JPH03136320A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔概　要〕 シリコン基板上にシリコンを堆積した部分を有する半導
体装置に関し。

自然酸化膜が存在しない状態のシリコン基板表面にシリ
コン層を形成可能とすることを目的とし。

一つの高温領域もしくは第１および第２の高温領域と低
温領域が形成された反応容器内部に還元性ガスを導入す
るとともにシリコン基板を該低温領域から該高温領域も
しくは第１の高温領域に移動して第１の所定温度に加熱
することにより該シリコン基板表面の酸化膜を該還元性
ガスにより還元して除去し、前記酸化膜が除去された該
シリコン基板を該高温領域においてまたは該第１の高温
領域から該第２の高温領域に移動に移動して第２の所定
温度に加熱するとともに、該反応容器内部に前記シリコ
ン原料ガスを導入することにより該シリコン基板表面に
シリコンを堆積させる工程を含むように構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は９例えばシリコン基板上にポリシリコンを堆積
して成る電極のような基板との接触状態が良好なシリコ
ン層を必要とする半導体装置に関する。

（従来の技術〕 シリコン基板の清浄表面は大気に触れると、その上にた
だちに自然酸化膜が生成する。したがって１例えばシリ
コン基板に形成されているコンタクト領域に接触するよ
うにしてポリシリコンを堆積して成る電極は、シリコン
基板との間に自然酸化膜が存在すると接触不良が生じる
。また、バイポーラトランジスタにおいては、シリコン
基板に形成されたエミッタ領域とポリシリコン電極との
間に存在する自然酸化膜により増幅率が影響される。し
たがって、シリコン基板上にシリコンを堆積する場合に
は、あらかじめ基板表面に存在する自然酸化膜、すなわ
ち、　５ｉＯ７膜を除去しておくことが必要である。

従来、シリコン基板表面に存在する自然酸化膜の除去に
は、水素中でシリコン基板を１０００°Ｃ以上で熱処理
するか、あるいは、シリコン基板を弗酸水溶液に浸漬す
る方法が用いられていた。例えば。

バイポーラトランジスタのエミッタおよびエミッタ電極
用ポリシリコンの形成は、後者の方法によりシリコン基
板表面の自然酸化膜を除去したのちにポリシリコン層を
成長させ、このポリシリコン層を通してエミッタ不純物
をイオン注入する工程が採られていた。しかし、自然酸
化膜除去後に。

基板表面を大気に触れさせることなしにポリシリコン層
を成長させるわけではないので、自然酸化膜の再生成を
完全に防止することができなかった。

一方１例えば６４メガビットＲＡＭのような高密度集積
回路に対しては、コンタクトホールが微細化するため、
自然酸化膜の存在による接触抵抗の増大の影響を受けや
す（なる。したがって、上記のような弗酸水溶液による
除去方法では対応できなくなってきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、水素中での熱処理による除去方法は、化学気相成
長（ＣＶＤ）装置内において自然酸化膜を除去したのち
、引続きポリシリコン層を成長させることができる。し
かしながら、従来のＣＶＤ装置は。

数１０ないし数１００枚のシリコン基板をバッチ処理可
能なように設計されているため、自然酸化膜除去に必要
な１０００″Ｃ以上の温度において加熱する時間が数分
ないし１０分程度と長くなることが避けられない、この
ような高温、長時間の熱処理は、浅い不純物プロファイ
ルを有する拡散層がすでに形成されている上記のような
高密度集積回路に対して好ましくない。

シリコン基板を短時間で急熱・急冷可能な方法として、
赤外線照射を利用する。いわゆるランプアニール法があ
る。しかしながら、この方法は。

基板面における熱放射分布の均一性が充分でなく。

基板面の大部分の領域を所定温度１例えば上記のように
自然酸化膜の除去に必要な１０００℃に加熱しようとす
ると、一部領域が必要以上の高温に加熱されることが避
けられない。その結果、この高温領域に結晶欠陥の一種
であるスリップラインが生じ、無効領域として廃棄しな
ければならない。すなわち、基板の利用効率を犠牲にし
なければならないと言う問題がある。

上記のように、従来の装置および方法によっては、シリ
コン基板表面の自然酸化膜を除去し、ただちに、その表
面にシリコン層を成長させることが不可能であった。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであっ
て、シリコン基板表面の自然酸化膜を除去後、その表面
を大気に触れさせることなく、シリコン層を成長させ得
るようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は９反応容器に高温領域と低温領域とを形成す
るとともにその内部に還元性ガスを導入しておきシリコ
ン基板を該低温領域から該高温領域に移動して第１の所
定温度に加熱することにより該シリコン基板表面の酸化
膜を該還元性ガスにより還元して除去したのち該低温領
域に移動する工程と、該シリコン基板を該低温領域に保
持したままの状態で該反応容器内部にシリコン原料ガス
を導入するとともに該シリコン基板を該イ氏温領域から
高温領域に移動して第２の所定温度に加熱することによ
り前記酸化膜が除去された該シリコン基板表面にシリコ
ンを堆積させる工程とを含むことを特徴とする本発明に
係る半導体装置の製造方法、および１反応容器に第１お
よび第２の高温領域と低温領域を形成するとともにその
内部に還元性のガスを導入しておきシリコン基板を該低
温領域から該第１の高温領域に移動して第１の所定温度
に加熱することにより該シリコン基板表面の酸化膜を該
還元性ガスにより還元して除去する工程と、前記酸化膜
が除去された該シリコン基板を該第２の高温領域に移動
して第２の所定温度に加熱するとともに該反応容器内部
にシリコン原料ガスを導入することにより該シリコン基
板表面にシリコンを堆積させる工程とを含むことを特徴
とする本発明に係る半導体装置の製造方法によって達成
される。

〔作　用〕

気相反応容器を外部加熱炉によって部分的に包囲し、シ
リコン基板表面の自然酸化膜の除去およびシリコン層を
気相成長させるための高温領域を形成しておき、この容
器内部に、水素のような還元性ガスを導入するとともに
、シリコン基板を高温領域に移動して自然酸化膜を除去
したのち、シリコン基板を、−旦低温領域に移動してお
いて外部加熱炉の温度を変化させてから再び高温領域に
移動するか、または、別の外部加熱炉に包囲された領域
に移動するとともに、気相反応容器内部に。

ジシラン（ＳｉｚＨｔｈ）のようなシリコン原料ガスを
導入し、その熱分解によりシリコン層を成長させる。

したがって、シリコン基板は、不純物プロファイルに変
化を生じない短時間で急熱され、自然酸化膜が除去され
、そののち、大気に触れることな（。

シリコン層が形成される。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は請求項１に記載の発明の一実施例における気相
反応装置の構造を示す要部断面図であって９例えば透明
石英管から成る反応容器ｌの内部には、サセプタ３上に
載置されたシリコン基板４が収容されている。サセプタ
３は支柱２により支持されており１図示しない駆動機構
により支柱２を上下に駆動することにより、シリコン基
板４が反応容器１内を移動する。

反応容器１には、その内部に反応ガスを導入するための
ガス導入管６．および、内部のガスを排気するための排
気系（図示省略）に接続された排気管７が設けられてい
る。また、その一部を包囲するように設けられた外部加
熱炉５により、高温領域ＨＡが形成されている。なお９
図において、符号８は反応容器１内部にシリコン基板４
を送入するためのロードロック機構８．符号９は反応容
器１と支柱２の間の気密封止機構である。

次ぎに本発明の方法の工程を順を追って個条書する。

■排気管７より反応容器１内部を排気しつつ。

ガス導入管６から、還元性のガスとして１例えば水素（
Ｈ２）を導入し、外部加熱炉５により高温領域ＨＡを、
９００℃ないし１１００°Ｃに保持する。

■ロードロック機構８を介して、シリコン基板４を反応
容器１内に送入し、サセプタ３上に載置する。ここで、
支柱２を駆動してシリコン基板４を高温領域ＨＡに移動
する。

■上記の状態で約１２０秒間維持する。この間にシリコ
ン基板４が均一に加熱され１表面に存在する自然酸化膜
（図示省略）が還元され、清浄なシリコン表面が表出す
る。すなわち、自然酸化膜が除去されたことになる。

■支柱２を駆動してシリコン基板４を高温領域ＨＡから
初期位置、すなわち、冷却領域に移動する。

■高温開城ｆｌＡの温度を約６２０℃に下げるとともに
、支柱２を駆動してシリコン基板４を高温領域ＨＡに移
動したのち、ガス導入管６から、シリコン原料ガスとし
て５例えば５ｉｚＨ６（ジシラン）または５ｉ１４（モ
ノシラン）を導入し、約２分間維持する。

この間に、清浄化されたシリコン基板４表面に厚さ約３
０００人のポリシリコン層が成長する。なお。

必要に応じて不純物原料ガス、例えばｎ型不純物ならば
ＰＨ１（ホスフィン）を上記５ｉｚＨｈ等に添加する。

■支柱２を駆動してシリコン基板４を再び冷却領域に移
動したのち、ロードロツタ機構８を介して次工程の装置
（図示省略）に送出する。

なお、清浄化されたシリコン基板４表面に単結晶シリコ
ン層をエピタキシャル成長させる場合には、上記■の工
程において、高温領域ＨＡの温度を７００°Ｃないし１
０００″Ｃに保持する。

上記の方法によれば、シリコン基板４表面の加熱は均一
に行われるため、従来のランプアニール法による場合の
ようなスリップラインの発生がなく、また、自然酸化膜
の除去に必要な所定温度に短時間に急熱されるため１通
常のＣＶＤ装置を用いる場合のような不純物プロファイ
ルに対する影♂を生じることなく、清浄表面にシリコン
層を成長させることができる。

第２図は請求項２に記載の発明の一実施例における気相
反応装置の構造を示す要部断面図であって１反応容器１
の一部を包囲する第１の外部加熱炉５１および第２の外
部加熱炉５２を設ける。これらの外部加熱炉は独立に制
御可能とし、これにより。

反応容器１には第１の高温領域ＨＡｌおよび第２の高温
領域ＨＡ２が形成される。また５反応容器工には、第１
のガス導入管６１および第２のガス導入管６２が設けら
れている。

第２図の構成において１例えば、第１の高温領域ＨＡ、
を１１００℃に、第２の高温領域ＨＡ２を６２０℃にそ
れぞれ保持しておき、まず、第１のガス導入管６１から
１例えばＨ２を導入しつつ、シリコン基板４を第１の高
温領域ＨＡ、に移動し、この状態で約１２０秒間維持し
て自然酸化膜を除去したのち、シリコン基板４を第２の
高温領域Ｈｌｈに移動するとともに、第２のガス導入管
６２から９例えば５ｉＪｂを導入して、シリコン基板４
表面にポリシリコン層を成長させる。

第２図の構成によれば、第１図の構成におけるような単
一の外部加熱炉を制御することにより。

高温領域ＨＡを自然酸化膜の除去とシリコン層の成長に
必要な温度に変化させる必要がなく、処理工程が短縮さ
れ、スルーブツトを高くすることができる。なお、第２
の高温領域ＨＡ２の温度を９００°Ｃに保持すれば、清
浄化されたシリコン基板４表面に、単結晶シリコン層を
エピタキシャル成長させることができることは言うまで
もない。

第３図は請求項２に記載の発明の別の実施例における気
相反応装置の構造を示す要部断面図であって９反応容器
１の一部を包囲する第１の外部加熱炉５１．第２の外部
加熱炉５２．および、第３の外部加熱炉５３を設ける。

これらの外部加熱炉は独立に制御可能とし、これにより
１反応容器ｌには第１の高温領域）ＩＡ＋、第２の高温
領域１１Ａ２．および、第３の高温領域１１Ａ３が形成
される。また９反応容器１には、第１のガス導入管６１
．第２のガス導入管６２、および、第３のガス導入管６
３が設けられている。

第３図の構成において１例えば、第１の高温領域１１＾
、を１１００″Ｃに、第２の高温領域ＨＡｚを９００°
Ｃ１第３の高温領域ＨＡｓを６２０°Ｃにそれぞれ保持
しておき、まず、第１のガス導入管６１から９例えば１
１□を導入しつつ、シリコン基板４を第１の高温領域Ｈ
Ａ、に移動し、この状態で約１２０秒間維持して自然酸
化膜を除去したのち、第１のガス導入管６１から１例え
ば５ｉＪｉを導入して、シリコン基板４表面に単結晶シ
リコン層をエピタキシャル成長させる。

次いで、シリコン基板４を第２の高温領域ＨＡ２に移動
するとともに、第２のガス導入管６２から。

乾燥酸素（０２）、または、塩化水素（ＨＣＩ）とＯ２
の混合ガスを導入する。この状態で約２分間維持する。

その結果、シリコン基板４表面に、１００人程度の厚さ
を有するゲート酸化膜として使用可能な緻密なＳｉｎ、
膜が形成される。

次いで、シリコン基板４を第３の高温領域ＨＡ２に移動
するとともに、第３のガス導入管６３から。

例えばＳｉ、１１．を導入して、前記ＳｉＯ□膜が形成
されたシリコン基板４表面上にポリシリコン層を成長さ
せる。このポリシリコン層をパターンニングしてゲート
電極が形成される。

第３図の構成によれば、シリコン基板４表面に存在する
自然酸化膜の除去、ゲート酸化膜の形成。

ゲート電極を構成するポリシリコン層の成長を。

それぞれの間にシリコン基板４を大気中に取り出すこと
なく、連続して実施できる。その結果、６４メガピツ）
　ＲＡＭ級の高密度集積回路において要求される。１０
０人ないしそれ以下の薄いゲート酸化膜として使用可能
な良質のゲー）ＳｉＯｘ膜を形成可能とし、かつ、ゲー
ト酸化膜の界面単位密度を低く抑えることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の方法および装置によっては困！
であった。自然酸化膜が存在しないシリコン基板表面に
シリコン層を成長させることが可能になり、しかも、自
然酸化膜の除去のための加熱を短時間で実施するため、
拡散層の不純物プロファイルを変化させるおそれがない
。したがって。

６４メガビット級の高密度集積回路における微細構造に
必要なポリシリコン電極、ゲート酸化膜の形成の実現に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載の発明の詳細な説明図。 第２図は請求項２に記載の発明の詳細な説明図。 第３図は請求項２に記載の発明の別の実施例説明図 である。 図において。 １は反応容器、　　２は支柱。 ３はサセプタ、　　４はシリコン基板。 ５と５１と５２と５３は外部加熱炉。 ６と６１と６２と６３はガス導入管。 ７は排気管、　　８はロードロック機構。 ９は気密封止機構。 ＨＡとＨＡ、とＯａｔ　とＨＡ２は高温領域である。 ′Ｒ請求項に記載の発明の実鞄倒設朗図第　　２　　図 −９９・−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器に高温領域と低温領域とを形成するとと
   もにその内部に還元性ガスを導入しておきシリコン基板
   を該低温領域から該高温領域に移動して第１の所定温度
   に加熱することにより該シリコン基板表面の酸化膜を該
   還元性ガスにより還元して除去したのち該低温領域に移
   動する工程と、該シリコン基板を該低温領域に保持した
   ままの状態で該反応容器内部にシリコン原料ガスを導入
   するとともに該シリコン基板を該低温領域から高温領域
   に移動して第２の所定温度に加熱することにより前記酸
   化膜が除去された該シリコン基板表面にシリコンを堆積
   させる工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）反応容器に第１および第２の高温領域と低温領域
   を形成するとともにその内部に還元性のガスを導入して
   おきシリコン基板を該低温領域から該第１の高温領域に
   移動して第１の所定温度に加熱することにより該シリコ
   ン基板表面の酸化膜を該還元性ガスにより還元して除去
   する工程と、前記酸化膜が除去された該シリコン基板を
   該第２の高温領域に移動して第２の所定温度に加熱する
   とともに該反応容器内部にシリコン原料ガスを導入する
   ことにより該シリコン基板表面にシリコンを堆積させる
   工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。