JP2000357659A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2000357659A
JP2000357659A JP11167520A JP16752099A JP2000357659A JP 2000357659 A JP2000357659 A JP 2000357659A JP 11167520 A JP11167520 A JP 11167520A JP 16752099 A JP16752099 A JP 16752099A JP 2000357659 A JP2000357659 A JP 2000357659A
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JP
Japan
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furnace
film
gas
temperature
semiconductor substrate
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JP11167520A
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English (en)
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Koichi Ando
公一 安藤
Susumu Koyama
晋 小山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁膜上に汚染物質の混入させることなく膜
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。 【解決手段】 絶縁膜が形成された半導体基板を塩素を
含有するガス雰囲気の炉内で塩化物が反応生成する温度
に加熱処理する工程と、炉内で絶縁膜上に膜を形成する
工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜表面に異物
を付着させることなく絶縁膜の上に膜を形成する半導体
装置の製造方法に関し、特に、半導体電界効果トランジ
スタ(以下、FETという。)等において、ゲート酸化
膜形成後の加熱処理とゲート電極の形成とを同一装置内
で連続して行うことができる半導体装置の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】FETのゲート絶縁膜である酸化シリコ
ン膜は、トランジスタの信頼性を決定する材料であり、
いかなる汚染物質をも排除しなくてはならない。このた
め、従来、FETは、シリコン基板表面に酸化シリコン
膜を形成する工程と、その後に酸化シリコン膜上にシリ
コン膜を形成する工程を含む製造方法により製造されて
いる。図2は従来の酸化シリコン膜上にシリコン膜を形
成する工程の製造条件を示すグラフ図であり、(a)は
縦軸に炉内温度、横軸に時間をとりシリコン膜の製造条
件を示し、(b)は縦軸に炉内圧力、横軸に時間をとり
シリコン膜の製造条件を示し、(c)は縦軸にガス流
量、横軸に時間をとりシリコン膜の製造条件を示す。
【0003】従来のシリコン膜形成の工程について添付
の図面を参照して詳細に説明する。先ず、半導体基板を
シリコン膜形成用減圧気相成長炉に導入する。次に、図
2(a)に示すように炉内温度を300℃、図2(b)
に示すように、炉内圧力が760Torr、図2(c)に示
すように、窒素ガスの流量が10リットル/分である初
期状態t0からt1まで炉内温度、炉内圧力及びガス流量
を保持する。
【0004】次に、時間t1からt2の間で図2(a)に
示すように、炉内温度を300℃から500℃まで上昇
させ、図2(b)に示すように、炉内圧力を760Torr
から1Torrにし、図2(c)に示すように、ガス流量を
1リットル/分の流量にする。
【0005】次に、時間t2からt3の間では、炉内温度
を500℃、炉内圧力を1Torrに維持したままシランガ
ス(SiH4)を0.1リットル/分の流量で炉内に導
入してシリコン膜を堆積する。
【0006】次に、時間t3からt4までの間では図2
(a)に示すように、炉内温度を500℃から300℃
にし、図2(b)に示すように、炉内圧力を1Torrから
760Torrにする。これにより、シリコン酸化膜の上に
汚染物質を付着させることなくシリコン膜を形成させ
る。
【0007】しかし、上述の従来の方法では、現実には
例えば、酸化シリコン膜の形成からシリコン膜の形成の
間に種々の汚染物が酸化シリコン膜表面に付着すること
がある。例えば、製造工場内空気に漂う浮遊物が付着す
る場合、半導体基板を自動的に搬送するロボット等から
発塵する場合又は半導体基板を搬送する際に物理的に接
触する部材等から転写される場合がある。このとき、最
もFETの信頼性を劣化させるのが鉄等の金属汚染物質
であり、面密度にして1011atoms/cm2程度の金属汚染
物質が半導体基板に付着する場合がある。即ち、従来の
方法では、この酸化シリコン膜表面に付着した汚染物質
を除去することができず、酸化シリコン膜とシリコン膜
の間に汚染物質を挟み込んでしまうという問題点があ
る。
【0008】この問題点の一部を解決するため、積層さ
れる膜と膜との界面への不純物の混入を防止する種々の
技術が提案されている(特公平6−60401号公報、
特開平5−335337号公報等)。
【0009】基板に400乃至600℃の温度範囲で、
水素ガスと塩素ガスとの混合ガス又は塩化水素ガス、更
に不活性ガスを含む雰囲気において前処理を行い、基板
を外気に晒すことなく連続してモノシランを500乃至
600℃の温度範囲で、又は高次シランを400乃至6
00℃の温度範囲で導入してシリコン薄膜を堆積するシ
リコン薄膜製造方法がある(特公平6−60401号公
報)。
【0010】薄膜トランジスタを形成するにあたり、半
導体薄膜上にゲート絶縁膜を成膜する直前に、雰囲気ガ
スとしてハロゲンガスを使用し、これに光エネルギを使
用して半導体薄膜上の不純物を揮発性の塩化物として半
導体薄膜の表面から除去する薄膜トランジスタの製造方
法がある(特開平5−335337号公報)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特公平6−60401号公報では、基板の前処理を50
0乃至600℃の温度範囲で行っており、この温度範囲
を超えると、不純物が混入する虞があると共に、基板表
面にあれが生じる虞がある。
【0012】上述の特開平5−335337号公報で
は、半導体薄膜上の不純物を除去するために複数の装置
を使用しているので、同一装置内で行うことができず、
半導体薄膜の移動に伴い不純物が混入する虞がある。ま
た、光エネルギを供給するための手段が必要になり、製
造装置が大型化するという問題点がある。
【0013】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、絶縁膜上に汚染物質の混入させることなく
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
することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、絶縁膜が形成された半導体基板を塩素を
含有するガス雰囲気の炉内で塩化物が反応生成する温度
に加熱処理する工程と、前記炉内で前記絶縁膜上に膜を
形成する工程とを有することを特徴とする。
【0015】この場合、例えば、前記膜は多結晶シリコ
ン膜又は非晶質シリコン膜である。
【0016】本発明においては、前記ガスは塩化水素ガ
ス又は塩素ガスを含有することが好ましい。
【0017】また、本発明においては、前記半導体基板
を加熱処理する工程は、前記絶縁膜を600℃以上の温
度加熱するものであることが好ましい。
【0018】更に本発明においては、例えば、前記絶縁
膜は電界効果トランジスタのゲート絶縁膜であり、前記
膜は電界効果トランジスタのゲート電極膜である。
【0019】本発明においては、絶縁膜が形成された半
導体基板を塩素を含有するガス雰囲気の炉内で塩化物が
反応生成する温度に加熱処理し、同一の炉内で絶縁膜上
に膜を形成することにより、絶縁膜表面に付着した金属
汚染物質を除去することができ、同一炉内で連続して膜
を絶縁膜上に形成するため、金属汚染物質の再付着を防
止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体装置の製造方法について添付の図面を参照して詳細に
説明する。図1は本発明の実施例に係る半導体装置の製
造方法の製造条件を示すグラフ図であり、(a)は縦軸
に炉内温度、横軸に時間をとりシリコン膜の製造条件を
示し、(b)は縦軸に炉内圧力、横軸に時間をとりシリ
コン膜の製造条件を示し、(c)は縦軸にガス流量、横
軸に時間をとりシリコン膜の製造条件を示す。
【0021】本実施例に係る半導体装置の製造方法にお
いては、先ず、シリコンからなる半導体基板の表面にゲ
ート絶縁膜となる絶縁膜として、酸化シリコン膜が形成
されている。この半導体基板をシリコン膜形成用減圧気
相成長炉に導入する。このとき、シリコン膜形成用減圧
気相成長炉の炉内温度は約300℃である。なお、この
シリコン膜形成用減圧気相成長炉は、炉内温度を300
℃乃至900℃の範囲で、また炉内圧力を大気圧(76
0Torr)から0.2Torrの範囲で、炉内への流入するガ
ス流量を0乃至10リットル/分の範囲で制御すること
ができ、コンピューターによってこれらの変数(炉内温
度、炉内圧力、ガス流量)を任意の組み合わせ、かつ任
意のステップ数で変化させるようにプログラムすること
ができる。
【0022】次に、半導体基板を炉内に導入後、時間t
0からt1までの間、図1(c)に示すように、窒素ガス
を10リットル/分の流量で炉内に流し込みながら、半
導体基板の温度が安定するのを待つ。
【0023】次に、時間t1からt2までの間、図1
(c)に示すように、窒素ガスの流量を1リットル/分
にすると同時に図1(a)に示すように、炉内温度を8
00℃まで上昇させ、図1(b)に示すように、炉内圧
力を10Torrまで変化させる。
【0024】次に、時間t2からt3の間、図1(c)に
示すように、窒素ガスの流入を停止させると同時にHC
lガスを1リットル/分の流量で炉内に流入させ、図1
(a)及び(b)に示すように、炉内温度と炉内圧力と
を保持する。このHClガスが流入している間、即ち、
時間t2からt3の間で半導体基板上の酸化シリコン膜表
面の付着していた金属汚染物質がHClガスと反応し
て、塩化物になり、これが気化することにより金属汚染
物質が除去される。特に、金属汚染物質がFeの場合に
は下記化学式1で示すような反応式により除去される。
【0025】
【化1】Fe+2HCl → FeCl2 + H2
【0026】次に、時間t3からt4の間、図1(c)に
示すように、HClガスの流入を停止させると同時に窒
素ガスを0.1リットル/分の流量で炉内に流入させ
る。図1(a)に示すように、炉内温度を800℃から
500℃、図1(b)に示すように、圧力を10Torrか
ら1Torrに変化させる。
【0027】次に、時間t4からt5の間、図1(c)に
示すように、炉内温度及び炉内圧力を保持したまま、シ
ランガス(SiH4)を0.1リットル/分の流量で炉
内に流入させる。このシランガスを炉内に流入させてい
る時間t4からt5の間、ゲート電極膜として非晶質シリ
コン膜が酸化シリコン膜上に減圧気相成長する。この非
晶質シリコン膜の膜厚は例えば、1000乃至3000
Åである。
【0028】次に、時間t5において炉内に流入させる
ガスをシランガスから窒素ガスに変更し、流量も10リ
ットル/分にする。時間t5からt6の間、図1(b)に
示すように、炉内圧力を1Torrから760Torrまで上昇
させ、図1(a)に示すように、炉内温度を500℃か
ら300℃まで下げる。次に、半導体基板を気相成長炉
から取り出す。これにより、ゲート絶縁膜の上にゲート
電極膜として非晶質シリコン膜が形成される。
【0029】本実施例においては、ゲート絶縁膜(酸化
シリコン膜)を形成する工程からゲート電極膜(非晶質
シリコン膜)を形成する工程迄の時間内に半導体基板を
大気晒すことなく、炉外の物質と接触することなく連続
して加熱処理と減圧気相成長が行われる。これにより、
ゲート絶縁膜表面に付着した金属汚染物質を除去するこ
とができ、かつ気相成長炉内で連続してゲート電極膜を
ゲート絶縁膜上に形成することができるため、ゲート絶
縁膜への金属汚染物質の再付着を防止することができ
る。また、この塩素を含んだ雰囲気中での絶縁膜の加熱
処理は、ゲート絶縁膜上に付着した金属汚染物を除去
し、ゲート絶縁膜の故障を防止することができ、FET
の信頼性向上させると共に、半導体装置の歩留まりが向
上するという効果を得ることができる。
【0030】また、本実施例においては、塩素を含有す
るガスとして、HClガスを使用したが、特に、これに
限定されるものではなく、Cl2等のハロゲン系ガスと
することもできる。また、塩素を含有するガスの雰囲気
中での加熱を800℃で行っていたが、塩化物を反応生
成しうる温度であればよく、一般的には、この塩化物を
反応生成しうる温度は約600℃以上である。
【0031】また、非晶質シリコン膜を形成したが、特
にこれに限定されるものではなく、多結晶シリコン膜又
はシリコン・ゲルマニウム化合物等のFETのゲート電
極材料を堆積させることもできる。なお、本実施例にお
いては、シリコン膜の堆積温度又は半導体基板の導入及
び引出し温度が特別な条件に限定されるものではないこ
とはいうまでもない。
【0032】
【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
絶縁膜が形成された半導体基板を塩素を含有するガス雰
囲気の炉内で塩化物が反応生成する温度に加熱処理し、
同一の炉内で絶縁膜上に膜を形成することにより、絶縁
膜表面に付着した金属汚染物質を除去することができ、
同一炉内で連続して膜を絶縁膜上に形成するため、金属
汚染物質の再付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法の
製造条件を示すグラフ図であり、(a)は縦軸に炉内温
度、横軸に時間をとりシリコン膜の製造条件を示し、
(b)は縦軸に炉内圧力、横軸に時間をとりシリコン膜
の製造条件を示し、(c)は縦軸にガス流量、横軸に時
間をとりシリコン膜の製造条件を示す。
【図2】従来の酸化シリコン膜上にシリコン膜を形成す
る工程の製造条件を示すグラフ図であり、(a)は縦軸
に炉内温度、横軸に時間をとりシリコン膜の製造条件を
示し、(b)は縦軸に炉内圧力、横軸に時間をとりシリ
コン膜の製造条件を示し、(c)は縦軸にガス流量、横
軸に時間をとりシリコン膜の製造条件を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA07 BA29 BA30 BB03 DA03 FA10 JA10 LA15 5F040 DA00 DC01 EC04 EC07 FC00 5F045 AA06 AB03 AB04 AC01 AC13 AC15 AD07 AD08 AD09 AD10 AD11 AD12 AE21 AE23 AE25 AF01 BB14 HA06 HA23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜が形成された半導体基板を塩素を
    含有するガス雰囲気の炉内で塩化物が反応生成する温度
    に加熱処理する工程と、前記炉内で前記絶縁膜上に膜を
    形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記膜は多結晶シリコン膜であることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記膜は非晶質シリコン膜であることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ガスは塩化水素ガス又は塩素ガスを
    含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1
    項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記半導体基板を加熱処理する工程は、
    前記絶縁膜を600℃以上の温度加熱するものであるこ
    とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
    半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記絶縁膜は電界効果トランジスタのゲ
    ート絶縁膜であり、前記膜は電界効果トランジスタのゲ
    ート電極膜であることを特徴とする請求項1乃至5のい
    ずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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