＶＤ炉内温度を次第に降下さ
せ、７００℃に到達後安定させる。

【００８３】プロセスＳ₇ （Ｓ₅ ）までの結果、図４
（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１３ａの表面か
ら、汚染有機物１２を除去できると共に、その表面に
は、酸化シリコン層が存在しない状態となる。

【００８４】次に、ステップＳ₆ において、ＳｉＨ₂ Ｃ
ｌ₂ ガスを流量５０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃ ガスを流量５００
ｓｃｃｍ、全圧力０．６Ｔｏｒｒの条件でＣＶＤ炉内に
導入させ、図４（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜１
４をポリシリコン膜１３上に堆積させる。この処理によ
り、高誘電率で安定な窒化シリコン膜１４を、間に酸化
シリコン膜を介在させることなくポリシリコン膜１３ａ
の上に形成できる。

【００８５】窒化シリコン膜１４の上には、キャパシタ
の上部電極となるポリシリコン膜１３ｂを成膜する。

【００８６】本実施の形態例では、ＤＲＡＭのキャパシ
タ絶縁膜となる窒化シリコン膜を薄く形成することがで
き、ＤＲＡＭキャパシタの容量が向上する。

【００８７】なお、本発明は、上述した実施の形態例に
限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変
することができる。

【００８８】たとえば、上記各実施の形態例を組み合わ
せることにより、本発明の範囲内で種々に改変すること
ができる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、クイーンルーム環境からウェハ表面に付着した有機
物質を有効に除去し、さらに有機物除去のために形成さ
れていた酸化シリコン膜を簡便な方法により除去するこ
とができ、特別な前処理工程数の追加なしにＤＲＡＭキ
ャパシタ絶縁用窒化シリコン膜の膜質向上を図ることが
できる。また、ポリシリコンやアモルファスシリコンな
どの配線膜と半導体層との電気的接合抵抗の低減化・安
定化を図ることができる。これらの結果、ＩＣ歩留の向
上を図ることができると共に、素子の信頼性の向上を図
ることができる。更に、有機物を燃焼処理する第一熱処
理における酸化性ガスの供給開始時における温度域を有
機物の炭化が生じない２００〜４００℃にしたので、有
機物の炭化を伴うこと無く完全燃焼させることができ、
延いては有機物の完全な除去ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施の形態例における減圧Ｃ
ＶＤ炉のプロセスシーケンスを示すチャート図である。

【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態例
に係る半導体装置の製造過程を示す要部断面図である。

【図３】図３は本発明の他の実施の形態例における減圧
ＣＶＤ炉のプロセスシーケンスを示すチャート図であ
る。

【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態例
に係る半導体装置の製造過程を示す要部断面図である。

【図５】図５は縦型減圧ＣＶＤ炉の断面図である。

【図６】図６は従来技術による減圧ＣＶＤ炉のプロセス
シーケンスを示すチャート図である。

【図７】図７は従来技術による減圧ＣＶＤ炉のプロセス
シーケンスを示すチャート図である。

【図８】図８（ａ），（ｂ）は従来技術による半導体装
置の製造過程を示す要部断面図である。

【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は他の従来技術による半導
体装置の製造過程を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１・・・アウターチューブ、２・・・インナーチュー
ブ、３・・・石英ボート、４・・・フランジ、５・・・
真空排気管、６・・・炉口キャップ、７・・・真空排気
口、８・・・ボート台、９・・・ガス導入口、１０・・
・シリコン基板、１１，１１ａ・・・酸化シリコン膜、
１２・・・有機物、１３・・・ポリシリコン、１４・・
・窒化シリコン膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物表面に酸化性ガスを供給しなが
ら表面汚染有機物を燃焼除去する第一熱処理と、還元性
ガスを供給しながら熱処理を行う第二熱処理とを有し、
これらの熱処理の後、減圧ＣＶＤにより薄膜堆積を行
う、被処理物表面に薄膜を堆積させる薄膜堆積方法にお
いて、上記第一熱処理は２００〜４００℃の温度域で酸化性ガ
スの供給を開始するものであることを特徴とする薄膜形
成方法
【請求項２】第二熱処理は８００℃以上の温度域で行
うことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法
【請求項３】第二熱処理後シリコン窒化膜を形成する
工程を有することを特徴とする請求項２又は３記載の薄
膜形成方法
【請求項４】第二熱処理後若しくはシリコン窒化膜形
成後、多結晶若しくはアモルファスのシリコン膜を形成
する工程を有することを特徴とする請求項１、２又は３
記載の薄膜形成方法
【請求項５】第一熱処理において使用する酸化性ガス
は酸素Ｏ₂ 、亞酸化窒素Ｎ₂ Ｏ、水蒸気Ｈ₂ Ｏのいずれ
かを含むことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
の薄膜形成方法
【請求項６】第二熱処理において使用する還元性ガス
は水素Ｈ₂ を含むことを特徴とする請求項１、２、３、
４又は５記載の薄膜形成方法