半导体集成电路器件的制造方法技术

一种半导体集成电路器件的制造方法，包括以下步骤：（ａ）利用催化剂在第一温度下用氧气和氢气制备湿气；（ｂ）将所述如此制备的湿气转移至批量处理垂直氧化炉的晶片热处理室中，在所述室内的多个晶片周围形成湿氧化气氛，同时保持所述湿气为气态；并且（ｃ）通过将所述晶片加热到高于所述第一温度的第二温度，在所述晶片热处理室中的湿氧化气氛中对各个所述晶片的第一主表面上方的硅部件进行热氧化。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为1998年3月4日、分案提交日为2003年4月25日、申请号为03123307.4、专利技术名称为“”的专利申请的分案申请。本专利技术涉及包括半导体器件的，特别涉及适用于形成如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的栅氧化膜(绝缘膜)的技术。在半导体工业的最初阶段，广泛地使用起泡，即如氧气等的携带气体穿过起泡器中的水。虽然该技术的优点在于可以提供宽范围的湿气含量，但不能避免污染的问题，由此目前已很少使用该技术。因此，已广泛使用的氧气和氢气燃烧法，即致热系统，以避免起泡器的不足。对于本专利技术致力于的改进热氧化和为此使用的湿气产生法，以下为已知的现有技术。(1)在Ohmi的日本专利特许公开No.Hei 6-163517中，介绍了一种在半导体工艺中降低温度的低温氧化技术。在该应用例1申，提出了一种方法，其中氢气添加到包括约99％的氢气和约1％的氧气气体气氛中，添加量从100ppm到1％，在700℃以下特列是450℃以下的氢气燃烧温度通过不锈钢催化剂的作用得到水蒸汽。此外，在应用例2中，指出在由99％的氧气和1％的水蒸汽的气氛中热氧化硅，水蒸汽是使用催化剂在600℃的氧化温度在常压或压力下形成的。(2)在日本专利特许公开No.Hei 7-321102(Yosikoshi)中介绍了在850℃的氧化温度在很低的湿气浓度下，即0.5ppm的超低湿气含量区域或干燥区域内高温热氧化硅表面，以避免湿气造成的各种问题。(3)在Honma等人的日本专利特许公开No.Sho60-107840中，介绍了一种硅的热氧化法，其中为了减少在于氧化环境中湿气引起的含水量的变化，有目的地添加根据常规的方法形成的约几十ppm水平的很少量的湿气。(4)在日本专利特许公开No.5-152282(Ohmi I)中公开了一种具有氢气进料管和加热氢气进料管的装置的热氧化装置，进料管的内表面由Ni(镍)或含Ni的材料构成，以防止如前所述在石英管的端部产生颗粒。在所述热氧化装置中，通过在加热到300℃以上的氢气进料管内使氢气接触Ni(或含Ni的材料)，氢激活的反应物(species)与氧气或含氧气体反应形成水。特别是，随不涉及燃烧的催化系统形成水，由此氢气进料管不可能在它的端部熔化产生颗粒。(5)在日本专利特许公开No.Hei 6-115903(Ohmi II)中公开了一种湿气产生方法，使用了一种催化系统，包括混合氧气、氢气和惰性气体以制备第一混合气体的混合气体制备步骤，和第一混合气体引入到由具有催化作用并能将氢和氧转变为基团的材料构成的反应管内，加热反应管以使第一混合气体中存在的氢气和氧气反应，由此产生水的湿气产生步骤。根据该方法，能够在较低温度下进行反应使用的催化材料用做氢气和氧气之间反应使用的反应管。最终，能够在低温下产生水。因此，氢气、氧气和惰性气体的混合气体送入加热的反应管，在反应管内500℃以下的温度氢气和氧气进行完全的反应。由此，在低于燃烧系统的温度下得到含有湿气的气体。此外，如果从中去掉所有的塑料材料后仅将金属材料用做气体接触部分对金属表面进行钝化处理之后，那么从表面释放出的气体(湿气、碳氢化合物等)量很少。这允许在宽范围的浓度(覆盖ppb到％)中以更高的精确度产生更纯净的湿气。通过在酸或杂质浓度为几ppb以下的弱酸气氛中热处理已进行了电解抛光或电解组合物抛光的不锈钢进行钝化处理。(6)在日本专利特许公开No.Hei5-141871(Ohmi III)中公开了一种热处理装置，包括至少能够打开和关闭它的开口，通过它取出和放入要处理的产品，具有提供的气体进入其内的供气口的炉芯管，加热炉芯管内部的加热装置，与供气口连接的供气管，以及加热供气管的加热装置，其中至少供气管的内表面由Ni(含Ni的材料)制成。所述热氧化装置提供有氢激活反应物产生装置，以由氢气或含氢气体形成氢激活反应物，同时不产生等离子体，该装置位于放置在炉芯管内要处理的产品的位置的上游。氢气或含氢气体引入到氢激活反应物产生装置，以产生氢的激活反应物。为此目的，如果其上形成有氧化膜的硅衬底例如放置在炉芯管内作为要处理的产品，那么氢的激活反应物扩散到氧化膜内，终止了氧化膜中和氧化膜/硅界面的悬空键。由此，可以期望得到高可靠性的栅氧化膜。(7)在Nakamura等人的日本专利特许公开No.Hei 5-144804中，阐述了使用镍催化剂形成的氢激活反应物热处理氧化硅膜的技术。(8)在电化学协会的电子材料委员会发起的第45届半导体集成电路技术的论文集的128到133页，报导了强还原气氛中的硅氧化工艺，在强还原气氛中主要包括使用催化剂产生的适用于快闪存储器的隧道氧化膜的氢基和来自湿气的氢。(9)在Ohmi的日本专利特许公开No.Hei 6-120206中，介绍了一种烧结技术，使用借助镍催化剂产生的氢的激活反应物，用于绝缘和隔离选择性外延生长区的绝缘膜。(10)在Kobayashi等人的日本专利特许公开No.Sho59-132136中，介绍了一种在湿气和通常方法产生的氢气的氧化和还原性混合气氛中氧化和还原硅以及难熔金属的工艺。在大多数近来根据深亚微米设计原则制造的MOS器件中，需要形成10nm以下很薄的栅氧化膜，以保持精细分开的元件的电特性。例如，栅长度为0.35μm时，栅氧化膜的需要厚度约9nm。如果栅长度为0.25μm，可以假定氧化膜的厚度变得很薄，约4nm。一般来说，在干氧气氛中形成热氧化膜。形成栅氧化膜时，通常使用湿氧化工艺(湿气的局部压力的比例通常为几十％)，原因是可以减小膜中缺陷的密度。根据湿氧化工艺，在氧气的气氛中燃烧氢气的结果形成湿气，湿气和氧气一起提供到半导体晶片的表面(例如，制造集成电路的晶片或集成电路的晶片)，由此形成氧化膜。考虑到氢气的燃烧，氧气已预先充分地流过之后再点燃氢气，以便避免爆炸的危险。此外，氢气+氧气的混合气体中作为氧化反应物的湿气的浓度增加到约40％的水平(在气氛中的总压力中湿气占据的局部压力)。然而，应指出的是以上的燃烧系统有以下问题由于点燃并燃烧氢气的同时从固定在氢气提供管端部的石英喷嘴注入，当氢气的量太小时，反应火焰太靠近喷嘴；最终喷嘴被施加其上的热熔化，产生颗粒，成为半导体晶片的污染源(相反，如果氢气的量增加过量，反应火焰到达燃烧管的端部，所以使石英壁熔化，由此产生颗粒，或者火焰在壁表面冷却并熄灭，由此存在安全问题)。此外，在燃烧系统中，水+作为氧化反应物的氧气的混合气体中的湿气浓度很高以至氢气和OH基被吸入栅氧化膜。由此，如Si-H键、Si-OH等的结构缺陷容易在薄膜中或在与硅衬底的界面产生。通过施加如热载流于注入等的电压应力可以断开这些键，形成电荷陷阱，由此降低了如阈值电压变化等的膜的电特性。应该指出的是在本专利技术人的日本专利特许公开No.Hei9-172011和本专利技术人和Ohimi等人的国际专利公开No.PCT/JP97/00188(国际申请日1997年1月27日)中介绍了这些情况的具体内容和使用新颖的催化剂的改进的水形成装置的详细内容。根据我们的研究，已知的氧化形成方法很难厚度均匀且高精度地形成高质量5nm以下很薄的栅氧化膜(实际上当厚度超过5nm时，也期望得到类似的效果)。不必说，形成较厚的膜在许多方面同样不令人满意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体集成电路器件的制造方法，包括以下步骤：　　　　（ａ）利用催化剂在第一温度下用氧气和氢气制备湿气；　　　　（ｂ）将所述如此制备的湿气转移至批量处理垂直氧化炉的晶片热处理室中，在所述室内的多个晶片周围形成湿氧化气氛，同时保持所述湿气为气态；并且　　　　（ｃ）通过将所述晶片加热到高于所述第一温度的第二温度，在所述晶片热处理室中的湿氧化气氛中对各个所述晶片的第一主表面上方的硅部件进行热氧化。

【技术特征摘要】
JP 1997-3-5 050781/19971.一种半导体集成电路器件的制造方法，包括以下步骤(a)利用催化剂在第一温度下用氧气和氢气制备湿气；(b)将所述如此制备的湿气转移至批量处理垂直氧化炉的晶片热处理室中，在所述室内的多个晶片周围形成湿氧化气氛，同时保持所述湿气为气态；并且(c)通过将所述晶片加热到高于所述第一温度的第二温度，在所述晶片热处理室中的湿氧化气氛中对各个所述晶片的第一主表面上方的硅部件进行热氧化。2.根据权利要求1的半导体集成电路器件的制造方法，其中所述绝缘膜是绝缘栅型场效应晶体管的栅绝缘膜。3.根据权利要求2的半导体集成电路器件的制造方法，其中所述绝缘栅型...

【专利技术属性】
技术研发人员：田边义和，酒井哲，夏秋信义，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]