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JP2004221606A - Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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JP2004221606A
JP2004221606A JP2004036989A JP2004036989A JP2004221606A JP 2004221606 A JP2004221606 A JP 2004221606A JP 2004036989 A JP2004036989 A JP 2004036989A JP 2004036989 A JP2004036989 A JP 2004036989A JP 2004221606 A JP2004221606 A JP 2004221606A
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integrated circuit
circuit device
semiconductor integrated
manufacturing
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Yoshikazu Tanabe
義和 田辺
Satoru Sakai
哲 酒井
Nobuyoshi Kashu
信義 夏秋
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Renesas Technology Corp
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Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, which forms high quality and very thin oxide film which has homogeneous film thickness and proper reproducibility. <P>SOLUTION: The method has a process of introducing a semiconductor wafer 1A to a heat treatment chamber 120 of an oxidation furnace 107; a process of replacing gas atmosphere with nitrogen in the heat treatment chamber 120; a process of synthesizing moisture from oxygen and hydrogen using catalyst at first temperature; a process of introducing the resultant moisture to the heat treatment chamber 120 of the oxidation furnace 107, and forming oxidizing atmosphere containing moisture on a first main surface of the semiconductor wafer 1A in the chamber 120, while maintaining vaporization condition; a process of performing thermal oxidation treatment of a silicon surface on the first main surface of the semiconductor wafer 1A to form an insulating film, by ramp heating the first main surface of the semiconductor wafer 1A up to second temperature higher than the first temperature in the oxidizing atmosphere containing the moisture in the heat treatment chamber 120; and a process of replacing the oxidizing atmosphere containing the moisture with nitrogen in the heat treatment chamber 120, after the completion of the previous process. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体集積回路装置(半導体装置等)の製造方法に関し、特に、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のゲート酸化膜(絶縁膜)の形成に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (semiconductor device and the like), and more particularly to a technique that is effective when applied to formation of a gate oxide film (insulating film) such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

初期の半導体産業においては酸素等のキャリアガスをバブラ(Bubbler)内の水中を通過させるバブリング(Bubbling)が広く適用されていた。この方法は広い水分範囲をカバーできる等の利点はあったものの汚染の問題を回避できず、最近はほとんど使われなくなっている。従って、ここの所、このバブラの欠点を回避するものとして酸水素燃焼法式、すなわちパイロ方式(Pyrogenic system)が広く普及している。   In the early semiconductor industry, bubbling for passing a carrier gas such as oxygen through water in a bubbler was widely applied. Although this method has the advantage of covering a wide water range, it cannot avoid the problem of contamination, and has recently been hardly used. Therefore, the oxyhydrogen combustion method, that is, the pyro method (Pyrogenic system) has been widely used to avoid the disadvantages of the bubbler.

(従来技術文献の開示等)
本願の対象となる熱酸化の改良およびそのための水分生成方法に関しては以下のような先行技術が知られている。
(1)大見の特開平6−163517号公報(特許文献1)には、半導体プロセスの低温化のための低温酸化技術が示されている。同実施例1においてはアルゴン約99%、酸素約1%からなるガス雰囲気に水素を100ppmから1%まで添加して、水素の燃焼温度摂氏700度以下、すなわち摂氏450度以下でステンレス触媒の作用で水蒸気を得る方法が示されている。さらに同実施例2において、酸素99%、触媒により生成された水蒸気1%からなる雰囲気中において、常圧または高圧下で摂氏600度の酸化温度においてのシリコンの熱酸化が示されている。
(2)特開平7−321102号公報(吉越)(特許文献2)は、水分に起因する各種の問題を回避するために極めて低い水分濃度、すなわち0.5ppm程度の極超低水分領域またはドライ領域における酸化温度摂氏850度のシリコン表面の高温熱酸化が示されている。
(3)本間らの特開昭60−107840号公報(特許文献3)には、ドライ酸化の環境水分による水分量のばらつきを低減するため従来の方法により生成した数十ppm程度の微少水分を意図的に添加するシリコンの熱酸化方法が示されている。
(4)特開平5−152282号公報(大見I)(特許文献4)は、上記した石英管先端からのパーティクルの発生を防止するために、水素ガス導入管の内面をNi(ニッケル)またはNi含有材料で構成すると共に、水素ガス導入管を加熱する手段を備えた熱酸化装置を開示している。この熱酸化装置は、300℃以上に加熱した水素ガス導入管内のNi(またはNi含有材料)に水素を接触させて水素活性種を生じさせ、この水素活性種と酸素(また酸素を含むガス)とを反応させることにより水を生成する。すなわち、燃焼を伴わない触媒方式で水を生成するので、水素導入石英管の先端が溶けてパーティクルを発生することがない。
(5)特開平6−115903号公報(大見II)(特許文献5)は、酸素、水素および不活性ガスを混合して第1の混合ガスを作成する混合ガス作成工程と、水素および酸素をラジカル化し得る触媒作用を有する材料で構成された反応炉管内に第1の混合ガスを導入すると共に反応炉管内を加熱することにより、第1の混合ガスに含まれる水素と酸素を反応させて水を発生させる水分発生工程とからなる触媒方式の水分発生方法を開示している。
(Disclosure of prior art documents, etc.)
The following prior arts are known for the improvement of thermal oxidation and the method of producing moisture therefor which are the subject of the present application.
(1) Omi, JP-A-6-163517 (Patent Document 1) discloses a low-temperature oxidation technique for lowering the temperature of a semiconductor process. In Example 1, hydrogen was added from 100 ppm to 1% to a gas atmosphere comprising about 99% of argon and about 1% of oxygen, and the combustion temperature of hydrogen was 700 ° C. or less, that is, 450 ° C. or less. A method for obtaining steam is shown. Further, Example 2 shows the thermal oxidation of silicon at an oxidation temperature of 600 degrees Celsius under normal pressure or high pressure in an atmosphere consisting of 99% oxygen and 1% steam generated by a catalyst.
(2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-321102 (Yoshikoshi) (Patent Document 2) discloses an extremely low moisture concentration in order to avoid various problems caused by moisture, that is, an extremely low moisture region of about 0.5 ppm or a dry moisture concentration. High temperature thermal oxidation of the silicon surface at an oxidation temperature of 850 degrees Celsius in the region is shown.
(3) Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-107840 by Honma et al. (Patent Literature 3) discloses that a small amount of tens of ppm generated by a conventional method is used to reduce variation in the amount of moisture due to environmental moisture in dry oxidation. A method for thermal oxidation of intentionally added silicon is shown.
(4) Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-152282 (Omi I) (Patent Document 4) discloses that the inner surface of a hydrogen gas introduction pipe is made of Ni (nickel) or There is disclosed a thermal oxidation device which is made of a Ni-containing material and has means for heating a hydrogen gas introduction tube. In this thermal oxidation apparatus, hydrogen is brought into contact with Ni (or a Ni-containing material) in a hydrogen gas introduction pipe heated to 300 ° C. or more to generate hydrogen active species, and the hydrogen active species and oxygen (gas containing oxygen) are generated. To produce water. That is, since water is produced by the catalytic method without combustion, the tip of the hydrogen-introduced quartz tube is not melted to generate particles.
(5) JP-A-6-115903 (Omi II) (Patent Document 5) discloses a mixed gas producing step of producing a first mixed gas by mixing oxygen, hydrogen and an inert gas, By introducing the first mixed gas into a reaction furnace tube made of a material having a catalytic action capable of radicalizing and heating the inside of the reaction furnace tube, hydrogen and oxygen contained in the first mixed gas react with each other. A catalyst-type water generation method comprising a water generation step of generating water is disclosed.

この方法によれば、水素と酸素を反応させる反応管に反応を低温化する触媒材料を使用したため、反応温度が低温化し、その結果、低温で水分発生が可能となる。従って、水素、酸素、不活性ガスの混合ガスを加熱した反応管に供給した場合、反応管内において500℃以下の温度で完全に水素と酸素が反応するため、燃焼方式よりも低温で水分を含んだガスが得られる。   According to this method, since a catalyst material for lowering the reaction is used in a reaction tube for reacting hydrogen and oxygen, the reaction temperature is lowered, and as a result, water can be generated at a low temperature. Therefore, when a mixed gas of hydrogen, oxygen, and an inert gas is supplied to a heated reaction tube, hydrogen and oxygen completely react at a temperature of 500 ° C. or less in the reaction tube, and contain water at a lower temperature than the combustion method. Gas is obtained.

またこのとき、接ガス部からプラスチック材料を全て排除して金属材料のみを使用し、さらに金属表面に対して不動態化処理を施した場合には、表面からの放出ガス(水分、炭化水素等)が極めて少ないため、より高清浄度な水分をより高い精度で、かつ広範囲(ppbから%)の濃度で発生させることが可能となる。不動態化処理は、電解研磨あるいは電解複合研磨を施したステンレス鋼を不純物濃度が数ppb以下の酸化性あるいは弱酸化性雰囲気中で熱処理することにより行う。
(6)特開平5−141871号公報(大見III)(特許文献6)は、被処理物を搬出入するための開閉可能な開口部と、ガスを内部に導入するためのガス導入口とを有する炉心管と、炉心管内部を加熱するための炉心管加熱手段と、ガス導入口に連通させて接続されたガス導入管と、ガス導入管を加熱するための加熱手段とを少なくとも有し、ガス導入管の少なくとも内表面がNi(またはNi含有材料)よりなる熱処理装置を開示している。
Also, at this time, if all the plastic material is excluded from the gas contact part and only the metal material is used, and the metal surface is subjected to a passivation treatment, the gas released from the surface (moisture, hydrocarbon, etc.) ), It is possible to generate moisture with higher cleanliness with higher accuracy and in a wide range (from ppb to%). The passivation treatment is performed by subjecting stainless steel subjected to electrolytic polishing or electrolytic composite polishing to a heat treatment in an oxidizing or weakly oxidizing atmosphere having an impurity concentration of several ppb or less.
(6) Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-118771 (Omi III) (Patent Document 6) discloses an openable / closable opening for carrying in / out an object to be processed and a gas inlet for introducing gas into the inside. A furnace tube having a core tube heating means for heating the inside of the furnace tube, a gas introduction tube connected to and connected to a gas introduction port, and a heating means for heating the gas introduction tube. Discloses a heat treatment apparatus in which at least the inner surface of a gas introduction pipe is made of Ni (or a Ni-containing material).

この熱酸化装置は、炉心管の内部に配置された被処理物の位置よりも上流側に、水素ガスまたは水素を含むガスからプラズマを伴うことなく水素活性種を生成させるための水素活性種発生手段を設け、この水素活性種発生手段に水素ガスまたは水素を含むガスを導入して水素活性種を生成させる。そのため、炉心管内に被処理物として例えば酸化膜の形成されたシリコン基板を配置しておけば、水素活性種が酸化膜中を拡散し、酸化膜中および酸化膜/シリコン界面のダングリングボンドを終端するので、高い信頼性のゲート酸化膜を得ることが期待できる。
(7)大見の特開平5−144804号公報(特許文献7)には、ニッケル触媒により生成した水素活性種によるシリコン酸化膜の熱処理技術が示されている。
(8)中村らの1993年12月1日から2日に行われた電気化学協会電子材料委員会主催半導体集積回路技術第45回シンポジュウム講演論文集128頁から133頁(非特許文献1)には、フラッシュメモリのトンネル酸化膜に応用するための触媒により生成した水素ラジカルと水分による水素を主体とする強還元性雰囲気下でのシリコン酸化プロセスが示されている。
(9)大見の特開平6−120206号公報(特許文献8)には、選択エピタキシャル成長領域を絶縁分離する絶縁膜のニッケル触媒により生成した水素活性種によるシンタリング技術が示されている。
(10)小林らの特開昭59−132136号公報(特許文献9)には、通常の方法により生成された水分と水素の酸化還元混合雰囲気でのシリコンとリフラクトリーメタルの酸化還元プロセスが示されている。
特開平6−163517号公報 特開平7−321102号公報 特開昭60−107840号公報 特開平5−152282号公報 特開平6−115903号公報 特開平5−141871号公報 特開平5−144804号公報 特開平6−120206号公報 特開昭59−132136号公報 電気化学協会電子材料委員会主催半導体集積回路技術第45回シンポジュウム講演論文集(128頁から133頁)
This thermal oxidation device generates hydrogen activated species for generating hydrogen activated species from a hydrogen gas or a gas containing hydrogen without a plasma, upstream of a position of an object to be treated disposed inside a furnace tube. Means are provided, and hydrogen gas or a gas containing hydrogen is introduced into the hydrogen active species generating means to generate hydrogen active species. Therefore, if, for example, a silicon substrate on which an oxide film is formed is placed as an object to be processed in the furnace tube, hydrogen active species diffuse in the oxide film, and dangling bonds in the oxide film and at the oxide film / silicon interface are formed. Since the termination is performed, a highly reliable gate oxide film can be expected to be obtained.
(7) Omi, JP-A-5-144804 (Patent Document 7) discloses a heat treatment technique for a silicon oxide film using hydrogen active species generated by a nickel catalyst.
(8) Nakamura et al., Pp. 128-133, Non-Patent Document 1, Proceedings of the 45th Symposium on Semiconductor Integrated Circuit Technology hosted by the Electrochemical Society of Japan, Electronic Materials Committee, December 1-2, 1993. 3 shows a silicon oxidation process in a strongly reducing atmosphere mainly composed of hydrogen by hydrogen radicals and moisture generated by a catalyst for application to a tunnel oxide film of a flash memory.
(9) Omi, JP-A-6-120206 (Patent Document 8) discloses a sintering technique using a hydrogen active species generated by a nickel catalyst in an insulating film for insulating and separating a selective epitaxial growth region.
(10) Kobayashi et al., JP-A-59-132136 (Patent Document 9) discloses a redox process of silicon and refractory metal in a redox mixed atmosphere of water and hydrogen produced by a usual method. Have been.
JP-A-6-163517 JP-A-7-321102 JP-A-60-107840 JP-A-5-152282 JP-A-6-115903 JP-A-5-141871 JP-A-5-144804 JP-A-6-120206 JP-A-59-132136 Proceedings of the 45th Symposium on Semiconductor Integrated Circuit Technology sponsored by the Electrochemical Materials Committee of the Electrochemical Society (pages 128 to 133)

(従来技術および本発明に関する考察等)
ディープサブミクロンの設計ルールによって製造される最先端のMOSデバイスは、微細化された素子の電気特性を維持するために、ゲート酸化膜を10nm以下の極めて薄い膜厚で形成することが要求される。例えばゲート長が0.35μmの場合、要求されるゲート酸化膜厚は9nm程度であるが、ゲート長が0.25μmになると、4nm程度まで薄くなるものと予想される。
(Considerations related to the prior art and the present invention)
State-of-the-art MOS devices manufactured according to deep submicron design rules require that the gate oxide film be formed to an extremely thin film thickness of 10 nm or less in order to maintain the electrical characteristics of miniaturized elements. . For example, when the gate length is 0.35 μm, the required gate oxide film thickness is about 9 nm. However, when the gate length is 0.25 μm, it is expected that the thickness will be reduced to about 4 nm.

一般に、熱酸化膜の形成は乾燥酸素雰囲気中で行われるが、ゲート酸化膜を形成する場合には、膜中の欠陥密度が低減できるという理由から、従来よりウエット酸化法(一般に水分分圧比数十%以上)が用いられてきた。このウエット酸化法では、酸素雰囲気中で水素を燃焼させて水を生成し、この水を酸素と共に半導体ウエハ(集積回路製造用ウエハまたは単に集積回路ウエハ)の表面に供給して酸化膜を形成するが、水素を燃焼させることから、爆発の危険を回避するためにあらかじめ酸素を十分に流してから水素に点火している。また、酸化種である水+酸素混合ガスの水分濃度を40%程度(全雰囲気圧力に占める水分の分圧)まで高くしている。   Generally, a thermal oxide film is formed in a dry oxygen atmosphere.However, when a gate oxide film is formed, a wet oxidation method (generally, a water partial pressure ratio) is conventionally used because a defect density in the film can be reduced. 10% or more). In this wet oxidation method, water is generated by burning hydrogen in an oxygen atmosphere, and this water is supplied together with oxygen to the surface of a semiconductor wafer (a wafer for integrated circuit manufacturing or simply an integrated circuit wafer) to form an oxide film. However, since hydrogen is burned, sufficient oxygen is supplied beforehand to avoid the danger of explosion, and then the hydrogen is ignited. Further, the water concentration of the mixed gas of water and oxygen, which is an oxidizing species, is increased to about 40% (the partial pressure of water in the total atmospheric pressure).

しかし、上記の燃焼方式は、石英製の水素ガス導入管の先端に取り付けたノズルから噴出する水素に点火して燃焼を行うことから、水素の量を低下しすぎると火炎がノズルに近づきすぎるため、その熱でノズルが溶けてパーティクルが発生し、これが半導体ウエハの汚染源となるという問題が指摘されている(また逆に、水素の量を増やしすぎると火炎が燃焼管の端部に達し、そこの石英壁を溶かしてパーティクルの原因となったり、炎が壁面で冷却されて消えてしまったりする等、安全面での問題がある)。また、上記の燃焼方式は、酸化種である水+酸素混合ガスの水分濃度が高いために、ゲート酸化膜中に水素やOH基が取り込まれ、薄膜中やシリコン基板との界面にSi−H結合やSi−OH結合等の構造欠陥が生じ易い。これらの結合は、ホットキャリア注入等の電圧ストレスの印加により切断されて電荷トラップを形成し、しきい値電圧の変動等、膜の電気特性の低下を引き起こす原因となる。   However, since the combustion method described above ignites hydrogen ejected from a nozzle attached to the tip of a hydrogen gas introduction pipe made of quartz and performs combustion, if the amount of hydrogen is reduced too much, the flame approaches the nozzle too much. However, it has been pointed out that the heat melts the nozzles to generate particles, which can become a source of contamination for semiconductor wafers. (Conversely, if the amount of hydrogen is increased too much, the flame reaches the end of the combustion tube, There is a problem in terms of safety, such as melting the quartz wall and causing particles, and the flame being cooled by the wall and extinguishing.) Further, in the above-described combustion method, since the water concentration of the water + oxygen mixed gas, which is an oxidizing species, is high, hydrogen and OH groups are taken into the gate oxide film and Si-H Structural defects such as bonding and Si-OH bonding are likely to occur. These bonds are broken by application of voltage stress such as hot carrier injection to form a charge trap, which causes a decrease in electrical characteristics of the film such as a change in threshold voltage.

なお、このあたりの状況の詳細および新規な触媒による水合成装置の改良の詳細については、本願発明者自身による特開平9−172011号公報および本発明者および大見らによる国際公開された国際出願PCT/JP97/00188(国際出願日1997.1.27)に詳しく述べられている。   The details of this situation and the details of the improvement of the water synthesizing apparatus using the novel catalyst are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-172011 by the inventor himself and the international application published by the inventor and Omi et al. It is described in detail in PCT / JP97 / 00188 (International filing date 1997.1.27).

本発明者の検討によれば、従来の酸化膜形成方法は、高品質で、しかも膜厚が5nm以下(5nm以上についても同様の効果が期待できることは言うまでもない)の極薄ゲート酸化膜を均一な膜厚で再現性良く形成することが困難である。言うまでもないことであるが、それ以上の膜厚の場合にも各種不十分なところがある。   According to the study of the present inventor, the conventional oxide film forming method can uniformly form an ultra-thin gate oxide film having a high quality and a film thickness of 5 nm or less (the same effect can be expected even with a film thickness of 5 nm or more). It is difficult to form a thin film with good reproducibility. Needless to say, even when the film thickness is larger than that, there are various insufficient points.

極薄の酸化膜を均一な膜厚で再現性良く形成するためには、比較的厚い酸化膜を形成するときに比べて酸化膜成長速度を下げ、より安定な酸化条件で成膜を行う必要があるが、例えば前記の燃焼方式を利用した酸化膜形成方法は、酸化種である水+酸素混合ガスの水分濃度が18%から40%程度の高濃度範囲内でしか制御できない。そのため、酸化膜成長速度が速く、薄い酸化膜の場合は極めて短時間で膜が形成されてしまう。他方、酸化膜成長速度を下げようとしてウエハ温度を800℃以下に下げて酸化を行うと膜の品質が低下する(摂氏800度以下の温度領域でも、その他のパラメータを適切に調整すれば本発明を適用できることは言うまでもない)。   In order to form an ultra-thin oxide film with a uniform thickness and good reproducibility, it is necessary to lower the oxide film growth rate and form the film under more stable oxidation conditions compared to forming a relatively thick oxide film. However, for example, the method of forming an oxide film using the combustion method described above can only control the water concentration of the water + oxygen mixed gas as the oxidizing species within a high concentration range of about 18% to 40%. Therefore, the growth rate of the oxide film is high, and a thin oxide film is formed in an extremely short time. On the other hand, if oxidation is performed by lowering the wafer temperature to 800 ° C. or less in order to reduce the oxide film growth rate, the quality of the film deteriorates (even if the other parameters are appropriately adjusted even in a temperature range of 800 ° C. or less, the present invention will be described). Needless to say, it can be applied).

また、清浄な酸化膜を形成するためには、半導体ウエハの表面に形成されている低品質の酸化膜をあらかじめウエット洗浄で除去する必要があるが、このウエット洗浄工程から酸化工程に搬送する過程でウエハの表面に薄い自然酸化膜が不可避的に形成される。さらに酸化工程では、本来の酸化が行われる前に酸化種中の酸素との接触によってウエハ表面に不所望な初期酸化膜が形成される。特に燃焼方式を用いた酸化膜形成方法の場合は、水素が爆発する危険を回避するためにあらかじめ酸素を十分に流してから水素を燃焼させるので、ウエハ表面が酸素に曝される時間が長くなり、初期酸化膜が厚く形成されてしまう(常圧下摂氏560度以上、水素4%以上で十分な酸素があるとき、水素の爆発的燃焼すなわち「爆発」が起こるとされている)。   Further, in order to form a clean oxide film, it is necessary to remove a low-quality oxide film formed on the surface of the semiconductor wafer by wet cleaning in advance. As a result, a thin natural oxide film is inevitably formed on the surface of the wafer. Further, in the oxidation step, an undesired initial oxide film is formed on the wafer surface by contact with oxygen in the oxidizing species before the actual oxidation is performed. In particular, in the case of an oxide film formation method using a combustion method, sufficient oxygen is flowed in advance to avoid the risk of explosion of hydrogen, and then hydrogen is burned. A thick initial oxide film is formed (explosive combustion of hydrogen, that is, "explosion" occurs when there is sufficient oxygen at 560 ° C. or more under normal pressure and 4% or more of hydrogen).

このように、実際の酸化膜は、本来の酸化によって形成される酸化膜の他に自然酸化膜と初期酸化膜とを含んだ構成になっているが、これらの自然酸化膜や初期酸化膜は、目的とする本来の酸化膜に比べて低品質である。従って、高品質の酸化膜を得るためには、酸化膜中に占めるこれら低品質の膜の割合をできるだけ低くしなければならないが、従来の酸化膜形成方法を用いて極薄の酸化膜を形成すると、これら低品質の膜の割合がむしろ増加してしまう。   As described above, the actual oxide film has a configuration including the natural oxide film and the initial oxide film in addition to the oxide film formed by the original oxidation. It is of lower quality than the intended original oxide film. Therefore, in order to obtain a high-quality oxide film, the ratio of these low-quality films in the oxide film must be as low as possible. Then, the ratio of these low-quality films is rather increased.

例えば従来の酸化膜形成方法を用いて膜厚が9nmの酸化膜を形成したときに、この酸化膜中の自然酸化膜と初期酸化膜の膜厚がそれぞれ0.7nm、0.8nmであったとすると、本来の酸化膜の膜厚は、9−(0.7+0.8)=7.5nmとなるので、この酸化膜中に占める本来の酸化膜の割合は約83.3%である。ところが、この従来方法を用いて膜厚が4nmの酸化膜を形成すると、自然酸化膜と初期酸化膜の膜厚はそれぞれ0.7nm、0.8nmと変わらないため、本来の酸化膜の膜厚は、4−(0.7+0.8)=2.5nmとなり、その割合は62.5%に低下してしまう。すなわち、従来の酸化膜形成方法で極薄の酸化膜を形成しようとすると、膜厚の均一性や再現性が確保できなくなるのみならず、膜の品質も低下してしまう。   For example, when an oxide film having a thickness of 9 nm is formed by using a conventional oxide film forming method, it is assumed that the native oxide film and the initial oxide film in the oxide film have a thickness of 0.7 nm and 0.8 nm, respectively. Then, the original thickness of the oxide film is 9- (0.7 + 0.8) = 7.5 nm, and the ratio of the original oxide film in the oxide film is about 83.3%. However, when an oxide film having a thickness of 4 nm is formed using this conventional method, the thicknesses of the native oxide film and the initial oxide film remain unchanged at 0.7 nm and 0.8 nm, respectively. Is 4- (0.7 + 0.8) = 2.5 nm, and the ratio is reduced to 62.5%. That is, if an attempt is made to form an extremely thin oxide film by the conventional oxide film forming method, not only cannot uniformity and reproducibility of the film thickness be ensured, but also the quality of the film deteriorates.

これらの問題を解決するために、本発明者は大見らの触媒による水分生成方法に注目した。本発明者らの検討によれば、これらの研究は「水素ラジカルの寿命は長い」という前提に立って、水素ラジカルの強還元作用に重点が置かれているため、そのままでは半導体集積回路の量産プロセスに適用できないことが明らかとなった。すなわち、半導体プロセスに適用するためには「水素等のラジカルの寿命は非常に短く触媒上で生成してほぼその上またはその近傍で化合または基底状態に戻る」という前提で必要な構成を検討する必要があることが、本発明者らによって明らかにされた。   In order to solve these problems, the present inventor paid attention to a method of generating water using a catalyst of Omi. According to the study of the present inventors, these studies focus on the strong reduction action of hydrogen radicals on the premise that "the lifetime of hydrogen radicals is long," It became clear that it was not applicable to the process. In other words, to apply to the semiconductor process, the necessary configuration is examined on the premise that "the lifetime of radicals such as hydrogen is extremely short and is generated on the catalyst, and returns to a compound or a ground state almost on or in the vicinity thereof". The need has been clarified by the present inventors.

さらに、本発明者によれば、水分の分圧比で言って0から10ppmはドライ領域に属し、いわゆるドライ酸化の性質を示し、今後の微細プロセスにおけるゲート酸化膜等の要求する膜質を得ることに関していわゆるウエット酸化に及ばないことが明らかにされた。   Further, according to the present inventor, 0 to 10 ppm in terms of the partial pressure ratio of water belongs to a dry region and exhibits a so-called dry oxidation property, and it is necessary to obtain a required film quality such as a gate oxide film in a future fine process. It has been found that it does not reach the so-called wet oxidation.

また、同様に水分分圧比10ppm以上1.0×103ppm以下(0.1%以下)の超低水分領域は基本的にはドライ酸化とほとんど同様の性質を示すことが本発明者によって明らかにされた。 Similarly, it is clear from the present inventors that the ultra-low moisture region having a water partial pressure ratio of 10 ppm or more and 1.0 × 10 3 ppm or less (0.1% or less) basically shows almost the same properties as dry oxidation. Was.

また、同様に水分分圧比0.1%以上から10%以下の低水分領域(そのうち特に水分分圧比0.5%以上から5%以下の低水分領域)においての熱酸化は、他の領域(ドライ領域、10%以上の燃焼法式で汎用される領域、およびバブラ等による水分濃度数十%以上の高水分領域)と比較して比較的良好な性質を示すことが性質を示すことが本発明者によって明らかにされた。   Similarly, thermal oxidation in a low moisture region having a moisture partial pressure ratio of 0.1% to 10% (particularly, a low moisture region having a moisture partial pressure ratio of 0.5% to 5%) is performed in another region (dry region). The present inventor has shown that relatively good properties are shown to be relatively good as compared with a general-purpose combustion mode of 10% or more and a high moisture area with a water concentration of several tens% or more by a bubbler or the like. Revealed.

(本発明の目的等)
本発明の目的は、高品質の極薄酸化膜を均一な膜厚で再現性良く形成することのできる技術を提供することにある。
(Object of the present invention, etc.)
An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a high-quality ultrathin oxide film with a uniform film thickness with good reproducibility.

本発明の前記ならびにその他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明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

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、次のとおりである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程よりなる。
(a)半導体ウエハを酸化炉の熱処理チャンバへ導入する工程、
(b)前記熱処理チャンバ内のガス雰囲気を窒素によって置換する工程、
(c)第1の温度で、触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(d)前記合成した水分を前記酸化炉の熱処理チャンバへ導入して、気化状態を維持したまま、前記チャンバ内の半導体ウエハの第1主面上に水分を含んだ酸化性雰囲気を形成する工程、
(e)前記熱処理チャンバ内の前記水分を含んだ酸化性雰囲気において、前記第1の温度より高い第2の温度まで前記半導体ウエハの主面をランプ加熱して、前記半導体ウエハの第1主面上のシリコン表面を熱酸化処理して絶縁膜を形成する工程、
(f)前記工程(e)の後、前記熱処理チャンバ内の前記水分を含んだ酸化性雰囲気を窒素によって置換する工程。
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps.
(A) introducing a semiconductor wafer into a heat treatment chamber of an oxidation furnace;
(B) replacing the gas atmosphere in the heat treatment chamber with nitrogen;
(C) synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at a first temperature;
(D) introducing the synthesized water into a heat treatment chamber of the oxidation furnace to form an oxidizing atmosphere containing water on the first main surface of the semiconductor wafer in the chamber while maintaining a vaporized state; ,
(E) heating the main surface of the semiconductor wafer by a ramp to a second temperature higher than the first temperature in the oxidizing atmosphere containing the moisture in the heat treatment chamber, thereby forming a first main surface of the semiconductor wafer; A step of forming an insulating film by thermally oxidizing the upper silicon surface,
(F) after the step (e), replacing the oxidizing atmosphere containing water in the heat treatment chamber with nitrogen.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程(a)、(b)を含んでいる。
(a)水素と酸素とから触媒作用によって水を生成する工程、
(b)前記水が低濃度に含まれた酸素を所定の温度に加熱した半導体ウエハの主面またはその近傍に供給し、少なくとも酸化膜形成の再現性および酸化膜厚の均一性が確保され得る程度の酸化膜成長速度で膜厚が5nm以下の酸化膜を形成する工程。
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps (a) and (b).
(A) a step of generating water by catalytic action from hydrogen and oxygen,
(B) The oxygen containing a low concentration of water is supplied to or near the main surface of the semiconductor wafer heated to a predetermined temperature, so that at least reproducibility of oxide film formation and uniformity of oxide film thickness can be ensured. A step of forming an oxide film having a thickness of 5 nm or less at an oxide film growth rate of about

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記酸化膜がMOSFETのゲート酸化膜である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the oxide film is a gate oxide film of a MOSFET.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記酸化膜の膜厚が3nm以下である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the thickness of the oxide film is 3 nm or less.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記半導体ウエハの加熱温度が800から900℃である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the heating temperature of the semiconductor wafer is 800 to 900 ° C.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記(b)工程の後、前記半導体ウエハの主面に酸窒化処理を施すことにより、前記酸化膜と基板との界面に窒素を偏析させる。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, after the step (b), nitrogen is segregated at the interface between the oxide film and the substrate by performing an oxynitridation process on the main surface of the semiconductor wafer.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記酸化膜の形成を枚葉処理で行う。   In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the formation of the oxide film is performed by single-wafer processing.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記酸化膜の形成をバッチ処理で行う。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the formation of the oxide film is performed by a batch process.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程(a)、(b)を含んでいる。
(a)水素と酸素とから触媒作用によって水を生成する工程、
(b)少なくとも水を含まない乾燥酸素雰囲気中で形成される酸化膜よりも優れた初期耐圧が得られる濃度の前記水が含まれた酸素を所定の温度に加熱した半導体ウエハの主面またはその近傍に供給することによって、膜厚が5nm以下の酸化膜を形成する工程。
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps (a) and (b).
(A) a step of generating water by catalytic action from hydrogen and oxygen,
(B) a main surface of a semiconductor wafer or a semiconductor wafer obtained by heating oxygen containing water at a concentration that can provide an initial withstand voltage better than an oxide film formed in a dry oxygen atmosphere containing no water at a predetermined temperature, or A step of forming an oxide film having a thickness of 5 nm or less by supplying to the vicinity.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記水の濃度が40%以下である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the concentration of the water is 40% or less.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記水の濃度が0.5から5%である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the concentration of the water is 0.5 to 5%.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程(a)から(c)を含んでいる。
(a)主面に第1の酸化膜が形成された半導体ウエハを洗浄部へ搬送し、前記第1の酸化膜をウエット洗浄により除去する工程、
(b)前記半導体ウエハを大気に接触させることなく、前記洗浄部から不活性ガス雰囲気の酸化処理部へ搬送する工程、
(c)触媒作用によって水素と酸素とから生成した水を低濃度に含む酸素を所定の温度に加熱した前記半導体ウエハの主面またはその近傍に供給し、少なくとも酸化膜形成の再現性および酸化膜厚の均一性が確保され得る程度の酸化膜成長速度で膜厚が5nm以下の第2の酸化膜を形成する工程。
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps (a) to (c).
(A) transferring a semiconductor wafer having a first oxide film formed on a main surface thereof to a cleaning unit, and removing the first oxide film by wet cleaning;
(B) transporting the semiconductor wafer from the cleaning unit to an oxidation processing unit in an inert gas atmosphere without bringing the semiconductor wafer into contact with the atmosphere;
(C) supplying oxygen containing a low concentration of water generated from hydrogen and oxygen by a catalytic action to the main surface of the semiconductor wafer heated to a predetermined temperature or in the vicinity thereof, at least reproducibility of oxide film formation and oxide film A step of forming a second oxide film having a thickness of 5 nm or less at an oxide film growth rate sufficient to ensure uniformity of the thickness.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記第2の酸化膜が、前記第1の酸化膜を除去してから前記第2の酸化膜を形成するまでの間に前記半導体ウエハの表面に不所望に形成される自然酸化膜と、前記酸素との接触によって前記半導体ウエハの表面に不所望に形成される初期酸化膜とをその一部に含み、前記自然酸化膜と前記初期酸化膜の合計の膜厚は、前記第2の酸化膜全体の膜厚の2分の1以下である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the second oxide film may be formed on the surface of the semiconductor wafer during a period from the removal of the first oxide film to the formation of the second oxide film. An undesired natural oxide film and an initial oxide film undesirably formed on the surface of the semiconductor wafer by contact with the oxygen are partially included, and the natural oxide film and the initial oxide film The total thickness is equal to or less than half of the thickness of the entire second oxide film.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記自然酸化膜と前記初期酸化膜の合計の膜厚が前記第2の酸化膜全体の膜厚の3分の1以下である。   In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the total thickness of the natural oxide film and the initial oxide film is one third or less of the entire thickness of the second oxide film.

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、半導体ウエハの第1領域および第2領域に第1の酸化膜を形成した後、前記半導体ウエハの第1領域に形成された前記第1の酸化膜を除去する工程と、前記半導体ウエハの第1領域および第2領域に残った前記第1の絶縁膜上に第2の酸化膜を形成する工程とを含み、前記第1および第2の酸化膜の少なくとも一方を前記の方法によって形成する。   According to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, after forming a first oxide film in a first region and a second region of a semiconductor wafer, the first oxide film formed in the first region of the semiconductor wafer And forming a second oxide film on the first insulating film remaining in a first region and a second region of the semiconductor wafer, wherein the first and second oxide films are formed. Is formed by the above method.

さらに、本発明の主要な概要を項に分けて示せば以下のごとくである。
1.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)摂氏500度以下で触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(b)雰囲気全体の気圧に占める合成された上記水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲であって、水素が支配的でない酸化性雰囲気中で、かつウエハ上のシリコン表面が摂氏800度以上に加熱された条件下で上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。(一般に良く知られたことであるが、ここで「支配的」とは、ガスに付いていう場合、当該雰囲気中でその成分が最多であることをいう。)
2.上記1項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
3.上記1項または2項において、上記水分の合成は、酸素と水素の混合ガスに上記触媒を作用させて行う半導体集積回路装置の製造方法。
4.上記1から3項のいずれか一つにおいて、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
5.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)摂氏500度以下で触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(b)雰囲気全体の気圧に占める合成された上記水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲であって、酸素ガスを含む酸化性雰囲気中で、かつウエハ上のシリコン表面が摂氏800度以上に加熱された条件下で上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
6.上記5項において、上記熱酸化は、ホットウォール炉を用いて行われる半導体集積回路装置の製造方法。
7.上記5項において、上記熱酸化は、ランプ加熱炉を用いて行われる半導体集積回路装置の製造方法。
8.上記5から7項のいずれか一つにおいて、上記合成させた水分を含むガスは、水分以外のガスで希釈された後に上記酸化性雰囲気として供給される半導体集積回路装置の製造方法。
9.上記5から8項のいずれか一つにおいて、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(c)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく窒素酸化物を含む雰囲気中で表面処理を施す工程。
10.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)摂氏500度以下で触媒を用いて水分を生成する工程、
(b)雰囲気全体の気圧に占める合成された上記水分の分圧比が0.5%から5%の範囲であって、酸素ガスを含む酸化性雰囲気中で、かつウエハ上のシリコン表面が摂氏800度以上に加熱された条件下で上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
11.上記10項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
12.上記10または11項において、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
13.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)摂氏500度以下で触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(b)雰囲気全体の気圧に占める合成された上記水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲であって、酸素ガスを含む酸化性雰囲気を、シリコン表面が摂氏800度以上に加熱されたウエハ周辺に供給しながら、上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
14.上記13項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
15.上記13項または14項において、上記水分の合成は、酸素と水素の混合ガスに上記触媒を作用させて行う半導体集積回路装置の製造方法。
16.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)水分合成部において摂氏500度以下で触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(b)雰囲気全体の気圧に占める合成された上記水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲であって、酸素ガスを含む酸化性雰囲気を、シリコン表面が摂氏800度以上に加熱されたウエハ周辺に水分合成部と酸化処理部の間に設けられた狭隘部を通して供給しながら、酸化処理部において上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
17.上記16項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
18.上記16項または17項において、上記水分の合成は、酸素と水素の混合ガスに上記触媒を作用させて行う半導体集積回路装置の製造方法。
19.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(b)合成された上記水分を含む第1のガスを水分以外の第2のガスで希釈する工程、
(c)希釈された上記第1のガスを処理領域に導入する工程、
(d)上記処理領域において、導入された上記第1ガス雰囲気中でウエハ上のシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
20.上記19項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
21.上記19項または20項において、上記熱酸化は、摂氏800度以上で行われる半導体集積回路装置の製造方法。
22.上記19から21項のいずれか一つにおいて、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
23.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)酸素と水素の混合ガスに水分合成触媒を作用させて水分を含む第1のガスを生成する工程、
(b)上記第1のガスを水分以外の第2のガスで希釈する工程、
(c)希釈された上記第1のガスを処理領域に導入する工程、
(d)上記処理領域において、導入された上記第1ガス雰囲気中でウエハ上のシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
24.上記23項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
25.上記23項または24項において、上記熱酸化は、摂氏800度以上で行われる半導体集積回路装置の製造方法。
26.上記23から25項のいずれか一つにおいて、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
27.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)触媒を作用させて水分を含む第1のガスを生成する工程、
(b)上記第1のガスを水分以外の第2のガスで希釈する工程、
(c)希釈された上記第1のガスを処理領域に導入する工程、
(d)上記処理領域において、導入された上記第1ガス雰囲気中でウエハ上のシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
28.上記27項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
29.上記27項または28項において、上記熱酸化は、摂氏800度以上で行われる半導体集積回路装置の製造方法。
30.上記27から29項のいずれか一つにおいて、上記熱酸化は上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
31.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)酸素と水素の混合ガスに水分合成触媒を作用させて水分を含む第1のガスを生成する工程、
(b)上記第1のガスを酸素を主成分とする第2のガスで希釈する工程、
(c)希釈された上記第1のガスを処理領域に導入する工程、
(d)上記処理領域において、導入された上記第1ガス雰囲気中でウエハ上のシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
32.上記31項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
33.上記31項または32項において、上記熱酸化は、摂氏800度以上で行われる半導体集積回路装置の製造方法。
34.上記31から33項のいずれか一つにおいて、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
35.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)表面を洗浄または表面膜を除去するために、ウエハ上のシリコン表面に表面処理を施す工程、
(b)上記工程の後、上記ウエハを実質的に酸化性雰囲気に晒すことなく酸化処理部に移送する工程、
(c)触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(d)合成された上記水分を含む雰囲気中で上記シリコン表面にシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
36.上記35項において、上記シリコン酸化膜は、MOSトランジスタのゲート電極となるべきものである半導体集積回路装置の製造方法。
37.上記36項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(e)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、窒素酸化物を含む雰囲気中で表面処理を施す工程。
38.上記37項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(f)上記表面処理がなされた上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、ゲート電極となるべき電極材料を気相デポジションにより形成する工程。
39.上記36項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(f)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、ゲート電極となるべき電極材料を気相デポジションにより形成する工程。
40.上記35から39項のいずれか一つにおいて、上記酸化工程は、ランプ加熱によって行われる半導体集積回路装置の製造方法。
41.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)表面を洗浄または表面膜を除去するために、ウエハ上のシリコン表面に表面処理を施す工程、
(b)上記工程の後、上記ウエハを実質的に酸化性雰囲気に晒すことなく酸化処理部に移送する工程、
(c)触媒を用いて水分を生成する工程、
(d)合成された上記水分を含む雰囲気中で上記シリコン表面にシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
42.上記41項において、上記シリコン酸化膜は、MOSトランジスタのゲート電極となるべきものである半導体集積回路装置の製造方法。
43.上記42項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(e)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、窒素酸化物を含む雰囲気中で表面処理を施す工程。
44.上記43項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(f)上記表面処理がなされた上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、ゲート電極となるべき電極材料を気相デポジションにより形成する工程。
45.上記42項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(f)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、ゲート電極となるべき電極材料を気相デポジションにより形成する工程。
46.上記41から45項のいずれか一つにおいて、上記酸化工程は、ランプ加熱によって行われる半導体集積回路装置の製造方法。
47.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(b)合成された上記水分を含む雰囲気中でウエハ上のシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程、
(c)上記工程の後、外気に触れさせることなく上記シリコン酸化膜が形成された上記ウエハに対して、窒素酸化物を含むガス雰囲気中で表面処理を施す工程。
48.上記47項において、上記シリコン酸化膜は、MOSトランジスタのゲート電極となるべきものである半導体集積回路装置の製造方法。
49.上記48項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(e)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、窒素酸化物を含む雰囲気中で表面処理を施す工程。
50.上記49項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(f)上記表面処理がなされた上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、ゲート電極となるべき電極材料を気相デポジションにより形成する工程。
51.上記48項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(f)上記酸化膜が形成された上記ウエハを外気または他の酸化性雰囲気に晒すことなく、ゲート電極となるべき電極材料を気相デポジションにより形成する工程。
52.上記47から51項のいずれか一つにおいて、上記酸化工程は、ランプ加熱によって行われる半導体集積回路装置の製造方法。
53.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)ウエハ上のシリコン表面に素子分離溝を形成する工程、
(b)上記素子分離溝内に外部からの絶縁膜を形成する工程、
(c)上記シリコン表面を平坦化して、上記シリコン表面の熱酸化膜を形成すべき部分を露出する工程、
(d)触媒により水分を合成し、それを含む雰囲気中で上記露出された部分に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべき熱酸化膜を形成する工程。
54.上記53項において、上記平坦化は、化学機械的方法により行われる半導体集積回路装置の製造方法。
55.上記53または54項において、上記平坦化は、化学機械研磨により行われる半導体集積回路装置の製造方法。
56.上記53から55項のいずれか一つにおいて、上記外部からの絶縁膜は、CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成される半導体集積回路装置の製造方法。
57.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)ウエハ上のシリコン表面に素子分離溝を形成する工程、
(b)上記素子分離溝内にデポジションにより絶縁膜を形成する工程、
(c)触媒により水分を合成し、それを含む雰囲気中で上記素子分離溝により囲まれたシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべき熱酸化膜を形成する工程。
58.上記57項において、上記半導体集積回路装置の製造方法は、さらに以下の工程よりなる;
(d)上記工程(b)の後、上記シリコン表面を平坦化して、上記シリコン表面の熱酸化膜を形成すべき部分を露出する工程。
59.上記57または58項において、上記平坦化は、化学機械的方法により行われる半導体集積回路装置の製造方法。
60.上記57から59項のいずれか一つにおいて、上記平坦化は、化学機械研磨により行われる半導体集積回路装置の製造方法。
61.上記57から60項のいずれか一つにおいて、上記外部からの絶縁膜は、CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成される半導体集積回路装置の製造方法。
62.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
雰囲気全体の気圧に占める水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲の酸化性雰囲気中で、ウエハ上のシリコン表面をランプにより加熱することにより上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
63.上記62項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
64.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)酸素と水素の混合ガスに触媒を作用させて水分を含む第1のガスを生成する工程、
(b)上記第1のガスを水分以外の第2のガスで希釈する工程、
(c)希釈された上記第1のガスを処理領域に導入する工程、
(d)上記処理領域において、導入された上記第1ガス雰囲気中でウエハ上のシリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜をランプ加熱による熱酸化により形成する工程。
65.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)水分が結露しない程度に予熱され、実質的に非酸化性雰囲気に保たれた酸化処理部に非処理ウエハを導入する工程、
(b)上記酸化処理部において、雰囲気全体の気圧に占める水分の分圧の割合が0.1%以上の範囲の酸化性雰囲気下で、導入された上記ウエハ上のシリコン表面をランプにより加熱することにより上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
66.上記65項において、上記非酸化性雰囲気は、窒素ガスを主として少量の酸素ガスを添加したものである半導体集積回路装置の製造方法。
67.上記65または66項において、上記予熱温度は、摂氏100度以上500度以下である半導体集積回路装置の製造方法。
68.上記65から67項のいずれか一つにおいて、上記酸化処理時の上記ウエハの表面温度は、摂氏700度以上である半導体集積回路装置の製造方法。
69.上記65から68項のいずれか一つにおいて、上記非酸化性雰囲気は、水分が結露しない程度に予熱された後に上記酸化処理部に導入される上記半導体集積回路装置の製造方法。
70.上記65から69項のいずれか一つにおいて、上記ウエハは、水分が結露しない程度に予熱された後に上記酸化処理部に導入される上記半導体集積回路装置の製造方法。
71.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
雰囲気全体の気圧に占める水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲であって、酸素ガスを含む酸化性雰囲気中で、かつウエハ上のシリコン表面が摂氏800度以上に加熱された条件下で上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべき5nm以下の厚みを有するシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
72.上記71項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
73.上記71または72項において、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
74.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
雰囲気全体の気圧に占める水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲であって、酸素ガスを含む酸化性雰囲気中で、ウエハ上のシリコン表面にフラッシュメモリのトンネル絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
75.上記74項において、上記酸化性雰囲気は、酸素ガスを主要な成分として含む半導体集積回路装置の製造方法。
76.上記74または75項において、上記熱酸化は、上記ウエハの周辺に上記酸化性雰囲気を供給しながら行う半導体集積回路装置の製造方法。
77.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)触媒により水分を生成させる工程、
(b)触媒により生成した水分を含む雰囲気ガスを第1の酸化処理部に供給しながら、前記第1の酸化処理部においてウエハ上の第1のシリコン表面領域に第1の熱酸化膜を形成する工程、
(c)上記工程(a)の前または上記工程(b)の後に、酸素と水素を燃焼させることによって水分を生成させる工程、
(d)燃焼により生成した水分を含む雰囲気ガスを第1または第2の酸化処理部に供給しながら、前記第2の酸化処理部において上記ウエハ上の第2のシリコン表面領域に第2の熱酸化膜を形成する工程。
78.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
雰囲気全体の気圧に占める水分の分圧の割合が0.5%から5%の範囲の酸化性雰囲気下で、ウエハの主表面が実質的に水平になるように保持した状態で、前記ウエハ上の上記主表面上のシリコン表面にMOSトランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
79.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)爆発が起こらない温度条件下で、水に対応する化学量論的比率より酸素リッチな酸素と水素の非化学量論的な混合ガスから触媒を用いて水分を合成する工程、
(b)合成された上記水分を含む酸化性雰囲気中で、ウエハ上のシリコン表面にシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
80.以下の工程よりなる半導体集積回路装置の製造方法;
(a)実質的に酸化が進行しない程度の少量の酸素を含む非酸化性の雰囲気に保たれた摂氏700度以上の高温の酸化処理部に、被処理ウエハを導入する工程、
(b)摂氏500度以下で触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(c)上記酸化処理部において、雰囲気全体の気圧に占める合成された上記水分の分圧の割合が0.5%から5%の酸化性雰囲気中で、かつウエハ上のシリコン表面が摂氏700度以上に加熱された条件下で、上記シリコン表面に電界効果トランジスタのゲート絶縁膜となるべきシリコン酸化膜を熱酸化により形成する工程。
Further, the main outline of the present invention is divided into sections as follows.
1. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at 500 degrees Celsius or less,
(B) The ratio of the partial pressure of the synthesized water to the atmospheric pressure of the entire atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, in an oxidizing atmosphere in which hydrogen is not dominant, and in a silicon surface on a wafer. Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field-effect transistor on the silicon surface by thermal oxidation under a condition where is heated to 800 degrees Celsius or more. (It is generally well known that “dominant” means that, when referring to gas, the component is the most present in the atmosphere.)
2. 2. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
3. 3. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item 1 or 2, wherein the synthesis of the moisture is performed by causing the catalyst to act on a mixed gas of oxygen and hydrogen.
4. 4. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 1 to 3, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
5. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at 500 degrees Celsius or less,
(B) the ratio of the partial pressure of the synthesized water to the total pressure of the atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, and the silicon surface on the wafer is in an oxidizing atmosphere containing oxygen gas; Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field-effect transistor on the silicon surface by thermal oxidation under the condition heated to 800 degrees Celsius or more.
6. 6. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein the thermal oxidation is performed using a hot wall furnace.
7. 6. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein the thermal oxidation is performed using a lamp heating furnace.
8. 8. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 5 to 7, wherein the synthesized gas containing water is supplied as the oxidizing atmosphere after being diluted with a gas other than water.
9. In any one of the above items 5 to 8, the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device further includes the following steps:
(C) performing a surface treatment in an atmosphere containing nitrogen oxides without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere.
10. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) producing water using a catalyst at a temperature of 500 degrees Celsius or less,
(B) the partial pressure ratio of the synthesized water to the atmospheric pressure of the whole atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, and the silicon surface on the wafer is 800 degrees Celsius in an oxidizing atmosphere containing oxygen gas. Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface by thermal oxidation under a condition of being heated to a high degree.
11. 11. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 10, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
12. 12. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 10 or 11, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
13. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at 500 degrees Celsius or less,
(B) The ratio of the partial pressure of the synthesized water to the atmospheric pressure of the entire atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, and the oxidizing atmosphere containing oxygen gas is heated to a silicon surface of 800 ° C. or more. Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface by thermal oxidation while supplying the silicon oxide film around the heated wafer.
14. 14. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 13, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
15. 13. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 13 or 14, wherein the water is synthesized by causing the catalyst to act on a mixed gas of oxygen and hydrogen.
16. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at a temperature of 500 degrees Celsius or less in a water synthesis section;
(B) The ratio of the partial pressure of the synthesized water to the atmospheric pressure of the entire atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, and the oxidizing atmosphere containing oxygen gas is heated to a silicon surface of 800 ° C. or more. A silicon oxide film which is to be a gate insulating film of a field effect transistor is thermally oxidized on the silicon surface in the oxidation processing section while supplying the wafer around the heated wafer through a narrow portion provided between the moisture synthesis section and the oxidation processing section. A step of forming by:
17. 17. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 16, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
18. 21. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item 16 or 17, wherein the synthesis of the moisture is performed by causing the catalyst to act on a mixed gas of oxygen and hydrogen.
19. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst,
(B) diluting the synthesized first gas containing water with a second gas other than water;
(C) introducing the diluted first gas into the processing region;
(D) forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface on the wafer by thermal oxidation in the introduced first gas atmosphere in the processing region.
20. 20. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item 19, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
21. 21. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item 19 or 20, wherein the thermal oxidation is performed at 800 ° C. or higher.
22. 22. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 19 to 21, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
23. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) producing a first gas containing moisture by causing a moisture synthesis catalyst to act on a mixed gas of oxygen and hydrogen;
(B) diluting the first gas with a second gas other than water;
(C) introducing the diluted first gas into the processing region;
(D) forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface on the wafer by thermal oxidation in the introduced first gas atmosphere in the processing region.
24. 23. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 23, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
25. 21. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item 23 or 24, wherein the thermal oxidation is performed at 800 ° C. or higher.
26. 26. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 23 to 25, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
27. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) producing a first gas containing water by acting a catalyst;
(B) diluting the first gas with a second gas other than water;
(C) introducing the diluted first gas into the processing region;
(D) forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface on the wafer by thermal oxidation in the introduced first gas atmosphere in the processing region.
28. 28. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item 27, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
29. 27. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device described in the paragraph 27 or 28, the thermal oxidation is performed at 800 ° C. or higher.
30. 30. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 27 to 29, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
31. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) producing a first gas containing moisture by causing a moisture synthesis catalyst to act on a mixed gas of oxygen and hydrogen;
(B) diluting the first gas with a second gas containing oxygen as a main component;
(C) introducing the diluted first gas into the processing region;
(D) forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface on the wafer by thermal oxidation in the introduced first gas atmosphere in the processing region.
32. 32. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to the above item 31, the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
33. 31. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item 31 or 32, wherein the thermal oxidation is performed at 800 ° C. or higher.
34. 33. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 31 to 33, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
35. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) performing a surface treatment on the silicon surface on the wafer to clean the surface or remove the surface film;
(B) after the step, transferring the wafer to an oxidation processing unit without substantially exposing the wafer to an oxidizing atmosphere;
(C) a step of synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst;
(D) forming a silicon oxide film on the silicon surface by thermal oxidation in an atmosphere containing the synthesized water.
36. 36. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 35, wherein the silicon oxide film is to be a gate electrode of a MOS transistor.
37. In the above item 36, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(E) performing a surface treatment in an atmosphere containing nitrogen oxides without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere.
38. In the above item 37, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(F) forming an electrode material to be a gate electrode by vapor phase deposition without exposing the surface-treated wafer to outside air or another oxidizing atmosphere;
39. In the above item 36, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(F) forming an electrode material to be a gate electrode by vapor deposition without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere;
40. 40. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 35 to 39, wherein the oxidizing step is performed by lamp heating.
41. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) performing a surface treatment on the silicon surface on the wafer to clean the surface or remove the surface film;
(B) after the step, transferring the wafer to an oxidation processing unit without substantially exposing the wafer to an oxidizing atmosphere;
(C) producing water using a catalyst,
(D) forming a silicon oxide film on the silicon surface by thermal oxidation in an atmosphere containing the synthesized water.
42. 42. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 41, wherein the silicon oxide film is to be a gate electrode of a MOS transistor.
43. In the above item 42, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(E) performing a surface treatment in an atmosphere containing nitrogen oxides without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere.
44. In the above item 43, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(F) forming an electrode material to be a gate electrode by vapor phase deposition without exposing the surface-treated wafer to outside air or another oxidizing atmosphere;
45. In the above item 42, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(F) forming an electrode material to be a gate electrode by vapor deposition without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere;
46. 45. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 41 to 45, wherein the oxidizing step is performed by lamp heating.
47. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst,
(B) forming, by thermal oxidation, a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface on the wafer in the synthesized atmosphere containing water;
(C) a step of subjecting the wafer, on which the silicon oxide film has been formed, to a surface treatment in a gas atmosphere containing nitrogen oxide without contacting the outside air after the above step.
48. 48. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to the above item 47, the silicon oxide film is to be a gate electrode of a MOS transistor.
49. In the above item 48, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(E) performing a surface treatment in an atmosphere containing nitrogen oxides without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere.
50. 49. In the above 49, the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device further includes the following steps;
(F) forming an electrode material to be a gate electrode by vapor phase deposition without exposing the surface-treated wafer to outside air or another oxidizing atmosphere;
51. In the above item 48, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(F) forming an electrode material to be a gate electrode by vapor deposition without exposing the wafer on which the oxide film is formed to the outside air or another oxidizing atmosphere;
52. 52. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 47 to 51, wherein the oxidizing step is performed by lamp heating.
53. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) forming an element isolation groove on a silicon surface on a wafer;
(B) forming an insulating film from the outside in the device isolation groove;
(C) flattening the silicon surface to expose a portion of the silicon surface where a thermal oxide film is to be formed;
(D) a step of synthesizing water with a catalyst and forming a thermal oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor in the exposed portion in an atmosphere containing the water.
54. 54. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to the above item 53, the flattening is performed by a chemical mechanical method.
55. 55. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device described in the paragraph 53 or 54, the flattening is performed by chemical mechanical polishing.
56. 55. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 53 to 55, wherein the insulating film from the outside is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition).
57. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) forming an element isolation groove on a silicon surface on a wafer;
(B) forming an insulating film by deposition in the device isolation groove;
(C) a step of synthesizing moisture with a catalyst and forming a thermal oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on a silicon surface surrounded by the element isolation trench in an atmosphere containing the moisture.
58. In the above item 57, the method for producing a semiconductor integrated circuit device further comprises the following steps;
(D) after the step (b), flattening the silicon surface to expose a portion of the silicon surface where a thermal oxide film is to be formed.
59. 57. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device described in the paragraph 57 or 58, the flattening is performed by a chemical mechanical method.
60. 59. The manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 57 to 59, wherein the planarization is performed by chemical mechanical polishing.
61. 61. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the above items 57 to 60, wherein the external insulating film is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition).
62. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
The silicon surface on the wafer is heated by a lamp in an oxidizing atmosphere in which the ratio of the partial pressure of moisture to the entire atmospheric pressure is in the range of 0.5% to 5%. Forming a silicon oxide film to be an insulating film by thermal oxidation;
63. 63. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the paragraph 62, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
64. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) generating a first gas containing moisture by causing a catalyst to act on a mixed gas of oxygen and hydrogen;
(B) diluting the first gas with a second gas other than water;
(C) introducing the diluted first gas into the processing region;
(D) forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface on the wafer in the introduced first gas atmosphere in the processing region by thermal oxidation by lamp heating;
65. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of introducing a non-processed wafer into an oxidizing section which is preheated to the extent that moisture does not condense and kept in a substantially non-oxidizing atmosphere;
(B) In the oxidizing section, the silicon surface on the introduced wafer is heated by a lamp under an oxidizing atmosphere in which the ratio of the partial pressure of water to the whole atmospheric pressure is 0.1% or more. Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of the field effect transistor on the silicon surface by thermal oxidation.
66. 66. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 65, wherein the non-oxidizing atmosphere is a gas obtained by adding a small amount of oxygen gas mainly to nitrogen gas.
67. 66. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device described in the paragraph 65 or 66, the preheating temperature is 100 degrees Celsius or more and 500 degrees or less.
68. 67. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 65 to 67, wherein a surface temperature of the wafer during the oxidation treatment is 700 degrees Celsius or more.
69. 70. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of items 65 to 68, wherein the non-oxidizing atmosphere is introduced into the oxidizing unit after being preheated to such a degree that moisture does not condense.
70. 70. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of the items 65 to 69, wherein the wafer is preheated to such an extent that moisture does not condense and then introduced into the oxidation processing section.
71. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
The ratio of the partial pressure of water to the total atmospheric pressure is in the range of 0.5% to 5%, and the silicon surface on the wafer is heated to 800 ° C. or more in an oxidizing atmosphere containing oxygen gas. Forming a silicon oxide film having a thickness of 5 nm or less to be a gate insulating film of a field effect transistor on the silicon surface under the above-mentioned conditions by thermal oxidation.
72. 71. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 71, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
73. 72. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 71 or 72, wherein the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere around the wafer.
74. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
The ratio of the partial pressure of moisture to the atmospheric pressure of the entire atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, and in an oxidizing atmosphere containing oxygen gas, a tunnel insulating film of a flash memory is formed on the silicon surface on the wafer. Forming a silicon oxide film to be formed by thermal oxidation.
75. 74. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item 74, wherein the oxidizing atmosphere contains oxygen gas as a main component.
76. 74. In the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device described in the paragraph 74 or 75, the thermal oxidation is performed while supplying the oxidizing atmosphere to the periphery of the wafer.
77. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of generating water with a catalyst,
(B) forming a first thermal oxide film on the first silicon surface region on the wafer in the first oxidation processing unit while supplying an atmosphere gas containing water generated by the catalyst to the first oxidation processing unit; The process of
(C) a step of producing moisture by burning oxygen and hydrogen before the step (a) or after the step (b);
(D) While supplying an atmosphere gas containing moisture generated by combustion to the first or second oxidation processing section, a second heat is applied to the second silicon surface region on the wafer in the second oxidation processing section. Forming an oxide film;
78. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
In an oxidizing atmosphere in which the ratio of the partial pressure of moisture to the atmospheric pressure of the entire atmosphere is in the range of 0.5% to 5%, the main surface of the wafer is held so as to be substantially horizontal. Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of a MOS transistor on the silicon surface on the main surface by thermal oxidation.
79. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) using a catalyst to synthesize water from a non-stoichiometric mixture of oxygen and hydrogen that is richer in oxygen than the stoichiometric ratio corresponding to water under a temperature condition that does not cause an explosion;
(B) forming a silicon oxide film on the surface of the silicon on the wafer by thermal oxidation in the synthesized oxidizing atmosphere containing water.
80. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps;
(A) a step of introducing a wafer to be processed into a high-temperature oxidation processing section at a temperature of 700 ° C. or more maintained in a non-oxidizing atmosphere containing a small amount of oxygen such that oxidation does not substantially proceed;
(B) synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at a temperature of 500 degrees Celsius or less,
(C) In the oxidizing section, in a oxidizing atmosphere in which the ratio of the partial pressure of the synthesized water to the whole atmospheric pressure is 0.5% to 5%, and the silicon surface on the wafer is 700 ° C. Forming a silicon oxide film to be a gate insulating film of the field-effect transistor on the silicon surface by thermal oxidation under the above-described heated condition.

(本願発明のその他の概要等)
以上およびその他の本願発明の概要を項分けして示せば以下のごとくである。
(Other outlines of the present invention)
The above and other outlines of the invention of the present application are classified as follows as follows.

A. 以下の工程(a)、(b)を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)水素と酸素とから触媒作用によって水を生成する工程、
(b)前記水が低濃度に含まれた酸素を所定の温度に加熱した半導体ウエハの主面またはその近傍に供給し、少なくとも酸化膜形成の再現性および酸化膜厚の均一性が確保され得る程度の酸化膜成長速度で前記半導体ウエハの主面に膜厚が5nm以下の酸化膜を形成する工程。
A. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising the following steps (a) and (b):
(A) a step of generating water by catalytic action from hydrogen and oxygen,
(B) The oxygen containing a low concentration of water is supplied to or near the main surface of the semiconductor wafer heated to a predetermined temperature, so that at least reproducibility of oxide film formation and uniformity of oxide film thickness can be ensured. Forming an oxide film having a thickness of 5 nm or less on the main surface of the semiconductor wafer at an oxide film growth rate of about

B. 上記項A記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記酸化膜がMOSFETのゲート酸化膜であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     B. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item A, wherein the oxide film is a gate oxide film of a MOSFET.

C. 上記項A記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記酸化膜の膜厚が3nm以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     C. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item A, wherein the oxide film has a thickness of 3 nm or less.

D. 上記項A記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記半導体ウエハの加熱温度が800から900℃であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     D. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item A, wherein a heating temperature of the semiconductor wafer is 800 to 900 ° C.

E. 上記項A記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記(b)工程の後、前記半導体ウエハの主面に酸窒化処理を施すことにより、前記酸化膜と基板との界面に窒素を偏析させることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     E. FIG. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item A, wherein after the step (b), the main surface of the semiconductor wafer is subjected to an oxynitridation treatment, whereby nitrogen is applied to the interface between the oxide film and the substrate. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising segregating.

F. 上記項A記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記酸化膜の形成を枚葉処理で行うことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     F. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item A, wherein the oxide film is formed by single-wafer processing.

G. 上記項A記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記酸化膜の形成をバッチ処理で行うことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     G. FIG. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item A, wherein the oxide film is formed by a batch process.

H. 以下の工程(a)、(b)を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)水素と酸素とから触媒作用によって水を生成する工程、
(b)少なくとも水を含まない乾燥酸素雰囲気中で形成される酸化膜よりも優れた初期耐圧が得られる濃度の前記水が含まれた酸素を所定の温度に加熱した半導体ウエハの主面またはその近傍に供給することによって、前記半導体ウエハの主面に膜厚が5nm以下の酸化膜を形成する工程。
H. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising the following steps (a) and (b):
(A) a step of generating water by catalytic action from hydrogen and oxygen,
(B) a main surface of a semiconductor wafer or a semiconductor wafer obtained by heating oxygen containing water at a concentration that can provide an initial withstand voltage better than an oxide film formed in a dry oxygen atmosphere containing no water at a predetermined temperature, or Forming an oxide film having a thickness of 5 nm or less on the main surface of the semiconductor wafer by supplying the film to the vicinity.

I. 上記項H記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記水の濃度が40%以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     I. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item H, wherein the concentration of the water is 40% or less.

J. 上記項H記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記水の濃度が0.5から5%であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     J. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item H, wherein the concentration of the water is 0.5 to 5%.

K. 上記項H記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記酸化膜の膜厚が3nm以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     K. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above item H, wherein the thickness of the oxide film is 3 nm or less.

L. 以下の工程(a)から(c)を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)主面に第1の酸化膜が形成された半導体ウエハを洗浄部へ搬送し、前記第1の酸化膜をウエット洗浄により除去する工程、
(b)前記半導体ウエハを大気に接触させることなく、前記洗浄部から不活性ガス雰囲気の酸化処理部へ搬送する工程、
(c)触媒作用によって水素と酸素とから生成した水を低濃度に含む酸素を所定の温度に加熱した前記半導体ウエハの主面またはその近傍に供給し、少なくとも酸化膜形成の再現性および酸化膜厚の均一性が確保され得る程度の酸化膜成長速度で前記半導体ウエハの主面に膜厚が5nm以下の第2の酸化膜を形成する工程。
L. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising the following steps (a) to (c):
(A) transferring a semiconductor wafer having a first oxide film formed on a main surface thereof to a cleaning unit, and removing the first oxide film by wet cleaning;
(B) transporting the semiconductor wafer from the cleaning unit to an oxidation processing unit in an inert gas atmosphere without bringing the semiconductor wafer into contact with the atmosphere;
(C) supplying oxygen containing a low concentration of water generated from hydrogen and oxygen by a catalytic action to the main surface of the semiconductor wafer heated to a predetermined temperature or in the vicinity thereof, at least reproducibility of oxide film formation and oxide film Forming a second oxide film having a thickness of 5 nm or less on the main surface of the semiconductor wafer at an oxide film growth rate sufficient to ensure uniformity of the thickness.

M. 上記項L記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記酸化膜の膜厚が3nm以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     M. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item L, wherein the thickness of the oxide film is 3 nm or less.

N. 上記項L記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記第2の酸化膜は、前記第1の酸化膜を除去してから前記第2の酸化膜を形成するまでの間に前記半導体ウエハの表面に不所望に形成される自然酸化膜と、前記酸素との接触によって前記半導体ウエハの表面に不所望に形成される初期酸化膜とをその一部に含み、前記自然酸化膜と前記初期酸化膜の合計の膜厚は、前記第2の酸化膜全体の膜厚の2分の1以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     N. L. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to item L, wherein the second oxide film is formed after removing the first oxide film and before forming the second oxide film. A natural oxide film that is undesirably formed on the surface of the wafer, and an initial oxide film that is undesirably formed on the surface of the semiconductor wafer due to contact with the oxygen as a part thereof; A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the total thickness of the initial oxide film is equal to or less than half the thickness of the entire second oxide film.

O. 上記項L記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、前記自然酸化膜と前記初期酸化膜の合計の膜厚は、前記第2の酸化膜全体の膜厚の3分の1以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     O. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the item L, wherein a total film thickness of the natural oxide film and the initial oxide film is one third or less of a total film thickness of the second oxide film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:

P. 半導体ウエハの第1領域および第2領域に第1の酸化膜を形成した後、前記半導体ウエハの第1領域に形成された前記第1の酸化膜を除去する工程と、前記半導体ウエハの第1領域および第2領域に残った前記第1の絶縁膜上に第2の酸化膜を形成する工程とを含み、前記第1および第2の酸化膜の少なくとも一方を上記項1記載の工程(a)、(b)を含む方法によって形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。     P. Forming a first oxide film on a first region and a second region of the semiconductor wafer, and then removing the first oxide film formed on the first region of the semiconductor wafer; Forming a second oxide film on the first insulating film remaining in the region and the second region; and forming at least one of the first and second oxide films in the step (a) And (b). A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.

本発明によれば、膜厚が5nm以下でしかも高品質の極薄ゲート酸化膜を均一な膜厚で再現性良く形成することができるので、ゲート長が0.25μmあるいはそれ以下の微細なMOSFETを有する半導体集積回路装置の信頼性、製造歩留まりを向上させることができる。   According to the present invention, a high quality ultra-thin gate oxide film having a thickness of 5 nm or less and a uniform thickness can be formed with good reproducibility, so that a fine MOSFET having a gate length of 0.25 μm or less can be formed. The reliability and the manufacturing yield of the semiconductor integrated circuit device having the above can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.

また、説明の便宜のためにいくつかの実施例または項目に分けて説明するが、これらの各実施の形態または項目はそれぞれバラバラのものではなく、相互に一部の他の変形例、一部工程の詳細、一部工程に用いる装置等の関係を有していることは言うまでもない。すなわち、一連の実施の形態で説明した個々の装置または単位プロセス等は他の実施例にほぼそのまま適用できる場合には逐一繰り返さないことにする。また、逆に独立して説明した個々の装置または単位プロセス等は他の実施の形態にほぼそのまま適用できる場合には逐一繰り返さないことにする。   In addition, for convenience of explanation, the present invention will be described by being divided into some examples or items. However, each of these embodiments or items is not separate, and some of the other modified examples and some of them are mutually reciprocal. It goes without saying that there is a relationship between the details of the process and the devices used for some of the processes. That is, the individual devices or unit processes described in the series of embodiments will not be repeated one by one when they can be applied to other embodiments almost as they are. Conversely, individual devices or unit processes described independently will not be repeated one by one when they can be applied to other embodiments almost as they are.

(半導体プロセスA)
本実施の形態のCMOSFET(Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) の製造方法を図1から図26(主に図1から8、10、16、および22から26)を用いて説明する。
(Semiconductor process A)
A method of manufacturing a CMOSFET (Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 26 (mainly, FIGS. 1 to 8, 10, 16, and 22 to 26).

まず、図1に示すように、比抵抗が10Ωcm程度の単結晶シリコンからなる半導体基板1を熱処理してその主面に膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜2を形成(熱酸化プロセスA1)した後、この酸化シリコン膜2上に膜厚100nm程度の窒化シリコン膜3をCVD法で堆積する。次に、図2に示すように、窒化シリコン膜3上に素子分離領域を開孔したフォトレジスト4を形成し、このフォトレジスト4をマスクにして窒化シリコン膜3をパターニングする。   First, as shown in FIG. 1, a semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon having a specific resistance of about 10 Ωcm was heat-treated to form a thin silicon oxide film 2 having a thickness of about 10 nm on its main surface (thermal oxidation process A1). Thereafter, a silicon nitride film 3 having a thickness of about 100 nm is deposited on the silicon oxide film 2 by a CVD method. Next, as shown in FIG. 2, a photoresist 4 having an element isolation region is formed on the silicon nitride film 3, and the silicon nitride film 3 is patterned using the photoresist 4 as a mask.

次に、フォトレジスト4を除去した後、図3に示すように、窒化シリコン膜3をマスクにして酸化シリコン膜2と半導体基板1とを順次エッチングして半導体基板1に深さ350nm程度の溝5aを形成し、続いて900から1150℃の熱酸化処理を施して溝5aの内壁に酸化シリコン膜6を形成(熱酸化プロセスA2)する。   Next, after removing the photoresist 4, the silicon oxide film 2 and the semiconductor substrate 1 are sequentially etched using the silicon nitride film 3 as a mask, as shown in FIG. 5a is formed, and then a thermal oxidation treatment at 900 to 1150 ° C. is performed to form a silicon oxide film 6 on the inner wall of the groove 5a (thermal oxidation process A2).

次に、図4に示すように、例えばオゾン(O3)とテトラエトキシシラン((C25O)4Si)とをソースガスに用いたCVD法で半導体基板1上に膜厚800nm程度の酸化シリコン膜7を堆積した後、図5に示すように、酸化シリコン膜7を化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)法で研磨し、窒化シリコン膜3を研磨のストッパに用いて溝5aの内部のみに酸化シリコン膜7を残すことにより、素子分離溝5を形成する。続いて、約1000℃の熱処理を施して素子分離溝5の内部の酸化シリコン膜7をデンシファイする。 Next, as shown in FIG. 4, a film thickness of about 800 nm is formed on the semiconductor substrate 1 by a CVD method using, for example, ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane ((C 2 H 5 O) 4 Si) as a source gas. After the silicon oxide film 7 is deposited, as shown in FIG. 5, the silicon oxide film 7 is polished by a chemical mechanical polishing (CMP) method, and the groove is formed by using the silicon nitride film 3 as a polishing stopper. The element isolation groove 5 is formed by leaving the silicon oxide film 7 only inside 5a. Subsequently, a heat treatment at about 1000 ° C. is performed to densify the silicon oxide film 7 inside the element isolation trench 5.

次に、熱リン酸を用いたウェットエッチングで窒化シリコン膜3を除去した後、図6に示すように、pチャネル型MOSFETの形成領域(図の左側)を開孔したフォトレジスト8をマスクにして半導体基板1にn型ウエルを形成するための不純物をイオン打ち込みし、さらにpチャネル型MOSFETのしきい値電圧を調整するための不純物をイオン打ち込みする。n型ウエル形成用の不純物は、例えばP(リン)を使用し、エネルギー=360keV、ドーズ量=1.5×1013/cm2でイオン打ち込みする。また、しきい値電圧調整用の不純物は、例えばPを使用し、エネルギー=40keV、ドーズ量=2×1012/cm2でイオン打ち込みする。 Next, after the silicon nitride film 3 is removed by wet etching using hot phosphoric acid, as shown in FIG. 6, a photoresist 8 in which a formation region (left side in the drawing) of the p-channel MOSFET is opened is used as a mask. Then, an impurity for forming an n-type well is ion-implanted in the semiconductor substrate 1 and an impurity for adjusting a threshold voltage of the p-channel MOSFET is ion-implanted. As an impurity for forming an n-type well, for example, P (phosphorus) is used, and ions are implanted at an energy of 360 keV and a dose of 1.5 × 10 13 / cm 2 . As the impurity for adjusting the threshold voltage, for example, P is used, and ions are implanted at an energy of 40 keV and a dose of 2 × 10 12 / cm 2 .

次に、フォトレジスト8を除去した後、図7に示すように、nチャネル型MOSFETの形成領域(図の右側)を開孔したフォトレジスト9をマスクにして半導体基板1にp型ウエルを形成するための不純物をイオン打ち込みし、さらにnチャネル型MOSFETのしきい値電圧を調整するための不純物をイオン打ち込みする。p型ウエル形成用の不純物は、例えばB(ホウ素)を使用し、エネルギー=200keV、ドーズ量=1.0×1013/cm2でイオン打ち込みする。また、しきい値電圧調整用の不純物は、例えばフッ化ホウ素(BF2)を使用し、エネルギー=40keV、ドーズ量=2×1012/cm2でイオン打ち込みする。 Next, after removing the photoresist 8, as shown in FIG. 7, a p-type well is formed in the semiconductor substrate 1 using the photoresist 9 in which the formation region (the right side in the figure) of the n-channel MOSFET is opened as a mask. The impurity for adjusting the threshold voltage of the n-channel MOSFET is further ion-implanted. As the impurity for forming the p-type well, for example, B (boron) is used, and ion implantation is performed at an energy of 200 keV and a dose of 1.0 × 10 13 / cm 2 . As the impurity for adjusting the threshold voltage, for example, boron fluoride (BF 2 ) is used, and ions are implanted at an energy of 40 keV and a dose of 2 × 10 12 / cm 2 .

次に、フォトレジスト9を除去した後、図8に示すように、半導体基板1を950℃、1分程度熱処理して上記n型不純物およびp型不純物を引き伸ばし拡散することにより、pチャネル型MOSFET形成領域の半導体基板1にn型ウエル10を形成し、その表面近傍にp型チャネル領域12を形成する。また同時に、nチャネル型MOSFET形成領域の半導体基板1にp型ウエル11を形成し、その表面近傍にn型チャネル領域13を形成する。   Next, after removing the photoresist 9, as shown in FIG. 8, the semiconductor substrate 1 is heat-treated at 950 ° C. for about 1 minute to expand and diffuse the n-type impurity and the p-type impurity, thereby forming a p-channel MOSFET. An n-type well 10 is formed on the semiconductor substrate 1 in the formation region, and a p-type channel region 12 is formed near the surface thereof. At the same time, a p-type well 11 is formed on the semiconductor substrate 1 in the n-channel type MOSFET formation region, and an n-type channel region 13 is formed near the surface thereof.

次に、上記n型ウエル10とp型ウエル11のそれぞれの表面に以下の方法でゲート酸化膜を形成(熱酸化プロセスA3)する。   Next, a gate oxide film is formed on each surface of the n-type well 10 and the p-type well 11 by the following method (thermal oxidation process A3).

図9は、ゲート酸化膜の形成に使用する枚葉式酸化膜形成装置の概略図である。図示のように、この酸化膜形成装置100は、ゲート酸化膜の形成に先だって半導体ウエハ1Aの表面の酸化膜をウェット洗浄方式で除去する洗浄装置101の後段に接続されている。このような洗浄−酸化一貫処理システムを採用することにより、洗浄装置101内で洗浄処理に付された半導体ウエハ1Aを大気に接触させることなく、かつ短時間で酸化膜形成装置100へ搬送できるので、酸化膜を除去してからゲート酸化膜を形成するまでの間に半導体ウエハ1Aの表面に自然酸化膜が形成されるのを極力抑制することができる。   FIG. 9 is a schematic diagram of a single-wafer oxide film forming apparatus used for forming a gate oxide film. As shown, the oxide film forming apparatus 100 is connected to a subsequent stage of a cleaning apparatus 101 that removes an oxide film on the surface of the semiconductor wafer 1A by a wet cleaning method before forming a gate oxide film. By employing such an integrated cleaning-oxidizing processing system, the semiconductor wafer 1A subjected to the cleaning processing in the cleaning apparatus 101 can be transferred to the oxide film forming apparatus 100 in a short time without contact with the atmosphere. The formation of a natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer 1A during the period from the removal of the oxide film to the formation of the gate oxide film can be minimized.

洗浄装置101のローダ102にロードされた半導体ウエハ1Aは、まず洗浄室103に搬送され、例えばNH4OH+H22+H2O等の洗浄液による洗浄処理に付された後、フッ酸洗浄室104に搬送され、希フッ酸(HF+H2O)による洗浄処理に付されて表面の酸化シリコン膜が除去される(図10)。その後、半導体ウエハ1Aは乾燥室105に搬送されて乾燥処理に付され、表面の水分が除去される。半導体ウエハ1Aの表面に残留した水分は、ゲート酸化膜中やゲート酸化膜/シリコン界面にSi−H、Si−OH等の構造欠陥を引き起こして電荷トラップを形成する原因となるので、十分に除去しておく必要がある。 The semiconductor wafer 1A loaded on the loader 102 of the cleaning apparatus 101 is first transported to the cleaning chamber 103, and subjected to a cleaning process using a cleaning liquid such as NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O, and then to a hydrofluoric acid cleaning chamber 104. And subjected to a cleaning treatment with dilute hydrofluoric acid (HF + H 2 O) to remove the silicon oxide film on the surface (FIG. 10). Thereafter, the semiconductor wafer 1A is transported to the drying chamber 105 and subjected to a drying process to remove water on the surface. Moisture remaining on the surface of the semiconductor wafer 1A is sufficiently removed because it causes a structural defect such as Si-H or Si-OH in a gate oxide film or a gate oxide film / silicon interface to form a charge trap. It is necessary to keep.

乾燥処理の終わった半導体ウエハ1Aは、バッファ106を通って直ちに酸化膜形成装置100へと搬送される。   The semiconductor wafer 1A after the drying process is immediately transferred to the oxide film forming apparatus 100 through the buffer 106.

この酸化膜形成装置100は、例えば酸化膜形成室107、酸窒化膜形成室108、クーリングステージ109、ローダ/アンローダ110等を備えたマルチチャンバ方式で構成されており、装置中央の搬送系112は、半導体ウエハ1Aを上記各処理室に(から)搬入(搬出)するためのロボットハンド113を備えている。搬送系112の内部は、大気の混入によって半導体ウエハ1Aの表面に自然酸化膜が形成されるのを極力抑制するために、窒素等の不活性ガス雰囲気に保たれる。また、搬送系112の内部は、半導体ウエハ1Aの表面に水分が付着するのを極力抑制するために、ppbレベルの超低水分雰囲気に保たれる。酸化膜形成装置100に搬入された半導体ウエハ1Aは、ロボットハンド113を介してまず酸化膜形成室107に1枚あるいは2枚単位で搬送される。   The oxide film forming apparatus 100 is configured in a multi-chamber system including, for example, an oxide film forming chamber 107, an oxynitride film forming chamber 108, a cooling stage 109, a loader / unloader 110, and the like. And a robot hand 113 for loading (unloading) the semiconductor wafer 1A into (from) each of the processing chambers. The inside of the transfer system 112 is kept in an inert gas atmosphere such as nitrogen in order to minimize formation of a natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer 1A due to mixing with the atmosphere. Further, the inside of the transfer system 112 is kept in an ultra-low moisture atmosphere of ppb level in order to minimize the attachment of moisture to the surface of the semiconductor wafer 1A. The semiconductor wafer 1 </ b> A carried into the oxide film forming apparatus 100 is first transferred to the oxide film forming chamber 107 via the robot hand 113 in units of one or two wafers.

図11(a)は、酸化膜形成室107の具体的な構成の一例を示す概略平面図、図11(b)は、図11(a)のB−B’線に沿った断面図である。   FIG. 11A is a schematic plan view illustrating an example of a specific configuration of the oxide film forming chamber 107, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. .

この酸化膜形成室107は、多重壁石英管で構成されたチャンバ120を備えており、その上部および下部には半導体ウエハ1Aを加熱するヒータ121a、121bが設置されている。チャンバ120の内部には、このヒータ121a、121bから供給される熱を半導体ウエハ1Aの全面に均等に分散させる円盤状の均熱リング122が収容され、その上部に半導体ウエハ1Aを水平に保持するサセプタ123が載置されている。均熱リング122は、石英あるいはSiC(シリコンカーバイド)等の耐熱材料で構成され、チャンバ120の壁面から延びる支持アーム124によって支持されている。均熱リング122の近傍には、サセプタ123に保持された半導体ウエハ1Aの温度を測定する熱電対125が設置されている。半導体ウエハ1Aの加熱は、ヒータ121a、121bによる加熱方式の他、例えば図12に示すようなランプ130による加熱方式を採用してもよい。   The oxide film forming chamber 107 includes a chamber 120 composed of a multi-walled quartz tube, and heaters 121a and 121b for heating the semiconductor wafer 1A are installed at upper and lower portions thereof. Inside the chamber 120, a disc-shaped heat equalizing ring 122 for uniformly dispersing the heat supplied from the heaters 121a and 121b over the entire surface of the semiconductor wafer 1A is housed, and the semiconductor wafer 1A is held horizontally above the ring. The susceptor 123 is placed. The heat equalizing ring 122 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC (silicon carbide), and is supported by a support arm 124 extending from a wall surface of the chamber 120. A thermocouple 125 for measuring the temperature of the semiconductor wafer 1A held by the susceptor 123 is provided near the heat equalizing ring 122. For heating the semiconductor wafer 1A, for example, a heating method using a lamp 130 as shown in FIG. 12 may be adopted in addition to the heating method using the heaters 121a and 121b.

チャンバ120の壁面の一部には、チャンバ120内に水、酸素およびパージガスを導入するためのガス導入管126の一端が接続されている。このガス導入管126の他端は、後述する触媒方式の水分生成装置に接続されている。ガス導入管126の近傍には、多数の貫通孔127を備えた隔壁128が設けられており、チャンバ120内に導入されたガスは、この隔壁128の貫通孔127を通過してチャンバ120内に均等に行き渡る。チャンバ120の壁面の他の一部には、チャンバ120内に導入された上記ガスを排出するための排気管129の一端が接続されている。   One end of a gas introduction pipe 126 for introducing water, oxygen, and a purge gas into the chamber 120 is connected to a part of the wall surface of the chamber 120. The other end of the gas introduction pipe 126 is connected to a catalyst-type moisture generator described later. A partition 128 having a large number of through holes 127 is provided in the vicinity of the gas introduction pipe 126, and gas introduced into the chamber 120 passes through the through holes 127 of the partition 128 and enters the chamber 120. Spread evenly. One end of an exhaust pipe 129 for discharging the gas introduced into the chamber 120 is connected to another part of the wall surface of the chamber 120.

図13および図14は、上記チャンバ120に接続された触媒方式の水分生成装置を示す概略図である。この水分生成装置140は、耐熱耐食性合金(例えば商品名「ハステロイ(Hastelloy)」として知られるNi合金等)で構成された反応器141を備えており、その内部にはPt(プラチナ)、Ni(ニッケル)あるいはPd(パラジウム)等の触媒金属からなるコイル142とこのコイル142を加熱するヒータ143とが収容されている。   FIG. 13 and FIG. 14 are schematic diagrams showing a catalytic-type water generating apparatus connected to the chamber 120. The moisture generator 140 includes a reactor 141 made of a heat-resistant and corrosion-resistant alloy (for example, a Ni alloy known as “Hastelloy”), and contains Pt (platinum), Ni ( A coil 142 made of a catalyst metal such as nickel (Ni) or Pd (palladium) and a heater 143 for heating the coil 142 are housed.

上記反応器141には、水素および酸素からなるプロセスガスと、窒素あるいはAr(アルゴン)等の不活性ガスからなるパージガスとがガス貯留槽144a、144b、144cから配管145を通じて導入される。配管145の途中には、ガスの量を調節するマスフローコントローラ146a、146b、146cと、ガスの流路を開閉する開閉バルブ147a、147b、147cとが設置され、反応器141内に導入されるガスの量および成分比がこれらによって精密に制御される。   A process gas composed of hydrogen and oxygen and a purge gas composed of an inert gas such as nitrogen or Ar (argon) are introduced into the reactor 141 from a gas storage tank 144a, 144b, 144c through a pipe 145. In the middle of the pipe 145, mass flow controllers 146a, 146b, 146c for adjusting the amount of gas, and opening / closing valves 147a, 147b, 147c for opening and closing the gas flow path are provided. The amounts and component ratios are precisely controlled by these.

反応器141内に導入されたプロセスガス(水素および酸素)は、350から450℃程度に加熱されたコイル142に接触して励起され、水素分子からは水素ラジカルが生成し(H2→2H+)、酸素分子からは酸素ラジカルが生成する(O2→2O-)。これら2種のラジカルは化学的に極めて活性であるために、速やかに反応して水を生成する(2H++O-→H2O)。この水は、接続部148内で酸素と混合されて低濃度に希釈され、前記ガス導入管126を通って酸化膜形成室107のチャンバ120に導入される。 The process gas (hydrogen and oxygen) introduced into the reactor 141 is excited by contacting the coil 142 heated to about 350 to 450 ° C., and hydrogen radicals are generated from hydrogen molecules (H 2 → 2H +). ), Oxygen radicals are generated from oxygen molecules (O 2 → 2O ). Since these two radicals are extremely active chemically, they react quickly to produce water (2H + + O → H 2 O). This water is mixed with oxygen in the connection portion 148 and diluted to a low concentration, and is introduced into the chamber 120 of the oxide film formation chamber 107 through the gas introduction pipe 126.

上記のような触媒方式の水分生成装置140は、水の生成に関与する水素と酸素の量を高精度に制御できるので、酸素と共に酸化膜形成室107のチャンバ120に導入される水の濃度をppt以下の超低濃度から数10%程度の高濃度まで広範囲に、かつ高精度に制御することができる。また、反応器141にプロセスガスを導入すると瞬時に水が生成されるため、所望する水分濃度がリアルタイムで得られる。従って、反応器141内に水素と酸素を同時に導入することができ、燃焼方式を採用する従来の水分生成システムのように、水素の導入に先立って酸素を導入する必要はない。なお、反応器141内の触媒金属は、水素や酸素をラジカル化できるものであれば前述した金属以外の材料を使用してもよい。また、触媒金属はコイル状に加工して使用する他、例えば中空の管あるいは細かい繊維フィルタ等に加工してその内部にプロセスガスを通してもよい。   Since the above-described catalytic water generator 140 can control the amounts of hydrogen and oxygen involved in the generation of water with high accuracy, the concentration of water introduced into the oxide film forming chamber 107 together with oxygen can be reduced. It can be controlled in a wide range and with high precision from an ultra-low concentration of ppt or less to a high concentration of about several tens of percent. Further, since water is instantaneously generated when the process gas is introduced into the reactor 141, a desired moisture concentration can be obtained in real time. Therefore, hydrogen and oxygen can be introduced into the reactor 141 at the same time, and there is no need to introduce oxygen prior to the introduction of hydrogen as in a conventional moisture generation system employing a combustion method. As the catalyst metal in the reactor 141, a material other than the above-described metals may be used as long as it can radicalize hydrogen or oxygen. The catalyst metal may be used after being processed into a coil shape, or may be processed into, for example, a hollow tube or a fine fiber filter and the process gas may be passed through the inside.

上記酸化膜形成装置100を使ったゲート酸化膜形成のシーケンスの一例を図15を参照しながら説明する。   An example of a sequence of forming a gate oxide film using the oxide film forming apparatus 100 will be described with reference to FIG.

まず、酸化膜形成室107のチャンバ120を開放し、その内部にパージガス(窒素)を導入しながら半導体ウエハ1Aをサセプタ123の上にロードする。半導体ウエハ1Aをチャンバ120に搬入してからサセプタ123の上にロードするまでの時間は55秒である。その後、チャンバ120を閉鎖し、引き続きパージガスを30秒間導入してチャンバ120内のガス交換を十分に行う。サセプタ123は、半導体ウエハ1Aが速やかに加熱されるよう、あらかじめヒータ121a、121bで加熱しておく。半導体ウエハ1Aの加熱温度は、800から900℃の範囲内、例えば850℃とする。ウエハ温度が800℃以下ではゲート酸化膜の品質が低下する。他方、900℃以上ではウエハの表面荒れが発生し易くなる。   First, the chamber 120 of the oxide film forming chamber 107 is opened, and the semiconductor wafer 1A is loaded on the susceptor 123 while introducing a purge gas (nitrogen) therein. The time from loading the semiconductor wafer 1A into the chamber 120 to loading it on the susceptor 123 is 55 seconds. Thereafter, the chamber 120 is closed, and a purge gas is continuously introduced for 30 seconds to sufficiently exchange the gas in the chamber 120. The susceptor 123 is previously heated by the heaters 121a and 121b so that the semiconductor wafer 1A is quickly heated. The heating temperature of the semiconductor wafer 1A is in the range of 800 to 900 ° C., for example, 850 ° C. If the wafer temperature is lower than 800 ° C., the quality of the gate oxide film is deteriorated. On the other hand, when the temperature is 900 ° C. or more, the surface of the wafer is likely to be roughened.

次に、水分生成装置140の反応器141に酸素と水素を15秒間導入し、生成した水を酸素と共にチャンバ120に導入して半導体ウエハ1Aの表面を5分間酸化することにより、膜厚5nm以下、例えば4nmのゲート酸化膜14を形成する(図16)。   Next, oxygen and hydrogen are introduced into the reactor 141 of the moisture generator 140 for 15 seconds, the generated water is introduced into the chamber 120 together with oxygen, and the surface of the semiconductor wafer 1A is oxidized for 5 minutes, so that the film thickness is 5 nm or less. For example, a gate oxide film 14 of, eg, 4 nm is formed (FIG. 16).

反応器141に酸素と水素を導入する際には、水素を酸素より先に導入しないようにする。水素を酸素より先に導入すると、未反応の水素が高温のチャンバ120に流入するため危険である。他方、酸素を水素より先に導入すると、この酸素がチャンバ120に流入し、待機中の半導体ウエハ1Aの表面に低品質の酸化膜(初期酸化膜)を形成する。従って、水素は酸素と同時に導入するか、あるいは作業の安全性を考慮して酸素よりも僅かに遅いタイミング(0から5秒以内)で導入する。このようにすると、半導体ウエハ1Aの表面に不所望に形成される初期酸化膜の膜厚を最小限に抑制することができる。   When oxygen and hydrogen are introduced into the reactor 141, hydrogen is not introduced before oxygen. It is dangerous to introduce hydrogen before oxygen because unreacted hydrogen flows into the hot chamber 120. On the other hand, when oxygen is introduced before hydrogen, the oxygen flows into the chamber 120, and a low-quality oxide film (initial oxide film) is formed on the surface of the semiconductor wafer 1A during standby. Therefore, hydrogen is introduced at the same time as oxygen, or at a timing slightly later than oxygen (within 0 to 5 seconds) in consideration of work safety. By doing so, the thickness of the initial oxide film undesirably formed on the surface of the semiconductor wafer 1A can be suppressed to a minimum.

図17は、酸化膜成長速度に対する水分濃度の依存性を示すグラフであり、横軸は酸化時間、縦軸は酸化膜厚を示している。図示のように、酸化膜成長速度は、水分濃度が0(ドライ酸化)のときに最も遅く、水分濃度が高くなるにつれて速くなる。従って、膜厚が5nm程度もしくはそれ以下の極薄ゲート酸化膜を再現性良く、かつ均一な膜厚で形成するためには、水分濃度を低くして酸化膜成長速度を遅らせ、安定な酸化条件で成膜を行うことが有効である。   FIG. 17 is a graph showing the dependence of the moisture concentration on the growth rate of the oxide film, where the horizontal axis indicates the oxidation time and the vertical axis indicates the oxide film thickness. As shown in the figure, the growth rate of the oxide film is the lowest when the moisture concentration is 0 (dry oxidation), and increases as the moisture concentration increases. Therefore, in order to form an ultra-thin gate oxide film having a thickness of about 5 nm or less with good reproducibility and a uniform film thickness, it is necessary to lower the moisture concentration to slow down the oxide film growth rate and to achieve stable oxidation conditions. It is effective to form a film by using.

図18は、半導体基板、ゲート酸化膜およびゲート電極で構成されるMOSダイオードの酸化膜初期耐圧に対する水分濃度の依存性を示すグラフであり、横軸はMOSダイオードの一方の電極(ゲート電極)に印可する電圧、縦軸はゲート酸化膜中の欠陥密度を示している。ここでは、水分濃度の影響を顕在化させるために、膜厚=9nm、面積=0.19cm2のゲート酸化膜を(1)酸化温度=850℃、水分濃度=0、(2)酸化温度=850℃、水分濃度=0.8%、(3)縦型拡散炉を使用し、酸化温度=800℃、水分濃度=40%の条件で形成したMOSダイオードを使用した。図示のように、水分濃度=0.8%の低水分条件で形成したゲート酸化膜は、水分濃度=0(ドライ酸化)で形成したゲート酸化膜および水分濃度=40%の高水分条件で形成したゲート酸化膜のいずれに比べても良好な初期耐圧を示した。 FIG. 18 is a graph showing the dependency of the moisture concentration on the oxide film initial withstand voltage of a MOS diode composed of a semiconductor substrate, a gate oxide film, and a gate electrode. The horizontal axis represents one electrode (gate electrode) of the MOS diode. The applied voltage and the vertical axis indicate the defect density in the gate oxide film. Here, in order to make the influence of the moisture concentration obvious, a gate oxide film having a thickness of 9 nm and an area of 0.19 cm 2 was formed by (1) oxidation temperature = 850 ° C., moisture concentration = 0, and (2) oxidation temperature = A MOS diode formed at 850 ° C., a water concentration of 0.8%, and (3) using a vertical diffusion furnace at an oxidation temperature of 800 ° C. and a water concentration of 40% was used. As shown in the figure, the gate oxide film formed under the low moisture condition of the water concentration = 0.8% is formed under the condition of the gate oxide film formed at the water concentration = 0 (dry oxidation) and the high moisture condition of the water concentration = 40%. A good initial breakdown voltage was exhibited as compared with any of the gate oxide films obtained.

図19は、上記MOSダイオードの電極間に定電流(Is)を流したときの電圧変化量に対する水分濃度の依存性を示すグラフである。図示のように、水分濃度=0(ドライ酸化)で形成したゲート酸化膜を使用したMOSダイオードは、酸化膜中の欠陥密度が高いことに起因して電圧変化量が大きかった。   FIG. 19 is a graph showing the dependency of the water concentration on the amount of voltage change when a constant current (Is) is passed between the electrodes of the MOS diode. As shown in the figure, in the MOS diode using the gate oxide film formed with the moisture concentration = 0 (dry oxidation), the voltage change was large due to the high defect density in the oxide film.

図20は、上記酸化膜形成装置100を使って形成したゲート酸化膜のウエハ面内における膜厚分布を示している。ここでは、ウエハ温度を850℃に設定し、水分濃度=0.8%で2分30秒間酸化した場合について示した。図示のように、膜厚の最大値=2.881nm、最小値=2.814nmとなり、膜厚のばらつきが±1.18%という良好な面内均一性が得られた。   FIG. 20 shows the thickness distribution of the gate oxide film formed using the oxide film forming apparatus 100 in the wafer surface. Here, the case where the wafer temperature is set to 850 ° C. and the oxidation is performed at a water concentration of 0.8% for 2 minutes and 30 seconds is shown. As shown in the drawing, the maximum value of the film thickness was 2.881 nm and the minimum value was 2.814 nm, and good in-plane uniformity with a variation of the film thickness of ± 1.18% was obtained.

以上のことから、酸化膜形成室107のチャンバ120に導入する水の好ましい濃度(水/水+酸素)は、ドライ酸化(水分濃度=0)で形成したときよりも優れた初期耐圧が得られる濃度を下限とし、従来の燃焼方式を採用した場合の上限である40%程度までの範囲内とすればよく、特に膜厚が5nm程度もしくはそれ以下の極薄ゲート酸化膜を均一な膜厚で再現性良く、しかも高品質が得られるように形成するためには、水の濃度を0.5%から5%の範囲内とするのが好ましいという結論が得られる。   From the above, the preferable concentration of water (water / water + oxygen) introduced into the chamber 120 of the oxide film formation chamber 107 is an initial withstand voltage superior to that obtained by dry oxidation (moisture concentration = 0). The concentration may be set to the lower limit and within the range of about 40%, which is the upper limit in the case where the conventional combustion method is employed. Particularly, an ultra-thin gate oxide film having a thickness of about 5 nm or less may be formed in a uniform thickness. It can be concluded that the water concentration is preferably in the range of 0.5% to 5% in order to form the film with good reproducibility and high quality.

図21は、熱酸化によって得られるゲート酸化膜の成分の内訳を示すもので、図の右側のグラフは、上述した本実施の形態の方法で形成した膜厚4nmのゲート酸化膜、中央のグラフは、燃焼方式を利用した従来方法で形成した膜厚4nmのゲート酸化膜、左側のグラフは、同じ従来方法で形成した膜厚9nmのゲート酸化膜である。   FIG. 21 shows a breakdown of the components of the gate oxide film obtained by thermal oxidation. The graph on the right side of the figure shows the gate oxide film having a thickness of 4 nm formed by the method of the present embodiment described above, and the graph on the center. Indicates a gate oxide film having a thickness of 4 nm formed by the conventional method using the combustion method, and the left graph indicates a gate oxide film having a thickness of 9 nm formed by the same conventional method.

図示のように、本実施の形態では、洗浄−酸化一貫処理システムを採用し、前洗浄から酸化膜形成までの間の雰囲気中の酸素との接触を極力回避するようにした結果、酸化膜形成装置内での制御可能な酸化膜の形成に先立って形成されるこの自然酸化膜の膜厚を従来方法の0.7nm(トータル膜厚の17.5%)から0.3nm(トータル膜厚の7.5%)まで薄くすることができた。また、触媒による水分生成方式を採用し、酸化膜形成装置内への酸化種の即時導入を図った結果、目的とする本来の酸化膜の形成に先立って、酸化種中の酸素との接触により不所望に形成される初期酸化膜の膜厚を従来方法の0.8nm(トータル膜厚の20%)から0.3nm(トータル膜厚の7.5%)まで薄くすることができた。この結果、目的とする本来の制御可能な酸化膜がトータル膜厚の85%を占める高品質の極薄ゲート酸化膜を形成することができた。さらに、前述したように、酸化種の水分濃度の最適化を図り、酸化膜成長速度を下げて安定な酸化条件で成膜を行うようにした結果、高品質の極薄ゲート酸化膜を均一な膜厚で再現性良く形成することができた。   As shown in the figure, in the present embodiment, an integrated cleaning-oxidizing treatment system is employed to minimize the contact with oxygen in the atmosphere from the pre-cleaning to the formation of the oxide film. The thickness of this natural oxide film formed prior to the formation of a controllable oxide film in the apparatus is increased from 0.7 nm (17.5% of the total film thickness) of the conventional method to 0.3 nm (total film thickness). 7.5%). In addition, as a result of adopting a catalyst-based water generation method and immediately introducing the oxidizing species into the oxide film forming apparatus, prior to the formation of the intended original oxide film, contact with oxygen in the oxidizing species occurs. The thickness of the undesired initial oxide film can be reduced from 0.8 nm (20% of the total film thickness) of the conventional method to 0.3 nm (7.5% of the total film thickness). As a result, it was possible to form a high quality ultra-thin gate oxide film in which the intended original controllable oxide film occupies 85% of the total film thickness. Further, as described above, the moisture concentration of the oxidizing species was optimized, and the film growth rate was reduced to form a film under stable oxidation conditions. As a result, a high-quality ultra-thin gate oxide film was uniformly formed. The film could be formed with good reproducibility by the film thickness.

次に、上記ゲート酸化膜を形成した以後のCMOSプロセスを簡単に説明する。   Next, the CMOS process after forming the gate oxide film will be briefly described.

前記図14に示すように、ゲート酸化膜14の形成が完了した後、まず酸化膜形成室107のチャンバ120にパージガスを2分20秒間導入し、チャンバ120内に残った酸化種を排気する。続いて半導体ウエハ1Aをサセプタ123から55秒でアンロードし、チャンバ120から搬出する。   As shown in FIG. 14, after the formation of the gate oxide film 14 is completed, first, a purge gas is introduced into the chamber 120 of the oxide film formation chamber 107 for 2 minutes and 20 seconds, and the oxidizing species remaining in the chamber 120 is exhausted. Subsequently, the semiconductor wafer 1A is unloaded from the susceptor 123 in 55 seconds and carried out of the chamber 120.

次に、半導体ウエハ1Aを前記図9に示す酸窒化膜形成室108に搬送し、NO(酸化窒素)あるいはN2O(亜酸化窒素)雰囲気中で半導体ウエハ1Aを熱処理することによって、ゲート酸化膜14と半導体基板1との界面に窒素を偏析させる。 Next, the semiconductor wafer 1A is transported to the oxynitride film forming chamber 108 shown in FIG. 9 and the semiconductor wafer 1A is subjected to a heat treatment in an NO (nitrogen oxide) or N 2 O (nitrogen oxide) atmosphere to thereby perform gate oxidation. Nitrogen segregates at the interface between the film 14 and the semiconductor substrate 1.

ゲート酸化膜14が5nm程度まで薄くなると、半導体基板1との熱膨張係数差に起因して両者の界面に生じる歪みが顕在化し、ホットキャリアの発生を誘発する。半導体基板1との界面に偏析した窒素はこの歪みを緩和するので、上記の酸窒化処理は、極薄ゲート酸化膜14の信頼性を向上できる。なお、N2Oを使用して酸窒化処理を行うときは、N2Oの分解によって生じた酸素による酸化も進行するので、ゲート酸化膜14の膜厚が1nm程度厚くなる。この場合は、酸化膜形成室107で膜厚3nmのゲート酸化膜を形成した後に酸窒化処理を行うことにより、ゲート酸化膜厚を4nmに設定することができる。他方、NOを使用する場合は、酸窒化処理によってゲート酸化膜が厚くなることは殆どない。 When the thickness of the gate oxide film 14 is reduced to about 5 nm, distortion generated at the interface between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1 due to a difference in thermal expansion coefficient becomes apparent, and hot carriers are generated. Since the nitrogen segregated at the interface with the semiconductor substrate 1 relaxes the distortion, the oxynitridation can improve the reliability of the ultra-thin gate oxide film 14. Incidentally, when performing oxynitriding using N 2 O, so also proceeds oxidation by oxygen generated by the decomposition of N 2 O, the thickness of the gate oxide film 14 is thicker about 1 nm. In this case, the gate oxide film can be set to 4 nm by performing an oxynitridation process after forming a gate oxide film having a thickness of 3 nm in the oxide film forming chamber 107. On the other hand, when NO is used, the gate oxide film is hardly thickened by the oxynitriding process.

次に、酸窒化処理が完了した半導体ウエハ1Aをクーリングステージ109で室温まで冷却してから、ローダ/アンローダ110を通じて酸化膜形成装置100の外部に搬出し、ゲート電極用の導電膜を堆積するためのCVD装置(図示せず)へ搬送する。その際、このCVD装置を酸化膜形成装置100の後段に接続し、ゲート酸化膜の形成からゲート電極用導電膜の堆積までを連続して一貫処理することにより、ゲート酸化膜14の汚染を有効に防止することができる。   Next, the semiconductor wafer 1A after the oxynitriding treatment is cooled to room temperature by the cooling stage 109, and then is carried out of the oxide film forming apparatus 100 through the loader / unloader 110 to deposit a conductive film for a gate electrode. To a CVD apparatus (not shown). At this time, the CVD apparatus is connected to the subsequent stage of the oxide film forming apparatus 100, and the process from the formation of the gate oxide film to the deposition of the conductive film for the gate electrode is continuously and continuously performed, thereby effectively contaminating the gate oxide film 14. Can be prevented.

次に、図22に示すように、ゲート酸化膜14の上部にゲート長が0.25μmのゲート電極15を形成する。ゲート電極15は、半導体基板1上にCVD法で膜厚150nmのn型多結晶シリコン膜、膜厚150nmのノンドープ多結晶シリコン膜を順次堆積した後、フォトレジストをマスクにしたドライエッチングでこれらの膜をパターニングして形成する。   Next, as shown in FIG. 22, a gate electrode 15 having a gate length of 0.25 μm is formed on the gate oxide film 14. The gate electrode 15 is formed by sequentially depositing a 150 nm-thick n-type polycrystalline silicon film and a 150 nm-thick non-doped polycrystalline silicon film on the semiconductor substrate 1 by a CVD method, and then performing dry etching using a photoresist as a mask. The film is formed by patterning.

次に、図23に示すように、pチャネル型MOSFETの形成領域にp型不純物、例えばB(ホウ素)を垂直方向および斜め方向からイオン打ち込みして、ゲート電極14の両側のn型ウエル10にp-型半導体領域16およびp型半導体領域17を形成する。また、nチャネル型MOSFETの形成領域にn型不純物、例えばP(リン)を垂直方向および斜め方向からイオン打ち込みして、ゲート電極14の両側のp型ウエル11にn-型半導体領域18およびn型半導体領域19を形成する。 Next, as shown in FIG. 23, a p-type impurity, for example, B (boron) is ion-implanted into the formation region of the p-channel MOSFET from the vertical direction and the oblique direction to the n-type well 10 on both sides of the gate electrode 14. A p - type semiconductor region 16 and a p-type semiconductor region 17 are formed. Further, an n-type impurity, for example, P (phosphorus) is ion-implanted into the formation region of the n-channel MOSFET from the vertical direction and the oblique direction, and the n -type semiconductor regions 18 and n are implanted into the p-type well 11 on both sides of the gate electrode 14. A type semiconductor region 19 is formed.

次に、図24に示すように、半導体基板1上にCVD法で堆積した酸化シリコン膜を異方性エッチングしてゲート電極14の側壁に厚さ0.15μm程度のサイドウォールスペーサ20を形成する。このとき、p型半導体領域17の上部のゲート酸化膜14およびn型半導体領域19の上部のゲート酸化膜14を除去する。続いてpチャネル型MOSFETの形成領域にp型不純物、例えばB(ホウ素)をイオン打ち込みして、ゲート電極14の両側のn型ウエル10にp+型半導体領域21を形成する。また、nチャネル型MOSFETの形成領域にn型不純物、例えばP(リン)をイオン打ち込みして、ゲート電極14の両側のp型ウエル11にn+型半導体領域22を形成する。 Next, as shown in FIG. 24, the silicon oxide film deposited on the semiconductor substrate 1 by the CVD method is anisotropically etched to form a sidewall spacer 20 having a thickness of about 0.15 μm on the side wall of the gate electrode 14. . At this time, the gate oxide film 14 above the p-type semiconductor region 17 and the gate oxide film 14 above the n-type semiconductor region 19 are removed. Subsequently, a p-type impurity, for example, B (boron) is ion-implanted into a formation region of the p-channel MOSFET to form ap + -type semiconductor region 21 in the n-type well 10 on both sides of the gate electrode 14. In addition, an n-type impurity, for example, P (phosphorus) is ion-implanted into a formation region of the n-channel MOSFET to form an n + -type semiconductor region 22 in the p-type well 11 on both sides of the gate electrode 14.

次に、図25に示すように、pチャネル型MOSFETのゲート電極14、p+型半導体領域21(ソース領域、ドレイン領域)、nチャネル型MOSFETのゲート電極14、n+型半導体領域22(ソース領域、ドレイン領域)のそれぞれの表面にTiSi2(チタンシリサイド)層23を形成する。TiSi2層23は、半導体基板1上にスパッタリング法で堆積したTi膜を熱処理して半導体基板1およびゲート電極14と反応させた後、未反応のTi膜をエッチングで除去して形成する。以上の工程により、pチャネル型MOSFET(Qp)およびnチャネル型MISFET(Qn)が完成する。 Next, as shown in FIG. 25, the gate electrode 14 of the p-channel type MOSFET, the p + type semiconductor region 21 (source region and drain region), the gate electrode 14 of the n-channel type MOSFET, and the n + type semiconductor region 22 (source Region, drain region), a TiSi 2 (titanium silicide) layer 23 is formed. The TiSi 2 layer 23 is formed by heat-treating a Ti film deposited on the semiconductor substrate 1 by a sputtering method to react with the semiconductor substrate 1 and the gate electrode 14, and then removing the unreacted Ti film by etching. Through the above steps, a p-channel MOSFET (Qp) and an n-channel MISFET (Qn) are completed.

その後、図26に示すように、半導体基板1上にプラズマCVD法で堆積した酸化シリコン膜24に接続孔25から28を形成し、続いて酸化シリコン膜24上にスパッタリング法で堆積したAl合金膜をパターニングして配線29から31を形成することにより、本実施の形態のCMOSプロセスがほぼ完了する。   Then, as shown in FIG. 26, connection holes 25 to 28 are formed in the silicon oxide film 24 deposited on the semiconductor substrate 1 by the plasma CVD method, and subsequently, an Al alloy film deposited on the silicon oxide film 24 by the sputtering method. Is patterned to form the wirings 29 to 31, whereby the CMOS process of the present embodiment is almost completed.

(半導体プロセスB)
本実施の形態のMOSFETの製造方法(LOCOSアイソレーションプロセス)を図27から図32を用いて説明する。本プロセスではシャロートレンチアイソレーション(Shallow Trench Isolation;STI)の代わりに従来型のアイソレーションを用いている。この場合微細化に関しては限界があるが、従来からのプロセスがそのまま援用できるメリットがある。半導体プロセス1のSTIまたはSGI(Shallow Groove Isolation)でも、本実施例のLOCOSアイソレーションでもMOSFETは他のトランジスタとソースまたはドレインを共有しない限り原則として、その周りをアイソレーション領域で囲まれることになる。
(Semiconductor process B)
A method for manufacturing a MOSFET (LOCOS isolation process) according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In this process, a conventional isolation is used instead of a shallow trench isolation (STI). In this case, there is a limit in terms of miniaturization, but there is an advantage that a conventional process can be directly used. Regardless of the STI or SGI (Shallow Groove Isolation) of the semiconductor process 1 and the LOCOS isolation of the present embodiment, as long as the MOSFET does not share the source or drain with other transistors, the MOSFET is surrounded by an isolation region in principle. .

まず、図27に示すように、半導体基板1を熱処理してその主面に膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜2を形成(熱酸化プロセスB1)した後、この酸化シリコン膜2上に膜厚100nm程度の窒化シリコン膜3をCVD法で堆積する。次に、図28に示すように、窒化シリコン膜3上に素子分離領域を開孔したフォトレジスト4を形成し、このフォトレジスト4をマスクにして窒化シリコン膜3をパターニングする。   First, as shown in FIG. 27, a semiconductor substrate 1 is heat-treated to form a thin silicon oxide film 2 having a thickness of about 10 nm on its main surface (thermal oxidation process B1). A silicon nitride film 3 of about 100 nm is deposited by a CVD method. Next, as shown in FIG. 28, a photoresist 4 having an element isolation region formed therein is formed on the silicon nitride film 3, and the silicon nitride film 3 is patterned using the photoresist 4 as a mask.

次に、フォトレジスト4を除去した後、図29に示すように、半導体基板1を熱処理することにより、素子分離領域にフィールド酸化膜40を形成(熱酸化プロセスB2)する。   Next, after removing the photoresist 4, as shown in FIG. 29, the field oxide film 40 is formed in the element isolation region by thermally treating the semiconductor substrate 1 (thermal oxidation process B2).

次に、熱リン酸を用いたウェットエッチングで窒化シリコン膜3を除去し、半導体基板1の表面をウェット洗浄で清浄化した後、半導体基板1の活性領域の表面に前記実施の形態1と同様の方法で膜厚5nm以下の極薄ゲート酸化膜14を形成(熱酸化プロセスB3)する(図32)。   Next, the silicon nitride film 3 is removed by wet etching using hot phosphoric acid, and the surface of the semiconductor substrate 1 is cleaned by wet cleaning. An ultra-thin gate oxide film 14 having a thickness of 5 nm or less is formed by the method described above (thermal oxidation process B3) (FIG. 32).

膜厚5nm以下の極薄ゲート酸化膜は、図30に示すようなバッチ式の縦型酸化膜形成装置150(酸化装置3;縦形バッチ酸化炉)に前記のような触媒方式の水分生成装置140を取り付けて形成することもできる。この縦型酸化膜形成装置150を使ったゲート酸化膜形成のシーケンスの一例を図31に示す。この場合のシーケンスは図15とほぼ同様であるが、ウエハのロードおよびアンロードに若干の時間的相違がある。また他にも説明があるように、この場合は一般にホットウォール方式となるため、パージガスへの実質的に酸化しない程度の少量の酸素ガスの添加が比較的重要である。   An ultra-thin gate oxide film having a thickness of 5 nm or less is applied to a batch type vertical oxide film forming apparatus 150 (oxidizing apparatus 3; vertical batch oxidation furnace) as shown in FIG. Can also be formed. FIG. 31 shows an example of a sequence of forming a gate oxide film using the vertical oxide film forming apparatus 150. The sequence in this case is almost the same as that in FIG. 15, but there is a slight time difference between the loading and unloading of the wafer. As described above, in this case, since a hot wall method is generally used, it is relatively important to add a small amount of oxygen gas to the purge gas so as not to substantially oxidize.

その後、前記実施の形態1と同様の方法で半導体基板1の主面上にMOSFETを形成する。   Thereafter, a MOSFET is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the same manner as in the first embodiment.

(酸化プロセス等に関する共通事項)
以下では本願に開示された各半導体プロセスに共通して適用可能な処理装置および処理プロセスの詳細を説明する。
(Common items related to oxidation process, etc.)
Hereinafter, details of a processing apparatus and a processing process that can be commonly applied to each semiconductor process disclosed in the present application will be described.

前記のごとく図9は、ゲート酸化膜の形成に使用する枚葉式酸化膜形成装置(マルチチャンバ方式)の概略図である。図示のように、この酸化膜形成装置100は、ゲート酸化膜の形成に先だって半導体ウエハ1Aの表面の酸化膜(一般に表面膜)をウェット洗浄方式(ドライ方式でもよい)で除去する洗浄装置101の後段に接続されている。このような洗浄−酸化一貫処理システムを採用することにより、洗浄装置101内で洗浄処理に付された半導体ウエハ1Aを大気(不所望な酸化性雰囲気等その他の表面状態を劣化させる雰囲気一般)に接触させることなく、かつ短時間で酸化膜形成装置100へ搬送できるので、酸化膜を除去してからゲート酸化膜を形成するまでの間に半導体ウエハ1Aの表面に自然酸化膜が形成されるのを極力抑制することができる。   As described above, FIG. 9 is a schematic view of a single-wafer-type oxide film forming apparatus (multi-chamber method) used for forming a gate oxide film. As shown, the oxide film forming apparatus 100 includes a cleaning apparatus 101 for removing an oxide film (generally, a surface film) on the surface of a semiconductor wafer 1A by a wet cleaning method (or a dry method) prior to forming a gate oxide film. It is connected to the subsequent stage. By adopting such a cleaning-oxidation integrated processing system, the semiconductor wafer 1A subjected to the cleaning process in the cleaning apparatus 101 is converted into the atmosphere (in general, an atmosphere such as an undesired oxidizing atmosphere or other surface conditions that deteriorate the surface state). Since the oxide film can be transferred to the oxide film forming apparatus 100 in a short time without contact, a natural oxide film is formed on the surface of the semiconductor wafer 1A after the oxide film is removed and before the gate oxide film is formed. Can be suppressed as much as possible.

乾燥処理の終わった半導体ウエハ1Aは、バッファ106を通って直ちに酸化膜形成装置100へと搬送される。   The semiconductor wafer 1A after the drying process is immediately transferred to the oxide film forming apparatus 100 through the buffer 106.

この酸化膜形成装置100は、例えば酸化膜形成室107、酸窒化膜形成室108、クーリングステージ109、ローダ/アンローダ110等を備えたマルチチャンバ方式で構成されており、装置中央の搬送系112は、半導体ウエハ1Aを上記各処理室に(から)搬入(搬出)するためのロボットハンド113を備えている。搬送系112の内部は、大気の混入によって半導体ウエハ1Aの表面に自然酸化膜が形成されるのを極力抑制するために、窒素等の不活性ガス雰囲気(真空にすることも可能であるが、不活性ガス等で陽圧にすると、外部および各処理室からの不所望なガスの混入を防ぐ効果がある)に保たれる。また、搬送系112の内部は、半導体ウエハ1Aの表面に水分が付着するのを極力抑制するために、ppb レベルの超低水分雰囲気(一般によく整備された真空系の脱ガスに含まれる水分は数ppm以下である)に保たれる。酸化膜形成装置100に搬入された半導体ウエハ1Aは、ロボットハンド113を介してまず酸化膜形成室107に1枚あるいは2枚単位(一般に枚葉と言うときは一枚または2枚単位を言うが、1枚単位または2枚単位を特定するときはそれぞれ単枚葉、2枚葉と言う)で搬送される。   The oxide film forming apparatus 100 is configured in a multi-chamber system including, for example, an oxide film forming chamber 107, an oxynitride film forming chamber 108, a cooling stage 109, a loader / unloader 110, and the like. And a robot hand 113 for loading (unloading) the semiconductor wafer 1A into (from) each of the processing chambers. In order to minimize the formation of a natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer 1A due to the mixing of the atmosphere, the inside of the transfer system 112 is set to an inert gas atmosphere such as nitrogen (a vacuum may be used. When the pressure is made positive with an inert gas or the like, an effect of preventing undesired gas from being mixed in from the outside and from each processing chamber is obtained. In order to minimize the adhesion of moisture to the surface of the semiconductor wafer 1A, the inside of the transfer system 112 is kept in an ultra-low moisture atmosphere of ppb level (in general, moisture contained in a well-maintained vacuum-system degassing is reduced). (Less than several ppm). The semiconductor wafer 1 </ b> A carried into the oxide film forming apparatus 100 is first placed in the oxide film forming chamber 107 via the robot hand 113 in a unit of one or two sheets (generally, a single wafer is referred to as one or two units. (When specifying one sheet unit or two sheets unit, they are referred to as single sheet and two sheets, respectively).

前記のごとく図11(a)は、酸化膜形成室107(図9の枚葉装置)の具体的な構成の一例を示す概略平面図、図11(b)は、図11(a)のB−B’線に沿った断面図(酸化装置1;ホットウォール型枚葉酸化炉)である。   As described above, FIG. 11A is a schematic plan view showing an example of a specific configuration of the oxide film forming chamber 107 (the single-wafer apparatus in FIG. 9), and FIG. 11B is a plan view in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view (oxidizing apparatus 1; hot-wall type single-wafer oxidizing furnace) taken along the line B ′.

この酸化膜形成室107は、多重壁石英管で構成されたチャンバ120を備えており、その上部および下部には半導体ウエハ1Aを加熱するヒータ121a、121b(ホットウォール形式の場合)が設置されている。チャンバ120の内部には、このヒータ121a、121bから供給される熱を半導体ウエハ1Aの全面に均等に分散させる円盤状の均熱リング122が収容され、その上部に半導体ウエハ1Aを水平に保持(垂直な重力に関してウエハ表面をほぼ水平に配置することによって混合ガスの濃度分布の影響を排除できる効果がある。このことは、300φウエハ等の大口径化において特に重要である。)するサセプタ123が載置されている。均熱リング122は、石英あるいはSiC(シリコンカーバイド)等の耐熱材料で構成され、チャンバ120の壁面から延びる支持アーム124によって支持されている。均熱リング122の近傍には、サセプタ123に保持された半導体ウエハ1Aの温度を測定する熱電対125が設置されている。半導体ウエハ1Aの加熱は、ヒータ121a、121bによる加熱方式の他、例えば図12(酸化装置2;ランプ加熱型枚葉酸化炉)に示すようなランプ130による加熱方式を採用してもよい。この場合は、ウエハが所定の位置におかれてからランプ加熱を開始することができ、ランプを切るとウエハ表面の温度は急速に低下するため、ホットウォールの場合等に挿入および引き出し時に形成される初期酸化膜等をほとんど無視できる程度に低減することができる。なお、ランプで水分を添加する場合は水分導入部だけでなく、酸化炉自体も摂氏140度程度に予備加熱して結露を防止することが有効である。   The oxide film forming chamber 107 includes a chamber 120 composed of a multi-walled quartz tube, and heaters 121a and 121b (in the case of a hot wall type) for heating the semiconductor wafer 1A are installed at the upper part and the lower part. I have. Inside the chamber 120, a disc-shaped heat equalizing ring 122 for uniformly dispersing the heat supplied from the heaters 121a and 121b over the entire surface of the semiconductor wafer 1A is housed, and the semiconductor wafer 1A is horizontally held on the upper part thereof ( By arranging the wafer surface almost horizontally with respect to vertical gravity, there is an effect that the influence of the concentration distribution of the mixed gas can be eliminated, which is particularly important in increasing the diameter of a 300φ wafer or the like.) It is placed. The heat equalizing ring 122 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC (silicon carbide), and is supported by a support arm 124 extending from a wall surface of the chamber 120. A thermocouple 125 for measuring the temperature of the semiconductor wafer 1A held by the susceptor 123 is provided near the heat equalizing ring 122. The semiconductor wafer 1A may be heated by a heater 130a, 121b, or by a lamp 130 as shown in FIG. 12 (oxidizing apparatus 2; lamp-heating single-wafer oxidation furnace). In this case, the lamp heating can be started after the wafer is placed in a predetermined position, and since the temperature of the wafer surface rapidly decreases when the lamp is turned off, it is formed at the time of insertion and withdrawal in the case of a hot wall or the like. The initial oxide film and the like can be reduced to a negligible extent. When water is added by a lamp, it is effective to prevent the dew condensation by preheating not only the water introduction part but also the oxidation furnace itself to about 140 degrees Celsius.

チャンバ120の壁面の一部には、チャンバ120内に水、酸素およびパージガスを導入するためのガス導入管126の一端が接続されている。このガス導入管126の他端は、する触媒方式の水分生成装置に接続されている。ガス導入管126の近傍には、多数の貫通孔127を備えた隔壁128が設けられており、チャンバ120内に導入されたガスは、この隔壁128の貫通孔127を通過してチャンバ120内に均等に行き渡る。チャンバ120の壁面の他の一部には、チャンバ120内に導入された上記ガスを排出するための排気管129の一端が接続されている。   One end of a gas introduction pipe 126 for introducing water, oxygen, and a purge gas into the chamber 120 is connected to a part of the wall surface of the chamber 120. The other end of the gas introduction pipe 126 is connected to a catalyst type water generating device. A partition 128 having a large number of through holes 127 is provided in the vicinity of the gas introduction pipe 126, and gas introduced into the chamber 120 passes through the through holes 127 of the partition 128 and enters the chamber 120. Spread evenly. One end of an exhaust pipe 129 for discharging the gas introduced into the chamber 120 is connected to another part of the wall surface of the chamber 120.

前述のごとく図13および図14は、上記チャンバ120に接続された触媒方式の水分生成装置を示す概略図である。この水分生成装置140は、耐熱耐食性合金(例えば商品名「ハステロイ(Hastelloy)」として知られるNi合金等)で構成された反応器141を備えており、その内部にはPt(プラチナ)、Ni(ニッケル)あるいはPd(パラジウム)等の触媒金属からなるコイル142とこのコイル142を加熱するヒータ143とが収容されている。   As described above, FIG. 13 and FIG. 14 are schematic views showing a catalytic-type water generating apparatus connected to the chamber 120. The moisture generator 140 includes a reactor 141 made of a heat-resistant and corrosion-resistant alloy (for example, a Ni alloy known as “Hastelloy”), and contains Pt (platinum), Ni ( A coil 142 made of a catalyst metal such as nickel (Ni) or Pd (palladium) and a heater 143 for heating the coil 142 are housed.

上記反応器141には、水素および酸素からなるプロセスガスと、窒素あるいはAr(アルゴン)等の不活性ガスからなるパージガスとがガス貯留槽144a、144b、144cから配管145を通じて導入される。配管145の途中には、ガスの量を調節するマスフローコントローラ146a、146b、146cと、ガスの流路を開閉する開閉バルブ147a、147b、147cとが設置され、反応器141内に導入されるガスの量および成分比がこれらによって精密に制御される。   A process gas composed of hydrogen and oxygen and a purge gas composed of an inert gas such as nitrogen or Ar (argon) are introduced into the reactor 141 from a gas storage tank 144a, 144b, 144c through a pipe 145. In the middle of the pipe 145, mass flow controllers 146a, 146b, 146c for adjusting the amount of gas, and opening / closing valves 147a, 147b, 147c for opening and closing the gas flow path are provided. The amounts and component ratios are precisely controlled by these.

反応器141内に導入されたプロセスガス(水素および酸素)は、350から450℃程度(たとえば常圧下においては十分な酸素の存在下で4%以上の水素濃度で水素の爆発的燃焼が起きるので、量産装置の安全を考慮すると、水素が残留しないように反応器には酸素リッチな酸素水素混合ガスを導入するのが望ましいと考えられる)に加熱されたコイル142に接触して励起され、水素分子からは水素ラジカルが生成し(H2→2H+)、酸素分子からは酸素ラジカルが生成する(O2→2O-)。これら2種のラジカルは化学的に極めて活性であるために、速やかに反応して水を生成する(2H++O-→H2O)。この水は、接続部148内で酸素と混合されて低濃度に希釈され、前記ガス導入管126を通って酸化膜形成室107のチャンバ120に導入される。この場合、酸素の代わりにアルゴンで希釈することも可能である。すなわち酸化炉に供給される雰囲気としては水分1%、アルゴン99%である。 The process gas (hydrogen and oxygen) introduced into the reactor 141 is about 350 to 450 ° C. (for example, under normal pressure, the explosive combustion of hydrogen occurs at a hydrogen concentration of 4% or more in the presence of sufficient oxygen. Considering the safety of mass production equipment, it is considered desirable to introduce an oxygen-rich oxygen-hydrogen mixed gas into the reactor so that hydrogen does not remain.) Hydrogen radicals are generated from molecules (H 2 → 2H + ), and oxygen radicals are generated from oxygen molecules (O 2 → 2O ). Since these two radicals are extremely active chemically, they react quickly to produce water (2H + + O → H 2 O). This water is mixed with oxygen in the connection portion 148 and diluted to a low concentration, and is introduced into the chamber 120 of the oxide film formation chamber 107 through the gas introduction pipe 126. In this case, it is also possible to dilute with argon instead of oxygen. That is, the atmosphere supplied to the oxidation furnace is 1% moisture and 99% argon.

上記のような触媒方式の水分生成装置140は、水の生成に関与する水素と酸素の量を高精度に制御できるので、酸素と共に酸化膜形成室107のチャンバ120に導入される水の濃度をppt以下の超低濃度から数10%程度の高濃度まで広範囲に、かつ高精度に制御することができる。また、反応器141にプロセスガスを導入すると瞬時に水が生成されるため、所望する水分濃度がリアルタイムで得られる。従って、反応器141内に水素と酸素を同時に導入(一般の場合には安全のため酸素を若干早めに導入する)することができ、燃焼方式を採用する従来の水分生成システムのように、水素の導入に先立って酸素を導入する必要はない。なお、反応器141内の触媒金属は、水素や酸素をラジカル化できるものであれば前述した金属以外の材料を使用してもよい。また、触媒金属はコイル状に加工して使用する他、例えば中空の管あるいは細かい繊維フィルタ等に加工してその内部にプロセスガスを通してもよい。   Since the above-described catalytic water generator 140 can control the amounts of hydrogen and oxygen involved in the generation of water with high accuracy, the concentration of water introduced into the oxide film forming chamber 107 together with oxygen can be reduced. It can be controlled in a wide range and with high precision from an ultra-low concentration of ppt or less to a high concentration of about several tens of percent. Further, since water is instantaneously generated when the process gas is introduced into the reactor 141, a desired moisture concentration can be obtained in real time. Therefore, hydrogen and oxygen can be simultaneously introduced into the reactor 141 (in a general case, oxygen is introduced slightly earlier for safety), and as in a conventional moisture generation system employing a combustion method, hydrogen and oxygen can be introduced. It is not necessary to introduce oxygen prior to the introduction of. As the catalyst metal in the reactor 141, a material other than the above-described metals may be used as long as it can radicalize hydrogen or oxygen. The catalyst metal may be used after being processed into a coil shape, or may be processed into, for example, a hollow tube or a fine fiber filter and the process gas may be passed through the inside.

図14において、水分発生炉140、水素センサ、フィルタ、希釈部、パージガスまたは希釈ガス供給部および酸化炉接続部等は、結露防止のために摂氏140度程度になるように温調または加熱されている。ここで水素センサは、合成されずに残った水素を検出するためのものである。また、フィルタは万が一酸化炉側で水素の燃焼等が発生した場合に、それが合成炉側まで伝達されないように一種のオリフィスとして働くように挿入されたガスフィルタである。パージガス、希釈ガス、水分ともに結露しない程度の温度(一般に摂氏100度以上200度以下程度)に予熱して酸化炉に供給されるが、(希釈ガスもあらかじめ予熱された後合成された水分と混合される)図12のようなランプ加熱炉においては炉体自体または被処理ウエハ自体の予熱も考慮する必要がある。この場合パージガスによって酸化炉内のウエハを予熱することも可能である。ランプ加熱炉の場合特にウエハ導入部の結露防止のための予熱機構にも注意を払う必要がある。いずれの場合にも摂氏140度程度に加熱または温調しておけば比較的有効である。酸化プロセスは所定の雰囲気ガスを一定の流量で酸化処理部に供給し、消費された成分を常に新しい雰囲気ガスで補いながら定常状態で行われるのが一般的である。   In FIG. 14, the temperature of the water generating furnace 140, the hydrogen sensor, the filter, the dilution section, the purge gas or dilution gas supply section, and the connection section of the oxidation furnace are controlled or heated to about 140 degrees Celsius in order to prevent dew condensation. I have. Here, the hydrogen sensor is for detecting hydrogen remaining without being synthesized. Further, the filter is a gas filter inserted so as to act as a kind of orifice so that in the unlikely event that hydrogen combustion or the like occurs on the oxidation furnace side, it is not transmitted to the synthesis furnace side. The purge gas, diluent gas, and moisture are both supplied to the oxidation furnace after preheating to a temperature that does not cause condensation (generally, about 100 to 200 degrees Celsius). In the lamp heating furnace as shown in FIG. 12, it is necessary to consider the preheating of the furnace body itself or the wafer to be processed itself. In this case, it is possible to preheat the wafer in the oxidation furnace by using the purge gas. In the case of a lamp heating furnace, it is particularly necessary to pay attention to a preheating mechanism for preventing dew condensation at a wafer introduction portion. In any case, it is relatively effective to heat or control the temperature to about 140 degrees Celsius. Generally, the oxidation process is performed in a steady state while supplying a predetermined atmosphere gas to the oxidation processing section at a constant flow rate and constantly supplementing the consumed components with a new atmosphere gas.

上記酸化膜形成装置100(図9)を使ったゲート酸化膜形成のシーケンスの一例を図15を参照しながらさらに説明する。   An example of a sequence of forming a gate oxide film using the oxide film forming apparatus 100 (FIG. 9) will be further described with reference to FIG.

まず、酸化膜形成室107(図9)のチャンバ120(図11)を開放し、その内部にパージガス(窒素)を導入しながら(図15に示すように、パージガスにはウエハのサーマルエッチ等の表面あれ防止のため若干の酸素等を添加してもよい)半導体ウエハ1Aをサセプタ123の上にロードする。半導体ウエハ1Aをチャンバ120に搬入してからサセプタ123の上にロードするまでの時間は55秒である。その後、チャンバ120を閉鎖し、引き続きパージガスを30秒間導入してチャンバ120内のガス交換を十分に行う。サセプタ123は、半導体ウエハ1Aが速やかに加熱されるよう、あらかじめヒータ121a、121bで加熱しておく。半導体ウエハ1Aの加熱温度は、800から900℃の範囲内、例えば850℃とする。ウエハ温度が800℃以下ではゲート酸化膜の品質が低下する。他方、900℃以上ではウエハの表面荒れが発生し易くなる。   First, the chamber 120 (FIG. 11) of the oxide film forming chamber 107 (FIG. 9) is opened, and a purge gas (nitrogen) is introduced therein (as shown in FIG. (Slight oxygen or the like may be added to prevent surface roughness.) The semiconductor wafer 1A is loaded on the susceptor 123. The time from loading the semiconductor wafer 1A into the chamber 120 to loading it on the susceptor 123 is 55 seconds. Thereafter, the chamber 120 is closed, and a purge gas is continuously introduced for 30 seconds to sufficiently exchange the gas in the chamber 120. The susceptor 123 is previously heated by the heaters 121a and 121b so that the semiconductor wafer 1A is quickly heated. The heating temperature of the semiconductor wafer 1A is in the range of 800 to 900 ° C., for example, 850 ° C. If the wafer temperature is lower than 800 ° C., the quality of the gate oxide film is deteriorated. On the other hand, when the temperature is 900 ° C. or more, the surface of the wafer is likely to be roughened.

反応器141に酸素と水素を導入する際には、水素を酸素より先に導入しないようにする。水素を酸素より先に導入すると、未反応の水素が高温のチャンバ120に流入するため危険である。他方、酸素を水素より先に導入すると、この酸素がチャンバ120に流入し、待機中の半導体ウエハ1Aの表面に低品質の酸化膜(初期酸化膜)を形成する。従って、水素は酸素と同時に導入するか、あるいは作業の安全性を考慮して酸素よりも僅かに遅いタイミング(0から5秒以内)で導入する。このようにすると、半導体ウエハ1Aの表面に不所望に形成される初期酸化膜の膜厚を最小限に抑制することができる。   When oxygen and hydrogen are introduced into the reactor 141, hydrogen is not introduced before oxygen. It is dangerous to introduce hydrogen before oxygen because unreacted hydrogen flows into the hot chamber 120. On the other hand, when oxygen is introduced before hydrogen, the oxygen flows into the chamber 120, and a low-quality oxide film (initial oxide film) is formed on the surface of the semiconductor wafer 1A during standby. Therefore, hydrogen is introduced at the same time as oxygen, or at a timing slightly later than oxygen (within 0 to 5 seconds) in consideration of work safety. By doing so, the thickness of the initial oxide film undesirably formed on the surface of the semiconductor wafer 1A can be suppressed to a minimum.

膜厚5nm以下(同様にそれ以上の厚さのケ゛ートその他の酸化膜に対しても一定程度有効であることは言うまでもない)の極薄ゲート酸化膜は、枚葉式あるいはバッチ式の酸化膜形成装置(酸化炉1から3)に図33(酸化装置4;酸素水素燃焼法式または水素燃焼法式酸化炉)に示すような燃焼方式の水分生成装置160を取り付けて形成することもできる。   An ultra-thin gate oxide film having a thickness of 5 nm or less (it is also effective to a certain extent for gates and other oxide films having a larger thickness as well) is a single-wafer or batch-type oxide film formation. The apparatus (oxidizing furnaces 1 to 3) can also be formed by attaching a combustion type water generating apparatus 160 as shown in FIG. 33 (oxidizing apparatus 4; oxygen-hydrogen combustion method or hydrogen combustion method oxidation furnace).

この場合は、水分生成装置160で比較的高濃度の水を含む酸化種を発生させた後、この酸化種に酸素を加えることによって低水分濃度の酸化種を得る。その際は、あらかじめバルブ(Vvent)を開、バルブ(Vprocess)を閉に設定しておき、水分濃度が所望する濃度に低下するまでは酸化種を酸化膜形成装置へ送らないようにする。そして、水分濃度が十分に低下してからバルブ(Vvent)を閉、バルブ(Vprocess)を開に切り替えて酸化種を酸化膜形成装置へ送る。   In this case, after the oxidizing species containing a relatively high concentration of water is generated in the water generating device 160, the oxidizing species with a low moisture concentration is obtained by adding oxygen to the oxidizing species. In this case, the valve (Vvent) is set to open and the valve (Vprocess) is set to close in advance so that the oxidizing species is not sent to the oxide film forming apparatus until the water concentration decreases to a desired concentration. Then, after the moisture concentration is sufficiently reduced, the valve (Vvent) is closed and the valve (Vprocess) is switched to open to send the oxidizing species to the oxide film forming apparatus.

上記の方式は、酸化膜形成装置の直前にバルブ等の発塵源があることや、バルブを設けることによってデッドスペースが生じる等、前述した触媒方式に比べて不利な点もあるが、酸化種の低水分濃度化および初期酸化膜の抑制を実現することができる。   The above method has disadvantages as compared with the above-described catalyst method, such as a dust source such as a valve immediately before the oxide film forming apparatus and a dead space caused by providing the valve. , And the suppression of the initial oxide film can be realized.

(半導体プロセスC)
本発明の酸化膜形成方法は、図34に示すような、フローティングゲート44とコントロールゲート42を有するフラッシュメモリのトンネル酸化膜43(熱酸化プロセスC1)や第2ゲート酸化膜44(熱酸化プロセスC2)を5nm以下の薄い膜厚で形成する場合にも適用することができる。
(Semiconductor process C)
As shown in FIG. 34, the oxide film forming method of the present invention employs a tunnel oxide film 43 (thermal oxidation process C1) and a second gate oxide film 44 (thermal oxidation process C2) of a flash memory having a floating gate 44 and a control gate 42. ) Can be applied to the case of forming a thin film having a thickness of 5 nm or less.

(半導体プロセスD)
また、本発明の酸化膜形成方法は、例えばメモリLSIとロジックLSIを同一半導体チップ上に混載したLSIのように、膜厚が異なる2種以上のゲート酸化膜を同一半導体チップ上に形成する場合にも適用することができる。この場合、膜厚が5nm以下の薄いゲート酸化膜(熱酸化プロセスD1)と5nm以上の比較的厚いゲート酸化膜(熱酸化プロセスD2)を共に本発明の方法によって形成することができることは勿論であるが、膜厚が薄いゲート酸化膜は本発明方法で形成し、厚いゲート酸化膜は従来方法で形成してもよい。
(Semiconductor process D)
Further, the oxide film forming method of the present invention is applicable to a case where two or more kinds of gate oxide films having different film thicknesses are formed on the same semiconductor chip, for example, an LSI in which a memory LSI and a logic LSI are mixed on the same semiconductor chip. Can also be applied. In this case, a thin gate oxide film (thermal oxidation process D1) having a thickness of 5 nm or less and a relatively thick gate oxide film (thermal oxidation process D2) having a thickness of 5 nm or more can both be formed by the method of the present invention. However, a thin gate oxide film may be formed by the method of the present invention, and a thick gate oxide film may be formed by a conventional method.

(本願の各種の酸化法の適用性)
以上に示した本願に示した触媒水分生成熱酸化法、低水分酸化法(一部水素燃焼法式によるものを含む)および従来の水素燃焼法式による高水分酸化の適用性について以下にまとめる。
(Applicability of various oxidation methods of the present application)
The applicability of the above-described catalytic moisture generation thermal oxidation method, low moisture oxidation method (including partially using the hydrogen combustion method), and high moisture oxidation using the conventional hydrogen combustion method shown in the present application are summarized below.

すなわち、触媒水分生成熱酸化法、低水分酸化法を適用してもっとも効果の出るプロセスとしては酸化プロセスA3,B3,C1,C2,D1等(第1類)が挙げられる。   That is, oxidation processes A3, B3, C1, C2, D1 and the like (the first type) are exemplified as processes which are most effective by applying the catalytic moisture generation thermal oxidation method and the low moisture oxidation method.

従来の水素燃焼法式による高水分酸化の適用も可能であるが、触媒水分生成熱酸化法、低水分酸化法を適用して効果の出るプロセスとしては、酸化プロセスA1,A2,B1,B2,D2等(第2類)が挙げられる。   Although the application of high moisture oxidation by the conventional hydrogen combustion method is also possible, as a process which is effective by applying the catalytic moisture generation thermal oxidation method and the low moisture oxidation method, oxidation processes A1, A2, B1, B2, D2 Etc. (Class 2).

特に、水素燃焼法式に酸化炉と触媒方式による酸化炉が混在するラインにおいては酸化膜に性質、厚さ等によって両方法を混用することも実用的価値がある。   In particular, in a line in which an oxidizing furnace and a catalyzing oxidizing furnace are mixed in a hydrogen combustion method, it is of practical value to use both methods depending on the properties and thickness of the oxide film.

(本願の各種の酸化装置の適用性)
以上に示した本願に示した各種酸化装置の適用性について以下にまとめる。本願に示した酸化装置1から4は、基本的にどれでも上記第1類および第2類の酸化工程に適用可能である。しかし、マルチチャンバ等によって精密な雰囲気のコントロールをする必要があるときは、酸化装置1または2によることが望ましい。
また、各酸化処理装置の酸化時の稼動圧力については、一般に常圧(600Torrから900Torr)で行われるが、減圧で行うことも可能である。この場合、酸化速度を低く設定しやすい他、水素の爆発の可能性を低減できる等の付加的な効果もある。また、高圧酸化を行うことも可能である。この場合は、高い酸化速度を比較的低い温度で実現できるメリットがある。
(Applicability of various oxidation devices of the present application)
The applicability of the various oxidation apparatuses shown in the present application described above is summarized below. Basically, any of the oxidizing apparatuses 1 to 4 shown in the present application can be applied to the first and second oxidizing steps. However, when it is necessary to precisely control the atmosphere using a multi-chamber or the like, it is desirable to use the oxidizing apparatus 1 or 2.
In addition, the operating pressure during the oxidation of each oxidation treatment apparatus is generally performed at normal pressure (600 Torr to 900 Torr), but may be performed at reduced pressure. In this case, the oxidation rate is easily set to be low, and there are additional effects such as the possibility of explosion of hydrogen being reduced. It is also possible to perform high pressure oxidation. In this case, there is an advantage that a high oxidation rate can be realized at a relatively low temperature.

(開示に関する留意点)
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
(Points to note regarding disclosure)
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

本発明は、ゲート長が0.25μmあるいはそれ以下の微細なMOSFETを有する半導体集積回路装置の製造に適用して有用なものである。   The present invention is useful when applied to the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having a fine MOSFET having a gate length of 0.25 μm or less.

本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. ゲート酸化膜の形成に使用する枚葉式酸化膜形成装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a single-wafer oxide film forming apparatus used for forming a gate oxide film. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. (a)は、酸化膜形成室の構成の一例を示す概略平面図、(b)は、(a)のB−B’線に沿った断面図である。(A) is a schematic plan view showing an example of the configuration of the oxide film forming chamber, and (b) is a cross-sectional view along the line B-B 'in (a). (a)は、酸化膜形成室の構成の他の例を示す概略平面図、(b)は、(a)のB−B’線に沿った断面図である。(A) is a schematic plan view showing another example of the configuration of the oxide film formation chamber, and (b) is a cross-sectional view along the line B-B 'in (a). 酸化膜形成室のチャンバに接続された触媒方式の水分生成装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the water generator of a catalytic system connected to the chamber of the oxide film formation chamber. 図13の一部を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows a part of FIG. ゲート酸化膜形成のシーケンスの一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a sequence of forming a gate oxide film. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 酸化膜成長速度に対する水分濃度の依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the dependence of the moisture concentration on the growth rate of an oxide film. MOSダイオードの酸化膜初期耐圧に対する水分濃度の依存性を示すグラフである。6 is a graph showing the dependency of the moisture concentration on the initial withstand voltage of the oxide film of the MOS diode. MOSダイオードの電極間に定電流を流したときの電圧変化量に対する水分濃度の依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the dependency of the water concentration on the amount of voltage change when a constant current flows between the electrodes of a MOS diode. ゲート酸化膜のウエハ面内における膜厚分布を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a film thickness distribution of a gate oxide film in a wafer surface. ゲート酸化膜の成分の内訳を示すグラフである。4 is a graph showing a breakdown of components of a gate oxide film. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a principal part illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a principal part illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a principal part illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment of the present invention. 酸化膜形成室の構成の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a structure of an oxide film formation chamber. ゲート酸化膜形成のシーケンスの一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a sequence of forming a gate oxide film. 本発明の実施の形態2による半導体集積回路装置の製造方法を示す要部断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a principal part illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment of the present invention. 本発明による酸化膜形成方法の他の例を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing another example of the oxide film forming method according to the present invention. 本発明による半導体集積回路装置の製造方法の他の例を示す要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a principal part showing another example of a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 半導体基板
1A 半導体ウエハ
2 酸化シリコン膜
3 窒化シリコン膜
4 フォトレジスト
5 素子分離溝
5a 溝
6 酸化シリコン膜
7 酸化シリコン膜(TEOS)
8 フォトレジスト
9 フォトレジスト
10 n型ウエル
11 p型ウエル
12 p型チャネル領域
13 n型チャネル領域
14 ゲート酸化膜
15 ゲート電極
16 p-型半導体領域
17 p型半導体領域
18 n-型半導体領域
19 n型半導体領域
20 サイドウォールスペーサ
21 p+型半導体領域
22 n+型半導体領域
23 TiSi2層
24 酸化シリコン膜
25〜28 接続孔
29〜31 配線
40 フィールド酸化膜
41 フローティングゲート
42 コントロールゲート
43 トンネル酸化膜
44 第2ゲート酸化膜
100 酸化膜形成装置
101 洗浄装置
102 ローダ
103 洗浄室
104 フッ酸洗浄室
105 乾燥室
106 バッファ
107 酸化膜形成室
108 酸窒化膜形成室
109 クーリングステージ
110 ローダ/アンローダ
112 搬送系
113 ロボットハンド
120 チャンバ
121a ヒータ
121b ヒータ
122 均熱リング
123 サセプタ
124 支持アーム
125 熱電対
126 ガス導入管
127 貫通孔
128 隔壁
129 排気管
130 ランプ
140 水分生成装置
141 反応器
142 コイル
143 ヒータ
144a〜144c ガス貯留槽
145 配管
146a〜146c マスフローコントローラ
147a〜147c 開閉バルブ
148 接続部
150 縦型酸化膜形成装置
160 水分生成装置
Qn nチャネル型MOSFET
Qp pチャネル型MOSFET
REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 1A semiconductor wafer 2 silicon oxide film 3 silicon nitride film 4 photoresist 5 element isolation groove 5a groove 6 silicon oxide film 7 silicon oxide film (TEOS)
Reference Signs List 8 photoresist 9 photoresist 10 n-type well 11 p-type well 12 p-type channel region 13 n-type channel region 14 gate oxide film 15 gate electrode 16 p-type semiconductor region 17 p-type semiconductor region 18 n-type semiconductor region 19 n Type semiconductor region 20 sidewall spacer 21 p + type semiconductor region 22 n + type semiconductor region 23 TiSi 2 layer 24 silicon oxide film 25 to 28 connection hole 29 to 31 wiring 40 field oxide film 41 floating gate 42 control gate 43 tunnel oxide film 44 Second gate oxide film 100 Oxide film formation device 101 Cleaning device 102 Loader 103 Cleaning room 104 Hydrofluoric acid cleaning room 105 Drying room 106 Buffer 107 Oxide film formation room 108 Oxynitride film formation room 109 Cooling stage 110 Loader / unloader 112 Transport system 113 Bot hand 120 Chamber 121a Heater 121b Heater 122 Heat equalizing ring 123 Susceptor 124 Support arm 125 Thermocouple 126 Gas inlet tube 127 Through hole 128 Partition wall 129 Exhaust tube 130 Lamp 140 Water generator 141 Reactor 142 Coil 143 Heaters 144a to 144c Gas storage Tank 145 Piping 146a to 146c Mass flow controller 147a to 147c Opening / closing valve 148 Connection part 150 Vertical oxide film forming device 160 Water generating device Qn N-channel MOSFET
Qp p-channel MOSFET

Claims (5)

以下の工程よりなることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体ウエハを酸化炉の熱処理チャンバへ導入する工程、
(b)前記熱処理チャンバ内のガス雰囲気を窒素によって置換する工程、
(c)第1の温度で、触媒を用いて酸素と水素から水分を合成する工程、
(d)前記合成した水分を前記酸化炉の熱処理チャンバへ導入して、気化状態を維持したまま、前記チャンバ内の半導体ウエハの第1主面上に水分を含んだ酸化性雰囲気を形成する工程、
(e)前記熱処理チャンバ内の前記水分を含んだ酸化性雰囲気において、前記第1の温度より高い第2の温度まで前記半導体ウエハの主面をランプ加熱して、前記半導体ウエハの第1主面上のシリコン表面を熱酸化処理して絶縁膜を形成する工程、
(f)前記工程(e)の後、前記熱処理チャンバ内の前記水分を含んだ酸化性雰囲気を窒素によって置換する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
(A) introducing a semiconductor wafer into a heat treatment chamber of an oxidation furnace;
(B) replacing the gas atmosphere in the heat treatment chamber with nitrogen;
(C) synthesizing water from oxygen and hydrogen using a catalyst at a first temperature;
(D) introducing the synthesized water into a heat treatment chamber of the oxidation furnace to form an oxidizing atmosphere containing water on the first main surface of the semiconductor wafer in the chamber while maintaining a vaporized state; ,
(E) heating the main surface of the semiconductor wafer by a ramp to a second temperature higher than the first temperature in the oxidizing atmosphere containing the moisture in the heat treatment chamber, thereby forming a first main surface of the semiconductor wafer; A step of forming an insulating film by thermally oxidizing the upper silicon surface,
(F) after the step (e), replacing the oxidizing atmosphere containing water in the heat treatment chamber with nitrogen.
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ることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the insulating film is a gate insulating film of a field effect transistor. 前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さが5nm以下であり、前記電界効果トランジスタのゲート長が0.25μm以下であることを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路装置の製造方法。   3. The method according to claim 2, wherein the thickness of the gate insulating film of the field effect transistor is 5 nm or less, and the gate length of the field effect transistor is 0.25 [mu] m or less. 前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さが3nm以下であることを特徴とする請求項3記載の半導体集積回路装置の製造方法。   4. The method according to claim 3, wherein the thickness of the gate insulating film of the field effect transistor is 3 nm or less. 前記第1の温度は、500℃以下であり、前記第2の温度は、800℃以上であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法。

2. The method according to claim 1, wherein the first temperature is equal to or lower than 500 [deg.] C., and the second temperature is equal to or higher than 800 [deg.] C.

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