JPH10303310A

JPH10303310A - 半導体装置におけるゲート電極の作製方法

Info

Publication number: JPH10303310A
Application number: JP9112339A
Authority: JP
Inventors: Nobufumi Tanaka; 伸史田中; Atsushi Suzuki; 篤鈴木; Akihide Kashiwagi; 章秀柏木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】作製工程を左程増加させることなく作製でき、
しかも、初期耐圧性や耐圧の長期信頼性に優れた膜厚の
異なるシリコン酸化膜を有するゲート電極を作製する。【解決手段】ゲート電極の作製方法は、（イ）シリコン
層４０の表面にシリコン酸化膜４２を形成し、（ロ）該
シリコン酸化膜４２上に第１の導電層４３を形成し、
（ハ）該第１の導電層４３を選択的に除去してシリコン
酸化膜４２の一部を露出させ、（ニ）該露出したシリコ
ン酸化膜４２の厚さを薄くし、（ホ）該薄膜化されたシ
リコン酸化膜４２Ａに熱処理を施し、（ヘ）全面に第２
の導電層４５を形成した後、第２の導電層４５及び第１
の導電層４３をパターニングする工程から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１の半導体素子
と、この第１の半導体素子のゲート電極を構成するシリ
コン酸化膜の厚さとは異なる厚さを有するシリコン酸化
膜から構成されたゲート電極を備えた第２の半導体素子
とから成る半導体装置における各ゲート電極の作製方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】年々、半導体装置においては、高集積
化、高性能化、多様化が進められており、半導体装置の
特性に関する要求も多種多様になっている。例えば、集
積回路内に形成された複数のトランジスタ素子に同一電
源から電圧が供給されたとしても、回路の内部抵抗等に
起因した電圧降下が生じる。その結果、それぞれのトラ
ンジスタ素子のゲート電極に印加される電圧が相違し、
或る電圧で動作するトランジスタ素子と、それよりも低
い電圧で動作するトランジスタ素子とに分かれる場合が
ある。それ故、例えばトランジスタ素子がＭＯＳ型ＦＥ
Ｔから構成されている場合、トランジスタ素子のゲート
電極へ印加される電圧に応じてゲート絶縁膜の膜厚を変
化させることが望ましい。具体的には、例えば半導体装
置のメモリ回路を構成するトランジスタ素子と周辺回路
を構成するトランジスタ素子、あるいは又、ｐチャネル
型トランジスタ素子とｎチャネル型トランジスタ素子と
で、ゲート絶縁膜の膜厚を変化させることが望ましい。
このように、近年の半導体装置に対する要求の１つに、
高い信頼性にて、しかも、半導体装置におけるゲート電
極の作製工程を大幅に増加させることなく、異なる膜厚
を有するゲート酸化膜を形成する技術を挙げることがで
きる。

【０００３】第１の半導体素子と、この第１の半導体素
子のゲート電極を構成するシリコン酸化膜の厚さとは異
なる厚さを有するシリコン酸化膜から構成されたゲート
電極を備えた第２の半導体素子とから成る半導体装置の
従来のゲート電極作製方法を、シリコン半導体基板等の
模式的な一部断面図である図１７及び図１８を参照し
て、以下、説明する。尚、第１の半導体素子を形成すべ
きシリコン半導体基板の領域を各図の右側に示し、第２
の半導体素子を形成すべきシリコン半導体基板の領域を
各図の左側に示す。

【０００４】先ず、図１７の（Ａ）に示すように、例え
ばＬＯＣＯＳ構造を有する素子分離領域１１１が形成さ
れたシリコン半導体基板１１０の素子形成領域の表面
に、熱酸化法にて第１のシリコン酸化膜１１２Ａを形成
する。次いで、パターニングされたレジスト１１３をエ
ッチング用マスクとして（図１７の（Ｂ）参照）、例え
ばフッ化水素酸水溶液を用いて第１のシリコン酸化膜１
１２Ａを選択的に除去し、シリコン半導体基板１１０の
一部分を露出させる（図１７の（Ｃ）参照）。その後、
レジスト１１３を除去し（図１７の（Ｄ）参照）、露出
したシリコン半導体基板１１０の表面に熱酸化法によっ
て第２のシリコン酸化膜１１２Ｂを形成する（図１８の
（Ａ）参照）。このとき、シリコン半導体基板１１０の
素子形成領域の一部の表面に残された第１のシリコン酸
化膜１１２Ａの膜厚は厚くなる。こうして、厚いシリコ
ン酸化膜１１２Ａを有する素子形成領域、及び薄いシリ
コン酸化膜１１２Ｂを有する素子形成領域をシリコン半
導体基板１１０に設けることができる。

【０００５】その後、各シリコン酸化膜１１２Ａ，１１
２Ｂの上に、例えば多結晶シリコン層１１４をＣＶＤ法
にて形成し、かかる多結晶シリコン層１１４をパターニ
ングすることによって、シリコン酸化膜１１２Ａ及び多
結晶シリコン層１１４から成る第１の半導体素子用の第
１のゲート電極、並びに、シリコン酸化膜１１２Ｂ及び
多結晶シリコン層１１４から成る第２の半導体素子用の
第２のゲート電極を作製することができる（図１８の
（Ｂ）参照）。その後、周知の方法によって、第１のゲ
ート電極及び第２のゲート電極をそれぞれ構成要素とす
る第１のトランジスタ素子及び第２のトランジスタ素子
を作製する。

【０００６】このような従来の半導体装置におけるゲー
ト電極の作製方法においては、図１７の（Ｂ）に示した
ように、第１のシリコン酸化膜１１２Ａ上にレジスト１
１３を形成する必要がある。通常、レジスト１１３は桂
皮酸系レジスト材料あるいはゴム系レジスト材料から構
成されているが、これらのレジスト材料にはアルカリ金
属や重金属が多く混在しており、第１のシリコン酸化膜
１１２Ａ上にレジスト１１３を直接形成すると、第１の
シリコン酸化膜１１２Ａに汚染が発生する。その結果、
シリコン酸化膜１１２Ａの初期耐圧劣化や耐圧の長期信
頼性劣化等の問題が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するための技術が、例えば、特開平４−１０３１６２号
公報に開示されている。この技術によれば、例えばＬＯ
ＣＯＳ構造を有する素子分離領域１１１が形成されたシ
リコン半導体基板１１０の素子形成領域の表面に（図１
９の（Ａ）参照）、熱酸化法にて第１のシリコン酸化膜
１１２Ａを形成する（図１９の（Ｂ）参照）。次いで、
全面に第１の多結晶シリコン層１２０を形成した後（図
１９の（Ｃ）参照）、この第１の多結晶シリコン層１２
０上にパターニングされたレジスト１２１を形成する。
そして、レジスト１２１をエッチング用マスクとして、
第１の多結晶シリコン層１２０及び第１のシリコン酸化
膜１１２Ａを選択的に除去し、シリコン半導体基板１１
０の一部分を露出させた後、レジスト１２１を除去する
（図１９の（Ｄ）及び図２０の（Ａ）参照）。その後、
図２０の（Ｂ）に示すように、露出したシリコン半導体
基板１１０の表面に熱酸化法によって第２のシリコン酸
化膜１１２Ｂを形成する。この方法によれば、第１のシ
リコン酸化膜１１２Ａ上にレジスト１２１を直接形成す
ることがないので、第１のシリコン酸化膜１１２Ａへの
レジスト１２１に起因した汚染は発生しない。

【０００８】しかしながら、この方法においては、熱酸
化法によって露出したシリコン半導体基板１１０の表面
に第２のシリコン酸化膜１１２Ｂを形成したとき、第１
の多結晶シリコン層１２０の表面にもシリコン酸化膜１
１２Ｃが形成されてしまう（図２０の（Ｂ）参照）。そ
して、このシリコン酸化膜１１２Ｃ上に第２の多結晶シ
リコン層１２２が形成されるので（図２０の（Ｃ）参
照）、第１の多結晶シリコン層１２０の頂面に形成され
たシリコン酸化膜１１２Ｃ及びその上に形成された第２
の多結晶シリコン層１２２の部分を選択的に除去しなけ
ればならない。それ故、この特許公開公報に開示された
方法においては、半導体装置におけるゲート電極の作製
工程数の増加が問題である。

【０００９】従って、本発明の目的は、第１の半導体素
子と、この第１の半導体素子のゲート電極を構成するシ
リコン酸化膜の厚さとは異なる厚さを有するシリコン酸
化膜から構成されたゲート電極を備えた第２の半導体素
子とから成る半導体装置におけるゲート電極を、作製工
程を左程増加させることなく作製することを可能にし、
しかも、初期耐圧性や耐圧の長期信頼性に優れたシリコ
ン酸化膜を形成し得る方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の半導体装置におけるゲート電極の作製方法
は、第１の半導体素子と、該第１の半導体素子のゲート
電極を構成するシリコン酸化膜の厚さとは異なる厚さを
有するシリコン酸化膜から構成されたゲート電極を備え
た第２の半導体素子とから成る半導体装置における各ゲ
ート電極の作製方法であって、（イ）シリコン層の表面
にシリコン酸化膜を形成する工程と、（ロ）該シリコン
酸化膜上に第１の導電層を形成する工程と、（ハ）該第
１の導電層を選択的に除去してシリコン酸化膜の一部を
露出させる工程と、（ニ）該露出したシリコン酸化膜の
厚さを薄くする工程と、（ホ）該薄膜化されたシリコン
酸化膜に熱処理を施す工程と、（ヘ）全面に第２の導電
層を形成した後、第２の導電層及び第１の導電層をパタ
ーニングする工程、から成り、以て、シリコン酸化膜、
第１の導電層及び第２の導電層から構成された第１の半
導体素子のためのゲート電極、並びに、薄膜化されたシ
リコン酸化膜及び第２の導電層から構成された第２の半
導体素子のためのゲート電極を作製することを特徴とす
る。

【００１１】本発明の半導体装置におけるゲート電極の
作製方法においては、前記工程（ホ）における熱処理
を、ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気中で行う
ことが好ましい。ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰
囲気中でシリコン酸化膜を熱処理することによって、薄
膜化されたシリコン酸化膜に生じた汚染の除去や、欠陥
の除去、修復を行うことができる。あるいは又、必要に
応じて、工程（イ）にてシリコン層の表面にシリコン酸
化膜を形成した後、該シリコン酸化膜上に第１の導電層
を形成する前に、形成されたシリコン酸化膜に対して熱
処理（以下、かかる熱処理を予備熱処理と呼ぶ場合があ
る）を行うこともできる。尚、熱処理及び予備熱処理
を、以下、総称して熱処理等と呼ぶ場合がある。予備熱
処理を行う場合、予備熱処理の雰囲気も、ハロゲン元素
を含有する不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。ハ
ロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気中でシリコン酸
化膜に対して熱処理等を行うことによって、シリコン酸
化膜中に生じ得る欠陥であるシリコンダングリングボン
ド（Ｓｉ・）やＳｉ−ＯＨがハロゲン元素と反応し、シ
リコンダングリングボンドが終端しあるいは脱水反応を
生じる結果、信頼性劣化因子であるこれらの欠陥が排除
され、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶
縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れたシリコン酸化膜を得る
ことができる。ハロゲン元素として、塩素、臭素、フッ
素を挙げることができるが、なかでも塩素であることが
望ましい。不活性ガス中に含有されるハロゲン元素の形
態としては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、
Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げることができ
る。不活性ガス中のハロゲン元素の含有率は、分子又は
化合物の形態を基準として、０．００１〜１０容量％、
好ましくは０．００５〜１０容量％、更に好ましくは
０．０２〜１０容量％である。例えば塩化水素を用いる
場合、不活性ガス中の塩化水素含有率は０．０２〜１０
容量％であることが望ましい。尚、これらの熱処理等の
温度は、７００〜１２００゜Ｃ、好ましくは７００〜１
０００゜Ｃ、更に好ましくは７００〜９５０゜Ｃであ
る。また、熱処理等の時間は、炉アニール方式によるバ
ッチ式の場合、５〜６０分、好ましくは１０〜４０分、
更に好ましくは２０〜３０分である。一方、枚葉式の急
速高温アニール方式の場合、１〜１０分とすることが好
ましい。熱処理等における不活性ガスとしては、窒素ガ
ス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示することができ
る。

【００１２】熱処理等を、ハロゲン元素を含有する不活
性ガス雰囲気を大気圧よりも減圧した状態で行ってもよ
い。熱処理等における圧力は、１．３×１０⁴Ｐａ（１
００Ｔｏｒｒ）以下であることが好ましい。圧力の下限
は、シリコン酸化膜に対して熱処理等を施す装置に依存
するが、出来る限り低いことが望ましい。

【００１３】尚、前記工程（ホ）における熱処理後、シ
リコン酸化膜を窒化処理してもよい。この場合、窒化処
理を、Ｎ₂Ｏガス、ＮＯガス、ＮＯ₂ガス雰囲気中で行う
ことが望ましいが、中でもＮ₂Ｏガス雰囲気中で行うこ
とが望ましい。あるいは又、窒化処理をＮＨ₃ガス、Ｎ₂
Ｈ₄、ヒドラジン誘導体雰囲気中で行い、その後、Ｎ₂Ｏ
ガス、Ｏ₂雰囲気中でアニール処理を行うことが望まし
い。窒化処理を７００乃至１２００゜Ｃ、好ましくは８
００乃至１１５０゜Ｃ、更に好ましくは９００乃至１１
００゜Ｃの温度で行うことが望ましく、この場合、シリ
コン層の加熱を赤外線照射、炉アニール処理によって行
うことが好ましい。

【００１４】あるいは又、前記工程（ホ）における熱処
理の雰囲気を、窒素系ガス雰囲気としてもよい。ここで
窒素系ガスとして、Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂を例示す
ることができる。

【００１５】本発明の半導体装置におけるゲート電極の
作製方法においては、工程（イ）におけるシリコン層表
面へのシリコン酸化膜の形成を、（Ａ）シリコン層の表
面からシリコン原子が脱離しない温度に雰囲気を保持し
た状態にて、湿式ガスを用いた酸化法によって該シリコ
ン層の表面にシリコン酸化膜を形成する第１のシリコン
酸化膜形成工程と、（Ｂ）該第１のシリコン酸化膜形成
工程における雰囲気温度よりも高い雰囲気にて、湿式ガ
スを用いた酸化法によって、更にシリコン酸化膜を形成
する第２のシリコン酸化膜形成工程、から構成すること
ができる。

【００１６】通常、シリコン層にシリコン酸化膜を形成
する前に、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄し更にＨＣ
ｌ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄するというＲＣＡ洗浄によりシ
リコン層の表面を洗浄し、その表面から微粒子や金属不
純物を除去した後、フッ化水素酸水溶液にシリコン層を
浸漬する。ところで、フッ化水素酸水溶液で表面を露出
させたシリコン半導体基板を高温の湿式ガス等の雰囲気
中あるいは窒素ガス雰囲気中に搬入すると、シリコン層
の表面に荒れが生じる場合がある。この現象は、フッ化
水素酸水溶液での洗浄によってシリコン層の表面に形成
されたＳｉ−Ｈ結合や一部のＳｉ−Ｆ結合が、水素やフ
ッ素の昇温脱離によって失われ、シリコン層の表面にエ
ッチング現象が生じることに起因する。アルゴンガス中
でシリコン半導体基板を６００゜Ｃ以上に昇温するとシ
リコン半導体基板の表面に激しい凹凸が生じることが、
培風館発行、大見忠弘著「ウルトラクリーンＵＬＳＩ技
術」、第２１頁に記載されている。シリコン層の表面か
らシリコン原子が脱離しない温度に雰囲気を保持した状
態にて第１のシリコン酸化膜形成工程を実行することに
よって、シリコン層の表面にこのような荒れが生じるこ
とを抑制することができる。

【００１７】かかるシリコン酸化膜の形成工程における
シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない温度
は、シリコン層表面を終端している原子とシリコン原子
との結合が切断されない温度であることが望ましい。こ
の場合、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しな
い温度は、Ｓｉ−Ｈ結合が切断されない温度若しくはＳ
ｉ−Ｆ結合が切断されない温度であることが好ましい。
尚、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない温
度は、１．０１３×１０⁵Ｐａ（１気圧）にて測定した
値であり、湿式ガスがシリコン層上で結露しない温度以
上、好ましくは、３００゜Ｃ以上とすることが望まし
い。

【００１８】工程（Ａ）及び／又は工程（Ｂ）における
湿式ガスを用いた酸化法は、パイロジェニック酸化法、
純水の加熱により発生した水蒸気による酸化法、並び
に、酸素ガス又は不活性ガスによって加熱純水をバブリ
ングすることで発生した水蒸気による酸化法の内の少な
くとも１種の酸化法であることが好ましい。湿式ガスを
用いた酸化法によってシリコン酸化膜を形成すれば、優
れた経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性を有するシリコン酸
化膜を得ることができる。尚、湿式ガスを用いた酸化法
において、湿式ガスを不活性ガスで希釈してもよい。

【００１９】工程（Ａ）及び／又は工程（Ｂ）における
湿式ガスにはハロゲン元素が含有されていてもよい。こ
れによって、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び
経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れたシリコン酸化膜
を得ることができる。尚、ハロゲン元素として、塩素、
臭素、フッ素を挙げることができるが、なかでも塩素で
あることが望ましい。湿式ガス中に含有されるハロゲン
元素の形態としては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、Ｃ
Ｃｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げるこ
とができる。湿式ガス中のハロゲン元素の含有率は、分
子又は化合物の形態を基準として、０．００１〜１０容
量％、好ましくは０．００５〜１０容量％、更に好まし
くは０．０２〜１０容量％である。例えば塩化水素を用
いる場合、湿式ガス中の塩化水素含有率は０．０２〜１
０容量％であることが望ましい。

【００２０】工程（Ｂ）を経た後のシリコン酸化膜の膜
厚は、半導体装置に要求される所定の厚さとすればよ
い。一方、工程（Ａ）を経た後のシリコン酸化膜の膜厚
は、出来る限る薄いことが好ましい。但し、現在、半導
体装置の作製に用いられているシリコン半導体基板の面
方位は殆どの場合（１００）であり、如何にシリコン半
導体基板の表面を平滑化しても（１００）シリコンの表
面には必ずステップと呼ばれる段差が形成される。この
ステップは通常シリコン原子１層分であるが、場合によ
っては２〜３層分の段差が形成されることがある。従っ
て、工程（Ａ）を経た後のシリコン酸化膜の膜厚は、シ
リコン層として（１００）シリコン半導体基板を用いる
場合、１ｎｍ以上とすることが好ましい。

【００２１】工程（Ａ）における雰囲気温度から、一
旦、シリコン酸化膜を形成する雰囲気温度を例えば室温
まで低下させ、次いで、工程（Ｂ）における雰囲気温度
まで昇温してもよいが、工程（Ａ）における雰囲気温度
から工程（Ｂ）における雰囲気温度まで雰囲気温度を昇
温する昇温工程を含み、該昇温工程における雰囲気を減
圧雰囲気、不活性ガス雰囲気又は湿式ガスを含む酸化雰
囲気とすることが好ましい。ここで、不活性ガスとし
て、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示する
ことができる。尚、昇温工程における雰囲気中の不活性
ガス若しくは湿式ガスには、ハロゲン元素が含有されて
いてもよい。これによって、工程（Ａ）にて形成された
シリコン酸化膜の特性の一層の向上を図ることができ
る。即ち、工程（Ａ）において生じ得る欠陥であるシリ
コンダングリングボンド（Ｓｉ・）やＳｉ−ＯＨが昇温
工程においてハロゲン元素と反応し、シリコンダングリ
ングボンドが終端しあるいは脱水反応を生じる結果、信
頼性劣化因子であるこれらの欠陥が排除される。特に、
これらの欠陥の排除は、工程（Ａ）において形成された
初期のシリコン酸化膜に対して効果的である。尚、ハロ
ゲン元素として、塩素、臭素、フッ素を挙げることがで
きるが、なかでも塩素であることが望ましい。不活性ガ
ス若しくは湿式ガス中に含有されるハロゲン元素の形態
としては、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂
ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げることができ
る。不活性ガス若しくは湿式ガス中のハロゲン元素の含
有率は、分子又は化合物の形態を基準として、０．００
１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜１０容量％、
更に好ましくは０．０２〜１０容量％である。例えば塩
化水素を用いる場合、不活性ガス若しくは湿式ガス中の
塩化水素含有率は０．０２〜１０容量％であることが望
ましい。

【００２２】工程（Ｂ）に引き続き予備熱処理を行う場
合、形成されたシリコン酸化膜に予備熱処理を施す際の
雰囲気温度を、工程（Ｂ）においてシリコン酸化膜を形
成する際の雰囲気温度よりも高くする形態とすることが
できる。この場合、工程（Ｂ）におけるシリコン酸化膜
の形成完了後、雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替え、
次いで、予備熱処理を施すための雰囲気温度まで昇温し
てもよいが、雰囲気をハロゲン元素を含有する不活性ガ
ス雰囲気に切り替えた後、予備熱処理を施すための雰囲
気温度まで昇温することが好ましい。また、工程（ホ）
において薄膜化されたシリコン酸化膜に熱処理を施すと
き、かかる熱処理温度まで昇温する雰囲気を不活性ガス
雰囲気としてもよいが、雰囲気をハロゲン元素を含有す
る不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。ここで、不
活性ガス中に含有されるハロゲン元素の形態としては、
例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、
Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を挙げることができる。不活性ガ
ス中のハロゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態
を基準として、０．００１〜１０容量％、好ましくは
０．００５〜１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１
０容量％である。例えば塩化水素を用いる場合、不活性
ガス中の塩化水素含有率は０．０２〜１０容量％である
ことが望ましい。

【００２３】尚、工程（Ａ）において、シリコン酸化膜
を形成する前の、シリコン層の表面からシリコン原子が
脱離しない温度に保持された雰囲気は、湿式ガスに基づ
くシリコン酸化膜の形成前にシリコン酸化膜が形成され
ることを抑制するために、不活性ガス雰囲気あるいは減
圧雰囲気であることが望ましい。

【００２４】工程（Ａ）及び／又は工程（Ｂ）において
湿式ガスを用いる代わりに、水蒸気を含有しない酸化性
ガスを用いることもできる。水蒸気を含有しない酸化性
ガスとして、酸素ガス、又は塩酸を含有する酸素ガスを
挙げることができる。尚、酸化性ガスを用いた酸化法に
おいて、酸化性ガスを不活性ガスで希釈してもよい。こ
の場合、第１のシリコン酸化膜形成工程において、シリ
コン酸化膜を形成する前の、シリコン層の表面からシリ
コン原子が脱離しない温度に保持された雰囲気は、酸化
性ガスに基づくシリコン酸化膜の形成前にシリコン酸化
膜が形成されることを抑制するために、不活性ガス雰囲
気あるいは減圧雰囲気であることが望ましい。

【００２５】工程（Ａ）及び工程（Ｂ）におけるシリコ
ン酸化膜の形成方法を、同じ酸化法としてもよいし、異
なる酸化法とすることもできる。また、工程（Ａ）及び
工程（Ｂ）におけるシリコン酸化膜の形成を同一のシリ
コン酸化膜成膜装置にて実行してもよいし、異なるシリ
コン酸化膜成膜装置にて実行してもよい。シリコン酸化
膜成膜装置としては、バッチ式、枚葉式のいずれであっ
てもよい。また、予備熱処理を行う場合、工程（Ｂ）の
第２のシリコン酸化膜形成工程を実行したシリコン酸化
膜成膜装置内、あるいは又、別のバッチ式や枚葉式のア
ニール装置を使用して予備熱処理を行うことができる。
以下の表１に、第１のシリコン酸化膜形成工程（表１中
では第１の酸化工程と表記する）及び第２のシリコン酸
化膜形成工程（表１中では第２の酸化工程と表記す
る）、並びに予備熱処理工程における処理方式の好まし
い例を示す。尚、第１のシリコン酸化膜形成工程、第２
のシリコン酸化膜形成工程、予備熱処理工程において、
異なる装置を用いる場合、これらの装置間をシリコン層
を搬送する際、形成されたシリコン酸化膜の表面の汚染
発生を防止する観点から、シリコン酸化膜を大気に曝す
ことなく搬送することが好ましい。具体的には、シリコ
ン層の搬送中の雰囲気を、不活性ガス雰囲気若しくは減
圧雰囲気とすることが好ましい。ここで、不活性ガスと
して、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示す
ることができる。この場合、シリコン層を搬送するとき
の雰囲気温度を、例えば室温としてもよいが、スループ
ットの向上の観点から、シリコン層にシリコン酸化膜を
形成するときの第１のシリコン酸化膜形成工程における
雰囲気温度と略等しくすることもできる。

【００２６】

【表１】第１の酸化工程第２の酸化工程予備熱処理工程バッチ式バッチ式バッチ式バッチ式バッチ式枚葉式バッチ式枚葉式バッチ式バッチ式枚葉式枚葉式枚葉式バッチ式バッチ式枚葉式バッチ式枚葉式枚葉式枚葉式バッチ式枚葉式枚葉式枚葉式

【００２７】通常、シリコン層にシリコン酸化膜を形成
する前に、ＲＣＡ洗浄によりシリコン層の表面を洗浄し
た後、フッ化水素酸水溶液にシリコン層を浸漬する。と
ころが、その後、シリコン層が大気に曝されると、シリ
コン層の表面が汚染され、水分や有機物がシリコン層の
表面に付着し、あるいは又、シリコン層表面のＳｉ原子
が水酸基（ＯＨ）と結合する虞がある（例えば、文献 "
Highly-reliable GateOxide Formation for Giga-Scale
LSIs by using Closed Wet Cleaning Systemand Wet O
xidation with Ultra-Dry Unloading", J. Yugami, et
al., International Rlectron Device Meeting Technic
al Digest 95, pp 855-858 参照）。このような場合、
そのままの状態で工程（イ）のシリコン酸化膜形成工程
を実行すると、形成されたシリコン酸化膜中に水分や有
機物、あるいは又、Ｓｉ−ＯＨが取り込まれ、形成され
たシリコン酸化膜の特性低下あるいは欠陥の発生の原因
となり得る。ここで、欠陥には、シリコンダングリング
ボンド（Ｓｉ・）やＳｉ−Ｈ結合といった欠陥が含まれ
るシリコン酸化膜の部分、あるいは又、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ
結合が応力によって圧縮され若しくはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結
合の角度が厚い若しくはバルクのシリコン酸化膜中のＳ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の角度と異なるといったＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合が含まれたシリコン酸化膜の部分が含まれる。そ
れ故、このような問題の発生を回避するために、本発明
の半導体装置におけるゲート電極の作製方法において
は、工程（イ）の前に、シリコン層表面を洗浄する工程
を含み、表面洗浄後のシリコン層を大気に曝すことなく
（即ち、例えば、シリコン層表面の洗浄から工程（イ）
のシリコン酸化膜形成工程の開始までの雰囲気を不活性
ガス雰囲気若しくは真空雰囲気とし）、工程（イ）を開
始することが好ましい。これによって、清浄な表面を有
するシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成すること
ができ、形成されたシリコン酸化膜の特性低下あるいは
欠陥の発生を防止することができる。シリコン層表面の
洗浄方法としては、フッ化水素酸水溶液にシリコン酸化
膜を浸漬する方法、無水フッ化水素ガス蒸気雰囲気、塩
化水素ガス雰囲気、又は塩素ガス雰囲気（例えば、Ｃｌ
₂＋Ｏ₃雰囲気）にシリコン酸化膜を暴露する方法を挙げ
ることができる。

【００２８】第１の導電層及び第２の導電層は、例え
ば、不純物がドーピングされた多結晶シリコンから構成
することができる。あるいは又、第２の導電層を、不純
物がドーピングされた多結晶シリコンと、タングステン
シリサイド等のシリサイドとの２層構成（ポリサイド構
造）とすることもできる。

【００２９】ここで、シリコン層とは、シリコン半導体
基板等の基板そのものだけでなく、基板の上に形成され
たエピタキシャルシリコン層、多結晶シリコン層、ある
いは非晶質シリコン層、所謂張り合わせ法やＳＩＭＯＸ
法に基づき作製されたＳＯＩ構造におけるシリコン層、
更には、基板やこれらの層に半導体素子や半導体素子の
構成要素が形成されたもの等、ゲート電極を構成するシ
リコン酸化膜を形成すべきシリコン層（下地）を意味す
る。シリコン半導体基板の作製方法は、ＣＺ法、ＭＣＺ
法、ＤＬＣＺ法、ＦＺ法等、如何なる方法であってもよ
いし、また、予め高温の水素アニール処理を行い結晶欠
陥を除去したものでもよい。

【００３０】本発明の半導体装置におけるゲート電極の
作製方法により、例えばＭＯＳ型トランジスタのゲート
電極やトップゲート型薄膜トランジスタのゲート電極を
作製することができる。更には、フラッシュメモリのフ
ローティングゲートも本発明におけるゲート電極に包含
される。

【００３１】本発明の半導体装置におけるゲート電極の
作製方法においては、シリコン酸化膜上に第１の導電層
を形成し、次いで、第１の導電層を選択的に除去してシ
リコン酸化膜の一部を露出させる。従って、シリコン酸
化膜の一部を露出させるとき、シリコン酸化膜上にレジ
ストを直接形成する必要がないので、シリコン酸化膜へ
のレジストに起因した汚染は発生しない。しかも、露出
したシリコン酸化膜の厚さを薄くした後、薄膜化された
シリコン酸化膜に熱処理を施すので、シリコン酸化膜の
薄膜化によって生じた汚染の除去や、欠陥の除去、修復
を行うことができる結果、特性の優れたシリコン酸化膜
を得ることができる。また、本質的に１回のシリコン酸
化膜の形成のみでよいため、ゲート電極の作製工程は左
程増加することがない。

【００３２】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明の半導体装置におけるゲート電極の作製方法を説明す
る。

【００３３】（実施例１）実施例１においては、図３に
示した縦型のシリコン酸化膜成膜装置を用いてシリコン
酸化膜を形成した。また、実施例１においては、シリコ
ン層をシリコン半導体基板から構成した。形成されたシ
リコン酸化膜はゲート酸化膜として機能する。シリコン
酸化膜の形成方法を湿式ガスを用いた酸化法、具体的に
はパイロジェニック酸化法とした。薄膜化したシリコン
酸化膜に対して、ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰
囲気（具体的には、塩化水素を含む窒素ガス雰囲気）中
で熱処理（炉アニール処理）を施した。以下、図１〜図
５を参照して、実施例１の半導体装置におけるゲート電
極の作製方法を説明するが、その前に、縦型のシリコン
酸化膜成膜装置の概要を説明する。尚、図１及び図２に
おいて、第１の半導体素子を形成すべきシリコン半導体
基板の領域を各図の右側に示し、第２の半導体素子を形
成すべきシリコン半導体基板の領域を各図の左側に示
す。

【００３４】この縦型のシリコン酸化膜成膜装置は、石
英製の二重管構造の処理室１０と、処理室１０へ水蒸気
等を導入するためのガス導入部１２と、処理室１０から
ガスを排気するガス排気部１３と、ＳｉＣから成る円筒
状の均熱管１６を介して処理室１０内を所定の雰囲気温
度に保持するためのヒータ１４と、基板搬入出部２０
と、基板搬入出部２０へ窒素ガスを導入するためのガス
導入部２１と、基板搬入出部２０からガスを排気するガ
ス排気部２２と、処理室１０と基板搬入出部２０とを仕
切るシャッター１５と、シリコン半導体基板を処理室１
０内に搬入出するためのエレベータ機構２３から構成さ
れている。エレベータ機構２３には、シリコン半導体基
板を載置するための石英ボート２４が取り付けられてい
る。また、燃焼室３０に供給された水素ガスを酸素ガス
と、燃焼室３０内で高温にて混合し、燃焼させることに
よって、水蒸気を生成させる。かかる水蒸気は、配管３
１、ガス流路１１及びガス導入部１２を介して処理室１
０内に供給される。尚、ガス流路１１は二重管構造の処
理室１０の外側部分に位置する。

【００３５】［工程−１００］先ず、シリコン半導体基
板４０に、公知の方法でＬＯＣＯＳ構造を有する素子分
離領域４１を形成し、ウエルイオン注入、チャネルスト
ップイオン注入、閾値調整イオン注入を行う。尚、素子
分離領域はトレンチ構造を有していてもよい。その後、
ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄し更にＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ₂
水溶液で洗浄するというＲＣＡ洗浄によりシリコン半導
体基板４０の表面の微粒子や金属不純物を除去し、次い
で、０．１％フッ化水素酸水溶液によりシリコン半導体
基板４０の表面洗浄を行い、シリコン半導体基板４０の
表面を露出させる（図１の（Ａ）参照）。尚、シリコン
半導体基板の表面は大半が水素で終端しており、一部が
フッ素で終端されている。

【００３６】［工程−１１０］縦型のシリコン酸化膜成
膜装置の処理室１０へガス導入部１２から窒素ガスを導
入し、処理室１０内を窒素ガス雰囲気とし、且つ、均熱
管１６を介してヒータ１４によって処理室１０内の雰囲
気温度を８００〜１０００゜Ｃに保持する。尚、この状
態においては、シャッター１５は閉じておく（図４の
（Ａ）参照）。基板搬入出部２０は大気に解放された状
態である。そして、基板搬入出部２０にシリコン半導体
基板４０を搬入し、石英ボート２４にシリコン半導体基
板４０を載置する。基板搬入出部２０へのシリコン半導
体基板４０の搬入が完了した後、図示しない扉を閉め、
基板搬入出部２０にガス導入部２１から窒素ガスを導入
し、ガス排気部２２から排出し、基板搬入出部２０内を
窒素ガス雰囲気とする。基板搬入出部２０内が十分に窒
素ガス雰囲気となった時点で、シャッター１５を開き
（図４の（Ｂ）参照）、エレベータ機構２３を作動させ
て石英ボート２４を上昇させ、シリコン半導体基板４０
を処理室１０内に搬入する（図５の（Ａ）参照）。エレ
ベータ機構２３が最上昇位置に辿り着くと、石英ボート
２４の基部によって処理室１０と基板搬入出部２０との
間は連通しなくなる構造となっている。

【００３７】その後、処理室１０内の雰囲気温度を８０
０〜１０００゜Ｃに保持し、水素ガスを酸素ガスと燃焼
室３０内で高温にて混合し、燃焼させることによって生
成した水蒸気を、配管３１、ガス流路１１及びガス導入
部１２を介して処理室１０へ導入し、ガス排気部１３か
ら排気する。これによって、シリコン半導体基板４０の
表面に厚さ２０ｎｍのシリコン酸化膜４２が形成される
（図１の（Ｂ）及び図５の（Ｂ）参照）。シリコン酸化
膜４２の形成後、処理室１０内を窒素ガス雰囲気とし、
エレベータ機構２３を動作させて石英ボート２４を下降
させ、次いで、基板搬入出部２０からシリコン半導体基
板４０を搬出する。

【００３８】［工程−１２０］こうして、シリコン層に
相当するシリコン半導体基板４０の表面にシリコン酸化
膜４２を形成した後、このシリコン酸化膜４２上に膜厚
が例えば０．０５μｍの第１の導電層４３を形成する
（図１の（Ｃ）参照）。第１の導電層４３は、例えば不
純物がドーピングされた多結晶シリコン層から構成さ
れ、モノシランガス（ＳｉＨ₄）を原料ガスとしたＣＶ
Ｄ法にて形成することができる。

【００３９】［工程−１３０］次いで、第１の導電層４
３を選択的に除去してシリコン酸化膜４２の一部を露出
させる。即ち、第１の導電層４３上にパターニングされ
たレジスト４４を形成し（図１の（Ｄ）参照）、このレ
ジスト４４をエッチング用マスクとして第１の導電層４
３を選択的にエッチングする。その後、レジスト４４を
除去する。こうして、図２の（Ａ）に模式的に示す構造
を得ることができる。

【００４０】［工程−１４０］その後、露出したシリコ
ン酸化膜４２の厚さを薄くする（図２の（Ｂ）参照）。
即ち、シリコン酸化膜４２を希フッ酸水溶液（ＨＦ：Ｈ
₂Ｏ＝０．６重量％：９９．４重量％）中に３分間浸漬
し、露出したシリコン酸化膜の部分４２Ａの厚さを１０
ｎｍとする。

【００４１】［工程−１５０］次に、薄膜化されたシリ
コン酸化膜４２Ａに熱処理を施す。具体的には、シリコ
ン半導体基板４０を、図３に示したシリコン酸化膜成膜
装置の基板搬入出部２０に図示しない扉から搬入し、石
英ボート２４に載置する。尚、処理室１０へガス導入部
１２から窒素ガスを導入し、処理室１０内を窒素ガス等
の不活性ガス雰囲気とし（減圧雰囲気であってもよ
い）、且つ、均熱管１６を介してヒータ１４によって処
理室１０内の雰囲気温度を８５０゜Ｃに保持する。尚、
この状態においては、シャッター１５は閉じておく。そ
して、基板搬入出部２０へのシリコン半導体基板４０の
搬入が完了した後、図示しない扉を閉め、基板搬入出部
２０にガス導入部２１から窒素ガスを導入し、ガス排気
部２２から排出し、基板搬入出部２０内を窒素ガス雰囲
気とする。その後、シャッター１５を開き、エレベータ
機構２３を作動させて石英ボート２４を上昇させ、シリ
コン半導体基板４０を石英製の二重管構造の処理室１０
内に搬入する。そして、塩化水素ガスを０．１容量％含
有する窒素ガスをガス導入部１２から処理室１０内に導
入し、薄膜化されたシリコン酸化膜４２Ａに対して、８
５０゜Ｃ×３０分間、熱処理を行う。以降、処理室１０
内を窒素ガス雰囲気とし、エレベータ機構２３を動作さ
せて石英ボート２４を下降させ、次いで、基板搬入出部
２０からシリコン半導体基板４０を搬出する。

【００４２】［工程−１６０］次に、ＣＶＤ法にて、不
純物がドーピングされた膜厚０．２μｍの多結晶シリコ
ンから成る第２の導電層４５を全面に形成した後（図２
の（Ｃ）参照）、第２の導電層４５及び第１の導電層４
３をパターニングする。こうして、図２の（Ｄ）に模式
的に示すように、シリコン酸化膜４２、第１の導電層４
３及び第２の導電層４５から構成された第１の半導体素
子のためのゲート電極、並びに、薄膜化されたシリコン
酸化膜４２Ａ及び第２の導電層４５から構成された第２
の半導体素子のためのゲート電極を作製することができ
る。尚、第１の半導体素子は、例えば周辺回路を構成
し、第２の半導体素子は、例えばメモリ回路を構成す
る。

【００４３】［工程−１７０］その後、ＬＤＤ構造を形
成するために、シリコン半導体基板４０にイオン注入を
施し、次いで、全面に絶縁膜をＣＶＤ法にて堆積させ、
かかる酸化膜を異方性エッチングすることによって、ゲ
ート電極の側壁にゲートサイドウオールを形成する。そ
の後、シリコン半導体基板４０にイオン注入を施し、次
いで、イオン注入された不純物を活性化させるためのア
ニール処理を施す。こうして、シリコン半導体基板４０
に、ソース・ドレイン領域を形成する。次いで、全面に
層間絶縁層を形成し、接続孔の形成及び配線の形成を行
い、第１の半導体素子及び第２の半導体素子を作製する
ことができる。

【００４４】尚、実施例１においては、［工程−１１
０］においてパイロジェニック酸化法にてシリコン半導
体基板４０の表面に厚さ２０ｎｍのシリコン酸化膜を形
成したが、その代わりに、例えば塩化水素ガスを０．１
容量％含有する水蒸気、あるいは又、酸素ガスや塩酸を
含有する酸素ガスから成る水蒸気を含有しない酸化性ガ
スを用いてシリコン酸化膜を形成してもよい。更には、
シリコン酸化膜の形成後、雰囲気を不活性ガス雰囲気、
あるいは、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有する
不活性ガス雰囲気とした状態で雰囲気を８５０゜Ｃまで
昇温し、次いで、かかる雰囲気温度にて例えば塩化水素
ガスを０．１容量％含有する不活性ガス雰囲気中でシリ
コン酸化膜に対して３０分間、予備熱処理を施してもよ
い。これらの態様における雰囲気を、以下の表２に示
す。尚、表中、「乾式ガス」は、酸素ガスや塩酸を含有
する酸素ガスから成る水蒸気を含有しない酸化性ガス雰
囲気を表し、「＊湿式ガス」は、ハロゲン元素が含有さ
れた湿式ガス雰囲気を表し、「＊不活性ガス」は、ハロ
ゲン元素が含有された不活性ガス雰囲気を表す。

【００４５】

【表２】シリコン酸化膜の形成予備熱処理温度への昇温予備熱処理湿式ガス無し無し湿式ガス不活性ガス＊不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス＊不活性ガス＊湿式ガス無し無し＊湿式ガス不活性ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊不活性ガス乾式ガス無し無し乾式ガス不活性ガス＊不活性ガス乾式ガス＊不活性ガス＊不活性ガス

【００４６】（実施例２）実施例２においては、シリコ
ン酸化膜の形成を、２段階の形成工程にて行った。即
ち、（Ａ）シリコン層の表面からシリコン原子が脱離し
ない温度に雰囲気を保持した状態にて、湿式ガスを用い
た酸化法によってシリコン層の表面にシリコン酸化膜を
形成する第１のシリコン酸化膜形成工程と、（Ｂ）この
第１のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度より
も高い雰囲気にて、湿式ガスを用いた酸化法によって、
更にシリコン酸化膜を形成する第２のシリコン酸化膜形
成工程にてシリコン酸化膜を形成した。尚、工程（Ａ）
及び工程（Ｂ）における湿式ガスを用いた酸化法をパイ
ロジェニック酸化法とした。更には、工程（Ａ）におけ
る雰囲気温度から工程（Ｂ）における雰囲気温度まで雰
囲気温度を昇温する昇温工程を含み、この昇温工程にお
ける雰囲気を不活性ガス雰囲気とした。このような２段
階のシリコン酸化膜の形成方法を採用することによっ
て、シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成する際の
シリコン層の表面に荒れ（凹凸）が発生することを防止
できる。また、シリコン酸化膜の形成後、シリコン酸化
膜上に第１の導電層を形成する前に、形成されたシリコ
ン酸化膜に対して予備熱処理を行う。実施例２は、実施
例１の［工程−１１０］のみが相違する工程であり、以
下、実施例２におけるシリコン酸化膜の形成工程及びそ
の直後の熱処理（予備熱処理）工程のみを説明する。
尚、他の工程は実施例１と同様とすればよい。

【００４７】［工程−２００］実施例１の［工程−１０
０］の後、シリコン半導体基板４０を、図３に示したシ
リコン酸化膜成膜装置の基板搬入出部２０に図示しない
扉から搬入し、石英ボート２４に載置する（図６の
（Ａ）参照）。尚、処理室１０へガス導入部１２から窒
素ガスを導入し、処理室１０内を窒素ガス等の不活性ガ
ス雰囲気とし（減圧雰囲気であってもよい）、且つ、均
熱管１６を介してヒータ１４によって処理室１０内の雰
囲気温度を４００゜Ｃに保持する。尚、この状態におい
ては、シャッター１５は閉じておく。

【００４８】［工程−２１０］そして、基板搬入出部２
０へのシリコン半導体基板４０の搬入が完了した後、図
示しない扉を閉め、基板搬入出部２０にガス導入部２１
から窒素ガスを導入し、ガス排気部２２から排出し、基
板搬入出部２０内を窒素ガス雰囲気とする。尚、基板搬
入出部２０内の酸素ガス濃度をモニターし、酸素ガス濃
度が例えば２０ｐｐｍ以下となったならば、基板搬入出
部２０内が十分に窒素ガス雰囲気となったと判断する。
その後、シャッター１５を開き（図６の（Ｂ）参照）、
エレベータ機構２３を作動させて石英ボート２４を上昇
させ、シリコン半導体基板４０を石英製の二重管構造の
処理室１０内に搬入する（図７の（Ａ）参照）。処理室
１０内の雰囲気温度はヒータ１４によって４００゜Ｃに
保持されているので、シリコン半導体基板４０の表面に
荒れが発生することを抑制することができる。

【００４９】［工程−２２０］次いで、シリコン層（実
施例２においては、シリコン半導体基板４０）の表面か
らシリコン原子が脱離しない温度（実施例２において
は、４００゜Ｃ）に雰囲気を保持した状態で、湿式ガス
を用いた酸化法によってシリコン層の表面にシリコン酸
化膜４２を形成する。実施例２においては、具体的に
は、燃焼室３０内で生成した水蒸気を配管３１、ガス流
路１１及びガス導入部１２を介して処理室１０内に供給
し、パイロジェニック酸化法によってシリコン半導体基
板４０の表面に厚さ１．２ｎｍのシリコン酸化膜４２を
形成する（図７の（Ｂ）参照）。このシリコン酸化膜の
厚さはＳｉＯ₂の２〜３分子層に相当する厚さであり、
シリコン半導体基板の表面のステップを考慮しても、保
護膜として機能するのに十分な厚さである。尚、処理室
１０の上方と下方に位置するシリコン半導体基板では処
理室１０内の滞留時間が異なるが、４００゜Ｃでの酸化
レートは極端に低く、表面反応によりシリコン酸化膜が
形成された後のシリコン酸化膜の膜厚増加は殆ど無視で
きるほど少なく、シリコン酸化膜の膜厚均一性を確保す
ることができる。

【００５０】［工程−２３０］その後、処理室１０内へ
の湿式ガスの供給を中止し、不活性ガス（窒素ガス）を
ガス導入部１２から処理室１０内に供給しながら、シリ
コン酸化膜成膜装置の処理室１０内の雰囲気温度を、均
熱管１６を介してヒータ１４によって例えば８００゜Ｃ
まで昇温する（図８の（Ａ）参照）。尚、［工程−２２
０］にてシリコン層の表面には保護膜としても機能する
シリコン酸化膜が既に形成されているので、この［工程
−２３０］において、シリコン層（シリコン半導体基板
４０）の表面に荒れが発生することはない。

【００５１】［工程−２４０］８００゜Ｃに処理室１０
内の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保持し
た状態にて、湿式ガスを用いた酸化法によって、更にシ
リコン酸化膜を形成する。具体的には、燃焼室３０内で
生成した水蒸気を配管３１、ガス流路１１及びガス導入
部１２を介して処理室１０内に供給し、パイロジェニッ
ク酸化法によってシリコン半導体基板４０の表面に総厚
２０ｎｍのシリコン酸化膜４２を形成する（図８の
（Ｂ）参照）。

【００５２】［工程−２５０］その後、湿式ガスの供給
を中止し、窒素ガスをガス導入部１２から処理室１０内
に導入しつつ、処理室１０の雰囲気温度をヒータ１４に
よって８５０゜Ｃまで昇温する（図９の（Ａ）参照）。
その後、塩化水素ガスを０．１容量％含有する窒素ガス
をガス導入部１２から処理室１０内に導入し、３０分
間、予備熱処理を行う（図９の（Ｂ）参照）。

【００５３】以上により、シリコン半導体基板４０の表
面におけるシリコン酸化膜４２の形成が完了する。以
降、処理室１０内を窒素ガス雰囲気とし、エレベータ機
構２３を動作させて石英ボート２４を下降させ、次い
で、基板搬入出部２０からシリコン半導体基板４０を搬
出し、実施例１の［工程−１２０］以降の工程を実行す
る。

【００５４】（実施例３）実施例３においても、シリコ
ン酸化膜の形成を、実施例２と同様に２段階の形成工程
にて行った。実施例３が実施例２と相違する点は、工程
（Ａ）及び工程（Ｂ）における湿式ガスを用いた酸化法
をパイロジェニック酸化法とし、かかる湿式ガスに０．
１容量％の塩化水素ガスを添加した点、及び、工程
（Ａ）における雰囲気温度から工程（Ｂ）における雰囲
気温度まで雰囲気温度を昇温する昇温工程における雰囲
気を、塩化水素ガスを０．１容量％含有する不活性ガス
雰囲気とした点にある。これらの点を除き、実施例３の
ゲート電極の作製方法は実施例２と同様とすることがで
きる。以下、実施例２と異なる実施例３におけるシリコ
ン酸化膜の形成工程及びその直後の熱処理工程のみを説
明する。

【００５５】ここで、実施例３においては、図１０に模
式図を示す枚葉式シリコン酸化膜成膜装置を用いた。こ
のシリコン酸化膜成膜装置は、処理室５０と、シリコン
層（例えばシリコン半導体基板）を加熱するための加熱
手段である抵抗加熱ヒータ５１とを備えている。処理室
５０は石英炉心管から成り、シリコン層にシリコン酸化
膜を形成するためにその内部にシリコン層を有する被処
理材であるシリコン半導体基板を収納する。加熱手段で
ある抵抗加熱ヒータ５１は、処理室５０の外側に配設さ
れており、且つ、シリコン層の表面と略平行に配設され
ている。シリコン層を有する被処理材である例えばシリ
コン半導体基板４０は、ウエハ台５２に載置され、処理
室５０の一端に設けられたゲートバルブ５３を介して、
処理室５０内に搬入出される。シリコン酸化膜成膜装置
には、処理室５０へ水蒸気等を導入するためのガス導入
部５４と、処理室５０からガスを排気するガス排気部５
５が更に備えられている。シリコン半導体基板の温度
は、図示しない熱電対によって測定することができる。
尚、燃焼室に供給された水素ガスを酸素ガスと、燃焼室
内で高温にて混合し、燃焼させることによって、水蒸気
を生成させる。かかる水蒸気は、配管及びガス導入部５
４を介して処理室５０内に供給される。尚、燃焼室及び
配管の図示は省略した。

【００５６】あるいは又、図１１に模式図を示す形式の
枚葉式シリコン酸化膜成膜装置を用いることもできる。
この図１１に示した枚葉式シリコン酸化膜成膜装置にお
いては、加熱手段は、赤外線若しくは可視光を発する複
数のランプ５１Ａから構成されている。また、図示しな
いパイロメータによってシリコン半導体基板の温度を測
定する。その他の構造は、基本的には、図１０に示した
シリコン酸化膜成膜装置と同様とすることができるの
で、詳細な説明は省略する。

【００５７】［工程−３００］先ず、シリコン半導体基
板に、実施例１と同様の方法で、素子分離領域等を形成
した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板の表面の
微粒子や金属不純物を除去し、次いで、０．１％フッ化
水素酸水溶液によりシリコン半導体基板の表面洗浄を行
い、シリコン半導体基板の表面を露出させる。

【００５８】［工程−３１０］次に、ウエハ台５２に載
置されたシリコン半導体基板４０を、図１０若しくは図
１１に示したシリコン酸化膜成膜装置のゲートバルブ５
３を開いて、処理室５０内に搬入した後、ゲートバルブ
５３を閉じる。このとき、処理室５０内の雰囲気を、加
熱手段によって４００゜Ｃ程度に加熱された不活性ガス
雰囲気としておく。尚、処理室５０内の雰囲気をこのよ
うな条件とすることによって、シリコン半導体基板４０
の表面に荒れが発生することを抑制することができる。

【００５９】［工程−３２０］次いで、シリコン層（実
施例３においては、シリコン半導体基板４０）の表面か
らシリコン原子が脱離しない温度（実施例３において
は、４００゜Ｃ）に雰囲気を保持した状態で、例えば塩
化水素ガスを０．１容量％含有する湿式ガスを用いた酸
化法によってシリコン層の表面にシリコン酸化膜４２を
形成する。実施例３においては、具体的には、燃焼室
（図示せず）内で生成した水蒸気を配管（図示せず）及
びガス導入部５４を介して処理室５０内に供給し、パイ
ロジェニック酸化法によってシリコン半導体基板４０の
表面に厚さ１．２ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。

【００６０】［工程−３３０］その後、例えば塩化水素
ガスを０．１容量％含有する湿式ガスを処理室５０内へ
供給しながら、処理室５０内の雰囲気温度を、加熱手段
によって例えば８００゜Ｃまで昇温する。尚、実施例３
においては、加熱手段がシリコン層の表面と略平行に配
設されているので、シリコン層の昇温時のシリコン層
（シリコン半導体基板）の面内温度ばらつきの発生を抑
制することができる結果、昇温中に形成されるシリコン
酸化膜の面内膜厚ばらつきの発生を効果的に抑制するこ
とができる。

【００６１】［工程−３４０］８００゜Ｃに処理室５０
内の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保持し
た状態にて、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有す
る湿式ガスを用いた酸化法によって、更にシリコン酸化
膜を形成する。具体的には、燃焼室内で生成した水蒸気
及び塩化水素ガスを配管及びガス導入部５４を介して処
理室５０内に供給し、パイロジェニック酸化法によって
シリコン半導体基板４０の表面に総厚２０ｎｍのシリコ
ン酸化膜４２を形成する。

【００６２】［工程−３５０］その後、湿式ガスの供給
を中止し、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有する
窒素ガスをガス導入部５４から処理室５０内に導入しつ
つ、処理室５０の雰囲気温度を加熱手段によって８５０
゜Ｃまで昇温する。その後、処理室５０の雰囲気温度を
加熱手段によって８５０゜Ｃに保持した状態で、塩化水
素ガスを０．１容量％含有する窒素ガスをガス導入部５
４から処理室５０内に導入し、５分間、熱処理を行う。

【００６３】［工程−３６０］以上により、シリコン半
導体基板４０の表面におけるシリコン酸化膜の形成が完
了する。以降、処理室５０内を窒素ガス雰囲気とし、ゲ
ートバルブ５３を開き、ウエハ台５２に載置されたシリ
コン半導体基板４０を処理室５０から搬出する。そし
て、実施例１の［工程−１２０］以降の工程を実行す
る。

【００６４】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した各種の条件やシリコン酸化
膜成膜装置の構造は例示であり、適宜変更することがで
きる。シリコン酸化膜の成膜は、パイロジェニック酸化
法だけでなく、純水の加熱により発生した水蒸気による
酸化法、酸素ガス又は不活性ガスによって加熱純水をバ
ブリングすることで発生した水蒸気による酸化法、ある
いはこれらの酸化法を併用した方法とすることができる
し、酸素ガス、あるいは塩酸を含有する酸素ガスといっ
た水蒸気を含有しない酸化性ガスを用いることもでき
る。

【００６５】尚、［工程−２２０］及び［工程−２４
０］における酸化法、あるいは［工程−３２０］及び
［工程−３４０］における酸化法は、同種の酸化法であ
っても、異種の酸化法であってもよい。実施例において
は、専らシリコン半導体基板の表面にシリコン酸化膜を
形成したが、エピタキシャルシリコン層、多結晶シリコ
ン層、あるいは非晶質シリコン層の表面にシリコン酸化
膜を形成することもできる。あるいは又、ＳＯＩ構造に
おけるシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成しても
よいし、半導体素子や半導体素子の構成要素が形成され
た基板やこれらの上に成膜されたシリコン層の表面にシ
リコン酸化膜を形成してもよい。更には、半導体素子や
半導体素子の構成要素が形成された基板やこれらの上に
成膜された下地絶縁層の上に形成されたシリコン層の表
面にシリコン酸化膜を形成してもよい。例えば、ＣＶＤ
法に基づきシリコン半導体基板の表面に選択的にエピタ
キシャル成長法にて単結晶のエピタキシャルシリコン層
を形成する条件を表３に例示する。

【００６６】

【表３】使用ガスＨ₂ ：５０slm ＳｉＨ₂Ｃｌ₂：１００sccm Ｂ₂Ｈ₆／Ｈ₂ ：０．１％−１００sccm ＨＣｌ：５０sccm 温度：７５０゜Ｃ圧力：５．３×１０³Ｐａ（４０Torr）厚さ：３０ｎｍ

【００６７】あるいは又、実施例１では、［工程−１０
０］において０．１％フッ化水素酸水溶液によりシリコ
ン半導体基板４０の表面洗浄を行った後、［工程−１１
０］においてシリコン半導体基板４０をシリコン酸化膜
成膜装置に搬入したが、シリコン半導体基板４０の表面
洗浄からシリコン酸化膜成膜装置への搬入までの雰囲気
を、不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気としてもよ
い。尚、このような雰囲気は、例えば、シリコン半導体
基板の表面洗浄装置の雰囲気を不活性ガス雰囲気とし、
且つ、不活性ガスが充填された搬送用ボックス内にシリ
コン半導体基板４０を納めてシリコン酸化膜成膜装置の
基板搬入出部２０や処理室５０に搬入する方法や、図１
２に模式図を示すように、表面洗浄装置、シリコン酸化
膜成膜装置、搬送路、ローダー及びアンローダーから構
成されたクラスターツール装置を用い、シリコン半導体
基板の表面洗浄装置からシリコン酸化膜成膜装置の基板
搬入出部２０あるいは処理室５０までを搬送路で結び、
かかる表面洗浄装置及び搬送路の雰囲気を不活性ガス雰
囲気とする方法によって達成することができる。

【００６８】あるいは又、０．１％フッ化水素酸水溶液
によりシリコン半導体基板４０の表面洗浄を行う代わり
に、表４に例示する条件にて、無水フッ化水素ガスを用
いた気相洗浄法によってシリコン半導体基板４０の表面
洗浄を行ってもよい。尚、パーティクルの発生防止のた
めにメタノールを添加する。あるいは又、表５に例示す
る条件にて、塩化水素ガスを用いた気相洗浄法によって
シリコン半導体基板４０の表面洗浄を行ってもよい。
尚、シリコン半導体基板４０の表面洗浄開始前あるいは
表面洗浄完了後における表面洗浄装置内の雰囲気や搬送
路等内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気としてもよいし、
例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１０^-3Torr）程度の真空雰
囲気としてもよい。尚、搬送路等内の雰囲気を真空雰囲
気とする場合には、シリコン半導体基板を搬入する際の
シリコン酸化膜成膜装置の基板搬入出部２０あるいは処
理室５０の雰囲気を例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１０^-3
Torr）程度の真空雰囲気としておき、シリコン半導体基
板の搬入完了後、基板搬入出部２０あるいは処理室５０
の雰囲気を大気圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲
気とすればよい。

【００６９】

【表４】無水フッ化水素ガス：３００sccm メタノール蒸気：８０sccm 窒素ガス：１０００sccm 圧力：０．３Ｐａ温度：６０゜Ｃ

【００７０】

【表５】塩化水素ガス／窒素ガス：１容量％温度：８００゜Ｃ

【００７１】尚、これらの場合のシリコン酸化膜成膜装
置としては、図３、図１０、図１１あるいは後述する図
１３、図１４に示すシリコン酸化膜成膜装置を用いるこ
とができる。これにより、シリコン酸化膜の形成前に水
素やフッ素で終端されたシリコン層の表面を清浄に保つ
ことができる結果、形成されたシリコン酸化膜中に水分
や有機物、あるいは又、Ｓｉ−ＯＨが取り込まれ、形成
されたシリコン酸化膜の特性が低下しあるいは欠陥が発
生することを、効果的に防ぐことができる。

【００７２】図３に示した縦型のシリコン酸化膜成膜装
置とは若干形式の異なる縦型のシリコン酸化膜成膜装置
の模式的な断面図を図１３に示す。この縦型のシリコン
酸化膜成膜装置の処理室１０は、上方領域１０Ａと下方
領域１０Ｂから構成され、下方領域１０Ｂの雰囲気温度
はヒータ１４によって制御される。一方、上方領域１０
Ａの外側には、赤外線若しくは可視光を発する複数のラ
ンプ１４Ａが配設されている。そして、例えば、実施例
２の［工程−２２０］と同様の工程において、シリコン
層の表面からシリコン原子が脱離しない温度に雰囲気を
保持した状態で湿式ガスを用いた酸化法によってシリコ
ン層の表面にシリコン酸化膜を形成するが、このシリコ
ン酸化膜の形成は処理室１０の下方領域１０Ｂにて行
う。このとき、処理室１０の上方領域１０Ａの雰囲気温
度は、ランプ１４Ａによって４００゜Ｃに保持する。そ
の後、実施例２の［工程−２３０］と同様の工程におい
て、処理室１０内への湿式ガスの供給を中止し、不活性
ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部１２から処理室１
０内に供給しながら、シリコン酸化膜成膜装置の処理室
１０の上方領域１０Ａの雰囲気温度をランプ１４Ａによ
って所望の温度まで昇温させ、次いで、エレベータ機構
２３を作動させて石英ボート２４を上昇させ、シリコン
半導体基板４０を処理室１０の上方領域１０Ａに移す。
そして、実施例２の［工程−２４０］と同様の工程にお
いて、パイロジェニック酸化法によってシリコン半導体
基板４０の表面にシリコン酸化膜４２を形成する。次い
で、実施例２の［工程−２５０］と同様の工程におい
て、湿式ガスの供給を中止し、不活性ガス（例えば窒素
ガス）をガス導入部１２から処理室１０内に導入しつ
つ、処理室１０の上方領域１０Ａの雰囲気温度をランプ
１４Ａによって８５０゜Ｃまで昇温する。その後、塩化
水素ガスを０．１容量％含有する不活性ガス（例えば窒
素ガス）をガス導入部１２から処理室１０内に導入し、
処理室１０の上方領域１０Ａにおいて、３０分間、熱処
理を行う。

【００７３】あるいは又、図１１に示した枚葉式シリコ
ン酸化膜成膜装置とは若干形式の異なる枚葉式シリコン
酸化膜成膜装置の模式的な断面図を図１４に示す。この
枚葉式シリコン酸化膜成膜装置の処理室５０は、第１の
領域５０Ａと第２の領域５０Ｂから構成され、第１の領
域５０Ａ及び第２の領域５０Ｂのそれぞれの雰囲気温度
はランプ１５１Ａ及びランプ１５１Ｂによって制御され
る。そして、例えば、実施例３の［工程−３２０］と同
様の工程において、シリコン層の表面からシリコン原子
が脱離しない温度に雰囲気を保持した状態で、湿式ガス
を用いた酸化法によってシリコン層の表面にシリコン酸
化膜を形成するが、このシリコン酸化膜の形成は処理室
５０の第１の領域５０Ａにて行う。尚、第１の領域５０
Ａにおける雰囲気温度の制御はランプ１５１Ａによって
行われる。このとき、処理室５０の第２の領域５０Ｂの
雰囲気温度は、ランプ１５１Ｂによって４００゜Ｃに保
持する。その後、実施例３の［工程−３３０］と同様の
工程において、処理室５０内への湿式ガスの供給を継続
しながら、処理室５０の第２の領域５０Ｂの雰囲気温度
を、ランプ１５１Ｂによって所望の温度まで昇温し、シ
リコン半導体基板を第２の領域５０Ｂに移す。その後、
［工程−３４０］と同様の工程において、所望の温度に
処理室５０の第２の領域５０Ｂの雰囲気温度をランプ１
５１Ｂによって保持した状態にて、湿式ガスを用いた酸
化法にて、更にシリコン酸化膜を形成する。その後、
［工程−３５０］と同様の工程において、湿式ガスの供
給を中止し、不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導入
部５４から処理室５０内に導入しつつ、処理室５０の第
２の領域５０Ｂの雰囲気温度をランプ１５１Ｂによって
８５０゜Ｃまで昇温する。その後、塩化水素ガスを０．
１容量％含有する不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス
導入部５４から処理室５０内に導入し、５分間、熱処理
を行う。尚、図１４のシリコン酸化膜成膜装置における
ランプの代わりに、図１０に示したと同様に抵抗加熱ヒ
ータを用いることもできる。

【００７４】表６に、シリコン層の表面からシリコン原
子が脱離しない温度に雰囲気を保持した状態にて、湿式
ガスを用いた酸化法によってシリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜を形成する第１のシリコン酸化膜形成工程（表
６では第１の工程と表記した）における雰囲気、雰囲気
温度を所望の温度まで昇温する工程（表６では第１の昇
温と表記した）における雰囲気、所望の温度に雰囲気を
保持した状態にて、湿式ガスを用いた酸化法によって、
更にシリコン酸化膜を形成する第２のシリコン酸化膜形
成工程（表６では第２の工程と表記した）における雰囲
気、並びに、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施す
ために雰囲気を昇温する工程（表６では第２の昇温と表
記した）における雰囲気の組み合わせを示す。尚、表６
中、湿式ガス雰囲気を「湿式ガス」と表記し、ハロゲン
元素を含有する湿式ガス雰囲気を「＊湿式ガス」と表記
し、不活性ガス雰囲気を「不活性ガス」と表記し、ハロ
ゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気「＊不活性ガス」
と表記した。表６中、「無し／不活性ガス／＊不活性ガ
ス」は、予備熱処理を行わなくともよく、予備熱処理を
行う場合には、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施
すために雰囲気を昇温する工程における雰囲気を、不活
性ガス雰囲気としてもよいし、ハロゲン元素を含有する
不活性ガス雰囲気としてもよいことを意味する。ここ
で、表６に示した各種の雰囲気の組み合わせは、図３や
図１３に示したシリコン酸化膜成膜装置、図１０、図１
１や図１４に示したシリコン酸化膜成膜装置、あるいは
又、これらの組み合わせ、更には、図１２に示したクラ
スターツール装置にて実現することができる。

【００７５】

【表６】第１の工程第１の昇温第２の工程第２の昇温乾式ガス不活性ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上＊不活性ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上湿式ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上＊湿式ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上湿式ガス不活性ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上＊不活性ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上湿式ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上＊湿式ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上＊乾式ガス不活性ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上＊不活性ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上湿式ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上同上＊湿式ガス乾式ガス無し／不活性ガス／＊不活性ガス同上同上湿式ガス同上同上同上＊湿式ガス同上

【００７６】実施例においては、２種類の厚さのシリコ
ン酸化膜を形成したが、本発明におけるシリコン酸化膜
の厚さは２種類に限定されない。例えば、図１５及び図
１６に示すように、３種類（あるいはそれ以上）の厚さ
のシリコン酸化膜を形成することもできる。この場合に
は、例えば、実施例１の［工程−１２０］において、シ
リコン酸化膜４２上に膜厚が例えば０．０５μｍの第１
の導電層４３を形成した後、［工程−１３０］におい
て、第１の導電層４３を選択的に除去してシリコン酸化
膜４２の一部を露出させる（図１５の（Ａ）参照）。次
いで、露出したシリコン酸化膜４２の厚さを薄くする
（図１５の（Ｂ）参照）。その後、レジスト４４の一部
を除去し、残されたレジスト４４をエッチング用マスク
として第１の導電層４３を再び選択的にエッチングする
（図１６の（Ａ）。次いで、露出したシリコン酸化膜４
２，４２Ａの厚さを薄くする（図１６の（Ｂ）参照）。
こうして、最も厚さの薄いシリコン酸化膜４２Ａ、中程
度に厚さの薄いシリコン酸化膜４２Ｂ、及び最も厚さの
厚いシリコン酸化膜４２を有する素子形成領域を形成す
ることができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明の半導体装置におけるゲート電極
の作製方法によれば、シリコン酸化膜の形成を本質的に
１回行えばよく、２種類のシリコン酸化膜を形成する従
来の方法のように不要なシリコン酸化膜を選択的に除去
し、再びシリコン酸化膜を形成する工程や、選択的にシ
リコン酸化膜を除去する工程等が不要である。従って、
作製工程を左程増加させることなく、厚さの異なるシリ
コン酸化膜を有するゲート電極を作製することが可能と
なる。また、シリコン酸化膜上に直接レジストを形成す
る必要がないので、シリコン酸化膜の信頼性や特性の劣
化を防止することができる。更には、露出したシリコン
酸化膜の厚さを薄くした後、薄膜化されたシリコン酸化
膜に熱処理を施すので、シリコン酸化膜の薄膜化によっ
て生じた汚染の除去や、欠陥の除去、修復を行うことが
できる結果、特性の優れたシリコン酸化膜を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体装置におけるゲート電極の作
製方法を説明するための半導体基板との模式的な一部断
面図である。

【図２】図１に引き続き、実施例１の半導体装置におけ
るゲート電極の作製方法を説明するための半導体基板と
の模式的な一部断面図である。

【図３】実施例１にて使用した縦型のバッチ式シリコン
酸化膜成膜装置の模式図である。

【図４】実施例１におけるシリコン酸化膜の形成方法を
説明するためのシリコン酸化膜成膜装置等の模式的な断
面図である。

【図５】図４に引き続き、実施例１におけるシリコン酸
化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化膜成膜装
置等の模式的な断面図である。

【図６】実施例２におけるシリコン酸化膜の形成方法を
説明するためのシリコン酸化膜成膜装置等の模式的な断
面図である。

【図７】図６に引き続き、実施例２におけるシリコン酸
化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化膜成膜装
置等の模式的な断面図である。

【図８】図７に引き続き、実施例２におけるシリコン酸
化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化膜成膜装
置等の模式的な断面図である。

【図９】図８に引き続き、実施例２におけるシリコン酸
化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化膜成膜装
置等の模式的な断面図である。

【図１０】実施例３にて使用した枚葉式シリコン酸化膜
成膜装置の模式図である。

【図１１】図１０とは若干構造が異なる、枚葉式シリコ
ン酸化膜成膜装置の模式的な断面図である。

【図１２】クラスターツール装置の模式図である。

【図１３】図３に示した縦型のシリコン酸化膜成膜装置
とは若干形式の異なる縦型のシリコン酸化膜成膜装置の
模式的な断面図である。

【図１４】図１１に示した枚葉式シリコン酸化膜成膜装
置とは若干形式の異なる枚葉式シリコン酸化膜成膜装置
の模式的な断面図である。

【図１５】３種類の厚さのシリコン酸化膜を形成する方
法を説明するためのシリコン半導体基板等の模式的な一
部断面図である。

【図１６】図１５に引き続き、３種類の厚さのシリコン
酸化膜を形成する方法を説明するためのシリコン半導体
基板等の模式的な一部断面図である。

【図１７】従来の２種類の厚さのシリコン酸化膜を形成
する方法を説明するためのシリコン半導体基板等の模式
的な一部断面図である。

【図１８】図１７に引き続き、従来の２種類の厚さのシ
リコン酸化膜を形成する方法を説明するためのシリコン
半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【図１９】従来の２種類の厚さのシリコン酸化膜を形成
する方法を説明するためのシリコン半導体基板等の模式
的な一部断面図である。

【図２０】図１９に引き続き、従来の２種類の厚さのシ
リコン酸化膜を形成する方法を説明するためのシリコン
半導体基板等の模式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０・・・処理室、１１・・・ガス流路、１２・・・ガ
ス導入部、１３・・・ガス排気部、１４・・・ヒータ、
１５・・・シャッター、１６・・・均熱管、２０・・・
基板搬入出部、２１・・・ガス導入部、２２・・・ガス
排気部、２３・・・エレベータ機構、２４・・・石英ボ
ート、３０・・・燃焼室、３１・・・配管、４０・・・
シリコン半導体基板、４１・・・素子分離領域、４２・
・・シリコン酸化膜、４２Ａ，４２Ｂ・・・薄膜化され
たシリコン酸化膜、４３・・・第１の導電層、４４・・
・レジスト、４５・・・第２の導電層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の半導体素子と、該第１の半導体素子
のゲート電極を構成するシリコン酸化膜の厚さとは異な
る厚さを有するシリコン酸化膜から構成されたゲート電
極を備えた第２の半導体素子とから成る半導体装置にお
ける各ゲート電極の作製方法であって、（イ）シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成する工
程と、（ロ）該シリコン酸化膜上に第１の導電層を形成する工
程と、（ハ）該第１の導電層を選択的に除去してシリコン酸化
膜の一部を露出させる工程と、（ニ）該露出したシリコン酸化膜の厚さを薄くする工程
と、（ホ）該薄膜化されたシリコン酸化膜に熱処理を施す工
程と、（ヘ）全面に第２の導電層を形成した後、第２の導電層
及び第１の導電層をパターニングする工程、から成り、
以て、シリコン酸化膜、第１の導電層及び第２の導電層
から構成された第１の半導体素子のためのゲート電極、
並びに、薄膜化されたシリコン酸化膜及び第２の導電層
から構成された第２の半導体素子のためのゲート電極を
作製することを特徴とする半導体装置におけるゲート電
極の作製方法。
【請求項２】前記工程（ホ）における熱処理を、ハロゲ
ン元素を含有する不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴
とする請求項１に記載の半導体装置におけるゲート電極
の作製方法。
【請求項３】ハロゲン元素は塩素であることを特徴とす
る請求項２に記載の半導体装置におけるゲート電極の作
製方法。
【請求項４】塩素は塩化水素の形態であり、不活性ガス
中に含有される塩化水素の濃度は０．０２乃至１０容量
％であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置
におけるゲート電極の作製方法。
【請求項５】熱処理は７００乃至９５０゜Ｃの温度で行
われることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置に
おけるゲート電極の作製方法。
【請求項６】熱処理は炉アニール処理であることを特徴
とする請求項５に記載の半導体装置におけるゲート電極
の作製方法。
【請求項７】工程（イ）にてシリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜を形成した後、該シリコン酸化膜上に第１の導
電層を形成する前に、形成されたシリコン酸化膜に対し
て熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導
体装置におけるゲート電極の作製方法。
【請求項８】熱処理を、ハロゲン元素を含有する不活性
ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項７に記載の
半導体装置におけるゲート電極の作製方法。
【請求項９】ハロゲン元素は塩素であることを特徴とす
る請求項８に記載の半導体装置におけるゲート電極の作
製方法。
【請求項１０】塩素は塩化水素の形態であり、不活性ガ
ス中に含有される塩化水素の濃度は０．０２乃至１０容
量％であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装
置におけるゲート電極の作製方法。
【請求項１１】熱処理は７００乃至９５０゜Ｃの温度で
行われることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置
におけるゲート電極の作製方法。
【請求項１２】工程（イ）におけるシリコン層表面への
シリコン酸化膜の形成は、（Ａ）シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない
温度に雰囲気を保持した状態にて、湿式ガスを用いた酸
化法によって該シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形
成する第１のシリコン酸化膜形成工程と、（Ｂ）該第１のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気
温度よりも高い雰囲気にて、湿式ガスを用いた酸化法に
よって、更にシリコン酸化膜を形成する第２のシリコン
酸化膜形成工程、から成ることを特徴とする請求項１に
記載の半導体装置におけるゲート電極の作製方法。
【請求項１３】シリコン層の表面からシリコン原子が脱
離しない温度は、シリコン層表面を終端している原子と
シリコン原子との結合が切断されない温度であることを
特徴とする請求項１２に記載の半導体装置におけるゲー
ト電極の作製方法。
【請求項１４】シリコン層の表面からシリコン原子が脱
離しない温度は、Ｓｉ−Ｈ結合が切断されない温度若し
くはＳｉ−Ｆ結合が切断されない温度であることを特徴
とする請求項１３に記載の半導体装置におけるゲート電
極の作製方法。
【請求項１５】工程（Ａ）及び／又は工程（Ｂ）におけ
る湿式ガスを用いた酸化法は、パイロジェニック酸化
法、純水の加熱により発生した水蒸気による酸化法、並
びに、酸素ガス又は不活性ガスによって加熱純水をバブ
リングすることで発生した水蒸気による酸化法の内の少
なくとも１種の酸化法であることを特徴とする請求項１
２に記載の半導体装置におけるゲート電極の作製方法。
【請求項１６】工程（Ａ）及び／又は工程（Ｂ）におけ
る湿式ガスにはハロゲン元素が含有されていることを特
徴とする請求項１５に記載の半導体装置におけるゲート
電極の作製方法。
【請求項１７】ハロゲン元素は塩素であることを特徴と
する請求項１６に記載の半導体装置におけるゲート電極
の作製方法。
【請求項１８】塩素は塩化水素の形態であり、湿式ガス
中に含有される塩化水素の濃度は０．０２乃至１０容量
％であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装
置におけるゲート電極の作製方法。
【請求項１９】工程（Ａ）における雰囲気温度から工程
（Ｂ）における雰囲気温度まで雰囲気温度を昇温する昇
温工程を含み、該昇温工程における雰囲気は不活性ガス
雰囲気又は湿式ガスを含む酸化雰囲気であることを特徴
とする請求項１２に記載の半導体装置におけるゲート電
極の作製方法。
【請求項２０】不活性ガス雰囲気又は湿式ガスを含む酸
化雰囲気にはハロゲン元素が含有されていることを特徴
とする請求項１９に記載の半導体装置におけるゲート電
極の作製方法。
【請求項２１】ハロゲン元素は塩素であることを特徴と
する請求項２０に記載の半導体装置におけるゲート電極
の作製方法。
【請求項２２】塩素は塩化水素の形態であり、不活性ガ
ス雰囲気又は湿式ガス中に含有される塩化水素の濃度は
０．０２乃至１０容量％であることを特徴とする請求項
２１に記載の半導体装置におけるゲート電極の作製方
法。
【請求項２３】工程（Ａ）において、シリコン酸化膜を
形成する前の、シリコン層の表面からシリコン原子が脱
離しない温度に保持された雰囲気は、不活性ガス雰囲気
であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置
におけるゲート電極の作製方法。
【請求項２４】工程（イ）の前に、シリコン層表面を洗
浄する工程を含み、表面洗浄後のシリコン層を大気に曝
すことなく、工程（イ）を開始することを特徴とする請
求項１に記載の半導体装置におけるゲート電極の作製方
法。