JPH11186255A - Method of forming silicon oxide film - Google Patents
Method of forming silicon oxide filmInfo
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体装置
の製造におけるシリコン酸化膜の形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film in the manufacture of a semiconductor device, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えばMOS型半導体装置の製造におい
ては、シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜をシリコン
半導体基板の表面に形成する必要がある。また、薄膜ト
ランジスタ(TFT)の製造においても、絶縁性基板の
上に設けられたシリコン層の表面にシリコン酸化膜から
成るゲート酸化膜を形成する必要がある。このようなシ
リコン酸化膜は、半導体装置の信頼性を担っているとい
っても過言ではない。従って、シリコン酸化膜には、常
に、高い絶縁破壊耐圧及び長期信頼性が要求される。2. Description of the Related Art For example, in manufacturing a MOS type semiconductor device, it is necessary to form a gate oxide film made of a silicon oxide film on the surface of a silicon semiconductor substrate. Also, in manufacturing a thin film transistor (TFT), it is necessary to form a gate oxide film made of a silicon oxide film on the surface of a silicon layer provided on an insulating substrate. It is not an exaggeration to say that such a silicon oxide film is responsible for the reliability of the semiconductor device. Therefore, a silicon oxide film is always required to have high dielectric breakdown voltage and long-term reliability.
【0003】例えばMOS型半導体装置を製造する場
合、従来、ゲート酸化膜を成膜する前に、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す
る。ところで、RCA洗浄を行うと、シリコン半導体基
板の表面は洗浄液と反応し、厚さ0.5〜1nm程度の
シリコン酸化膜(以下、かかるシリコン酸化膜を単に酸
化膜と呼ぶ)が形成される。かかる酸化膜の膜厚は不均
一であり、しかも、酸化膜中には洗浄液成分が残留す
る。そこで、フッ化水素酸水溶液にシリコン半導体基板
を浸漬して、かかる酸化膜を除去し、更に純水で薬液成
分を除去する。これによって、大部分が水素で終端さ
れ、極一部がフッ素で終端されたシリコン半導体基板の
表面を得ることができる。尚、このような工程によっ
て、大部分が水素で終端され、極一部がフッ素で終端さ
れたシリコン半導体基板の表面を得ることを、本明細書
では、シリコン半導体基板の表面を露出させると表現す
る。その後、かかるシリコン半導体基板をシリコン酸化
膜形成装置の処理室(酸化炉)に搬入して、シリコン半
導体基板の表面にシリコン酸化膜を形成する。[0003] For example, in the case of manufacturing a MOS type semiconductor device, conventionally, NH 4 OH /
The surface of the silicon semiconductor substrate is cleaned by RCA cleaning in which the surface is washed with an H 2 O 2 aqueous solution and further washed with an HCl / H 2 O 2 aqueous solution, and fine particles and metal impurities are removed from the surface. When the RCA cleaning is performed, the surface of the silicon semiconductor substrate reacts with the cleaning liquid to form a silicon oxide film having a thickness of about 0.5 to 1 nm (hereinafter, such a silicon oxide film is simply referred to as an oxide film). The thickness of such an oxide film is not uniform, and the cleaning liquid component remains in the oxide film. Therefore, the silicon semiconductor substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution to remove such an oxide film, and further, a chemical component is removed with pure water. Thereby, it is possible to obtain a surface of the silicon semiconductor substrate that is mostly terminated with hydrogen and extremely partially terminated with fluorine. In this specification, obtaining a surface of a silicon semiconductor substrate that is mostly terminated with hydrogen and a very small portion is terminated with fluorine is referred to as exposing the surface of the silicon semiconductor substrate in this specification. I do. Thereafter, the silicon semiconductor substrate is carried into a processing chamber (oxidizing furnace) of the silicon oxide film forming apparatus, and a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0004】シリコン酸化膜形成装置としては、ゲート
酸化膜の薄膜化及び基板の大口径化に伴い、石英製の処
理室(酸化炉)を水平に保持した横型方式から垂直に保
持した縦型方式のシリコン酸化膜形成装置への移行が進
んでいる。これは、縦型方式のシリコン酸化膜形成装置
の方が、横型方式のシリコン酸化膜形成装置よりも、基
板の大口径化に対処し易いばかりか、シリコン半導体基
板を処理室に搬入する際の大気の巻き込みによって生成
するシリコン酸化膜(以下、かかるシリコン酸化膜を自
然酸化膜と呼ぶ)を低減することができるからである。
しかしながら、縦型方式のシリコン酸化膜形成装置を用
いる場合であっても、2nm厚程度の自然酸化膜がシリ
コン半導体基板の表面に形成されてしまう。自然酸化膜
には大気中の不純物が多く含まれており、ゲート酸化膜
の薄膜化においては自然酸化膜の存在を無視することが
できない。そのため、(1)シリコン酸化膜形成装置に
配設された基板搬入出部に大量の窒素ガスを流して窒素
ガス雰囲気とする方法(窒素ガスパージ方式)、(2)
一旦、基板搬入出部内を真空とした後、窒素ガス等の不
活性ガスで基板搬入出部内を置換して大気を排除する方
法(真空ロードロック方式)等を採用し、出来る限り自
然酸化膜の形成を抑制する方法が提案されている。[0004] As the silicon oxide film forming apparatus, as the gate oxide film becomes thinner and the substrate becomes larger in diameter, a quartz-type processing chamber (oxidizing furnace) is held horizontally and a vertical method is held vertically. Are shifting to silicon oxide film forming apparatuses. This is because the vertical type silicon oxide film forming apparatus is easier to cope with the enlargement of the substrate diameter than the horizontal type silicon oxide film forming apparatus, and also when the silicon semiconductor substrate is carried into the processing chamber. This is because a silicon oxide film generated by entrainment in the atmosphere (hereinafter, such a silicon oxide film is referred to as a natural oxide film) can be reduced.
However, even when a vertical silicon oxide film forming apparatus is used, a natural oxide film having a thickness of about 2 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate. The natural oxide film contains a large amount of impurities in the atmosphere, and the existence of the natural oxide film cannot be ignored in thinning the gate oxide film. Therefore, (1) a method of flowing a large amount of nitrogen gas into the substrate loading / unloading section provided in the silicon oxide film forming apparatus to form a nitrogen gas atmosphere (nitrogen gas purge method), (2)
Once the inside of the substrate loading / unloading section is evacuated, a method of replacing the inside of the substrate loading / unloading section with an inert gas such as nitrogen gas and eliminating the atmosphere (vacuum load lock method) is adopted. Methods for suppressing formation have been proposed.
【0005】そして、処理室(酸化炉)内を不活性ガス
雰囲気とした状態で、シリコン半導体基板を処理室(酸
化炉)に搬入し、次いで、処理室(酸化炉)内を酸化性
雰囲気に切り替え、シリコン半導体基板を熱処理するこ
とでゲート酸化膜を形成する。ゲート酸化膜の形成に
は、高温に保持された処理室内に高純度の水蒸気を導入
することによってシリコン半導体基板の表面を熱酸化す
る方法(湿式酸化法)が採用されており、高純度の乾燥
酸素ガスによってシリコン半導体基板表面を酸化する方
法(乾式酸化法)よりも、電気的信頼性の高いゲート酸
化膜を形成することができる。この湿式酸化法の1つ
に、水素ガスを酸素ガスと高温で混合し、燃焼させるこ
とによって生成した水蒸気をシリコン酸化膜の形成に用
いるパイロジェニック酸化法(水素ガス燃焼酸化法とも
呼ばれる)があり、多く採用されている。通常、このパ
イロジェニック酸化法においては、処理室(酸化炉)の
外部に設けられ、そして700〜900゜Cに保持され
た燃焼室内に酸素ガスを供給し、その後、燃焼室内に水
素ガスを供給して、高温中で水素ガスを燃焼させる。こ
れによって得られた水蒸気を酸化種として用いる。[0005] Then, the silicon semiconductor substrate is carried into the processing chamber (oxidizing furnace) with the processing chamber (oxidizing furnace) in an inert gas atmosphere, and then the processing chamber (oxidizing furnace) is oxidized. The gate oxide film is formed by switching and heat-treating the silicon semiconductor substrate. A method of thermally oxidizing the surface of a silicon semiconductor substrate by introducing high-purity water vapor into a processing chamber maintained at a high temperature (wet oxidation method) is used for forming a gate oxide film. A gate oxide film with higher electrical reliability can be formed than a method of oxidizing the surface of a silicon semiconductor substrate with oxygen gas (dry oxidation method). As one of the wet oxidation methods, there is a pyrogenic oxidation method (also called a hydrogen gas combustion oxidation method) in which water vapor generated by mixing hydrogen gas with oxygen gas at a high temperature and burning it is used for forming a silicon oxide film. , Has been adopted a lot. Usually, in this pyrogenic oxidation method, oxygen gas is supplied to a combustion chamber provided outside a processing chamber (oxidizing furnace) and maintained at 700 to 900 ° C., and then hydrogen gas is supplied to the combustion chamber. Then, the hydrogen gas is burned at a high temperature. The water vapor thus obtained is used as an oxidizing species.
【0006】パイロジェニック酸化法に基づきシリコン
酸化膜を形成するための縦型方式のシリコン酸化膜形成
装置の概念図を図13に示す。この縦型方式のシリコン
酸化膜形成装置は、垂直方向に保持された石英製の二重
管構造の処理室10と、処理室10へ水蒸気及び/ガス
を導入するためのガス導入部12と、処理室10から水
蒸気及び/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へ窒素ガス等の不活性ガ
スを導入するためのガス導入部21と、基板搬入出部2
0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10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31、ガス流路11及びガス導入
部12を介して処理室10内に導入される。尚、ガス流
路11は、二重管構造の処理室10の内壁及び外壁の間
の空間に相当する。FIG. 13 is a conceptual diagram of a vertical type silicon oxide film forming apparatus for forming a silicon oxide film based on a pyrogenic oxidation method. This vertical type silicon oxide film forming apparatus includes a processing chamber 10 having a double tube structure made of quartz held in a vertical direction, a gas introduction unit 12 for introducing water vapor and / or gas into the processing chamber 10, A gas exhaust unit 13 for exhausting water vapor and / or gas from the processing chamber 10; a heater 14 for maintaining the inside of the processing chamber 10 at a predetermined atmospheric temperature via a cylindrical heat equalizing pipe 16 made of SiC; Unit 20, a gas introduction unit 21 for introducing an inert gas such as nitrogen gas into and out of substrate loading / unloading unit 20, and a substrate loading / unloading unit 2
A gas exhaust unit 22 for exhausting gas from zero, a shutter 15 for separating the processing chamber 10 from the substrate loading / unloading unit 20, and an elevator mechanism 23 for transporting the silicon semiconductor substrate into and out of the processing chamber 10. . Elevator mechanism 23
Is mounted with a quartz boat 24 for mounting a silicon semiconductor substrate. Further, the hydrogen gas supplied to the combustion chamber 30 is mixed with the oxygen gas at a high temperature in the combustion chamber 30 and burned to generate steam.
The water vapor is introduced into the processing chamber 10 through the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12. The gas flow path 11 corresponds to a space between the inner wall and the outer wall of the processing chamber 10 having a double pipe structure.
【0007】図13に示した縦型方式のシリコン酸化膜
形成装置を使用した、パイロジェニック酸化法に基づく
従来のシリコン酸化膜の形成方法の概要を、図13、図
67〜図69を参照して、以下、説明する。An outline of a conventional silicon oxide film forming method based on a pyrogenic oxidation method using the vertical type silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 13 will be described with reference to FIGS. 13 and 67 to 69. This will be described below.
【0008】[工程−10]配管32、燃焼室30、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700〜800゜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67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。[Step-10] Nitrogen gas is introduced into the processing chamber 10 through the pipe 32, the combustion chamber 30, the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introduction unit 12, and the inside of the processing chamber 10 is set to a nitrogen gas atmosphere. Further, the atmosphere temperature in the processing chamber 10 is maintained at 700 to 800 ° C. by the heater 14 via the soaking tube 16. In this state, the shutter 15 is closed (see FIG. 67A). The substrate loading / unloading section 20 is open to the atmosphere.
【0009】[工程−20]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(図67の
(B)参照)。[Step-20] The substrate loading / unloading section 20
Then, the silicon semiconductor substrate 40 is carried in, and the silicon semiconductor substrate 40 is placed on the quartz boat 24. Substrate loading / unloading section 20
After the loading of the silicon semiconductor substrate 40 into the substrate is completed, a door (not shown) is closed, nitrogen gas is introduced from the gas introduction unit 21 into the substrate loading / unloading unit 20, discharged from the gas exhaust unit 22, and discharged into the substrate loading / unloading unit 20. In a nitrogen gas atmosphere (see FIG. 67B).
【0010】[工程−30]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68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69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。[Step-30] When the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere, the shutter 15 is opened (see FIG. 68B), the elevator mechanism 23 is operated, and the quartz boat 24 is operated. Is raised, and the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the processing chamber 10 (see FIG. 69A). When the elevator mechanism 23 reaches the highest position,
The base of the quartz boat 24 prevents communication between the processing chamber 10 and the substrate loading / unloading section 20.
【0011】シャッター15を開く前に、処理室10内
を窒素ガス雰囲気のままにしておくと、以下の問題が生
じる。即ち、フッ化水素酸水溶液及び純水による洗浄に
よって表面を露出させたシリコン半導体基板を高温の窒
素ガス雰囲気中に搬入すると、シリコン半導体基板40
の表面に荒れが生じる。この現象は、フッ化水素酸水溶
液及び純水での洗浄によってシリコン半導体基板40の
表面に形成されたSi−H結合の一部やSi−F結合の
一部が、水素やフッ素の昇温脱離によって失われ、シリ
コン半導体基板40の表面にエッチング現象が生じるこ
とに起因すると考えられている。例えば、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ULS
I技術」、第21頁に記載されている。このような現象
を抑制するために、シャッター15を開く前に、例え
ば、0.5容量%程度の酸素ガスを含んだ窒素ガスをガ
ス導入部12から処理室10内に導入し、処理室10内
を0.5容量%程度の酸素ガスを含んだ窒素ガス雰囲気
とする(図68の(A)参照)。If the processing chamber 10 is left in a nitrogen gas atmosphere before the shutter 15 is opened, the following problems occur. That is, when the silicon semiconductor substrate whose surface is exposed by washing with a hydrofluoric acid aqueous solution and pure water is carried into a high-temperature nitrogen gas atmosphere, the silicon semiconductor substrate 40
The surface becomes rough. This phenomenon occurs because part of the Si—H bond and part of the Si—F bond formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by washing with the hydrofluoric acid aqueous solution and the pure water are heated and desorbed by hydrogen and fluorine. It is considered that the loss is caused by separation and that the etching phenomenon occurs on the surface of the silicon semiconductor substrate 40. For example, when the temperature of a silicon semiconductor substrate is raised to 600 ° C. or more in an argon gas, severe irregularities may occur on the surface of the silicon semiconductor substrate.
I Technology ", page 21. In order to suppress such a phenomenon, before opening the shutter 15, for example, a nitrogen gas containing about 0.5% by volume of oxygen gas is introduced from the gas introduction unit 12 into the processing chamber 10. The inside is set to a nitrogen gas atmosphere containing about 0.5% by volume of oxygen gas (see FIG. 68A).
【0012】[工程−40]その後、処理室10内の雰
囲気温度を800〜900゜Cとする。そして、配管3
2,33を介して燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガス
を供給し、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(図6
9の(B)参照)。これによって、シリコン半導体基板
40の表面にシリコン酸化膜が形成される。尚、水蒸気
を処理室10へ導入する前に不完全燃焼した水素ガスが
処理室10内に流入することによって爆鳴気反応が生じ
ることを防止するために、配管33から燃焼室30に水
素ガスを供給する前に、配管32を介して燃焼室30に
酸素ガスを供給する。この結果、配管31、ガス流路1
1及びガス導入部12を介して酸素ガスが処理室10内
に流入する。尚、燃焼室30内の温度を、例えばヒータ
(図示せず)によって700〜900゜Cに保持する。[Step-40] Thereafter, the atmosphere temperature in the processing chamber 10 is set to 800 to 900 ° C. And piping 3
Oxygen gas and hydrogen gas are supplied into the combustion chamber 30 via the combustion chambers 2 and 33, and the hydrogen gas is mixed with the oxygen gas at a high temperature in the combustion chamber 30 and steam generated by burning the mixture.
The gas is introduced into the processing chamber 10 through the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12, and is exhausted from the gas exhaust unit 13 (FIG. 6).
9 (B)). Thus, a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40. In order to prevent a detonation reaction from occurring due to the incompletely burned hydrogen gas flowing into the processing chamber 10 before introducing steam into the processing chamber 10, the hydrogen gas is supplied from the pipe 33 to the combustion chamber 30. Before supplying the oxygen gas, oxygen gas is supplied to the combustion chamber 30 via the pipe 32. As a result, the pipe 31, the gas flow path 1
Oxygen gas flows into the processing chamber 10 through the gas inlet 1 and the gas inlet 12. The temperature in the combustion chamber 30 is maintained at 700 to 900 ° C. by, for example, a heater (not shown).
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】シャッター15を開く
前に、0.5容量%程度の酸素ガスを含んだ窒素ガスを
ガス導入部12から処理室10内に導入し、処理室10
内を0.5容量%程度の酸素ガスを含んだ窒素ガス雰囲
気とすることによって(図68の(A)参照)、シリコ
ン半導体基板の表面に凹凸が形成される現象を抑制する
ことができる。あるいは又、培風館発行、大見忠弘著
「ウルトラクリーンULSI技術」、第21頁には、水
素終端したシリコン半導体基板を、終端水素が安定に存
在する300゜Cで乾式酸化を行い、これによって形成
されたシリコン酸化膜を保護膜とすれば、シリコン半導
体基板の表面に凹凸が形成される問題を回避できると報
告されている。Before the shutter 15 is opened, a nitrogen gas containing about 0.5% by volume of oxygen gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introducing section 12, and the processing chamber 10 is opened.
By setting the inside of the inside to a nitrogen gas atmosphere containing about 0.5% by volume of oxygen gas (see FIG. 68A), a phenomenon in which unevenness is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate can be suppressed. Alternatively, "Ultra Clean ULSI Technology", published by Baifukan and written by Tadahiro Omi, page 21, states that a hydrogen-terminated silicon semiconductor substrate is subjected to dry oxidation at 300 ° C. where terminal hydrogen is stably present and formed by this method. It has been reported that the problem of forming irregularities on the surface of a silicon semiconductor substrate can be avoided by using the formed silicon oxide film as a protective film.
【0014】しかしながら、シリコン半導体基板の表面
に凹凸が形成される現象を抑制するために処理室10内
に酸素ガスを含んだ窒素ガスが導入されるが故に、処理
室10内に搬入されたシリコン半導体基板の表面にシリ
コン酸化膜が形成される。かかるシリコン酸化膜は、本
質的には、所謂、乾式酸化によって形成されたシリコン
酸化膜(ドライ酸化膜と呼ぶ)であり、湿式酸化法にて
形成されたシリコン酸化膜(ウェット酸化膜と呼ぶ)よ
りも特性が劣る。例えば、処理室10内を800゜Cに
保持し、0.5容量%の酸素ガスを含んだ窒素ガスをガ
ス導入部12から処理室10内に導入した状態でシリコ
ン半導体基板を処理室10内に搬入すると、シリコン半
導体基板の表面には2nm以上のドライ酸化膜が形成さ
れる。ゲート長0.18〜0.13μmの半導体装置に
おいては、4〜3nm厚さのゲート酸化膜が用いられる
ことが予想されている。このように、例えば4nm厚さ
のゲート酸化膜を形成しようとした場合、厚さの5割以
上がドライ酸化膜で占められることになる。However, since nitrogen gas containing oxygen gas is introduced into the processing chamber 10 in order to suppress the phenomenon that unevenness is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate, the silicon carried into the processing chamber 10 is not introduced. A silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate. Such a silicon oxide film is essentially a silicon oxide film formed by so-called dry oxidation (called a dry oxide film), and a silicon oxide film formed by a wet oxidation method (called a wet oxide film). Inferior in characteristics. For example, the inside of the processing chamber 10 is maintained at 800 ° C., and a silicon semiconductor substrate is placed in the processing chamber 10 while a nitrogen gas containing 0.5% by volume of oxygen gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12. Then, a dry oxide film of 2 nm or more is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate. In a semiconductor device having a gate length of 0.18 to 0.13 μm, it is expected that a gate oxide film having a thickness of 4 to 3 nm will be used. Thus, for example, when an attempt is made to form a gate oxide film having a thickness of 4 nm, 50% or more of the thickness is occupied by the dry oxide film.
【0015】このような問題を解決する手段が、特開平
6−291112号公報に開示されている。即ち、フッ
化水素酸水溶液でシリコン半導体基板を洗浄した後、過
酸化水素水にシリコン半導体基板を浸漬することによっ
てシリコン半導体基板の表面に保護膜としてのシリコン
酸化膜を形成する技術が、この特許公開公報には開示さ
れている。しかしながら、この方法では、過酸化水素水
の濃度制御等によってシリコン半導体基板の表面に均一
なシリコン酸化膜を再現性良く形成することは困難であ
る。また、過酸化水素水中の不純物がシリコン酸化膜中
に取り込まれるという問題もある。A means for solving such a problem is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-291112. That is, this patent discloses a technique in which a silicon semiconductor substrate is washed with an aqueous solution of hydrofluoric acid, and then the silicon semiconductor substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution to form a silicon oxide film as a protective film on the surface of the silicon semiconductor substrate. It is disclosed in the publication. However, in this method, it is difficult to form a uniform silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate with good reproducibility by controlling the concentration of hydrogen peroxide solution or the like. There is also a problem that impurities in the hydrogen peroxide solution are taken into the silicon oxide film.
【0016】長期安定性に優れ、絶縁耐圧が高く、且つ
膜厚の薄いシリコン酸化膜を形成する方法が、例えば、
特開平6−318588号公報に開示されている。この
方法は、シリコン半導体の表面に熱酸化法により極薄熱
酸化シリコン膜を形成した後、この極薄熱酸化シリコン
膜上に気相成長法(CVD法)によりシリコン酸化膜を
堆積させ、次いで、酸化雰囲気中で熱処理を行う方法で
ある。この方法は、気相成長法(CVD法)によりシリ
コン酸化膜を堆積させるので、シリコン酸化膜の形成プ
ロセスが複雑になるという問題を有する。A method of forming a silicon oxide film having excellent long-term stability, high withstand voltage and a small thickness is described in, for example,
It is disclosed in JP-A-6-318588. In this method, an ultrathin thermal oxide film is formed on the surface of a silicon semiconductor by a thermal oxidation method, and then a silicon oxide film is deposited on the ultrathin thermal oxide film by a vapor deposition method (CVD method). Heat treatment in an oxidizing atmosphere. In this method, since a silicon oxide film is deposited by a vapor phase growth method (CVD method), there is a problem that a process of forming the silicon oxide film is complicated.
【0017】尚、以上の問題は、シリコン半導体基板の
表面において生じるだけでなく、絶縁性基板や絶縁層等
の上に設けられたシリコン層の表面においても生じる問
題である。The above problem occurs not only on the surface of a silicon semiconductor substrate but also on the surface of a silicon layer provided on an insulating substrate or an insulating layer.
【0018】MOS型半導体装置の製造においては、ゲ
ート酸化膜を形成する前に、シリコン半導体基板にシリ
コン酸化膜を形成する必要がある。このようなシリコン
酸化膜は、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)
構造やトレンチ構造の素子分離領域形成工程において、
シリコン窒化膜を堆積させるための下地としての酸化膜
(以下、下地酸化膜と呼ぶ場合がある)であり、あるい
は又、ゲート酸化膜形成前の犠牲酸化膜である。これら
の下地酸化膜あるいは犠牲酸化膜もシリコン半導体基板
の表面に形成されるが、これらの酸化膜にはゲート酸化
膜と同等の電気的信頼性は要求されない。そのため、こ
れらの酸化膜の形成においては、通常、自然酸化膜の形
成、あるいはシリコン半導体基板の表面荒れは考慮され
ない。それ故、これらの酸化膜の形成時、酸化膜には自
然酸化膜が含まれ、あるいは又、これらの酸化膜とシリ
コン半導体基板との界面は凹凸が生じる。ところで、こ
れらの酸化膜は、ゲート酸化膜の形成前に、フッ酸洗浄
によって除去される。従って、酸化膜に含まれたかかる
自然酸化膜も除去されるので、自然酸化膜に依るゲート
酸化膜の信頼性低下に関する問題は生じない。然るに、
これらの酸化膜がフッ酸洗浄によって除去された後のシ
リコン半導体基板の表面には、凹凸が残される。このよ
うな、シリコン半導体基板の表面に残された凹凸は、次
に形成されるゲート酸化膜の電気的信頼性を低下させる
原因となり得る。それ故、ゲート酸化膜形成前のシリコ
ン半導体基板の表面は出来る限り平坦であることが要求
される。言い換えれば、素子分離領域形成後のシリコン
半導体基板の表面や、犠牲酸化膜を形成し、次いで犠牲
酸化膜を除去した後のシリコン半導体基板の表面を、出
来る限り平坦とする必要がある。In manufacturing a MOS type semiconductor device, it is necessary to form a silicon oxide film on a silicon semiconductor substrate before forming a gate oxide film. Such a silicon oxide film is formed by LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon).
In the process of forming element isolation regions with a structure or trench structure,
It is an oxide film as a base for depositing a silicon nitride film (hereinafter sometimes referred to as a base oxide film) or a sacrificial oxide film before forming a gate oxide film. These underlying oxide films or sacrificial oxide films are also formed on the surface of the silicon semiconductor substrate, but these oxide films are not required to have the same electrical reliability as the gate oxide film. Therefore, in the formation of these oxide films, formation of a natural oxide film or surface roughness of a silicon semiconductor substrate is not usually considered. Therefore, when these oxide films are formed, the oxide film includes a natural oxide film, or an interface between the oxide film and the silicon semiconductor substrate has irregularities. By the way, these oxide films are removed by hydrofluoric acid cleaning before forming the gate oxide film. Therefore, such a natural oxide film included in the oxide film is also removed, so that there is no problem related to a decrease in reliability of the gate oxide film due to the natural oxide film. Anyway,
Irregularities remain on the surface of the silicon semiconductor substrate after these oxide films have been removed by hydrofluoric acid cleaning. Such irregularities left on the surface of the silicon semiconductor substrate may cause a decrease in the electrical reliability of a gate oxide film to be formed next. Therefore, the surface of the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed is required to be as flat as possible. In other words, the surface of the silicon semiconductor substrate after the formation of the element isolation region and the surface of the silicon semiconductor substrate after forming the sacrificial oxide film and then removing the sacrificial oxide film need to be as flat as possible.
【0019】従って、本発明の目的は、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、且つ、シリコ
ン層の表面にドライ酸化膜を形成することなく、特性の
優れたシリコン酸化膜を形成する方法を提供することに
ある。Therefore, an object of the present invention is to prevent the surface of the silicon layer from being roughened (irregular) when forming a silicon oxide film on the surface of the silicon layer, and to dry oxidize the surface of the silicon layer. An object of the present invention is to provide a method for forming a silicon oxide film having excellent characteristics without forming a film.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第1の態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法は、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない
雰囲気温度にて、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の形成を開始し、湿式
ガスを用いた酸化法によって、所望の厚さになるまでシ
リコン酸化膜を形成することを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of forming a silicon oxide film, the method comprising: Forming a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas, and forming the silicon oxide film to a desired thickness by an oxidation method using a wet gas; .
【0021】本発明の第1の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法においては、シリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない雰囲気温度は、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
度であることが好ましい。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、シリコン層表面
のSi−H結合が切断されない温度、若しくは、シリコ
ン層表面のSi−F結合が切断されない温度であること
が望ましい。面方位が(100)のシリコン半導体基板
を用いる場合、シリコン半導体基板の表面における水素
原子の大半がシリコン原子の2本の結合手のそれぞれに
1つずつ結合しており、H−Si−Hの終端構造を有す
る。然るに、シリコン半導体基板の表面状態が崩れた部
分(例えばステップ形成箇所)には、シリコン原子の1
本の結合手のみに水素原子が結合した状態の終端構造、
あるいは、シリコン原子の3本の結合手のそれぞれに水
素原子が結合した状態の終端構造が存在する。尚、通
常、シリコン原子の残りの結合手は結晶内部のシリコン
原子と結合している。本明細書における「Si−H結
合」という表現には、シリコン原子の2本の結合手のそ
れぞれに水素原子が結合した状態の終端構造、シリコン
原子の1本の結合手のみに水素原子が結合した状態の終
端構造、あるいは、シリコン原子の3本の結合手のそれ
ぞれに水素原子が結合した状態の終端構造の全てが包含
される。シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開
始するときの雰囲気温度は、より具体的には、湿式ガス
がシリコン層表面で結露しない温度以上、好ましくは2
00゜C以上、より好ましくは300゜C以上とするこ
とが、スループットの面から望ましい。In the method for forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention, the ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer depends on the temperature of the silicon layer. Preferably, the temperature is such that the bond is not broken. In this case, the temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is preferably a temperature at which Si—H bonds on the surface of the silicon layer are not broken or a temperature at which Si—F bonds on the surface of the silicon layer are not broken. When a silicon semiconductor substrate having a plane orientation of (100) is used, most of the hydrogen atoms on the surface of the silicon semiconductor substrate are bonded one by one to each of two bonds of silicon atoms, and the H-Si-H It has a termination structure. However, the portion where the surface state of the silicon semiconductor substrate is broken (for example, the step formation portion) is provided with one of the silicon atoms.
Termination structure in which a hydrogen atom is bonded to only one bond,
Alternatively, there is a terminal structure in which a hydrogen atom is bonded to each of the three bonds of a silicon atom. Usually, the remaining bonds of silicon atoms are bonded to silicon atoms inside the crystal. The expression “Si—H bond” in this specification refers to a terminal structure in which a hydrogen atom is bonded to each of two silicon atoms, and a hydrogen atom is bonded to only one silicon atom. The terminating structure in a state in which a hydrogen atom is bonded to each of the three bonding atoms of a silicon atom, or the terminating structure in a state in which a hydrogen atom is bonded to each of three bonding hands of a silicon atom is included. The temperature of the atmosphere when the formation of the silicon oxide film is started on the surface of the silicon layer is more specifically at a temperature at which the wet gas does not dew on the surface of the silicon layer, and is preferably 2 or more.
It is desirable that the temperature be not less than 00 ° C, more preferably not less than 300 ° C, from the viewpoint of throughput.
【0022】上記の目的を達成するための本発明の第2
の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法は、湿式ガスが
シリコン層表面で結露しない温度以上、500゜C以
下、好ましくは450゜C以下、より好ましくは400
゜C以下の雰囲気温度にて、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の形成を開始
し、湿式ガスを用いた酸化法によって、所望の厚さにな
るまでシリコン酸化膜を形成することを特徴とする。The second object of the present invention for achieving the above object.
In the method for forming a silicon oxide film according to the above aspect, the temperature is not lower than the temperature at which the wet gas does not condense on the surface of the silicon layer and is not higher than 500 ° C., preferably not higher than 450 ° C., and more preferably not higher than 400 ° C.
At an atmosphere temperature of not more than ゜ C, formation of a silicon oxide film is started on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas, and the silicon oxide film is oxidized using a wet gas until a desired thickness is obtained. Is formed.
【0023】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法においては、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るので、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、窒素ガ
ス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスで湿式
ガスを希釈してもよい。In the method for forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, the oxidation method using a wet gas includes a pyrogenic oxidation method, an oxidation method using water vapor generated by heating pure water, Further, it is preferable to use at least one oxidation method among the oxidation methods using water vapor generated by bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas. Since the silicon oxide film is formed by an oxidation method using a wet gas, a silicon oxide film having excellent time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics can be obtained. In the oxidation method using a wet gas, the wet gas may be diluted with an inert gas such as a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas.
【0024】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法においては、所望の厚さのシリ
コン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度を、シリ
コン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始する際の雰
囲気温度よりも高くしてもよい。尚、所望の厚さのシリ
コン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度は、60
0乃至1200゜C、好ましくは700乃至1000゜
C、更に好ましくは750乃至900゜Cとすることが
できるが、このような値に限定するものではない。In the method for forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, the atmosphere temperature at the time when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed is changed by setting the silicon oxide film on the surface of the silicon layer. The temperature may be higher than the ambient temperature at the start of film formation. The ambient temperature when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed is 60
The temperature may be 0 to 1200 ° C., preferably 700 to 1000 ° C., more preferably 750 to 900 ° C., but is not limited to such a value.
【0025】形成されたシリコン酸化膜の特性を一層向
上させるために、本発明の第1若しくは第2の態様に係
るシリコン酸化膜の形成方法においては、所望の厚さの
シリコン酸化膜の形成が完了した後、形成されたシリコ
ン酸化膜に熱処理を施すことが好ましい。In order to further improve the characteristics of the formed silicon oxide film, in the method of forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, a silicon oxide film having a desired thickness is formed. After completion, it is preferable to perform a heat treatment on the formed silicon oxide film.
【0026】この場合、熱処理の雰囲気を、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
酸化膜を熱処理することによって、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。熱処理にお
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。また、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、HB
r、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。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス中の
塩化水素ガス含有率は0.02〜10容量%であること
が望ましい。In this case, it is desirable that the atmosphere for the heat treatment be an inert gas atmosphere containing a halogen element.
By subjecting the silicon oxide film to a heat treatment in an inert gas atmosphere containing a halogen element, a silicon oxide film having excellent time-zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics and temporal dielectric breakdown (TDDB) characteristics can be obtained. Examples of the inert gas in the heat treatment include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. In addition, examples of the halogen element include chlorine, bromine, and fluorine, and among them, chlorine is preferable. Examples of the form of the halogen element contained in the inert gas include hydrogen chloride (HCl), CCl 4 , C 2 HCl 3 , Cl 2 , and HB.
r and NF 3 . The content of the halogen element in the inert gas is 0.001 to 10% by volume, preferably 0.005 to 10% by volume, based on the form of the molecule or compound.
It is 10% by volume, more preferably 0.02 to 10% by volume. For example, when using hydrogen chloride gas, the content of hydrogen chloride gas in the inert gas is preferably 0.02 to 10% by volume.
【0027】尚、本発明の第1若しくは第2の態様に係
るシリコン酸化膜の形成方法においては、熱処理を、枚
葉処理とすることもできるが、炉アニール処理とするこ
とが好ましい。熱処理の雰囲気温度は、700〜120
0゜C、好ましくは700〜1000゜C、更に好まし
くは700〜950゜Cである。また、熱処理を炉アニ
ール処理とする場合の熱処理の時間は、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、熱処理を枚葉処理とする場合の熱処理の時
間は、1〜10分とすることが好ましい。In the method of forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, the heat treatment may be a single-wafer treatment, but is preferably a furnace annealing treatment. The ambient temperature of the heat treatment is 700 to 120
0 ° C, preferably 700-1000 ° C, more preferably 700-950 ° C. When the heat treatment is furnace annealing, the heat treatment time is 5 to 60 minutes, preferably 10 to 40 minutes, and more preferably 20 to 30 minutes. On the other hand, when the heat treatment is a single-wafer treatment, the heat treatment time is preferably 1 to 10 minutes.
【0028】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法においては、形成されたシリコ
ン酸化膜に熱処理を施す際の雰囲気温度を、所望の厚さ
のシリコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度よ
りも高くすることが望ましい。この場合、所望の厚さの
シリコン酸化膜の形成が完了した後、雰囲気を不活性ガ
ス雰囲気に切り替えた後、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、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。ここで、
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。また、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、HB
r、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。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス中の
塩化水素ガス含有率は0.02〜10容量%であること
が望ましい。In the method of forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, the temperature of the heat treatment of the formed silicon oxide film is controlled by adjusting the ambient temperature at which the silicon oxide film having a desired thickness is formed. It is desirable that the temperature be higher than the ambient temperature at the time of completion. In this case, after the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, the atmosphere may be switched to an inert gas atmosphere, and then the temperature may be increased to the ambient temperature for performing the heat treatment. After switching to the contained inert gas atmosphere, it is preferable to raise the temperature to the ambient temperature for performing the heat treatment. here,
Examples of the inert gas include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. Examples of the form of the halogen element contained in the inert gas include hydrogen chloride (HCl), CCl 4 , C 2 HCl 3 , Cl 2 , and HB.
r and NF 3 . The content of the halogen element in the inert gas is 0.001 to 10% by volume, preferably 0.005 to 10% by volume, based on the form of the molecule or compound.
It is 10% by volume, more preferably 0.02 to 10% by volume. For example, when using hydrogen chloride gas, the content of hydrogen chloride gas in the inert gas is preferably 0.02 to 10% by volume.
【0029】熱処理を、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。The heat treatment may be performed in a state in which the atmosphere of an inert gas containing a halogen element is reduced in pressure from atmospheric pressure.
【0030】尚、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、N2H4、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800乃至1150゜
C、更に好ましくは900乃至1100゜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
線照射や炉アニールによって行うことが好ましい。After the heat treatment, the silicon oxide film may be nitrided. In this case, the nitriding treatment is performed with N 2 O gas, NO
It is desirable to carry out in an atmosphere of gas and NO 2 gas, and it is particularly desirable to carry out in an atmosphere of N 2 O gas. Alternatively, it is preferable to perform the nitriding treatment in an atmosphere of NH 3 gas, N 2 H 4 , and hydrazine derivative, and then perform the annealing treatment in an atmosphere of N 2 O gas and O 2 . 700 nitriding
The heating is preferably performed at a temperature of from 1200 to 1200 ° C., preferably from 800 to 1150 ° C., and more preferably from 900 to 1100 ° C. In this case, it is preferable to heat the silicon layer by infrared irradiation or furnace annealing.
【0031】あるいは又、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、NOを例示することができ
る。Alternatively, the atmosphere for the heat treatment may be a nitrogen-based gas atmosphere. Here, as nitrogen-based gas,
Examples include N 2 , NH 3 , N 2 O, NO 2 , and NO.
【0032】本発明の第1の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法の好ましい実施態様においては、シリコン層
の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度にて、
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
シリコン酸化膜の形成を開始した後、所定の期間、シリ
コン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度
範囲に雰囲気を保持して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、シリコン層の表面からシ
リコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲よりも高い雰囲
気温度にて、湿式ガスを用いた酸化法によって、所望の
厚さになるまでシリコン酸化膜を更に形成する第2のシ
リコン酸化膜形成工程を含むことができる。In a preferred embodiment of the method for forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention, the method is carried out at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer.
After starting the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas, the silicon oxide film is kept at a temperature within an atmosphere temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer for a predetermined period. First to form a film
A silicon oxide film forming process and an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature higher than an ambient temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer until the silicon oxide film reaches a desired thickness. The method may further include a second silicon oxide film forming step.
【0033】この本発明の好ましい実施態様において
も、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰
囲気温度は、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好ま
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、シリコン層表面のSi−H結合が切
断されない温度、若しくは、シリコン層表面のSi−F
結合が切断されない温度であることが好ましい。シリコ
ン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始するときの雰
囲気温度は、より具体的には、湿式ガスがシリコン層表
面で結露しない温度以上、好ましくは200゜C以上、
より好ましくは300゜C以上とすることが、スループ
ットの面から望ましい。また、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、又は、第1の
シリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成
工程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により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
形成するので、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。ここで、第
1のシリコン酸化膜形成工程と第2のシリコン酸化膜形
成工程とで、同じ酸化法を採用してもよいし、異なる酸
化法を採用してもよい。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、又は、第1のシリ
コン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程
における湿式ガスを、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウ
ムガス等の不活性ガスで希釈してもよい。Also in this preferred embodiment of the present invention, the ambient temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is a temperature at which the bond between the atoms terminating the surface of the silicon layer and the silicon atoms is not broken. Is preferred. In this case, the temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is the temperature at which Si—H bonds on the surface of the silicon layer are not broken, or the temperature at which Si—F
Preferably, the temperature is such that the bond is not broken. The ambient temperature at the start of the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon layer is more specifically a temperature at which the wet gas does not condense on the surface of the silicon layer, preferably at least 200 ° C.
More preferably, the temperature is set to 300 ° C. or more from the viewpoint of throughput. Further, the oxidation method using a wet gas in the first silicon oxide film forming step, the second silicon oxide film forming step, or the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step is performed by pyrolysis. At least one of the following: a genic oxidation method, an oxidation method using water vapor generated by heating pure water, and an oxidation method using water vapor generated by bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas. Is preferred. Since the silicon oxide film is formed by an oxidation method using a wet gas, a silicon oxide film having excellent time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics can be obtained. Here, the same oxidation method or different oxidation methods may be used in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. The wet gas in the first silicon oxide film forming step, the second silicon oxide film forming step, or the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step may be nitrogen gas, argon gas, helium gas. May be diluted with an inert gas such as
【0034】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、又は、第1のシリコン酸化
膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における
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。例えば塩化水素ガス
を用いる場合、湿式ガス中の塩化水素ガス含有率は0.
02〜10容量%であることが望ましい。Incidentally, the first silicon oxide film forming step, the second
The halogen gas may be contained in the wet gas in the silicon oxide film forming step, or in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. As a result, a silicon oxide film having excellent time zero dielectric breakdown (TZDB) characteristics and temporal dielectric breakdown (TDDB) characteristics can be obtained. In addition, chlorine, as a halogen element,
Bromine and fluorine can be mentioned, and among them, chlorine is desirable. Examples of the form of the halogen element contained in the wet gas include hydrogen chloride (HCl), C
Cl 4 , C 2 HCl 3 , Cl 2 , HBr and NF 3 can be mentioned. The content of the halogen element in the wet gas is 0.001 to 10% by volume, preferably 0.005 to 10% by volume, more preferably 0.02 to 10% by volume, based on the form of the molecule or the compound. . For example, when hydrogen chloride gas is used, the content of hydrogen chloride gas in the wet gas is 0.1%.
Desirably, the content is 02 to 10% by volume.
【0035】本発明の好ましい実施態様において、第2
のシリコン酸化膜形成工程におけるシリコン酸化膜の形
成温度は、600乃至1200゜C、好ましくは700
乃至1000゜C、更に好ましくは750乃至900゜
Cであることが望ましい。In a preferred embodiment of the present invention, the second
Forming temperature of the silicon oxide film in the silicon oxide film forming step of 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C.
It is desirable that the temperature is in the range of 750 to 1000 ° C, more preferably 750 to 900 ° C.
【0036】本発明の好ましい実施態様に係るシリコン
酸化膜の形成方法においては、シリコン酸化膜を形成す
るための1つの処理室を備えたシリコン酸化膜形成装置
を用い、第1のシリコン酸化膜形成工程及び第2のシリ
コン酸化膜形成工程を該処理室内で行うことができる。
尚、このような実施態様を本発明の好ましい第1の実施
態様と呼ぶ。この場合、第1のシリコン酸化膜形成工程
及び第2のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式にて行う
ことが好ましく、このような実施態様を本発明の好まし
い第1Aの実施態様と呼ぶ。In a method of forming a silicon oxide film according to a preferred embodiment of the present invention, a silicon oxide film forming apparatus having one processing chamber for forming a silicon oxide film is used to form a first silicon oxide film. The step and the second silicon oxide film forming step can be performed in the treatment chamber.
Note that such an embodiment is referred to as a first preferred embodiment of the present invention. In this case, it is preferable that the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step are performed in a batch system, and such an embodiment is referred to as a preferable 1A embodiment of the present invention.
【0037】あるいは又、本発明の好ましい第1の実施
態様においては、処理室には、その外側に配設され、且
つ、シリコン層の表面と略平行に配設された、シリコン
層を加熱するための加熱手段が備えられ、第1のシリコ
ン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程を
枚葉式にて行うことができる。尚、このような実施態様
を本発明の好ましい第1Bの実施態様と呼ぶ。Alternatively, in a first preferred embodiment of the present invention, a silicon layer disposed outside the processing chamber and substantially parallel to the surface of the silicon layer is heated. And a first silicon oxide film forming step and a second silicon oxide film forming step can be performed in a single-wafer manner. Such an embodiment is referred to as a preferred 1B embodiment of the present invention.
【0038】本発明の好ましい第1の実施態様において
は、第1のシリコン酸化膜形成工程と第2のシリコン酸
化膜形成工程との間に昇温工程を含むことが好ましい。
この場合、昇温工程における雰囲気を、不活性ガス雰囲
気若しくは減圧雰囲気とするか、あるいは又、湿式ガス
を含む酸化雰囲気とすることが望ましい。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、第1のシリコン
酸化膜形成工程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、第1のシリコン
酸化膜形成工程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SiOH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、第1のシリコン酸化膜形成工程において
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。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)、CC
l4、C2HCl3、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、
0.001〜10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。
例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス若しくは
湿式ガス中の塩化水素ガス含有率は0.02〜10容量
%であることが望ましい。尚、昇温工程における雰囲気
を、不活性ガスで希釈された湿式ガスを含む酸化雰囲気
とすることもできる。In the first preferred embodiment of the present invention, it is preferable to include a temperature raising step between the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step.
In this case, it is desirable that the atmosphere in the temperature raising step be an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere, or an oxidizing atmosphere containing a wet gas. Here, examples of the inert gas include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. Note that the inert gas or the wet gas in the atmosphere in the temperature raising step may contain a halogen element. Thereby, the characteristics of the silicon oxide film formed in the first silicon oxide film forming step can be further improved. That is, silicon dangling bonds (Si.) And SiOH, which are defects that can be generated in the first silicon oxide film forming step, react with the halogen element in the temperature raising step, and the silicon dangling bonds are terminated or a dehydration reaction occurs. In addition, these defects, which are reliability deterioration factors, are eliminated. In particular, elimination of these defects is effective for the initial silicon oxide film formed in the first silicon oxide film forming step. Examples of the halogen element include chlorine, bromine, and fluorine, and among them, chlorine is preferable.
Examples of the form of the halogen element contained in the inert gas or the wet gas include hydrogen chloride (HCl), CC
l 4, C 2 HCl 3, Cl 2, HBr, may be mentioned NF 3. The content of the halogen element in the inert gas or wet gas is based on the form of the molecule or compound,
0.001 to 10% by volume, preferably 0.005 to 10%
%, More preferably 0.02 to 10% by volume.
For example, when hydrogen chloride gas is used, the content of hydrogen chloride gas in the inert gas or wet gas is desirably 0.02 to 10% by volume. The atmosphere in the temperature raising step may be an oxidizing atmosphere containing a wet gas diluted with an inert gas.
【0039】あるいは又、本発明の好ましい実施態様に
おいては、シリコン酸化膜を形成するための第1の処理
室及び第2の処理室、並びに、第1の処理室と第2の処
理室とを結ぶ搬送路を備えたシリコン酸化膜形成装置を
用い、第1のシリコン酸化膜形成工程を第1の処理室内
にて行い、その後、シリコン層を第1の処理室から搬送
路を介して第2の処理室に搬入し、次いで、第2のシリ
コン酸化膜形成工程を第2の処理室にて行うこともでき
る。尚、このような実施態様を本発明の好ましい第2の
実施態様と呼ぶ。Alternatively, in a preferred embodiment of the present invention, a first processing chamber and a second processing chamber for forming a silicon oxide film, and a first processing chamber and a second processing chamber are formed. A first silicon oxide film forming step is performed in a first processing chamber using a silicon oxide film forming apparatus provided with a transfer path connecting the first and second silicon oxide films. , And then a second silicon oxide film forming step can be performed in the second processing chamber. Note that such an embodiment is referred to as a preferred second embodiment of the present invention.
【0040】本発明の好ましい第2の実施態様において
は、シリコン層を第1の処理室から大気に曝すことなく
搬送路を介して第2の処理室に搬送することが、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、好ましい。尚、具体的には、シリコン層の搬送中に
おける搬送路内の雰囲気を、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、シリコン層を第1の処理
室から搬送路を介して第2の処理室に搬入する際の搬送
路内の雰囲気温度を、例えば室温(常温)としてもよい
が、シリコン層表面にシリコン酸化膜を形成するときの
第1の処理室内の雰囲気温度と略等しくすることが、ス
ループットの向上の観点から、好ましい。In a preferred second embodiment of the present invention, transferring the silicon layer from the first processing chamber to the second processing chamber via a transfer path without exposing the silicon layer to the atmosphere includes the step of forming the silicon oxide layer. It is preferable from the viewpoint of preventing the occurrence of contamination on the surface of the film. Note that, specifically, the atmosphere in the transfer path during the transfer of the silicon layer is preferably an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. Here, examples of the inert gas include a nitrogen gas, an argon gas, and a helium gas. In this case, the atmosphere temperature in the transfer path when the silicon layer is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber via the transfer path may be, for example, room temperature (normal temperature). It is preferable that the temperature be substantially equal to the ambient temperature in the first processing chamber when the oxide film is formed, from the viewpoint of improving the throughput.
【0041】本発明の好ましい第2の実施態様において
は、第1のシリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン
酸化膜形成工程をバッチ式にて行うことができる。ある
いは又、第1のシリコン酸化膜形成工程を枚葉式にて行
い、第2のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式にて行う
ことができる。更には、第1のシリコン酸化膜形成工程
及び第2のシリコン酸化膜形成工程を枚葉式にて行うこ
とができる。In the second preferred embodiment of the present invention, the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step can be performed by a batch method. Alternatively, the first silicon oxide film forming step can be performed by a single wafer type, and the second silicon oxide film forming step can be performed by a batch type. Further, the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step can be performed in a single-wafer manner.
【0042】本発明の好ましい第2の実施態様において
は、第1の処理室に連通する搬送路の部分と第2の処理
室に連通する搬送路の部分との間にシャッターが配設さ
れたシリコン酸化膜形成装置を用いることができる。In a preferred second embodiment of the present invention, a shutter is provided between a portion of the transport path communicating with the first processing chamber and a portion of the transport path communicating with the second processing chamber. A silicon oxide film forming apparatus can be used.
【0043】本発明の好ましい実施態様においては、第
2のシリコン酸化膜形成工程の完了後、形成されたシリ
コン酸化膜に熱処理を施すことが望ましい。この熱処理
は、本発明の第1若しくは第2の態様に係るシリコン酸
化膜の形成方法にて説明した熱処理と同様とすることが
できるので、詳細な説明は省略する。尚、第2のシリコ
ン酸化膜形成工程と熱処理とを、同じ処理室内で実行し
てもよいし、異なる処理室内で実行してもよい。第1の
シリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成
工程における好ましい処理方式、並びに熱処理の方式の
組み合わせを以下の表1に例示するが、これらに限定す
るものではない。In a preferred embodiment of the present invention, it is desirable that the formed silicon oxide film is subjected to a heat treatment after the completion of the second silicon oxide film forming step. This heat treatment can be the same as the heat treatment described in the method for forming a silicon oxide film according to the first or second embodiment of the present invention, and thus detailed description is omitted. Note that the second silicon oxide film forming step and the heat treatment may be performed in the same processing chamber or may be performed in different processing chambers. Preferred treatment methods and heat treatment methods in the first silicon oxide film formation step and the second silicon oxide film formation step are exemplified in Table 1 below, but are not limited thereto.
【0044】[0044]
【表1】 第1のシリコン 第2のシリコン 熱処理 酸化膜形成工程 酸化膜形成工程 バッチ式 バッチ式 バッチ式 枚葉式 バッチ式 バッチ式 枚葉式 枚葉式 枚葉式 枚葉式 枚葉式 バッチ式[Table 1] First silicon Second silicon Heat treatment Oxide film formation process Oxide film formation process Batch system Batch system Batch system Single wafer system Batch system Batch system Single wafer system Single wafer system Single wafer system Single wafer system Single wafer system Batch formula
【0045】本発明の好ましい実施態様においては、第
2のシリコン酸化膜形成工程を経た後の最終的なシリコ
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、第1のシリコン酸化膜形成工程を
経た後のシリコン酸化膜の膜厚は、出来る限り薄いこと
が好ましい。但し、現在、半導体装置の製造に用いられ
ているシリコン半導体基板の面方位は殆どの場合(10
0)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)シリコン半導体基板の表面には必ずス
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、第1のシ
リコン酸化膜形成工程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が、これ
に限定するものではない。In a preferred embodiment of the present invention, the final thickness of the silicon oxide film after the second silicon oxide film forming step may be a predetermined thickness required for the semiconductor device. On the other hand, the thickness of the silicon oxide film after the first silicon oxide film forming step is preferably as thin as possible. However, in most cases, the plane orientation of a silicon semiconductor substrate currently used for manufacturing a semiconductor device is (10
0), and no matter how the surface of the silicon semiconductor substrate is smoothed, a step called a step is always formed on the surface of the (100) silicon semiconductor substrate. This step is typically for one layer of silicon atoms, but in some cases 2-3
A step of the layer may be formed. Therefore, the thickness of the silicon oxide film after the first silicon oxide film forming step is preferably 1 nm or more when a (100) silicon semiconductor substrate is used as the silicon layer, but is not limited thereto. Absent.
【0046】本発明の好ましい実施態様を含む本発明の
第1の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法、あるいは
又、本発明の第2の態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法においては、シリコン酸化膜を形成する前の雰囲気
を、湿式ガスに基づくシリコン酸化膜の形成の前の不所
望のシリコン酸化膜の形成を抑制するために、窒素ガ
ス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガス雰囲
気、あるいは減圧雰囲気とすることが望ましい。In the method for forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention including the preferred embodiments of the present invention, or the method for forming a silicon oxide film according to the second aspect of the present invention, The atmosphere before the film is formed, in order to suppress the formation of an undesired silicon oxide film before the formation of the silicon oxide film based on the wet gas, nitrogen gas, argon gas, an inert gas atmosphere such as helium gas, Alternatively, a reduced pressure atmosphere is desirable.
【0047】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法においては、所望の厚さのシリ
コン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度を、シリ
コン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度
範囲内とし、あるいは又、500゜C以下、好ましくは
450゜C以下とする実施態様としてもよい。尚、この
ような実施態様を本発明の好ましい第3の実施態様と呼
ぶ。この本発明の好ましい第3の実施態様におけるシリ
コン酸化膜の形成方法においては、シリコン層の表面に
シリコン酸化膜の形成を開始する際の雰囲気温度と、所
望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲
気温度とを同じとしてもよいし、所望の厚さのシリコン
酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度をシリコン層
の表面にシリコン酸化膜の形成を開始する際の雰囲気温
度よりも高い温度としてもよい。後者の場合、雰囲気温
度を段階的に上昇させてもよいし、連続的に上昇させて
もよい。In the method for forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, the temperature of the atmosphere when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed is changed from the surface of the silicon layer to the silicon atom. The temperature may be within an ambient temperature range in which is not desorbed, or may be 500 ° C. or less, preferably 450 ° C. or less. Note that such an embodiment is referred to as a preferred third embodiment of the present invention. In the method for forming a silicon oxide film according to the third preferred embodiment of the present invention, the temperature of the atmosphere when starting the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon layer and the formation of the silicon oxide film having a desired thickness are reduced. The temperature of the atmosphere when the formation of the silicon oxide film is completed may be the same as the temperature of the atmosphere when the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started. Or higher temperature. In the latter case, the ambient temperature may be increased stepwise or continuously.
【0048】この本発明の好ましい第3の実施態様にお
けるシリコン酸化膜の形成方法においても、所望の厚さ
のシリコン酸化膜の形成が完了した後、形成されたシリ
コン酸化膜に熱処理を施すことが好ましい。熱処理の雰
囲気は、ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気であ
ることが好ましく、更には、ハロゲン元素は塩素である
ことが好ましく、塩素は塩化水素(HCl)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0.0
2乃至10容量%であることが一層好ましい。また、熱
処理は700乃至950゜Cの温度で行われることが好
ましく、更には、熱処理は炉アニール処理であることが
好ましい。尚、この熱処理は、先に説明した本発明の第
1若しくは第2の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法
にて説明した熱処理と同様とすることができるので、詳
細な説明は省略する。In the method for forming a silicon oxide film according to the third preferred embodiment of the present invention, after the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, the formed silicon oxide film is subjected to a heat treatment. preferable. The atmosphere for the heat treatment is preferably an inert gas atmosphere containing a halogen element, more preferably the halogen element is chlorine, and chlorine is in the form of hydrogen chloride (HCl). The concentration of hydrogen chloride contained is 0.0
More preferably, it is 2 to 10% by volume. The heat treatment is preferably performed at a temperature of 700 to 950 ° C., and more preferably, the heat treatment is a furnace annealing treatment. Note that this heat treatment can be the same as the heat treatment described in the method for forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention described above, and a detailed description thereof will be omitted.
【0049】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及び純水による
シリコン層の表面洗浄を行う。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 Gate
Oxide Formation for Giga-Scale LSIs by using Clos
ed Wet Cleaning System and Wet Oxidation with Ultr
a-Dry Unloading", J. Yugami, et al., International
Electron Device Meeting Technical Digest 95, pp 8
55-858 参照)。このような場合、そのままの状態でシ
リコン酸化膜の形成を開始すると、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
は欠陥部分の発生の原因となり得る。尚、欠陥部分と
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Si−O−Si結合の角度と異
なるといったSi−O−Si結合が含まれたシリコン酸
化膜の部分を意味する。それ故、このような問題の発生
を回避するために、本発明の好ましい実施態様において
は、第1のシリコン酸化膜形成工程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
浄から第1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)、第1
のシリコン酸化膜形成工程を実行することが好ましい。
あるいは又、本発明の第1若しくは第2の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法においては、シリコン酸化膜を
形成する前に、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シリコン酸化膜の形
成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)、シリコン酸化膜の形成を行うことが好まし
い。これによって、大部分が水素で終端され、極一部が
フッ素で終端された表面を有するシリコン層にシリコン
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部分の発生を防止することが
できる。Usually, before forming a silicon oxide film on a silicon layer, the silicon layer is washed with an aqueous solution of NH 4 OH / H 2 O 2 ,
The surface of the silicon layer is cleaned by RCA cleaning in which the surface is cleaned with l / H 2 O 2 aqueous solution, fine particles and metal impurities are removed from the surface, and then the surface of the silicon layer is cleaned with a hydrofluoric acid aqueous solution and pure water. . However, after that, when the silicon layer is exposed to the atmosphere, the surface of the silicon layer is contaminated, moisture and organic substances adhere to the surface of the silicon layer, or Si atoms on the surface of the silicon layer bond with hydroxyl groups (OH). (For example, the document "Highly-reliable Gate"
Oxide Formation for Giga-Scale LSIs by using Clos
ed Wet Cleaning System and Wet Oxidation with Ultr
a-Dry Unloading ", J. Yugami, et al., International
Electron Device Meeting Technical Digest 95, pp 8
55-858). In such a case, when the formation of the silicon oxide film is started as it is, moisture, an organic substance, or Si-OH is taken into the formed silicon oxide film, and the characteristics of the formed silicon oxide film deteriorate or It can cause the generation of defective portions. In addition, a defect part is a silicon dangling bond (Si.) Or Si-H
A portion of the silicon oxide film containing a defect such as a bond, or a Si-O-Si bond in which a Si-O-Si bond is compressed by stress or a Si-O-Si bond has a large angle or a bulk silicon oxide film It means a portion of the silicon oxide film including a Si-O-Si bond, which is different from the bond angle. Therefore, in order to avoid the occurrence of such a problem, a preferred embodiment of the present invention includes a step of cleaning the surface of the silicon layer before the step of forming the first silicon oxide film. Without exposing the layer to the atmosphere (that is, for example, the atmosphere from the cleaning of the silicon layer surface to the start of the first silicon oxide film forming step is an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere).
It is preferable to carry out the silicon oxide film forming step.
Alternatively, the method for forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention includes a step of cleaning the surface of the silicon layer before forming the silicon oxide film,
Without exposing the silicon layer after surface cleaning to the atmosphere (ie,
For example, the atmosphere from the cleaning of the surface of the silicon layer to the start of the formation of the silicon oxide film is an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere), and it is preferable to form the silicon oxide film. As a result, a silicon oxide film can be formed on a silicon layer having a surface that is mostly terminated with hydrogen and a very small portion is terminated with fluorine, and the characteristics of the formed silicon oxide film are deteriorated or defects are generated. Can be prevented.
【0050】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におけ
る雰囲気温度プロファイルを、図1〜図11に模式的に
例示する。尚、図中、シリコン層の表面にシリコン酸化
膜の形成を開始する時の雰囲気温度の下限値をT1で示
し、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰
囲気温度の上限値をT2で示す。また、所望の厚さのシ
リコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度あるい
は第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度を
T3で示し、熱処理における雰囲気温度をT4で示す。図
中、実線はシリコン酸化膜が形成されている状態を表
し、一点鎖線は、シリコン層の表面にシリコン酸化膜の
形成を開始する雰囲気温度まで雰囲気温度を昇温する過
程、あるいは又、シリコン酸化膜の形成完了後、室温ま
で雰囲気温度を降温させる過程、あるいは又、搬送工程
から第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度
まで雰囲気温度を昇温する過程を表す。また、点線は搬
送路における搬送工程を示し、二重線は熱処理工程を表
す。昇温工程を実線にて示した雰囲気温度プロファイル
においては、昇温工程においてもシリコン酸化膜の形成
が行われることを示し、昇温工程を鎖線にて示した雰囲
気温度プロファイルにおいては、昇温工程においてシリ
コン酸化膜の形成が行われないことを示す。また、図
中、「RT」は室温(常温)を意味する。FIGS. 1 to 11 schematically show an ambient temperature profile in the method for forming a silicon oxide film of the present invention. In the figure, the lower limit of the ambient temperature when starting the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon layer indicated by T 1, T 2 the upper limit of ambient temperature silicon atoms from the surface of the silicon layer is not eliminated Indicated by Moreover, the ambient temperature or the ambient temperature of the second silicon oxide film forming process when the formation of the desired thickness silicon oxide film is completed shown at T 3, indicating the ambient temperature in the heat treatment at T 4. In the figure, the solid line indicates the state in which the silicon oxide film is formed, and the dashed line indicates the process of raising the ambient temperature to the ambient temperature at which the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started, or It shows a process of lowering the ambient temperature to room temperature after completion of the film formation, or a process of raising the ambient temperature from the transport step to the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step. Further, a dotted line indicates a transfer step in the transfer path, and a double line indicates a heat treatment step. The atmosphere temperature profile shown by the solid line in the temperature rise process indicates that the silicon oxide film is also formed in the temperature rise process, and the temperature rise process in the atmosphere temperature profile shown by the chain line in the temperature rise process. Indicates that no silicon oxide film is formed. In the figure, "RT" means room temperature (normal temperature).
【0051】図1の(A)及び(B)に示した雰囲気温
度プロファイルの例においては、シリコン層の表面から
シリコン原子が脱離しない雰囲気温度にて、あるいは
又、湿式ガスがシリコン層表面で結露しない温度以上5
00゜C以下の雰囲気温度にて、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の形成を
開始する。そして、湿式ガスを用いた酸化法によって、
所望の厚さになるまでシリコン酸化膜を形成するが、所
望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲
気温度は、シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を
開始する際の雰囲気温度と同じであるか(図1の(A)
参照)、あるいは、シリコン層の表面にシリコン酸化膜
の形成を開始する際の雰囲気温度よりも高いがシリコン
層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度の範
囲内、あるいは又、500゜C以下の雰囲気温度にある
(図1の(B)参照)。In the example of the ambient temperature profile shown in FIGS. 1A and 1B, at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer, or when a wet gas is applied to the surface of the silicon layer. Above non-condensing temperature 5
The formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started by an oxidation method using a wet gas at an atmosphere temperature of 00 ° C. or less. And by the oxidation method using wet gas,
A silicon oxide film is formed until a desired thickness is obtained. When the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, the ambient temperature is set at the temperature at which the formation of the silicon oxide film is started on the surface of the silicon layer. Whether the temperature is the same ((A) in FIG. 1)
Or within an ambient temperature range higher than the ambient temperature at which the formation of the silicon oxide film is started on the surface of the silicon layer but at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer, or 500 ° C. or lower. (See FIG. 1B).
【0052】図2の(A)及び(B)に示した雰囲気温
度プロファイルの例においては、シリコン層の表面から
シリコン原子が脱離しない雰囲気温度にて、あるいは
又、湿式ガスがシリコン層表面で結露しない温度以上5
00゜C以下の雰囲気温度にて、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の形成を
開始する。そして、湿式ガスを用いた酸化法によって、
所望の厚さになるまでシリコン酸化膜を形成するが、所
望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲
気温度(T3)は、シリコン層の表面にシリコン酸化膜
の形成を開始する際の雰囲気温度(T1〜T2)よりも高
く、しかも、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離
しない雰囲気温度の範囲を越えている。尚、図2の
(A)に示した雰囲気温度プロファイルの例において
は、昇温速度は一定である。一方、図2の(B)に示し
た雰囲気温度プロファイルの例においては、昇温速度を
変化させている。尚、昇温速度の変化パターンは例示で
あり、図2の(B)に限定するものではない。In the example of the ambient temperature profile shown in FIGS. 2A and 2B, at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer, or when a wet gas is applied to the surface of the silicon layer. Above non-condensing temperature 5
The formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started by an oxidation method using a wet gas at an atmosphere temperature of 00 ° C. or less. And by the oxidation method using wet gas,
The silicon oxide film is formed until the silicon oxide film has a desired thickness. When the formation of the silicon oxide film having the desired thickness is completed, the ambient temperature (T 3 ) starts forming the silicon oxide film on the surface of the silicon layer. The temperature is higher than the ambient temperature (T 1 to T 2 ) at which the silicon atoms are removed from the surface of the silicon layer. Note that, in the example of the ambient temperature profile shown in FIG. 2A, the heating rate is constant. On the other hand, in the example of the ambient temperature profile shown in FIG. 2B, the heating rate is changed. It should be noted that the change pattern of the heating rate is an example and is not limited to FIG.
【0053】図3〜図7に示した雰囲気温度プロファイ
ルの例は本発明の好ましい第1の実施態様に関し、第1
のシリコン酸化膜形成工程と、昇温工程と、第2のシリ
コン酸化膜形成工程を経て、シリコン酸化膜が形成され
る。図3の(A)及び(B)に示した例においては、第
1のシリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜
形成工程における雰囲気温度は一定である。図4の
(A)及び(B)に示した例においては、第1のシリコ
ン酸化膜形成工程における雰囲気温度を変化させている
が、第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度
は一定である。図5の(A)及び(B)に示した例にお
いては、第1のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気
温度は一定であるが、第2のシリコン酸化膜形成工程に
おける雰囲気温度を変化させている。図6の(A)及び
(B)に示した例においては、第1のシリコン酸化膜形
成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲
気温度を変化させている。尚、昇温工程における昇温速
度は一定であってもよいし、変化させてもよい。また、
第1のシリコン酸化膜形成工程及び/又は第2のシリコ
ン酸化膜形成工程における雰囲気温度を変化させる場
合、変化率を一定としてもよいし、変化率を異ならせて
もよい。あるいは又、図7に示すような雰囲気温度プロ
ファイルとすることもできる。尚、図7の(A)に示し
た雰囲気温度プロファイルの例においては、昇温速度は
一定である。一方、図7の(B)に示した雰囲気温度プ
ロファイルの例においては、昇温速度を変化させてい
る。尚、図3の(A)、図4の(A)、図5の(A)及
び図6の(A)に示した例においては、昇温工程を不活
性ガス雰囲気とし、昇温工程においてシリコン酸化膜の
形成を行っていない。一方、図3の(B)、図4の
(B)、図5の(B)及び図6の(B)に示した例にお
いては、昇温工程を湿式ガスを含む酸化雰囲気とし、昇
温工程においてもシリコン酸化膜の形成を行っている。The examples of the ambient temperature profiles shown in FIGS. 3 to 7 relate to the first preferred embodiment of the present invention, and
Through the silicon oxide film forming step, the temperature raising step, and the second silicon oxide film forming step, a silicon oxide film is formed. In the example shown in FIGS. 3A and 3B, the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step is constant. In the example shown in FIGS. 4A and 4B, the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step is changed, but the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step is constant. . In the example shown in FIGS. 5A and 5B, the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step is constant, but the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step is changed. . In the examples shown in FIGS. 6A and 6B, the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step is changed. The heating rate in the heating step may be constant or may be changed. Also,
When changing the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step and / or the second silicon oxide film forming step, the rate of change may be constant or the rate of change may be different. Alternatively, an ambient temperature profile as shown in FIG. 7 can be used. Note that, in the example of the ambient temperature profile shown in FIG. 7A, the heating rate is constant. On the other hand, in the example of the ambient temperature profile shown in FIG. 7B, the heating rate is changed. In the examples shown in FIGS. 3A, 4A, 5A, and 6A, the heating step is performed in an inert gas atmosphere. No silicon oxide film is formed. On the other hand, in the examples shown in FIGS. 3 (B), 4 (B), 5 (B) and 6 (B), the temperature raising step is performed in an oxidizing atmosphere containing a wet gas, In the process, a silicon oxide film is formed.
【0054】図8〜図11に示した雰囲気温度プロファ
イルの例は、本発明の好ましい第2の実施態様に関し、
第1のシリコン酸化膜形成工程と、第2のシリコン酸化
膜形成工程にて、シリコン酸化膜が形成される。図8の
(A)及び(B)に示した例においては、第1のシリコ
ン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程に
おける雰囲気温度は一定である。図9の(A)及び
(B)に示した例においては、第1のシリコン酸化膜形
成工程における雰囲気温度を変化させているが、第2の
シリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度は一定であ
る。図10の(A)及び(B)に示した例においては、
第1のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度は一
定であるが、第2のシリコン酸化膜形成工程における雰
囲気温度を変化させている。図11の(A)及び(B)
に示した例においては、第1のシリコン酸化膜形成工程
及び第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度
を変化させている。尚、図8の(A)、図9の(A)、
図10の(A)及び図11の(A)に示した例において
は、搬送工程における搬送路内の雰囲気温度は、例えば
室温(常温)である。一方、図8の(B)、図9の
(B)、図10の(B)及び図11の(B)に示した例
においては、搬送工程における搬送路内の雰囲気温度
は、例えば、第1のシリコン酸化膜形成工程における第
1の処理室内の雰囲気温度と略等しい。The examples of the ambient temperature profiles shown in FIGS. 8 to 11 relate to the second preferred embodiment of the present invention.
A silicon oxide film is formed in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. In the examples shown in FIGS. 8A and 8B, the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step is constant. In the examples shown in FIGS. 9A and 9B, the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step is changed, but the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step is constant. . In the examples shown in FIGS. 10A and 10B,
The ambient temperature in the first silicon oxide film forming step is constant, but the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step is changed. (A) and (B) of FIG.
In the example shown in (1), the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step is changed. 8A, FIG. 9A,
In the example shown in FIGS. 10A and 11A, the ambient temperature in the transport path in the transport step is, for example, room temperature (normal temperature). On the other hand, in the examples shown in FIG. 8B, FIG. 9B, FIG. 10B and FIG. The ambient temperature in the first processing chamber in the first silicon oxide film forming step is substantially equal to the ambient temperature.
【0055】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法において、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(選択エピタ
キシャル成長法にて形成されたエピタキシャルシリコン
層を含む)、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法に基づき製造さ
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、シリコン酸化膜を形成すべきシリコン層を
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。In the method for forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, the term “silicon layer” means not only a substrate itself such as a silicon semiconductor substrate but also an epitaxial silicon layer ( (Including an epitaxial silicon layer formed by a selective epitaxial growth method), a polycrystalline silicon layer, or an amorphous silicon layer, a silicon layer in an SOI structure manufactured based on a so-called bonding method or a SIMOX method, Means a silicon layer on which a silicon oxide film is to be formed, such as a semiconductor element or a component of a semiconductor element formed on a layer of the same. The method for manufacturing the silicon semiconductor substrate is a CZ method,
Any method such as an MCZ method, a DLCZ method, and an FZ method may be used, or a method in which crystal defects are removed by performing a high-temperature hydrogen annealing treatment in advance.
【0056】本発明のシリコン酸化膜の形成方法は、例
えばMOS型トランジスタのゲート酸化膜、層間絶縁膜
や素子分離領域の形成、トップゲート型若しくはボトム
ゲート型薄膜トランジスタのゲート酸化膜の形成、フラ
ッシュメモリのトンネル酸化膜の形成等、各種半導体装
置におけるシリコン酸化膜の形成に適用することができ
る。The method of forming a silicon oxide film of the present invention includes, for example, formation of a gate oxide film of a MOS transistor, formation of an interlayer insulating film or an element isolation region, formation of a gate oxide film of a top gate or bottom gate thin film transistor, flash memory For example, the present invention can be applied to formation of a silicon oxide film in various semiconductor devices, such as formation of a tunnel oxide film.
【0057】あるいは又、本発明のシリコン酸化膜の形
成方法においては、シリコン酸化膜はゲート酸化膜であ
る態様だけでなく、シリコン層はシリコン半導体基板か
ら構成され、シリコン酸化膜は、シリコン半導体基板の
表面にゲート酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形
成される酸化膜である態様とすることもできる。後者の
場合、シリコン半導体基板の表面にゲート酸化膜形成以
前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜を、素子分
離領域を形成するための酸化膜(即ち、LOCOS構造
やトレンチ構造の素子分離領域形成工程において、シリ
コン窒化膜を堆積させるための下地としての酸化膜)と
することができ、あるいは又、犠牲酸化膜とすることが
できる。尚、素子分離領域は、LOCOS構造を有し、
あるいは、トレンチ構造を有し、あるいは又、LOCO
S構造及びトレンチ構造を有する形態とすることができ
る。Alternatively, in the method of forming a silicon oxide film according to the present invention, not only is the silicon oxide film a gate oxide film, but also the silicon layer is formed of a silicon semiconductor substrate, and the silicon oxide film is formed of a silicon semiconductor substrate. May be an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the formation of the gate oxide film. In the latter case, an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate is replaced with an oxide film for forming an element isolation region (that is, an element isolation region having a LOCOS structure or a trench structure). In the process, an oxide film as a base for depositing a silicon nitride film can be used, or a sacrificial oxide film can be used. The element isolation region has a LOCOS structure,
Alternatively, it has a trench structure, or
A form having an S structure and a trench structure can be adopted.
【0058】本発明の第1の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法においては、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
コン酸化膜の形成を開始する。また、本発明の第2の態
様に係るシリコン酸化膜の形成方法は、湿式ガスがシリ
コン層表面で結露しない温度以上、500゜C以下の雰
囲気温度にて、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の形成を開始する。シリコ
ン酸化膜の形成開始時の雰囲気温度をこのような温度と
することによって、シリコン層の表面に凹凸(荒れ)が
生じることを防止し得る。また、シリコン原子の酸化
は、シリコン層の最表面からではなく、1層内部のシリ
コン原子から始まる。即ち、所謂バックボンドから始ま
り、所謂レイヤー・バイ・レイヤー(Layer-By-Layer)
酸化となる。従って、シリコン層とシリコン酸化膜との
間の界面の平滑性が原子レベルで保たれるので、最終的
に形成されるシリコン酸化膜の特性は優れたものとな
る。しかも、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ので、最終的に形
成されるシリコン酸化膜中にドライ酸化膜が含まれず、
優れた特性を有するシリコン酸化膜を形成することがで
きる。In the method of forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention, an oxidation method using a wet gas is performed while maintaining an atmosphere at a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. The formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started. In addition, the method for forming a silicon oxide film according to the second aspect of the present invention is characterized in that the silicon oxide film is formed by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature of 500 ° C. or higher and a temperature at which the wet gas does not dew on the surface of the silicon layer. The formation of a silicon oxide film on the surface of the layer is started. By setting the ambient temperature at the start of the formation of the silicon oxide film to such a temperature, it is possible to prevent the surface of the silicon layer from being uneven (rough). The oxidation of silicon atoms starts from the silicon atoms inside one layer, not from the outermost surface of the silicon layer. In other words, starting from a so-called back bond, a so-called layer-by-layer (Layer-By-Layer)
Oxidation. Accordingly, since the smoothness of the interface between the silicon layer and the silicon oxide film is maintained at the atomic level, the characteristics of the silicon oxide film finally formed are excellent. Moreover, since a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas, a dry oxide film is not included in the finally formed silicon oxide film,
A silicon oxide film having excellent characteristics can be formed.
【0059】尚、本発明の第1若しくは第2の態様に係
るシリコン酸化膜の形成方法において、例えばゲート酸
化膜として要求される特性を十分満たすシリコン酸化膜
を形成するために、長時間を要する場合がある。このよ
うな場合には、本発明の好ましい実施態様を採用すれば
よい。本発明の好ましい実施態様においては、シリコン
層の表面に既に保護膜としても機能するシリコン酸化膜
が形成された状態で第2のシリコン酸化膜形成工程を実
行するので、例えば昇温工程や搬送路内が非酸化性雰囲
気の場合においてもシリコン層の表面に凹凸(荒れ)が
生じることがない。また、ゲート酸化膜として要求され
る特性を十分に満足し得る、優れた特性を有するシリコ
ン酸化膜を短い期間で形成することができる。In the method of forming a silicon oxide film according to the first or second aspect of the present invention, it takes a long time to form a silicon oxide film which sufficiently satisfies the characteristics required as a gate oxide film, for example. There are cases. In such a case, a preferred embodiment of the present invention may be adopted. In a preferred embodiment of the present invention, the second silicon oxide film forming step is performed in a state where a silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon layer. Even when the inside is a non-oxidizing atmosphere, no irregularities (roughness) occur on the surface of the silicon layer. Further, a silicon oxide film having excellent characteristics, which can sufficiently satisfy the characteristics required as a gate oxide film, can be formed in a short period of time.
【0060】本発明の好ましい第1Aの実施態様に係る
シリコン酸化膜の形成方法においては、従来の石英製の
処理室(酸化炉)を垂直に保持した抵抗加熱の縦型方式
のシリコン酸化膜形成装置を用いることができる。とこ
ろで、縦型方式のシリコン酸化膜形成装置を用いた場
合、例えばシリコン半導体基板の外周方向の外側にヒー
タ14が配設されているため、昇温中、常に、シリコン
半導体基板の周辺部の方が中心部よりも温度が高くな
る。その結果、昇温中にもシリコン酸化膜が形成される
と、シリコン半導体基板の周辺部の方が中心部よりもシ
リコン酸化膜の膜厚が厚くなる傾向にある。本発明の好
ましい第1Bの実施態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法においては、シリコン層の表面と略平行に配設された
加熱手段によってシリコン層を加熱するため、シリコン
層の面内の温度ばらつきを少なくすることができる。そ
の結果、昇温中にシリコン酸化膜が形成される場合であ
っても、形成されるシリコン酸化膜の面内膜厚ばらつき
発生を抑制することができる。In the method of forming a silicon oxide film according to the first preferred embodiment 1A of the present invention, a conventional silicon oxide film formation method of resistance heating in which a quartz processing chamber (oxidizing furnace) is held vertically. An apparatus can be used. By the way, when the silicon oxide film forming apparatus of the vertical type is used, for example, since the heater 14 is provided on the outer side of the silicon semiconductor substrate in the outer peripheral direction, the peripheral part of the silicon semiconductor substrate is always heated during the temperature rise. But the temperature is higher than in the center. As a result, when the silicon oxide film is formed even during the temperature rise, the thickness of the silicon oxide film tends to be larger at the peripheral portion of the silicon semiconductor substrate than at the central portion. In the method for forming a silicon oxide film according to the preferred embodiment 1B of the present invention, since the silicon layer is heated by the heating means disposed substantially parallel to the surface of the silicon layer, the temperature variation in the plane of the silicon layer Can be reduced. As a result, even when the silicon oxide film is formed during the temperature rise, it is possible to suppress occurrence of in-plane thickness variation of the formed silicon oxide film.
【0061】2段階のシリコン酸化膜の形成を1つの処
理室内で行う場合には、処理室内の雰囲気温度制御を広
い範囲に亙って行わなければならず、処理室内の雰囲気
温度を正確に制御することが困難となる場合がある。ま
た、処理室内の雰囲気温度を昇温させる必要があるた
め、スループットの低下を招き易い。本発明の好ましい
第2の実施態様においては、第1の処理室及び第2の処
理室においてシリコン酸化膜を形成するので、各処理室
内の雰囲気温度を所定の狭い範囲の一定温度に保持すれ
ばよく、各処理室内の雰囲気温度制御を一層正確に行う
ことができるばかりか、処置室内の温度安定性に優れ
る。従って、シリコン酸化膜の膜厚制御性に優れる。し
かも、2段階のシリコン酸化膜の形成を1つの処理室内
で行う場合のように第1のシリコン酸化膜形成工程にお
ける雰囲気温度から第2のシリコン酸化膜形成工程にお
ける雰囲気温度まで広い温度範囲に亙って雰囲気温度を
変化させる必要がないため、スループットの低下を招く
こともない。When a two-stage silicon oxide film is formed in one processing chamber, the atmosphere temperature in the processing chamber must be controlled over a wide range, and the atmosphere temperature in the processing chamber can be accurately controlled. Can be difficult to do. In addition, since it is necessary to raise the temperature of the atmosphere in the processing chamber, the throughput tends to decrease. In the second preferred embodiment of the present invention, since the silicon oxide film is formed in the first processing chamber and the second processing chamber, the temperature of the atmosphere in each processing chamber is maintained at a constant temperature within a predetermined narrow range. In addition, the atmosphere temperature in each processing chamber can be controlled more accurately, and the temperature stability in the processing chamber is excellent. Therefore, the thickness controllability of the silicon oxide film is excellent. In addition, as in the case where the formation of the silicon oxide film in two stages is performed in one processing chamber, the temperature ranges from the ambient temperature in the first silicon oxide film forming process to the ambient temperature in the second silicon oxide film forming process. Therefore, there is no need to change the ambient temperature, so that the throughput does not decrease.
【0062】本発明の好ましい第3の実施態様における
シリコン酸化膜の形成方法においては、所望の厚さのシ
リコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度を、5
00゜C以下とするので、シリコン酸化膜形成装置にお
ける雰囲気温度の制御範囲を狭くすることができ、高い
精度で雰囲気温度の制御を行うことができるばかりか、
高温から低温まで処理室を冷却する必要がなくなり、シ
リコン酸化膜の形成に要する時間の短縮化を図ることが
できる。尚、シリコン酸化膜の形成レートは低下する
が、デザインルールが0.13μm以降のMOS型LS
Iに用いられる膜厚3nm以下のゲート酸化膜の形成に
対しては、生産上、問題は殆ど生じない。尚、処理室の
雰囲気温度が従来よりも低い温度であるが故に、処理室
内へのシリコン層の搬入出速度を上げることができる。
従って、シリコン酸化膜の形成全体に要する時間は、従
来技術によるシリコン酸化膜の形成に要する時間と殆ど
変わらない。In the method of forming a silicon oxide film according to the third preferred embodiment of the present invention, the temperature of the atmosphere when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed is set at 5 ° C.
Since the temperature is set to 00 ° C. or lower, the control range of the ambient temperature in the silicon oxide film forming apparatus can be narrowed, and the ambient temperature can be controlled with high accuracy.
There is no need to cool the processing chamber from a high temperature to a low temperature, and the time required for forming a silicon oxide film can be reduced. Although the formation rate of the silicon oxide film is reduced, the MOS LS having a design rule of 0.13 μm or less
The formation of a gate oxide film having a thickness of 3 nm or less used for I causes almost no problem in production. Since the atmosphere temperature in the processing chamber is lower than that in the related art, the speed at which the silicon layer is carried into and out of the processing chamber can be increased.
Therefore, the time required for forming the entire silicon oxide film is almost the same as the time required for forming the silicon oxide film according to the related art.
【0063】[0063]
【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
【0064】(実施例1)実施例1は、本発明の第1の
態様に係るシリコン酸化膜の形成方法における好ましい
第1Aの実施態様に関し、更には、本発明の第2の態様
に係るシリコン酸化膜の形成方法に関する。実施例1に
おいては、シリコン酸化膜を形成するための1つの処理
室を備えたシリコン酸化膜形成装置を用い、第1のシリ
コン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程
をこの処理室内で行う。更には、第1のシリコン酸化膜
形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式
にて行う。また、第1のシリコン酸化膜形成工程と第2
のシリコン酸化膜形成工程との間に昇温工程を含む。具
体的には、実施例1においては、図13に示した縦型方
式のシリコン酸化膜形成装置を用いた。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。実施例1においては、第1のシリコン酸化膜
形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における湿
式ガスを用いた酸化法として、パイロジェニック酸化法
を採用した。更には、昇温工程の雰囲気を不活性ガス雰
囲気とした。尚、第2のシリコン酸化膜形成工程におい
て所望の厚さになるまで更にシリコン酸化膜を形成した
後、形成され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(塩化水素ガスを含む窒素
ガス雰囲気)中で熱処理(炉アニール処理)を施した。
以下、図12〜図17を参照して、実施例1のシリコン
酸化膜の形成方法を説明する。また、実施例1における
雰囲気温度プロファイルを模式的に図14に示す。Example 1 Example 1 relates to a preferred 1A embodiment of the method for forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention, and further relates to a silicon oxide film according to the second aspect of the present invention. The present invention relates to a method for forming an oxide film. In the first embodiment, a silicon oxide film forming apparatus having one processing chamber for forming a silicon oxide film is used, and a first silicon oxide film forming step and a second silicon oxide film forming step are performed in this processing chamber. Do with. Further, the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step are performed by a batch method. Also, the first silicon oxide film forming step and the second
A temperature raising step between the step of forming a silicon oxide film. Specifically, in Example 1, the vertical type silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 13 was used. Example 1
In, the silicon layer was composed of a silicon semiconductor substrate. The formed silicon oxide film functions as a gate oxide film. In Example 1, a pyrogenic oxidation method was employed as an oxidation method using a wet gas in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. Further, the atmosphere in the temperature raising step was an inert gas atmosphere. After a silicon oxide film is further formed in the second silicon oxide film forming step to a desired thickness, an inert gas atmosphere containing a halogen element (hydrogen chloride gas) is applied to the formed silicon oxide film. Heat treatment (furnace annealing treatment) in a nitrogen gas atmosphere containing
Hereinafter, a method of forming the silicon oxide film of the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 14 schematically shows an ambient temperature profile in the first embodiment.
【0065】[工程−100]先ず、リンをドープした
直径8インチのN型シリコンウエハ(CZ法にて作製)
であるシリコン半導体基板40に、公知の方法でLOC
OS構造を有する素子分離領域41を形成し、次いでウ
エルイオン注入、チャネルストップイオン注入、閾値調
整イオン注入を行った。尚、素子分離領域はトレンチ構
造を有していてもよいし、LOCOS構造とトレンチ構
造の組み合わせであってもよい。その後、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及び
純水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の表面を露出させた(図12の
(A)参照)。尚、シリコン半導体基板40の表面は大
半が水素で終端しており、極一部がフッ素で終端されて
いる。[Step-100] First, an N-type silicon wafer doped with phosphorus and having a diameter of 8 inches (made by the CZ method)
LOC is formed on a silicon semiconductor substrate 40 by a known method.
An element isolation region 41 having an OS structure was formed, and then well ion implantation, channel stop ion implantation, and threshold adjustment ion implantation were performed. Note that the element isolation region may have a trench structure or a combination of a LOCOS structure and a trench structure. Thereafter, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 are removed by RCA cleaning, and then the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is cleaned with a 0.1% aqueous hydrofluoric acid solution and pure water.
The surface of the silicon semiconductor substrate 40 was exposed (see FIG. 12A). The surface of the silicon semiconductor substrate 40 is mostly terminated with hydrogen, and a very small portion is terminated with fluorine.
【0066】[工程−110]次に、複数のシリコン半
導体基板40を、図13に示したシリコン酸化膜形成装
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に載置した(図15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
に保持した。尚、この状態においては、シャッター15
は閉じておく。[Step-110] Next, the plurality of silicon semiconductor substrates 40 were loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. (See FIG. 15A). Note that nitrogen gas is introduced from the gas introduction unit 12 into the processing chamber 10, the inside of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas (a reduced pressure atmosphere may be used), and a heater is provided through the soaking tube 16. 14, the atmosphere temperature in the processing chamber 10 is set to 400 ° C.
Held. In this state, the shutter 15
Is closed.
【0067】[工程−120]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した。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100ppm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15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(上昇速度:250mm/分)、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
入した(図16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。処理室10内の雰囲気温度はヒータ14によって4
00゜Cに保持されているので、即ち、シリコン層の表
面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度に処理室1
0内が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。[Step-120] Then, the substrate loading / unloading section 2
0, the door (not shown) is closed, and the gas introduction unit 21 is inserted into the substrate carry-in / out unit 20.
The nitrogen gas was introduced from the gas exhaust unit 22 and exhausted from the gas exhaust unit 22, and the inside of the substrate loading / unloading unit 20 was set to a nitrogen gas atmosphere. The oxygen gas concentration in the substrate loading / unloading section 20 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the shutter 15 is opened (see FIG. 15B), the elevator mechanism 23 is operated, and the quartz boat 24 is opened.
(Ascending speed: 250 mm / min), and the silicon semiconductor substrate 40 was carried into the processing chamber 10 having a double-tube structure made of quartz (see FIG. 16A). When the elevator mechanism 23 reaches the highest position, the base of the quartz boat 24 stops communication between the processing chamber 10 and the substrate loading / unloading section 20. The temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 is
Since the temperature is maintained at 00 ° C., that is, the temperature of the processing chamber
Since the inside of 0 is held, it is possible to suppress the occurrence of roughness on the surface of the silicon semiconductor substrate 40.
【0068】[工程−130]次いで、シリコン層の表
面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度にて、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
ン酸化膜の形成を開始した。あるいは又、湿式ガスがシ
リコン層表面で結露しない温度以上、500゜C以下の
雰囲気温度にて、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の形成を開始した。そし
て、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰
囲気温度にて、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の形成を開始した後、所定
の期間、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しな
い雰囲気温度範囲に雰囲気を保持してシリコン酸化膜を
形成する第1のシリコン酸化膜形成工程を実行した。具
体的には、シリコン層(実施例1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
温度に雰囲気温度を保持した状態で(実施例1において
は、具体的には、雰囲気温度を400゜Cに設定)、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を形成した。実施例1においては、配管
32,33を介して燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガ
スを供給し、燃焼室30内で生成した水蒸気を配管3
1、ガス流路11及びガス導入部12を介して処理室1
0内に導入し、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を形成した(図16の(B)参照)。このシリ
コン酸化膜の厚さはSiO2の数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。[Step-130] Then, formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer was started by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature at which silicon atoms were not desorbed from the surface of the silicon layer. Alternatively, the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer was started by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature of 500 ° C. or higher at a temperature at which the wet gas did not condense on the surface of the silicon layer. Then, at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer, the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas is started. A first silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film while maintaining an atmosphere in an atmosphere temperature range where silicon atoms are not desorbed was performed. Specifically, while maintaining the ambient temperature at a temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate 40 in the first embodiment) (specifically, in the first embodiment, The temperature was set to 400 ° C.), and a silicon oxide film 42 was formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas. In the first embodiment, oxygen gas and hydrogen gas are supplied into the combustion chamber 30 via the pipes 32 and 33, and steam generated in the combustion chamber 30 is supplied to the pipe 3
1, processing chamber 1 via gas flow path 11 and gas introduction unit 12
Then, a silicon oxide film 42 having a thickness of 1.2 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method (see FIG. 16B). The thickness of the silicon oxide film is a thickness corresponding to several molecular layers of SiO 2 , and is a thickness sufficient to function as a protective film even in consideration of steps on the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0069】[工程−140]その後、処理室10内へ
の湿式ガスの導入を中止し、不活性ガス(窒素ガス)
を、配管32、燃焼室30、配管31、ガス流路11及
びガス導入部12を介して処理室10内に導入しなが
ら、シリコン酸化膜形成装置の処理室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800゜
Cまで昇温した(図17の(A)参照)。尚、昇温速度
を10゜C/分とした。[工程−130]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−140]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。[Step-140] Thereafter, the introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is stopped, and an inert gas (nitrogen gas) is introduced.
Is introduced into the processing chamber 10 through the pipe 32, the combustion chamber 30, the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12, and the atmosphere temperature in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus is reduced. The temperature was increased to 800 ° C. by the heater 14 via the heater 16 (see FIG. 17A). The heating rate was 10 ° C./min. Since a silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon layer in [Step-130], the surface of the silicon layer (silicon semiconductor substrate 40) is roughened in this [Step-140]. Does not occur.
【0070】[工程−150]シリコン層の表面からシ
リコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲よりも高い雰囲
気温度(実施例1においては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第2のシリコン酸化膜形成工程
を実行した。具体的には、再び、配管32,33を介し
て燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガスを供給し、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内に導入し、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4.0nmのシリコン酸化膜42を形成した
(図17の(B)参照)。尚、所望の厚さのシリコン酸
化膜の形成が完了したときの雰囲気温度(実施例1にお
いては800゜C)は、シリコン層の表面にシリコン酸
化膜の形成を開始する際の雰囲気温度(実施例1におい
ては400゜C)よりも高い。[Step-150] The processing chamber 10 is heated to an ambient temperature (800 ° C. in the first embodiment) higher than the ambient temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer.
After the internal temperature of the inside was reached, a second silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film was further performed by an oxidation method using a wet gas while maintaining the atmosphere at this temperature. Specifically, oxygen gas and hydrogen gas are again supplied into the combustion chamber 30 via the pipes 32 and 33, and the steam generated in the combustion chamber 30 is supplied to the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introduction unit 12 again. Then, a silicon oxide film 42 having a total thickness of 4.0 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method (see FIG. 17B). The ambient temperature at which the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed (800 ° C. in the first embodiment) is the same as the ambient temperature at which the formation of the silicon oxide film is started on the surface of the silicon layer. In Example 1, it is higher than 400 ° C.).
【0071】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の形成が完了するので、
以降、処理室10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
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、図示しない扉を開き、シリコン半導
体基板40を搬出してもよいが、一層高い特性を有する
シリコン酸化膜の形成を意図する場合には、以下に説明
する熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed.
Thereafter, the interior of the processing chamber 10 may be set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, the elevator mechanism 23 may be operated to lower the quartz boat 24, and then the door (not shown) may be opened to carry out the silicon semiconductor substrate 40. If it is intended to form a silicon oxide film having higher characteristics, it is preferable to perform a heat treatment described below on the silicon oxide film.
【0072】[工程−160]即ち、その後、処理室1
0への湿式ガスの導入を中止し、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まで昇温した。
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、熱処理を行った。[Step-160] That is, after that, the processing chamber 1
The introduction of the wet gas to 0 was stopped, and the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 was raised to 850 ° C. by the heater 14 while introducing the nitrogen gas into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12.
Thereafter, nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas was introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, and heat treatment was performed for 30 minutes.
【0073】[工程−170]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(図12の(B)参照)。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を搬出した。[Step-170] Thus, the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed (see FIG. 12B). Thereafter, the processing room 10
The interior was set to a nitrogen gas atmosphere, the elevator mechanism 23 was operated to lower the quartz boat 24, and then the silicon semiconductor substrate 40 was unloaded from the substrate loading / unloading section 20.
【0074】[工程−180]実施例1においては、こ
うしてシリコン酸化膜が形成されたシリコン半導体基板
を用いて、公知のCVD技術、フォトリソグラフィ技術
及びドライエッチング技術に基づき、シリコン酸化膜4
2の上にポリシリコン及びタングステンシリサイドから
成るポリサイド構造のゲート電極43を形成し、MOS
キャパシタを作製した(図12の(C)参照)。[Step-180] In the first embodiment, using the silicon semiconductor substrate on which the silicon oxide film is formed as described above, the silicon oxide film 4
A gate electrode 43 having a polycide structure made of polysilicon and tungsten silicide is formed on
A capacitor was manufactured (see FIG. 12C).
【0075】(実施例2)実施例2は実施例1に変形で
ある。実施例2においては、実施例1の[工程−14
0]の代わりに、処理室10内への湿式ガスの導入を中
止することなく、シリコン酸化膜形成装置の処理室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800゜Cまで昇温した。実施例2においては、昇
温工程においてもシリコン酸化膜の形成が行われる。
尚、[工程−130]と同様の工程においては、厚さ
1.0nmのシリコン酸化膜を形成した。その他の工程
は実施例1と同様とした。実施例2における雰囲気温度
プロファイルを模式的に図18に示す。(Embodiment 2) Embodiment 2 is a modification of Embodiment 1. In Example 2, [Step-14] of Example 1 was used.
0], the introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is not stopped, and the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus is stopped.
The temperature of the atmosphere inside was raised to 800 ° C. by the heater 14 through the soaking tube 16. In the second embodiment, a silicon oxide film is formed also in the temperature raising step.
In the same step as [Step-130], a silicon oxide film having a thickness of 1.0 nm was formed. Other steps were the same as in Example 1. FIG. 18 schematically shows the ambient temperature profile in the second embodiment.
【0076】(実施例3)実施例3も実施例1の変形で
ある。実施例3においては、シリコン半導体基板の上に
厚さ10μmのエピタキシャルシリコン層を公知の方法
で成膜した。そして、かかるエピタキシャルシリコン層
の表面に、実施例1の[工程−110]〜[工程−18
0]と同様の工程に基づき、シリコン酸化膜を形成し、
更にはMOSキャパシタを作製した。尚、シリコン酸化
膜の総厚を4.0nmとした。尚、[工程−130]と
同様の工程においては、厚さ1.2nmのシリコン酸化
膜を形成した。(Embodiment 3) Embodiment 3 is also a modification of Embodiment 1. In Example 3, a 10 μm-thick epitaxial silicon layer was formed on a silicon semiconductor substrate by a known method. Then, [Step-110] to [Step-18] of Example 1 are formed on the surface of the epitaxial silicon layer.
0], a silicon oxide film is formed based on the same process as
Further, a MOS capacitor was manufactured. The total thickness of the silicon oxide film was 4.0 nm. In the same step as [Step-130], a silicon oxide film having a thickness of 1.2 nm was formed.
【0077】(比較例1)比較例1においては、従来の
シリコン酸化膜の形成方法に基づき、シリコン半導体基
板の表面に厚さ4.0nmのシリコン酸化膜を形成し
た。即ち、[工程−10]〜[工程−40]に基づき、
シリコン酸化膜を形成した。尚、[工程−20]におい
て、シャッター15を開く前に、0.5容量%の酸素ガ
スを含んだ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内を0.5容量%の酸素ガスを含
んだ窒素ガス雰囲気(雰囲気温度:800゜C)とし
た。また、処理室10内の雰囲気温度を800゜Cと
し、パイロジェニック酸化法にて、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。こうしてシリコン
酸化膜が形成されたシリコン半導体基板から、実施例1
と同様に、MOSキャパシタを作製した。尚、パイロジ
ェニック酸化法にてシリコン半導体基板の表面にシリコ
ン酸化膜を形成する前に、0.5容量%の酸素ガスを含
んだ窒素ガス雰囲気の処理室10内にシリコン半導体基
板を搬入した結果、シリコン半導体基板の表面には厚さ
2.3nmのドライ酸化膜が形成されていた。Comparative Example 1 In Comparative Example 1, a silicon oxide film having a thickness of 4.0 nm was formed on the surface of a silicon semiconductor substrate based on a conventional method for forming a silicon oxide film. That is, based on [Step-10] to [Step-40],
A silicon oxide film was formed. In [Step-20], before opening the shutter 15, a nitrogen gas containing 0.5% by volume of oxygen gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, and the inside of the processing chamber 10 is set at 0.1%. A nitrogen gas atmosphere (atmospheric temperature: 800 ° C.) containing 5% by volume of oxygen gas was used. The atmosphere temperature in the processing chamber 10 was set to 800 ° C., and a silicon oxide film was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate by a pyrogenic oxidation method. From the silicon semiconductor substrate on which the silicon oxide film was formed,
Similarly to the above, a MOS capacitor was manufactured. Before the silicon oxide film was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate by the pyrogenic oxidation method, the silicon semiconductor substrate was loaded into the processing chamber 10 in a nitrogen gas atmosphere containing 0.5% by volume of oxygen gas. A dry oxide film having a thickness of 2.3 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0078】(比較例2)比較例2においては、実施例
1の[工程−130]と同様の工程において、シリコン
半導体基板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(比較例2においては、具体的
には、雰囲気温度を400゜Cに設定)、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
を形成する代わりに、0.5容量%の酸素を含む窒素ガ
ス雰囲気で厚さ1.2nmのドライ酸化膜を成膜した。
その他の工程は実施例1と同様とした。Comparative Example 2 In Comparative Example 2, in the same step as [Step-130] of Example 1, the atmosphere was maintained at a temperature at which silicon atoms were not desorbed from the surface of the silicon semiconductor substrate. In Comparative Example 2, specifically, the atmosphere temperature was set to 400 ° C.). Instead of forming a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas, 0.5% by volume of oxygen was used. A dry oxide film having a thickness of 1.2 nm was formed in a nitrogen gas atmosphere containing.
Other steps were the same as in Example 1.
【0079】実施例1、実施例2、実施例3、比較例1
及び比較例2により作製されたMOSキャパシタに対し
て、シリコン酸化膜の長期信頼性を評価するために、経
時絶縁破壊(Time Dependent Dielectric Breakdown、
TDDB)特性の測定を行った。この経時絶縁破壊は、
電流ストレス又は電圧ストレスを印加した瞬間には破壊
しないが、ストレス印加後或る時間が経過してからシリ
コン酸化膜に絶縁破壊が生じる現象である。Example 1, Example 2, Example 3, Comparative Example 1
In order to evaluate the long-term reliability of the silicon oxide film with respect to the MOS capacitor manufactured according to Comparative Example 2, a time-dependent dielectric breakdown (Time Dependent Dielectric Breakdown,
TDDB) characteristics were measured. This aging dielectric breakdown
This is a phenomenon in which the silicon oxide film does not break down at the moment when the current stress or the voltage stress is applied, but dielectric breakdown occurs in the silicon oxide film after a certain time has elapsed after the stress application.
【0080】経時絶縁破壊(TDDB)特性を以下の方
法で評価した。1枚のシリコン半導体基板40に50個
のMOSキャパシタを作製した。また、MOSキャパシ
タのゲート面積を0.1mm2とした。そして、評価に
は2枚のシリコン半導体基板を使用した。図19に模式
的に図示する回路を作り、ゲート電極43に定電流(J
=0.1A/cm2)ストレスを印加する定電流ストレ
ス法により所謂クーロンブレイクダウン(QBD)を測定
した。ここで、QBDは、J(A/cm2)と、絶縁破壊
に至るまでの時間tBDの積で表される。図20、図21
及び図22は、累積不良率PとQBDの関係のワイブル確
率分布を示した図である。尚、図20中、白丸印は実施
例1にて得られたシリコン酸化膜の評価結果を示し、黒
三角印は比較例1にて得られたシリコン酸化膜の評価結
果を示し、白四角印は比較例2にて得られたシリコン酸
化膜の評価結果を示す。また、図21の黒丸印は実施例
2にて得られたシリコン酸化膜の評価結果を示し、
「×」印は比較例1と同様の方法にて得られたシリコン
酸化膜の評価結果を示す。更に、図22の黒三角印は実
施例3にて得られたシリコン酸化膜の評価結果を示し、
「×」印は比較例1と同様の方法にて得られたシリコン
酸化膜の評価結果を示す。図20から明らかなように、
実施例1にて得られたシリコン酸化膜においては、絶縁
破壊に至るまでの注入電荷量が比較例1の2倍以上多
く、長期信頼性が向上していることが判る。また、実施
例3にて得られたシリコン酸化膜の長期信頼性は、即
ち、エピタキシャルシリコン層に形成されたシリコン酸
化膜の長期信頼性は、実施例1にて得られたシリコン酸
化膜よりも、一層向上している。The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics were evaluated by the following method. Fifty MOS capacitors were formed on one silicon semiconductor substrate 40. The gate area of the MOS capacitor was set to 0.1 mm 2 . Then, two silicon semiconductor substrates were used for the evaluation. A circuit schematically shown in FIG. 19 is made, and a constant current (J
= 0.1 A / cm 2 ) A so-called Coulomb breakdown (Q BD ) was measured by a constant current stress method applying a stress. Here, Q BD is represented by the product of J (A / cm 2 ) and the time t BD until dielectric breakdown. FIG. 20, FIG.
FIG. 22 is a diagram showing a Weibull probability distribution of the relationship between the cumulative failure rate P and Q BD . In FIG. 20, white circles indicate the evaluation results of the silicon oxide film obtained in Example 1, black triangles indicate the evaluation results of the silicon oxide film obtained in Comparative Example 1, and white square marks Shows the evaluation results of the silicon oxide film obtained in Comparative Example 2. 21 indicate the evaluation results of the silicon oxide film obtained in Example 2.
The mark “x” indicates the evaluation result of the silicon oxide film obtained by the same method as in Comparative Example 1. Further, black triangles in FIG. 22 show the evaluation results of the silicon oxide film obtained in Example 3,
The mark “x” indicates the evaluation result of the silicon oxide film obtained by the same method as in Comparative Example 1. As is clear from FIG.
In the silicon oxide film obtained in Example 1, the amount of injected charges until the dielectric breakdown was twice or more that of Comparative Example 1, indicating that the long-term reliability was improved. The long-term reliability of the silicon oxide film obtained in the third embodiment, that is, the long-term reliability of the silicon oxide film formed on the epitaxial silicon layer is higher than that of the silicon oxide film obtained in the first embodiment. , Is even better.
【0081】(実施例4)実施例4も実施例1の変形で
ある。実施例1と同様の方法で、但し、第1のシリコン
酸化膜形成工程におけるシリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない雰囲気温度を350゜C、450゜C
として第1のシリコン酸化膜形成工程を実行した。ま
た、比較のために、第1のシリコン酸化膜形成工程にお
ける雰囲気温度を550゜Cとしてシリコン酸化膜の形
成を行った。その他の工程は実施例1と同様とした。そ
して、実施例1と同様に、1枚のシリコン半導体基板4
0に50個のMOSキャパシタを作製した。実施例1及
び実施例4にて作製されたMOSキャパシタの累積不良
率50%におけるQBDの値と、第1のシリコン酸化膜形
成工程における雰囲気温度の関係を図23に黒四角で示
す。図23には、併せて、シリコン半導体基板の表面か
らの水素原子の脱離量(単位は任意)と、第1のシリコ
ン酸化膜形成工程における雰囲気温度の関係を白丸で示
す。図23から、第1のシリコン酸化膜形成工程におけ
る雰囲気温度が500゜Cを越えると、水素原子の脱離
量が急激に増加し、しかも、MOSキャパシタの累積不
良率50%におけるQBDの値が従来の技術にて作製され
たMOSキャパシタ程度に低下することが判る。例え
ば、実施例1にて得られたMOSキャパタの累積不良率
50%におけるQBDは、比較例1と比べて、2倍程度向
上している。第1のシリコン酸化膜形成工程における雰
囲気温度が350゜Cの場合、MOSキャパタの累積不
良率50%におけるQBDは、一層向上している。(Embodiment 4) Embodiment 4 is also a modification of Embodiment 1. In the same manner as in Example 1, except that the ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer in the first silicon oxide film forming step is set to 350 ° C. or 450 ° C.
A first silicon oxide film forming step was performed. For comparison, a silicon oxide film was formed at an ambient temperature of 550 ° C. in the first silicon oxide film forming step. Other steps were the same as in Example 1. Then, as in the first embodiment, one silicon semiconductor substrate 4
At 0, 50 MOS capacitors were produced. The black squares in FIG. 23 show the relationship between the Q BD value of the MOS capacitors manufactured in Example 1 and Example 4 at a cumulative failure rate of 50% and the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step. FIG. 23 also shows the relationship between the amount of desorbed hydrogen atoms from the surface of the silicon semiconductor substrate (arbitrary unit) and the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step by white circles. FIG. 23 shows that when the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step exceeds 500 ° C., the amount of desorbed hydrogen atoms sharply increases, and the value of Q BD at 50% of the cumulative defect rate of the MOS capacitor. Is reduced to about the MOS capacitor manufactured by the conventional technology. For example, the Q BD of the MOS capacitor obtained in Example 1 at a cumulative failure rate of 50% is about twice as large as that of Comparative Example 1. When the ambient temperature in the first silicon oxide film forming step is 350 ° C., Q BD at a cumulative failure rate of 50% of the MOS capacitor is further improved.
【0082】(実施例5)実施例5も実施例1の変形で
ある。実施例5が実施例1と相違する点は、第1のシリ
コン酸化膜形成工程、昇温工程、第2のシリコン酸化膜
形成工程における雰囲気温度プロファイルにある。実施
例5における雰囲気温度プロファイルを模式的に図24
に示す。以下、実施例5のシリコン酸化膜の形成方法を
説明する。(Embodiment 5) Embodiment 5 is also a modification of Embodiment 1. Example 5 differs from Example 1 in the ambient temperature profile in the first silicon oxide film forming step, the temperature raising step, and the second silicon oxide film forming step. FIG. 24 schematically shows the ambient temperature profile in Example 5.
Shown in Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of the fifth embodiment will be described.
【0083】[工程−500]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
水素酸水溶液及び純水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た。[Step-500] First, an element isolation region and the like are formed on a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Example 1, and then fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate was washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0084】[工程−510]次に、複数のシリコン半
導体基板を、図13に示したシリコン酸化膜形成装置の
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に載置した(図25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1
0内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とした(減圧雰囲
気であってもよい)。尚、実施例5においては、処理室
10内の雰囲気温度を室温とした。[Step-510] Next, a plurality of silicon semiconductor substrates are loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. FIG. 25A). In addition, nitrogen gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12 and
The inside of 0 was an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas (a reduced pressure atmosphere may be used). In Example 5, the ambient temperature in the processing chamber 10 was room temperature.
【0085】[工程−520]そして、基板搬入出部2
0へのシリコン半導体基板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した。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100ppm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、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
板を石英製の二重管構造の処理室10内に搬入した(図
25の(B)参照)。エレベータ機構23の上昇速度を
500mm/分とした。[Step-520] Substrate carry-in / out section 2
After the loading of the silicon semiconductor substrate into the substrate loading / unloading unit 20 is completed, a door (not shown) is closed, nitrogen gas is introduced into the substrate loading / unloading unit 20 from the gas introduction unit 21, exhausted from the gas exhaust unit 22, and discharged into the substrate loading / unloading unit 20. Was set to a nitrogen gas atmosphere. The oxygen gas concentration in the substrate loading / unloading section 20 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the shutter 15 was opened, the elevator mechanism 23 was operated, the quartz boat 24 was raised, and the silicon semiconductor substrate was carried into the processing chamber 10 having a double-tube structure made of quartz (see FIG. 25B). The rising speed of the elevator mechanism 23 was set to 500 mm / min.
【0086】[工程−530]次いで、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2
00゜Cまで上昇させた(図26の(A)参照)。処理
室10内の雰囲気温度が200゜Cにて安定した後、即
ち、雰囲気温度をシリコン層(実施例5においては、シ
リコン半導体基板)の表面からシリコン原子が脱離しな
い温度(実施例5においては、具体的には、雰囲気温度
を200゜Cに設定)とした後、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
成を開始した。尚、湿式ガス中には、濃度0.1容量%
の塩化水素ガスが含有されていてもよい。具体的には、
燃焼室30内で生成した水蒸気、及び、所望に応じて塩
化水素ガスを、配管31、ガス流路11及びガス導入部
12を介して処理室10内に導入し、パイロジェニック
酸化法によってシリコン半導体基板の表面におけるシリ
コン酸化膜の形成を開始した。その後、シリコン酸化膜
を形成しながら、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まで上昇させ
た(図26の(B)参照)。これによって、厚さ1nm
程度のシリコン酸化膜を形成した。[Step-530] Next, the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 is reduced to 2 by the heater 14 through the heat equalizing tube 16.
The temperature was raised to 00 ° C (see FIG. 26A). After the ambient temperature in the processing chamber 10 is stabilized at 200 ° C., that is, the ambient temperature is set to a temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate in the fifth embodiment). Specifically, after setting the ambient temperature to 200 ° C.), the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon layer was started by an oxidation method using a wet gas. The concentration of 0.1% by volume in wet gas
Hydrogen chloride gas may be contained. In particular,
Steam generated in the combustion chamber 30 and, if desired, hydrogen chloride gas are introduced into the processing chamber 10 through the pipe 31, the gas flow path 11 and the gas introduction unit 12, and the silicon semiconductor is formed by a pyrogenic oxidation method. The formation of a silicon oxide film on the surface of the substrate was started. Thereafter, while forming a silicon oxide film, the ambient temperature in the processing chamber 10 was raised to 400 ° C. by the heater 14 through the soaking tube 16 (see FIG. 26B). Thereby, the thickness of 1 nm
A silicon oxide film of a degree was formed.
【0087】[工程−540]その後、処理室10内へ
の湿式ガスの導入を中止し、不活性ガス(ハロゲン元素
が含有されていてもいなくともよい)をガス導入部12
から処理室10内に導入しながら、シリコン酸化膜形成
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600゜Cまで昇温した(図27
の(A)参照)。尚、[工程−530]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−540]におい
て、シリコン層(シリコン半導体基板)の表面に荒れが
発生することはない。処理室10内への湿式ガス(ハロ
ゲン元素が含有されていてもいなくともよい)の導入を
継続しながら、シリコン酸化膜形成装置の処理室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、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰
囲気温度範囲よりも高い雰囲気温度(600゜C)まで
昇温してもよい。[Step-540] Thereafter, the introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is stopped, and an inert gas (which may or may not contain a halogen element) is introduced into the gas introduction section 12.
The temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus was raised to 600 ° C. by the heater 14 through the heat equalizing tube 16 while being introduced into the processing chamber 10 from FIG.
(A)). Since a silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon layer in [Step-530], the surface of the silicon layer (silicon semiconductor substrate) is formed in this [Step-540]. No roughening occurs. While the introduction of the wet gas (which may or may not contain a halogen element) into the processing chamber 10 is continued, the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus is increased by a heater through the soaking tube 16. 14, the temperature may be increased to an ambient temperature (600 ° C.) higher than the ambient temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer.
【0088】[工程−550]600゜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シリコン
層の表面にシリコン酸化膜42を更に形成した(図27
の(B)参照)。尚、湿式ガス中には、濃度0.1容量
%の塩化水素ガスが含有されていてもよい。具体的に
は、燃焼室30内で生成した水蒸気、及び、所望に応じ
て塩化水素ガスを、配管31、ガス流路11及びガス導
入部12を介して処理室10内に導入し、パイロジェニ
ック酸化法によってシリコン半導体基板の表面に総厚
3.5nmのシリコン酸化膜を形成した。[Step-550] The processing chamber 10 is heated to 600 ° C.
After the temperature of the inside of the silicon layer was reached, while maintaining the atmosphere at this temperature, a silicon oxide film 42 was further formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas (FIG. 27).
(B)). The wet gas may contain a hydrogen chloride gas having a concentration of 0.1% by volume. Specifically, steam generated in the combustion chamber 30 and, if desired, hydrogen chloride gas are introduced into the processing chamber 10 via the pipe 31, the gas passage 11 and the gas introduction unit 12, and the pyrogenic gas is introduced. A silicon oxide film having a total thickness of 3.5 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate by an oxidation method.
【0089】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の形成が完了するので、
以降、処理室10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
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、図示しない扉を開き、シリコン半導
体基板40を搬出してもよいが、一層高い特性を有する
シリコン酸化膜の形成を意図する場合には、以下に説明
する熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed.
Thereafter, the interior of the processing chamber 10 may be set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, the elevator mechanism 23 may be operated to lower the quartz boat 24, and then the door (not shown) may be opened to carry out the silicon semiconductor substrate 40. If it is intended to form a silicon oxide film having higher characteristics, it is preferable to perform a heat treatment described below on the silicon oxide film.
【0090】[工程−560]即ち、その後、処理室1
0への湿式ガスの導入を中止し、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まで昇温した。
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、熱処理を行った。[Step-560] That is, after that, the processing chamber 1
The introduction of the wet gas to 0 was stopped, and the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 was raised to 850 ° C. by the heater 14 while introducing the nitrogen gas into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12.
Thereafter, nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas was introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, and heat treatment was performed for 30 minutes.
【0091】[工程−570]以上により、シリコン半
導体基板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、
扉を開き、次いで、基板搬入出部20からシリコン半導
体基板を搬出した。[Step-570] Thus, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate is completed. Thereafter, the processing chamber 10 is set to a nitrogen gas atmosphere, the elevator mechanism 23 is operated, and the quartz boat 24 is lowered,
The door was opened, and then the silicon semiconductor substrate was unloaded from the substrate loading / unloading section 20.
【0092】(実施例6)実施例6も、実施例1の変形
である。実施例6が実施例1と相違する点は、第1のシ
リコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工
程における湿式ガスにハロゲン元素(具体的には、塩
素)が含有されている点にある。尚、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ガスの濃
度を0.1容量%とした。実施例6においても、図13
に示した縦型方式のシリコン酸化膜形成装置を用いた。
また、実施例6においても、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。昇温工程の雰囲気を不活性ガ
ス雰囲気とした。第2のシリコン酸化膜形成工程にて更
にシリコン酸化膜を形成した後、形成されたシリコン酸
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(塩化水素ガス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28〜図30を
参照して、実施例6のシリコン酸化膜の形成方法を説明
する。尚、実施例6における雰囲気温度プロファイルは
図14と同様とした。(Embodiment 6) Embodiment 6 is also a modification of Embodiment 1. Embodiment 6 is different from Embodiment 1 in that the wet gas in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step contains a halogen element (specifically, chlorine). It is in. Note that chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride gas contained in the wet gas was set to 0.1% by volume. Also in the sixth embodiment, FIG.
The vertical type silicon oxide film forming apparatus shown in FIG.
Also in Example 6, the silicon layer was formed from a silicon semiconductor substrate. The formed silicon oxide film functions as a gate oxide film. The atmosphere in the temperature raising step was an inert gas atmosphere. After a silicon oxide film is further formed in the second silicon oxide film forming step, the formed silicon oxide film is applied to an inert gas atmosphere containing a halogen element (a nitrogen gas atmosphere containing a hydrogen chloride gas). Heat treatment (furnace annealing) was performed. Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. The ambient temperature profile in Example 6 was the same as in FIG.
【0093】[工程−600]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
水素酸水溶液及び純水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た。[Step-600] First, an element isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Example 1, and fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate was washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0094】[工程−610]次に、複数のシリコン半
導体基板を、図13に示したシリコン酸化膜形成装置の
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に載置した(図28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1
0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1
4によって処理室10内の雰囲気温度を400゜Cに保
持した。尚、この状態においては、シャッター15は閉
じておく。[Step-610] Next, a plurality of silicon semiconductor substrates are loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 13 from a door (not shown) and placed on the quartz boat 24 ( FIG. 28A). In addition, nitrogen gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12 and
0 is an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere (a reduced pressure atmosphere may be used), and the heater 1
4, the atmosphere temperature in the processing chamber 10 was maintained at 400 ° C. In this state, the shutter 15 is closed.
【0095】[工程−620]そして、基板搬入出部2
0へのシリコン半導体基板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した。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100ppm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28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を石英製の二重管構造の処理
室10内に搬入した(図29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。処理室10内の雰囲気温度はヒータ1
4によって400゜Cに保持されているので、シリコン
半導体基板の表面に荒れが発生することを抑制すること
ができる。[Step-620] Then, the substrate loading / unloading section 2
After the loading of the silicon semiconductor substrate into the substrate loading / unloading unit 20 is completed, a door (not shown) is closed, nitrogen gas is introduced into the substrate loading / unloading unit 20 from the gas introduction unit 21, exhausted from the gas exhaust unit 22, and discharged into the substrate loading / unloading unit 20. Was set to a nitrogen gas atmosphere. The oxygen gas concentration in the substrate loading / unloading section 20 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the shutter 15 is opened (see FIG. 28B),
The quartz boat 24 was raised by operating the elevator mechanism 23, and the silicon semiconductor substrate was carried into the processing chamber 10 having a double-tube structure made of quartz (see FIG. 29A). When the elevator mechanism 23 reaches the highest position, the quartz boat 24
No communication is established between the processing chamber 10 and the substrate loading / unloading section 20 by the base. The atmosphere temperature in the processing chamber 10 is set to the heater 1
4, the temperature is maintained at 400 ° C., so that it is possible to suppress the occurrence of roughness on the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0096】[工程−630]次いで、シリコン層(実
施例6においては、シリコン半導体基板)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
(実施例6においては、具体的には、雰囲気温度を40
0゜Cに設定)、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した。尚、湿式ガ
ス中には、濃度0.1容量%の塩化水素ガスが含有され
ている。具体的には、燃焼室30内で生成した水蒸気、
及び塩化水素ガスを、配管31、ガス流路11及びガス
導入部12を介して処理室10内に導入し、パイロジェ
ニック酸化法によってシリコン半導体基板の表面に厚さ
1nm程度のシリコン酸化膜を形成した(図29の
(B)参照)。[Step-630] Then, while maintaining the atmosphere at a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate in the sixth embodiment), specifically, in the sixth embodiment, Set the ambient temperature to 40
(Set at 0 ° C.), and a silicon oxide film was formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas. The wet gas contains a hydrogen chloride gas having a concentration of 0.1% by volume. Specifically, steam generated in the combustion chamber 30,
And a hydrogen chloride gas are introduced into the processing chamber 10 through the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12, and a silicon oxide film having a thickness of about 1 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate by a pyrogenic oxidation method. (See FIG. 29B).
【0097】[工程−640]その後、処理室10内へ
の湿式ガスの導入を中止し、例えば窒素ガスから成る不
活性ガス(ハロゲン元素が含有されていてもいなくとも
よい)をガス導入部12から処理室10内に導入しなが
ら、シリコン酸化膜形成装置の処理室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800゜
Cまで昇温した(図30の(A)参照)。尚、[工程−
630]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−640]において、シリコン層(シリコン半導
体基板)の表面に荒れが発生することはない。代替的に
処理室10内への湿式ガス(ハロゲン元素が含有されて
いてもいなくともよい)の導入を継続しながら、シリコ
ン酸化膜形成装置の処理室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、シリコン層の表面
からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲よりも高
い雰囲気温度(例えば800゜C)まで昇温してもよ
い。[Step-640] Thereafter, the introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is stopped, and an inert gas made of, for example, nitrogen gas (which may or may not contain a halogen element) is introduced into the gas introduction section 12. The temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus was raised to 800 ° C. by the heater 14 through the heat equalizing tube 16 while being introduced into the processing chamber 10 from (FIG. 30A). . In addition, [Step-
[630] Since a silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon layer in [630], the surface of the silicon layer (silicon semiconductor substrate) may be roughened in this [Step-640]. There is no. Alternatively, while the introduction of the wet gas (which may or may not contain a halogen element) into the processing chamber 10 is continued, the atmospheric temperature in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus is set to The temperature may be increased by the heater 14 to an ambient temperature (for example, 800 ° C.) higher than the ambient temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer.
【0098】[工程−650]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、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
膜を形成した。具体的には、燃焼室30内で生成した水
蒸気、及び塩化水素ガスを、配管31、ガス流路11及
びガス導入部12を介して処理室10内に導入し、パイ
ロジェニック酸化法によってシリコン半導体基板の表面
に総厚4.0nmのシリコン酸化膜を形成した(図30
の(B)参照)。[Step-650] The processing chamber 10 is heated to 800 ° C.
After the temperature of the atmosphere was reached, a silicon oxide film was further formed by an oxidation method using, for example, a wet gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas while maintaining the atmosphere at this temperature. Specifically, water vapor and hydrogen chloride gas generated in the combustion chamber 30 are introduced into the processing chamber 10 through the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12, and the silicon semiconductor is formed by pyrogenic oxidation. A silicon oxide film having a total thickness of 4.0 nm was formed on the surface of the substrate (FIG. 30).
(B)).
【0099】以上により、シリコン半導体基板の表面に
おけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、以降、処
理室10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とし、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、図示しない扉を開き、シリコン半導体基板
を搬出してもよいが、一層高い特性を有するシリコン酸
化膜の形成を意図する場合には、以下に説明する熱処理
をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。Thus, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate is completed. Thereafter, the interior of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, and the elevator mechanism 23 is operated to move the quartz boat 24. After lowering, the door (not shown) may be opened and the silicon semiconductor substrate may be carried out. However, when a silicon oxide film having higher characteristics is intended, a heat treatment described below is applied to the silicon oxide film. Is preferred.
【0100】[工程−660]その後、処理室10への
湿式ガスの導入を中止し、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まで昇温した。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、熱
処理を行った。[Step-660] Thereafter, the introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is stopped, and the nitrogen gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12 while the ambient temperature of the processing chamber 10 is controlled by the heater 14. The temperature was raised to 850 ° C. Thereafter, nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas was introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, and heat treatment was performed for 30 minutes.
【0101】[工程−670]以上により、シリコン半
導体基板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、
図示しない扉を開き、次いで、基板搬入出部20からシ
リコン半導体基板を搬出した。[Step-670] Thus, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate is completed. Thereafter, the processing chamber 10 is set to a nitrogen gas atmosphere, the elevator mechanism 23 is operated, and the quartz boat 24 is lowered,
The door (not shown) was opened, and then the silicon semiconductor substrate was unloaded from the substrate loading / unloading section 20.
【0102】(実施例7)実施例7は、本発明の第1の
態様に係るシリコン酸化膜の形成方法における好ましい
第1Bの実施態様に関し、更には、本発明の第2の態様
に係るシリコン酸化膜の形成方法に関する。実施例7に
おいては、処理室には、その外側に配設され、且つ、シ
リコン層の表面と略平行に配設された、シリコン層を加
熱するための加熱手段が備えられている。第1のシリコ
ン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程を
枚葉式にて行う。Example 7 Example 7 relates to the preferred 1B mode of the method for forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention, and further relates to the silicon aspect according to the second aspect of the present invention. The present invention relates to a method for forming an oxide film. In the seventh embodiment, the processing chamber is provided with heating means for heating the silicon layer, which is provided outside the processing chamber and substantially parallel to the surface of the silicon layer. The first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step are performed in a single-wafer manner.
【0103】実施例7の実施に適した横型のシリコン酸
化膜形成装置の一例の模式図を、図31に示す。このシ
リコン酸化膜形成装置は、処理室50と、シリコン層を
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(具体的には、例えば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(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。シリコン酸化膜形成装置
には、処理室50へ水蒸気及び/又はガスを導入するた
めのガス導入部54と、処理室50から水蒸気及び/又
はガスを排気するガス排気部55が更に備えられてい
る。シリコン層(具体的には、例えばシリコン半導体基
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、実施例1と同様に、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54を介して処理室50内
に導入される。燃焼室及び配管の図示は省略した。FIG. 31 is a schematic diagram showing an example of a horizontal silicon oxide film forming apparatus suitable for carrying out the seventh embodiment. This silicon oxide film forming apparatus includes a processing chamber 50 and a resistance heater 51 as heating means for heating the silicon layer. The processing chamber 50 is composed of a quartz furnace tube, and houses a silicon layer (specifically, for example, a silicon semiconductor substrate) therein to form a silicon oxide film on the silicon layer. The resistance heater 51 serving as a heating means is provided outside the processing chamber 50 and is provided substantially in parallel with the surface of the silicon layer. The silicon layer (for example, the silicon semiconductor substrate 40) is placed on the wafer table 52, and is passed through a gate valve 53 provided at one end of the processing chamber 50.
It is carried into and out of the processing chamber 50. The silicon oxide film forming apparatus further includes a gas introduction unit 54 for introducing water vapor and / or gas into the processing chamber 50, and a gas exhaust unit 55 for exhausting water vapor and / or gas from the processing chamber 50. . The temperature of the silicon layer (specifically, for example, a silicon semiconductor substrate) can be measured by a thermocouple (not shown). Note that, similarly to the first embodiment, the hydrogen gas supplied to the combustion chamber is mixed with the oxygen gas at a high temperature in the combustion chamber and burned to generate steam. The water vapor is introduced into the processing chamber 50 via the pipe and the gas introduction unit 54. Illustration of the combustion chamber and piping is omitted.
【0104】あるいは又、図32に模式図を示す形式の
横型のシリコン酸化膜形成装置を用いることもできる。
この図32に示した横型のシリコン酸化膜形成装置にお
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31に示した
シリコン酸化膜形成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。Alternatively, a horizontal silicon oxide film forming apparatus of the type schematically shown in FIG. 32 can be used.
In the horizontal silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 32, the heating means is composed of a plurality of lamps 51A that emit infrared light or visible light. The temperature of the silicon semiconductor substrate is measured by a pyrometer (not shown). Other structures can be basically the same as those of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 31, and therefore, detailed description is omitted.
【0105】以下、実施例7のシリコン酸化膜の形成方
法を説明する。尚、実施例7における雰囲気温度プロフ
ァイルは図14と同様とした。Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of the seventh embodiment will be described. The atmosphere temperature profile in Example 7 was the same as that in FIG.
【0106】[工程−700]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
水素酸水溶液及び純水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た。[Step-700] First, an element isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Embodiment 1, and fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate was washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0107】[工程−710]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31若しくは図
32に示したシリコン酸化膜形成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を閉じた。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
雰囲気としておいた。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。[Step-710] Next, the silicon semiconductor substrate 40 mounted on the wafer stage 52 is connected to the gate valve 5 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 31 or FIG.
3 was opened and carried into the processing chamber 50, and then the gate valve 53 was closed. At this time, the atmosphere in the processing chamber 50 was an inert gas atmosphere heated to about 400 ° C. by a heating means. By setting the atmosphere in the processing chamber 50 under such conditions, it is possible to suppress the occurrence of roughness on the surface of the silicon semiconductor substrate 40.
【0108】[工程−720]次いで、シリコン層(実
施例7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に雰囲気を保持した状
態で(実施例7においては、具体的には、雰囲気温度を
400゜Cに設定)、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を形成した。実
施例7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5
4を介して処理室50内に導入し、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した。[Step-720] Then, while maintaining the atmosphere at a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate 40 in the seventh embodiment) (specifically in the seventh embodiment, The ambient temperature was set to 400 ° C.), and a silicon oxide film 42 was formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas. In the seventh embodiment, specifically, the steam generated in the combustion chamber (not shown) is supplied to the pipe (not shown) and the gas introduction section 5.
4 and introduced into the processing chamber 50 through the pyrogenetic oxidation method.
A 2 nm silicon oxide film was formed.
【0109】[工程−730]その後、処理室50内へ
の湿式ガスの導入を継続しながら、処理室50内の雰囲
気温度を、加熱手段によって800゜Cまで昇温した。
尚、実施例7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、例えばシリコン半導体
基板の昇温時の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。[Step-730] After that, while the introduction of the wet gas into the processing chamber 50 was continued, the atmospheric temperature in the processing chamber 50 was raised to 800 ° C. by the heating means.
In the seventh embodiment, since the heating means is disposed substantially parallel to the surface of the silicon layer, it is possible to suppress, for example, occurrence of in-plane temperature variation of the silicon semiconductor substrate when the temperature of the silicon semiconductor substrate is increased. As a result, it is possible to effectively suppress the in-plane thickness variation of the silicon oxide film formed during the temperature rise.
【0110】[工程−740]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、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した。具体的には、燃焼室内で生成
した水蒸気を配管及びガス導入部54を介して処理室5
0内に導入し、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4.0nmのシリコン酸
化膜42を形成した。[Step-740] The processing chamber 50 is set at 800 ° C.
After the temperature of the inside of the inside was reached, while maintaining the atmosphere at this temperature, a silicon oxide film was further formed by an oxidation method using a wet gas. Specifically, the steam generated in the combustion chamber is supplied to the processing chamber 5 through a pipe and a gas introduction unit 54.
Then, a silicon oxide film 42 having a total thickness of 4.0 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method.
【0111】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の形成が完了するので、
以降、処理室50内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
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から搬出しても
よいが、一層高い特性を有するシリコン酸化膜の形成を
意図する場合には、以下に説明する熱処理をシリコン酸
化膜に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed.
Thereafter, the inside of the processing chamber 50 may be set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas or the like, the gate valve 53 may be opened, and the silicon semiconductor substrate 40 placed on the wafer table 52 may be carried out of the processing chamber 50. When it is intended to form a silicon oxide film having the following, it is preferable to perform a heat treatment described below on the silicon oxide film.
【0112】[工程−750]その後、処理室50への
湿式ガスの導入を中止し、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まで昇温した。次いで、
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54から処理室50内に導入し、5分間、熱処理を
行った。[Step-750] Thereafter, the introduction of the wet gas into the processing chamber 50 is stopped, and while the nitrogen gas is being introduced into the processing chamber 50 from the gas introduction part 54, the atmospheric temperature of the processing chamber 50 is increased by the heating means. The temperature was raised to 850 ° C. Then
Nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas was introduced into the processing chamber 50 from the gas introduction unit 54, and heat treatment was performed for 5 minutes.
【0113】[工程−760]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から搬出した。[Step-760] Thus, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed. Thereafter, the inside of the processing chamber 50 was set to a nitrogen gas atmosphere, the gate valve 53 was opened, and the silicon semiconductor substrate 40 mounted on the wafer table 52 was unloaded from the processing chamber 50.
【0114】尚、実施例7にて説明した横型のシリコン
酸化膜形成装置を用いて、実施例1、実施例3〜実施例
6にて説明したシリコン酸化膜の形成を実施することも
できる。The silicon oxide film described in the first embodiment, the third embodiment to the sixth embodiment can be formed by using the horizontal silicon oxide film forming apparatus described in the seventh embodiment.
【0115】(実施例8)実施例8は、本発明の第1の
態様に係るシリコン酸化膜の形成方法における好ましい
第2の実施態様に関し、更には、本発明の第2の態様に
係るシリコン酸化膜の形成方法に関する。実施例8にお
いては、シリコン酸化膜を形成するための第1の処理室
及び第2の処理室、並びに、第1の処理室と第2の処理
室とを結ぶ搬送路を備えたシリコン酸化膜形成装置を用
い、第1のシリコン酸化膜形成工程を第1の処理室内に
て行い、その後、シリコン層を第1の処理室から搬送路
を介して第2の処理室に搬入し、次いで、第2のシリコ
ン酸化膜形成工程を第2の処理室にて行う。また、実施
例8においては、シリコン層を、第1の処理室から大気
に曝すことなく搬送路を介して第2の処理室に搬送す
る。即ち、シリコン層を第1の処理室から第2の処理室
に搬入する際の搬送路の雰囲気を不活性ガス雰囲気とす
る。ここで、シリコン層を第1の処理室から第2の処理
室に搬送する際の搬送路の雰囲気温度を、第1のシリコ
ン酸化膜形成工程における第1の処理室内の雰囲気温度
と略等しくする。また、実施例8においては、第1のシ
リコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工
程をバッチ式にて行う。Example 8 Example 8 relates to a second preferred embodiment of the method for forming a silicon oxide film according to the first aspect of the present invention, and further relates to a silicon oxide film according to the second aspect of the present invention. The present invention relates to a method for forming an oxide film. In the eighth embodiment, a silicon oxide film including a first processing chamber and a second processing chamber for forming a silicon oxide film, and a transport path connecting the first processing chamber and the second processing chamber. Using a forming apparatus, a first silicon oxide film forming step is performed in a first processing chamber, and then, a silicon layer is loaded from the first processing chamber into a second processing chamber via a transfer path, A second silicon oxide film forming step is performed in a second processing chamber. In the eighth embodiment, the silicon layer is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber via the transfer path without being exposed to the atmosphere. That is, the atmosphere of the transfer path when the silicon layer is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber is an inert gas atmosphere. Here, the atmospheric temperature of the transfer path when the silicon layer is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber is made substantially equal to the atmospheric temperature in the first processing chamber in the first silicon oxide film forming step. . In the eighth embodiment, the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step are performed by a batch method.
【0116】実施例8においては、図34に概念図を示
し、図35及び図36に模式図を示す縦型方式のシリコ
ン酸化膜形成装置を用いる。また、実施例8において
は、シリコン層はシリコン半導体基板それ自体である。
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。実施例8においては、第1のシリコン酸化膜形成工
程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における湿式ガス
を用いた酸化法として、パイロジェニック酸化法を採用
する。第2のシリコン酸化膜形成工程にてシリコン酸化
膜を形成した後、形成され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、塩化水素ガスを含む窒素ガス雰囲気)中で熱処理
(炉アニール処理)を施す。尚、熱処理を第2の処理室
内でバッチ式にて行う。以下、図33〜図36、及びシ
リコン酸化膜形成装置等の概念図である図38〜図46
を参照して、実施例8のシリコン酸化膜の形成方法を説
明する。尚、実施例8における雰囲気温度プロファイル
を図37に示す。In the eighth embodiment, a vertical type silicon oxide film forming apparatus whose conceptual diagram is shown in FIG. 34 and whose schematic diagrams are shown in FIGS. 35 and 36 is used. In the eighth embodiment, the silicon layer is the silicon semiconductor substrate itself.
The formed silicon oxide film functions as a gate oxide film. In the eighth embodiment, a pyrogenic oxidation method is employed as an oxidation method using a wet gas in the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. After forming the silicon oxide film in the second silicon oxide film forming step, the formed silicon oxide film is
Heat treatment (furnace annealing) is performed in an inert gas atmosphere containing a halogen element (specifically, a nitrogen gas atmosphere containing a hydrogen chloride gas). Note that the heat treatment is performed in a batch manner in the second processing chamber. 33 to 36, and FIGS. 38 to 46 which are conceptual diagrams of a silicon oxide film forming apparatus and the like.
The method for forming the silicon oxide film of Example 8 will be described with reference to FIG. FIG. 37 shows the ambient temperature profile in the eighth embodiment.
【0117】図34〜図36に示したシリコン酸化膜形
成装置は、第1の処理室110、第2の処理室210及
び搬送路120から構成されている。尚、図35は、図
34の矢印A−Aに沿った第1の処理室110を含む部
分の模式的な断面図であり、図36は、図34の矢印B
−Bに沿った第2の処理室210を含む部分の模式的な
断面図である。この縦型方式のシリコン酸化膜形成装置
は、石英製の二重管構造の処理室110,210と、処
理室110,210へ水蒸気及び/又はガスを導入する
ためのガス導入部112,212と、処理室110,2
10から水蒸気及び/又はガスを排気するガス排出部1
13,213と、SiCから成る円筒状の均熱管11
6,216を介して処理室110,210内を所定の雰
囲気温度に保持するためのヒータ114,214とから
構成されている。ヒータ114,214は温度制御装置
(図示せず)によって制御される。更には、第1の処理
室110及び第2の処理室210の下部に配置された搬
送路120と、搬送路120へ窒素ガス等の不活性ガス
を導入するためのガス導入部121と、搬送路120か
らガスを排気するガス排気部122と、第1の処理室1
10及び第2の処理室210と搬送路120とを仕切る
シャッター115,215と、シリコン半導体基板を第
1の処理室110及び第2の処理室210に搬入出する
ためのエレベータ機構123から構成されている。エレ
ベータ機構123には、複数のシリコン半導体基板を載
置するための石英ボート124が取り付けられている。
尚、エレベータ機構123は、図34の左右方向に移動
可能である。搬送路120にはシリコン半導体基板を搬
入出するための扉125が備えられている。また、燃焼
室130に供給された水素ガスを酸素ガスと燃焼室13
0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131、ガス流
路111,211及びガス導入部112,212を介し
て第1の処理室110内及び第2の処理室210内に導
入される。尚、ガス流路111,211は、二重管構造
の第1の処理室110及び第2の処理室210の内壁及
び外壁の間の空間に相当する。尚、燃焼室130及び配
管131は、第1の処理室110及び第2の処理室21
0のそれぞれに配設してもよいし、1つの燃焼室130
から分岐した配管131により第1の処理室110内あ
るいは第2の処理室210内に水蒸気を導入してもよ
い。The apparatus for forming a silicon oxide film shown in FIGS. 34 to 36 includes a first processing chamber 110, a second processing chamber 210, and a transfer path 120. FIG. 35 is a schematic cross-sectional view of a portion including the first processing chamber 110 along the arrow AA in FIG. 34, and FIG. 36 is an arrow B in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a portion including a second processing chamber 210 along the line −B. This vertical type silicon oxide film forming apparatus includes processing chambers 110 and 210 having a double tube structure made of quartz, and gas introduction units 112 and 212 for introducing water vapor and / or gas into the processing chambers 110 and 210. , Processing chambers 110 and 2
Gas exhaust unit 1 for exhausting water vapor and / or gas from 10
13,213 and a cylindrical heat equalizing tube 11 made of SiC.
Heaters 114 and 214 for maintaining the inside of the processing chambers 110 and 210 at a predetermined atmospheric temperature via the heaters 6 and 216. The heaters 114 and 214 are controlled by a temperature control device (not shown). Further, a transfer path 120 disposed below the first processing chamber 110 and the second processing chamber 210, a gas introduction unit 121 for introducing an inert gas such as nitrogen gas into the transfer path 120, A gas exhaust unit 122 for exhausting gas from the passage 120;
Shutters 115 and 215 that partition the transfer path 120 from the first and second processing chambers 210 and an elevator mechanism 123 for carrying the silicon semiconductor substrate into and out of the first processing chamber 110 and the second processing chamber 210. ing. A quartz boat 124 for mounting a plurality of silicon semiconductor substrates is attached to the elevator mechanism 123.
Note that the elevator mechanism 123 is movable in the left-right direction in FIG. The transport path 120 is provided with a door 125 for loading and unloading the silicon semiconductor substrate. Further, the hydrogen gas supplied to the combustion chamber 130 is combined with the oxygen gas and the combustion chamber 13.
Water vapor is generated by mixing and burning at a high temperature within zero. The water vapor is introduced into the first processing chamber 110 and the second processing chamber 210 via the pipe 131, the gas channels 111 and 211, and the gas introduction units 112 and 212. The gas flow paths 111 and 211 correspond to a space between the inner wall and the outer wall of the first processing chamber 110 and the second processing chamber 210 having the double pipe structure. Note that the combustion chamber 130 and the pipe 131 are connected to the first processing chamber 110 and the second processing chamber 21.
0 or one combustion chamber 130
Steam may be introduced into the first processing chamber 110 or the second processing chamber 210 by a pipe 131 branched from the first processing chamber 110.
【0118】[工程−800]先ず、シリコン半導体基
板40に、実施例1と同様の方法で、素子分離領域41
等を形成した後、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及び純水によりシリコン半
導体基板40の表面洗浄を行い、シリコン半導体基板の
表面を露出させる(図33の(A)参照)。[Step-800] First, the element isolation region 41 is formed on the silicon semiconductor substrate 40 in the same manner as in the first embodiment.
After forming the like, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 are removed by RCA cleaning,
The surface of the silicon semiconductor substrate 40 is washed with a 0.1% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate (see FIG. 33A).
【0119】[工程−810]次に、複数のシリコン半
導体基板40を、図34に示したシリコン酸化膜形成装
置の搬送路120に扉125から搬入し、石英ボート1
24に載置する。尚、第1の処理室110へガス導入部
112から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、第1の処
理室110内を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116を介してヒータ11
4によって第1の処理室110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
115は閉じておく。一方、第2の処理室210へガス
導入部212から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、第
2の処理室210内を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216を介してヒー
タ214によって第2の処理室210内の雰囲気温度を
800゜Cに保持する。尚、この状態においては、シャ
ッター215は閉じておく。[Step-810] Next, the plurality of silicon semiconductor substrates 40 are loaded from the door 125 into the transfer path 120 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG.
24. Note that an inert gas such as nitrogen gas is introduced from the gas introduction unit 112 into the first processing chamber 110, the inside of the first processing chamber 110 is set to an inert gas atmosphere (a reduced pressure atmosphere may be used), and Heater 11 through soaking tube 116
4, the atmosphere temperature in the first processing chamber 110 is set to 400
Hold at ゜ C. In this state, the shutter 115 is closed. On the other hand, an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into the second processing chamber 210 from the gas introduction unit 212 to make the inside of the second processing chamber 210 an inert gas atmosphere (a reduced pressure atmosphere may be used), and The ambient temperature in the second processing chamber 210 is maintained at 800 ° C. by the heater 214 via the soaking tube 216. In this state, the shutter 215 is closed.
【0120】[工程−820]そして、搬送路120へ
のシリコン半導体基板40の搬入が完了した後、扉12
5を閉め、搬送路120にガス導入部121から窒素ガ
ス等の不活性ガスを導入し、ガス排気部122から排出
し、搬送路120内を室温の不活性ガス雰囲気とする
(図38参照)。尚、搬送路120内の酸素ガス濃度を
モニターし、酸素ガス濃度が例えば100ppm以下と
なったならば、搬送路120内が十分に不活性ガス雰囲
気になったと判断する。その後、シャッター115を開
き、エレベータ機構123を作動させて石英ボート12
4を上昇させ、シリコン半導体基板40を石英製の二重
管構造の第1の処理室110に搬入する(図39参
照)。エレベータ機構123が最上昇位置に辿り着く
と、石英ボート124の基部によって第1の処理室11
0と搬送路120との間は連通しなくなる。第1の処理
室110内の不活性ガス雰囲気の温度はヒータ114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。尚、第1の処理室110へのシリコン半導体
基板40の搬入後、不活性ガス雰囲気にある搬送路12
0内を図示しないヒータで400゜C前後に加熱してお
くことが好ましい。[Step-820] After the loading of the silicon semiconductor substrate 40 into the transfer path 120 is completed, the door 12
5 is closed, an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into the transfer path 120 from the gas introduction unit 121 and discharged from the gas exhaust unit 122, and the inside of the transfer path 120 is set to an inert gas atmosphere at room temperature (see FIG. 38). . The oxygen gas concentration in the transfer path 120 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the transfer path 120 is sufficiently in an inert gas atmosphere. Thereafter, the shutter 115 is opened, the elevator mechanism 123 is operated, and the quartz boat 12 is opened.
Then, the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the first processing chamber 110 having a double tube structure made of quartz (see FIG. 39). When the elevator mechanism 123 reaches the highest position, the first processing chamber 11 is moved by the base of the quartz boat 124.
0 and the conveyance path 120 are not communicated. Since the temperature of the inert gas atmosphere in the first processing chamber 110 is maintained at 400 ° C. by the heater 114, it is possible to prevent the surface of the silicon semiconductor substrate 40 from being roughened. After the loading of the silicon semiconductor substrate 40 into the first processing chamber 110, the transfer path 12 in an inert gas atmosphere is
It is preferable that the inside of 0 is heated to about 400 ° C. by a heater (not shown).
【0121】[工程−830]次いで、シリコン層(実
施例8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に第1の処理室110
の雰囲気を保持した状態で(実施例8においては、具体
的には、雰囲気温度を400゜Cに設定)、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(図33の(B)及び図40参照)。
実施例8においては、具体的には、750゜Cに保持さ
れた燃焼室130内に水素ガスと酸素ガスを供給して水
素ガスを燃焼させ、燃焼室130内で生成した水蒸気を
配管131、ガス流路111及びガス導入部112を介
して第1の処理室110内に導入し、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。尚、湿式
ガス中に、例えば濃度1.0容量%の塩化水素ガスを含
有させてもよい。[Step-830] Next, the first processing chamber 110 is set to a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate 40 in the eighth embodiment).
(In the eighth embodiment, specifically, the ambient temperature is set to 400 ° C.), the silicon oxide film 42 is formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas ( (See FIG. 33B and FIG. 40).
In the eighth embodiment, specifically, hydrogen gas and oxygen gas are supplied into the combustion chamber 130 maintained at 750 ° C. to burn the hydrogen gas, and the steam generated in the combustion chamber 130 is supplied to the pipe 131. The silicon oxide film 42 is introduced into the first processing chamber 110 through the gas flow path 111 and the gas introduction unit 112, and a silicon oxide film 42 having a thickness of 1.2 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method. The wet gas may contain, for example, a hydrogen chloride gas having a concentration of 1.0% by volume.
【0122】[工程−840]その後、シリコン層(具
体的にはシリコン半導体基板40)を、第1の処理室1
10から搬送路120を介して第2の処理室210に搬
入する。具体的には、第1の処理室110内への湿式ガ
スの導入を中止し、窒素ガス等の不活性ガスをガス導入
部112から第1の処理室110内に導入する。そし
て、第1の処理室110内を窒素ガス等の不活性ガスで
置換した後、エレベータ機構123を作動させて、シリ
コン半導体基板40を搬送路120内に搬入する(図4
1参照)。搬送路120内は不活性ガス雰囲気であり、
しかも、400゜C前後に保持されている。即ち、シリ
コン層(具体的にはシリコン半導体基板40)を第1の
処理室110から搬送路120を介して第2の処理室2
10に搬入する際の搬送路120内の温度は、シリコン
半導体基板40にシリコン酸化膜42を形成するときの
第1の処理室110の雰囲気温度と略等しくなってい
る。エレベータ機構123が最下降位置に位置したなら
ば、シャッター115を閉じ、エレベータ機構123を
第2の処理室210の下方に移動させる(図42参
照)。[Step-840] Then, the silicon layer (specifically, the silicon semiconductor substrate 40) is transferred to the first processing chamber 1
From 10, it is carried into the second processing chamber 210 via the transfer path 120. Specifically, the introduction of the wet gas into the first processing chamber 110 is stopped, and an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into the first processing chamber 110 from the gas introduction unit 112. Then, after replacing the inside of the first processing chamber 110 with an inert gas such as nitrogen gas, the elevator mechanism 123 is operated to carry the silicon semiconductor substrate 40 into the transfer path 120 (FIG. 4).
1). The inside of the transfer path 120 is an inert gas atmosphere,
Moreover, the temperature is maintained at about 400 ° C. That is, the silicon layer (specifically, the silicon semiconductor substrate 40) is transferred from the first processing chamber 110 to the second processing chamber 2 via the transfer path 120.
The temperature in the transfer path 120 at the time of loading into the substrate 10 is substantially equal to the ambient temperature of the first processing chamber 110 when the silicon oxide film 42 is formed on the silicon semiconductor substrate 40. When the elevator mechanism 123 is located at the lowermost position, the shutter 115 is closed and the elevator mechanism 123 is moved below the second processing chamber 210 (see FIG. 42).
【0123】[工程−850]次いで、シャッター21
5を開き、エレベータ機構123を作動させて石英ボー
ト124を上昇させ、シリコン半導体基板40を石英製
の二重管構造の第2の処理室210に搬入する(図43
参照)。エレベータ機構123が最上昇位置に辿り着く
と、石英ボート124の基部によって第2の処理室21
0と搬送路120との間は連通しなくなる。第2の処理
室210内の不活性ガス雰囲気の温度はヒータ214に
よって800゜Cに保持されているが、シリコン半導体
基板40の表面には既に保護膜としても機能するシリコ
ン酸化膜42が形成されているので、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。尚、第2の処理室210へのシリコン半導体基板4
0の搬入後、不活性ガス雰囲気にある搬送路120内の
温度を室温とすることが好ましい。[Step-850] Then, the shutter 21
5, the elevator mechanism 123 is operated to raise the quartz boat 124, and the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the second processing chamber 210 having a double tube structure made of quartz (FIG. 43).
reference). When the elevator mechanism 123 reaches the highest position, the second processing chamber 21 is moved by the base of the quartz boat 124.
0 and the conveyance path 120 are not communicated. Although the temperature of the inert gas atmosphere in the second processing chamber 210 is maintained at 800 ° C. by the heater 214, a silicon oxide film 42 which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40. Therefore, the surface of the silicon layer (silicon semiconductor substrate 40) is not roughened. The silicon semiconductor substrate 4 is transferred to the second processing chamber 210.
After loading 0, it is preferable to set the temperature in the transfer path 120 in an inert gas atmosphere to room temperature.
【0124】[工程−860]その後、第2の処理室2
10内を800゜Cに保持した状態にて、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、750゜Cに保持された燃焼室130内に
水素ガスと酸素ガスを供給して水素ガスを燃焼させ、燃
焼室130内で生成した水蒸気を配管131、ガス流路
211及びガス導入部212を介して第2の処理室21
0内に導入し、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4.0nmのシリコン酸
化膜42を形成する(図33の(C)及び図44参
照)。尚、湿式ガス中に、例えば濃度1.0容量%の塩
化水素ガスを含有させてもよい。[Step-860] Then, the second processing chamber 2
With the inside of the chamber 10 kept at 800 ° C., a silicon oxide film is further formed by an oxidation method using a wet gas.
Specifically, hydrogen gas and oxygen gas are supplied to the combustion chamber 130 maintained at 750 ° C. to burn the hydrogen gas, and the steam generated in the combustion chamber 130 is supplied to the pipe 131, the gas passage 211, The second processing chamber 21 via the introduction unit 212
Then, a silicon oxide film 42 having a total thickness of 4.0 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method (see FIGS. 33C and 44). The wet gas may contain, for example, a hydrogen chloride gas having a concentration of 1.0% by volume.
【0125】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の形成が完了するので、
以降、第2の処理室210内を窒素ガス等の不活性ガス
雰囲気とし、エレベータ機構123を動作させて石英ボ
ート124を下降させ、次いで、扉125を開き、搬送
路120からシリコン半導体基板40を搬出してもよい
が、一層高い特性を有するシリコン酸化膜の形成を意図
する場合には、以下に説明する熱処理をシリコン酸化膜
に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed.
Thereafter, the interior of the second processing chamber 210 is set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, the elevator mechanism 123 is operated to lower the quartz boat 124, and then the door 125 is opened, and the silicon semiconductor substrate 40 is removed from the transfer path 120. Although it may be carried out, when it is intended to form a silicon oxide film having higher characteristics, it is preferable to perform a heat treatment described below on the silicon oxide film.
【0126】[工程−870]即ち、[工程−860]
に続き、第2の処理室210への湿式ガスの導入を中止
し、窒素ガス等の不活性ガスをガス導入部212から第
2の処理室210内に導入しつつ、第2の処理室210
の雰囲気温度をヒータ214によって850゜Cまで昇
温させる(図45参照)。その後、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212か
ら第2の処理室210内に導入し、30分間、熱処理を
行う(図33の(D)及び図46参照)。以上により、
シリコン酸化膜42の熱処理が完了する。以降、第2の
処理室210内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とし、
エレベータ機構123を動作させて石英ボート124を
下降させ、次いで、扉125を開き、搬送路120から
シリコン半導体基板40を搬出する。[Step-870] That is, [Step-860]
Subsequently, the introduction of the wet gas into the second processing chamber 210 is stopped, and an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into the second processing chamber 210 from the gas introduction unit 212 while the second processing chamber 210 is being introduced.
Is raised to 850 ° C. by the heater 214 (see FIG. 45). Thereafter, for example, a nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is introduced into the second processing chamber 210 from the gas introduction part 212, and heat treatment is performed for 30 minutes (see FIG. 33D and FIG. 46). ). From the above,
The heat treatment of the silicon oxide film 42 is completed. Thereafter, the inside of the second processing chamber 210 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas,
The elevator boat 123 is operated to lower the quartz boat 124, then the door 125 is opened, and the silicon semiconductor substrate 40 is unloaded from the transport path 120.
【0127】(実施例9)実施例9は実施例8の変形で
ある。実施例9においては、図35及び図36に模式図
を示し、図47に概念図を示すバッチ式の縦型方式シリ
コン酸化膜形成装置を用いる。実施例9にて使用した縦
型方式シリコン酸化膜形成装置が実施例8にて説明した
縦型方式シリコン酸化膜形成装置と相違する点は、第1
の処理室110に連通する搬送路120の部分120A
と第2の処理室210に連通する搬送路120の部分1
20Bとの間に、シャッター126が配設されている
点、及び搬送路120A,120Bのそれぞれに、窒素
ガス等の不活性ガスを導入するためのガス導入部と排気
するガス排気部(これらは図47には図示せず)が設け
られている点にある。このように、シャッター126に
よって搬送路120を2つの部分120A,120Bに
区分けすることで、第1の処理室110中でのシリコン
酸化膜の形成と、第2の処理室210中でのシリコン酸
化膜の形成を独立して、例えば同時に行うことが可能と
なり、シリコン酸化膜の形成におけるスループットの向
上を図ることができる。尚、燃焼室130及び配管13
1は、第1の処理室110及び第2の処理室210のそ
れぞれに独立して配設することが望ましい。以下、シリ
コン酸化膜形成装置等の概念図である図48〜図57を
参照して、実施例9のシリコン酸化膜の形成方法を説明
するが、実施例9のシリコン酸化膜の形成方法は基本的
には実施例8のシリコン酸化膜の形成方法と同じであ
る。また、実施例9における雰囲気温度プロファイルは
図37と同じである。Ninth Embodiment A ninth embodiment is a modification of the eighth embodiment. In the ninth embodiment, a batch type vertical silicon oxide film forming apparatus whose schematic diagrams are shown in FIGS. 35 and 36 and whose conceptual diagram is shown in FIG. 47 is used. The vertical type silicon oxide film forming apparatus used in the ninth embodiment is different from the vertical type silicon oxide film forming apparatus described in the eighth embodiment in the first point.
120A of transfer path 120 communicating with processing chamber 110
1 of the transport path 120 communicating with the second processing chamber 210
20B, a gas introduction unit for introducing an inert gas such as nitrogen gas, and a gas exhaust unit for exhausting gas (each of which is provided in each of the transport paths 120A and 120B). 47 (not shown in FIG. 47). As described above, by dividing the transfer path 120 into two parts 120A and 120B by the shutter 126, the formation of the silicon oxide film in the first processing chamber 110 and the formation of the silicon oxide film in the second processing chamber 210 are performed. The film formation can be performed independently, for example, simultaneously, and the throughput in forming the silicon oxide film can be improved. The combustion chamber 130 and the pipe 13
1 is desirably provided independently in each of the first processing chamber 110 and the second processing chamber 210. The method of forming the silicon oxide film of the ninth embodiment will be described below with reference to FIGS. 48 to 57 which are conceptual diagrams of a silicon oxide film forming apparatus and the like. Specifically, it is the same as the method of forming the silicon oxide film of the eighth embodiment. The ambient temperature profile in the ninth embodiment is the same as that in FIG.
【0128】[工程−900]先ず、シリコン半導体基
板40に、実施例1と同様の方法で、素子分離領域41
等を形成した後、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及び純水によりシリコン半
導体基板40の表面洗浄を行い、シリコン半導体基板の
表面を露出させる。[Step-900] First, the element isolation region 41 is formed on the silicon semiconductor substrate 40 in the same manner as in the first embodiment.
After forming the like, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 are removed by RCA cleaning,
The surface of the silicon semiconductor substrate 40 is cleaned with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0129】[工程−910]次に、複数のシリコン半
導体基板40を、図47に示したシリコン酸化膜形成装
置の搬送路120Aに扉125Aから搬入し、石英ボー
ト124に載置する。尚、第1の処理室110へガス導
入部112から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、第1
の処理室110内を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116(図35参照)
を介してヒータ114によって第1の処理室110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115は閉じておく。一方、第2の
処理室210へガス導入部212から窒素ガス等の不活
性ガスを導入し、第2の処理室210内を不活性ガス雰
囲気とし(減圧雰囲気であってもよい)、且つ、均熱管
216(図36参照)を介してヒータ214によって第
2の処理室210内の雰囲気温度を800゜Cに保持す
る。尚、この状態においては、シャッター215は閉じ
ておく。また、搬送路120Aと搬送路120Bの間に
配設されたシャッター126も閉じておく。[Step-910] Next, the plurality of silicon semiconductor substrates 40 are loaded from the door 125A into the transfer path 120A of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. Note that an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into the first processing chamber 110 from the gas introduction unit 112,
The inside of the processing chamber 110 is made an inert gas atmosphere (may be a reduced pressure atmosphere), and a soaking tube 116 (see FIG. 35).
The atmosphere temperature in the first processing chamber 110 is maintained at 400 ° C. by the heater 114 via the heater. In this state, the shutter 115 is closed. On the other hand, an inert gas such as nitrogen gas is introduced from the gas introduction unit 212 into the second processing chamber 210, the inside of the second processing chamber 210 is set to an inert gas atmosphere (may be a reduced pressure atmosphere), and The atmosphere temperature in the second processing chamber 210 is maintained at 800 ° C. by the heater 214 via the soaking tube 216 (see FIG. 36). In this state, the shutter 215 is closed. Also, the shutter 126 provided between the transport path 120A and the transport path 120B is closed.
【0130】[工程−920]そして、搬送路120A
へのシリコン半導体基板40の搬入が完了した後、扉1
25Aを閉め、搬送路120A,120Bのそれぞれに
ガス導入部から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、ガス
排気部から排出し、搬送路120A,120B内を室温
の不活性ガス雰囲気とする(図48参照)。尚、搬送路
120A内の酸素ガス濃度をモニターし、酸素ガス濃度
が例えば100ppm以下となったならば、搬送路12
0A内が十分に不活性ガス雰囲気になったと判断する。
その後、シャッター115を開き、エレベータ機構12
3を作動させて石英ボート124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第1の処理室1
10に搬入する(図49参照)。第1の処理室110内
の不活性ガス雰囲気の温度はヒータ114によって40
0゜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。
尚、第1の処理室110へのシリコン半導体基板40の
搬入後、不活性ガス雰囲気にある搬送路120A,12
0B内を図示しないヒータで400゜C前後に加熱して
おくことが好ましい。[Step-920] Then, the transport path 120A
After the loading of the silicon semiconductor substrate 40 into the
25A is closed, an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into each of the transfer paths 120A and 120B from a gas inlet, and discharged from a gas exhaust section, and the inside of the transfer paths 120A and 120B is set to an inert gas atmosphere at room temperature ( See FIG. 48). The oxygen gas concentration in the transport path 120A is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, the transport path 12A
It is determined that the inside of 0A has sufficiently become an inert gas atmosphere.
Thereafter, the shutter 115 is opened, and the elevator mechanism 12 is opened.
3 is operated to raise the quartz boat 124, and the silicon semiconductor substrate 40 is moved to the first processing chamber 1 having a double tube structure made of quartz.
10 (see FIG. 49). The temperature of the inert gas atmosphere in the first processing chamber 110 is set to 40 by the heater 114.
Since the temperature is maintained at 0 ° C., the silicon semiconductor substrate 40
It is possible to suppress the occurrence of roughness on the surface.
After the transfer of the silicon semiconductor substrate 40 into the first processing chamber 110, the transfer paths 120A, 12A in an inert gas atmosphere are transferred.
It is preferable to heat the inside of 0B to about 400 ° C. by a heater (not shown).
【0131】[工程−930]次いで、実施例8の[工
程−830]と同様の方法で、シリコン層(実施例9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に第1の処理室110の雰囲気
を保持した状態で(実施例9においても、具体的には、
雰囲気温度を400゜Cに設定)、湿式ガスを用いた酸
化法(パイロジェニック酸化法)によってシリコン層の
表面に厚さ1.2nmのシリコン酸化膜42を形成する
(図50参照)。尚、湿式ガス中に、例えば濃度1.0
容量%の塩化水素ガスを含有させてもよい。[Step-930] Next, in the same manner as in [Step-830] of the eighth embodiment, the temperature is raised to a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate 40 in the ninth embodiment). In a state where the atmosphere of the first processing chamber 110 is maintained (specifically, also in the ninth embodiment,
An atmosphere temperature is set to 400 ° C.), and a silicon oxide film 42 having a thickness of 1.2 nm is formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method (pyrogenic oxidation method) using a wet gas (see FIG. 50). In the wet gas, for example, a concentration of 1.0
A volume% of hydrogen chloride gas may be contained.
【0132】[工程−940]その後、シリコン層(具
体的にはシリコン半導体基板40)を、第1の処理室1
10から搬送路120A,120Bを介して第2の処理
室210に搬入する。具体的には、第1の処理室110
内への湿式ガスの導入を中止し、窒素ガス等の不活性ガ
スをガス導入部112から第1の処理室110内に導入
する。そして、第1の処理室110内を窒素ガス等の不
活性ガスで置換した後、エレベータ機構123を作動さ
せて、シリコン半導体基板40を搬送路120A内に搬
入する。搬送路120A,120B内は不活性ガス雰囲
気であり、しかも、400゜C前後に保持されている。
即ち、シリコン層(具体的にはシリコン半導体基板4
0)を第1の処理室110から搬送路120A,120
Bを介して第2の処理室210に搬入する際の搬送路1
20A,120B内の温度は、シリコン半導体基板40
にシリコン酸化膜42を形成するときの第1の処理室1
10内の雰囲気温度と略等しくなっている。エレベータ
機構123が最下降位置に位置したならば、シャッター
115を閉じ、シャッター126を開き(図51参
照)、エレベータ機構123を第2の処理室210の下
方に移動させ、次いで、シャッター126を閉じる。そ
して、次のロットのシリコン半導体基板においてシリコ
ン酸化膜形成のために、扉125Aを開き、シリコン半
導体基板40を搬送路120A内に搬入する(図52参
照)。[Step-940] After that, the silicon layer (specifically, the silicon semiconductor substrate 40) is transferred to the first processing chamber 1
The wafer 10 is carried into the second processing chamber 210 via the transfer paths 120A and 120B. Specifically, the first processing chamber 110
The introduction of the wet gas into the inside is stopped, and an inert gas such as a nitrogen gas is introduced into the first processing chamber 110 from the gas introduction unit 112. Then, after replacing the inside of the first processing chamber 110 with an inert gas such as nitrogen gas, the elevator mechanism 123 is operated to carry the silicon semiconductor substrate 40 into the transfer path 120A. The inside of the transport paths 120A and 120B is an inert gas atmosphere, and is maintained at about 400 ° C.
That is, the silicon layer (specifically, the silicon semiconductor substrate 4
0) from the first processing chamber 110 to the transport paths 120A, 120
Transfer path 1 when loading into the second processing chamber 210 via B
The temperature inside 20A and 120B is determined by the silicon semiconductor substrate 40.
Processing chamber 1 when silicon oxide film 42 is formed
10 is substantially equal to the ambient temperature. When the elevator mechanism 123 is located at the lowermost position, the shutter 115 is closed, the shutter 126 is opened (see FIG. 51), the elevator mechanism 123 is moved below the second processing chamber 210, and then the shutter 126 is closed. . Then, in order to form a silicon oxide film on the silicon semiconductor substrate of the next lot, the door 125A is opened, and the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the transfer path 120A (see FIG. 52).
【0133】[工程−950]次いで、シャッター21
5を開き、エレベータ機構123を作動させて石英ボー
ト124を上昇させ、シリコン半導体基板40を石英製
の二重管構造の第2の処理室210に搬入する(図53
参照)。第2の処理室210内の不活性ガス雰囲気の温
度はヒータ214によって800゜Cに保持されている
が、シリコン半導体基板40の表面には既に保護膜とし
ても機能するシリコン酸化膜42が形成されているの
で、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。尚、第2の処理室210への
シリコン半導体基板40の搬入後、不活性ガス雰囲気に
ある搬送路120B内の温度を室温とすることが好まし
い。搬送路120A及び第1の処理室110にあって
は、[工程−920]と同様に、扉125Aを閉め、搬
送路120Aにガス導入部121から窒素ガス等の不活
性ガスを導入し、ガス排気部122から排出し、搬送路
120A内を室温の不活性ガス雰囲気とする(図48の
左側の搬送路120Aの状態を参照)。[Step-950] Next, the shutter 21
5, the elevator mechanism 123 is operated to raise the quartz boat 124, and the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the second processing chamber 210 having a double-tube structure made of quartz (FIG. 53).
reference). Although the temperature of the inert gas atmosphere in the second processing chamber 210 is maintained at 800 ° C. by the heater 214, a silicon oxide film 42 which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40. Therefore, the surface of the silicon layer (silicon semiconductor substrate 40) is not roughened. After the silicon semiconductor substrate 40 is loaded into the second processing chamber 210, it is preferable that the temperature in the transport path 120B in an inert gas atmosphere be room temperature. In the transfer path 120A and the first processing chamber 110, as in [Step-920], the door 125A is closed, and an inert gas such as nitrogen gas is introduced into the transfer path 120A from the gas introduction unit 121. After being discharged from the exhaust unit 122, the inside of the transport path 120A is set to an inert gas atmosphere at room temperature (see the state of the transport path 120A on the left side in FIG. 48).
【0134】[工程−960]その後、実施例8の[工
程−860]と同様に、第2の処理室210内を800
゜Cに保持した状態にて、湿式ガスを用いた酸化法(パ
イロジェニック酸化法)によって、更にシリコン酸化膜
を形成する(図54参照)。ここで、湿式ガス中に、例
えば濃度1.0容量%の塩化水素ガスを含有させてもよ
い。尚、搬送路120A及び第1の処理室110にあっ
ては、[工程−920]と同様に、シャッター115を
開き、エレベータ機構123を作動させて石英ボート1
24を上昇させ、シリコン半導体基板40を石英製の二
重管構造の第1の処理室110に搬入する(図49の左
側の搬送路120Aの状態を参照)。[Step-960] Then, similarly to [Step-860] of the eighth embodiment, the inside of the second processing
While maintaining the temperature at ゜ C, a silicon oxide film is further formed by an oxidation method (pyrogenic oxidation method) using a wet gas (see FIG. 54). Here, for example, hydrogen chloride gas having a concentration of 1.0% by volume may be contained in the wet gas. In the transfer path 120A and the first processing chamber 110, the shutter 115 is opened and the elevator mechanism 123 is operated to operate the quartz boat 1 in the same manner as in [Step-920].
Then, the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the first processing chamber 110 having a double tube structure made of quartz (see the state of the transfer path 120A on the left side in FIG. 49).
【0135】以上により、第2の処理室210におい
て、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の形成が完了するので、以降、第2の処理室2
10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とし、エレベー
タ機構123を動作させて石英ボート124を下降さ
せ、次いで、扉125Bを開き、搬送路120Bからシ
リコン半導体基板40を搬出すればよいが、一層高い特
性を有するシリコン酸化膜の形成を意図する場合には、
以下に説明する熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好
ましい。尚、第1の処理室110に搬入されたシリコン
半導体基板に関しては、[工程−930]以降の処理を
行う。As described above, the formation of the silicon oxide film 42 on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 in the second processing chamber 210 is completed.
The interior of 10 may be set to an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas, the elevator mechanism 123 may be operated to lower the quartz boat 124, the door 125B may be opened, and the silicon semiconductor substrate 40 may be unloaded from the transfer path 120B. If you intend to form a silicon oxide film with high characteristics,
The heat treatment described below is preferably performed on the silicon oxide film. Note that the process after [Step-930] is performed on the silicon semiconductor substrate carried into the first processing chamber 110.
【0136】[工程−970]即ち、実施例8の[工程
−870]と同様に、[工程−960]に続き、第2の
処理室210への湿式ガスの導入を中止し、窒素ガス等
の不活性ガスをガス導入部212から第2の処理室21
0内に導入しつつ、第2の処理室210の雰囲気温度を
ヒータ214によって850゜Cまで昇温させる(図5
5参照)。その後、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212から第2の処理室
210内に導入し、30分間、熱処理を行う(図56参
照)。以上により、シリコン酸化膜42の熱処理が完了
する。以降、第2の処理室210内を窒素ガス等の不活
性ガス雰囲気とし、エレベータ機構123を動作させて
石英ボート124を下降させ、次いで、扉125Bを開
き、搬送路120Bからシリコン半導体基板40を搬出
する。次いで、扉125Bを閉じ、搬送路120Bに窒
素ガス等の不活性ガスを導入し、且つ、搬送路120B
内の雰囲気温度を400゜C前後にする(図57参
照)。[Step-970] That is, similarly to [Step-870] of the eighth embodiment, after [Step-960], introduction of the wet gas into the second processing chamber 210 is stopped, and nitrogen gas or the like is removed. Inert gas from the gas introduction unit 212 to the second processing chamber 21
0, the ambient temperature of the second processing chamber 210 is raised to 850 ° C. by the heater 214 (FIG. 5).
5). Then, for example, 0.1% by volume of hydrogen chloride gas
The contained nitrogen gas is introduced from the gas introduction part 212 into the second processing chamber 210, and heat treatment is performed for 30 minutes (see FIG. 56). Thus, the heat treatment of the silicon oxide film 42 is completed. Thereafter, the interior of the second processing chamber 210 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas or the like, the elevator mechanism 123 is operated to lower the quartz boat 124, then the door 125B is opened, and the silicon semiconductor substrate 40 is removed from the transfer path 120B. Take it out. Next, the door 125B is closed, and an inert gas such as nitrogen gas is introduced into the transfer path 120B.
The ambient temperature is set to about 400 ° C. (see FIG. 57).
【0137】尚、以上に説明した実施例9において、次
のロットのシリコン半導体基板においてシリコン酸化膜
形成のタイミングは例示であり、適宜変更することがで
きる。In the ninth embodiment described above, the timing of forming the silicon oxide film on the silicon semiconductor substrate of the next lot is an example and can be changed as appropriate.
【0138】(実施例10)実施例10は実施例8の変
形である。実施例10が実施例8と相違する点は、第1
のシリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化膜形
成工程を、横型方式の枚葉式の処理室にて行う点にあ
る。即ち、第1及び第2の処理室において、1枚のシリ
コン半導体基板に対して枚葉式にてシリコン酸化膜を形
成する。尚、実施例10においては、熱処理を炉アニー
ル装置を用いてバッチ式にて行うが、枚葉式にて行って
もよい。(Embodiment 10) Embodiment 10 is a modification of embodiment 8. Example 10 is different from Example 8 in that
The silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step are performed in a horizontal single-wafer processing chamber. That is, in the first and second processing chambers, a silicon oxide film is formed on one silicon semiconductor substrate in a single-wafer manner. In the tenth embodiment, the heat treatment is performed in a batch mode using a furnace annealing apparatus, but may be performed in a single wafer mode.
【0139】実施例10においては、図58に概念的な
平面図を示す酸化膜形成装置を用いる。この酸化膜形成
装置は、ローダー・アンローダー300と、搬送路30
1と、第1の処理装置302と第2の処理装置303
と、炉アニール装置304から構成されている。炉アニ
ール装置304は、図59に示すように、燃焼室が無い
ことを除き、図13に示した縦型方式シリコン酸化膜形
成装置と略同様の構造を有する。尚、炉アニール装置3
04において、図13に示したシリコン酸化膜形成装置
の構成要素と同じ構成要素には同じ参照番号を付した。
第1の処理装置302及び第2の処理装置303の構造
は、図31若しくは図32に示したシリコン酸化膜形成
装置と同様とすることができる。In the tenth embodiment, an oxide film forming apparatus whose conceptual plan view is shown in FIG. 58 is used. The oxide film forming apparatus includes a loader / unloader 300 and a transfer path 30.
1, the first processing device 302 and the second processing device 303
And a furnace annealing device 304. Furnace annealing apparatus 304 has substantially the same structure as vertical silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 13 except that there is no combustion chamber, as shown in FIG. 59. The furnace annealing device 3
In FIG. 04, the same components as those of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG.
The structures of the first processing apparatus 302 and the second processing apparatus 303 can be the same as those of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 31 or FIG.
【0140】実施例8及び実施例9においては、石英製
の処理室(酸化炉)を垂直に保持した縦型方式のシリコ
ン酸化膜形成装置を用いた。ところで、縦型方式のシリ
コン酸化膜形成装置を用いた場合、シリコン層(例えば
シリコン半導体基板)の外周方向の外側にヒータ11
4,214が配設されているため、シリコン層の昇温
中、常に、シリコン層(例えばシリコン半導体基板)の
周辺部の方が中心部よりも温度が高くなる。その結果、
シリコン層の昇温中にシリコン酸化膜が形成されると、
シリコン層(例えばシリコン半導体基板)の周辺部の方
が中心部よりもシリコン酸化膜の膜厚が厚くなる虞があ
る。実施例10においては、シリコン層の表面と略平行
に配設された加熱手段によってシリコン層を加熱するの
で、シリコン層の面内の温度ばらつきを少なくすること
ができる。その結果、形成されるシリコン酸化膜の面内
膜厚ばらつき発生を抑制することができる。In Examples 8 and 9, a vertical type silicon oxide film forming apparatus in which a processing chamber (oxidizing furnace) made of quartz was held vertically was used. By the way, when a vertical type silicon oxide film forming apparatus is used, the heater 11
Since 4,214 are provided, the temperature of the peripheral portion of the silicon layer (for example, a silicon semiconductor substrate) is always higher than that of the central portion during the temperature rise of the silicon layer. as a result,
When the silicon oxide film is formed during the heating of the silicon layer,
There is a possibility that the thickness of the silicon oxide film is larger at the peripheral portion of the silicon layer (for example, a silicon semiconductor substrate) than at the central portion. In the tenth embodiment, since the silicon layer is heated by the heating means disposed substantially parallel to the surface of the silicon layer, it is possible to reduce temperature variations in the plane of the silicon layer. As a result, it is possible to suppress occurrence of in-plane thickness variation of the formed silicon oxide film.
【0141】以下、図31及び図59を参照して、実施
例10のシリコン酸化膜の形成方法を説明する。A method for forming a silicon oxide film according to the tenth embodiment will be described below with reference to FIGS.
【0142】[工程−1000]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
化水素酸水溶液及び純水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40の表面を露出さ
せる。[Step-1000] First, an element isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Example 1, and then fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate is washed with a 0.1% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate 40.
【0143】[工程−1010]搬送路301内、第1
の処理装置302及び第2の処理装置303のそれぞれ
の処理室50内、並びに、炉アニール装置304の基板
搬入出部20及び処理室10内を窒素ガス等の不活性ガ
ス雰囲気としておく。尚、第1の処理装置302の処理
室50内の不活性ガス雰囲気温度を400゜Cとし、第
2の処理装置303の処理室50の不活性ガス雰囲気温
度を800゜Cとし、炉アニール装置304の処理室1
0内の不活性ガス雰囲気温度を850゜Cとしておくこ
とが好ましい。そして、シリコン層(具体的にはシリコ
ン半導体基板40)をローダー・アンローダー300か
ら搬送路301内に搬入し、更に、シリコン半導体基板
をウエハ台52に載置し、次いで、図31(若しくは図
32)に示した第1の処理装置302におけるゲートバ
ルブ53を開いて、第1の処理室に相当する処理室50
に搬入した後、ゲートバルブ53を閉じる。尚、処理室
50内の雰囲気温度は400゜C程度であるため、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。[Step-1010] In the transport path 301, the first
The interior of each of the processing chambers 50 of the processing apparatus 302 and the second processing apparatus 303, and the inside of the substrate loading / unloading section 20 and the processing chamber 10 of the furnace annealing apparatus 304 are kept in an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas. The inert gas atmosphere temperature in the processing chamber 50 of the first processing apparatus 302 was set to 400 ° C., the inert gas atmosphere temperature of the processing chamber 50 in the second processing apparatus 303 was set to 800 ° C., and the furnace annealing apparatus was used. 304 processing chamber 1
It is preferable that the inert gas atmosphere temperature in 0 is set to 850 ° C. Then, the silicon layer (specifically, the silicon semiconductor substrate 40) is carried into the transfer path 301 from the loader / unloader 300, and further, the silicon semiconductor substrate is placed on the wafer table 52. Then, FIG. 32), the gate valve 53 of the first processing apparatus 302 is opened, and the processing chamber 50 corresponding to the first processing chamber is opened.
Then, the gate valve 53 is closed. Since the atmosphere temperature in the processing chamber 50 is about 400 ° C., it is possible to suppress the occurrence of roughness on the surface of the silicon semiconductor substrate 40.
【0144】[工程−1020]次いで、シリコン層
(実施例10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に雰囲気を保持
した状態で(実施例10においては、具体的には、雰囲
気温度を400゜Cに設定)、湿式ガスを用いた酸化法
(パイロジェニック酸化法)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。実施例10においては、
具体的には、実施例8と同様に、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5
4を介して処理室50内に導入し、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。尚、湿式ガス中
に、例えば濃度1.0容量%の塩化水素ガスを含有させ
てもよい。また、搬送路301内の不活性ガスを加熱し
て、搬送路301内の不活性ガス雰囲気の温度を400
゜C前後としておくことが好ましい。[Step-1020] Then, while maintaining the atmosphere at a temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate 40 in the tenth embodiment) (specifically, The ambient temperature is set to 400 ° C.) and a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas (pyrogenic oxidation method). In Example 10,
Specifically, similarly to the eighth embodiment, the steam generated in the combustion chamber (not shown) is supplied to the pipe (not shown) and the gas introduction unit 5.
4 and introduced into the processing chamber 50 through the pyrogenetic oxidation method.
A 2 nm silicon oxide film is formed. The wet gas may contain, for example, a hydrogen chloride gas having a concentration of 1.0% by volume. Further, the inert gas in the transfer path 301 is heated, and the temperature of the inert gas atmosphere in the transfer path 301 is set to 400 degrees.
It is preferable to keep it around ゜ C.
【0145】[工程−1030]その後、処理室50へ
の湿式ガスの導入を停止し、処理室50内を400゜C
の窒素ガス等の不活性雰囲気とし、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4
0を第1の処理室に相当する処理室50から搬送路30
1へ搬出し、次いで、図31(若しくは図32)に示し
た第2の処理装置303におけるゲートバルブ53を開
いて、第2の処理室に相当する処理室50に搬入した
後、ゲートバルブ53を閉じる。このとき、第2の処理
室に相当する処理室50内の雰囲気は加熱手段によって
800゜C程度に加熱された不活性ガス雰囲気となって
いる。しかしながら、シリコン層の表面に既に保護膜と
しても機能するシリコン酸化膜が形成された状態でシリ
コン層(例えばシリコン半導体基板40)を第1の処理
装置302から搬送路301を介して第2の処理装置3
03に搬入するので、搬送路301内や第2の処理室3
03内が非酸化性雰囲気であってもシリコン層の表面に
凹凸(荒れ)が生じることがない。[Step-1030] Thereafter, the introduction of the wet gas into the processing chamber 50 is stopped, and the inside of the processing chamber 50 is heated to 400 ° C.
The gate valve 53 is opened and the silicon semiconductor substrate 4 placed on the wafer stage 52 is set to an inert atmosphere such as nitrogen gas.
0 is the transfer path 30 from the processing chamber 50 corresponding to the first processing chamber.
1 and then open the gate valve 53 of the second processing apparatus 303 shown in FIG. 31 (or FIG. 32) to carry in the processing chamber 50 corresponding to the second processing chamber. Close. At this time, the atmosphere in the processing chamber 50 corresponding to the second processing chamber is an inert gas atmosphere heated to about 800 ° C. by the heating means. However, the silicon layer (for example, the silicon semiconductor substrate 40) is subjected to the second processing via the transfer path 301 from the first processing apparatus 302 in a state where the silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon layer. Device 3
03 in the transfer path 301 and the second processing chamber 3
No irregularities (roughness) occur on the surface of the silicon layer even if the inside of the substrate is in a non-oxidizing atmosphere.
【0146】[工程−1040]次いで、第2の処理室
に相当する処理室50内の雰囲気温度を800゜Cに保
持した状態で、実施例8と同様に、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。実施例10においては、具体的には、実施例8と
同様に、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を介して第2の処理室
に相当する処理室50内に導入し、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4.
0nmのシリコン酸化膜を形成する。尚、湿式ガス中
に、例えば濃度1.0容量%の塩化水素ガスを含有させ
てもよい。また、搬送路301内の不活性ガス雰囲気の
温度は室温としておいてもよい。[Step-1040] Next, while maintaining the ambient temperature in the processing chamber 50 corresponding to the second processing chamber at 800 ° C., an oxidation method using a wet gas was performed in the same manner as in Example 8. A silicon oxide film is formed on the surface of the silicon layer. In the tenth embodiment, specifically, similarly to the eighth embodiment, the steam generated in the combustion chamber (not shown) is supplied to the second processing chamber through a pipe (not shown) and a gas introduction unit 54. Is introduced into the processing chamber 50 corresponding to the thickness of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method.
A 0 nm silicon oxide film is formed. The wet gas may contain, for example, a hydrogen chloride gas having a concentration of 1.0% by volume. The temperature of the inert gas atmosphere in the transport path 301 may be room temperature.
【0147】以上により、シリコン半導体基板の表面に
おけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、以降、第
2の処理室内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とし、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から搬送路301へ搬
出し、ローダー・アンローダー300を経由して系外に
搬出してもよいが、一層高い特性を有するシリコン酸化
膜の形成を意図する場合には、以下に説明する熱処理を
シリコン酸化膜に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate is completed. Thereafter, the second processing chamber is set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, the gate valve 53 is opened, and the wafer table 52 is opened. The mounted silicon semiconductor substrate 40 may be carried out of the processing chamber 50 to the transfer path 301 and carried out of the system via the loader / unloader 300. However, the formation of a silicon oxide film having higher characteristics may be performed. If intended, it is preferable to perform the heat treatment described below on the silicon oxide film.
【0148】[工程−1050]即ち、シリコン層(例
えばシリコン半導体基板40)を逐次、図59に図示し
た炉アニール装置304の基板搬入出部20に図示しな
い扉を介して搬入する。複数のシリコン半導体基板で石
英ボート24が満たされたならば、図示しない扉を閉
め、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に搬入
する。そして、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12から処理室310内に導
入し、雰囲気温度850゜Cにて30分間、熱処理を行
う。以上により、シリコン酸化膜の熱処理が完了する。
以降、処理室10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
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、図示しない扉を開き、搬送路301
へ搬出し、ローダー・アンローダー300を経由して系
外に搬出する。[Step-1050] That is, the silicon layer (for example, the silicon semiconductor substrate 40) is sequentially loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the furnace annealing apparatus 304 shown in FIG. 59 through a door (not shown). When the quartz boat 24 is filled with the plurality of silicon semiconductor substrates, a door (not shown) is closed, the elevator mechanism 23 is operated to raise the quartz boat 24, and the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the processing chamber 10. Then, for example, a nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is introduced into the processing chamber 310 from the gas introduction unit 12, and heat treatment is performed at an atmosphere temperature of 850 ° C. for 30 minutes. Thus, the heat treatment of the silicon oxide film is completed.
Thereafter, the interior of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas, and the elevator mechanism 23 is operated to lower the quartz boat 24.
To the outside of the system via the loader / unloader 300.
【0149】尚、図59に示した炉アニール装置を用い
る代わりに、第2の処理室に相当する処理室50内で、
若しくは、図31や図32に示したと略同様の構造を有
するアニール装置にシリコン半導体基板を搬入して、シ
リコン酸化膜の形成に引き続き、熱処理を施してもよ
い。例えば、第2の処理室に相当する処理室50内で熱
処理を行う場合には、[工程−1040]において、湿
式ガスの導入を中止し、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の雰囲気温度を加熱手段によって850゜Cまで
昇温させる。その後、例えば塩化水素ガスを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。Incidentally, instead of using the furnace annealing apparatus shown in FIG. 59, in the processing chamber 50 corresponding to the second processing chamber,
Alternatively, the silicon semiconductor substrate may be carried into an annealing apparatus having a structure substantially similar to that shown in FIGS. 31 and 32, and heat treatment may be performed subsequent to formation of the silicon oxide film. For example, when performing the heat treatment in the processing chamber 50 corresponding to the second processing chamber, in [Step-1040], the introduction of the wet gas is stopped, and an inert gas (for example, nitrogen gas) is used.
Is introduced from the gas introduction unit 54 into the processing chamber 50, and the temperature of the atmosphere in the processing chamber 50 is raised to 850 ° C. by the heating means. Thereafter, for example, an inert gas (for example, nitrogen gas) containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is introduced into the processing chamber 50 from the gas introduction unit 54, and heat treatment is performed for 5 minutes.
【0150】また、図58に示したシリコン酸化膜形成
装置において、第1の処理装置302に連通する搬送路
の部分と第2の処理装置303に連通する搬送路の部分
との間に、シャッターを配設してもよい。更には、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第1
の処理室内の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を、図31や
図32に示した処理室50にて行い、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は、図13に示したバッチ式の縦
型方式のシリコン酸化膜形成装置を用いて行うこともで
きる。In the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 58, a shutter is provided between a portion of the transport path communicating with the first processing device 302 and a portion of the transport route communicating with the second processing device 303. May be provided. Further, the first temperature is set to a temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer.
The first silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas while maintaining the atmosphere in the processing chamber of FIG. The second silicon oxide film forming step performed in the chamber 50 and further forming a silicon oxide film by an oxidation method using a wet gas uses a batch type vertical silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. You can also do it.
【0151】(実施例11)実施例11は、本発明の好
ましい第3の実施態様におけるシリコン酸化膜の形成方
法に関する。即ち、所望の厚さのシリコン酸化膜の形成
が完了したときの雰囲気温度を、シリコン層の表面から
シリコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲内とし、ある
いは又、500゜C以下とした。実施例11において
は、シリコン酸化膜の形成をバッチ式にて行う。具体的
には、実施例11においても、図13に示した縦型方式
のシリコン酸化膜形成装置を用いた。また、実施例11
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。実施例11においても、シリコン酸化膜の形
成工程における湿式ガスを用いた酸化法として、パイロ
ジェニック酸化法を採用した。尚、所望の厚さになるま
で更にシリコン酸化膜を形成した後、形成されたシリコ
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(塩化水素ガス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61〜図63
を参照して、実施例11のシリコン酸化膜の形成方法を
説明する。また、実施例11における雰囲気温度プロフ
ァイルを模式的に図60の(A)に示す。Example 11 Example 11 relates to a method for forming a silicon oxide film in the third preferred embodiment of the present invention. That is, the temperature of the atmosphere when the formation of the silicon oxide film having the desired thickness is completed is within the temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer, or is set to 500 ° C. or less. In the eleventh embodiment, a silicon oxide film is formed by a batch method. Specifically, in Example 11, the vertical type silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 13 was used. Example 11
In, the silicon layer was composed of a silicon semiconductor substrate. The formed silicon oxide film functions as a gate oxide film. In Example 11, a pyrogenic oxidation method was employed as an oxidation method using a wet gas in the step of forming a silicon oxide film. After a silicon oxide film is further formed to a desired thickness, the formed silicon oxide film is heat-treated in an inert gas atmosphere containing a halogen element (a nitrogen gas atmosphere containing a hydrogen chloride gas). (Furnace annealing treatment). Hereinafter, FIGS. 61 to 63
The method for forming the silicon oxide film of Example 11 will be described with reference to FIG. FIG. 60A schematically shows the ambient temperature profile in the eleventh embodiment.
【0152】[工程−1100]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
化水素酸水溶液及び純水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。[Step-1100] First, after forming an element isolation region and the like in the silicon semiconductor substrate in the same manner as in the first embodiment, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate is washed with a 0.1% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0153】[工程−1110]次に、複数のシリコン
半導体基板40を、図13に示したシリコン酸化膜形成
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に載置した。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250゜Cに保持した。尚、
この状態においては、シャッター15は閉じておく(図
61の(A)参照)。[Step-1110] Next, the plurality of silicon semiconductor substrates 40 were loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. . Note that nitrogen gas is introduced from the gas introduction unit 12 into the processing chamber 10, the inside of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas (the pressure may be a reduced pressure atmosphere), and the heater is connected via the soaking tube 16. The temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 was maintained at 250 ° C. by means of 14. still,
In this state, the shutter 15 is closed (see FIG. 61A).
【0154】[工程−1120]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2
1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した。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100ppm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61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(上昇速度:300mm/分)、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
入した。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。処理室10内の雰
囲気温度はヒータ14によって250゜Cに保持されて
いるので、即ち、シリコン層の表面からシリコン原子が
脱離しない雰囲気温度に処理室10内が保持されている
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。[Step-1120] After the loading of the silicon semiconductor substrate 40 into the substrate loading / unloading section 20 is completed,
The door (not shown) is closed, and the gas introduction unit 2 is inserted into the substrate loading / unloading unit 20.
Nitrogen gas is introduced from 1 and discharged from the gas exhaust unit 22,
The inside of the substrate loading / unloading section 20 was set to a nitrogen gas atmosphere. The oxygen gas concentration in the substrate loading / unloading section 20 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the shutter 15 is opened (see FIG. 61B), the elevator mechanism 23 is operated, and the quartz boat 24 is opened.
(A rising speed: 300 mm / min), and the silicon semiconductor substrate 40 was carried into the processing chamber 10 having a double tube structure made of quartz. When the elevator mechanism 23 reaches the highest position, the base of the quartz boat 24 stops communication between the processing chamber 10 and the substrate loading / unloading section 20. Since the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 is maintained at 250 ° C. by the heater 14, that is, the temperature of the processing chamber 10 is maintained at an atmospheric temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. Generation of roughness on the surface of the substrate 40 can be suppressed.
【0155】[工程−1130]次いで、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
300゜Cとした(図62の(A)参照)。その後、シ
リコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温
度にて、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の形成を開始した(図62の
(B)参照)。あるいは又、湿式ガスがシリコン層表面
で結露しない温度以上、500゜C以下の雰囲気温度に
て、湿式ガスを用いた酸化法によってシリコン層の表面
にシリコン酸化膜の形成を開始した。具体的には、シリ
コン層(実施例11においても、シリコン半導体基板4
0)の表面からシリコン原子が脱離しない温度に雰囲気
温度を保持した状態で(実施例11においては、具体的
には、雰囲気温度を300゜Cとし)、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
形成した。即ち、実施例11においては、配管32,3
3を介して燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガスを供給
し、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内に導入
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
した。このシリコン酸化膜の厚さはSiO2の数分子層
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、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てシリコン酸化膜を形成してもよ
い。[Step-1130] Next, the atmosphere temperature in the processing chamber 10 was set to 300 ° C. by the heater 14 via the soaking tube 16 (see FIG. 62A). Thereafter, formation of a silicon oxide film was started on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature at which silicon atoms were not desorbed from the surface of the silicon layer (see FIG. 62B). Alternatively, the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer was started by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature of 500 ° C. or higher at a temperature at which the wet gas did not condense on the surface of the silicon layer. Specifically, the silicon layer (also in the eleventh embodiment, the silicon semiconductor substrate 4
With the ambient temperature kept at a temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of (0) (specifically, in the eleventh embodiment, the ambient temperature was set to 300 ° C.), silicon was oxidized using a wet gas. A silicon oxide film was formed on the surface of the layer. That is, in the eleventh embodiment, the pipes 32, 3
3 to supply oxygen gas and hydrogen gas into the combustion chamber 30, and introduce steam generated in the combustion chamber 30 into the processing chamber 10 through the pipe 31, the gas passage 11, and the gas introduction unit 12. A silicon oxide film having a thickness of 1.2 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method. The thickness of the silicon oxide film is a thickness corresponding to several molecular layers of SiO 2 , and is a thickness sufficient to function as a protective film even in consideration of steps on the surface of the silicon semiconductor substrate. The silicon oxide film may be formed using a wet gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas, for example.
【0156】[工程−1140]その後、処理室10内
への湿式ガスの導入を中止し、不活性ガス(窒素ガス)
を、配管32、燃焼室30、配管31、ガス流路11及
びガス導入部12を介して処理室10内に導入しなが
ら、シリコン酸化膜形成装置の処理室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450゜
Cまで昇温した(図63の(A)参照)。尚、昇温速度
を10゜C/分とした。尚、450゜Cまで昇温して
も、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰
囲気温度範囲にあるので、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。[Step-1140] Thereafter, introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is stopped, and an inert gas (nitrogen gas) is introduced.
Is introduced into the processing chamber 10 through the pipe 32, the combustion chamber 30, the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12, and the atmosphere temperature in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus is reduced. The temperature was raised to 450 ° C. by the heater 14 via the heater 16 (see FIG. 63A). The heating rate was 10 ° C./min. Even when the temperature is raised to 450 ° C., the surface of the silicon layer (silicon semiconductor substrate 40) is not roughened because the temperature is within an atmospheric temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer.
【0157】[工程−1150]処理室10の雰囲気温
度が450゜Cで安定した後、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した。具体的には、再び、配管3
2,33を介して燃焼室30内に酸素ガス及び水素ガス
を供給し、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
に導入し、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3.7nmのシリコン酸化膜
を形成した(図63の(B)参照)。尚、所望の厚さの
シリコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度(実
施例11においては450゜C)は、500゜C以下で
ある。尚、例えば塩化水素ガスを0.1容量%含有する
湿式ガスを用いてシリコン酸化膜を形成してもよい。[Step-1150] After the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 was stabilized at 450 ° C., a silicon oxide film was further formed by an oxidation method using a wet gas while maintaining the atmosphere at this temperature. . Specifically, again, the pipe 3
Oxygen gas and hydrogen gas are supplied into the combustion chamber 30 through the pipes 2 and 33, and the steam generated in the combustion chamber 30 is supplied to the pipe 31,
A silicon oxide film having a total thickness of 3.7 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method by introducing the silicon oxide film into the processing chamber 10 through the gas flow path 11 and the gas introduction unit 12 ((B in FIG. 63). )reference). The ambient temperature (450 ° C. in Example 11) when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed is 500 ° C. or less. The silicon oxide film may be formed using a wet gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas, for example.
【0158】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ので、以
降、処理室10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
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(下降速度:200mm/分)、次いで、図示
しない扉を開き、シリコン半導体基板40を搬出しても
よいが、一層高い特性を有するシリコン酸化膜の形成を
意図する場合には、以下に説明する熱処理をシリコン酸
化膜に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed. Thereafter, the interior of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas and the elevator mechanism 23 is operated to operate the quartz boat 24. (Descent speed: 200 mm / min), and then the door (not shown) may be opened and the silicon semiconductor substrate 40 may be carried out. However, if a silicon oxide film having higher characteristics is intended, Is preferably applied to the silicon oxide film.
【0159】[工程−1160]即ち、その後、シリコ
ン層(例えばシリコン半導体基板40)を逐次、図59
に図示した炉アニール装置の基板搬入出部20に図示し
ない扉を介して搬入する。複数のシリコン半導体基板で
石英ボート24が満たされたならば、図示しない扉を閉
め、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(上昇速度:200mm/分)、シリコン半導
体基板40を処理室10に搬入する。尚、処理室10内
の雰囲気を850゜Cの窒素ガス雰囲気としておく。そ
して、シリコン半導体基板40の処理室10への搬入
後、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12から処理室10内に導入し、雰囲気
温度850゜Cにて30分間、熱処理を行う。以上によ
り、シリコン酸化膜の熱処理が完了する。以降、処理室
10内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とし、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、図示しない扉を開き、炉アニール装置から搬出す
る。[Step-1160] That is, after that, the silicon layer (for example, the silicon semiconductor substrate 40) is sequentially formed as shown in FIG.
Are carried into the substrate carrying-in / out section 20 of the furnace annealing apparatus shown in FIG. When the quartz boat 24 is filled with a plurality of silicon semiconductor substrates, the door (not shown) is closed, the elevator mechanism 23 is operated to raise the quartz boat 24 (elevation speed: 200 mm / min), and the silicon semiconductor substrate 40 is processed. It is carried into the room 10. The atmosphere in the processing chamber 10 is set to a nitrogen gas atmosphere at 850 ° C. After the silicon semiconductor substrate 40 is carried into the processing chamber 10, for example, a nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, and at an atmosphere temperature of 850 ° C. Heat treatment is performed for 30 minutes. Thus, the heat treatment of the silicon oxide film is completed. Thereafter, the interior of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas or the like, the elevator mechanism 23 is operated to lower the quartz boat 24, and then a door (not shown) is opened to carry out the furnace from the furnace annealing apparatus.
【0160】[工程−1170]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。実施例11においては、こうしてシリコン酸
化膜が形成されたシリコン半導体基板を用いて、実施例
1と同様に、公知のCVD技術、フォトリソグラフィ技
術及びドライエッチング技術に基づき、シリコン酸化膜
の上にポリシリコン及びタングステンシリサイドから成
るポリサイド構造のゲート電極を形成し、MOSキャパ
シタを作製した。[Step-1170] Through the above, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed. In the eleventh embodiment, using the silicon semiconductor substrate on which the silicon oxide film has been formed in the same manner as in the first embodiment, a polysilicon is formed on the silicon oxide film based on a known CVD technique, photolithography technique, and dry etching technique. A gate electrode having a polycide structure composed of silicon and tungsten silicide was formed, and a MOS capacitor was manufactured.
【0161】実施例11にて作製されたMOSキャパシ
タの累積不良率50%におけるQBDの値と、比較例1に
てMOSキャパシタの累積不良率50%におけるQBDの
値とを比較した。その結果、実施例11におけるQBDの
値が51C/cm2であったのに対して、比較例1にお
いては12C/cm2であった。即ち、実施例11にお
けるQBDの値は比較例1におけるQBDの値よりも約4倍
向上していた。The value of Q BD at 50% of the cumulative defect rate of the MOS capacitor manufactured in Example 11 was compared with the value of Q BD at 50% of the cumulative defective rate of the MOS capacitor in Comparative Example 1. As a result, the value of Q BD in Example 11 was 51 C / cm 2 , whereas that in Comparative Example 1 was 12 C / cm 2 . That is, the value of Q BD in Example 11 was about four times higher than the value of Q BD in Comparative Example 1.
【0162】(実施例12)実施例12は実施例11の
変形である。実施例12が実施例11と相違する点は、
雰囲気温度プロファイルが相違している点にある。実施
例12における雰囲気温度プロファイルを模式的に図6
0の(B)に示す。以下、実施例12のシリコン酸化膜
の形成方法を説明する。(Embodiment 12) Embodiment 12 is a modification of embodiment 11. Example 12 is different from Example 11 in that
The point is that the ambient temperature profile is different. FIG. 6 schematically shows the ambient temperature profile in Example 12.
0 (B). Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of Example 12 will be described.
【0163】[工程−1200]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
化水素酸水溶液及び純水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。[Step-1200] First, an element isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Example 1, and then fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate is washed with a 0.1% hydrofluoric acid aqueous solution and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0164】[工程−1210]次に、複数のシリコン
半導体基板40を、図13に示したシリコン酸化膜形成
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に載置した。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、室温に保持した。尚、この状態において
は、シャッター15は閉じておく。[Step-1210] Next, a plurality of silicon semiconductor substrates 40 were loaded into the substrate loading / unloading section 20 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. . In addition, nitrogen gas was introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, the inside of the processing chamber 10 was set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas (a reduced pressure atmosphere may be used), and kept at room temperature. In this state, the shutter 15 is closed.
【0165】[工程−1220]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2
1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した。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100ppm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、エレベータ機構2
3を作動させて石英ボート24を上昇させ(上昇速度:
500mm/分)、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内に搬入した。その後、処理室
10内の雰囲気温度をヒータ14によって昇温させた。
処理室10内の雰囲気温度が150゜Cに達した時点
で、湿式ガスを用いた酸化法によってシリコン層の表面
にシリコン酸化膜の形成を開始した。即ち、実施例12
においても、配管32,33を介して燃焼室30内に酸
素ガス及び水素ガスを供給し、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内に導入し、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の表面にシリコン酸化
膜の形成を開始した。処理室10への湿式ガスの導入、
及び、処理室10内の雰囲気温度の一定昇温速度による
昇温を継続した。処理室10内の雰囲気温度が500゜
Cになった時点で、厚さ3.5nmのシリコン酸化膜が
形成された。この時点で、処理室10への湿式ガスの導
入を中止した。即ち、所望の厚さのシリコン酸化膜の形
成が完了したときの雰囲気温度(実施例12においては
500゜C)を、500゜C以下とした。尚、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てシ
リコン酸化膜を形成してもよい。[Step-1220] After the loading of the silicon semiconductor substrate 40 into the substrate loading / unloading section 20 is completed,
The door (not shown) is closed, and the gas introduction unit 2 is inserted into the substrate loading / unloading unit 20.
Nitrogen gas is introduced from 1 and discharged from the gas exhaust unit 22,
The inside of the substrate loading / unloading section 20 was set to a nitrogen gas atmosphere. The oxygen gas concentration in the substrate loading / unloading section 20 is monitored, and if the oxygen gas concentration becomes, for example, 100 ppm or less, it is determined that the inside of the substrate loading / unloading section 20 has a sufficient nitrogen gas atmosphere. After that, the shutter 15 is opened and the elevator mechanism 2 is opened.
3 to raise the quartz boat 24 (ascending speed:
(500 mm / min), the silicon semiconductor substrate 40 was carried into the processing chamber 10 having a double tube structure made of quartz. Thereafter, the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 was increased by the heater 14.
When the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 reached 150 ° C., formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer was started by an oxidation method using a wet gas. That is, Example 12
Also, oxygen gas and hydrogen gas are supplied into the combustion chamber 30 through the pipes 32 and 33, and the steam generated in the combustion chamber 30 is supplied through the pipe 31, the gas flow path 11, and the gas introduction unit 12 into the processing chamber. 10 and the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 was started by the pyrogenic oxidation method. Introduction of a wet gas into the processing chamber 10,
Further, the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 was continuously raised at a constant rate. When the temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 reached 500 ° C., a silicon oxide film having a thickness of 3.5 nm was formed. At this point, the introduction of the wet gas into the processing chamber 10 was stopped. That is, the ambient temperature (500 ° C. in Example 12) when the formation of the silicon oxide film having the desired thickness was completed was set to 500 ° C. or less. The silicon oxide film may be formed using a wet gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas, for example.
【0166】[工程−1230]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
完了するので、以降、処理室10内を窒素ガス等の不活
性ガス雰囲気とし、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、図示しない扉を開
き、シリコン半導体基板40を搬出してもよいが、一層
高い特性を有するシリコン酸化膜の形成を意図する場合
には、実施例11の[工程−1160]と同様の方法に
て熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。[Step-1230] Since the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed by the above, the interior of the processing chamber 10 is set to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas, and the elevator mechanism 23 is operated. Then, the quartz boat 24 is lowered, then the door (not shown) is opened, and the silicon semiconductor substrate 40 may be carried out. However, when the formation of a silicon oxide film having higher characteristics is intended, It is preferable to perform heat treatment on the silicon oxide film by the same method as in [Step-1160].
【0167】(実施例13)実施例13も実施例11の
変形である。実施例13においては、図31若しくは図
32に示したシリコン酸化膜形成装置を使用してシリコ
ン酸化膜を形成した。また、シリコン酸化膜の形成後、
バッチ方式にてシリコン酸化膜の熱処理を施した。以
下、実施例13のシリコン酸化膜の形成方法を説明す
る。尚、実施例13における雰囲気温度プロファイルを
図60の(C)に示す。(Thirteenth Embodiment) The thirteenth embodiment is also a modification of the eleventh embodiment. In Example 13, the silicon oxide film was formed using the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 31 or FIG. After the formation of the silicon oxide film,
Heat treatment of the silicon oxide film was performed by a batch method. Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of Example 13 will be described. An atmosphere temperature profile in Example 13 is shown in FIG.
【0168】[工程−1300]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
化水素酸水溶液及び純水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
た。[Step-1300] First, after a device isolation region and the like are formed in a silicon semiconductor substrate in the same manner as in Example 1, fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate are removed by RCA cleaning. Next, the surface of the silicon semiconductor substrate was washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0169】[工程−1310]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31若しくは
図32に示したシリコン酸化膜形成装置のゲートバルブ
53を開いて、処理室50内に搬入した後、ゲートバル
ブ53を閉じた。このとき、処理室50内の雰囲気を、
加熱手段によって250゜C程度に加熱された不活性ガ
ス雰囲気としておいた。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。[Step-1310] Next, the silicon semiconductor substrate 40 placed on the wafer stage 52 is opened by opening the gate valve 53 of the silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. Then, the gate valve 53 was closed. At this time, the atmosphere in the processing chamber 50 is
The atmosphere was an inert gas atmosphere heated to about 250 ° C. by heating means. By setting the atmosphere in the processing chamber 50 under such conditions, the silicon semiconductor substrate 40
It is possible to suppress the occurrence of roughness on the surface.
【0170】[工程−1320]次いで、処理室50内
を加熱手段によって300゜Cとした後、シリコン層
(実施例13においても、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に雰囲気を保持
した状態で(実施例13においては、具体的には、雰囲
気温度を300゜Cとし)、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した。
実施例13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内に導入し、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した。尚、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て
シリコン酸化膜を形成してもよい。[Step-1320] Then, after the inside of the processing chamber 50 is heated to 300 ° C. by a heating means, the temperature is set to a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer (the silicon semiconductor substrate 40 also in the thirteenth embodiment). In a state where the atmosphere was maintained (specifically, in Example 13, the atmosphere temperature was set to 300 ° C.), a silicon oxide film was formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas.
In the thirteenth embodiment, specifically, steam generated in a combustion chamber (not shown) is introduced into a processing chamber 50 through a pipe (not shown) and a gas introduction unit 54, and the pyrogenic oxidation method is performed. As a result, a silicon oxide film having a thickness of 1.2 nm was formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40. The silicon oxide film may be formed using a wet gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas, for example.
【0171】[工程−1330]その後、処理室50内
への湿式ガスの導入を継続しながら、処理室50内の雰
囲気温度を、加熱手段によって450゜Cまで昇温し
た。尚、実施例13においても、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、例えばシリコン
半導体基板の昇温時の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。[Step-1330] Thereafter, while the introduction of the wet gas into the processing chamber 50 was continued, the ambient temperature in the processing chamber 50 was raised to 450 ° C. by the heating means. In the thirteenth embodiment as well, since the heating means is disposed substantially parallel to the surface of the silicon layer, it is possible to suppress the occurrence of in-plane temperature variation of the silicon semiconductor substrate when the temperature of the silicon semiconductor substrate is raised, for example. As a result, it is possible to effectively suppress the in-plane thickness variation of the silicon oxide film formed during the temperature rise.
【0172】[工程−1340]450゜Cに処理室5
0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した。具体的には、燃焼室内で生
成した水蒸気を配管及びガス導入部54を介して処理室
50内に導入し、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4.0nmのシリコン
酸化膜を形成した。尚、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てシリコン酸化膜を形成し
てもよい。[Step-1340] Processing chamber 5 at 450 ° C.
After the temperature of the atmosphere reached 0, while maintaining the atmosphere at this temperature, a silicon oxide film was further formed by an oxidation method using a wet gas. Specifically, water vapor generated in the combustion chamber is introduced into the processing chamber 50 through a pipe and a gas introduction unit 54, and a silicon oxide film having a total thickness of 4.0 nm is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 by a pyrogenic oxidation method. Was formed. The silicon oxide film may be formed using a wet gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas, for example.
【0173】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ので、以
降、処理室50内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
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から搬出しても
よいが、一層高い特性を有するシリコン酸化膜の形成を
意図する場合には、以下に説明する熱処理をシリコン酸
化膜に施すことが好ましい。As described above, the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate 40 is completed. Thereafter, the inside of the processing chamber 50 is set to an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, the gate valve 53 is opened, and the wafer table 52 is opened. The mounted silicon semiconductor substrate 40 may be carried out of the processing chamber 50. However, when the formation of a silicon oxide film having higher characteristics is intended, a heat treatment described below may be performed on the silicon oxide film. preferable.
【0174】[工程−1350]その後、実施例11の
[工程−1160]と同様に、複数のシリコン半導体基
板40に対して炉アニール装置を用いて熱処理を行っ
た。[Step-1350] Thereafter, similarly to [Step-1160] of the eleventh embodiment, the plurality of silicon semiconductor substrates 40 were subjected to a heat treatment using a furnace annealing apparatus.
【0175】尚、処理室50からシリコン半導体基板4
0を搬出することなく、処理室50内への湿式ガスの導
入を中止し、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まで昇温し、次いで、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54から処
理室50内に導入し、5分間、熱処理を行ってもよい。
また、実施例12と同様の雰囲気温度プロファイルに基
づき、シリコン酸化膜を形成することもできる。It is to be noted that the silicon semiconductor substrate 4
0, the introduction of the wet gas into the processing chamber 50 is stopped, and nitrogen gas is supplied from the gas introduction unit 54 to the processing chamber 50.
The temperature of the atmosphere in the processing chamber 50 was raised to 850 ° C. by heating means, and then nitrogen gas containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas was introduced into the processing chamber 50 from the gas introduction unit 54. It may be introduced and heat-treated for 5 minutes.
Further, a silicon oxide film can be formed based on the same ambient temperature profile as in the twelfth embodiment.
【0176】(実施例14)実施例14においては、本
発明のシリコン酸化膜の形成方法によって形成されるシ
リコン酸化膜は、シリコン半導体基板の表面にゲート酸
化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜
である。尚、シリコン層はシリコン半導体基板から構成
されている。具体的には、シリコン半導体基板の表面に
ゲート酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成され
る酸化膜を、素子分離領域を形成するための酸化膜(即
ち、LOCOS構造やトレンチ構造の素子分離領域形成
工程において、シリコン窒化膜を堆積させるための下地
酸化膜)とし、更には、犠牲酸化膜とした。以下、実施
例14のシリコン酸化膜の形成方法を説明する。Embodiment 14 In Embodiment 14, a silicon oxide film formed by the method of forming a silicon oxide film of the present invention is formed on a silicon semiconductor substrate before a gate oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate. Oxide film. Note that the silicon layer is formed of a silicon semiconductor substrate. Specifically, an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate is replaced with an oxide film for forming an element isolation region (that is, an element isolation region having a LOCOS structure or a trench structure). In the formation process, a base oxide film for depositing a silicon nitride film) was formed, and further, a sacrificial oxide film was formed. Hereinafter, a method for forming the silicon oxide film of Example 14 will be described.
【0177】[工程−1400]先ず、リンをドープし
た直径8インチのN型シリコンウエハ(CZ法にて作
製)であるシリコン半導体基板に対してRCA洗浄を行
い、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及び純水
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。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、極一部がフッ素
で終端されている。[Step-1400] First, an RCA cleaning is performed on a silicon semiconductor substrate, which is an N-type silicon wafer doped with phosphorus and having a diameter of 8 inches (prepared by the CZ method) to remove fine particles and fine particles on the surface of the silicon semiconductor substrate. After removing metal impurities, the surface of the silicon semiconductor substrate is washed with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water to expose the surface of the silicon semiconductor substrate. Most of the surface of the silicon semiconductor substrate is terminated with hydrogen, and a very small portion is terminated with fluorine.
【0178】[工程−1410]次に、シリコン半導体
基板に、基本的には公知の方法に基づきLOCOS構造
を有する素子分離領域を形成するが、この際、シリコン
窒化膜を堆積させるための下地酸化膜を本発明のシリコ
ン酸化膜の形成方法にて形成する。即ち、実施例1の
[工程−110]〜[工程−150]を実行し、シリコ
ン半導体基板の表面に最終的に8.0nmのシリコン酸
化膜を形成する。尚、素子分離領域をトレンチ構造を有
する構造とする場合には、最終的に10nmのシリコン
酸化膜(下地酸化膜)をシリコン半導体基板の表面に形
成すればよい。[Step-1410] Next, an element isolation region having a LOCOS structure is formed in a silicon semiconductor substrate based on a known method. At this time, a base oxide for depositing a silicon nitride film is formed. The film is formed by the method for forming a silicon oxide film of the present invention. That is, [Step-110] to [Step-150] of the first embodiment are executed, and finally a 8.0 nm silicon oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate. When the element isolation region has a trench structure, a silicon oxide film (base oxide film) of 10 nm may be finally formed on the surface of the silicon semiconductor substrate.
【0179】[工程−1420]その後、公知の方法に
基づき、形成されたシリコン酸化膜を下地酸化膜とし
て、LOCOS構造あるいはトレンチ構造の素子分離領
域を形成する。即ち、下地酸化膜の上に、CVD法にて
シリコン窒化膜を成膜し、かかるシリコン窒化膜をパタ
ーニングして、素子分離領域を形成すべきシリコン半導
体基板の部分を露出させる。その後、LOCOS構造の
素子分離領域を形成するために、従来の熱酸化法に基づ
き、シリコン半導体基板の表面を酸化し、これによって
素子分離領域を形成する。尚、トレンチ構造の素子分離
領域を形成するためには、パターニングされたシリコン
窒化膜をマスクとして、シリコン半導体基板をエッチン
グしてトレンチを形成した後、全面に例えばSiO2か
ら成る絶縁層をCVD法にて堆積させる。その後、シリ
コン半導体基板の上の絶縁層及びシリコン窒化膜を、エ
ッチバック法あるいは化学的機械的研磨法(CMP法)
にて除去する。これによって、シリコン半導体基板に設
けられたトレンチがSiO2で埋め込まれた素子分離領
域を形成することができる。[Step-1420] Thereafter, based on a known method, an element isolation region having a LOCOS structure or a trench structure is formed using the formed silicon oxide film as a base oxide film. That is, a silicon nitride film is formed on the base oxide film by the CVD method, and the silicon nitride film is patterned to expose a portion of the silicon semiconductor substrate where an element isolation region is to be formed. Thereafter, in order to form an element isolation region having a LOCOS structure, the surface of the silicon semiconductor substrate is oxidized based on a conventional thermal oxidation method, thereby forming an element isolation region. In order to form an element isolation region having a trench structure, a silicon semiconductor substrate is etched using a patterned silicon nitride film as a mask to form a trench, and then an insulating layer made of, for example, SiO 2 is formed on the entire surface by a CVD method. Is deposited. After that, the insulating layer and the silicon nitride film on the silicon semiconductor substrate are etched back or chemically and mechanically polished (CMP).
Remove with. As a result, an element isolation region in which the trench provided in the silicon semiconductor substrate is filled with SiO 2 can be formed.
【0180】[工程−1430]素子分離領域の形成
後、シリコン半導体基板に導入されたホワイトリボン等
の欠陥を除去するために、シリコン半導体基板の表面を
再び酸化する。これによって得られる酸化膜は、犠牲酸
化膜と呼ばれる。実施例14においては、この犠牲酸化
膜も、本発明のシリコン酸化膜の形成方法に基づき形成
する。即ち、実施例1の[工程−110]〜[工程−1
50]を実行し(但し、厚いシリコン酸化膜を形成する
必要があるので、[工程−150]における雰囲気温度
を900゜C程度とすることが好ましい)、シリコン半
導体基板の表面に最終的に約10nmのシリコン酸化膜
を形成する。[Step-1430] After forming the element isolation region, the surface of the silicon semiconductor substrate is oxidized again to remove defects such as white ribbons introduced into the silicon semiconductor substrate. The oxide film obtained by this is called a sacrificial oxide film. In Example 14, this sacrificial oxide film is also formed based on the method for forming a silicon oxide film of the present invention. That is, [Step-110] to [Step-1] of Example 1
50] (however, since it is necessary to form a thick silicon oxide film, the ambient temperature in [Step-150] is preferably set to about 900 ° C.), and finally the surface of the silicon semiconductor substrate is heated to about 900 ° C. A 10 nm silicon oxide film is formed.
【0181】[工程−1440]次に、シリコン半導体
基板に対して、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った後、シリコン半
導体基板の表面のシリコン酸化膜(犠牲酸化膜)を0.
1%フッ化水素酸水溶液を用いてエッチングし、除去す
る。その後、シリコン半導体基板に対してRCA洗浄を
行い、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及び純
水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。以降、実施例1の
[工程−110]〜[工程−150]、更には、必要に
応じて[工程−160]〜[工程−170]を実行し、
シリコン半導体基板の表面にゲート酸化膜として機能す
るシリコン酸化膜を形成する。[Step-1440] Next, well ion implantation, channel stop ion implantation, and threshold adjustment ion implantation are performed on the silicon semiconductor substrate, and then a silicon oxide film (sacrificial oxide film) on the surface of the silicon semiconductor substrate is formed. To 0.
Etching is performed using a 1% aqueous solution of hydrofluoric acid to remove it. Thereafter, RCA cleaning is performed on the silicon semiconductor substrate to remove fine particles and metal impurities on the surface of the silicon semiconductor substrate, and then, the surface of the silicon semiconductor substrate is cleaned with a 0.1% aqueous hydrofluoric acid solution and pure water. Then, the surface of the silicon semiconductor substrate is exposed. Thereafter, [Step-110] to [Step-150] of Example 1, and further, [Step-160] to [Step-170] as necessary,
A silicon oxide film functioning as a gate oxide film is formed on a surface of a silicon semiconductor substrate.
【0182】実施例14においては、下地酸化膜あるい
は犠牲酸化膜を本発明のシリコン酸化膜の形成方法に基
づき形成することによって、下地酸化膜や犠牲酸化膜と
シリコン半導体基板との界面に凹凸が発生することを確
実に回避することができる結果、ゲート酸化膜形成前の
シリコン半導体基板表面を平坦な状態に保つことがで
き、[工程−1440]にて形成されるゲート酸化膜の
電気的信頼性が低下することを防止できる。In the fourteenth embodiment, the underlying oxide film or the sacrificial oxide film is formed based on the silicon oxide film forming method of the present invention, so that the interface between the underlying oxide film or the sacrificial oxide film and the silicon semiconductor substrate has irregularities. As a result, the surface of the silicon semiconductor substrate before forming the gate oxide film can be kept flat, and the electrical reliability of the gate oxide film formed in [Step-1440] can be maintained. Can be prevented from lowering.
【0183】尚、実施例14においては、専ら、実施例
1にて説明したシリコン酸化膜の形成方法を適用した
が、下地酸化膜や犠牲酸化膜の形成方法は、実施例1に
て説明したシリコン酸化膜の形成方法に限定されず、他
の実施例にて説明したシリコン酸化膜の形成方法を適用
することができる。In the fourteenth embodiment, the method of forming the silicon oxide film described in the first embodiment is applied exclusively. However, the method of forming the base oxide film and the sacrificial oxide film is described in the first embodiment. The method for forming the silicon oxide film is not limited to the method for forming the silicon oxide film, and the method for forming the silicon oxide film described in the other embodiments can be applied.
【0184】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
膜形成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。第1のシリコン酸化膜形成工程における酸化法と、
第2のシリコン酸化膜形成方法における酸化法とは、異
なる酸化法であってもよい。あるいは又、第1の処理室
内でのシリコン酸化膜の形成における酸化法と、第2の
処理室内でのシリコン酸化膜の形成における酸化法と
は、異なる酸化法であってもよい。As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. The various conditions and the structure of the silicon oxide film forming apparatus described in the embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate. The formation of the silicon oxide film is not only a pyrogenic oxidation method, but also an oxidation method using water vapor generated by heating pure water, an oxidation method using water vapor generated by bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas, Alternatively, a method using these oxidation methods in combination can be used. An oxidation method in a first silicon oxide film forming step;
An oxidation method different from the oxidation method in the second silicon oxide film forming method may be used. Alternatively, the oxidation method in forming the silicon oxide film in the first processing chamber and the oxidation method in forming the silicon oxide film in the second processing chamber may be different oxidation methods.
【0185】例えば、実施例1の[工程−140]にお
いて、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内に導入しながら、シリコン酸化膜形成
装置の処理室10内の雰囲気温度をヒータ14によって
第2のシリコン酸化膜形成工程を実行するための雰囲気
温度まで昇温したが、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内に導入しなが
ら、シリコン酸化膜形成装置の処理室10内の雰囲気温
度をヒータ14によって第2のシリコン酸化膜形成工程
を実行するための雰囲気温度まで昇温してもよい。ま
た、実施例7の[工程−730]において、処理室50
内への湿式ガスの導入を継続しながら処理室50内の雰
囲気温度を加熱手段によって第2のシリコン酸化膜形成
工程を実行するための雰囲気温度まで昇温する代わり
に、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内へ導入しながら処理室50内の雰囲気
温度を加熱手段によって第2のシリコン酸化膜形成工程
を実行するための雰囲気温度まで昇温してもよい。For example, in [Step-140] of the first embodiment, an inert gas (for example, nitrogen gas)
The temperature of the atmosphere in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus was raised by the heater 14 to the temperature for performing the second silicon oxide film forming step while introducing the processing chamber 10 into the processing chamber 10, but instead. While the inert gas (for example, nitrogen gas) containing, for example, 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, the atmospheric temperature in the processing chamber 10 of the silicon oxide film forming apparatus is changed. May be heated to an ambient temperature for performing the second silicon oxide film forming step by the heater 14. In [Step-730] of the seventh embodiment, the processing chamber 50
Instead of raising the ambient temperature in the processing chamber 50 to the ambient temperature for performing the second silicon oxide film forming step by the heating means while continuing to introduce the wet gas into the chamber, for example, hydrogen chloride gas is reduced to zero. While introducing a wet gas containing 1% by volume into the processing chamber 50, the temperature of the atmosphere in the processing chamber 50 may be raised to the atmospheric temperature for executing the second silicon oxide film forming step by the heating means. .
【0186】また、実施例1〜実施例10において、不
活性ガス(例えば窒素ガス)をガス導入部から処理室内
に導入しつつ処理室の雰囲気温度をヒータ等の加熱手段
によって850゜Cまで昇温したが、その代わりに、例
えば塩化水素ガスを0.1容量%含有する不活性ガス
(例えば窒素ガス)をガス導入部から処理室内に導入し
つつ、処理室の雰囲気温度をヒータ等の加熱手段よって
850゜Cまで昇温してもよい。In Examples 1 to 10, the temperature of the atmosphere in the processing chamber was raised to 850 ° C. by a heating means such as a heater while introducing an inert gas (for example, nitrogen gas) from the gas inlet into the processing chamber. Instead, while introducing an inert gas (for example, nitrogen gas) containing, for example, 0.1% by volume of hydrogen chloride gas from the gas introduction unit into the processing chamber, the temperature of the atmosphere in the processing chamber is increased by a heater or the like. The temperature may be raised to 850 ° C. by means.
【0187】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、あるいは又、基板
の上に形成されたエピタキシャルシリコン層にシリコン
酸化膜を形成したが、半導体装置の製造工程においてシ
リコン半導体基板表面に形成された選択エピタキシャル
成長法にて形成されたエピタキシャルシリコン層、基板
の上に形成された絶縁層の上に成膜された多結晶シリコ
ン層あるいは非晶質シリコン層等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。シリコン酸化膜
形成後の熱処理は必須ではなく、場合によっては省略す
ることができる。In the embodiment, the silicon oxide film is formed exclusively on the surface of the silicon semiconductor substrate, or the silicon oxide film is formed on the epitaxial silicon layer formed on the substrate. On the surface of an epitaxial silicon layer formed by a selective epitaxial growth method formed on the surface of a silicon semiconductor substrate, a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer formed on an insulating layer formed on a substrate. A silicon oxide film can also be formed. Alternatively, a silicon oxide film may be formed on the surface of a silicon layer in an SOI structure, or a silicon element may be formed on a substrate on which a semiconductor element or a component of the semiconductor element is formed, or on a surface of a silicon layer formed thereon. An oxide film may be formed. Furthermore, a silicon oxide film may be formed on a surface of a silicon element formed on a substrate on which a semiconductor element or a component of the semiconductor element is formed, or a base insulating layer formed on the substrate. The heat treatment after the formation of the silicon oxide film is not essential and can be omitted in some cases.
【0188】あるいは又、実施例1〜実施例13におい
て0.1%フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン
半導体基板40の表面洗浄を行った後、シリコン半導体
基板40をシリコン酸化膜形成装置に搬入したが、シリ
コン半導体基板40の表面洗浄からシリコン酸化膜形成
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
リコン酸化膜形成装置の基板搬入出部20や処理室50
に搬入する方法や、図64に模式図を示すように、表面
洗浄装置、シリコン酸化膜形成装置、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
ン酸化膜形成装置の基板搬入出部20あるいは処理室5
0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。Alternatively, after cleaning the surface of the silicon semiconductor substrate 40 with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water in Examples 1 to 13, the silicon semiconductor substrate 40 is transferred to a silicon oxide film forming apparatus. Although the wafer is carried in, the atmosphere from cleaning the surface of the silicon semiconductor substrate 40 to carrying it into the silicon oxide film forming apparatus may be an inert gas (eg, nitrogen gas) atmosphere. In addition, such an atmosphere
For example, the atmosphere of the apparatus for cleaning the surface of a silicon semiconductor substrate is set to an inert gas atmosphere, and the silicon semiconductor substrate 40 is placed in a transport box filled with an inert gas, and the substrate loading / unloading section 20 of the silicon oxide film forming apparatus. And processing room 50
64, and as shown in FIG. 64, a surface cleaning device, a silicon oxide film forming device, a transport path, a cluster tool device including a loader and an unloader, and a surface cleaning device for a silicon semiconductor substrate. From the substrate loading / unloading section 20 or the processing chamber 5 of the silicon oxide film forming apparatus
This can be achieved by connecting the surface cleaning apparatus and the atmosphere of the transfer path to an inert gas atmosphere.
【0189】あるいは又、0.1%フッ化水素酸水溶液
及び純水によりシリコン層の表面洗浄を行う代わりに、
表2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層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3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層の表面
洗浄を行ってもよい。尚、シリコン層の表面洗浄開始前
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、シリコン層を搬入する際の
シリコン酸化膜形成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、シリコン層の搬入
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。Alternatively, instead of cleaning the surface of the silicon layer with a 0.1% aqueous solution of hydrofluoric acid and pure water,
Under the conditions exemplified in Table 2, the surface of the silicon layer may be cleaned by a gas phase cleaning method using anhydrous hydrogen fluoride gas. Note that methanol is added to prevent generation of particles. Alternatively, the surface of the silicon layer may be cleaned by a vapor phase cleaning method using hydrogen chloride gas under the conditions exemplified in Table 3. The atmosphere in the surface cleaning apparatus and the atmosphere in the transfer path before the start of the surface cleaning of the silicon layer or after the completion of the surface cleaning may be an inert gas atmosphere, for example, 1.3 × 10 −1 Pa (10 A vacuum atmosphere of about -3 Torr) may be used. When the atmosphere in the transfer path or the like is a vacuum atmosphere, the atmosphere in the substrate loading / unloading section 20 or the processing chamber 50 of the silicon oxide film forming apparatus when loading the silicon layer is set to, for example, 1.3 × 10 −1. Pa (10 -3
A vacuum atmosphere of about Torr may be set, and after the loading of the silicon layer is completed, the atmosphere of the substrate loading / unloading section 20 or the processing chamber 50 may be an atmosphere of an inert gas (for example, nitrogen gas) at atmospheric pressure.
【0190】[0190]
【表2】 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[Table 2] Anhydrous hydrogen fluoride gas: 300 sccm Methanol vapor: 80 sccm Nitrogen gas: 1000 sccm Pressure: 0.3 Pa Temperature: 60 ° C
【0191】[0191]
【表3】 塩化水素ガス/窒素ガス:1容量% 温度 :800゜C[Table 3] Hydrogen chloride gas / nitrogen gas: 1% by volume Temperature: 800 ° C
【0192】尚、これらの場合のシリコン酸化膜形成装
置としては、図13、図31、図32あるいは後述する
図65、図66に示すシリコン酸化膜形成装置を用いる
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汚染等の
無い状態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
るいは欠陥部分が発生することを、効果的に防ぐことが
できる。As the silicon oxide film forming apparatus in these cases, a silicon oxide film forming apparatus shown in FIGS. 13, 31, and 32 or FIGS. 65 and 66 described later can be used. As a result, the surface of the silicon layer terminated with hydrogen or fluorine before the formation of the silicon oxide film can be kept in a state free of contamination and the like, and as a result, moisture, organic substances, or Si It is possible to effectively prevent the characteristics of the formed silicon oxide film from deteriorating or generating a defective portion due to the incorporation of -OH.
【0193】図13に示した縦型方式のシリコン酸化膜
形成装置とは若干形式の異なる縦型方式のシリコン酸化
膜形成装置の模式的な断面図を図65に示す。この縦型
方式のシリコン酸化膜形成装置の処理室10は、上方領
域10Aと下方領域10Bから構成され、下方領域10
B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10A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1の[工程−130]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
する第1のシリコン酸化膜形成工程を実行するが、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1の[工程−140]と同様の工程
において、処理室10内への湿式ガスの導入を中止し、
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内に導入しながら、シリコン酸化膜形成装置の
処理室10の上方領域10Aの雰囲気温度をランプ14
Aによって第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲
気温度まで昇温させ、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1の[工程−150]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を形成する第2のシリコン
酸化膜形成工程を実行する。次いで、実施例1の[工程
−160]と同様の工程において、湿式ガスの導入を中
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10
Aにおいて、30分間、熱処理を行う。FIG. 65 is a schematic cross-sectional view of a vertical type silicon oxide film forming apparatus which is slightly different from the vertical type silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. The processing chamber 10 of this vertical type silicon oxide film forming apparatus includes an upper region 10A and a lower region 10B.
The ambient temperature of B is controlled by the heater 14. On the other hand, outside the upper region 10A, a plurality of lamps 14A that emit infrared light or visible light are arranged. Then, for example, in the same step as [Step-130] of Example 1, the surface of the silicon layer is oxidized using a wet gas while maintaining the atmosphere at a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. A first silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film is performed in the lower region 10 </ b> B of the processing chamber 10. At this time, the ambient temperature of the upper region 10A of the processing chamber 10 is maintained at 400 ° C. by the lamp 14A. Then, in the same step as [Step-140] of Example 1, introduction of the wet gas into the processing chamber 10 is stopped,
While an inert gas (for example, nitrogen gas) is introduced into the processing chamber 10 from the gas introduction unit 12, the ambient temperature of the upper region 10 </ b> A of the processing chamber 10 of the
The temperature is raised to the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step by A, then the elevator mechanism 23 is operated to raise the quartz boat 24, and the silicon semiconductor substrate 40 is moved to the upper region 10A of the processing chamber 10. And
In a step similar to [Step-150] of the first embodiment, the silicon semiconductor substrate 40 is formed by a pyrogenic oxidation method.
A second silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film 42 on the surface of the substrate. Next, in the same step as [Step-160] in Example 1, the introduction of the wet gas was stopped, and an inert gas (for example, nitrogen gas) was introduced into the gas introduction unit 12.
The temperature of the atmosphere in the upper region 10A of the processing chamber 10 is increased by 850 ° C.
Heat up to Thereafter, an inert gas (for example, nitrogen gas) containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is supplied to the gas introduction unit 12.
From the processing chamber 10 to the upper region 10 of the processing chamber 10.
In A, heat treatment is performed for 30 minutes.
【0194】あるいは又、図32に示した横型のシリコ
ン酸化膜形成装置とは若干形式の異なる横型のシリコン
酸化膜形成装置の模式的な断面図を図66に示す。この
横型のシリコン酸化膜形成装置の処理室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7の[工程−720]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
化膜を形成する第1のシリコン酸化膜形成工程を実行す
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50A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7の[工程−730]と同様の工程におい
て、処理室50内への湿式ガスの導入を継続しながら、
処理室50の第2の領域50Bの雰囲気温度を、ランプ
151Bによって第2のシリコン酸化膜形成工程におけ
る雰囲気温度まで昇温し、シリコン層(例えばシリコン
半導体基板)を第2の領域50Bに移す。その後、[工
程−740]と同様の工程において、処理室50の第2
の領域50Bの雰囲気温度をランプ151Bによってこ
の温度に保持した状態にて、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第2のシリコン酸化
膜形成工程を実行する。その後、[工程−750]と同
様の工程において、湿式ガスの導入を中止し、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。次いで、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66の
シリコン酸化膜形成装置におけるランプの代わりに、図
31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。Alternatively, FIG. 66 is a schematic cross-sectional view of a horizontal silicon oxide film forming apparatus slightly different from the horizontal silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. The processing chamber 50 of this horizontal silicon oxide film forming apparatus is composed of a first region 50A and a second region 50B, and the ambient temperature of the first region 50A and the second region 50B are respectively set to the lamp 151A and the lamp 151A. 151B. Then, for example, in a step similar to [Step-720] of Example 7, the silicon layer is formed by an oxidation method using a wet gas while maintaining the atmosphere at a temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. A first silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film on the surface is performed. This silicon oxide film is formed in the first region 50A of the processing chamber 50. The control of the ambient temperature in the first region 50A is performed by the lamp 151A. At this time, the ambient temperature in the second region 50B of the processing chamber 50 is maintained at 400 ° C. by the lamp 151B. Then, in the same step as [Step-730] of Example 7, while continuing to introduce the wet gas into the processing chamber 50,
The ambient temperature in the second region 50B of the processing chamber 50 is raised to the ambient temperature in the second silicon oxide film forming step by the lamp 151B, and the silicon layer (for example, a silicon semiconductor substrate) is moved to the second region 50B. Then, in the same step as [Step-740], the second
The second silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film is further performed by an oxidation method using a wet gas in a state where the ambient temperature of the region 50B is kept at this temperature by the lamp 151B. Thereafter, in the same step as [Step-750], the introduction of the wet gas is stopped, and an inert gas (for example, nitrogen gas) is supplied from the gas introduction unit 54 to the processing chamber 50.
The temperature of the atmosphere in the second region 50B of the processing chamber 50 is raised to 850 ° C. by the lamp 151B while the gas is introduced into the inside. Next, an inert gas (for example, nitrogen gas) containing 0.1% by volume of hydrogen chloride gas is introduced into the processing chamber 50 from the gas introduction unit 54, and heat treatment is performed for 5 minutes. Incidentally, instead of the lamp in the silicon oxide film forming apparatus of FIG. 66, a resistance heater can be used in the same manner as shown in FIG.
【0195】表4に、本発明の好ましい第1の実施態様
に関して、第1のシリコン酸化膜形成工程(表4では第
1の酸化工程と表示した)における雰囲気、昇温工程に
おける雰囲気、第2のシリコン酸化膜形成工程(表4で
は第2の酸化工程と表記した)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4では第2の昇温工程と表記し
た)における雰囲気の組み合わせを示す。尚、本発明の
好ましい第2の実施態様に関しては、昇温工程を除き、
第1のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気、第2の
シリコン酸化膜形成工程における雰囲気、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
温する工程における雰囲気の組み合わせを、表4と同様
とすることができる。表4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
ス雰囲気を「*不活性ガス」と表記した。ここで、表4
に示した各種の雰囲気の組み合わせは、図13や図65
に示したシリコン酸化膜形成装置、図31、図32や図
66に示したシリコン酸化膜形成装置、あるいは又、こ
れらの組み合わせ、更には、図58や図64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。また、
湿式ガス雰囲気あるいはハロゲン元素を含有する湿式ガ
ス雰囲気を不活性ガスで希釈してもよい。Table 4 shows the atmosphere in the first silicon oxide film forming step (indicated as the first oxidation step in Table 4), the atmosphere in the temperature raising step, and the second In the silicon oxide film forming step (shown as a second oxidation step in Table 4), and in the step of raising the temperature for heat treatment of the formed silicon oxide film (in Table 4, the second heating step). (Indicated as a temperature step). Incidentally, regarding the second preferred embodiment of the present invention, except for the temperature raising step,
Table 4 shows the combinations of the atmosphere in the first silicon oxide film forming step, the atmosphere in the second silicon oxide film forming step, and the atmosphere in the step of raising the temperature for performing the heat treatment on the formed silicon oxide film. Can be the same as In Table 4, the wet gas atmosphere is described as “wet gas”, the wet gas atmosphere containing a halogen element is described as “* wet gas”, the inert gas atmosphere is described as “inert gas”, and the halogen element The inert gas atmosphere containing is denoted by “* inert gas”. Here, Table 4
The combinations of the various atmospheres shown in FIGS.
, A silicon oxide film forming apparatus shown in FIGS. 31, 32, and 66, or a combination thereof, and further, a cluster tool apparatus shown in FIGS. 58 and 64. can do. Also,
A wet gas atmosphere or a wet gas atmosphere containing a halogen element may be diluted with an inert gas.
【0196】[0196]
【表4】 第1の酸化工程 昇温工程 第2の酸化工程 第2の昇温工程 湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス 湿式ガス 湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス 湿式ガス 湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス 湿式ガス *湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス 湿式ガス *湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス *湿式ガス 湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス *湿式ガス 湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス *湿式ガス *湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス *湿式ガス *湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス 湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス 湿式ガス 湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス 湿式ガス 湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス 湿式ガス *湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス 湿式ガス *湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス *湿式ガス 湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス *湿式ガス 湿式ガス *不活性ガス *湿式ガス *湿式ガス *湿式ガス 不活性ガス *湿式ガス *湿式ガス *湿式ガス *不活性ガス[Table 4] First oxidation step Heating step Second oxidation step Second heating step Wet gas Inert gas Wet gas Inert gas Wet gas Inert gas Wet gas * Inert gas Wet gas Inert gas * Wet gas Inert gas Wet gas Inert gas * Wet gas * Inert gas Wet gas * Inert gas Wet gas Inert gas Wet gas * Inert gas Wet gas * Inert gas Wet gas * Inert gas * Wet gas Non Active gas Wet gas * Inert gas * Wet gas * Inert gas Wet gas Wet gas Wet gas Inert gas Wet gas Wet gas Wet gas * Inert gas Wet gas Wet gas * Wet gas Inert gas Wet gas Wet gas * Wet Gas * Inert gas Wet gas * Wet gas Wet gas Inert gas Wet gas * Wet gas Wet gas * Inert gas Wet gas * Wet gas * Wet gas Inert gas S Wet gas * Wet gas * Wet gas * Inert gas * Wet gas Inert gas Wet gas Inert gas * Wet gas Inert gas Wet gas * Inert gas * Wet gas inert gas * Wet gas inert gas * Wet Gas Inert gas * Wet gas * Inert gas * Wet gas * Inert gas Wet gas Inert gas * Wet gas * Inert gas Wet gas * Inert gas * Wet gas * Inert gas * Wet gas Inert gas * Wet gas * Inert gas * Wet gas * Inert gas * Wet gas Wet gas Wet gas Inert gas * Wet gas Wet gas Wet gas * Inert gas * Wet gas Wet gas * Wet gas Inert gas * Wet gas Wet gas * Wet gas * Inert gas * Wet gas * Wet gas Wet gas Inert gas * Wet gas * Wet gas Wet gas * Inert gas * Wet gas * Wet gas * Wet Gas inert gas * wet gas * wet gas * wet gas * inert gas
【0197】[0197]
【発明の効果】本発明のシリコン酸化膜の形成方法にお
いては、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しな
い雰囲気温度にてシリコン層の表面にシリコン酸化膜の
形成を開始し、あるいは又、湿式ガスがシリコン層表面
で結露しない温度以上500゜C以下の雰囲気温度にて
シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始するの
で、シリコン層の表面に凹凸(荒れ)が生じることを防
止し得る。しかも、最終的に形成されるシリコン酸化膜
中には信頼性の劣るドライ酸化膜が含まれず、優れた特
性を有するシリコン酸化膜を形成することができる。そ
れ故、チャネル移動度の低下を防止でき、MOS型トラ
ンジスタ素子の駆動電流の劣化が生じ難く、また、フラ
ッシュメモリ等でデータリテンション特性の劣化を引き
起こすストレスリーク現象の発生を抑制することがで
き、長期信頼性に優れた極薄の例えばゲート酸化膜の形
成が可能となる。また、素子分離領域を形成するための
酸化膜や犠牲酸化膜を本発明のシリコン酸化膜の形成方
法に基づき形成することによって、これらの酸化膜とシ
リコン半導体基板との界面における凹凸の発生を抑制す
ることができる結果、ゲート酸化膜の電気的信頼性が低
下することを一層効果的に防止することができる。According to the method of forming a silicon oxide film of the present invention, the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. Since the formation of the silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started at a temperature not lower than the temperature at which the gas does not condense on the surface of the silicon layer and not higher than 500 ° C., it is possible to prevent unevenness (roughness) from occurring on the surface of the silicon layer. . In addition, the finally formed silicon oxide film does not include a dry oxide film having low reliability, and a silicon oxide film having excellent characteristics can be formed. Therefore, a decrease in channel mobility can be prevented, the drive current of the MOS transistor element hardly deteriorates, and the occurrence of a stress leak phenomenon that causes deterioration of data retention characteristics in a flash memory or the like can be suppressed. It is possible to form a very thin, for example, gate oxide film having excellent long-term reliability. In addition, by forming an oxide film or a sacrificial oxide film for forming an element isolation region based on the method for forming a silicon oxide film of the present invention, the occurrence of unevenness at the interface between these oxide films and the silicon semiconductor substrate is suppressed. As a result, it is possible to more effectively prevent the electrical reliability of the gate oxide film from being lowered.
【0198】また、本発明の好ましい第1Aの実施態様
によれば、シリコン層の表面に既に保護膜としても機能
するシリコン酸化膜が形成された状態で、雰囲気温度を
第2のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度に昇
温した後、更に、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ので、昇温工程においてシリ
コン層の表面に凹凸(荒れ)が生じることがないし、優
れた特性を有するシリコン酸化膜を形成することができ
る。以上の結果として、長期信頼性に優れた極薄の例え
ばゲート酸化膜の形成が可能となる。あるいは又、本発
明の好ましい第1Bの実施態様によれば、シリコン層
(例えばシリコン半導体基板)の面内の温度ばらつきを
少なくすることができるので、昇温中にシリコン酸化膜
が形成される場合であっても、形成されるシリコン酸化
膜の面内膜厚ばらつき発生を抑制することができる。更
には、本発明の好ましい第2の実施態様によれば、第1
の処理室及び第2の処理室の雰囲気温度を所定の一定温
度に保持すればよく、各処理室内の温度制御を一層正確
に行うことができるばかりか、処置室内の温度安定性に
優れる。従って、シリコン酸化膜の膜厚制御性に優れ
る。しかも、シリコン酸化膜の形成時のスループットの
低下を招くこともない。本発明の好ましい第3実施態様
によれば、シリコン酸化膜形成装置における雰囲気温度
の制御範囲を狭くすることができる結果、高い精度で雰
囲気温度の制御を行うことができるばかりか、高温から
低温まで処理室を冷却する必要がなくなり、シリコン酸
化膜の形成に要する時間の短縮化を図ることができる。Further, according to the first preferred embodiment 1A of the present invention, in the state where the silicon oxide film which also functions as a protective film is already formed on the surface of the silicon layer, the atmosphere temperature is reduced to the second silicon oxide film formation. After the temperature is raised to the ambient temperature in the process, a silicon oxide film is further formed by an oxidation method using a wet gas, so that the surface of the silicon layer does not have irregularities (roughness) in the temperature raising process, and is excellent. A silicon oxide film having characteristics can be formed. As a result, it is possible to form an extremely thin gate oxide film having excellent long-term reliability. Alternatively, according to the preferred embodiment 1B of the present invention, the temperature variation in the plane of the silicon layer (for example, a silicon semiconductor substrate) can be reduced, so that the silicon oxide film is formed during the temperature rise. Even in this case, it is possible to suppress occurrence of in-plane thickness variation of the formed silicon oxide film. Furthermore, according to a second preferred embodiment of the present invention, the first
It is sufficient that the ambient temperature of the processing chamber and the second processing chamber is kept at a predetermined constant temperature, so that the temperature control in each processing chamber can be performed more accurately and the temperature stability in the treatment chamber is excellent. Therefore, the thickness controllability of the silicon oxide film is excellent. In addition, there is no reduction in throughput when forming the silicon oxide film. According to the third preferred embodiment of the present invention, the control range of the ambient temperature in the silicon oxide film forming apparatus can be narrowed, so that not only the ambient temperature can be controlled with high accuracy, but also from a high temperature to a low temperature. There is no need to cool the processing chamber, and the time required for forming the silicon oxide film can be reduced.
【図1】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシリコ
ン酸化膜の形成方法における雰囲気温度プロファイルで
ある。FIG. 1 is an atmosphere temperature profile in a method for forming a silicon oxide film according to a first or second embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1若しくは第2の態様に係るシリコ
ン酸化膜の形成方法における雰囲気温度プロファイルで
ある。FIG. 2 is an atmosphere temperature profile in the method for forming a silicon oxide film according to the first or second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の好ましい第1の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 3 is an atmosphere temperature profile in the first preferred embodiment of the present invention.
【図4】本発明の好ましい第1の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 4 is an atmosphere temperature profile in the first preferred embodiment of the present invention.
【図5】本発明の好ましい第1の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 5 is an atmosphere temperature profile in the first preferred embodiment of the present invention.
【図6】本発明の好ましい第1の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 6 is an atmosphere temperature profile in the first preferred embodiment of the present invention.
【図7】本発明の好ましい第1の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 7 is an atmosphere temperature profile in the first preferred embodiment of the present invention.
【図8】本発明の好ましい第2の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 8 is an atmosphere temperature profile in a second preferred embodiment of the present invention.
【図9】本発明の好ましい第2の実施態様における雰囲
気温度プロファイルである。FIG. 9 is an atmosphere temperature profile in a second preferred embodiment of the present invention.
【図10】本発明の好ましい第2の実施態様における雰
囲気温度プロファイルである。FIG. 10 is an atmosphere temperature profile in a second preferred embodiment of the present invention.
【図11】本発明の好ましい第2の実施態様における雰
囲気温度プロファイルである。FIG. 11 is an atmosphere temperature profile in a second preferred embodiment of the present invention.
【図12】実施例1のシリコン酸化膜の形成方法を説明
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。FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of a silicon semiconductor substrate and the like for describing a method for forming a silicon oxide film of Example 1.
【図13】縦型方式のシリコン酸化膜形成装置(熱酸化
炉)の模式的な断面図である。FIG. 13 is a schematic sectional view of a vertical type silicon oxide film forming apparatus (thermal oxidation furnace).
【図14】実施例1における雰囲気温度プロファイルで
ある。FIG. 14 is an atmosphere temperature profile in Example 1.
【図15】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形成装置等の模式的な
断面図である。FIG. 15 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 1.
【図16】図15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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming a silicon oxide film in Example 1, following FIG.
【図17】図16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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 1, following FIG. 16;
【図18】実施例2における雰囲気温度プロファイルで
ある。FIG. 18 is an atmosphere temperature profile in Example 2.
【図19】経時絶縁破壊(TDDB)特性を測定するた
めの回路の模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram of a circuit for measuring a time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic.
【図20】実施例1及び比較例にて説明した方法で形成
されたシリコン酸化膜の経時絶縁破壊(TDDB)特性
の評価結果を示すワイブル確率分布を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a Weibull probability distribution showing evaluation results of a time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic of a silicon oxide film formed by the method described in Example 1 and Comparative Example.
【図21】実施例2及び比較例にて説明した方法で形成
されたシリコン酸化膜の経時絶縁破壊(TDDB)特性
の評価結果を示すワイブル確率分布を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a Weibull probability distribution showing evaluation results of a time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic of a silicon oxide film formed by the method described in Example 2 and Comparative Example.
【図22】実施例3及び比較例にて説明した方法で形成
されたシリコン酸化膜の経時絶縁破壊(TDDB)特性
の評価結果を示すワイブル確率分布を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a Weibull probability distribution showing evaluation results of a time-dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristic of a silicon oxide film formed by the method described in Example 3 and Comparative Example.
【図23】実施例1及び実施例4にて作製されたMOS
キャパシタの累積不良率50%におけるQBDの値、及び
シリコン半導体基板の表面からの水素原子の脱離量と、
第1のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度の関
係を示すグラフである。FIG. 23 shows a MOS manufactured in Example 1 and Example 4.
The value of Q BD at a cumulative failure rate of the capacitor of 50%, the amount of desorbed hydrogen atoms from the surface of the silicon semiconductor substrate,
5 is a graph showing a relationship between ambient temperatures in a first silicon oxide film forming step.
【図24】実施例5における雰囲気温度プロファイルで
ある。FIG. 24 is an atmosphere temperature profile in Example 5.
【図25】実施例5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形成装置等の模式的な
断面図である。FIG. 25 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 5.
【図26】図25に引き続き、実施例5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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 26 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method for forming a silicon oxide film in Example 5, following FIG. 25;
【図27】図26に引き続き、実施例5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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 5, following FIG. 26;
【図28】実施例6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形成装置等の模式的な
断面図である。FIG. 28 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 6.
【図29】図28に引き続き、実施例6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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 6, following FIG. 28;
【図30】図29に引き続き、実施例6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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming a silicon oxide film in Example 6, following FIG. 29;
【図31】本発明の第2の態様に係るシリコン酸化膜の
形成方法の実施に適した横型のシリコン酸化膜形成装置
の模式的な断面図である。FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of a horizontal silicon oxide film forming apparatus suitable for carrying out a silicon oxide film forming method according to a second embodiment of the present invention.
【図32】図31とは若干構造が異なる、本発明の第2
の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法の実施に適した
横型のシリコン酸化膜形成装置の模式的な断面図であ
る。FIG. 32 is a second embodiment of the present invention, which is slightly different in structure from FIG. 31;
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a horizontal silicon oxide film forming apparatus suitable for performing the method of forming a silicon oxide film according to the embodiment.
【図33】実施例8のシリコン酸化膜の形成方法を説明
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。FIG. 33 is a schematic partial cross-sectional view of a silicon semiconductor substrate and the like for describing a method of forming a silicon oxide film of Example 8.
【図34】実施例8の実施に適したバッチ式の縦型方式
シリコン酸化膜形成装置の概念図である。FIG. 34 is a conceptual diagram of a batch type vertical silicon oxide film forming apparatus suitable for carrying out Example 8.
【図35】図34に示したバッチ式の縦型方式シリコン
酸化膜形成装置の第1の処理室を含む部分の模式的な断
面図である。35 is a schematic cross-sectional view of a portion including a first processing chamber of the batch-type vertical silicon oxide film forming apparatus shown in FIG.
【図36】図34に示したバッチ式の縦型方式シリコン
酸化膜形成装置の第2の処理室を含む部分の模式的な断
面図である。36 is a schematic sectional view of a portion including a second processing chamber of the batch-type vertical silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 34.
【図37】実施例8における雰囲気温度プロファイルで
ある。FIG. 37 is an atmosphere temperature profile in Example 8.
【図38】実施例8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形成装置等の模式的な
断面図である。FIG. 38 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method for forming a silicon oxide film in Example 8.
【図39】図38に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 39 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 38;
【図40】図39に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 40 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 39;
【図41】図40に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 41 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 40;
【図42】図41に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 42 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 41;
【図43】図42に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 43 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 42;
【図44】図43に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 44 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 43;
【図45】図44に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 45 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 44;
【図46】図45に引き続き、実施例8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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 46 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 8 following FIG. 45;
【図47】実施例9の実施に適したバッチ式の縦型方式
シリコン酸化膜形成装置の概念図である。FIG. 47 is a conceptual diagram of a batch type vertical silicon oxide film forming apparatus suitable for carrying out Embodiment 9.
【図48】実施例9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形成装置等の模式的な
断面図である。FIG. 48 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9.
【図49】図48に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 49 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 48;
【図50】図49に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 50 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 49;
【図51】図50に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 51 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 50;
【図52】図51に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 52 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 51;
【図53】図52に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 53 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 52;
【図54】図53に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 54 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 53;
【図55】図54に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 55 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 54;
【図56】図55に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 56 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 55;
【図57】図56に引き続き、実施例9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形
成装置等の模式的な断面図である。FIG. 57 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 9 following FIG. 56;
【図58】実施例10の実施に適したシリコン酸化膜形
成装置の概念図である。FIG. 58 is a conceptual diagram of a silicon oxide film forming apparatus suitable for implementing the tenth embodiment.
【図59】実施例10の実施に適したシリコン酸化膜形
成装置におけるバッチ式の炉アニール装置の模式的な断
面図である。FIG. 59 is a schematic sectional view of a batch type furnace annealing apparatus in a silicon oxide film forming apparatus suitable for carrying out Example 10.
【図60】実施例11及び実施例12における雰囲気温
度プロファイルである。FIG. 60 is an atmosphere temperature profile in Examples 11 and 12.
【図61】実施例11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形成装置等の模式的
な断面図である。FIG. 61 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 11.
【図62】図61に引き続き、実施例11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
形成装置等の模式的な断面図である。FIG. 62 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for explaining a method of forming a silicon oxide film in Example 11 following FIG. 61;
【図63】図62に引き続き、実施例11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
形成装置等の模式的な断面図である。FIG. 63 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a method of forming a silicon oxide film in Example 11 following FIG. 62;
【図64】クラスターツール装置の模式図である。FIG. 64 is a schematic view of a cluster tool device.
【図65】図13に示した縦型方式のシリコン酸化膜形
成装置とは若干形式の異なる縦型方式のシリコン酸化膜
形成装置の模式的な断面図である。FIG. 65 is a schematic sectional view of a vertical type silicon oxide film forming apparatus having a slightly different type from the vertical type silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 13;
【図66】図32に示した横型のシリコン酸化膜形成装
置とは若干形式の異なる横型のシリコン酸化膜形成装置
の模式的な断面図である。FIG. 66 is a schematic sectional view of a horizontal silicon oxide film forming apparatus having a slightly different form from the horizontal silicon oxide film forming apparatus shown in FIG. 32;
【図67】従来の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形成装置等の模式的な断面図であ
る。FIG. 67 is a schematic sectional view of a silicon oxide film forming apparatus or the like for describing a conventional method of forming a silicon oxide film.
【図68】図67に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の
模式的な断面図である。FIG. 68 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for illustrating a conventional method of forming a silicon oxide film, following FIG. 67;
【図69】図68に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の
模式的な断面図である。FIG. 69 is a schematic cross-sectional view of a silicon oxide film forming apparatus and the like for describing a conventional method of forming a silicon oxide film, following FIG. 68;
10,110,210・・・処理室、11,111,2
11・・・ガス流路、12,112,212・・・ガス
導入部、13,113,213・・・ガス排気部、1
4,114,214・・・ヒータ、15,115,21
5・・・シャッター、16,116,216・・・均熱
管、20・・・基板搬入出部、21,121・・・ガス
導入部、22,122・・・ガス排気部、23,123
・・・エレベータ機構、24,124・・・石英ボー
ト、30,130・・・燃焼室、31,131・・・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、43・・・ゲート
電極、50・・・処理室、51・・・抵抗加熱ヒータ、
51A,151A,151B・・・ランプ、52・・・
ウエハ台、53・・・ゲートバルブ、54・・・ガス導
入部、55・・・ガス排気部、120,120A,12
0B,301・・・搬送路、125,125A,125
B・・・扉、126・・・シャッター、301・・・ロ
ーダー・アンローダー、302,303・・・処理装
置、304・・・炉アニール装置10, 110, 210 ... processing chamber, 11, 111, 2
11 ... gas flow path, 12, 112, 212 ... gas introduction part, 13, 113, 213 ... gas exhaust part, 1
4, 114, 214 ... heater, 15, 115, 21
Reference numeral 5: shutter, 16, 116, 216: heat equalizing tube, 20: substrate loading / unloading part, 21, 121: gas introduction part, 22, 122: gas exhaust part, 23, 123
... Elevator mechanism, 24,124 ... Quartz boat, 30,130 ... Combustion chamber, 31,131 ... Piping, 40 ... Silicon semiconductor substrate, 41 ... Element isolation region, 42 ..Silicon oxide film, 43 gate electrode, 50 processing chamber, 51 resistance heater,
51A, 151A, 151B ... lamp, 52 ...
Wafer table, 53 gate valve, 54 gas introduction unit, 55 gas exhaust unit, 120, 120A, 12
0B, 301: transport path, 125, 125A, 125
B: door, 126: shutter, 301: loader / unloader, 302, 303: processing device, 304: furnace annealing device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平9−90766 (32)優先日 平9(1997)4月9日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平9−112338 (32)優先日 平9(1997)4月30日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平9−278977 (32)優先日 平9(1997)10月13日 (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 木村 秀樹 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 片岡 豊隆 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 鈴木 篤 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 田中 伸史 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 9-90766 (32) Priority date Hei 9 (1997) April 9 (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority Claim No. Hei 9-112338 (32) Priority date Hei 9 (1997) April 30 (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Patent application Hei 9-278977 (32) Priority Japan, Japan (JP) (72) Inventor Hideki Kimura 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Toyotaka Kataoka 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan (72) Inventor Atsushi Suzuki 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Shin Tanaka History Sony 7-35 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation
Claims (100)
しない雰囲気温度にて、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の形成を開始
し、 湿式ガスを用いた酸化法によって、所望の厚さになるま
でシリコン酸化膜を形成することを特徴とするシリコン
酸化膜の形成方法。An oxidation method using a wet gas starts formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. Forming a silicon oxide film until a desired thickness is obtained by a method.
しない雰囲気温度は、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1に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。2. The method according to claim 1, wherein the ambient temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is a temperature at which bonds between atoms terminating at the surface of the silicon layer and silicon atoms are not broken. The method for forming a silicon oxide film according to the above.
しない雰囲気温度は、該シリコン層表面のSi−H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2に
記載のシリコン酸化膜の形成方法。3. The silicon oxide film according to claim 2, wherein the ambient temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is a temperature at which Si—H bonds on the surface of the silicon layer are not broken. Forming method.
しない雰囲気温度は、該シリコン層表面の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2に
記載のシリコン酸化膜の形成方法。4. The silicon oxide film according to claim 2, wherein the ambient temperature at which silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is a temperature at which Si—F bonds on the surface of the silicon layer are not broken. Forming method.
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により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に記載のシリコン酸化膜の形成方法。5. The oxidation method using a wet gas is generated by a pyrogenic oxidation method, an oxidation method using water vapor generated by heating pure water, and bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas. 2. The method for forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein at least one of the oxidation methods using steam is used.
したときの雰囲気温度は、シリコン層の表面にシリコン
酸化膜の形成を開始する際の雰囲気温度よりも高いこと
を特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。6. The atmosphere temperature when the formation of a silicon oxide film having a desired thickness is completed is higher than the atmosphere temperature when the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer is started. Item 3. The method for forming a silicon oxide film according to Item 1.
した後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すこと
を特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。7. The method according to claim 1, wherein after the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, a heat treatment is performed on the formed silicon oxide film.
る不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項7に
記載のシリコン酸化膜の形成方法。8. The method for forming a silicon oxide film according to claim 7, wherein the atmosphere of the heat treatment is an inert gas atmosphere containing a halogen element.
る請求項8に記載のシリコン酸化膜の形成方法。9. The method for forming a silicon oxide film according to claim 8, wherein the halogen element is chlorine.
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に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。10. The silicon oxide film according to claim 9, wherein chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
行われることを特徴とする請求項7に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。11. The method according to claim 7, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 700 to 950 ° C.
徴とする請求項11に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。12. The method according to claim 11, wherein the heat treatment is a furnace annealing treatment.
す際の雰囲気温度は、所望の厚さのシリコン酸化膜の形
成が完了したときの雰囲気温度よりも高いことを特徴と
する請求項7に記載のシリコン酸化膜の形成方法。13. The method according to claim 7, wherein the temperature of the atmosphere when performing the heat treatment on the formed silicon oxide film is higher than the temperature when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed. The method for forming a silicon oxide film according to the above.
了した後、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、熱処理を施すための雰囲気温度
まで昇温することを特徴とする請求項13に記載のシリ
コン酸化膜の形成方法。14. After the formation of a silicon oxide film having a desired thickness is completed, the atmosphere is switched to an inert gas atmosphere containing a halogen element, and then the temperature is raised to an ambient temperature for performing heat treatment. The method for forming a silicon oxide film according to claim 13, wherein:
する請求項14に記載のシリコン酸化膜の形成方法。15. The method according to claim 14, wherein the halogen element is chlorine.
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15に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。16. The silicon oxide film according to claim 15, wherein chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
は、不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項1
に記載のシリコン酸化膜の形成方法。17. An atmosphere before forming a silicon oxide film is an inert gas atmosphere.
3. The method for forming a silicon oxide film according to item 1.
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、シリコン酸化膜の形成を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。18. A method of forming a silicon oxide film, comprising: before forming a silicon oxide film, cleaning the surface of the silicon layer, without exposing the silicon layer after the surface cleaning to the atmosphere. Item 3. The method for forming a silicon oxide film according to Item 1.
離しない雰囲気温度にて、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の形成を開始
した後、所定の期間、シリコン層の表面からシリコン原
子が脱離しない雰囲気温度範囲に雰囲気を保持してシリ
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、 シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気
温度範囲よりも高い雰囲気温度にて、湿式ガスを用いた
酸化法によって、所望の厚さになるまでシリコン酸化膜
を更に形成する第2のシリコン酸化膜形成工程を含むこ
とを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。19. A silicon oxide film is formed on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. A first silicon oxide film forming step of forming a silicon oxide film while maintaining an atmosphere in a temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the layer; 2. The method according to claim 1, further comprising a second silicon oxide film forming step of further forming a silicon oxide film until a desired thickness is obtained by an oxidation method using a wet gas at a high ambient temperature. Of forming a silicon oxide film.
離しない雰囲気温度は、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19に記載のシリコン酸化膜の
形成方法。20. The method according to claim 19, wherein the ambient temperature at which the silicon atoms do not desorb from the surface of the silicon layer is a temperature at which the bond between the atoms terminating the silicon layer surface and the silicon atoms is not broken. The method for forming a silicon oxide film according to the above.
離しない雰囲気温度は、該シリコン層表面のSi−H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2
0に記載のシリコン酸化膜の形成方法。21. An atmosphere temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer is a temperature at which Si—H bonds on the surface of the silicon layer are not broken.
0. A method for forming a silicon oxide film according to item 0.
離しない雰囲気温度は、該シリコン層表面の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2
0に記載のシリコン酸化膜の形成方法。22. An ambient temperature at which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer is a temperature at which Si—F bonds on the surface of the silicon layer are not broken.
0. A method for forming a silicon oxide film according to item 0.
シリコン酸化膜形成工程、又は、第1のシリコン酸化膜
形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における湿
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
することにより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19
に記載のシリコン酸化膜の形成方法。23. An oxidation method using a wet gas in the first silicon oxide film forming step, the second silicon oxide film forming step, or the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. Is a pyrogenic oxidation method, an oxidation method using steam generated by heating pure water, and
20. An oxidation method using at least one of the oxidation methods using steam generated by bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas.
3. The method for forming a silicon oxide film according to item 1.
シリコン酸化膜形成工程、又は、第1のシリコン酸化膜
形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における湿
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23に記載のシリコン酸化膜の形成方法。24. A halogen gas is contained in the wet gas in the first silicon oxide film forming step, the second silicon oxide film forming step, or the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step. The method for forming a silicon oxide film according to claim 23, wherein the silicon oxide film is contained.
する請求項24に記載のシリコン酸化膜の形成方法。25. The method according to claim 24, wherein the halogen element is chlorine.
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25に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。26. The silicon oxide film according to claim 25, wherein the chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the wet gas is 0.02 to 10% by volume. Forming method.
シリコン酸化膜形成工程、又は、第1のシリコン酸化膜
形成工程及び第2のシリコン酸化膜形成工程における湿
式ガスは不活性ガスで希釈されていることを特徴とする
請求項19に記載のシリコン酸化膜の形成方法。27. A wet gas in the first silicon oxide film forming step, the second silicon oxide film forming step, or the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step is an inert gas. The method for forming a silicon oxide film according to claim 19, wherein the silicon oxide film is diluted.
処理室を備えたシリコン酸化膜形成装置を用い、 第1のシリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化
膜形成工程を該処理室内で行うことを特徴とする請求項
19に記載のシリコン酸化膜の形成方法。28. A silicon oxide film forming apparatus having one processing chamber for forming a silicon oxide film, wherein a first silicon oxide film forming step and a second silicon oxide film forming step are performed in the processing chamber. The method according to claim 19, wherein the method is performed.
のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式にて行うことを特
徴とする請求項28に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。29. A first silicon oxide film forming step and a second
The method for forming a silicon oxide film according to claim 28, wherein the step of forming a silicon oxide film is performed by a batch method.
つ、シリコン層の表面と略平行に配設された、シリコン
層を加熱するための加熱手段が備えられ、 第1のシリコン酸化膜形成工程及び第2のシリコン酸化
膜形成工程を枚葉式にて行うことを特徴とする請求項2
8に記載のシリコン酸化膜の形成方法。30. The processing chamber is provided with heating means for heating the silicon layer, which is provided outside the processing chamber and substantially parallel to the surface of the silicon layer. 3. The film forming step and the second silicon oxide film forming step are performed in a single wafer process.
9. The method for forming a silicon oxide film according to item 8.
シリコン酸化膜形成工程との間に昇温工程を含むことを
特徴とする請求項28に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。31. The method for forming a silicon oxide film according to claim 28, further comprising a temperature raising step between the first silicon oxide film forming step and the second silicon oxide film forming step.
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31に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。32. The method for forming a silicon oxide film according to claim 31, wherein the atmosphere in the temperature raising step is an inert gas atmosphere or an oxidizing atmosphere containing a wet gas.
素が含有されていることを特徴とする請求項32に記載
のシリコン酸化膜の形成方法。33. The method according to claim 32, wherein the atmosphere in the temperature raising step contains a halogen element.
する請求項33に記載のシリコン酸化膜の形成方法。34. The method according to claim 33, wherein the halogen element is chlorine.
ス中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34
に記載のシリコン酸化膜の形成方法。35. Chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in an inert gas or a wet gas is 0.1%.
35. The composition according to claim 34, wherein the content is 02 to 10% by volume.
3. The method for forming a silicon oxide film according to item 1.
で希釈された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31に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。36. The method according to claim 31, wherein the atmosphere in the temperature raising step is an oxidizing atmosphere containing a wet gas diluted with an inert gas.
処理室及び第2の処理室、並びに、第1の処理室と第2
の処理室とを結ぶ搬送路を備えたシリコン酸化膜形成装
置を用い、 第1のシリコン酸化膜形成工程を第1の処理室内にて行
い、その後、シリコン層を第1の処理室から搬送路を介
して第2の処理室に搬入し、次いで、第2のシリコン酸
化膜形成工程を第2の処理室にて行うことを特徴とする
請求項19に記載のシリコン酸化膜の形成方法。37. A first processing chamber and a second processing chamber for forming a silicon oxide film, and a first processing chamber and a second processing chamber for forming a silicon oxide film.
The first silicon oxide film forming step is performed in the first processing chamber using a silicon oxide film forming apparatus provided with a transfer path connecting the first processing chamber to the first processing chamber. 20. The method for forming a silicon oxide film according to claim 19, wherein the silicon oxide film is carried into the second processing chamber via the second processing chamber, and then the second silicon oxide film forming step is performed in the second processing chamber.
曝すことなく搬送路を介して第2の処理室に搬送するこ
とを特徴とする請求項37に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。38. The method for forming a silicon oxide film according to claim 37, wherein the silicon layer is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber via a transfer path without being exposed to the atmosphere. .
理室に搬送する際の搬送路の雰囲気温度を、第1のシリ
コン酸化膜形成工程における第1の処理室内の雰囲気温
度と略等しくすることを特徴とする請求項38に記載の
シリコン酸化膜の形成方法。39. The atmosphere temperature in the transfer path when transferring the silicon layer from the first processing chamber to the second processing chamber is substantially equal to the atmospheric temperature in the first processing chamber in the first silicon oxide film forming step. The method for forming a silicon oxide film according to claim 38, wherein the values are made equal.
のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式にて行うことを特
徴とする請求項37に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。40. A first step of forming a silicon oxide film and a step of forming a second silicon oxide film.
The method for forming a silicon oxide film according to claim 37, wherein the step of forming a silicon oxide film is performed by a batch method.
にて行い、第2のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式に
て行うことを特徴とする請求項37に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。41. The silicon oxide film according to claim 37, wherein the first silicon oxide film forming step is performed by a single wafer type, and the second silicon oxide film forming step is performed by a batch type. Forming method.
のシリコン酸化膜形成工程を枚葉式にて行うことを特徴
とする請求項37に記載のシリコン酸化膜の形成方法。42. A first silicon oxide film forming step and a second
The method for forming a silicon oxide film according to claim 37, wherein the step of forming a silicon oxide film is performed by a single wafer method.
第2の処理室に連通する搬送路の部分との間にシャッタ
ーが配設されたシリコン酸化膜形成装置を用いることを
特徴とする請求項37に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。43. A silicon oxide film forming apparatus in which a shutter is provided between a portion of the transfer path communicating with the first processing chamber and a portion of the transfer path communicating with the second processing chamber. The method for forming a silicon oxide film according to claim 37, wherein
後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すことを特
徴とする請求項19に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。44. The method according to claim 19, wherein after the second silicon oxide film forming step is completed, a heat treatment is performed on the formed silicon oxide film.
する不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項4
4に記載のシリコン酸化膜の形成方法。45. The atmosphere for the heat treatment is an inert gas atmosphere containing a halogen element.
5. The method for forming a silicon oxide film according to 4.
する請求項45に記載のシリコン酸化膜の形成方法。46. The method according to claim 45, wherein the halogen element is chlorine.
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46に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。47. The silicon oxide film according to claim 46, wherein the chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
行われることを特徴とする請求項44に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。48. The method according to claim 44, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 700 to 950 ° C.
徴とする請求項48に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。49. The method for forming a silicon oxide film according to claim 48, wherein the heat treatment is a furnace annealing process.
す際の雰囲気温度は、第2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際の雰囲気温度よりも
高いことを特徴とする請求項44に記載のシリコン酸化
膜の形成方法。50. An atmosphere temperature when performing heat treatment on the formed silicon oxide film is higher than an atmosphere temperature when forming the silicon oxide film in the second silicon oxide film forming step. 45. The method for forming a silicon oxide film according to 44.
了後、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、熱処理を施すための雰囲気温度まで
昇温することを特徴とする請求項50に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。51. After the completion of the second silicon oxide film forming step, the atmosphere is switched to an inert gas atmosphere containing a halogen element, and then the temperature is raised to an ambient temperature for performing heat treatment. A method for forming a silicon oxide film according to claim 50.
する請求項51に記載のシリコン酸化膜の形成方法。52. The method for forming a silicon oxide film according to claim 51, wherein the halogen element is chlorine.
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52に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。53. The silicon oxide film according to claim 52, wherein the chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
あることを特徴とする請求項44に記載のシリコン酸化
膜の形成方法。54. The method according to claim 44, wherein the atmosphere for the heat treatment is a nitrogen-based gas atmosphere.
て、シリコン酸化膜を形成する前の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19に記載のシリ
コン酸化膜の形成方法。55. The method for forming a silicon oxide film according to claim 19, wherein in the first silicon oxide film forming step, the atmosphere before forming the silicon oxide film is an inert gas atmosphere.
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、第1のシリコン酸化膜形
成工程を実行することを特徴とする請求項19に記載の
シリコン酸化膜の形成方法。56. A step of cleaning the surface of the silicon layer before the step of forming the first silicon oxide film, wherein the step of forming the first silicon oxide film is performed without exposing the silicon layer after the surface cleaning to the atmosphere. The method for forming a silicon oxide film according to claim 19, wherein:
了したときの雰囲気温度は、シリコン層の表面からシリ
コン原子が脱離しない雰囲気温度範囲内であることを特
徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成方法。57. An atmosphere temperature when the formation of a silicon oxide film having a desired thickness is completed is within an atmosphere temperature range in which silicon atoms are not desorbed from the surface of the silicon layer. The method for forming a silicon oxide film according to the above.
了した後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すこ
とを特徴とする請求項57に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。58. The method according to claim 57, wherein after the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, a heat treatment is performed on the formed silicon oxide film.
する不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項5
8に記載のシリコン酸化膜の形成方法。59. The heat treatment atmosphere is an inert gas atmosphere containing a halogen element.
9. The method for forming a silicon oxide film according to item 8.
する請求項59に記載のシリコン酸化膜の形成方法。60. The method according to claim 59, wherein the halogen element is chlorine.
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60に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。61. The silicon oxide film according to claim 60, wherein chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
行われることを特徴とする請求項58に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。62. The method according to claim 58, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 700 to 950 ° C.
徴とする請求項62に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。63. The method for forming a silicon oxide film according to claim 62, wherein the heat treatment is a furnace annealing process.
了したときの雰囲気温度は500゜C以下であることを
特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。64. The method of forming a silicon oxide film according to claim 1, wherein the atmosphere temperature when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed is 500 ° C. or less.
タキシャルシリコン層から成ることを特徴とする請求項
1に記載のシリコン酸化膜の形成方法。65. The method according to claim 1, wherein the silicon layer comprises an epitaxial silicon layer formed on the substrate.
とを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。66. The method according to claim 1, wherein the silicon oxide film is a gate oxide film.
成され、 シリコン酸化膜は、シリコン半導体基板の表面にゲート
酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化
膜であることを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。67. The silicon layer is composed of a silicon semiconductor substrate, and the silicon oxide film is an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before forming a gate oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate. 2. The method for forming a silicon oxide film according to item 1.
膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜
は、素子分離領域を形成するための酸化膜であることを
特徴とする請求項67に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。68. The oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate is an oxide film for forming an element isolation region. Of forming a silicon oxide film.
ンチ構造、又は、LOCOS構造及びトレンチ構造を有
することを特徴とする請求項68に記載のシリコン酸化
膜の形成方法。69. The method according to claim 68, wherein the element isolation region has a LOCOS structure, a trench structure, or a LOCOS structure and a trench structure.
膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜
は、犠牲酸化膜であることを特徴とする請求項67に記
載のシリコン酸化膜の形成方法。70. The method according to claim 67, wherein the oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before the gate oxide film is formed on the surface of the silicon semiconductor substrate is a sacrificial oxide film. .
温度以上、500゜C以下の雰囲気温度にて、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
化膜の形成を開始し、 湿式ガスを用いた酸化法によって、所望の厚さになるま
でシリコン酸化膜を形成することを特徴とするシリコン
酸化膜の形成方法。71. The formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas is started at an atmosphere temperature of 500 ° C. or more at a temperature at which the wet gas does not dew on the surface of the silicon layer. A method for forming a silicon oxide film, wherein the silicon oxide film is formed to a desired thickness by an oxidation method using a gas.
温度以上、450゜C以下の雰囲気温度にて、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
化膜の形成を開始することを特徴とする請求項71に記
載のシリコン酸化膜の形成方法。72. Starting the formation of a silicon oxide film on the surface of the silicon layer by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature of not less than a temperature at which the wet gas does not dew on the silicon layer surface and not more than 450 ° C. The method for forming a silicon oxide film according to claim 71, characterized in that:
温度以上、400゜C以下の雰囲気温度にて、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
化膜の形成を開始することを特徴とする請求項72に記
載のシリコン酸化膜の形成方法。73. A method for starting formation of a silicon oxide film on the surface of a silicon layer by an oxidation method using a wet gas at an ambient temperature of 400 ° C. or more and a temperature at which the wet gas does not dew on the surface of the silicon layer. The method for forming a silicon oxide film according to claim 72, characterized in that:
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により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71に記載のシリコン酸化膜の形成方法。74. An oxidation method using a wet gas is generated by a pyrogenic oxidation method, an oxidation method using water vapor generated by heating pure water, and bubbling heated pure water with an oxygen gas or an inert gas. 72. The method for forming a silicon oxide film according to claim 71, wherein the method is at least one of the oxidation methods using steam.
了したときの雰囲気温度は、シリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜の形成を開始する際の雰囲気温度よりも高いこ
とを特徴とする請求項71に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。75. An atmosphere temperature when forming a silicon oxide film having a desired thickness is completed is higher than an atmosphere temperature when starting formation of a silicon oxide film on a surface of a silicon layer. Item 71. The method for forming a silicon oxide film according to Item 71.
了した後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すこ
とを特徴とする請求項71に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。76. The method according to claim 71, wherein after the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, a heat treatment is performed on the formed silicon oxide film.
する不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項7
6に記載のシリコン酸化膜の形成方法。77. The atmosphere for the heat treatment is an inert gas atmosphere containing a halogen element.
7. The method for forming a silicon oxide film according to 6.
する請求項77に記載のシリコン酸化膜の形成方法。78. The method according to claim 77, wherein the halogen element is chlorine.
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78に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。79. The silicon oxide film according to claim 78, wherein the chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
行われることを特徴とする請求項76に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。80. The method according to claim 76, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 700 to 950 ° C.
徴とする請求項80に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。81. The method for forming a silicon oxide film according to claim 80, wherein the heat treatment is a furnace annealing process.
す際の雰囲気温度は、所望の厚さのシリコン酸化膜の形
成が完了したときの雰囲気温度よりも高いことを特徴と
する請求項76に記載のシリコン酸化膜の形成方法。82. The atmosphere temperature when the heat treatment is performed on the formed silicon oxide film is higher than the atmosphere temperature when the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed. The method for forming a silicon oxide film according to the above.
了した後、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、熱処理を施すための雰囲気温度
まで昇温することを特徴とする請求項82に記載のシリ
コン酸化膜の形成方法。83. After the formation of a silicon oxide film having a desired thickness is completed, the atmosphere is switched to an inert gas atmosphere containing a halogen element, and then the temperature is raised to an ambient temperature for performing a heat treatment. The method for forming a silicon oxide film according to claim 82, wherein:
する請求項83に記載のシリコン酸化膜の形成方法。84. The method according to claim 83, wherein the halogen element is chlorine.
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84に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。85. The silicon oxide film according to claim 84, wherein chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
了したときの雰囲気温度は500゜C以下であることを
特徴とする請求項71に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。86. The method of forming a silicon oxide film according to claim 71, wherein the ambient temperature when forming the silicon oxide film having a desired thickness is completed is 500 ° C. or lower.
了した後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すこ
とを特徴とする請求項86に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。87. The method according to claim 86, wherein after the formation of the silicon oxide film having a desired thickness is completed, a heat treatment is performed on the formed silicon oxide film.
する不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項8
7に記載のシリコン酸化膜の形成方法。88. The heat treatment atmosphere is an inert gas atmosphere containing a halogen element.
8. The method for forming a silicon oxide film according to 7.
する請求項88に記載のシリコン酸化膜の形成方法。89. The method according to claim 88, wherein the halogen element is chlorine.
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89に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。90. The silicon oxide film according to claim 89, wherein chlorine is in the form of hydrogen chloride, and the concentration of hydrogen chloride contained in the inert gas is 0.02 to 10% by volume. Formation method.
行われることを特徴とする請求項87に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。91. The method according to claim 87, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 700 to 950 ° C.
徴とする請求項91に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。92. The method for forming a silicon oxide film according to claim 91, wherein the heat treatment is a furnace annealing treatment.
は、不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項7
1に記載のシリコン酸化膜の形成方法。93. An atmosphere before forming a silicon oxide film is an inert gas atmosphere.
2. The method for forming a silicon oxide film according to item 1.
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、シリコン酸化膜の形成を行う
ことを特徴とする請求項71に記載のシリコン酸化膜の
形成方法。94. A process for cleaning a surface of a silicon layer before forming a silicon oxide film, wherein the silicon oxide film is formed without exposing the silicon layer after the surface cleaning to the atmosphere. Item 71. The method for forming a silicon oxide film according to Item 71.
タキシャルシリコン層から成ることを特徴とする請求項
71に記載のシリコン酸化膜の形成方法。95. The method according to claim 71, wherein the silicon layer comprises an epitaxial silicon layer formed on the substrate.
とを特徴とする請求項71に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。96. The method according to claim 71, wherein the silicon oxide film is a gate oxide film.
成され、 シリコン酸化膜は、シリコン半導体基板の表面にゲート
酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化
膜であることを特徴とする請求項71に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。97. The silicon layer is composed of a silicon semiconductor substrate, and the silicon oxide film is an oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before forming a gate oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate. 72. The method for forming a silicon oxide film according to 71.
膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜
は、素子分離領域を形成するための酸化膜であることを
特徴とする請求項97に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。98. The oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before forming the gate oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate is an oxide film for forming an element isolation region. Of forming a silicon oxide film.
ンチ構造、又は、LOCOS構造及びトレンチ構造を有
することを特徴とする請求項98に記載のシリコン酸化
膜の形成方法。99. The method according to claim 98, wherein the element isolation region has a LOCOS structure, a trench structure, or a LOCOS structure and a trench structure.
化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される酸化膜
は、犠牲酸化膜であることを特徴とする請求項97に記
載のシリコン酸化膜の形成方法。100. The method according to claim 97, wherein the oxide film formed on the silicon semiconductor substrate before forming the gate oxide film on the surface of the silicon semiconductor substrate is a sacrificial oxide film. .
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