TW200415729A - Manufacturing method for semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Nobuyoshi Natsuaki
Yoshikazu Tanabe
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Description

200415729 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體積體電路裝置（半導體裝置等） 之製造方法，特別是關於一種適用於形成M〇SFET(金屬氧 化物半導體場效電晶體）等之閘氧化膜（絕緣膜）有效之技 術。 【先前技術】 在初期的半導體產業，廣泛適用使氧等载氣通過起泡室 (Bubbler)内的水中的起泡（BubbHng)。此方法雖然有可涵蓋 廣大水分範圍等優點，但不能避免污染問題，最近幾乎不 被使用。 因此，最近作為避免此起泡室缺點的方式，氫氧燃燒法 式’即熱解方式（Pyrogenic system)廣泛普及。 (習知技術文獻之揭示等） 關於成為本案對象的熱氧化改良及為此的水分生成方 法，已知如下的先前技術： (1)大見之特開平6-1 635 1 7號公報揭示半導體處理低溫化 的低飢氧化技術。在同實施例丨揭示以下方法：將氫從 100 ppm到1 %添加於由氬約99%、氧約構成的氣氛 内在氫的燃燒溫度攝氏700度以下，即攝氏45〇度以 下，以不銹鋼觸媒作用得到水蒸氣。再在同實施例2揭 示··在^以氧99%、觸媒生成的水蒸氣1%構成的氣氛 中在#壓或尚壓下，在攝氏600度的氧化溫度的矽熱 氧化。
O:\92\92305 DOC -6 - (2) S平7_32UG2公報（吉越）揭示4了避免起因於水分 、種問題，在極低水分濃度，即05ppm程度的極超 2水，領域或乾領域氧化溫度攝氏請度㈣表面高 溫熱氧化。 ⑺本間等之特開照60_107840號公報揭示一種石夕之熱氧 :匕方立法·為了減低因乾氧化的環境水分而水分量分 散’意圖添加以習知方法生成的幾十ppm程度的微少水 分0 ⑷特開平5七2282號公報（大糾揭示—種熱氧化裝置： 為防止來自上述石英管前端的粒子產生而具備以 Νι(鎳）或含有Ni材料構成氫氣導入管内面，同時加熱氫 氣導入管之機構。此熱氧化裝置係使氫接觸加熱到3〇〇 °C以上的氫氣導入管内的犯（使含有犯材料）而使氫活 1*生種產生，藉由使此氫活性種和氡（或含氧的氣體）反 應，生成水。即，以不伴隨燃燒的觸媒方式生成水， 所以沒有氫導入石英管前端溶化而產生粒子的情形。 (5)特開平6-1 1 5903號公報（大見Π)揭示一種觸媒方式之水 分產生方法：含有混合氣體製成製程··混合氧、氫及 惰性氣體而製成第一混合氣體；及，水分產生製程： 藉由將第一混合氣體導入反應爐管内，同時加熱反應 爐管内，該反應爐管係以具有可使氫及氧基團化的觸 媒作用的材料構成’使第一混合氣體中所含的氫和氧 反應而使水產生。 根據此方法，由於在使氫和氧反應的反應管使用使反應
O:\92\92305.DOC 200415729 低溫化的觸媒材料，所以反應溫度低溫化，該結果在低溫 可產生水分。因此，供應給加熱氫、氧、惰性氣體之混合 氣體的反應管時，在反應管内在5 〇〇°C以下的溫度，氫和氧 完全反應，所以比燃燒方式在低溫可得到含有水分的氣體。 此外，此時從通氣部完全排除塑膠材料，只使用金屬材 料，再對於金屬表面施以鈍態化處理時，由於來自表面的 放出氣體（水分、碳氫化合物等）極少，所以可使更高純度的 水分以更高精度且廣大範圍（卯^到％)濃度產生。藉由將施 以電解拋光或電解複合拋光的不銹鋼在雜質濃度幾ppb以 下的氧化性或弱氧化性氣氛中熱處理，進行鈍態化處理。 (6)特開平5-141871號公報（大見m)揭示一種熱處理裝 置·至少具有爐心管··具有搬出入被處理物的可開關 開口部和將氣體導入内部的氣體導入口；爐心管加熱 機構·加熱爐心官内部；氣體導入管··使其與氣體導 入口連通而連接；及，加熱機構：加熱氣體導入管； 氣體導入管之至少内表面由Nl(或含有沁材料）構成。 此熱氧化裝置在比配置於爐心管内冑的被處理物位置上 私側设置從氫氣或含有氫的氣體不伴隨電衆而使氫活性種 生成的氫活性種產生機構，將氫氣或含有氫的氣體導入此 氫活性種產生機構而使氫活性種生成，，若在爐心管 内配置例如形成氧化膜的石夕基板作為被處理物，則氮活性 種在氧化財擴散，終結氧化财及氧化膜〜界面的懸空 鍵（dangHng bonds)，所α可期待得到高可靠性的㈤氧化膜。 ⑺大見之特開平5姻04號公報揭示一種以鎳觸媒生成 O:\92\92305.DOC -8 - 200415729 的氫活性種產生氧化矽膜的熱處理技術。 ⑻中村等在1993年12月丨日至2日所舉行的電化學協會電 子材料委員會主辦半導體積體電路技術第45次專題討 論會演講論文集丨28頁至133頁中，揭示一種在以應用 於快閃記憶體之随道氧化膜的由觸媒生成的氫基和由 水分產生的氫為主體的強還原性氣氛下的氧化矽製 程0 (9) 〇見之特開平6_丨2㈣6號公報揭示—種絕緣分離選擇 磊晶成長區域絕緣膜之利用由鎳觸媒生成的氫活性種 之燒結（sintering)技術。 〇〇)小林等之特開昭59-132136號公報揭示一種由通常方 法生成的水分和氫之氧化還原混合氣氛的石夕和 金屬的氧化還原製程。 ‘’“ 【發明内容】 (習知技術及關於本發明之考察等） 根據深度次微 維持被細微化元 膜厚形成閘氧化 膜厚為9 nm程度 度。 米之設計規則製造的最尖端M〇S裝置，為 件的黾氣特性而要求以1 〇 nm以下的極薄 膜。例如閘長〇·35 μχη時，所要求的閘氧化 ，但閘長變成0.25 μτη，預料將薄到4 nm程 化=在乾燥氧氣氛中進行熱氧化膜的形成，但形成閑 =二:爾膜中的缺陷密度的理由，向來使用濕 氣占 又水77分壓比數十％以上）。此濕式氧化法係在 '中使氮燃燒而生成水，將此水和氧共同供應給半導
O:\92\92305.DOC 200415729 晶圓（製造積體電路用晶圓或只是積體電路晶圓）表面而形 成氧化膜’但因使氫燃燒，户斤以為避免爆炸的危險而先使 氧充分流動之後，點燃氫。此外，將為氧化種的水+氧混 合氣體之水分濃度提高到40%程度（全氣氛壓力中所佔水分 的分壓）。 然而，上述燃燒方式係點燃從裝在石英製氫氣導入管前 端的喷嘴喷出的氫而進行燃燒，過度降低氫之量，火焰就 接近喷嘴，噴嘴因該熱溶化而產生粒+，這被指出成為半 導體晶圓污染源的問題。(此外，反之過度增加氫之量，火 焰就達到燃燒管端部，熔化此石英壁而成為粒子的原因)此 外上述燃燒方式由於為氧化種的水+氧混合氣體之水分 濃度高’所以在閘氧化膜中取人氫或OH基，在薄膜中或和 矽基板的界面容易產生Si_H結合或Si-OH結合等構造缺 。坆些結合為注入熱載子等施加電壓應力所切斷而形成 電荷㈣’成為臨界電壓變動等引起膜之電氣特性降低的 原因。 又’關於此範圍情況的詳情及利用新式觸媒的水合成裝 置^良的詳情1述於本案發明者本人之特開平9-17201 1 號A報及本發明者與大見等之國際公開之國際巾請PCT/ JP 97/00188 (國際申請日 1997.1.27)。 /艮據本务明者之檢討’習知氧化膜形成方法難以以均勻 膜厚現14良好地形成高品質且膜厚5 nm以下（關於5 nm 以上當然也可期待同樣的效果)的極薄間氧化膜。當然，這 以上膜厚的情況’也有各種不足之處。
O:\92\92305.DOC -10- 柳415729 ^均勾膜厚再現性良好地形成極薄的氧化膜，需比形 ::較厚的氧化膜時降低氧化膜成長速度，以更安定的氧 :件進仃成膜’但例如利用前述燃燒方式的氧化膜形成 到：。’為氧化種的水+氧混合氣體之水分濃度只能在㈣ 程度的高濃度範圍内控制。因此，氧化膜成長速度 快1氧化臈時，在極短時間就形成膜。另—方面’要降 -氧化膜成長速度而將晶圓溫度降到_ t以下進行氧 臈之貝就降低。（若在攝氏綱度以下的溫度領域也 ^备調整其他參數，則當然可適用本發明） 有充分的氧時，會發生氫的爆炸性燃燒，#「爆炸」） 只IV、的氧化膜係除了因本來的氧化而形成的氧化 膜、卜還s有自然氧化膜和初期氧化膜的結構，但這些 2氧化膜或初期氧化膜比作為目的的本來的氧化膜為低 印貝因此，要得到高品質的氧化膜，必須儘量降低氧化 膜中所佔的廷些低品質膜的比例’但使用習知氧化膜形成 此外，要形成清潔的氧化膜，线以濕式絲除去形成 於丰導體晶圓表面的低品質氧化膜，但在從此濕式洗蘇製 备搬運到氧化製程的過程會在晶圓表面不可避免地形成薄 的二然氧化膜。再者，在氧化製程，因在進行本來的氧化 之則和氧化種中之氧的接觸而在晶圓表面形成不希望的初 期氧化臈。特別是使用燃燒方式的氧化膜形成方法的情 况’為避免氫爆炸的危險而先使氧充分流動之後，使氯燃 L广晶圓表面暴露於氧中的時間變長，就厚地形成初 期氧化膜。（―般認為常壓下攝氏560度以上、氫4%以上且
O:\92\92305.DOC -11 - 200415729 方法幵/成極薄的氧化膜，這些低品質膜的比例反而增加了。 士例如使用習知氧化膜形成方法形成膜厚9 nm的氧化膜 、’又此氧化膜中的自然氧化膜和初期氧化膜之膜厚分別 為〇·7疆、〇·8 _，則本來的氧化膜之膜厚成為9—(〇.7 + 〇.8)=7.5nm，所以此氧化膜中所佔的本來氧化膜的比例為 、勺83.3 /〇。然而，使用此習知方法形成膜厚* _的氧化膜， 自然氧化膜和初期氧化膜之膜厚分別為〇7咖、〇.8 _，不 變，所以本來的氧化膜之膜厚成為4— *〇.7+0.8)=i2.5 nm， 其比例降低到62·5%°即’要以習知氧化膜形成方法形成極 薄的氧化膜’不僅不能確保膜厚的均句性或再現性，而且 膜之品質也降低。 為了解決這些問題’本發明者注視大見等之觸媒之水分 ^成方法。根據本發明者等的檢討，這些研究站在「氯基 可命長」此一前提，將重點放在氫基的強還原作用，所以 若是照樣則顯然不能適用於半導體積體電路的量產製程。 即’本發明者等闡明：要適用於半導體製程，需要「氣等 之基團壽命非常短，在觸媒上生成而大致在其上或其附近 回到化合或基礎狀態」此一前提檢討必要的結構。 再者，本發明者闡明：以水分之分壓比而言，〇到1〇剛 屬於乾領域，顯示所謂乾氧化的性質，關於今後細微製程 中的閘氧化膜等要求的膜質，用不著所謂濕式氧化。 此外，本發明者闡明：同樣地水分分壓比丄〇沖㈤以上i ·〇 xlO3 ppm以下（0·1%)以下的超低水分領域，基本上顯示和乾 氧化幾乎同樣的性質。
O:\92\92305.DOC -12- 200415729 卜，本發明者闊明：同樣地在水分分壓比〇.1%以上到 應以下的低水分領域（其中㈣是水分分壓比G5%^% 以下的低水分領域）的熱氧化，和其他領域（乾領域、⑽以 上在燃燒法方式所通用的領域及利用起泡室等的水分濃度 數十％以上的高水分領域)比較，顯示比較良好的性 性質。 (本發明之目的等） /本發明之目的在於提供—種可以均句膜厚再現性良好地 形成高品質之極薄氧化膜之技術。 本發明之前述及其他目的和新穎特徵，由本說明書之記 述及附圖當可明白。 (本發明之概要等） 兹簡單說明在本案所揭示的發明中具代表性者的概要如 下： 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法含有以下製程 ⑷、（b): (a) 由氩和氧以觸媒作用生成水的製程， (b) 供應低濃度含有前述水的氧給加熱到預定溫度的半導 體晶圓主面或其附近，以可確保至少形成氧化膜再現性及 氧化膜厚均勻性程度的氧化膜成長速度形成膜厚5 nm以下 的氧化膜的製程。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法，係前述氧化 膜為MOSFET之閘氧化膜。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法，係前述氧化 O:\92\92305.DOC -13- 膜膜厚為3nm以下。 本發明之半導體積體電路裝置之製造 ^ .… 體晶11 *為 去’係前述半導 曰®加熱溫度為800到900°C。 本發明之半導體積體電路裝置之製 程後，获士 — 乂 乃去，係前述（b)製 糟由在W述半導體晶圓主面施以 盥氧仆勝# # 虱化氮處理，使氮 ，、乳化臊和基板的界面分離。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方 理進杆1、+、γ 去’係以單片處 進仃刚述氧化膜的形成。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方 理進行前述氧化膜的形成。 / ，係以整批處 本：明之半導體積體電路裝置之製造方法含 ⑷、（b): (a)由氫和氧以觸媒作用生成水的製程， ⑻藉由供應氧給加熱到駭溫度的半導體晶圓主面或其 附近，：氧係比在不含至少水的乾燥氧氣氛中所形成的氧 化膜可得到優良初期耐壓的濃度 1 + J ’辰厌闵3有刖述水之氧，形成 膜厚5 nm以下的氧化膜的製程。 、本發明之半導體積體電路裝置之製造方法，係前述水之 濃度為40%以下。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法，係前述水之 濃度為0 · 5到5 %。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法含有以下製程 (a)到（c): ⑷將主面形成第一氧化膜的半導體晶圓搬到洗祿部，以
O:\92\92305 DOC -14- 200415729 顯式洗滌除去前述第一氧化膜的製程， 前述半導體晶圓接觸大氣，而從前述総部搬到 N性氣體氣氛之氧化處理部的製程， ⑷供應低濃度含有因觸媒作用而由氫和氧生成之水之氧 2加熱到預定溫度的前述半導體晶圓主面或其附近，以可 保至少形成氧化膜再現性及氧化膜厚均勾性程度的氧化 膜成長速度形成膜厚5 nm以下的第二氧化膜的製程。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法，係前述第二 乳化膜在其-部分含有自然氧化膜和初期氧化膜，該自铁 乳化膜係在除去前述第一氧化膜之後到形成前述第二氧化 膜之間’不希望形成於前述半導體晶圓表面，該初期氧化 膜仙和前述氧的接觸而不希望形成於前述半導體晶圓表 =，剛述自然氧化膜和前述初期氧化膜之合計膜厚為前述 第二氧化膜全體膜厚之二分之一以下。 本發明之半導體積體電路裝置之製造方法，係前述自秋 氧化膜和前述初期氧化膜之合計膜厚為前述第二氧化膜Z 體膜厚之三分之一以下。 本發明《半導體積體電路裝置之製造方法j彳在半導體 曰曰圓之第-區域及第二區域形成第—氧化膜後，除去形成 於前述半導體晶圓之第-區域之前述第—氧化膜的製程和 在留在前述半導體晶圓之第—區域及第二區域之前述第— 絕緣膜上形成第：氧化膜的製程，以前述方法形成前述第 一及第二氧化膜之至少一方。 再將本發明之主要概要分成項顯示如下：
O:\92\92305.DOC -15- 200415729 L由以下製程構成之半導體藉俨雪，々壯 导體積體電路裝置之製造方法·· :心00度以下使用觸媒由氧和氫合成水分的製程; 二下條件下：氣氛全體嶋所佔的所合成的上述 b例為〜5%到5%的範圍，在氫不支配的氧化性氣 本品、故 ㈣表面加熱到攝氏_度以上，·在上述石夕 表面以熱氧化形成應 膜的製程。 曰曰體之閉絕緣膜之氧化石夕 2 · 根據上述第ijg夕生植 、+導脰積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 ’、 3·根據上述第1或2項之本逡骑接胁+ 、 、之丰蛉體積體電路裝置之製造方 U使上述觸媒作用於氧和氫之混合氣體而進行上 述水分的合成。 根^上述第工至3項中任一項之半導體積體電路裝置之 製造方法，其中一面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓周 邊’一面進行上述熱氧化。 ° 5·由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： ⑷在攝氏5⑻度以下使用觸媒由氧和氫合成水分的製程； (b)在以下條件下··氣氛全體氣壓中所佔的所合成的上 =分分壓比例為〇.5%到5%的範圍，在含有氧氣的氧化性氣 氛中且將a日圓上的石夕表面加熱到攝氏咖度以上；在上述石夕 表面以熱氧化形成應成為場效電晶體之閘絕緣膜之氧= 膜的製程。 發 6·根據上述第5項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中使用熱壁爐進行上述熱氧化。 一
O:\92\92305 DOC -16- 200415729 7.根據上述第5項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中使用燈加熱爐進行上述熱氧化。 8·根據上述第5至7項中任一項之半導體積體電路裝置之 製造方法，其中含有上述使其合成的水分的氣體以水分 之外的氣體稀釋後，供應作為上述氧化性氣氛。 9·根據上述第5至8項中任一項之上述半導體積體電路裝 置之製造方法更由以下製程構成： (c)不將形成上述氧化膜的上述晶圓暴露於外氣或其他氧 化性氣氛中，而在含有氧化氮的氣氛中施以表面處理的製 程。 10·由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a) 在攝氏500度以下使用觸媒生成水分的製程； (b) 在以下條件下：氣氛全體氣壓中所佔的所合成的上述 水分分壓比例為〇.5%到5%的範圍，在含有氧氣的氧化性氣 氛中且將晶圓上的矽表面加熱到攝氏8〇〇度以上；在上述矽 表面以熱氧化形成應成為場效電晶體之閘絕緣膜之氧化矽 膜的製程。 11·根據上述第10項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 12. 根據上述第1〇或丨丨項之半導體積體電路裝置之製造方 法，其中一面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓周邊，一 面進行上述熱氧化。 13. 由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a)在攝氏500度以下使用觸媒由氧和氫合成水分的製程； 〇；\92\92305 DOC -17- 200415729 ⑻一面供應氣氛全體氣壓中所佔的所合成的上述水分分 β’例為0.5 /〇到5%的範圍且含有氧氣的氧化性氣氛給將 石夕表面^熱到攝氏_度以上的晶圓周邊，-面在上述石夕表 面以熱乳化形成應成為場效電晶體之閉絕緣膜之氧化石夕膜 的製程。 、 H·根據上述第13項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 15. 根據上述第13或14項之半導體積體電路裝置之製造方 法”中使上述觸媒作用於氧和氯之混合氣體而進行上 述水分的合成。 16. 由以下製程構成之半導體積體電路農置之製造方法： (a)在水刀合成部在攝氏5〇〇度以下使用觸媒由氧和氯合 成水分的製程； ⑻-面通過設於水分合成部和氧化處理部之間的狹窄部 供應氣氛全體氣屢中所佔的所合成的上述水分分麼比例為 0.5%到5%的範圍且含有氧氣的氧化性氣氛給將石夕表面加# 熱到攝氏800度以上的晶圓周邊，一面在氧化處理部在上述 石夕表面以熱氧化形成應成為場效電晶體之問絕緣膜之氧化 矽膜的製程。 17. 根據上述第16項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 18. 根據上述第16或17項之半導體積體電路裝置之製造方 法，其中使上述觸媒作用於氧和氫之混合氣體而進行上 述水分的合成。 O:\92\92305.DOC -18- 200415729 由以下製私構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a)使用觸媒由氧和氫合成水分的製程； —()、k刀之外的第一氣體稀釋含有所合成的上述水分的 第一氣體的製程； (C)將所稀釋的上述第一氣體導入處理區域的製程； 曰0)在上述處理區域，在所導入的上述第一氣體氣氛中在 :□士的矽表面以熱氧化形成應成為場效電晶體之閘絕緣 膜之氧化石夕膜的製程。 2〇·根據上述第19項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 21.根據上述第19或2〇項之半導體積體電路裝置之製造方 法，其中在攝氏800度以上進行上述熱氧化。 22·根據上述第μ至21 j百^ ^ 1項中任一項之半導體積體電路裝置 ，這方去其中一面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓 周邊，一面進行上述熱氧化。 23.由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： ⑷使水刀合成觸媒作用於氧和氫之混合氣體而生成含有 水分之第一氣體的製程； (b)以水分之外的第 (0將所稀釋的上述 (d)在上述處理區域 圓上的矽表面以熱 之氧化矽膜的製程 二氣體稀釋上述第一氣體的製程； 第一氣體導入處理區域的製程； 晶 膜 ，在所導入的上述第一氣體氣氛中在 氧化形成應成為場效電晶體之閘絕緣 24·根據上述第23項 之半導體積體電路裝 置之製造方法，其
O:\92\92305 DOC -19- 200415729 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 25. 根據上述第23或24項之半導體積體電路裝置之製造方 法，其中在攝氏800度以上進行上述熱氧化。 26. 根據上述第23至25項中任一項之半導體積體電路裝置 之製造方法，其中一面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓 周邊’一面進行上述熱氧化。 27.由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： ⑷使觸媒作用而生成含有水分之第_氣體的製程； ⑻以水分之外的第：氣體稀釋上述第—氣體的製程； ⑷將所稀釋的上述第一氣體導入處理區域的製程； ⑷在上述處理區域，在所導人的上述第_氣體氣氛中在 晶L夕表面以熱氧化形成應成為場效電晶體之問絕緣 膜之氧化石夕膜的製程。 认根據上述第27項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 29.根據上述弟27或2g項之丰暮， 、<牛¥體積體電路裝置之製造方 法，其中在攝氏_度以上進行上述 3〇·根據上述第27至29項 … 々制 、4 一項之半導體積體電路裝置 之製造方法，其中一面供雍 ^ . 仏應上述虱化性氣氛給上述晶圓 周邊，一面進行上述熱氧化。 31.由以下製程構成之 导體積肢電路裝置之製造方法： U)使水分合成觸媒作用於 水分^ μ 、虱和虱之混合氣體而生成含有 水刀之第一氣體的製程； (b)用以氧為主要成分 弟一乳體稀釋上述第一氣體的製
0 \92\92305 DOC •20- 200415729 程； =所稀釋的上述第_氣體導人處理區域的製程； 1)在上述處理區域，在所導人的上述第—氣體氣氛 日日0上的矽表面以埶氧 膜之氧切膜的製程。^應成為場效電晶體之間絕緣 32·Ι據上述第31項之半導體積體電《置之製造方法，其 上述氧化性氣氛含有^氣作為主要成分。 、乂據上述第31或32項之半導體積體電路裝置之製造方 中在攝氏8〇〇度以上進行上述熱氧化。 根據上述第31至33項中任一項之半導體積體電路裝置 之製&方法’其中-面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓 周邊，-面進行上述熱氧化。 5·由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： )為先/V、表面或除去表面膜而在晶圓上的石夕表面施以表 面處理的製程； ()上述製％後，不將上述晶圓實際上暴露於氧化性氣氛 中，而轉移到氧化處理部的製程； (c)使用觸媒由氧和氫合成水分的製程； 在含有所合成的上述水分的氣氛中，在上述矽表面以 熱氧化形成氧化矽膜的製程。 36·根據上述第35項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化矽膜應成為M〇s電晶體之閘極。 37·根據上述第36項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成：
O:\92\92305 DOC -21 - ⑷不將形成上述氧化膜的± 化忖裔今士 上 W暴路於外氣或其他ft μ中’而在含有氧化氮的氣 虱 程。 她以表面處理的製 38.根據上述第37項之上 、1击丄 守般積體電路裝置之製诰太 法更由以下製程構成： 方 ⑴不將施以上述表面處理的上 M 4l· Η ^ ^ 日日51暴路於外氣或其他 乳化性m κ氣相沉積 的製程。 双為閘極的電極材料
I 39·根據上述第36項之上 卞守篮積體電路裝置之絮洪古 法更由以下製程構成： 化成上述.氧化膜的上述晶圓暴露於外氣或其他氧 製程/ ^氧相沉積形成應成為間極的電極材料的 4〇·根據上述第35至39 一 仕項之+導體積體電路裝置 之製造方法，其中以燈加熱進行上述氧化製程。 1.由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a) 為洗條表面或除去表面膜而在晶圓上的石夕表面施以表 面處理的製程； (b) 上迷製程後’不將上述晶圓實際上暴露於氧化性氣氛 中，而轉移到氧化處理部的製程； (C)使用觸媒生成水分的製程； t)在3有所合成的上述水分的氣氛中，在上述矽表面以 熱氧化形成氧化矽膜的製程。 42·根據上述第41項之半導體積體電路裝置之製造方法，其
O:\92\92305 DOC -22- 200415729 中上述氧化石夕膜應成為MOS電晶體之閘極。 43·根據上述第42項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成： ⑷^將形成上述氧化膜的上述晶圓暴露於外氣或其他氧 化性氣氛中’而在含有氧化氮的氣氛中施以表面處理的製 程。 44·根據上述第43項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成： (f)不將施以上述表面處理的上述晶圓暴露於外氣或其他 乳化性氣氛中，而以氣相沉積形成應成為閘極的電極材 的製程。 45.根據上述第42項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成： σ)不將形成上述氧化膜的上述晶圓暴露於外氣或其他氧 化性氣氛中，而以氣相沉積形成應成為閘極的電極材料 製程。 後根據上述第41至45項中任一項之半導體積體電路裝置 之製造方法，其中以燈加熱進行上述氧化製程。 47·由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a) 使用觸媒由氧和氫合成水分的製程； (b) 在含有所合成的上述水分的氣氛中，在晶圓上的矽表 面以熱氧化形成應成為場效電晶體之閘絕緣膜之氧化矽膜 的製程； ' (0上述製程後，對於不使其接觸外氣而形成上述氧化矽
O:\92\92305 DOC -23- 膜的上述a 的製程。sa0 ’在含有氧化氮的氣體氣氛中施以表面處理 48.根據上述第47項之半導體積體電路裝置之製造方法’其 中上述氧化矽膜應成為肘03電晶體之閘極。 虞上述第48項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成： 化:Γ:Γ:成上述氧化膜的上述晶圓暴露於外氣或其他氧 H ^ ^含有氧化氮的氣氛中施以表面處理的製 卜據上述第49項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成·· 乂〇不將施以上述表面處理的上述晶圓暴露於外氣或其他 ^性氧氛中，而以氣相沉積形成應成為間極的電極材料 的製程。 a Tt 51. 根據上述第48項之上述半導體積體電路裝置之製造方 法更由以下製程構成： ⑺不將形成上述氧化膜的上述晶圓暴露於外氣或其他氧 =氣氛中’而以氣相沉積形成應成相極的電極材料的 52. 根據上述第47至51項中任一項之半導體積體電路裝置 之製造方法，其，以燈加熱進行上述氧化製程。 53. 由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法· (a)在晶圓上的矽表面形成元件分離槽的製程· ⑻在上述元件分離槽内形成來自外部的二
O:\92\92305 DOC -24 - 200415729 程； (c) 使上述矽表面平坦化而露出應形成上述矽 熱氧化膜之部分的製程； 、面之 (d) 以觸媒合成水分，在含有此水分的氣氛令，在 所露出之部分形成應成為場效電晶體之閘絕緣膜^上述 膜的製程。 、熱氣化 54·根據上述第53項之半導體積體電路裝置之製造方、 中以化學機械方法進行上述平坦化。 矣其 55·根據上述第53或54項之半導體積體電路裝置之掣生 法，其中以化學機械研磨進行上述平坦化。 、 56·根據上述第53至55項中任一項之半導體積體電 之製造方法’其中以CVD(化學氣相沉積)形成上： 外部的絕緣膜。 < 自 •由以下製私構成之半導體積體電路裝置之製造方去· (a) 在晶圓上的矽表面形成元件分離槽的製程； (b) 在上述元件分離槽内以沉積形成絕緣膜的製程； ⑷以觸媒合成水分，在含有此水分的氣氛中，在 述元件分離槽所包圍之秒表面形成應成為場 ^ 絕緣膜之熱氧化膜的製程。 _體之閑 58·根據上述第57項之上述半導體積體電路裝置 法更由以下製程構成·· ^ ⑷上述製程（b)後，使上述％表面平坦化而露出應 述矽表面之熱氧化膜之部分的製程。 …v 59.根據上述第57項或58項之半導體積體電路裝置之製造
O:\92\92305.DOC -25- 200415729 方法，其中以化學機械方法進行上述平坦化。 60.根據上述第57至59項中任—項之半導體積體電路裝置 之製造方法，其中以化學機械研磨進行上述平坦化。 61·根據上述第57?60：^士& ^ 至60項中任一項之半導體積體電路裝置 之製k方法，其中以CVD(化學氣相沉積）形成上述來自 外部的絕緣膜。 62. 由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (^在氣氛王體氣壓中所佔的水分分壓比例為0.5%到 5/。耗圍的乳化性氣氛中，藉由以燈加熱晶圓上的石夕表面， 在上述石夕表面以熱氧化形成應成為場效電晶體之閉絕緣膜 之氧化矽膜的製程。 63, 根據上述第62項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 认由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (:)使觸媒作用於氧和氫之混合氣體而生成含有水分之第 一氣體的製程； ⑻以水分之外的第二氣體稀釋上述第—氣體的製程； (C)將所稀釋的上述第—氣體導人處理區域的製程； (d)在上述處理區域，在 十的上述第一氣體氣氛中在 日日Η上的矽表面以燈加埶之埶 n . …、…虱化形成應成為場效電晶體 之閘、、、邑緣膜之氧化矽膜的製程。 -. 65·由以下製程構成 牛導體積體電路裝置之製造方法： a 預熱到水分不結露的程产 ,^ μ 度將無處理晶圓導入實際 上保持於非氧化性氣氛的氧化處理部的製程；
O:\92\92305 DOC -26- 200415729 ⑻在上述氧化處理部，在氣氛全體氣壓中所佔的水分 分壓比例為0.1%以上範圍的氧化性氣氛下，藉由以燈加熱 所導入的上述晶圓上的矽表面，在上述矽表面以熱氧化形 成應成為場效電晶體之閘、絕緣膜之氧化石夕膜的製程。 66·根據上述第65項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述非氧化性氣氛係以氮氣為主並添加少量氧氣。 68.根據上述第65至67項中任一 之製造方法，其中上述氧化處 為攝氏700度以上。 67.根據上述第65或66項之半導體積體電路裝置之製造方 法其中上述預熱溫度為攝氏1〇〇度以上500度以下。 項之半導體積體電路裝置 理時的上述晶圓表面溫度 队根據上述第65至68項中任—項之上述半導體積體電路 裝置之製造方法，其中將上述非氧化性氣氛預熱到水分 不結露的程度後，導入上述氧化處理部。 70.根據上述第65至69項中任—項之上述半導體積體電路 裝置之製造方法，其中將上述晶圓預熱到水分不結露的 程度後，導入上述氧化處理部。 71.由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a)在以下條件下：氣氛全體氣壓中所佔的水分分壓比 例為0.5到5%的範圍，在含有氧氣的氧化性氣氛中且將晶圓 上的矽表面加熱到攝氏800度以上；在上述矽表面以熱氧化 形成應成為場效電晶體之閘絕緣膜之具有5 nm以下厚度之 氧化石夕膜的製程。 72.根據上述第71項之半導體積體電路裝置之製造方法，豆 O:\92\92305 DOC -27- 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 根據上述第71或72項之半導體積體電路裝置之製造方 法，、中面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓周邊，一 面進行上述熱氧化。 由以下製私構成之半導體積體電路裝置之製造方法： /氣氛全體氣麼中所佔的水分分慶比例為〇.5%到5%的 範圍，在含有氧氣的氧化性氣氛中，纟晶圓上的石夕表面以 熱减形成應成為快閃記憶體之隨道絕緣膜之氧化石夕膜的 製程。 75·根據上述第74項之半導體積體電路裝置之製造方法，其 中上述氧化性氣氛含有氧氣作為主要成分。 76·根據上述第74或乃項之半導體積體電路裝置之製造方 法其中一面供應上述氧化性氣氛給上述晶圓周邊，一 面進行上述熱氧化。 77.由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： (a)以觸媒使水分生成的製程； 化）一面供應含有以觸媒生成的水分的氣氛氣體給第 -乳化處理部，-面在前述第_氧化處理部，纟晶圓上的 第一矽表面區域形成第一熱氧化膜的製程； (〇)上述製程（a)之前或上述製程（b)之後，藉由使氧和氫 燃燒而使水生成的製程； (d) 面供應含有以燃燒生成的水分的氣氛氣體給第 一或第二氧化處理部，一面在前述第二氧化處理部，在上 述晶圓上的第二矽表面區域形成第二熱氧化膜的製裎。 O:\92\92305.DOC -28- 200415729 78. 由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： U)在氣氛全體氣壓中所佔的水分分壓比例為〇.5%到 5%範圍的氧化性氣氛下，在保持成晶圓主表面實際上成為 7:平的狀態，在前述晶圓上的上述主表面上的矽表面以熱 氧化形成應成為M 〇 S電晶體之閘絕緣膜之氧化矽膜的製 程。 79. 由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法： 一⑷在不發生爆炸的溫度條件下，由比與水對應之化學計 量比富氧的氧和氫之非化學計量的混合氣體使用 水分的製程； ⑻在含有所合成的上述水分的氧化性氣氛中，在晶圓上 的矽表面以熱氧化形成氧化矽膜的製程。 80·由以下製程構成之半導體積體電路裝置之製造方法· 立⑷將被處理晶圓導人氧化處理部的製程，該氧化處理 持於含有實際上氧化不進行程度的少量氧的非氧化 生氣氛的攝氏700度以上的高溫； 程⑻在攝氏度以τ使用觸媒由氧和氳合成水分的製 壓(中〇所^上述氧化處理部’在以下條件下：在氣氛全體氣 化性Ρ Λ 八刀刀屋比例為0.5〇/〇到5%的氧 ::中且將晶圓上㈣表面加熱到攝氏7〇〇度以上;在 氧切膜的製程。 文電-體之間絕緣膜之 (本案發明之其他概要等）
O:\92\92305.DOC -29- 200415729 茲將以上及其他本案發明概要分項顯示如下： A· —種半導體積體電路裝置之製造方法，其特徵在於·· 含有以下製程（a)、（b): (a)由氫和氧以觸媒作用生成水的製程、 體 (b)供應低濃度含有前述水之氧給加熱到預定溫度之半導 晶圓主面或其附近，以可確保至少形成氧化膜再現性及 氧化膜厚均句性程度的氧化膜成長速度在 主面形成膜厚5 nm以下的氧化膜的製程者。 前述半導體晶圓 B.根據上述A項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 前述氧化膜為MOSFET之閘氧化膜。
C.根據上述A項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 前述氧化膜膜厚為3 nm以下。 D.根據上述A項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 如述半導體晶圓加熱溫度為8〇〇到9〇〇。〇。 E·根據上述A項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 刖述⑻製私後’藉由在前述半導體晶圓主面施以氧化氣處φ 理，使氮與前述氧化膜和基板的界面分離。 F·根據上述A項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 以單片處理進行前述氧化膜的形成。 G.根據上述a項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 以整枇整理進行前述氡化膜的形成。 H·—種半導體積體電路裝置之製造方法，其特徵在於·· 含有以下製程： (a)由氬和氡以觸媒作用生成水的製程、
O:\92\92305.DOC -30- 200415729 (b)藉由供應氧給加熱到預定溫度的半導體晶圓主面或其 附近，該氧係比在不含至少水的乾燥氧氣氛中所形成的氧 化膜可得到優良初期耐壓的濃度的含有前述水之氧，在前 述半導體晶®主面形成膜厚5nnm下的氧化膜的製程者。 I. 根據上述Η項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 前述水之濃度為40%以下。 J. 根據上述Η項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 前述水之濃度為0.5到5%。 Κ·根據上述η項之半導體積體雷说姑 丁守祖路裝置之製造方法，其中 如述氧化膜膜厚為3 nm以下。 ，其特徵在於： L. 一種半導體積體電路裝置之製造方法 含有以下製程（a)到（c); 晶圓搬到洗滌部，以 、 而從前述洗滌部搬到 (a) 將主面形成第一氧化膜的半導體 濕式洗滌除去前述第一氧化臈的製程 (b) 不使前述半導體晶圓接觸大氣， 惰性氣體氣氛之氧化處理部的製程、 ⑷供應低濃度含有因觸媒作用而由 給加熱到預定溫度的前述半導 …之i , 卞等體日日®主面或其附近，t 確保至 >、形成氧化膜再現性及氧 暖士、R 土 — 乳化膜厗均勻性程度的| 膜成長速度在前述半導體晶圓 二氧化膜的製程者。 面元成膜厚5誰以下白 M·根據上述l項之半導體藉 前述氧化膜膜厚為3=:，電路裝置之製造方法 N.根據上述L項之半導體積體電路袭置之製造方法，,
〇：\92\923〇5 DOC -31 - 引述第—氧化膜在其—部分含有自然氧化膜和初期氧化 Λ自’、、;、氧化膜係在除去前述第-氧化膜之後到形成前 述第二氧化膜之間’不希望形成於前述半導體晶圓表面， 名初期氧化膜係因和前述氧的接觸而不希望形成於前述半 、體曰曰圓表面，如述自然氧化膜和前述初期氧化膜之合計 膜厚為前it第二氧化膜全體膜厚之二分之一以下。 〇.根據上述L項之半導體積體電路裝置之製造方法，其中 前述自然、氧化膜和前述初期氧化膜之合計膜厚為前述第二 氧化膜全體膜厚之三分之—以下。 P.一種半導體積體電路裝置之製造方法，其特徵在於： 含有在半導體晶圓之第一區域及第二區域形成第一氧化膜 後’除去形成於前述半導體晶圓之第—區域之前述第一氧 化膜的製程和在留在前述半導體晶圓之第-區域及第二區 域之前述第-絕緣膜上形成第：氧化膜的製程，以含 述第1項所載之製程⑷、(b)的方法形成前述 一 化膜之至少一方者。 次弟一孔 【實施方式】 以下，根據圖面詳細說明本發 明實施形態的全圖中，在具有同 號，省略其重複說明。 明之實施形態。 一功能的構件附 又， 上同 在說 -符 ……’將分成幾個實施例或項 上 明，當然這些各實施例或項目 σ> '貝目並不疋各個鬆散的，而 相具有一部分其他變形例、_ - 4分製程細部、用於— 製程的裝置等關係。即，在一卓 0| 7、 連串貫施例說明的各個 O:\92\92305.DOC '32- 200415729 ，單位製㈣大致照樣可適用於其他實施例時，不逐一重 卜相反地’獨立說明的各個裝置或單位製程等大 丈照樣可適用於其他實施例時，不逐_重複。 (半導體製程A) 茲用圖1到圖•丨。 _ 要疋圖1到8、10、16及22到26)說明本 實施形態之CMOSFET β姑斗、人超〆 (互補式金屬氧化物半導體場效電晶 體）製造方法。 、’先士 W 1所τ，熱處理電阻率i 〇 程度的由單晶石夕 構成的半導體基板i而在其主面形成膜厚ig謙程度的薄氧 化石夕膜2 (熱氧化製程A1)後，在此氧切膜2上以cvd法沉 積膜厚⑽run程度的氮切膜3。其次，如圖2所示，在氮 化石夕膜3上形成將元件分離區域開孔的光阻劑*，以此光阻 劑4為罩幕而將氮化矽膜3形成圖案。 其次，除去光阻劑4後，如圖3所示，以氮化矽膜3為罩幕， 依次姓刻氧化石夕膜2和半導體基板1，在半導體基板i形成深 度3 50 nm^度之槽5a，接著施以9〇〇到U5(rc的熱氧化處 理，在槽5a内壁形成氧化矽膜6 (熱氧化製程A2)。 其次，如圖4所示，以例如將臭氧（ο;)和四乙氧基矽烷 ((q^HsOhSi)用於源氣的CVD法在半導體基板丨上沉積膜 厚800 nm程度的氧化矽膜7後，如圖5所示，以化學機械研 磨（Chemical Mechanical Pollshing; CMp)法研磨氧化矽膜 7，藉由將氮化矽膜3用於研磨阻止物而只在槽5 a内部留下 氧化矽膜7，形成元件分離槽5。接著，施以約1〇〇(rc的熱 處理而元件分離槽5内部之氧化石夕膜7密實。
O:\92\92305.DOC 200415729 其次，以使用熱磷酸的濕式蝕刻除去氮化矽膜3後，如圖 6所示，以將p通道型M〇SFET形成區域（圖左側）開孔的光阻 劑8為罩幕，在半導體基板1離子植入形成η型井的雜質，並 且離子植入調整ρ通道型M〇SFET之臨界電壓的雜質。形細 型井用的雜質例如使用P (磷），以能量=360 kev、劑量=1 5 Χΐ〇13/_2離子植人。此外’調整臨界電壓用的雜質例如使 用P，以能量=40keV、劑量=2xl0〖2/cm2離子植入。 八人除去光阻劑8後，如圖7所示，以將n通道型 形成區域（圖右側）開孔的光阻劑9為罩幕，在半導體基板1 離子植人形成p型井的雜f，並且離子植人調整㈣土道型 MOSFET之界電a的雜f。形成p型井用的雜質例如使用 BW，以能量=20〇keV、劑量吐〇xl〇13/cm2離子植入。此 周正6™界電壓用的雜質例如使用氟化硼⑺匕），以能量 =40keV'劑量=2xl〇12/cm2離子植入。 匕里 其次，除去光阻劑9後，如圖8所示，藉由95〇t、i分程 f熱處理半導體基板1而延長擴散上述η型雜質及p型雜 貝，在Ρ通道型M0SFET形成區域之半導體基⑻形成η型井 ，在其表面附近形成ρ型通道區域12。此外，同時在η通 垔MOSFET形成區域之半導體基板1形成ρ型井在 面附近形成η型通道區域13。 在上述η型井1G和ρ型井11之各表面用以下方法形 成閉乳化膜（熱氧化製程A3)。 圖9為用於形成閘氧 略円丄 ]虱化犋之早片式氧化膜形成裝置的概 略圖°如圖示’此氧化膜形成裝置⑽連接於料裝置ι〇ι
〇 \92\92305 DOC -34- 200415729 則’以濕式洗滌
置100,所以在除去氧化膜之後到形成間氧化膜之間，可盡 i抑制在半導體晶圓1A表面形成自然氧化膜。 谩段，該洗滌裝置1 〇 1係在形成閘氧化膜之前 方式除去半導體晶圓1A表面之氧化膜。藉由 氧化一貫處理系統，可不使在洗修鞋罢1 裝入洗滌裝置101之裝載器102的半導體晶圓丨八先搬到洗 交付例如^^4〇^1+112〇2+112〇等洗滌液的洗滌處 理後，搬到氫氟酸洗滌室1〇4，交付稀氫氟酸（HF+H2〇)的 洗滌處理而除去表面的氧化矽膜（圖丨〇)。其後，半導體晶圓 1A搬到乾燥室105，交付乾燥處理，除去表面的水分。殘留 於半導體晶圓1A表面的水分會成為在閘氧化膜中或閘氧化 膜/矽界面引起Si-H、
Si-OH等構造缺陷而形成電荷陷阱的 原因，所以需要充分除去。 乾燥處理結束的半導體晶圓1A通通緩衝區1〇6，立即搬到 氧化膜形成裝置1〇〇。 此氧化膜形成裝置100以多室方式構成，該多室方式例如 具備氧化膜形成室107、氧化氮膜形成室1〇8、冷卻台1〇9、 裝卸器110等，裝置中央的搬運系統112具備將半導體晶圓 1 A搬入、搬出上述各處理室的機器手113。搬運系統112内 部為了盡量抑制因大氣混入而在半導體晶圓丨A表面形成自 然氧化膜，保持於氮等惰性氣體氣氛。此外，搬運系統112 内部為了盡量抑制水分附著於半導體晶圓丨A表面，保持於 PPb (十億分之一）水準的超低水分氣氛。搬入氡化膜形成裝 O:\92\92305.DOC -35- 置100的半導體晶圓1A透過機器手U3，先以1片或2片單位 搬到氧化膜形成室107。 圖11(a)為顯示氧化膜形成室ι〇7具體結構一例的概略平 面圖，圖11(b)為沿圖11(a)之B_B，線的截面圖。 此氧化膜形成室1〇7具備以多重壁石英管構成之室12〇, 在其上部及下部設置加熱半導體晶圓丨八的加熱器da、 ㈣。室120内部收容圓盤狀均熱環122，該圓盤狀均熱環 122係使由此加熱器121a、供應之熱均句分散到半導體 晶圓1A全面’在其上部裝載水平保持半導體晶圓^的基座 123。均熱環122以石英或Sic (碳切）等耐熱材料構成，為 由至120 土面延伸的支持臂j 24所s才寺。均熱環122附近設置 熱電偶125，該熱電偶125係測量保持於基座123的半導體晶 圓1A溫度。半導體晶圓1A的加熱除了加熱器ma、mb的 加熱方式之外，也可以採用例如圖12所示之類的燈130加熱 方式。 室120壁面-部分連接將水、氧及淨化氣體導入室12〇内 的氣體導人g 126-端。此氣體導人管126他端連接於後述 的觸媒方式水刀生成裝置。氣體導入管丨26附近設置具備多 數貫通孔127的隔壁128，導入室120内的氣體通過此隔壁 128之貝通孔127而均勻遍及室12〇内。室12〇壁面另外一部 分連接排出導入室120内的上述氣體的排氣管129 一端。 圖13及圖14為顯示連接於上述室12〇之觸媒方式水分生 成裝置的概略圖。此水分生成裝置140具備以耐熱耐蝕性合 至(例如以商口口;g Π合斯特洛伊(心⑹比乂)」而聞名的鎳合
O:\92\92305.DOC -36 - 200415729 金等）構成的反應器141，在其内部收容由pt (鉑）、Ni (鎳） 或Pd (纪）等觸媒金屬構成的線圈142和加熱此線圈ι42的加 熱器143。 由氫及氧構成的製程氣體和由氮或Ar (氬）等惰性氣體構 成的淨化氣體從儲氣槽144a、144b、144c通過配管145導入 上述反應器141。配管145中途設置調節氣體量的質流控制 器（Mass Flow Contiroller) 146a、146b、146c和開關氣體流 路的開關閥147a、147b、147c，以這些精密控制導入反應 器141内的氣體量及成分比。 導入反應器141内的製程氣體（氫及氧）接觸加熱到35〇到 450 C程度的線圈142而被激發，從氫分子生成氫基2 Η)，從氧分子生成氧基（〇2_> 2 0*)。這些2種基化學上極為 活性’所以迅速反應而生成水（2 Η* + 〇*—ρ^Ο)。此水在連 接部148内和氧混合而被稀釋成低濃度，通過前述氣體導入 管126而導入氧化膜形成室107之室12〇。 如上述的觸媒方式水分生成裝置14〇可高精度控制參與 水生成之氫和氧量，所以可從ppt (萬億分之一）以下的超低 濃度到幾十％程度的高濃度廣大範圍且高精度地控制和氧 共同導入氧化膜形成室i 07之室i 2〇的水濃度。此外，由於 將製程氣體導入反應器141就瞬間生成水，所以可以即時 (real-time)得到所希望的水分濃度。因此，可將氫和氧同時 導入反應器141内，無需如同採用燃燒方式的習知水分生成 系統一樣，在導入氫之前導入氧。又，反應器1 4丨内的觸媒 金屬右為可使氫或氧基團化的’則也可以使用前述金屬以 O:\92\92305.DOC -37- 200415729 夕卜^材料。此外’觸媒金屬除了加工成線圈狀使用之外， 也可以例如加工成中空管或細的纖維過濾器等而在其内部 通過製程氣體。 炫面參照圖15，一面說明使用上述氧化膜形成裝置1〇〇 的形成閘氧化膜順序一例。 二先，開放氧化膜形成室1〇7之室12〇，一面將淨化氣體 (氮）‘入”内邛，一面將半導體晶圓1A裝在基座工^上。將 半導體晶圓1A搬人室12G之後到裝在基座123上的時間為^ 秒。其後，封閉室120,接著導入淨化氣體3〇秒，充分進行 至120内的氣體交換。基座123先以加熱器121b加熱， 以便迅速加熱半導體晶圓1A。半導體晶圓ia的加熱溫度定 為800到_1的範圍内，例如85()t：。晶圓溫度在_。〇以 下，則閘氧化膜品質降低。另一方面，在9〇(rc以上，則容 易發生晶圓的表面龜裂。 其次，導入氧和氫15秒到水分生成裝置14〇之反應器 141 ’藉由將生成的水和氧共同導入室12〇内而使半導體晶 圓1A表面氧化5分鐘，形成膜厚5 n m以下，例如4 n爪的間』 化膜14 (圖16)。 將氧和氫導入反應器141之際，不要比氧先導入氫。比氧 先導入氫，未反應的氫就流入高溫的室120内，很危險。另 一方面，比氫先導入氧，此氧就流入室120内，在等待中的 半導體晶圓1A表面形成低品質的氧化膜（初期氧化膜p因 此’氫和氧同時導入或考慮作業安全性而以比氧稍晚的定 時（0到5秒以内）導入。如此一來，就可將不希望形成於半導 O:\92\92305 DOC "38 - 200415729 體晶圓1A表面的初期氧化膜膜厚抑制在最小限度。 圖17為顯示水分濃度對於氧化膜成長速度之相關性的圖 表，橫軸顯示氧化時間，縱車由顯示氧化膜厚。如圖示，氧 化膜成長速度於水分漠度為〇(乾氧化）時最慢，隨著水分、、曲 度變高而變快。因此，# 了再現性良好且以均勾膜厚形= 膜厚5 nm程度或此以下的極薄閘氧化膜，降低水分濃度且 延遲氧化膜成長速度，㈣定的氧化條件進行成膜有 圖18為顯示水分濃度對於以半導體基板、閘氧化膜及閑 極構成之MOS二極體之氧化膜初期耐壓之相關性的圖表j 橫軸顯示施加於M0S二極體一方電極（閘極）的電麼，縱輛 顯示閘氧化膜中的缺陷密度。此處，& 了使水分濃度的影 響表面化，使用了 MOS二極體，該M0S二極體係以（1)氧化 溫度=85(TC、水分濃度=0、（2)氧化溫度=85〇t：、水分濃度 0.8 X»、（3)使用立式擴散爐、氧化溫度=8〇〇、水分濃产 40 /〇的條件形成膜厚=9 nm、面積=〇. 19 cm2之閘氧化臈。 如圖不，以水分濃度=〇 8%的低水分條件形成的閘氧化膜比 以水分濃度=0 (乾氧化）形成的閘氧化膜及以水分濃度 =40%的高水分條件形成的閘氧化膜之任何一方都顯示良 好的初期耐壓。 圖19為顯示使恆定電流（Is)流到上述m〇s二極體之電極 間時水分濃度對於電壓變化量之相關性的圖表。如圖示， 使用以水分濃度(乾氧化）形成的閘氧化膜的MOS二極體 因起因於氧化膜中的缺陷密度高而電壓變化量大。 圖20顯示使用上述氧化膜形成裝置1〇〇而形成的閘氧化
O:\92\92305.DOC -39- 200415729 膜之晶圓面内之膜厚分佈。 〇Γ 处’就將晶圓溫度設定於850 _、以水分濃度=_氧化2分30秒的情況加以顯示。如圖 不’膜厚最大值=2.881 nm、最小值 差W良好的面内均勻性咖峨，付到膜厚偏 由以上得到下結構··導入惫
化膜形成室107之室120之水 成日士乂 土浪度（水/水+氧）若是以比以乾氧化（水分漠度=0)形 旱到優良初期侧濃度為下限，到採用習知燃燒 式^為上限的40%程度的範圍内即可，特別是要以均勾 臈厚再現性良好且可得到高品質搬地形成膜厚5 _程度或I :7的極薄間氧化膜，將水的濃度定為〇5 内較佳。 固 圖幻顯示以熱氧化得到的閘氧化臈成分明細，圖之右側 :表為以上述本實施形態方法形成的膜厚4賊閉氧化臈， 产央圖表為以利用燃燒方式的習知方法形成的膜厚4麵閘 乳化膜，左側圖表為以相同習知方法形成的膜厚 化膜。 乳 旦如圖示’本實施形態採用洗蘇一氧化一貫處理系統，盡 量避免從預洗滌到形成氧化膜之間和氣氛中的氧接觸的結 果，可從習知方法的0.7 nm (總膜厚的175%)到〇3請（油 膜厚的7·5%)弄薄在形成在氧化膜形成裝置内的可控制氧 化=之前所形成的此自’然氧化膜膜厚。此外，冑用觸媒之 :分生成方式’謀求氧化種立即導入氧化膜形成裝置内的 結果，在形成作為目的的本來氧化膜之前，可從習知方法 的0.8 run (總膜厚的2〇%)到〇 3 nm (總膜厚的7 5〇/〇)弄薄因
O:\92\92305.DOC -40- 200415729 化種中的氧接觸而不希望形成的初期氧化膜膜厚。此 ^極Z成作為目的的本來可控制氧化膜膜厚85%的高 最二了。再者’如前所述，謀求氧化種的水分濃度 =果崎化膜成長速度且以穩定的氧化條件進行成 門心:，可以均句膜厚再現性良好地形成高品質 閘虱化膜。 -:、，、簡單說明形成上述閘氧化膜以後的CMos製程。 ，如4圖14所示，形成閘氧化膜14完畢後，先導入淨化 氣體2/ 2〇秒到氧化膜形成室1 07之室120，排出留在室12〇 内的乳化種。接者’從基座123以55秒卸下半導體晶圓Μ， 從室120搬出。 其次’將半導體晶圓1A搬到前述圖9所示的氧化氮膜形成 室⑽，藉由在NO (氧化氮）或N2〇 (一氧化二氮）氣氛中熱處 理半導體晶圓1A，使氮與閘氧化膜14和半導體基板夏的界面 分離。 閘氧化膜14薄到5 nm程度，起因於和半導體基的熱膨 脹係數差而在兩者界面產生的變形就表面化，弓^起熱載子 的^生。由於與和半導體基板1的界面分離之氮會緩和此變 匕所以上述氧化氮處理可提高極薄閘氧化膜14的可靠 1±又，使用N2〇進行氧化氮處理時，因n2〇分解而產生之 氧的氧化也進行，所以閘氧化膜14膜厚變厚丨nm程度。這 種it况，藉由在氧化膜形成室107形成膜厚3 nm的閘氧化膜 後進行氧化氮處理，可將閘氧化膜厚設定成4 nm。另一方 面，使用NO時，幾乎沒有因氧化氮處理而閘氧化膜變厚的
O:\92\92305.DOC -41 - 200415729 情況。 其次，將氧化氮處理完畢的半導體晶圓1八在冷卻台1〇9 ~卻到至溫之後，通過裝卸器1 1 〇而搬出氧化膜形成裝置 100外部，搬到沉積閘極用導電膜的CVD裝置（未圖示）。當 4，將此CVD裝置連接於氧化膜形成裝置1〇〇後段，藉由連 績一貫處理從形成閘氧化膜到沉積閘極用導電膜，可有效 防止閘氧化膜14的污染。 其次，如圖22所示，在閘氧化膜14上部形成閘長〇 25 的閘極15。閘極15係在半導體基板丨上以CVD法依次沉積膜 厚150 11111的11型多晶矽膜、膜厚15〇 nm的非摻雜多晶矽膜 後以將光阻劑作為罩幕的乾式银刻將這些膜形成圖案而 形成。 其次，如圖23所示，在p通道型M0SFET形成區域從垂直 方向及斜方向離子植入p型雜質，例如B (硼），在閘極14兩 側之η型井10形成p-型半導區域16&p型半導體區域17。此 外，在η通道型MOSFET形成區域從垂直方向及斜方向離子 植入η型雜質，例如Ρ (磷），在閘極14兩側之ρ型井u形成η_ 型半導體區域18及η型半導體區域19。 其次，如圖24所示，非等向性蝕刻在半導體基板i上以 CVD法/儿積的氧化石夕膜而在閘極14側壁形成厚度〇 1 $ 程度的側壁間隙壁20。此時，除去ρ型半導體區域17上部的 閘氧化膜14及η型半導體區域19上部的閘氧化膜14。接著， 在ρ通道型MOSFET形成區域離子植入ρ型雜質，例如Β (硼），在閘極14兩側之n型井1〇形成p +型半導體區域21。此 O:\92\92305.DOC -42- 200415729 外，在η通道型MOSFE 丁形成區域離子植入n型雜質，例如p (磷），在閘極14兩側之p型井11形成n+型半導體區域22。 其次，如圖25所示，在p通道型MOSFET之閘極14、p +型 半導體區域21 (源極區域、；:及極區域）、n通道型丁之 閘極14、n+型半導體區域22 (源極區域、汲極區域）之各表 面形成TlSl2 (矽化鈦）層23。丁 lSl2層23係熱處理在半導體基 板1上以錢鑛（sputtering)法沉積的鈦膜而使其和半導體基 板1及閘極14反應後，以蝕刻除去未反應的鈦膜而形成。藉 由以上製程，p通道型MOSFET ((^)及n通道型MISFET (Qn) 完成。 其後，如圖26所示，在氧化矽膜24形成連接孔25到28， 該氧化矽膜24係在半導體基板1上以電漿CVD法沉積，接著 藉由將在氧化矽膜24上以濺鍍法沉積的鋁合金膜形成圖案 而形成配線29到3 1，本實施形態之CMOS製程大致完畢。 (半導體製程B) 故用圖27到圖32說明本實施形態之m〇sfET製造方法 (LOCOS隔離製程）。本製程使用習知型之隔離取代淺渠溝 隔離（Shallow Trench Isolation)。這種情況，關於細微化雖 然有限，但有可照樣引用以往的製程的優點。半導體製程i 之STI或SGI (淺漕隔離）、本實施例之locos隔離只要 MOSFET和其他電晶體不共有源極或汲極，原則上都以隔離 區域包圍其周圍。 首先’如圖27所示，熱處理半導體基板1而在其主面形成 膜厚10 nm程度的薄氧化矽膜2 (熱氧化製程B1)後，在此氧 O:\92\92305.DOC -43- 200415729 化矽膜2上以CVD法沉積膜厚loo nm程度的氮化矽膜3。其 次，如圖28所示，在氮化矽膜3上形成將元件分離區域開孔 的光阻劑4，以此光阻劑4為罩幕而將氮化石夕膜3形成圖案。 其-人，除去光阻劑4後，如圖2 9所示，藉由熱處理半導體 基板1，在元件分離區域形成場氧化膜40 (熱氧化製程B2)。 其-人，以使用熱墙酸的濕式姓刻除去氮化石夕膜3，使半導 體基板1表面以濕式洗滌清潔化後，在半導體基板丨之活性 區域表面以和前述實施形態丨同樣的方法形成膜厚5 nm以 下的極薄閘氧化膜14 (熱氧化製程B3)(圖32)。 膜厚5 nm以下的極薄閘氧化膜也可以在如圖3〇所示的整 批式直立氧化膜形成裝置150(氧化裝置3;直立整批氧化爐） 安裝如前述的觸媒方式水分生成裝置14〇而形成。圖31顯示 使用此直立氧化膜形成裝置15〇的形成閘氧化膜順序一 例。這種情況的順序和圖15大致同樣，但晶圓的裝及卸有 一些時間上的不同。此外，其他也有說明般地，這種情況 一般成為熱壁方式’所以實際上不氧化程度的少量氧氣添 加於淨化氣體比較重要。 其後，以和前述實施形態工同樣的方法在半導體基板u 面上形成MOSFET。 (關於氧化製程等之共同事項） 以下，說明與本案所揭示之各半導體製程共同可適用的 處理裝置及處理製程詳情。 如前所述’圖9為用於形成閘氧化膜之單片式氧化膜形成 波置（多室方式）的概略圖。此氧化膜形成裝置⑽連接於洗
O:\92\92305.DOC -44- 200415729 蘇裝置HH後段，該洗蘇裝置101係在形成閘氧化膜之前， 以m條方式（也可以是乾式方式）除去半導體晶圓_ 面之氧化膜(一般為表面膜)。藉由採用這種洗滌一氧化一貫 處理系統’可不使在洗蘇裝置1G1内交付洗務處理的半導體 :1ΜΑ接觸大氣(不希望的氧化性氣氛等及其他使表面狀 態劣化的氣氛一般)且在短時間搬到氧化膜形成裝置⑽， 所以在除去氧化膜之後到形成問氧化膜之間可盡量抑制在 半導體晶圓1Α表面形成自然氧化膜。 乾燥處理結束的半導體晶圓丨Α通過緩衝區1〇6，立即搬到 氧化膜形成裝置100。 此氧化膜形成裝置丨〇 〇以多室方式構成，該多室方式例如 具備氧化膜形成室107、氧化氮膜形成室108、冷卻台109、 裝卸器110等，裝置中央的搬運系統112具備將半導體晶圓 1A搬入、搬出上述各處理室的機器手113。搬運系統丨丨2内 部為了盡量抑制因大氣混入而在半導體晶圓1A表面形成自 然氧化膜，保持於氮等惰性氣體氣氛（也可以成為真空，但 以惰性氣體等成為正壓，則有防止來自外部及各處理室的 不希望氣體混合的效果）。此外，搬運系統112内部為了盡 量抑制水分附著於半導體晶圓1A表面，保持於ppb水準的超 低水分氣氛（一般良好配備的真空系統的除氣中所含的水 分為幾ppm以下）。搬入氧化膜形成裝置1〇〇的半導體晶圓 1A透過機器手113，先以丄片或2片單位（一般提起單片時， 指1片或2片單位，但指定1片單位或2片單位時，分別指單 片、2片）搬到氧化膜形成室i〇7。 O:\92\92305.DOC -45- 200415729 如刖所述，圖11⑷為顯示氧化膜形成室1〇7 (圖9之單片 裝置）具體結構一例的概略平面圖，圖u(b)為沿著圖^⑷ 之b-b’線的截面圖（氧化裝置丨；熱壁式單片氧化壁）。 此氧化膜形成室107具備以多重壁石英管構成之室12〇， 在其上部及下部設置加熱半導體晶圓丨八的加熱器、 12!b (熱壁式的情況）。室12〇内部收容圓盤狀均熱環I”， 該圓盤狀均熱環122係使由此加熱器121112咖應之熱均 勻分散到半導體晶圓i A全面，在其上部裝載水平保持半導 體晶圓1A (關於垂直重力，具有以下效果：藉由大致水平 配置晶圓表面，可排除混合氣體濃度分佈影響。此在3〇〇小 晶圓等大口徑化特別重用）的基座123。均熱環122以石英或 SiC (碳化矽）等耐熱材料構成，為由室12〇壁面延伸的支持 臂124所支持。均熱環122附近設置熱電偶125，該熱電偶丨25 係測量保持於基座123的半導體晶圓1A溫度。半導體晶圓 1A的加熱除了加熱器121a、121b的加熱方式之外，也可以 採用例如圖12 (氧化裝置2 ;燈加熱式單片氧化爐）所示之類 的燈130加熱方式。這種情況，可將晶圓放在預定位置之後 開始:k加熱，一關燈，晶圓表面溫度會急速下降，所以在 熱壁情況4可減低到可幾乎無視插入及抽出時所形成的初 期氧化膜等。又，有燈添加水分時，不僅水分導入部，而 且氧化爐本身也預熱到攝氏14〇度程度，防止結露有效。 至120壁面一部分連接將水、氧及淨化氣體導入室ι2〇内 的氣體導入管126—端。此氣體導入管126他端連接於後述 的觸媒方式水分生成裝置。氣體導入管126附近設置具備多 O:\92\92305.DOC -46- 200415729 數貫通孔127的隔壁丨28，導入室120内的氣體通過此隔壁 128之貫通孔127而均勻遍及室120内。室12〇壁面另外一部 分連接排出導入室120内的上述氣體的排氣管129—端。 如前所述，圖13及圖14為顯示連接於上述室丨2〇之觸媒方 式水分生成裝置的概略圖。此水分生成裝置14〇具備以耐熱 耐蝕性合金（例如以商品名「哈斯特洛伊（Hastell〇y)」而聞 名的鎳合金等）構成的反應器141，在其内部收容由pt (麵）、 Νι (鎳）或Pd (鈀）等觸媒金屬構成的線圈142和加熱此線圈 142的加熱器143。 由氫及氧構成的製程氣體和由氮或Ar (氬）等惰性氣體構 成的淨化氣體從儲氣槽144a、144b、144c通過配管145導入 上述反應器141。配管145中途設置調節氣體量的質流控制 器146a、146b、146c和開關氣體流路的開關閥147a、147b、 147c，以這些精密控制導入反應器141内的氣體量及成分 比。 導入反應器141内的製程氣體（氫及氧）接觸加熱到35〇到 450°C程度（例如在常壓下，在充分的氧存在下有4%以上的 氫濃度會發生氫爆炸性的燃燒，所以考慮量產裝置的安 全，認為最好將富氧的氫氧混合氣體導入反應器，以免氫 殘留）的線圈142而被激發，從氫分子生成氩基（pj2—2 H*)， 從氧分子生成氧基（〇2— 2 〇*)。這些2種基化學上極為活 性，所以迅速反應而生成水（2H*+〇*—H2〇)。此水在連接 # 14 8内和氧混合而被稀釋成低濃度，通過前述氣體導入管 126而導入氧化膜形成室107之室120。這種情況，也可以用
O:\92\92305 DOC -47- 200415729 氬稀釋，以取代氧。即，就供應給氧化爐的氣氛而言，為 水分1%、氬99%。 如上述的觸媒方式水分生成裝置140可高精度控制來與 水生成之氩和氧量，所以可從ppt以下的超低濃度到幾十％ 程度的高濃度廣大範圍且高精度地控制和氧共同導入氧化 膜形成室107之室120的水濃度。此外，由於將製程氣體導 入反應器141就瞬間生成水，所以可以即時（reai_time)得到 所希望的水分濃度。因此，可將氫和氧同時導入反應器^ 1 内’（一般情況為了安全會提前一些導入氧），無需如同採用 燃燒方式的習知水分生成系統一樣，在導入氫之前導入 氧。又，反應器141内的觸媒金屬若為可使氫或氧基團化 的則也可以使用剞述金屬以外的材料。此外，觸媒金屬 除了加工成線圈狀使用之外，也可以例如加工成中空管或 細的纖維過濾器等而在其内部通過製程氣體。 在圖14中，水分產生爐140、氫感測器、過濾器、稀釋部、 淨化氣體或稀釋氣體供應部及氧化爐連接部等了防止結 露，被調溫或加熱到成為攝氏140度程度。此處，氩感測器 係檢測未被合成而殘留之氫的感測器。此外，過濾器係萬 一在氧化爐側發生氫燃燒等時，為了不將此燃燒傳到合成 爐側，作為一種隔板（orifice)起作用般地所插入的濾氣器。 序·化氣體、稀釋氣體、水分都預熱到不結露程度的溫度（一 般攝氏100度以上200度以下程度）而供應給氧化爐，但在（稀 釋氣體也先預熱後和所合成的水分混合）如圖12的燈加熱 爐，爐體本身或被處理晶圓本身的預熱也要考慮。這種情 O:\92\92305 DOC -48 - 200415729 ;兄 y 可以利用淨化氣體預熱氧化爐内的晶圓。燈加熱爐 白勺 、 月况’特別是對防止晶圓導入部結露的預熱機構也要加 /忍。任一情況都先加熱或調溫到攝氏140度程度，比較 有效。 叙將預疋氣氛氣體以一定流量供應給氧化處理部，一 、工系以新的氣氛氣體補充所消耗的成分，一面以穩定狀 怨進行氧化製程。 、兹一面參照圖15，一面更進一步說明使用上述氧化膜形 成裝置100 (圖9)的形成閘氧化膜順序一例。 百先，開放氧化膜形成室107(圖9)之室12〇 (圖u)，一面 將淨化氣體（氮）導入其内部（也可以如圖15所示，為防止晶 圓熱蝕刻等表面龜裂而將少許氧等加入淨化氣體），一面將 半導體晶圓1A裝在基座123上。將半導體晶圓丨八搬入室12〇 之後到裝在基座123上的時間為55秒。其後，封閉室12〇， 接著導入淨化氣體30秒，充分進行室12〇内的氣體交換。基 座123先以加熱器121a、12 lb加熱，以便迅速加熱半導體晶 圓1A。半導體晶圓ία的加熱溫度定為8〇〇到9〇〇。〇的範圍 内，例如850°C。晶圓溫度在8〇〇。(：以下，則閘氧化膜品質 降低。另一方面，在900t以上，則容易發生晶圓的表面龜 裂。 將氧和氫導入反應器141之際，不要比氧先導入氫。比氧 先導入氫，未反應的氫就流入高溫的室i 2〇内，彳艮危險。另 一方面，比氫先導入氧，此氧就流入室12〇内，在等待中的 半導體晶圓1A表面形成低品質的氧化膜（初期氧化膜）。因 O:\92\92305.DOC -49- 200415729 此，氫和氧同時導入或考慮作業安全性而以比氧稍晚的定 則曰〇到5秒以内）導人。如此—來，就可將不希望形成於半導 體晶圓1A表面的初期氧化膜膜厚抑制在最小限度。 广膜厚5 nm以下（同樣地當然對於這以上厚度之閘及其他 氧化膜也一定程度有效）的極薄閘氧化膜也可以在單片式 或整批式氧化膜形成裝置（氧化爐丨到”安裝如圖33 (氧化 裝置4; t氣燃燒法式或氫燃燒法式氧化爐）所示的燃燒方 式水分生成裝置160而形成。 這種情況，以水分生成裝置160使含有比較高濃度之水的 氧化種產生後’藉由將氧加人此氧化種而得到低水分濃度 之氧化種。此時，要先將閥（Vvent)設定在開，將閥（Vpr〇cess) 設定在關，到水分濃度降低到所希望的濃度為止不將氧化 種达到氧化膜形成裝置。而且，水分濃度充分降低之後， 將閥（Vvent)切換到關，將閥（Vpr〇cess)切換到開，將氧化種 送到氧化膜形成裝置。 在氧化膜形成裝置正前面有閥等起塵源或因設置閥而產 生死空間等，上述方式比前述觸媒方式也有不利之點，但 可實現氧化種的低水分濃度化及抑制初期氧化膜。 (半導體製程C) 本發明之氧化膜形成方法在以下的情況也可以適用：如 圖34所示之以5 nm以下的薄膜厚形成具有浮置閥44和控制 閘42的快閃記憶體之隧道氧化膜43 (熱氧化製程C1)或第二 閘氧化膜44 (熱氧化製程C2)。 (半導體製程D) OA92\92305.DOC -50- 200415729 此外，本發明之氧化膜形成方法在以下的情況也可以適 用：例如將記憶LSI和邏輯LSI混裝於同一半導體晶片上的 LSI，在同一 _導體晶片±形成膜厚不同的2種以上問氧化 膜。這種情況，當訪將膜厚5_以下的薄閘氧化膜（熱氧 化製程D1)和5 _以上的比較厚㈤氧化膜（熱氧化製程的) 都用本發明之方法形成，但也可以用本發明方法形成膜厚 薄的閘氧化膜，用習知方法形成厚的間氧化膜。 、子 (本案之各種氧化法之適用性） 關於以上所示之本案所示之觸媒水分生成熱氧化法、低 t分氧化法（包含一部分氯燃燒法式）及習知氫燃燒法式之 商水分氧化之適用性，歸納如下。 低水分氧化法而最 B3、Cl、C2、D1 即，就適用觸媒水分生成熱氧化法、 有效果的製程而言，可舉氧化製程A3、 等（第一類）。 _也可以適用習知氫燃燒法式之高水分氧化，但心 用觸媒水分生成熱氧化法、低水分氧化法而有效果的製港 而言’可舉氧化製程a1、A2、b1、B2、D2_d。- ^是在氫燃燒法式之氧化爐和觸媒方式之氧化爐^ 也有實用價值。 予度專而混用兩方法 (本案之各種氧化裝置之適用性） 置之適用性，歸 哪個都可適用於 因多室等而要做 關於以上所不之本案所示之各種氧化裝 納如下。本案所示之氧化裝置1到4基本上 上述第一類及第二類的氧化製程。然而， O:\92\92305.doc -51 - 729 精密氣氛控制時，最好利用氧化裝置丨或2。 匕外關於各虱化處理裝置氧化時的運轉壓力，一般在 ^(_托到900托）下進行，但也可以在㈣下進行。這種 S',二了容易低設定氧化速度之外，也有可減低氣爆炸 J月b丨生荨的附加效果。 、此外’ t可以進行高壓氧化。這種情況有以下優點··可 以比較低的溫度實現高的氧化速度。 (關於揭示之注意點） :上’ #由本發明者完成的發明根據其實施形態加以具 體况明，但本發明並不限於前述實施形態，當然可在不脫 離其要旨的範圍做各種變更。 6 ·產業上利用可能性 &簡單#明在本案所揭示之發明中由具代表性者得到的 效果如下： 根據本發明，由於可以均勾膜厚再現性良好地形成膜厚5 nm以下且高品質的極薄閘氧化膜，所以可使具有閘長〇·乃 μπι或此以下的細微M〇SFET2半導體積體電路裝置的可靠 性、製造良率提高。 【圖式簡單說明】 圖1為顯示根據本發明實施形態丨之半導體積體電路裝置 之製造方法的要部截面圖。 圖2為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝置 之製造方法的要部載面圖。 圖3為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝置 O:\92\92305.DOC -52- 200415729 之製造方法的要部載面圖。 圖4為顯不根據本發明實施形態1之半導 ▼肢積體電路穿 之製造方法的要部載面圖。 、 圖5為顯示根據本發明實施形態1之半導體 〒販積歧電路裝置 之製造方法的要部載面圖。 圖6為顯不根據本發明實施形態1之半導 τ〒瑕積體電路裝置 之製造方法的要部載面圖。 圖7為顯示根據本發明實施形態丨之半導體積體電路裝置 之製造方法的要部載面圖。 、 圖8為顯示根據本發明實施形態丨之半導體積體電路裝置 之製造方法的要部載面圖。 圖9為用於形成閘氧化膜之單片式氧化臈形成裝置的概 略圖。 圖10為顯示根據本發明實施形態丨之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部載面圖。 囷1 (a)為顯示氧化膜形成室結構一例的概略平面圖，（b) 為沿著（a)之B-B，線的截面圖。 圖12(a)為顯示氧化膜形成室結構他例的概略平面圖，（b) 為沿著（a)之B-b，線的截面圖。 圖1 3為顯示連接於氧化膜形成室之室之觸媒方式水分生 成裝置的概略圖。 圖14為擴大顯示圖13之一部分的概略圖。 圖15為顯示形成閘氧化膜順序一例的說明圖。 圖1 6為顯7F根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝
O:\92\92305.DOC -53- 1^/29 置之製造方法的要部載面圖。 7為頌不水分濃度對於氧化膜成長速度之相關性的圖 表。 。為”肩示水分〉辰度對於MOS二極體之氧化膜初期耐麼 之相關性的圖表。 圖19為顯示使恆定電流流到MOS二極體之電極間時水分 濃度對於電壓變化量之相關性的圖表。 圖2〇為顯不閘氧化膜之晶圓面内之膜厚分佈的說明圖。 圖21為顯示閘氧化膜成分明細的圖表。 圖22為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖23為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖24為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖25為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖26為顯示根據本發明實施形態1之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖27為顯示根據本發明實施形態2之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖28為顯示根據本發明實施形態2之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖29為顯示根據本發明實施形態2之半導體積體電路裝
O:\92\92305.DOC -54- 200415729 置之製造方法的要部截面圖。 圖3 0為顯千备/ ” 乳化膜形成室結構他例的截面圖。 Η 3 1為”、、員示形成閘氧化膜順序一例的說明圖。 圖32為顯示根據本發明實施形態2之半導體積體電路裝 置之製造方法的要部截面圖。 圖33為顯示根據本發明之氧化膜形成方法他例的概略 圖。 圖34為顯示根據本發明之半導體積體電路裝置之製造方 法他例的要部截面圖。 O\92\92305.DOC -55-

Claims (1)

  1. 200415729 拾、申請專利範圍： l 一種半導體積體電路裝置之製造方法，其係包含以下之 步驟： (a) 在設置於第一熱氧化處理室（chamber)外之第一水分 合成部中，於第一溫度下使用觸媒，由氧與氫合成第 一水分； (b) 將合成之上述第一水分保持於氣體狀態下，移送至上 述第一熱氧化處理室内； (C)於經移送上述第一水分之上述第一熱氧化處理室 内，在第一渔式氧化氣體氣氛下，在高於上述第一溫 度之第二溫度下加熱晶圓之第一主面，藉以對上述第 -主面上或其上方所設置之第一矽部件施行第一熱 氧化處理； ⑷於上述步驟⑷之上述步驟⑷之後，不使用用以生成 水分之觸媒，而由氧與氫生成第二水分； (e)於第一熱氧化處理室内，在含上述第二水分之第二、登 式氧化氣體氣氛下，在高於上述第一溫度之第三:产 下加熱上述晶圓之上述第—主面，藉以對上述二 面上或其上方所設置之第二石夕部件 處理。 弟一熱氧化 方 ’在其組成 2·如/Π利範圍第1項之半導體積體電路裝置之製'土 中上述第一或第二濕式氧化氣體氣』 ^ 中含有氧氣。 3.如申請專利範圍第1或2項之半等趙積趙電路裝置之製 O:\92\92305.DOC 200415729 4. 造方法’其中上述第二水分係由氧與氫燃燒而生成者。 如申請專利範圍第丨至3項中任一項之半導體積體電路 裝置之製造方法，其中上述第一或第— 乂乐一濕式氧化氣體氣 氛係包含40%以下之水蒸汽，其餘為氧氣。 5. 如申請專利UP至4項中任一項之半導體積體 裝置之製造方法，其中藉由上述第一熱氧化處理， 成絕緣閘極型場效電晶體之閘極絕緣膜。 電路 以形 6· 7. 如申請專利範圍第5項之半導體積體電路裝置之製造方 法’其中上述絕緣閘極型場效電晶體之上述閘極絕緣膜 的膜厚為5nm以下，閘極長度為〇.25μηι以下。 如申明專利範圍第1至6項中任一項之半導體積體電路 袭置之製造方法，其中上述第一及第三溫度為45〇。〇以 下’上述第二及第四溫度為8〇(Tc以上。 δ. 如申晴專利範圍第1至7項中任一項之半導體積體電路 農置之製造方法，其中將上述第一及第二濕式氧化氣體 氣氛分別供給至上述第一及第二熱氧化處理室内，並一 面進行上述第一及第二熱氧化處理。 〇A9^23〇5.D〇c -2 -
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