JPS61112329A - 半導体製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はシリコン等の半導体基板の表面に良質の酸化薄
膜を形成する方法およびその装置に関するものである。

〔背景技術〕

シリコン等の半導体基板の主面にＭＯ８ＬＳＩを構成す
る場合、そのゲート絶縁膜はシリコン基板の表面を酸化
して形成しているが、素子の微細化、高密度化に伴なっ
てこのゲート酸化膜も薄型化かつ無欠陥化が要求されて
きている。この種の酸化膜における欠陥の発生はシリコ
ン基板の表面における欠陥の存在が一つの原因であるが
、シリコン表面の清浄度も関係され、清浄度が高ければ
欠陥の発生も少ないことが確証されている。このことに
ついては山部、谷ロ、松下「薄い熱酸化膜の欠陥」電子
通信学会技術研究報告５ＳＤ８２−１ｏ３ｐ７９（１９
８２）に詳しく述べられである。

このようなことから酸化直前のシリコン表面を清浄にす
るため、酸化前洗浄、乾燥方法についても技術検討が行
なわれている。

しかし、酸化前処理で、シリコン面を清？ＨＣできたと
しても酸化を行うまでの再汚染を防ぐことが必要で、洗
浄、酸化工程のウエーノ・搬送方法９雰囲気の清浄化等
に細心の注意を払う必要がある。

従来エピタキシャル成長工程においては、１１０ト１２
００ｒと高温化でＨＣｎガスを流し、シリコン表面をペ
ーパエツチングしてシリコン表面を清浄とし、続いてシ
リコンを成長させていた。この方式だと処理前洗浄で多
少問題があっても、充分良質のシリコンエピタキシャル
層の形成が可能である。この考え方を用いた酸化直前ク
リーニング方法の検討を行ってきた。酸化装置内で酸化
直前にシリコン表面を清浄化するため８００〜１２００
Ｃと高温度化でＨ，ガス又はＨ，＋）（（ｌガス雰囲気
中でシリコン表面をペーパエツチングして後、連続して
酸化するためには、０．ガスを添加する必要があり、ガ
スの切換え、プロセスナェーブ内雰囲気の置換等、安全
上好ましくない現象が生ずるおそれがある。我々の評価
実験結果ペーパエツチングと酸化膜形成を別々の装置で
行なっても従来の酸化膜よりも欠陥密度が低・い良好な
る黴′化膜が得られた。より以上の良好なる酸化膜が得
られ、　　　　　１９、かつ、装置面積を小さくするた
めＫは同一装置内で安全化処理されることが望まれてい
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は半導体基板表面の清浄および酸化処理を
連続して行なっても安全上の問題がなくかつ良質の酸化
膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供
することＫある、また、本発明の他の目的は半導体基板
表面の清浄および酸化を連続処理するに際し均一かつ良
質の酸化膜を形成することのできる半導体装置の製造装
置を提供することＫある。

本発明の前記ならびＫそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、８００〜１２００ｔ：’の高温度下でＨ２又
はＨ，＋Ｈ１のガス雰囲気でライトエッチを行なった後
に、Ｈ，ガスの過剰条件下でＨ，、Ｏ。

ガスの燃焼によるスティーム７酸化を行なうことにより
、酸化処理時においても余剰Ｏ７が生じることはなく、
Ｈ２＋Ｈ，Ｏの雰囲気中で良質の酸化膜を形成すること
ができる。

また、清浄、酸化処理を行なう処理室に開設した枝管か
らＨ，ガスを、処理室内に突設開口したインジェクタ管
からＯ，ガスを夫々供給してペーパ酸化を行ない得るよ
うに構成することにより、Ｈ，ガス過剰条件下での酸化
を安全にかっ良好。

均一に行なうことができる。

〔実施例〕 ｔａ１図は本発明装置の一実施例を示し、特にプロセス
チェーブと称する横型石英管で処理室を構成した例であ
る。即ち、処理室ｌは一端を開口した石英管２から構成
し、治具（ボート）３上忙整列されたシリコンウェーハ
（半導体基板）４をこの一端開口２ａを通して石英管２
内に設置しかつ取出すことができる。また、この石英管
２は炉体５内に装置されており、炉体５のヒータ６によ
って石英管２内を加熱することができる。一方、前記石
英管２の他端部は除々に絞られて尾管３ｏにつながる。

尾管３０の端部には枝管７を開設している。また、尾管
３０には管軸方向にインジェクタ管８を貫通延在させ、
このインジェクタ管８の開口先端８ａはヒータ６の端部
まで達し、水素−酸素雰囲気の起爆温度（約５８０Ｃ）
以上に達するような位置に設定する。

前起枝管７にはコントロールバルブ９，１０゜１１を介
してＨ，ガス源１２およびＨＣ形ガス源１３、更にはＮ
、、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス源１４を接続している。

また、インジェクタ管８にはコントロールバルブ１５を
介して０．ガス源１６を接続している。そして、前記各
コントロールバルブ９，１０，１１．１５は制御回路１
７によって夫々制御し得るようになりている。

図中、１８は石英管２の一端開口２ａＫ取着される蓋で
ある。この蓋には、細い石英管２４が付いている、 次に以上の構成の製造装置を用いた本発明方法、特にシ
リコンウェーハ４の表面に酸化膜を形成する方法を説明
する。

先ず、図外のポートローダ又はソフトライディ　。

ングによりシリコンウェーハ４を治具３と共に石英管２
内の所定位置に設置し、開口２ａｋ蓋】８を取着して内
部に空気の巻込みのほぼない状態とする。この時の雰囲
気は窒素等の不活性ガスとする。そして、ヒータ６によ
り加熱を行なうと共にコントロールバルブ２２を開いて
水素（Ｈｔ）ガス源２１からＨ，ガスを供給し炉口バー
ナ２３を着火する。その後、コントロールバルブ９又ハ
９と１０を開き、枝管７を通して石英管２内ＫＨ！ガス
又はＨ！ガスとＨＣｋガスの混合ガスを導入する。これ
Ｋより、シリコンウェーハ４の表面は軽くエツチングさ
れ清浄度の高い新しい表面が露出される。処理の終りた
余剰のＨ，ガスは炉口石英管２４から出るがこの時炉口
バーナ２３から出る炎により着火し、水となり、安全上
の問題はなくなる。

所定のエツチングが完了すると、ＨＣβガスを使用して
いた時はコントロールバルブ１ｏを閉じ、今度はコント
ロールバルブ９と１１を開いて枝管７からはＨ，ガスお
よび少量の不活性ガスを供給し、先のエツチング工程後
も残存しているＨ、ガスとで石英管２内をＨ，ガス雰囲
気とする。そして、これと同時にコントロールバルブ１
５を開きインジェクタ管８からはＯｔガスを石英管２内
に供給させる。これにより、インジェクタ管８から噴出
されるＯｆガスは起爆条件下にあるため直ちＫＨ，と反
応（燃焼）し、高温Ｈ７０（スティーム）を生成してシ
リコンウェーハ４の表面を酸化させ、表面にシリコン酸
化膜（ＳｉＯｙ）を形成する。

このとき、枝管７を通して供給されるＨ、ガスの流量は
インジェクタ管８を通して供給される０゜ガスの２倍（
分子量を単位として）以上供給しているため、２Ｈｔ　
＋Ｏｔ→２Ｈ１０の反応忙おいてＨｌかりツチな条件に
設定される。したがって、余剰の０．が生じることもな
い。余剰のＨ，ガスは炉口バーナ２３の炎により着火さ
れ、Ｈ，ガスとして拡散することがなく、安全性を向上
できる。

更に、Ｈ，ガスは混入された不活性ガスによって稀釈さ
れた状態とされているため、反応速度をこの不活性ガス
の混入量で調節することもでき、速度を抑制することに
より良質の酸化膜の形成が可能となる。

この結果、シリコンウェーハ４は前工程において表面が
清浄化され、その後直ちに均一な酸化膜が形成されるこ
とになり、極めて欠陥の少ない酸化膜が完成される。

〔効果〕

（１）　　Ｈ，又はＨ，＋ＨＣ１ｃよるライトエツチン
グを前処理として行ない、直後ｋＨ，のリッチ条件下で
Ｈｔ　　＝　Ｏｔ　ｌｃよるスティーム酸化を行なうの
で、シリコンウェーハの表面の清浄化および酸化を連続
的に行ない、極めて欠陥の少ない酸化膜を形成すること
ができる。

（２）Ｈｔのリッチ条件下でペーパ酸化を行なうので、
酸化装置のプロセスチューブ内の雰囲気は常にＨ，、Ｈ
２＋ＨＣｌ、又は不活性ガスであり、Ｈ２ガスに対する
安全対策だけを考えておけば良い。

（３）スティーム酸化時のＨ，ガス中に不活性ガスを混
入して水蒸気を稀釈しているので、酸化速度を抑制でき
、薄い酸化膜を形成するときでも高い温度で処理ができ
、均一かつ良質の酸化膜を形成できる。

（４）処理室に開設した枝管からＨ，ガスを供給し、起
爆温度以上に上昇した領域に開口先端を位置したインジ
ェクタ管から０２ガスを供給するように構成しているの
で、Ｈ２と０．の反応をスムースにかつ静かに行なわせ
ることができる。またガス流量をＨ２１０２＝２以上に
設定しているため、常［０，ガスがプロセスチューブ内
圧残留することがない。またプロセスチューブの端部の
枝管からＨ，ガス、Ｎ、ガスが導入されるため、プロセ
スチューブ内のＨ，ガスの充満が容易でかつ処理後のＮ
、ガス置換も確実に行なうことができる。

（５）枝管とインジェクター管を異なった径にしてオ６
くことにより、配管の接続ミスを防止することができる
。

以上本発明者によってなされた発明を実施例忙もとづき
具体的に胛明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しな〜・範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。たとえば、処理室は
前例の横型石英管（プロセスチューブ）以外にも縦型そ
の外の構成のものを同様の趣旨で構成することができる
。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるＭＯ８型半導体装置
のゲート酸化膜の形成に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、バイポーラ型半導
体装置はもとより種々の酸化膜の形成に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための本発明装置の一実
施例の全体構成図である。 １・・・処理案、２・・・石英管、４・・・シリコンウ
ェーハ、５・・・炉体、６・・・ヒータ、７・・・枝管
、８・・・インジェクタ管、１２・・・Ｈ，ガス源、１
３・・・ＨＣ／３ガ　　　　　１ぐ、ス源、】４・・・
不活性ガス源、１６・・・０．ガス源、１７・・・制御
回路。 代理人　弁理士　　高　橋　明　夫　、／−２（； ＼ゝ−１２） 第　　　１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板を設置した高温の処理室内にＨ＿２又は
   Ｈ＿２＋ＨＣｌガスを供給して半導体基板の表面をライ
   トエッチングし、その後連続してＨ＿２およびＯ＿２ガ
   スをＨ＿２の過剰条件で供給反応させて半導体基板の表
   面をスティーム酸化することを特徴とする半導体製造方
   法。 ２、Ｈ＿２ガスをＨ＿２：Ｏ＿２＝２：１の比よりも多
   量に供給してなる特許請求の範囲第１項記載の半導体製
   造方法。 ３、Ｈ＿２ガス中にＮ＿２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス
   を混入してＨ＿２ガスを稀釈した状態で供給してなる特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体製造方法。 ４、半導体基板を設置できる処理室に枝管を開設すると
   共に、その先端を処理室内の水素と酸素の雰囲気の起爆
   温度以上まで上昇する箇所にまで突設させたインジェク
   タ管を設け、スティーム酸化時には前記枝管にＨ＿２ガ
   スを、前記インジェクタ管にＯ＿２ガスを夫々供給し得
   るように構成したことを特徴とする半導体装置の製造装
   置。 ５、上記枝管及びインジェクタ管を異なる経にした特許
   請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造装置。 ６、Ｈ＿２ガスとＯ＿２ガス反応によって水蒸気を作っ
   た後の過剰のＨ＿２ガスを、プロセスチューブ炉口で燃
   焼させる特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造
   装置。 ７、処理室はプロセスチューブからなり、その一端に枝
   管を開設し、一端を貫通してインジェクタ管を延設して
   なる特許請求の範囲第４項又は第５項記載の半導体装置
   の製造装置。