JPH11288899A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JPH11288899A JPH11288899A JP10090366A JP9036698A JPH11288899A JP H11288899 A JPH11288899 A JP H11288899A JP 10090366 A JP10090366 A JP 10090366A JP 9036698 A JP9036698 A JP 9036698A JP H11288899 A JPH11288899 A JP H11288899A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板表面に付着する有機物を効率的に除去し
てシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を向上させた半導体素
子の製造方法を提供する。 【解決手段】 表面にゲート酸化膜が形成されたシリコ
ン基板を、炉内温度を６２０℃程度のポリシリコン形成
温度に調整したポリシリコン形成炉内に１０分程度放置
してからポリシリコン膜の形成を開始し、予め定めた厚
さにシリコン膜が形成されたらリンを拡散してＰ型とし
てから、パターンニングを行ってポリシリコン電極を得
る。
てシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を向上させた半導体素
子の製造方法を提供する。 【解決手段】 表面にゲート酸化膜が形成されたシリコ
ン基板を、炉内温度を６２０℃程度のポリシリコン形成
温度に調整したポリシリコン形成炉内に１０分程度放置
してからポリシリコン膜の形成を開始し、予め定めた厚
さにシリコン膜が形成されたらリンを拡散してＰ型とし
てから、パターンニングを行ってポリシリコン電極を得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に関し、特に、ゲート電極としてポリシリコン電極
を用いる半導体素子の製造方法に関するものである。
方法に関し、特に、ゲート電極としてポリシリコン電極
を用いる半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ポリシリコン電極をゲート電極として用
いる半導体素子の製造は、図１６に示すように、ゲート
酸化前洗浄において、基板の表面を超純水により洗浄し
て表面に付着する塵や埃などの汚染物を取除いてから、
ゲート酸化において約８５０℃においてパイロジェニッ
ク酸化により基板表面を酸化してゲート酸化膜を形成し
た後、表面にポリシリコンから成るゲート電極層を形成
し、ゲート電極層にリンを拡散してＰ型としてから、パ
ターンニングを行うことによりなされる。
いる半導体素子の製造は、図１６に示すように、ゲート
酸化前洗浄において、基板の表面を超純水により洗浄し
て表面に付着する塵や埃などの汚染物を取除いてから、
ゲート酸化において約８５０℃においてパイロジェニッ
ク酸化により基板表面を酸化してゲート酸化膜を形成し
た後、表面にポリシリコンから成るゲート電極層を形成
し、ゲート電極層にリンを拡散してＰ型としてから、パ
ターンニングを行うことによりなされる。
【０００３】一般に、ポリシリコンから成るゲート電極
は、図１７に示すような構成のポリシリコン電極形成装
置（縦型ＬＰＣＶＤ）により形成されている。このポリ
シリコン電極形成装置は、ヒータ１０により内部温度が
調整されるポリシリコン形成炉１２と、複数のウエハが
チャージされ、ウエハチャージ部分がポリシリコン形成
炉１２内に装填されたときにポリシリコン形成炉１２内
を密閉するボート１４と、ポリシリコン形成炉１２内に
予め定めた種類のガスを導入する雰囲気調整手段１６と
を備えている。
は、図１７に示すような構成のポリシリコン電極形成装
置（縦型ＬＰＣＶＤ）により形成されている。このポリ
シリコン電極形成装置は、ヒータ１０により内部温度が
調整されるポリシリコン形成炉１２と、複数のウエハが
チャージされ、ウエハチャージ部分がポリシリコン形成
炉１２内に装填されたときにポリシリコン形成炉１２内
を密閉するボート１４と、ポリシリコン形成炉１２内に
予め定めた種類のガスを導入する雰囲気調整手段１６と
を備えている。
【０００４】表面にゲート酸化膜が形成された基板は、
清浄度を保った状態でボート１４にチャージされて、Ｎ
2 ガスが充填されたポリシリコン形成炉１２内に挿入さ
れる。ボート１４が完全にポリシリコン形成炉１２内に
挿入されて炉１２内を密閉すると、雰囲気調整手段１６
により１．０×１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空吸引を行い、
６００℃〜７００℃程度の温度に調整してからＳｉＨ4
ガスを導入して、ポリシリコンをゲート酸化膜上に堆積
させ、ポリシリコン膜を形成する。その後、ボート１４
を炉１２内から取り出して図示しない拡散炉内に搬送
し、拡散炉においてリンを拡散させた後、図示しないパ
ターニング装置によりパターニングが施されてゲート電
極とされる。
清浄度を保った状態でボート１４にチャージされて、Ｎ
2 ガスが充填されたポリシリコン形成炉１２内に挿入さ
れる。ボート１４が完全にポリシリコン形成炉１２内に
挿入されて炉１２内を密閉すると、雰囲気調整手段１６
により１．０×１０-3Ｔｏｒｒ程度の真空吸引を行い、
６００℃〜７００℃程度の温度に調整してからＳｉＨ4
ガスを導入して、ポリシリコンをゲート酸化膜上に堆積
させ、ポリシリコン膜を形成する。その後、ボート１４
を炉１２内から取り出して図示しない拡散炉内に搬送
し、拡散炉においてリンを拡散させた後、図示しないパ
ターニング装置によりパターニングが施されてゲート電
極とされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のすべての工程は
清浄度を高く調整したクリーンルーム内で行うが、ゲー
ト酸化前洗浄における超純水の水質の劣化や、基板の搬
送中に、例えば、クリーンルームの通気テスト剤である
フタル酸エステルや、装置やカセットやボックス等を構
成する可塑剤の一種であるＤＢＰ（ｄｉｂｕｔｙｌｐｈ
ｔｈａｌａｔｅ）や、ウエハケースを構成する可塑剤の
一種であるＢＨＴ（ｂｕｔｙｌｈｙｄｒｏｘｙｔｏｌｕ
ｅｎｅ）等の有機物が基板表面に付着してしまう場合が
ある。
清浄度を高く調整したクリーンルーム内で行うが、ゲー
ト酸化前洗浄における超純水の水質の劣化や、基板の搬
送中に、例えば、クリーンルームの通気テスト剤である
フタル酸エステルや、装置やカセットやボックス等を構
成する可塑剤の一種であるＤＢＰ（ｄｉｂｕｔｙｌｐｈ
ｔｈａｌａｔｅ）や、ウエハケースを構成する可塑剤の
一種であるＢＨＴ（ｂｕｔｙｌｈｙｄｒｏｘｙｔｏｌｕ
ｅｎｅ）等の有機物が基板表面に付着してしまう場合が
ある。
【０００６】図１８及び図１９は、有機物汚染を受けた
基板の表面に付着する有機物についてウエハ加熱脱離Ｇ
Ｃ−ＭＳにより測定した結果を示している。ウエハ加熱
脱離ＧＣ−ＭＳは基板を加熱したときに基板表面から脱
離したガスをクロマトグラフィーにかける構成の装置で
あり、図１８及び図１９のそれぞれにおいて、縦軸は相
対強度、横軸は時間を示しており、相対強度が高いほど
有機物の付着量が多く、同じ時間に検出されたものは同
じ種類の物質であることを示している。
基板の表面に付着する有機物についてウエハ加熱脱離Ｇ
Ｃ−ＭＳにより測定した結果を示している。ウエハ加熱
脱離ＧＣ−ＭＳは基板を加熱したときに基板表面から脱
離したガスをクロマトグラフィーにかける構成の装置で
あり、図１８及び図１９のそれぞれにおいて、縦軸は相
対強度、横軸は時間を示しており、相対強度が高いほど
有機物の付着量が多く、同じ時間に検出されたものは同
じ種類の物質であることを示している。
【０００７】図１８はゲート酸化膜形成前の超純水によ
る洗浄後のシリコン基板の表面に付着する有機物量を測
定した結果であり、図１９はゲート酸化膜形成後のシリ
コン基板の表面に付着する有機物量を測定した結果であ
る。図１８と図１９とを比較すると、超純水による洗浄
後のシリコン基板の表面に比べてゲート酸化後のシリコ
ン基板の表面の方が付着している有機物量は減っている
ものの、ゲート酸化によってシリコン基板の表面に付着
する有機物は完全には除去されてないことがわかる。
る洗浄後のシリコン基板の表面に付着する有機物量を測
定した結果であり、図１９はゲート酸化膜形成後のシリ
コン基板の表面に付着する有機物量を測定した結果であ
る。図１８と図１９とを比較すると、超純水による洗浄
後のシリコン基板の表面に比べてゲート酸化後のシリコ
ン基板の表面の方が付着している有機物量は減っている
ものの、ゲート酸化によってシリコン基板の表面に付着
する有機物は完全には除去されてないことがわかる。
【０００８】水質の劣化した超純水による洗浄によりシ
リコン基板の表面に付着した有機物や、基板の装置間の
搬送中にシリコン基板の表面に付着した有機物はベンゼ
ン環を有しているものが多く、ベンゼン環を持つ有機物
のうちゲート酸化時にシリコン酸化膜と反応したものは
燃焼しにくくなってしまい、ゲート酸化後もシリコン基
板の表面に残留してしまう。このようなシリコン基板の
表面に残留した有機物はゲート酸化膜の絶縁耐圧特性を
悪化させる原因となっている。
リコン基板の表面に付着した有機物や、基板の装置間の
搬送中にシリコン基板の表面に付着した有機物はベンゼ
ン環を有しているものが多く、ベンゼン環を持つ有機物
のうちゲート酸化時にシリコン酸化膜と反応したものは
燃焼しにくくなってしまい、ゲート酸化後もシリコン基
板の表面に残留してしまう。このようなシリコン基板の
表面に残留した有機物はゲート酸化膜の絶縁耐圧特性を
悪化させる原因となっている。
【０００９】そこで本発明は、基板表面に付着する有機
物を効率的に除去してシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を
向上させた半導体素子を得ることを目的としている。
物を効率的に除去してシリコン酸化膜の絶縁耐圧特性を
向上させた半導体素子を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明の半導体素子の製造方法は、シリコ
ン酸化膜が表面に形成された基板を、高温に調整された
ポリシリコン形成炉内においてシリコンを含む酸素系ガ
ス雰囲気中に放置した後、真空吸引してから、基板の表
面にポリシリコン膜を形成することを特徴としている。
に、請求項１の発明の半導体素子の製造方法は、シリコ
ン酸化膜が表面に形成された基板を、高温に調整された
ポリシリコン形成炉内においてシリコンを含む酸素系ガ
ス雰囲気中に放置した後、真空吸引してから、基板の表
面にポリシリコン膜を形成することを特徴としている。
【００１１】請求項１の発明では、基板表面に酸化膜が
形成された基板を高温、好ましくは、ポリシリコン膜形
成温度でシリコンを含む酸素系ガス雰囲気中に放置して
いる。そのため、基板表面に付着している有機物が酸素
系ガス中に含まれる酸素の酸化力によりシリコンと反応
してシリル化し、ベンゼン環が分解される。
形成された基板を高温、好ましくは、ポリシリコン膜形
成温度でシリコンを含む酸素系ガス雰囲気中に放置して
いる。そのため、基板表面に付着している有機物が酸素
系ガス中に含まれる酸素の酸化力によりシリコンと反応
してシリル化し、ベンゼン環が分解される。
【００１２】ベンゼン環が分解されると基板表面に付着
する力が弱まるので、その後の真空吸引によって基板表
面から容易に除去できる。従って、シリコン酸化膜の絶
縁耐圧特性が向上した半導体素子が得られる。
する力が弱まるので、その後の真空吸引によって基板表
面から容易に除去できる。従って、シリコン酸化膜の絶
縁耐圧特性が向上した半導体素子が得られる。
【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の半導体素子の製造方法において、前記酸素系ガスは、
大気、酸素ガスまたはオゾンガスのうちのいずれか一種
より選ばれたものであることを特徴としている。
の半導体素子の製造方法において、前記酸素系ガスは、
大気、酸素ガスまたはオゾンガスのうちのいずれか一種
より選ばれたものであることを特徴としている。
【００１４】酸素系ガスとして大気を用いれば、ガス導
入のための特別な装置などを用意せずとも良いので、設
備費や製造コストがかからないという利点がある。ま
た、酸素系ガスとして酸素ガスを用いる場合は、ベンゼ
ン環をシリル化する反応の効率が向上し、酸素系ガス中
にシリコン膜形成温度で放置する時間を短くできる。さ
らに、酸素系ガスとして酸化力の強いオゾンガスを用い
る場合は、より一層ベンゼン環をシリル化する反応の効
率が向上すると共に、酸素系ガス中に放置する際のシリ
コン膜形成温度を低温化でき、かつ、放置時間も短くで
きる。
入のための特別な装置などを用意せずとも良いので、設
備費や製造コストがかからないという利点がある。ま
た、酸素系ガスとして酸素ガスを用いる場合は、ベンゼ
ン環をシリル化する反応の効率が向上し、酸素系ガス中
にシリコン膜形成温度で放置する時間を短くできる。さ
らに、酸素系ガスとして酸化力の強いオゾンガスを用い
る場合は、より一層ベンゼン環をシリル化する反応の効
率が向上すると共に、酸素系ガス中に放置する際のシリ
コン膜形成温度を低温化でき、かつ、放置時間も短くで
きる。
【００１５】また、請求項３の発明の半導体素子の製造
方法は、請求項１に記載の半導体素子の製造方法におい
て、前記基板をポリシリコン形成炉内で放置する際に、
ポリシリコン形成炉内の温度を５００℃以上７００℃以
下に調整することを特徴としている。
方法は、請求項１に記載の半導体素子の製造方法におい
て、前記基板をポリシリコン形成炉内で放置する際に、
ポリシリコン形成炉内の温度を５００℃以上７００℃以
下に調整することを特徴としている。
【００１６】５００℃以下であると、シリコン酸化膜に
付着する有機物を十分にシリル化することができず、ま
た、７００℃以上であるとシリコンの別の反応が進んで
しまうため好ましくない。このことから基板の炉内放置
温度は、５００℃以上７００℃以下、好ましくは６００
℃以上７００℃以下、より好ましくは６２０℃程度とす
れば、効率的に有機物を除去できる。
付着する有機物を十分にシリル化することができず、ま
た、７００℃以上であるとシリコンの別の反応が進んで
しまうため好ましくない。このことから基板の炉内放置
温度は、５００℃以上７００℃以下、好ましくは６００
℃以上７００℃以下、より好ましくは６２０℃程度とす
れば、効率的に有機物を除去できる。
【００１７】請求項４の発明の半導体素子の製造方法
は、シリコン酸化膜が表面に形成された基板を、硫酸と
過酸化水素とを含む洗浄液又は超純水にオゾンを添加し
たオゾン添加洗浄水に浸漬してから、基板の表面にポリ
シリコン膜を形成することを特徴としている。
は、シリコン酸化膜が表面に形成された基板を、硫酸と
過酸化水素とを含む洗浄液又は超純水にオゾンを添加し
たオゾン添加洗浄水に浸漬してから、基板の表面にポリ
シリコン膜を形成することを特徴としている。
【００１８】請求項４の発明では、超純水により洗浄さ
れた基板にポリシリコン電極層用の酸化膜を形成する前
や、ポリシリコン電極層用の酸化膜が形成された後など
の基板の表面にポリシリコン電極層を形成する前に、基
板を硫酸と過酸化水素とを含む洗浄液又はオゾン添加洗
浄水に浸漬するため、この浸漬により基板表面に付着し
ている有機物が除去されるので、シリコン酸化膜の絶縁
耐圧特性が向上した半導体素子が得られる。
れた基板にポリシリコン電極層用の酸化膜を形成する前
や、ポリシリコン電極層用の酸化膜が形成された後など
の基板の表面にポリシリコン電極層を形成する前に、基
板を硫酸と過酸化水素とを含む洗浄液又はオゾン添加洗
浄水に浸漬するため、この浸漬により基板表面に付着し
ている有機物が除去されるので、シリコン酸化膜の絶縁
耐圧特性が向上した半導体素子が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図１４を参照して説明する。なお、ウエハ加熱脱離Ｇ
ＣーＭＳにより測定した結果を示すすべての線図につい
て、縦軸は相対強度、横軸は時間を示し、相対強度が高
いほど有機物の付着量が多く、同じ時間に検出されたも
のは同じ種類の物質であることを示している。
〜図１４を参照して説明する。なお、ウエハ加熱脱離Ｇ
ＣーＭＳにより測定した結果を示すすべての線図につい
て、縦軸は相対強度、横軸は時間を示し、相対強度が高
いほど有機物の付着量が多く、同じ時間に検出されたも
のは同じ種類の物質であることを示している。
【００２０】（第１の実施形態）図１〜図９を参照して
第１の実施形態を説明する。まず、図１に示すように、
表面にパターンを形成したシリコン基板を、超純水によ
り洗浄して（ゲート酸化前洗浄）からパイロジェニック
酸化によりゲート酸化膜を形成（ゲート酸化）する。次
に、得られた複数のシリコン基板を前述した縦型ＬＰＣ
ＶＤのボートにチャージする。ボートに複数のシリコン
基板をチャージ後、炉内温度を６２０℃程度に調整した
ポリシリコン形成炉内にボートを挿入してポリシリコン
形成炉内を密閉した状態で１０分程度放置する。
第１の実施形態を説明する。まず、図１に示すように、
表面にパターンを形成したシリコン基板を、超純水によ
り洗浄して（ゲート酸化前洗浄）からパイロジェニック
酸化によりゲート酸化膜を形成（ゲート酸化）する。次
に、得られた複数のシリコン基板を前述した縦型ＬＰＣ
ＶＤのボートにチャージする。ボートに複数のシリコン
基板をチャージ後、炉内温度を６２０℃程度に調整した
ポリシリコン形成炉内にボートを挿入してポリシリコン
形成炉内を密閉した状態で１０分程度放置する。
【００２１】このとき、ボートの挿入と共にポリシリコ
ン形成炉内に入り込んだ空気中の酸素と前回の処理で導
入されポリシリコン形成炉内に残留するＳｉＨ4 ガスと
によりシリコン基板表面に付着する有機物がシリル化さ
れる。このシリル化によりベンゼン環が分解されて有機
物は直鎖状シリル化エステルとされる。例えば、Ｃ6Ｈ
7 ＳＣ（Ｓｉ（ＣＨ3 ）3 ）ＨＣ2 Ｈ3 は、（ＣＨ3 ）
3 ＳｉＯＣＯＣ（Ｓｉ（ＣＨ3 ）3 ）ＨＣＯＯＳｉ（Ｃ
Ｈ3 ）3 や、（ＣＨ3 ）3 ＳｉＯＣＯＳｉ（ＣＨ3 ）3
などに分解される。
ン形成炉内に入り込んだ空気中の酸素と前回の処理で導
入されポリシリコン形成炉内に残留するＳｉＨ4 ガスと
によりシリコン基板表面に付着する有機物がシリル化さ
れる。このシリル化によりベンゼン環が分解されて有機
物は直鎖状シリル化エステルとされる。例えば、Ｃ6Ｈ
7 ＳＣ（Ｓｉ（ＣＨ3 ）3 ）ＨＣ2 Ｈ3 は、（ＣＨ3 ）
3 ＳｉＯＣＯＣ（Ｓｉ（ＣＨ3 ）3 ）ＨＣＯＯＳｉ（Ｃ
Ｈ3 ）3 や、（ＣＨ3 ）3 ＳｉＯＣＯＳｉ（ＣＨ3 ）3
などに分解される。
【００２２】その後、ポリシリコン形成炉内を吸引装置
により吸引する。このときのシリコン基板表面の有機物
の付着量をウエハ加熱脱離ＧＣ−ＭＳにより測定した結
果を図２に示す。なお、比較のため、ポリシリコン形成
炉内を窒素により充填した状態でボートをポリシリコン
形成炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン基板を放置
したときのシリコン基板表面の有機物量を測定した結果
を図３に、ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した
状態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰
囲気中にシリコン基板を放置して真空吸引したときのシ
リコン基板表面の有機物量を測定した結果を図４に、ポ
リシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空気が入り込
んだ状態でシリコン基板を放置したときのシリコン基板
表面の有機物量を測定した結果を図５にそれぞれ示す。
により吸引する。このときのシリコン基板表面の有機物
の付着量をウエハ加熱脱離ＧＣ−ＭＳにより測定した結
果を図２に示す。なお、比較のため、ポリシリコン形成
炉内を窒素により充填した状態でボートをポリシリコン
形成炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン基板を放置
したときのシリコン基板表面の有機物量を測定した結果
を図３に、ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した
状態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰
囲気中にシリコン基板を放置して真空吸引したときのシ
リコン基板表面の有機物量を測定した結果を図４に、ポ
リシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空気が入り込
んだ状態でシリコン基板を放置したときのシリコン基板
表面の有機物量を測定した結果を図５にそれぞれ示す。
【００２３】図２と図３〜図５との比較より明らかなよ
うに、ポリシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空気
が入り込んだ状態でシリコン基板を放置して真空吸引し
たときのシリコン基板表面には、殆ど有機物が残留して
いないことがいえる。すなわち、上記シリル化により形
成された直鎖状シリル化エステルは、吸引によりシリコ
ン基板の表面から容易に取除かれてしまうことがいえ
る。
うに、ポリシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空気
が入り込んだ状態でシリコン基板を放置して真空吸引し
たときのシリコン基板表面には、殆ど有機物が残留して
いないことがいえる。すなわち、上記シリル化により形
成された直鎖状シリル化エステルは、吸引によりシリコ
ン基板の表面から容易に取除かれてしまうことがいえ
る。
【００２４】その後、ＳｉＨ4 ガスをポリシリコン形成
炉内に導入してポリシリコン膜の形成を開始し、予め定
めた厚さにシリコン膜が形成されたらリンを拡散してＰ
型としてから、パターンニングを行ってポリシリコン電
極を得る。
炉内に導入してポリシリコン膜の形成を開始し、予め定
めた厚さにシリコン膜が形成されたらリンを拡散してＰ
型としてから、パターンニングを行ってポリシリコン電
極を得る。
【００２５】得られたゲート電極におけるゲート酸化膜
の絶縁耐性を調べた結果を図６に示す。図６において、
横軸は電圧（Ｖ）を示しており、縦軸は耐圧不良率
（％）を示しており、以後述べるすべての絶縁耐性を調
べた図においても同様に横軸は電圧（Ｖ）を示してお
り、縦軸は耐圧不良率（％）を示しており、耐圧不良率
（％）が高いほど電流が多く流れることを示唆してい
る。
の絶縁耐性を調べた結果を図６に示す。図６において、
横軸は電圧（Ｖ）を示しており、縦軸は耐圧不良率
（％）を示しており、以後述べるすべての絶縁耐性を調
べた図においても同様に横軸は電圧（Ｖ）を示してお
り、縦軸は耐圧不良率（％）を示しており、耐圧不良率
（％）が高いほど電流が多く流れることを示唆してい
る。
【００２６】なお、比較のため、ポリシリコン形成炉内
を窒素により充填した状態でボートをポリシリコン形成
炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン基板を放置して
真空吸引した後にポリシリコン膜を形成して得たゲート
電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた結果を図
７に、また、基板表面に有機物の付着の無い基板を用
い、窒素を充填したポリシリコン形成炉内にボートを挿
入してシリコン基板を放置し、真空吸引した後にポリシ
リコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化
膜の絶縁耐性を調べた結果を図８に、基板表面に有機物
の付着の無い基板を用い、ポリシリコン形成炉内にボー
トの挿入と共に空気が入り込んだ状態でシリコン基板を
放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成して得
たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた
結果を図９にそれぞれ示す。
を窒素により充填した状態でボートをポリシリコン形成
炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン基板を放置して
真空吸引した後にポリシリコン膜を形成して得たゲート
電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた結果を図
７に、また、基板表面に有機物の付着の無い基板を用
い、窒素を充填したポリシリコン形成炉内にボートを挿
入してシリコン基板を放置し、真空吸引した後にポリシ
リコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化
膜の絶縁耐性を調べた結果を図８に、基板表面に有機物
の付着の無い基板を用い、ポリシリコン形成炉内にボー
トの挿入と共に空気が入り込んだ状態でシリコン基板を
放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成して得
たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた
結果を図９にそれぞれ示す。
【００２７】図８及び図９に示すように、基板表面に有
機物の付着の無い基板を用いた場合は、ポリシリコン形
成炉内に空気を導入しても窒素を導入しても良好な絶縁
耐性を有するものとなっている。これに対し、図７に示
すように、基板表面に有機物の付着がある場合、ポリシ
リコン形成炉内を窒素により充填した状態でボートをポ
リシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン
基板を放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成
して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性は
非常に悪くなっているのがわかる。
機物の付着の無い基板を用いた場合は、ポリシリコン形
成炉内に空気を導入しても窒素を導入しても良好な絶縁
耐性を有するものとなっている。これに対し、図７に示
すように、基板表面に有機物の付着がある場合、ポリシ
リコン形成炉内を窒素により充填した状態でボートをポ
リシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲気中にシリコン
基板を放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成
して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性は
非常に悪くなっているのがわかる。
【００２８】すなわち、図６に示したように本第１の実
施形態で得られたゲート電極におけるゲート酸化膜は、
図８及び図９とほぼ同様に良好な絶縁耐性を有するもの
となっており、基板表面に有機物が付着するシリコン基
板をポリシリコン形成炉内に放置する際に空気を導入し
ないで窒素を導入した場合と比較しても絶縁耐性が向上
していることがわかる。
施形態で得られたゲート電極におけるゲート酸化膜は、
図８及び図９とほぼ同様に良好な絶縁耐性を有するもの
となっており、基板表面に有機物が付着するシリコン基
板をポリシリコン形成炉内に放置する際に空気を導入し
ないで窒素を導入した場合と比較しても絶縁耐性が向上
していることがわかる。
【００２９】さらに、シリシリコン基板をポリシリコン
形成炉内で放置するため、有機物の除去のための特別な
経路等を設ける必要はなく、比較的処理が簡単にでき、
製造効率もよいなどの利点もある。
形成炉内で放置するため、有機物の除去のための特別な
経路等を設ける必要はなく、比較的処理が簡単にでき、
製造効率もよいなどの利点もある。
【００３０】（第２の実施形態）本第２の実施形態は、
上述した第１の実施形態の応用であり、第１の実施形態
の方法において、ボートと共にポリシリコン形成炉内に
入り込んだ空気を有機物のシリル化に利用するのではな
く、インジェクターからポリシリコン形成炉内に導入し
た酸素を利用する方法である。
上述した第１の実施形態の応用であり、第１の実施形態
の方法において、ボートと共にポリシリコン形成炉内に
入り込んだ空気を有機物のシリル化に利用するのではな
く、インジェクターからポリシリコン形成炉内に導入し
た酸素を利用する方法である。
【００３１】この方法によれば、基板表面に付着する有
機物と酸素及びＳＨ4ガスとの反応がより一層効率的に
なるので、シリコン基板のポリシリコン形成炉内の放置
時間を６２０℃程度の炉内温度では５分〜１０分程度に
まで短縮できる。
機物と酸素及びＳＨ4ガスとの反応がより一層効率的に
なるので、シリコン基板のポリシリコン形成炉内の放置
時間を６２０℃程度の炉内温度では５分〜１０分程度に
まで短縮できる。
【００３２】なお、その他は上述の第１の実施形態と同
様であるので説明を省略する。また、第２の実施形態に
おいて酸素雰囲気内に放置した後に真空吸引して得られ
たシリコン基板表面の有機物量や、得られたゲート電極
におけるゲート酸化膜の絶縁耐性については、上述した
第１の実施形態とほぼ同様の結果が得られたので図示は
省略する。
様であるので説明を省略する。また、第２の実施形態に
おいて酸素雰囲気内に放置した後に真空吸引して得られ
たシリコン基板表面の有機物量や、得られたゲート電極
におけるゲート酸化膜の絶縁耐性については、上述した
第１の実施形態とほぼ同様の結果が得られたので図示は
省略する。
【００３３】（第３の実施形態）本第３の実施形態は、
上述した第１の実施形態の応用であり、第１の実施形態
の方法において、ボートと共にポリシリコン形成炉内に
入り込んだ空気を有機物のシリル化に利用するのではな
く、インジェクターからポリシリコン形成炉内に導入し
たオゾンを利用する方法である。
上述した第１の実施形態の応用であり、第１の実施形態
の方法において、ボートと共にポリシリコン形成炉内に
入り込んだ空気を有機物のシリル化に利用するのではな
く、インジェクターからポリシリコン形成炉内に導入し
たオゾンを利用する方法である。
【００３４】この方法によれば、基板表面に付着する有
機物とオゾン及びＳＨ4ガスとの反応がより一層効率的
になるので、シリコン基板のポリシリコン形成炉内の放
置時間を６２０℃程度の炉内温度では３分〜５分程度に
まで短縮できる。
機物とオゾン及びＳＨ4ガスとの反応がより一層効率的
になるので、シリコン基板のポリシリコン形成炉内の放
置時間を６２０℃程度の炉内温度では３分〜５分程度に
まで短縮できる。
【００３５】なお、その他は上述の第１の実施形態と同
様であるので説明を省略する。また、第３の実施形態に
おいてオゾン雰囲気内に放置した後に真空吸引して得ら
れたシリコン基板表面の有機物量や、得られたゲート電
極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性については、上述し
た第１の実施形態とほぼ同様の結果が得られたので図示
は省略する。
様であるので説明を省略する。また、第３の実施形態に
おいてオゾン雰囲気内に放置した後に真空吸引して得ら
れたシリコン基板表面の有機物量や、得られたゲート電
極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性については、上述し
た第１の実施形態とほぼ同様の結果が得られたので図示
は省略する。
【００３６】なお、上記第１の実施形態から第３の実施
形態では酸素系ガスとして大気、酸素、オゾンを挙げた
が、これらに限らず、シリコン基板をエッチングしない
性質の酸素系ガスであれば用いることができる。
形態では酸素系ガスとして大気、酸素、オゾンを挙げた
が、これらに限らず、シリコン基板をエッチングしない
性質の酸素系ガスであれば用いることができる。
【００３７】（第４の実施形態）図１０〜図１４を参照
して第２の実施形態を説明する。まず、図１０に示すよ
うに、表面にパターンを形成したシリコン基板を、超純
水により洗浄して（ゲート酸化前洗浄）からパイロジェ
ニック酸化によりゲート酸化膜を形成（ゲート酸化）す
る。次に、得られた複数のシリコン基板を１２５℃に温
度調整され、硫酸と過酸化水素とが９対１の割合で混合
されたＳＰＭ（Ｓｕｒｆｉｃ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ ｍｉ
ｘｔｕｒｅ）洗浄液に５分程度浸漬する。このとき、シ
リコン基板表面に付着する有機物がＳＰＭ洗浄液により
酸化されて取除かれる。
して第２の実施形態を説明する。まず、図１０に示すよ
うに、表面にパターンを形成したシリコン基板を、超純
水により洗浄して（ゲート酸化前洗浄）からパイロジェ
ニック酸化によりゲート酸化膜を形成（ゲート酸化）す
る。次に、得られた複数のシリコン基板を１２５℃に温
度調整され、硫酸と過酸化水素とが９対１の割合で混合
されたＳＰＭ（Ｓｕｒｆｉｃ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ ｍｉ
ｘｔｕｒｅ）洗浄液に５分程度浸漬する。このとき、シ
リコン基板表面に付着する有機物がＳＰＭ洗浄液により
酸化されて取除かれる。
【００３８】その後、前述した縦型ＬＰＣＶＤのボート
に複数のシリコン基板をチャージしたのち、炉内温度を
６２０℃程度に調整したポリシリコン形成炉内に挿入
し、ＳｉＨ4 ガスをポリシリコン形成炉内に導入してポ
リシリコン膜の形成を開始し、予め定めた厚さにシリコ
ン膜が形成されたらリンを拡散してＰ型としてから、パ
ターンニングを行ってポリシリコン電極を得る。
に複数のシリコン基板をチャージしたのち、炉内温度を
６２０℃程度に調整したポリシリコン形成炉内に挿入
し、ＳｉＨ4 ガスをポリシリコン形成炉内に導入してポ
リシリコン膜の形成を開始し、予め定めた厚さにシリコ
ン膜が形成されたらリンを拡散してＰ型としてから、パ
ターンニングを行ってポリシリコン電極を得る。
【００３９】ここで、シリコン基板の有機物量をウエハ
加熱脱離ＧＣ−ＭＳで測定した結果を図１１に示す。図
１１において、試料１は超純水により洗浄後のシリコン
基板表面の有機物量、試料２はゲート酸化後のシリコン
基板表面の有機物量、試料３はＳＰＭ洗浄後のシリコン
基板表面の有機物量を測定した結果である。図１１より
明らかなように、ＳＰＭ洗浄を行うことによってシリコ
ン基板表面に強固に付着していた有機物は殆ど除去され
ていることがわかる。
加熱脱離ＧＣ−ＭＳで測定した結果を図１１に示す。図
１１において、試料１は超純水により洗浄後のシリコン
基板表面の有機物量、試料２はゲート酸化後のシリコン
基板表面の有機物量、試料３はＳＰＭ洗浄後のシリコン
基板表面の有機物量を測定した結果である。図１１より
明らかなように、ＳＰＭ洗浄を行うことによってシリコ
ン基板表面に強固に付着していた有機物は殆ど除去され
ていることがわかる。
【００４０】得られたゲート電極におけるゲート酸化膜
の絶縁耐性を調べた結果を図１２に示す。なお、比較の
ため、ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシリコ
ン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の
絶縁耐性を調べた結果を図１３に、また、基板表面に有
機物の付着の無い基板を用い、ゲート酸化後にＳＰＭ洗
浄を行ってポリシリコン膜を形成して得たゲート電極に
おけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた結果を図１４
に、基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、ゲート
酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシリコン膜を形成し
て得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調
べた結果を図１５にそれぞれ示す。
の絶縁耐性を調べた結果を図１２に示す。なお、比較の
ため、ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシリコ
ン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の
絶縁耐性を調べた結果を図１３に、また、基板表面に有
機物の付着の無い基板を用い、ゲート酸化後にＳＰＭ洗
浄を行ってポリシリコン膜を形成して得たゲート電極に
おけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調べた結果を図１４
に、基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、ゲート
酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシリコン膜を形成し
て得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を調
べた結果を図１５にそれぞれ示す。
【００４１】図１４及び図１５に示すように、基板表面
に有機物の付着の無い基板を用いた場合は、ＳＰＭ洗浄
を行ってもＳＰＭ洗浄を行わなくても同様に良好な絶縁
耐性を有するものとなっている。これに対し、図１３に
示すように、基板表面に有機物の付着がある場合、ＳＰ
Ｍ洗浄を行わないでポリシリコン膜を形成して得たゲー
ト電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性は非常に悪くな
っているのがわかる。
に有機物の付着の無い基板を用いた場合は、ＳＰＭ洗浄
を行ってもＳＰＭ洗浄を行わなくても同様に良好な絶縁
耐性を有するものとなっている。これに対し、図１３に
示すように、基板表面に有機物の付着がある場合、ＳＰ
Ｍ洗浄を行わないでポリシリコン膜を形成して得たゲー
ト電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性は非常に悪くな
っているのがわかる。
【００４２】すなわち、図１２に示したように本第２の
実施形態で得られたゲート電極におけるゲート酸化膜
は、図１４及び図１５とほぼ同様に良好な絶縁耐性を有
するものとなっており、基板表面に有機物が付着するシ
リコン基板をＳＰＭ洗浄を行わないゲート電極を形成し
た場合と比較しても絶縁耐性が向上していることがわか
る。
実施形態で得られたゲート電極におけるゲート酸化膜
は、図１４及び図１５とほぼ同様に良好な絶縁耐性を有
するものとなっており、基板表面に有機物が付着するシ
リコン基板をＳＰＭ洗浄を行わないゲート電極を形成し
た場合と比較しても絶縁耐性が向上していることがわか
る。
【００４３】以上述べた第４の実施形態では、硫酸と過
酸化水素とが９対１の割合で混合されたＳＰＭ洗浄液を
用いる場合を挙げたが、ＳＰＭ洗浄液として用いられる
ものであれば硫酸と過酸化水素との割合がどのような割
合であってもよい。
酸化水素とが９対１の割合で混合されたＳＰＭ洗浄液を
用いる場合を挙げたが、ＳＰＭ洗浄液として用いられる
ものであれば硫酸と過酸化水素との割合がどのような割
合であってもよい。
【００４４】また、ＳＰＭ洗浄液の代わりにオゾンが添
加されて酸化性を強くされた超純水であるオゾン添加洗
浄水を用いてもよい。この場合も洗浄後のシリコン基板
表面の有機物量や、得られたゲート電極におけるゲート
酸化膜の絶縁耐性については、上述した第４の実施形態
とほぼ同様の結果が得られたので図示は省略する。
加されて酸化性を強くされた超純水であるオゾン添加洗
浄水を用いてもよい。この場合も洗浄後のシリコン基板
表面の有機物量や、得られたゲート電極におけるゲート
酸化膜の絶縁耐性については、上述した第４の実施形態
とほぼ同様の結果が得られたので図示は省略する。
【００４５】なお、ゲート洗浄後の洗浄液として上記第
４の実施形態ではＳＰＭ洗浄液とオゾン添加洗浄水とを
挙げたが、これらに限らず、シリコン基板をエッチング
しない性質の洗浄液であれば用いることができる。
４の実施形態ではＳＰＭ洗浄液とオゾン添加洗浄水とを
挙げたが、これらに限らず、シリコン基板をエッチング
しない性質の洗浄液であれば用いることができる。
【００４６】なお、以上述べた第１の実施形態から第４
の実施形態においては、すべてゲート電極におけるゲー
ト酸化膜の絶縁耐性を向上させる場合について述べた
が、本発明はその他のシリコン酸化膜の絶縁耐性を向上
させる場合にも適用できる。
の実施形態においては、すべてゲート電極におけるゲー
ト酸化膜の絶縁耐性を向上させる場合について述べた
が、本発明はその他のシリコン酸化膜の絶縁耐性を向上
させる場合にも適用できる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜４の発
明によれば、シリコン基板の表面に強固に付着する有機
物を殆ど除去できるため、シリコン酸化膜の絶縁耐圧特
性を向上させた半導体素子を製造できる、という効果を
達成する。
明によれば、シリコン基板の表面に強固に付着する有機
物を殆ど除去できるため、シリコン酸化膜の絶縁耐圧特
性を向上させた半導体素子を製造できる、という効果を
達成する。
【図１】本発明の第１の実施形態を簡単に示すフロー図
である。
である。
【図２】第１の実施形態で得られたシリコン基板の表面
に付着する有機物量を表す測定図である。
に付着する有機物量を表す測定図である。
【図３】ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した状
態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲
気中にシリコン基板を放置したときのシリコン基板の表
面に付着する有機物量を表す測定図である。
態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲
気中にシリコン基板を放置したときのシリコン基板の表
面に付着する有機物量を表す測定図である。
【図４】ポリシリコン形成炉内を窒素により充填した状
態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲
気中にシリコン基板を放置して真空吸引したときのシリ
コン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図であ
る。
態でボートをポリシリコン形成炉内に挿入し、窒素雰囲
気中にシリコン基板を放置して真空吸引したときのシリ
コン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図であ
る。
【図５】ポリシリコン形成炉内にボートの挿入と共に空
気が入り込んだ状態でシリコン基板を放置したときのシ
リコン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図であ
る。
気が入り込んだ状態でシリコン基板を放置したときのシ
リコン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図であ
る。
【図６】第１の実施形態で得られたゲート電極における
ゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
ゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
【図７】窒素雰囲気中にシリコン基板を放置して真空吸
引した後にポリシリコン膜を形成して得たゲート電極に
おけるゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムであ
る。
引した後にポリシリコン膜を形成して得たゲート電極に
おけるゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムであ
る。
【図８】基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、窒
素雰囲気中にシリコン基板を放置して真空吸引した後に
ポリシリコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲー
ト酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
素雰囲気中にシリコン基板を放置して真空吸引した後に
ポリシリコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲー
ト酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
【図９】基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、ポ
リシリコン形成炉内に空気が入り込んだ状態でシリコン
基板を放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成
して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を
示すヒストグラムである。
リシリコン形成炉内に空気が入り込んだ状態でシリコン
基板を放置して真空吸引した後にポリシリコン膜を形成
して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性を
示すヒストグラムである。
【図１０】本発明の第２の実施形態を簡単に示すフロー
図である。
図である。
【図１１】ゲート酸化前洗浄におけるシリコン基板の表
面に付着する有機物量と、ゲート酸化後のシリコン基板
の表面に付着する有機物量と、ＳＰＭ洗浄後のシリコン
基板の表面に付着する有機物量とを表す測定図である。
面に付着する有機物量と、ゲート酸化後のシリコン基板
の表面に付着する有機物量と、ＳＰＭ洗浄後のシリコン
基板の表面に付着する有機物量とを表す測定図である。
【図１２】第２の実施形態で得られたゲート電極におけ
るゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
るゲート酸化膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
【図１３】ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシ
リコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化
膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
リコン膜を形成して得たゲート電極におけるゲート酸化
膜の絶縁耐性を示すヒストグラムである。
【図１４】基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、
ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行ってポリシリコン膜を形
成して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性
を示すヒストグラムである。
ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行ってポリシリコン膜を形
成して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐性
を示すヒストグラムである。
【図１５】基板表面に有機物の付着の無い基板を用い、
ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシリコン膜を
形成して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐
性を示すヒストグラムである。
ゲート酸化後にＳＰＭ洗浄を行わずにポリシリコン膜を
形成して得たゲート電極におけるゲート酸化膜の絶縁耐
性を示すヒストグラムである。
【図１６】従来のゲート電極を形成する工程を簡単に示
すフロー図である。
すフロー図である。
【図１７】縦型ＬＰＣＶＤの構成を簡単に示す説明図で
ある。
ある。
【図１８】ゲート酸化膜形成前の超純水による洗浄後の
シリコン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図で
ある。
シリコン基板の表面に付着する有機物量を表す測定図で
ある。
【図１９】ゲート酸化膜形成後のシリコン基板の表面に
付着する有機物量を表す測定図である。
付着する有機物量を表す測定図である。
１０ ヒータ １２ ポリシリコン形成炉 １４ ボート １６ 雰囲気調整手段
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン酸化膜が表面に形成された基板
を、高温に調整されたポリシリコン形成炉内においてシ
リコンを含む酸素系ガス雰囲気中に放置した後、真空吸
引してから、基板の表面にポリシリコン膜を形成するこ
とを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記酸素系ガスは、大気、酸素ガスまた
はオゾンガスのうちのいずれか一種より選ばれたもので
あることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項３】 前記基板をポリシリコン形成炉内で放置
する際に、ポリシリコン形成炉内の温度を５００℃以上
７００℃以下に調整することを特徴とする請求項１に記
載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 シリコン酸化膜が表面に形成された基板
を、硫酸と過酸化水素とを含む洗浄液又は超純水にオゾ
ンを添加したオゾン添加洗浄水に浸漬してから、基板の
表面にポリシリコン膜を形成することを特徴とする半導
体素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP09036698A JP3426494B2 (ja) | 1998-04-02 | 1998-04-02 | 半導体装置の製造方法 |
| US09/197,490 US6287991B1 (en) | 1998-04-02 | 1998-11-23 | Method for producing semiconductor device including step for removing contaminant |
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|---|---|---|---|
| JP09036698A JP3426494B2 (ja) | 1998-04-02 | 1998-04-02 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2002368698A Division JP3426597B1 (ja) | 2002-12-19 | 2002-12-19 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2002368697A Division JP3481613B2 (ja) | 2002-12-19 | 2002-12-19 | 半導体製造装置 |
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Cited By (2)
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1998
- 1998-04-02 JP JP09036698A patent/JP3426494B2/ja not_active Expired - Fee Related
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-
2001
- 2001-07-19 US US09/907,595 patent/US6624083B2/en not_active Expired - Fee Related
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