JPH11297689A

JPH11297689A - シリコン絶縁膜の熱処理方法並びに半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11297689A
Application number: JP9583198A
Authority: JP
Inventors: Akihide Kashiwagi; 章秀柏木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】既に形成されたシリコン絶縁膜の有する特性を
変化させることなく、有機物の付着が無い状態を得るこ
とを可能とするシリコン絶縁膜の熱処理方法を含む半導
体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、（イ）シリコン
絶縁膜１２の膜厚が増加しない温度の酸化性雰囲気中で
シリコン絶縁膜１２に熱処理を施す工程と、（ロ）熱処
理が施されたシリコン絶縁膜１２上に薄層１３を成膜す
る工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン絶縁膜の
熱処理方法並びに半導体装置の製造方法に関し、より具
体的には、シリコン絶縁膜と特性に変化を生じさせるこ
と無く、シリコン絶縁膜の表面から効果的に有機物を除
去し得るシリコン絶縁膜の熱処理方法並びに半導体装置
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＭＯＳ型半導体装置の製造にお
いては、シリコン半導体基板にＬＯＣＯＳ構造あるいは
トレンチ構造を有する素子分離領域を形成する必要があ
る。また、その後、例えば酸化シリコン膜から成るゲー
ト絶縁膜をシリコン半導体基板表面に形成し、ポリシリ
コンから構成されたゲート電極を形成する必要がある。
ＬＯＣＯＳ構造を有する素子分離領域の形成において
は、シリコン半導体基板表面に下地酸化シリコン膜を形
成した後、シリコン半導体基板上に窒化シリコン層を形
成し、かかる窒化シリコン層を素子分離領域形成用マス
クとして用いて、シリコン半導体基板の表面を熱酸化す
る。トレンチ構造を有する素子分離領域の形成において
は、シリコン半導体基板にトレンチ（溝）を形成した
後、トレンチ内を含むシリコン半導体基板の表面を熱酸
化し、次いで、酸化シリコン層をトレンチ内に埋め込
む。また、ゲート絶縁膜の形成においては、乾燥酸素ガ
スあるいは水蒸気とシリコン半導体基板の表面のＳｉと
を高温で反応させる。一方、ゲート電極の形成において
は、ポリシリコン層をゲート絶縁膜上にＣＶＤ法にて堆
積させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、ＬＯＣＯＳ構造
を有する素子分離領域の形成においては、シリコン半導
体基板表面に下地酸化シリコン膜を形成する熱酸化装置
と、素子分離領域形成用マスクとしての窒化シリコン層
を形成するＣＶＤ装置とは分離、独立している。また、
トレンチ構造を有する素子分離領域の形成においては、
トレンチ内を含むシリコン半導体基板の表面を熱酸化し
て酸化シリコン膜を形成する熱酸化装置と、トレンチ内
を埋め込むために酸化シリコン層を成膜するためのＣＶ
Ｄ装置とは分離、独立している。更には、ゲート電極の
形成においては、酸化シリコン膜から成るゲート絶縁膜
を形成する熱酸化装置と、ポリシリコン層をゲート絶縁
膜上に堆積させるためのＣＶＤ装置とは分離、独立して
いる。それ故、ＬＳＩの微細化に伴い、以下に説明する
問題が顕在化している。

【０００４】即ち、個々の装置が分離、独立しているた
め、装置間をシリコン半導体基板が搬送される間に、シ
リコン半導体基板に形成された下地酸化シリコン膜や酸
化シリコン膜、ゲート絶縁膜（以下、これらを総称して
シリコン絶縁膜と呼ぶ場合がある）が大気に暴露され
る。大気中には、各種のプラスチック材を発生源とする
有機物（例えば、可塑剤として使用されるフタル酸ジオ
クチル、難燃付与型可塑剤として使用されるリン酸エス
テル、シリコーン系シーラントからの低分子シロキサ
ン、シリコン半導体基板を収納する基板搬送用ケースを
構成するポリプロピレン樹脂やポリカーボネート樹脂か
ら放出される樹脂成分）や人体を発生源とする有機物
（例えばアセトン）が浮遊しており、これらの有機物は
シリコン半導体基板に形成されたシリコン絶縁膜の表面
に容易に付着する。

【０００５】このように、シリコン絶縁膜の表面に有機
物が付着した状態でＣＶＤ法にて薄層の成膜を行うと、
成膜時間にばらつきが生じる結果、成膜された薄層の膜
厚にばらつきが生じ、あるいは又、成膜された薄層とシ
リコン絶縁膜との間に密着不良が生じる。また、ＬＯＣ
ＯＳ構造を有する素子分離領域の形成において下地酸化
シリコン膜に有機物が付着した状態で素子分離領域形成
用マスクとしての窒化シリコン層を形成すると、あるい
は又、トレンチ構造を有する素子分離領域の形成におい
て酸化シリコン膜に有機物が付着した状態でトレンチ内
を酸化シリコン層で埋め込むと、後の半導体装置製造プ
ロセスにおける熱処理工程において、有機物が半導体装
置内部に侵入し、半導体装置の電気的信頼性低下の原因
となる。あるいは又、ゲート絶縁膜中に有機物が存在す
る場合、ゲート絶縁膜の薄膜化に伴い、ゲート絶縁膜に
対する有機物の割合が増加する結果、半導体装置の電気
的信頼性低下の原因となる。

【０００６】また、近年、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰ
Ｓ）法により、シリコン結晶表面やシリコン絶縁膜の組
成・構造解析が盛んに行われている。この場合、シリコ
ン結晶やシリコン絶縁膜の表面に有機物が付着している
と、分析精度が低下することが知られており、有機物を
除去する前処理が必要とされる。一般に、結晶表面を分
析対象とする場合には、例えば高温（１２００゜Ｃ前
後）の真空中でアニールを行うことによって清浄な表面
が得られる。それ故、アニール処理チャンバーをＸＰＳ
測定系に接続しておけば、清浄な表面を汚染することな
く、表面の分析を行うことができる。然るに、シリコン
絶縁膜を対象とした場合、同様の方法ではシリコン絶縁
膜の分解等の構造変化を招き、また、高温の酸化雰囲気
にすると膜厚の増加が生じる。そのため、一般的には、
シリコン絶縁膜を出来る限り大気に暴露しないようにし
てＸＰＳ測定装置に導入するといった処置が取られてい
るのが現状である。

【０００７】従って、本発明の目的は、既に形成された
シリコン絶縁膜の有する特性を変化させることなく、有
機物の付着が無い状態を得ることを可能とするシリコン
絶縁膜の熱処理方法、並びに、かかるシリコン絶縁膜の
熱処理方法を適用した半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のシリコン絶縁膜の熱処理方法は、シリコン
絶縁膜の膜厚が増加しない温度の酸化性雰囲気中で該シ
リコン絶縁膜に熱処理を施すことを特徴とする。尚、こ
のシリコン絶縁膜の上に薄層を成膜する必要がある場合
には、シリコン絶縁膜上にかかる薄層を成膜する前にシ
リコン絶縁膜の熱処理を行う必要がある。

【０００９】上記の目的を達成するための本発明の半導
体装置の製造方法は、（イ）シリコン絶縁膜の膜厚が増
加しない温度の酸化性雰囲気中で該シリコン絶縁膜に熱
処理を施す工程と、（ロ）熱処理が施されたシリコン絶
縁膜上に薄層を成膜する工程、を含むことを特徴とす
る。

【００１０】本発明のシリコン絶縁膜の熱処理方法ある
いは半導体装置の製造方法においては、酸化性雰囲気温
度を、シリコン絶縁膜の熱処理中、一定に保持してもよ
いし、変化（例えば昇温）させてもよい。本発明の半導
体装置の製造方法において、熱処理が施されたシリコン
絶縁膜上に薄層を成膜する工程（薄層成膜工程）におけ
る雰囲気温度を、シリコン絶縁膜の熱処理工程における
酸化性雰囲気の温度よりも高くする必要がある場合に
は、熱処理工程の完了後、酸化性雰囲気を不活性ガス雰
囲気に切り替え、次いで、薄層成膜工程における雰囲気
温度まで昇温させればよい。

【００１１】本発明のシリコン絶縁膜の熱処理方法ある
いは半導体装置の製造方法においては、酸化性雰囲気
は、乾燥空気、不活性ガスで希釈された乾燥空気、乾燥
酸素ガスあるいは不活性ガスで希釈された乾燥酸素ガス
から構成されていることが好ましい。

【００１２】また、本発明のシリコン絶縁膜の熱処理方
法あるいは半導体装置の製造方法においては、酸化性雰
囲気中でシリコン絶縁膜に熱処理を施す前のエリプソメ
ータを使用した偏光解析法にて測定されたシリコン絶縁
膜の膜厚をｔ₀、シリコン絶縁膜に熱処理を施した後の
エリプソメータを使用した偏光解析法にて測定されたシ
リコン絶縁膜の膜厚をｔ₁としたとき、シリコン絶縁膜
の膜厚が増加しない温度は、ｔ₁−ｔ₀≦１×１０^-10ｍ
（０．１ｎｍ）を満足する温度であることが好ましい。

【００１３】あるいは又、本発明のシリコン絶縁膜の熱
処理方法あるいは半導体装置の製造方法においては、シ
リコン絶縁膜の膜厚が増加しない酸化性雰囲気温度を、
１００゜Ｃ以上、好ましくは１５０゜Ｃ以上、より好ま
しくは２００゜Ｃ以上、４５０゜Ｃ以下、好ましくは４
００゜Ｃ以下の温度とすることが、シリコン絶縁膜の膜
厚増加を確実に抑制するといった観点から望ましい。

【００１４】更には、シリコン絶縁膜の膜厚が増加しな
い酸化性雰囲気温度は、シリコン絶縁膜の表面に付着し
た有機物が燃焼あるいは分解、その他によりシリコン絶
縁膜の表面から除去され、あるいは脱離する温度である
ことが好ましい。

【００１５】本発明の半導体装置の製造方法において
は、前記工程（ロ）において熱処理を施されたシリコン
絶縁膜上に成膜すべき薄層をポリシリコン層とすること
ができる。この場合、ポリシリコン層の成膜を化学的気
相成長（ＣＶＤ）法に基づき行うことが好ましい。尚、
シリコン絶縁膜はゲート絶縁膜であり、ポリシリコン層
からゲート電極を形成する態様とすることができる。こ
れによって、例えば、ＭＯＳ型トランジスタ、トップゲ
ート型若しくはボトムゲート型薄膜トランジスタ、フラ
ッシュメモリを製造することができる。尚、ゲート電極
の構成は、ポリシリコン層単層に限定されず、ポリシリ
コン層とタングステンシリサイドやチタンシリサイドと
いったシリサイド層の２層構成、ポリシリコン層とタン
グステン等の高融点金属材料層の２層構成とすることも
できる。

【００１６】あるいは又、本発明の半導体装置の製造方
法においては、前記工程（ロ）において熱処理を施され
たシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄層を窒化シリコン層
とすることができる。この場合、窒化シリコン層の成膜
をＣＶＤ法に基づき行うことが好ましい。尚、窒化シリ
コン層を、シリコン層にＬＯＣＯＳ構造を有する素子分
離領域を形成するための素子分離領域形成用マスクとす
る態様とすることができる。

【００１７】更には、本発明の半導体装置の製造方法に
おいては、前記工程（ロ）において熱処理を施されたシ
リコン絶縁膜上に成膜すべき薄層を酸化シリコン層とす
ることができる。この場合にも、酸化シリコン層の成膜
をＣＶＤ法に基づき行うことが好ましい。尚、シリコン
層にトレンチ構造を有する素子分離領域を形成するため
に、酸化シリコン層をトレンチ内に埋め込む態様とする
ことができる。

【００１８】本発明のシリコン絶縁膜の熱処理方法ある
いは半導体装置の製造方法においては、シリコン絶縁膜
には、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）、酸化シリコン膜
（ＳｉＯ₂膜）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、酸化シ
リコン膜（ＳｉＯ₂膜）／窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯ
Ｎ膜）といった２層構造、酸化シリコン膜（ＳｉＯ
₂膜）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）／酸化シリコン膜
（ＳｉＯ₂膜）の３層構造が包含される。尚、窒化シリ
コン膜（ＳｉＮ膜）には窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）
あるいは窒化酸化シリコン膜が含まれる場合もある。

【００１９】シリコン絶縁膜を酸化シリコン膜から構成
する場合、酸化シリコン膜を熱酸化法にて形成すること
が好ましい。酸化シリコン膜の形成は、例えば乾燥酸素
ガスを用いた乾式酸化法に基づき行ってもよいし、水蒸
気を用いた湿式酸化法にて行ってもよい。湿式酸化法に
て酸化シリコン膜を形成する場合、パイロジェニック酸
化法、純水の加熱により発生した水蒸気による酸化法、
あるいは、酸素ガス又は不活性ガスによって加熱純水を
バブリングすることで発生した水蒸気による酸化法、プ
ラズマに基づく酸素と水素の反応によって発生した水蒸
気による酸化法、触媒作用に基づく酸素と水素の反応に
よって発生した水蒸気による酸化法を採用することがで
きるが、これらに限定するものではない。尚、乾燥酸素
ガスあるいは水蒸気を用いた酸化法において、窒素ガ
ス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスで乾燥
酸素ガスや水蒸気を希釈してもよい。

【００２０】シリコン絶縁膜を酸化シリコン膜／窒化シ
リコン膜あるいは酸化シリコン膜／窒化シリコン膜／酸
化シリコン膜から構成する場合、酸化シリコン膜の形成
は上述のとおりとすることができる。一方、窒化シリコ
ン膜の形成方法として、酸化シリコン膜上にＣＶＤ法に
よって窒化シリコン膜を堆積させる方法、酸化シリコン
膜の表面を熱窒化法、プラズマ窒化法等によって窒化す
る方法、シリコン層の表面に熱窒化法、プラズマ窒化法
等によって窒化シリコン膜を形成した後にシリコン層を
酸化する方法を挙げることができる。

【００２１】本発明の半導体装置の製造方法において
は、シリコン絶縁膜に熱処理を施すべき処理室と、薄層
を成膜すべき処理室とを同一処理室としてもよいし、異
なる処理室としてもよい。後者の場合、シリコン絶縁膜
に熱処理を施した後、薄層を成膜するまでの間、シリコ
ン絶縁膜を大気に暴露してはならない。後者の場合の好
ましい態様としては、薄層を成膜すべき処理室に前処理
室を設け、かかる前処理室にてシリコン絶縁膜に熱処理
を施す態様を挙げることができる。あるいは又、シリコ
ン絶縁膜に熱処理を施すべき処理室、薄層を成膜すべき
処理室、搬送路、ローダー及びアンローダーから構成さ
れたクラスターツール装置を用い、シリコン絶縁膜に熱
処理を施すべき処理室と薄層を成膜すべき処理室とを搬
送路で結び、かかる搬送路内を減圧雰囲気あるいは不活
性ガス雰囲気としてもよい。

【００２２】本発明におけるシリコン層とは、シリコン
半導体基板等の基板そのものだけでなく、基板の上に形
成されたエピタキシャルシリコン層（選択エピタキシャ
ル成長法にて形成されたエピタキシャルシリコン層を含
む）、ポリシリコン層、あるいはアモルファスシリコン
層、所謂張り合わせ法やＳＩＭＯＸ法に基づき製造され
たＳＯＩ構造におけるシリコン層、更には、基板やこれ
らの層に半導体素子や半導体素子の構成要素が形成され
たもの等、シリコン絶縁膜を形成すべきシリコン層を意
味する。シリコン半導体基板の作製方法は、ＣＺ法、Ｍ
ＣＺ法、ＤＬＣＺ法、ＦＺ法等、如何なる方法であって
もよいし、また、予め高温の水素アニール処理を行い結
晶欠陥を除去したものでもよい。

【００２３】本発明においては、シリコン絶縁膜の膜厚
が増加しない温度の酸化性雰囲気中でシリコン絶縁膜に
熱処理を施す。このような酸化性雰囲気中での熱処理に
よって、シリコン絶縁膜表面に付着した有機物が燃焼し
て、例えば二酸化炭素と水分となるので、シリコン絶縁
膜の表面は清浄な状態となる。しかも、シリコン絶縁膜
の膜厚が増加しない温度にて熱処理を行うので、既に形
成されたシリコン絶縁膜の有する特性に変化が生じるこ
とを確実に防止し得る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発
明を説明する。

【００２５】（実施の形態１）実施の形態１において
は、熱処理を施されたシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄
層をＣＶＤ法に基づき成膜されたポリシリコン層とす
る。また、酸化シリコン膜から構成されたシリコン絶縁
膜はゲート絶縁膜であり、ポリシリコン層からゲート電
極を形成し、最終的には、ＭＯＳ型トランジスタを製造
する。以下、実施の形態１のシリコン絶縁膜の熱処理方
法及び半導体装置の製造方法を、シリコン半導体基板等
の模式的な一部断面図である図１を参照して説明する。

【００２６】［工程−１００］先ず、リンをドープした
直径８インチのＮ型（１００）シリコンウエハ（ＣＺ法
にて作製）であるシリコン半導体基板１０（シリコン層
に相当する）に、公知の方法でＬＯＣＯＳ構造を有する
素子分離領域１１を形成し、次いでウエルイオン注入、
チャネルストップイオン注入、閾値調整イオン注入を行
う。尚、素子分離領域はトレンチ構造を有していてもよ
いし、ＬＯＣＯＳ構造とトレンチ構造の組み合わせであ
ってもよい。更には、実施の形態３あるいは実施の形態
４にて説明する素子分離領域の形成方法を適用してもよ
い。その後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板１０
の表面の微粒子や金属不純物を除去し、次いで、０．１
％フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基
板１０の表面洗浄を行う。

【００２７】［工程−１１０］そして、公知のパイロジ
ェニック法に基づき、シリコン半導体基板１０の表面に
シリコン絶縁膜である酸化シリコン膜１２を形成する。
酸化シリコン膜１２の厚さを４ｎｍとした。この酸化シ
リコン膜１２はゲート絶縁膜として機能する。尚、酸化
シリコン膜１２の形成は、例えば、縦型の抵抗加熱熱酸
化炉で行うことができる。そして、酸化シリコン膜１２
を形成した後、抵抗加熱熱酸化炉内のシリコン半導体基
板１０が室温となるまで抵抗加熱熱酸化炉の雰囲気を不
活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）とし、抵抗
加熱熱酸化炉からシリコン半導体基板１０を搬出した
後、シリコン半導体基板１０を基板搬送用ケースに収納
し、ＣＶＤ装置まで搬送する。

【００２８】［工程−１２０］次に、ＣＶＤ装置に配設
されたＳｉＣ製のボートにシリコン半導体基板１０を載
置した後、ボートをＣＶＤ装置の搬入出部に搬入する。
そして、搬入出部及び処理室（反応炉）内を不活性ガス
雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）とする。尚、搬入出
部の不活性ガス雰囲気温度を室温、反応炉の不活性ガス
雰囲気温度を３００゜Ｃとする。そして、シリコン半導
体基板１０を載置したボートを反応炉内に搬入し、反応
炉内の雰囲気温度が安定した後、反応炉内の雰囲気を酸
化性雰囲気に切り替える。尚、実施の形態１において
は、窒素ガス／酸素ガス容積比を９／１とした。そし
て、反応炉内の雰囲気温度を１０゜Ｃ／分の割合で４５
０゜Ｃまで昇温した後、この酸化性雰囲気及び雰囲気温
度（４５０゜Ｃ）を１０分間保持し、熱処理を酸化シリ
コン膜１２に施す（図１の（Ａ）参照）。これによっ
て、酸化シリコン膜１２の表面に付着した有機物が燃焼
し、除去され、清浄な表面を有する酸化シリコン膜１２
を得ることができる。

【００２９】膜厚１．２ｎｍの酸化シリコン膜を窒素ガ
ス／酸素ガス容積比を９／１とした酸化性雰囲気（温
度：４５０゜Ｃ）に保持したときの保持時間と酸化シリ
コン膜の膜厚との関係を表１に示す。尚、酸化シリコン
膜の膜厚は、エリプソメータを使用した偏光解析法にて
測定した。表１から明らかなように、保持時間３０分ま
では、酸化シリコン膜の膜厚変化はほぼ１×１０^-10ｍ
（０．１ｎｍ）以内に収まっている。

【００３０】

【表１】保持時間酸化シリコン膜の膜厚（ｎｍ）膜厚増加量（ｎｍ）０分１．２０４分１．２１０．０１１０分１．２８０．０８３０分１．３１０．１１６０分１．４８０．２８

【００３１】［工程−１３０］その後、処理室（反応
炉）の雰囲気を不活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰
囲気）に切り替え、反応炉の雰囲気温度を６５０゜Ｃま
で、昇温速度２０゜Ｃ／分にて昇温する。そして、厚さ
０．１μｍのポリシリコン層１３をＣＶＤ法にてシリコ
ン絶縁膜である酸化シリコン膜１２上に成膜する（図１
の（Ｂ）参照）。成膜条件を以下の表２に例示する。

【００３２】

【表２】使用ガス：ＳｉＨ₄／Ｎ₂＝１００／５００sccm 圧力：２７Ｐａ（２００mTorr）温度：６５０゜Ｃ

【００３３】［工程−１４０］以降、公知の方法に基づ
き、ポリシリコン層１３のパターニングを行い、ポリシ
リコン層１３及びシリコン半導体基板１０にイオン注入
を施し、低濃度不純物領域をシリコン半導体基板１０に
形成すると同時に、ポリシリコン層１３に不純物を導入
し、ゲート電極１３Ａを形成する。次いで、ゲート電極
１３Ａの側壁に絶縁材料から成るゲートサイドウオール
１４を形成し、シリコン半導体基板１０に再びイオン注
入を施し、ソース／ドレイン領域１５及びチャネル形成
領域１６をシリコン半導体基板１０に形成する。そし
て、全面に層間絶縁層１７を形成し、ソース／ドレイン
領域１５の上方の層間絶縁層１７に開口部を形成し、開
口部内を含む層間絶縁層１７上に配線材料層を形成し、
かかる配線材料層をパターニングすることによって配線
１８を形成する。こうして、図１の（Ｃ）に示す構造を
有するＭＯＳ型トランジスタを製造することができる。

【００３４】実施の形態１にて説明した半導体装置のゲ
ート電極の形成においては、シリコン絶縁膜と、ＣＶＤ
法にて成膜されたポリシリコン層との界面に有機物が存
在しないので、引き続く半導体装置の製造工程における
熱プロセスにおいて、かかる有機物が例えばゲート絶縁
膜に侵入し、半導体装置の電気的信頼性を低下させると
いった問題を確実に回避することができるし、シリコン
絶縁膜とポリシリコン層との間の密着性の向上を図るこ
とができる。

【００３５】（実施の形態２）実施の形態２は実施の形
態１の変形であり、シリコン絶縁膜を、酸化シリコン膜
／窒化シリコン膜／酸化シリコン膜の３層構成とする。
即ち、ＯＮＯ構造を有するシリコン絶縁膜とする。実施
の形態２においても、シリコン絶縁膜上に成膜すべき薄
層をＣＶＤ法に基づき成膜されたポリシリコン層とす
る。また、シリコン絶縁膜はゲート絶縁膜であり、ポリ
シリコン層からゲート電極を形成し、最終的には、ＭＯ
Ｓ型トランジスタを製造する。以下、実施の形態２のシ
リコン絶縁膜の熱処理方法及び半導体装置の製造方法を
説明する。

【００３６】［工程−２００］先ず、実施の形態１と同
様にして、公知のパイロジェニック法に基づき、シリコ
ン層に相当するシリコン半導体基板の表面にシリコン絶
縁膜の第１層目に相当する酸化シリコン膜（以下、便宜
上、第１の酸化シリコン膜と呼ぶ）を形成する。実施の
形態２においては、第１の酸化シリコン膜の厚さを２ｎ
ｍとした。第１の酸化シリコン膜の形成条件を以下の表
３に例示する。

【００３７】

【表３】乾燥酸素ガス流量：２SLM 酸化温度：８００゜Ｃ

【００３８】［工程−２１０］次に、第１の酸化シリコ
ン膜が形成されたシリコン半導体基板をＣＶＤ装置に搬
入し、第１の酸化シリコン膜上に厚さ５ｎｍの窒化シリ
コン膜を形成する。窒化シリコン膜の形成に先立ち、第
１の酸化シリコン膜の膜厚が増加しない温度の酸化性雰
囲気中で、第１の酸化シリコン膜に熱処理を施す。即
ち、ＣＶＤ装置に配設されたＳｉＣ製のボートにシリコ
ン半導体基板１０を載置した後、ボートをＣＶＤ装置の
搬入出部に搬入する。そして、ＣＶＤ装置の搬入出部及
び処理室（反応炉）内を不活性ガス雰囲気（例えば、窒
素ガス雰囲気）とする。尚、搬入出部の不活性ガス雰囲
気温度を室温、反応炉の不活性ガス雰囲気温度を４００
゜Ｃとした。そして、シリコン半導体基板１０を載置し
たボートを反応炉内に搬入速度０．３ｍ／分にて搬入
し、同時に、反応炉内の雰囲気を酸化性雰囲気に切り替
える。尚、実施の形態２においては、窒素ガス／酸素ガ
ス容積比を１／１とした。そして、シリコン半導体基板
１０を載置したボートの反応炉内への搬入完了後、反応
炉内の酸化性雰囲気及び雰囲気温度（４００゜Ｃ）を１
０分間保持する。実施の形態２においては、反応炉内へ
のシリコン半導体基板１０の搬入開始から熱処理が開始
する。以上の熱処理によって、第１の酸化シリコン膜の
表面に付着した有機物が燃焼し、除去され、清浄な表面
を有する第１の酸化シリコン膜を得ることができる。

【００３９】その後、処理室（反応炉）の雰囲気を不活
性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）に切り替え、
反応炉の雰囲気温度を７６０゜Ｃまで、昇温速度２０゜
Ｃ／分にて昇温する。そして、シリコン絶縁膜の第２層
目に相当する厚さ５ｎｍの窒化シリコン膜をＣＶＤ法に
て第１の酸化シリコン膜上に成膜する。成膜条件を以下
の表４に例示する。

【００４０】

【表４】使用ガス：ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃／Ｎ₂＝２０／２００／
２００sccm 圧力：７０Ｐａ温度：７６０゜Ｃ

【００４１】［工程−２２０］その後、公知のパイロジ
ェニック法に基づき、窒化シリコン膜の表面にシリコン
絶縁膜の第３層目に相当する酸化シリコン膜（以下、便
宜上、第２の酸化シリコン膜と呼ぶ）を形成する。実施
の形態２においては、かかる第２の酸化シリコン膜の厚
さを５ｎｍとした。即ち、窒化シリコン膜が形成された
シリコン半導体基板を、温度４００゜Ｃに保持された窒
素ガス雰囲気の熱酸化炉に搬入する。そして、熱酸化炉
の雰囲気温度が安定した後、熱酸化炉の雰囲気を窒素ガ
ス／酸素ガス容積比が１／１の酸化性雰囲気（雰囲気温
度：４００゜Ｃ）に切り替え、この状態を５分間保持す
る。この熱処理によって、窒化シリコン膜の表面に付着
した有機物が燃焼し、除去され、清浄な表面を有する窒
化シリコン膜を得ることができる。その後、熱酸化炉の
雰囲気を不活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）
に切り替え、反応炉の雰囲気温度を８５０゜Ｃまで、昇
温速度１０゜Ｃ／分にて昇温する。そして、厚さ５ｎｍ
の第２の酸化シリコン膜をパイロジェニック法にて窒化
シリコン膜上に形成する。パイロジェニック法におい
て、燃焼室内に供給する酸素ガス及び水素ガスの流量
を、それぞれ、５ＳＬＭとした。

【００４２】以上の工程によって、有機物によって汚染
されていないシリコン絶縁膜に相当するＯＮＯ膜を得る
ことができる。

【００４３】［工程−２３０］以降、実施の形態１の
［工程−１３０］と同様の工程に基づき、シリコン絶縁
膜であるＯＮＯ膜の表面にポリシリコン層を成膜する
が、それに先立ち、実施の形態１の［工程−１２０］と
同様の工程に基づき、シリコン絶縁膜の第３層目に相当
する第２の酸化シリコン膜に対する熱処理を行い、有機
物によって汚染されていない清浄なシリコン絶縁膜を得
る。その後、実施の形態１の［工程−１４０］と同様の
工程に基づき、ＭＯＳ型トランジスタを製造する。

【００４４】実施の形態２にて説明した半導体装置のゲ
ート電極の形成においては、シリコン絶縁膜とポリシリ
コン層との界面に有機物が存在しないので、引き続く半
導体装置の製造工程における熱プロセスにおいて、かか
る有機物が例えばゲート絶縁膜に侵入し、半導体装置の
電気的信頼性を低下させるといった問題を確実に回避す
ることができるし、シリコン絶縁膜とポリシリコン層と
の間の密着性の向上を図ることができる。また、多層構
成のシリコン絶縁膜の各膜の界面に有機物が存在しない
ので、半導体装置の電気的信頼性を低下させるといった
問題を確実に回避することができる。

【００４５】（実施の形態３）実施の形態３において
は、熱処理を施されたシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄
層を窒化シリコン層とし、窒化シリコン層の成膜をＣＶ
Ｄ法に基づき行い、成膜された窒化シリコン層を、シリ
コン層であるシリコン半導体基板にＬＯＣＯＳ構造を有
する素子分離領域を形成するための素子分離領域形成用
マスクとして使用する。以下、実施の形態３のシリコン
絶縁膜の熱処理方法及び半導体装置の製造方法を、図２
を参照して、説明する。

【００４６】［工程−３００］先ず、リンをドープした
直径８インチのＮ型（１００）シリコンウエハ（ＣＺ法
にて作製）であるシリコン半導体基板１０（シリコン層
に相当する）をＲＣＡ洗浄法にて洗浄し、シリコン半導
体基板１０の表面の微粒子や金属不純物を除去し、次い
で、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコ
ン半導体基板１０の表面を洗浄する。その後、イソプロ
ピルアルコールを用いてシリコン半導体基板１０の表面
を乾燥させる。そして、縦型の抵抗加熱熱酸化炉を使用
し、乾燥酸素ガスを用いて、シリコン絶縁膜に相当する
下地酸化シリコン膜２０（膜厚：１０ｎｍ）をシリコン
半導体基板１０の表面に以下の表５に例示する条件にて
形成する。そして、下地酸化シリコン膜２０を形成した
後、抵抗加熱熱酸化炉内のシリコン半導体基板１０が室
温となるまで抵抗加熱熱酸化炉の雰囲気を不活性ガス雰
囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）とし、抵抗加熱熱酸化
炉からシリコン半導体基板１０を搬出した後、シリコン
半導体基板１０を基板搬送用ケースに収納し、ＣＶＤ装
置まで搬送する。

【００４７】

【表５】乾燥酸素ガス流量：１０SLM 温度：８５０゜Ｃ

【００４８】［工程−３１０］次に、ＣＶＤ装置に配設
されたＳｉＣ製のボートにシリコン半導体基板１０を載
置した後、ボートをＣＶＤ装置の搬入出部に搬入する。
そして、ＣＶＤ装置の搬入出部及び処理室（反応炉）内
を不活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）とす
る。尚、搬入出部の不活性ガス雰囲気温度を室温、反応
炉の不活性ガス雰囲気温度を４００゜Ｃとした。そし
て、シリコン半導体基板１０を載置したボートを反応炉
内に搬入速度０．３ｍ／分にて搬入し、反応炉内へのシ
リコン半導体基板１０の搬入開始直後に、反応炉内の雰
囲気を酸化性雰囲気に切り替える。尚、実施の形態３に
おいては、窒素ガス／酸素ガス容積比を１／１とした。
そして、反応炉内へのシリコン半導体基板１０の搬入完
了から１５分間、この酸化性雰囲気及び雰囲気温度（４
００゜Ｃ）を保持する（図２の（Ａ）参照）。これによ
って、下地酸化シリコン膜２０の表面に付着した有機物
が燃焼し、除去され、清浄な表面を有する下地酸化シリ
コン膜２０（シリコン絶縁膜に相当する）を得ることが
できる。

【００４９】［工程−３２０］その後、処理室（反応
炉）の雰囲気を不活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰
囲気）に切り替え、反応炉の雰囲気温度を７５０゜Ｃま
で、昇温速度２０゜Ｃ／分にて昇温する。そして、厚さ
０．２μｍの窒化シリコン層２１をＣＶＤ法にてシリコ
ン絶縁膜である下地酸化シリコン膜２０上に成膜する。
成膜条件を以下の表６に例示する。

【００５０】

【表６】使用ガス：ＳｉＨ₄／ＮＨ₃／Ｎ₂＝５０／５００／１０
００sccm 圧力：４０Ｐａ（３００mTorr）温度：７５０゜Ｃ

【００５１】［工程−３３０］その後、公知のフォトリ
ソグラフィ技術、ドライエッチング技術を用いて、窒化
シリコン層２１をパターニングし、ＬＯＣＯＳ構造を有
する素子分離領域を形成すべきシリコン半導体基板表面
を露出させた後（図２の（Ｂ）参照）、かかるパターニ
ングされた窒化シリコン層２１を素子分離領域形成用マ
スクとして用いて、公知のパイロジェニック法にて露出
したシリコン半導体基板１０の表面に厚さ０．２μｍの
酸化シリコン層２２を形成する（図２の（Ｃ）参照）。
これによって、ＬＯＣＯＳ構造を有する素子分離領域が
形成される。

【００５２】［工程−３４０］その後、パターニングさ
れた窒化シリコン層２１を除去し、例えば、実施の形態
１の［工程−１１０］〜［工程−１４０］と同様の工程
に基づき、あるいは又、実施の形態１の［工程−２０
０］〜［工程−２３０］と同様の工程に基づき、ＭＯＳ
型トランジスタを製造する。

【００５３】実施の形態３にて説明したＬＯＣＯＳ構造
を有する素子分離領域の形成においては、下地酸化シリ
コン膜と窒化シリコン層との界面に有機物が存在しない
ので、引き続く半導体装置の製造工程における熱プロセ
スにおいて、かかる有機物が例えばゲート絶縁膜に侵入
し、半導体装置の電気的信頼性を低下させるといった問
題を確実に回避することができる。

【００５４】（実施の形態４）実施の形態４において
は、熱処理を施されたシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄
層を酸化シリコン層とし、酸化シリコン層の成膜をＣＶ
Ｄ法に基づき行い、シリコン層であるシリコン半導体基
板にトレンチ構造を有する素子分離領域を形成するため
に、酸化シリコン層をトレンチ内に埋め込む。以下、実
施の形態４のシリコン絶縁膜の熱処理方法及び半導体装
置の製造方法を、図３を参照して、説明する。

【００５５】［工程−４００］先ず、リンをドープした
直径８インチのＮ型（１００）シリコンウエハ（ＣＺ法
にて作製）であるシリコン半導体基板１０（シリコン層
に相当する）をＲＣＡ洗浄法にて洗浄し、シリコン半導
体基板１０の表面の微粒子や金属不純物を除去し、次い
で、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコ
ン半導体基板１０の表面洗浄する。その後、イソプロピ
ルアルコールを用いてシリコン半導体基板１０の表面を
乾燥させる。そして、公知の方法に基づき、シリコン半
導体基板１０にトレンチ３０を形成する。

【００５６】［工程−４１０］その後、縦型の抵抗加熱
熱酸化炉を使用し、パイロジェニック法にて、シリコン
絶縁膜に相当する下地酸化シリコン膜３１（膜厚：１０
ｎｍ）をトレンチ３０内部を含むシリコン半導体基板１
０の表面に形成する。パイロジェニック法において、燃
焼室内に供給する酸素ガス及び水素ガスの流量を、それ
ぞれ、５ＳＬＭとし、シリコン半導体基板１０の温度を
８５０゜Ｃとした。そして、下地酸化シリコン膜３１を
形成した後、抵抗加熱熱酸化炉内のシリコン半導体基板
１０が室温となるまで抵抗加熱熱酸化炉の雰囲気を不活
性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）とし、抵抗加
熱熱酸化炉からシリコン半導体基板１０を搬出した後、
シリコン半導体基板１０を基板搬送用ケースに収納し、
ＣＶＤ装置まで搬送する。

【００５７】［工程−４２０］次に、ＣＶＤ装置に配設
されたＳｉＣ製のボートにシリコン半導体基板１０を載
置した後、ＣＶＤ装置の搬入出部及び処理室（反応炉）
内を不活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰囲気）とす
る。尚、搬入出部の不活性ガス雰囲気温度を室温、反応
炉の不活性ガス雰囲気温度を４００゜Ｃとした。そし
て、シリコン半導体基板を載置したボートを反応炉内に
搬入した後、反応炉内の雰囲気を酸化性雰囲気に切り替
える。尚、実施の形態４においては、窒素ガス／酸素ガ
ス容積比を１／１とした。そして、反応炉内へのシリコ
ン半導体基板１０の搬入完了から１５分間、この酸化性
雰囲気及び雰囲気温度（４００゜Ｃ）を保持する（図３
の（Ａ）参照）。これによって、下地酸化シリコン膜３
１の表面に付着した有機物が燃焼し、除去され、清浄な
表面を有する下地酸化シリコン膜３１を得ることができ
る。

【００５８】［工程−４３０］その後、処理室（反応
炉）の雰囲気を不活性ガス雰囲気（例えば、窒素ガス雰
囲気）に切り替え、以下の表７に例示するＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法にてトレンチ３０内を含むシリコン半導体基板１０
上に酸化シリコン層３２を堆積させる（図３の（Ｂ）参
照）。その後、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）あるい
はウエットエッチング法によって、シリコン半導体基板
１０の表面に堆積した酸化シリコン層３２を除去し、ト
レンチ３０内を酸化シリコン層３２で埋め込み、トレン
チ構造を有する素子分離領域を形成する（図３の（Ｃ）
参照）。

【００５９】

【表７】使用ガス：ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ａｒ＝７０／１４０／２００sccm 圧力：０．３Ｐａ温度：４００゜Ｃマイクロ波出力：１．８ｋＷ（２．４５ＧＨｚ）ＲＦ出力：２．２ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）

【００６０】［工程−４４０］その後、例えば、実施の
形態１の［工程−１１０］〜［工程−１４０］と同様の
工程に基づき、あるいは又、実施の形態２の［工程−２
００］〜［工程−２３０］と同様の工程に基づき、ＭＯ
Ｓ型トランジスタを製造する。

【００６１】実施の形態４にて説明したトレンチ構造を
有する素子分離領域の形成においては、下地酸化シリコ
ン膜と酸化シリコン層との界面に有機物が存在しないの
で、引き続く半導体装置の製造工程における熱プロセス
において、かかる有機物が例えば半導体装置の内部に侵
入し、半導体装置の電気的信頼性を低下させるといった
問題を確実に回避することができるし、下地酸化シリコ
ン膜と酸化シリコン層との間の密着性の向上を図ること
ができる。尚、下地酸化シリコン膜を形成せずに、トレ
ンチ内を直接、酸化シリコン層で埋め込んだ場合、トレ
ンチの側壁や底面における酸化シリコン層とシリコン半
導体基板との界面に多量の界面準位が生じる結果、素子
分離特性に劣化が生じる。

【００６２】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明した各種の条件は例示で
あり、適宜変更することができる。発明の実施の形態に
おいては、シリコン絶縁膜として、酸化シリコン膜ある
いはＯＮＯ膜を例示したが、シリコン絶縁膜はこれらに
限定されず、例えばＯＮ膜（酸化シリコン膜／窒化シリ
コン膜の２層構成）とすることもできる。この場合に
は、実施の形態２の［工程−２２０］を省略すればよ
い。あるいは又、酸化シリコン膜の表面に窒化シリコン
膜が熱窒化法やプラズマ窒化法等によって形成されたシ
リコン絶縁膜とすることもできるし、酸化シリコン膜の
表面に窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯＮ膜）が熱窒化法や
プラズマ窒化法等によって形成されたシリコン絶縁膜と
することもできる。

【００６３】シリコン層表面にシリコン絶縁膜として極
薄の酸化シリコン膜を形成する場合には、従来のパイロ
ジェニック法ではなく、以下の方法を採用することが好
ましい。即ち、シリコン層の表面からシリコン原子が脱
離しない雰囲気温度にて、湿式ガスを用いた酸化法によ
って該シリコン層の表面に酸化シリコン膜の形成を開始
し、湿式ガスを用いた酸化法によって、所望の厚さにな
るまで酸化シリコン膜を形成することが好ましい。尚、
このような方法を、以下、第１の酸化シリコン膜形成方
法と呼ぶ。

【００６４】この場合、シリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない雰囲気温度は、シリコン層表面を終端
している原子とシリコン原子との結合が切断されない温
度であることが好ましい。この場合、シリコン層の表面
からシリコン原子が脱離しない温度は、シリコン層表面
のＳｉ−Ｈ結合が切断されない温度、若しくは、シリコ
ン層表面のＳｉ−Ｆ結合が切断されない温度であること
が望ましい。面方位が（１００）のシリコン半導体基板
を用いる場合、シリコン半導体基板の表面における水素
原子の大半がシリコン原子の２本の結合手のそれぞれに
１つずつ結合しており、Ｈ−Ｓｉ−Ｈの終端構造を有す
る。然るに、シリコン半導体基板の表面状態が崩れた部
分（例えばステップ形成箇所）には、シリコン原子の１
本の結合手のみに水素原子が結合した状態の終端構造、
あるいは、シリコン原子の３本の結合手のそれぞれに水
素原子が結合した状態の終端構造が存在する。尚、通
常、シリコン原子の残りの結合手は結晶内部のシリコン
原子と結合している。「Ｓｉ−Ｈ結合」という表現に
は、シリコン原子の２本の結合手のそれぞれに水素原子
が結合した状態の終端構造、シリコン原子の１本の結合
手のみに水素原子が結合した状態の終端構造、あるい
は、シリコン原子の３本の結合手のそれぞれに水素原子
が結合した状態の終端構造の全てが包含される。シリコ
ン層の表面に酸化シリコン膜の形成を開始するときの雰
囲気温度は、より具体的には、湿式ガスがシリコン層表
面で結露しない温度以上、好ましくは２００゜Ｃ以上、
より好ましくは３００゜Ｃ以上とすることが、スループ
ットの面から望ましい。

【００６５】あるいは又、湿式ガスがシリコン層表面で
結露しない温度以上、５００゜Ｃ以下、好ましくは４５
０゜Ｃ以下、より好ましくは４００゜Ｃ以下の雰囲気温
度にて、湿式ガスを用いた酸化法によってシリコン層の
表面に酸化シリコン膜の形成を開始し、湿式ガスを用い
た酸化法によって、所望の厚さになるまでシリコン絶縁
膜に相当する酸化シリコン膜を形成することが好まし
い。尚、このような方法を、以下、第２の酸化シリコン
膜形成方法と呼ぶ。

【００６６】これらの第１若しくは第２の酸化シリコン
膜形成方法においては、所望の厚さの酸化シリコン膜の
形成が完了したときの雰囲気温度を、シリコン層の表面
に酸化シリコン膜の形成を開始する際の雰囲気温度より
も高くしてもよい。尚、所望の厚さの酸化シリコン膜の
形成が完了したときの雰囲気温度は、６００乃至１２０
０゜Ｃ、好ましくは７００乃至１０００゜Ｃ、更に好ま
しくは７５０乃至９００゜Ｃとすることができるが、こ
のような値に限定するものではない。

【００６７】形成された酸化シリコン膜の特性を一層向
上させるために、所望の厚さの酸化シリコン膜の形成が
完了した後、形成された酸化シリコン膜にアニール処理
を施すことが好ましい。この場合、アニール処理の雰囲
気を、ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気とする
ことが望ましい。ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰
囲気中で酸化シリコン膜をアニール処理することによっ
て、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁
破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れた酸化シリコン膜を得るこ
とができる。アニール処理における不活性ガスとして
は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示する
ことができる。また、ハロゲン元素として、塩素、臭
素、フッ素を挙げることができるが、なかでも塩素であ
ることが望ましい。不活性ガス中に含有されるハロゲン
元素の形態としては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、Ｃ
Ｃｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げるこ
とができる。不活性ガス中のハロゲン元素の含有率は、
分子又は化合物の形態を基準として、０．００１〜１０
容量％、好ましくは０．００５〜１０容量％、更に好ま
しくは０．０２〜１０容量％である。例えば塩化水素ガ
スを用いる場合、不活性ガス中の塩化水素ガス含有率は
０．０２〜１０容量％であることが望ましい。尚、アニ
ール処理を、枚葉処理とすることもできるが、炉アニー
ル処理とすることが好ましい。アニール処理の雰囲気温
度は、７００〜１２００゜Ｃ、好ましくは７００〜１０
００゜Ｃ、更に好ましくは７００〜９５０゜Ｃである。
また、アニール処理を炉アニール処理とする場合のアニ
ール処理の時間は、５〜６０分、好ましくは１０〜４０
分、更に好ましくは２０〜３０分である。一方、アニー
ル処理を枚葉処理とする場合のアニール処理の時間は、
１〜１０分とすることが好ましい。アニール処理を、ハ
ロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気を大気圧よりも
減圧した状態で行ってもよい。

【００６８】これらの第１若しくは第２の酸化シリコン
膜形成方法においては、（１）シリコン層の表面からシ
リコン原子が脱離しない雰囲気温度にて、湿式ガスを用
いた酸化法によって該シリコン層の表面に酸化シリコン
膜の形成を開始した後、所定の期間、シリコン層の表面
からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲に雰囲気
を保持して酸化シリコン膜を形成する第１の酸化シリコ
ン膜形成工程と、（２）シリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない雰囲気温度範囲よりも高い雰囲気温度
にて、湿式ガスを用いた酸化法によって、所望の厚さに
なるまで酸化シリコン膜を更に形成する第２の酸化シリ
コン膜形成工程を含むことができる。尚、第１の酸化シ
リコン膜形成工程、第２の酸化シリコン膜形成工程、又
は、第１の酸化シリコン膜形成工程及び第２の酸化シリ
コン膜形成工程における湿式ガスにはハロゲン元素が含
有されていてもよい。これによって、タイムゼロ絶縁破
壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性
に優れた酸化シリコン膜を得ることができる。尚、ハロ
ゲン元素として、塩素、臭素、フッ素を挙げることがで
きるが、なかでも塩素であることが望ましい。湿式ガス
中に含有されるハロゲン元素の形態としては、例えば、
塩化水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、Ｈ
Ｂｒ、ＮＦ₃を挙げることができる。湿式ガス中のハロ
ゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準とし
て、０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜
１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％であ
る。例えば塩化水素ガスを用いる場合、湿式ガス中の塩
化水素ガス含有率は０．０２〜１０容量％であることが
望ましい。第２の酸化シリコン膜形成工程における酸化
シリコン膜の形成温度は、６００乃至１２００゜Ｃ、好
ましくは７００乃至１０００゜Ｃ、更に好ましくは７５
０乃至９００゜Ｃであることが望ましい。

【００６９】第１の酸化シリコン膜形成工程と第２の酸
化シリコン膜形成工程との間に昇温工程を含むことが好
ましい。この場合、昇温工程における雰囲気を、不活性
ガス雰囲気若しくは減圧雰囲気とするか、あるいは又、
湿式ガスを含む雰囲気とすることが望ましい。ここで、
不活性ガスとして、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウム
ガスを例示することができる。尚、昇温工程における雰
囲気中の不活性ガス若しくは湿式ガスには、ハロゲン元
素が含有されていてもよい。これによって、第１の酸化
シリコン膜形成工程にて形成された酸化シリコン膜の特
性の一層の向上を図ることができる。即ち、第１の酸化
シリコン膜形成工程において生じ得る欠陥であるシリコ
ンダングリングボンド（Ｓｉ・）やＳｉＯＨが昇温工程
においてハロゲン元素と反応し、シリコンダングリング
ボンドが終端しあるいは脱水反応を生じる結果、信頼性
劣化因子であるこれらの欠陥が排除される。特に、これ
らの欠陥の排除は、第１の酸化シリコン膜形成工程にお
いて形成された初期の酸化シリコン膜に対して効果的で
ある。ハロゲン元素として、塩素、臭素、フッ素を挙げ
ることができるが、なかでも塩素であることが望まし
い。不活性ガス若しくは湿式ガス中に含有されるハロゲ
ン元素の形態としては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、
ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げる
ことができる。不活性ガス若しくは湿式ガス中のハロゲ
ン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準とし
て、０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜
１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％であ
る。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス若し
くは湿式ガス中の塩化水素ガス含有率は０．０２〜１０
容量％であることが望ましい。尚、昇温工程における雰
囲気を、不活性ガスで希釈された湿式ガスを含む雰囲気
とすることもできる。

【００７０】第２の酸化シリコン膜形成工程を経た後の
最終的な酸化シリコン膜の膜厚は、半導体装置に要求さ
れる所定の厚さとすればよい。一方、第１の酸化シリコ
ン膜形成工程を経た後の酸化シリコン膜の膜厚は、出来
る限り薄いことが好ましい。但し、現在、半導体装置の
製造に用いられているシリコン半導体基板の面方位は殆
どの場合（１００）であり、如何にシリコン半導体基板
の表面を平滑化しても（１００）シリコン半導体基板の
表面には必ずステップと呼ばれる段差が形成される。こ
のステップは通常シリコン原子１層分であるが、場合に
よっては２〜３層分の段差が形成されることがある。従
って、第１の酸化シリコン膜形成工程を経た後の酸化シ
リコン膜の膜厚は、シリコン層として（１００）シリコ
ン半導体基板を用いる場合、１ｎｍ以上とすることが好
ましいが、これに限定するものではない。

【００７１】第１の酸化シリコン膜形成方法において
は、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない温
度に雰囲気を保持した状態にて、湿式ガスを用いた酸化
法によってシリコン層の表面に酸化シリコン膜の形成を
開始する。また、第２の酸化シリコン膜形成方法は、湿
式ガスがシリコン層表面で結露しない温度以上、５００
゜Ｃ以下の雰囲気温度にて、湿式ガスを用いた酸化法に
よってシリコン層の表面に酸化シリコン膜の形成を開始
する。酸化シリコン膜の形成開始時の雰囲気温度をこの
ような温度とすることによって、シリコン層の表面に凹
凸（荒れ）が生じることを防止し得る。また、シリコン
原子の酸化は、シリコン層の最表面からではなく、１層
内部のシリコン原子から始まる。即ち、所謂バックボン
ドから始まり、所謂レイヤー・バイ・レイヤー（Layer-
By-Layer）酸化となる。従って、シリコン層と酸化シリ
コン膜との間の界面の平滑性が原子レベルで保たれるの
で、最終的に形成される酸化シリコン膜の特性は優れた
ものとなる。しかも、湿式ガスを用いた酸化法によって
シリコン層の表面に酸化シリコン膜を形成するので、最
終的に形成される酸化シリコン膜中にドライ酸化膜が含
まれず、長期信頼性に優れた極薄の例えばゲート酸化膜
の形成が可能となる。

【００７２】

【発明の効果】本発明においては、シリコン絶縁膜の膜
厚が増加しない温度の酸化性雰囲気中でシリコン絶縁膜
に熱処理を施すので、容易にシリコン絶縁膜の表面を清
浄な状態とすることができ、しかも、既に形成されたシ
リコン絶縁膜の有する特性に変化が生じることを防止し
得る。従って、有機物汚染に起因する半導体装置の電気
的特性の劣化を確実に防止することができるし、熱処理
に起因した半導体装置の特性の変動を抑制することがで
きる。あるいは、例えばＸ線光電子分析（ＸＰＳ）法に
よりシリコン絶縁膜の表面の分析を行う場合に本発明の
シリコン絶縁膜の熱処理方法を適用すれば、シリコン絶
縁膜の表面への有機物の付着に起因した分析精度の低下
を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１のシリコン絶縁膜の熱処理
方法及び半導体装置の製造方法を説明するためのシリコ
ン半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【図２】発明の実施の形態３のシリコン絶縁膜の熱処理
方法及び半導体装置の製造方法を説明するためのシリコ
ン半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【図３】発明の実施の形態４のシリコン絶縁膜の熱処理
方法及び半導体装置の製造方法を説明するためのシリコ
ン半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０・・・シリコン半導体基板、１１・・・ＬＯＣＯＳ
構造を有する素子分離領域、１２・・・酸化シリコン膜
（シリコン絶縁膜）、１３・・・ポリシリコン層、１３
Ａ・・・ゲート電極、１４・・・ゲートサイドウオー
ル、１５・・・ソース／ドレイン領域、１６・・・チャ
ネル形成領域、１７・・・層間絶縁層、１８・・・配
線、２０・・・下地酸化シリコン膜（シリコン絶縁
膜）、２１・・・窒化シリコン層、２２・・・酸化シリ
コン層、３０・・・トレンチ、３１・・・下地酸化シリ
コン膜（シリコン絶縁膜）、３２・・・酸化シリコン層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない温度の
酸化性雰囲気中で該シリコン絶縁膜に熱処理を施すこと
を特徴とするシリコン絶縁膜の熱処理方法。
【請求項２】酸化性雰囲気は、乾燥空気、不活性ガスで
希釈された乾燥空気、乾燥酸素ガスあるいは不活性ガス
で希釈された乾燥酸素ガスから構成されていることを特
徴とする請求項１に記載のシリコン絶縁膜の熱処理方
法。
【請求項３】酸化性雰囲気中でシリコン絶縁膜に熱処理
を施す前の偏光解析法にて測定されたシリコン絶縁膜の
膜厚をｔ₀、シリコン絶縁膜に熱処理を施した後の偏光
解析法にて測定されたシリコン絶縁膜の膜厚をｔ₁とし
たとき、シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない温度は、ｔ
₁−ｔ₀≦１×１０^-10ｍを満足する温度であることを特
徴とする請求項１に記載のシリコン絶縁膜の熱処理方
法。
【請求項４】シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない酸化性
雰囲気温度は、２００゜Ｃ以上４５０゜Ｃ以下の温度で
あることを特徴とする請求項１に記載のシリコン絶縁膜
の熱処理方法。
【請求項５】シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない酸化性
雰囲気温度は、シリコン絶縁膜の表面に付着した有機物
が燃焼あるいは分解等によりシリコン絶縁膜の表面から
除去される温度であることを特徴とする請求項１に記載
のシリコン絶縁膜の熱処理方法。
【請求項６】（イ）シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない
温度の酸化性雰囲気中で該シリコン絶縁膜に熱処理を施
す工程と、（ロ）熱処理が施されたシリコン絶縁膜上に薄層を成膜
する工程、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項７】酸化性雰囲気は、乾燥空気、不活性ガスで
希釈された乾燥空気、乾燥酸素ガスあるいは不活性ガス
で希釈された乾燥酸素ガスから構成されていることを特
徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】酸化性雰囲気中でシリコン絶縁膜に熱処理
を施す前の偏光解析法にて測定されたシリコン絶縁膜の
膜厚をｔ₀、シリコン絶縁膜に熱処理を施した後の偏光
解析法にて測定されたシリコン絶縁膜の膜厚をｔ₁とし
たとき、シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない温度は、ｔ
₁−ｔ₀≦１×１０^-10ｍを満足する温度であることを特
徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない酸化性
雰囲気温度は、２００゜Ｃ以上４５０゜Ｃ以下の温度で
あることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項１０】シリコン絶縁膜の膜厚が増加しない酸化
性雰囲気温度は、シリコン絶縁膜の表面に付着した有機
物が燃焼あるいは分解等によりシリコン絶縁膜の表面か
ら除去される温度であることを特徴とする請求項６に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記工程（ロ）において熱処理を施され
たシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄層はポリシリコン層
であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１２】シリコン絶縁膜はゲート絶縁膜であり、
ポリシリコン層からゲート電極を形成することを特徴と
する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記工程（ロ）において熱処理を施され
たシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄層は窒化シリコン層
であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１４】窒化シリコン層は、シリコン層にＬＯＣ
ＯＳ構造を有する素子分離領域を形成するための素子分
離領域形成用マスクであることを特徴とする請求項１３
に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】前記工程（ロ）において熱処理を施され
たシリコン絶縁膜上に成膜すべき薄層は酸化シリコン層
であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１６】シリコン層にトレンチ構造を有する素子
分離領域を形成するために、酸化シリコン層をトレンチ
内に埋め込むことを特徴とする請求項１５に記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項１７】シリコン絶縁膜はシリコン層の熱酸化に
よって形成されることを特徴とする請求項６に記載の半
導体装置の製造方法。