专利名称：半导体器件的制造方法和半导体制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种技术，以抑制在用于半导体器件的非单晶膜的硅膜表面上的异常生长，也就是，在多晶硅膜和非晶硅膜的表面上硅的异常生长。更特别地，本发明涉及一种技术，其有效地用于一种单晶片的处理，这种单晶片处理包括形成多晶硅膜的步骤。
背景技术：
在本发明的发明人对本发明进行研制期间，研究了以下所述的技术，其要点将如下表示。
在半导体器件的制造过程中，将硅膜(多晶硅膜或非晶硅膜)用作MOS晶体管的栅极材料和闪存等的浮动电极材料。例如，在洁净晶片的硅表面通过热氧化形成由SiO2构成的硅栅绝缘膜之后，在氮气环境中使用硅烷气体等，通过CVD(化学汽相淀积)在栅绝缘膜上淀积硅膜，然后将杂质例如磷掺杂到淀积的硅膜中。可选择地，在形成硅膜时混合杂质例如磷。其后，通过用光刻等方法形成栅极图形的处理，形成栅极。
日本公开的专利No.2002-305255公开一种双栅CMOSFET(互补金属氧化物场效应晶体管)的结构，它具有通过在多晶硅中注入杂质而形成的栅极。
发明内容
如上所述，已经提出和制造了各种类型的半导体器件，它们具有所谓的硅栅电极，也就是，由硅膜形成的栅极。然而，主要用于硅栅电极的多晶硅是通过其中使硅在低压条件下生长的低压CVD形成的。在低压CVD下，使用成批处理，其中在垂直型室等室内共同地存储和处理大量晶片。
本发明的发明人发现一种现象，在使用单晶片处理的半导体器件的生产线中，在形成多晶硅的步骤中发生多晶硅的异常生长，尽管在常规成批处理中它不至于引起严重问题。
在单晶片处理中，在各晶片上形成多晶硅，并例如在FOUP内一个接一个地存储预定数目的其上形成多晶硅的晶片，而且转移到下一个步骤。将晶片从所转移的FOUP内一个接一个地取出，并且例如对各晶片执行处理，以对晶片上形成的多晶硅应用预定图形。
在生产线上的正常处理流程中无特别问题发生。然而，当生产线为了洁净室的定期清洁或其他类似原因而停止时，其上形成有多晶硅的晶片在FOUP内长时间处在备用状态下，并且在这样的备用状态下，会在晶片上形成的多晶硅上发生异常生长。
然而，在常规成批处理的情况下，也根据每天的情况留下其上形成有多晶硅的晶片，并且单晶片处理的备用状态时间不象成批处理的备用状态时间那样长。
作为各种检测成批处理与单晶片处理之间差别的结果，本发明的发明人发现如下事实。也就是，在通常的成批处理中，通过低压CVD或其他类似方法一次在大量晶片上形成多晶硅膜，然后将晶片转移到空气中同时保持高温。因此，晶片上的多晶硅与空气中的氧自然起反应，并且在其上形成氧化膜，而自然形成的氧化膜抑制多晶硅的异常生长。
另一方面，在单晶片处理中，在各晶片上形成多晶硅膜，并且其后立即将晶片放置在FOUP的封闭空间中。因此，与成批处理不同，晶片暴露于空气中的时间短，并且高活性多晶硅与FOUP内的空气中的水蒸气等起反应，因此发生异常生长。
上述异常生长还在除单晶片处理以外的处理中发生。更具体地，在使用装载锁定系统的成批处理中，其中经处理的晶片不直接暴露于空气，或在经处理的晶片在N2环境下取出的成批处理中，不形成自然氧化膜。因此，很可能发生与单晶片处理类似的上述问题。
本发明的发明人的研究发现了这样的问题，当使晶片保留在FOUP内至少6小时时，发生异常生长。显然，多晶硅的异常生长的开始时间根据掺杂入多晶硅的磷量、存储晶片的FOUP内的环境中的含水量以及其他类似条件而差别极大。因此，即使时间是6小时或更短，也不能保证不发生引起问题的多晶硅的异常生长。
如果适当地操作单晶片处理的生产线，多晶硅的异常生长不会引起任何问题。然而，非常可能由于设备的故障而使生产线停止6小时或更长。如果在每次生产线停止和其他类似情况下，在晶片上形成的多晶硅都发生异常生长，则产品缺陷率就变得极高，并且显著地减小了生产量，这样极大地影响生产效率。
而且，上述多晶硅的异常生长在除转移到下一个步骤以外的事件中也发生。例如，即使在后面步骤多晶硅形成图形的情况下，也极有可能在多晶硅的表面暴露于周围环境期间，发生异常生长。在多晶硅的图形形成中使用基于氟的气体，例如SF6。然而，当表面上留有基于氟的气体的多晶硅暴露于空气时，即使在短时间内也容易发生异常生长。
图1表示在晶片上形成的多晶硅的异常生长的示例。图1是表示按以下方式产生的多晶硅的异常生长的照片。也就是，在光刻法处理中对掺杂有磷的多晶硅执行了通过抗蚀剂形成蚀刻掩模、通过蚀刻掩模进行蚀刻以及通过灰化去除蚀刻掩模之后，将多晶硅放置6小时或更长时间。在多晶硅上形成具有直径约1μm的球形外界物质的突起。由于异常生长形成的球形外界物质不能由随后的清洁去除，这样会引起严重故障。
本发明的一个目的是抑制膜表面异常的发生，例如，抑制在晶片上形成的硅膜上的异常生长。
本发明的以上和其他目的及新颖特征通过本说明书的描述部分和附图显而易见。
本申请公开的本发明的典型发明将简短地描述如下。
更具体地，本发明中，在形成硅膜之后，在预定时间之内在表面上形成氧化膜，或在预定时间之内执行下面的处理，以便防止在膜表面上发生异常生长。通过在晶片上形成多晶硅或非晶硅之后立即使用氧化剂例如臭氧水，使多晶硅或非晶硅的表面强制氧化，而不是依赖于自然氧化。通过这样做，能抑制膜的表面异常。
由本申请公开的本发明的代表发明所得到的效果将简短地描述如下。
按照本发明，即使在不同于成批处理的单晶片处理中，也能抑制在晶片上形成的多晶硅或非晶硅的异常生长。
图1是表示多晶硅的异常生长的外观的照片。
图2是表示处理过程示例的流程图，其中在半导体器件的制造方法中通过控制备用时间，抑制在形成多晶硅之后硅的异常生长的发生。
图3A是表示按照本发明的实施方式的半导体器件的制造方法的过程示例的流程图。
图3B是表示与图3A的制造方法相对应的常规制造方法过程的流程图。
图4是示意表示其中在晶片上形成的多晶硅上形成异常生长抑制膜的外观的横截面图。
图5是表示按照本发明的实施方式的半导体器件制造方法的过程示例的流程图。
图6是表示按照本发明的实施方式的半导体器件制造方法的过程示例的流程图。
图7A是示意表示按照本发明的半导体器件制造方法所制造的半导体器件的截面结构的横截面图。
图7B是表示通过与氧化膜接触的金属吸收在多晶硅上形成的氧化膜的状态的部分横截面图。
图8是示意表示按照本发明的实施方式的半导体制造设备的配置示例的说明图。
图9是示意表示按照本发明的实施方式的半导体制造设备的配置的一个变形示例的说明图。
图10是示意表示按照本发明的实施方式的半导体制造设备的配置的一个变形示例的说明图。
图11是示意表示按照本发明的半导体器件制造方法所制造的用于液晶显示器的TFT的截面结构的横截面图。
具体实施例方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施方式。注意在用于描述实施方式的全部附图中，具有相同功能的部件用同样标号指示，并且省略其重复描述。
(第一实施方式)为了抑制在晶片上形成的多晶硅膜的表面上的异常生长，将在本实施方式中描述一种按照本发明的半导体器件的制造方法，其中如图2所示，控制备用时间，以便使多晶硅的单晶片处理中的异常生长发生得最少。
更具体地，在图2所示的处理中，在步骤S1通过CVD在晶片上形成多晶硅膜。在步骤S2，使所形成的多晶硅膜形成图形。例如，在多晶硅上形成光敏抗蚀剂，使用预定图形将抗蚀剂曝光，然后显影，以形成蚀刻掩模，而且沿蚀刻掩模通过使用基于氟的气体等进行蚀刻，将多晶硅形成图形。
在步骤S3，通过使用基于氟的气体进行蚀刻，去除蚀刻掩模，然后通过灰化完全去除蚀刻掩模。在去除之后，在步骤S4对其进行清洁。然后，在步骤S5，在形成图形的多晶硅上形成内层绝缘膜(SiO2)，或在其上层叠电容器氧化膜(SiO2/Si3N4/SiO2)或其他类似膜。
如果能控制步骤1与2之间、步骤2与3之间、步骤3与4之间以及步骤4与5之间的各备用时间，以便将异常生长限制在防止异常生长发生的预定时间之内，则能充分抑制上述异常生长。
更具体地，为了防止在多晶硅膜表面上的异常生长，将形成多晶硅膜之后到下一个步骤的转换时间设置为足够短，以防止发生异常生长。在这个时间设置中，优选地将时间设置为在这段时间内实际上不可能发生异常生长的时间。也就是，优选能够完全防止发生异常生长的时间设置。
然而，根据处理条件等，在形成多晶硅膜之后的极短时间内可能发生异常生长。因此，把在后面处理中不会引起任何问题，并且不会不利地影响半导体器件特性的允许的异常生长，认为是基本上可忽略的异常生长，并且同样优选将上述要点考虑在内的时间设置。例如，将上述防止发生异常生长的足够短的时间限定为这样的时间，以防止在后面的处理中引起问题或不利地影响半导体器件的特性的异常生长的发生。
注意控制备用时间的方法不限于在晶片上形成多晶硅的情况。例如，它也能有效地应用于形成非晶硅的情况。
(第二实施方式)在第二实施方式中，将描述把按照本发明的半导体器件制造方法应用于抑制在晶片上形成的多晶硅的异常生长的情况。
在第一实施方式中，已经描述了通过控制各步骤的备用时间，也就是，通过将备用时间设置为足够短以防止在膜表面上发生异常生长，来防止硅的异常生长的方法。然而，根据现场条件，如上所述的时间控制有时很困难。此外，当由于生产线故障或其他类似原因使步骤中的任何一步停止时，可能使预定备用时间延长，并且在有些情况下不能执行如计划那样的时间控制。
因此，除上述控制备用时间的方法以外，作为抑制硅表面异常的方法，在该方法中在发生硅的表面异常之前执行下一个处理，本发明的发明人发现在转换到下一个步骤之前，也就是，在形成硅膜之后，立即使表面强制氧化的方法很有效。这种方法将在第二实施方式中描述。
图3A是表示按照本发明的半导体器件制造方法的过程示例的流程图，其中设有形成用于抑制多晶硅异常生长的膜(以下称为“异常生长抑制膜”)的步骤。图3B是表示半导体器件的常规制造方法过程示例的流程图，其中并不设有形成用于抑制多晶硅的异常生长的膜的步骤。图4是示意表示其中在晶片上形成的多晶硅膜上形成异常生长抑制膜的状态的横截面图。图5是表示按照本发明的半导体器件制造方法的过程示例的流程图，其中设有执行可有效抑制多晶硅的异常生长的氧化处理的步骤。
按照本发明的半导体器件的制造方法能有效地应用于包括在晶片上形成多晶硅膜的步骤的半导体器件制造方法。更特别地，它能有效地用于单晶片处理，与成批处理不同，单晶片处理在晶片上形成的多晶硅的表面几乎不形成具有足够厚度的自然氧化膜。
类似地，它能有效地用于使用装载锁定系统的成批处理，其中在形成多晶硅膜之后不使晶片直接暴露于空气，或用于在形成多晶硅膜之后在N2环境下取出晶片的成批处理。
如图3A所示，按照本发明的半导体器件制造方法包括步骤S1，以在晶片上形成多晶硅膜；和紧接步骤S1之后的步骤S10，其中在步骤S1形成的多晶硅上形成用于抑制多晶硅的异常生长的异常生长抑制膜。
在形成异常生长抑制膜的步骤S10，使步骤S1形成的多晶硅膜的表面氧化，以用另一个氧化膜覆盖多晶硅膜的表面，以便使多晶硅膜的表面不直接暴露于周围空气。如上所述，多晶硅为高活性。当多晶硅与空气接触时，掺杂入多晶硅的磷与空气中的水蒸气起反应形成磷酸，并且磷酸与硅起反应。结果，发生异常生长。然而，通过用氧化膜或其他类似膜构成的异常生长抑制膜来覆盖多晶硅的表面，能有效地抑制异常生长的发生。
表1
表1表示通过使用按照本发明的半导体器件制造方法，在多晶硅上形成异常生长抑制膜的情况下的效果。更具体地，表1表示在晶片上形成掺杂有磷的多晶硅膜并且保留10天的情况(表中的“未经处理”)下与对多晶硅膜的表面使用20ppm的臭氧水执行10秒的氧化处理，以形成由氧化膜构成的异常生长抑制膜，并且使多晶硅膜保留10天的情况(表中的“经O3处理”)下，两者之间多晶硅的异常生长的比较结果。
如从表1显而易见，在不形成异常生长抑制膜而保留多晶硅的情况下，发现因异常生长导致的缺陷在10000pcs/wf的水平。另一方面，在形成异常生长抑制膜并且保留多晶硅膜的情况下，缺陷数与形成多晶硅膜之后紧接着的缺陷数几乎相等。因此，在形成多晶硅膜之后形成氧化膜，对于抑制异常生长非常有效。
在步骤S10形成异常生长抑制膜之后，在步骤S6执行对多晶硅的处理，例如形成栅极的图形形成。如果在步骤S10形成的异常生长抑制膜在步骤S6对多晶硅的处理施加不利影响，如图3A所示，则可以在步骤S11去除异常生长抑制膜。而且，当异常生长抑制膜在后面的处理中不会引起任何故障，并且不会不利地影响半导体器件的特性时，则可以留下异常生长抑制膜而不在步骤S11去除它。
图4是示意表示在晶片W上的多晶硅膜10上形成异常生长抑制膜20例如氧化膜20a的状态下的横截面图。
在半导体器件常规制造方法的形成多晶硅膜的处理中，如图3B所示，在步骤S1与S6之间并不设有用于抑制多晶硅的异常生长的步骤。因此，在单晶片处理的条件下形成多晶硅并且处理多晶硅的情况下，发生异常生长。然而，当应用图3A所示的按照本发明的半导体器件制造方法的过程时，即使在正常情况下经常发生异常生长的单晶片的处理中，也能有效地抑制多晶硅的异常生长。
在成批处理中多晶硅的异常生长并不明显的原因是多晶硅放置在使其表面自然氧化的情况下。然而，图3A所示的过程不仅能应用于单晶片处理，而且能应用于成批处理。例如，当在成批处理中容易发生异常生长的条件下处理其上形成多晶硅的晶片时，能有效地应用图3A所示的过程。
更具体地，它能有效地用在使用装载锁定系统的成批处理中，其中在形成多晶硅膜之后使晶片不直接暴露于空气，并且用在形成多晶硅膜之后在N2环境下取出晶片的成批处理中。
图5更详细地表示按照本发明的半导体器件的制造方法。更具体地，在步骤S1，通过CVD或其他类似方法在晶片上形成多晶硅膜。在形成多晶硅膜之后，在步骤S100使多晶硅膜的表面氧化。这个表面氧化在多晶硅膜上形成氧化膜，并且该氧化膜起如上所述的多晶硅的异常生长抑制膜的作用。
基本上，能将任何手段例如物理手段和化学手段用于步骤S100的氧化，只要它能使多晶硅膜氧化。然而，从处理时间、处理成本、处理安全以及其他类似方面的观点来说，本发明的发明人确定使用臭氧水的氧化处理和使用过氧化氢溶液作为氧化剂的化学溶液处理是优选的。
例如，当将臭氧水用于步骤S100的氧化步骤时，可利用将臭氧溶入纯水或超纯水所得到的臭氧水(也称为臭氧添加水或臭氧溶解水)。5ppm或更高的臭氧浓度为优选。5ppm或更低的浓度不作为优选，因为当考虑在单晶片处理中将处理过的晶片转换到下一步骤的节拍时间时，反应将会缓慢并且不充分。
当浓度是5ppm时，氧化处理用约20秒完成，以形成具有约0.8nm厚度的氧化膜。当浓度是20ppm时，氧化处理用约10秒完成。如上所述，臭氧水使得可以在极短时间内完成氧化过程。
注意，在使用装载锁定系统的成批处理中，和其中在N2环境下取出晶片的成批处理中，因为与单晶片处理比较不要求严格考虑节拍时间，所以也可利用浓度低于5ppm的臭氧水。
而且，因为臭氧水能分解为不影响环境的水和氧，所以在处理的时候从环境措施的观点来说它是有效的。
而且，例如，当在步骤S100的氧化处理中使用化学溶液时，优选地使用过氧化氢溶液。在半导体器件制造领域，过氧化氢溶液用作晶片的清洁溶液和化学机械磨光中的泥浆。因此，因为已经充分验证了在半导体器件的制造中过氧化氢溶液的可用性，所以可以安全地使用过氧化氢溶液。另外，因为迄今为止一直使用过氧化氢溶液，所以从供给成本的观点来说它是有利的。
此外，因为过氧化氢溶液分解为水和氧，所以在进行与臭氧水类似的处理时，从环境措施的观点来说它是优选的。当然，如果不特别要求如上所述的考虑，也可利用除过氧化氢溶液以外的具有氧化特性的化学溶液。例如，可利用用作清洁溶液的AMP(NH4OH/H2O2/H2O)或HPM(HCl/H2O2/H2O)。
如图5所示，在按照本发明的半导体器件制造方法中，通常在多晶硅的图形形成处理之前设有多晶硅的氧化处理。更具体地，有必要在晶片上形成多晶硅之后，在多晶硅上执行例如形成膜的步骤之前，设有氧化处理的步骤S100。设有步骤S100的氧化处理是为了抑制当高活性多晶硅膜直接暴露于空气或其他类似气体时所引起的异常生长的发生。在这个意义上，有必要在形成多晶硅膜之后紧接着设有氧化处理作为一个步骤。
而且，在步骤S100为了抑制多晶硅的异常生长所形成的氧化膜不要求厚度等于通常内层绝缘膜和用作抗蚀剂的硬掩模的厚度。也就是，在多晶硅的当前掺杂磷量(1×1020atoms/cm3水平)的情况下，如果能保证单层厚度至少等于单层原子，则足以实现抑制多晶硅的异常生长。
严格地，起异常生长抑制膜作用所要求的氧化膜的厚度根据掺杂入多晶硅的磷量而变化。然而，从向多晶硅中掺杂的当前磷量的观点来说，足以将单层的厚度设定为其下限。
当然，当使用比当前掺杂量小的磷掺杂量时，能使起异常生长抑制膜作用的氧化膜的厚度比单层的厚度小。例如，可利用厚度为0.2nm或0.3nm的氧化膜。
如图5所示，在晶片上形成的多晶硅膜的表面上形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜之后，将晶片转移到步骤S2，其中执行多晶硅的图形形成。通过这样做，可以有效地抑制在图形形成处理之前多晶硅的异常生长。
例如，如一系列步骤S21至S25所示，在通过使用抗蚀剂的光刻法使多晶硅形成图形的情况下，例如，在步骤S100形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜之后，在步骤S101通过蚀刻去除该氧化膜。即使当在步骤S101去除氧化膜时，也可以在后面步骤中发生多晶硅的异常生长之前执行图形形成处理，除非备用时间比所需的时间长。
在步骤S101去除氧化膜之后，在步骤S21在多晶硅上涂上光敏抗蚀剂。在步骤S22通过标线使抗蚀剂曝光，并且在步骤S23显影。然后，在步骤S24形成用于使多晶硅膜形成图形的蚀刻掩模。在步骤S25使用蚀刻掩模执行多晶硅膜的蚀刻。
在多晶硅的图形形成之后，通过使用基于氟的气体的蚀刻和灰化，完全去除蚀刻掩模。在去除蚀刻掩模之后，在步骤S4清洁晶片，并且在随后的步骤S5中在形成图形的多晶硅上形成内层绝缘膜(SiO2)和其他类似膜。
如上所述，通过使用按照本发明的半导体器件的制造方法，在使用抗蚀剂使多晶硅形成图形的情况下，即使在形成多晶硅膜之后，当备用时间变得例如比6小时长时，因为在多晶硅上形成了氧化膜，所以能充分抑制在引起缺陷的图形形成处理之前多晶硅异常生长的发生。
注意在前面描述中，已经描述了在步骤S101去除在多晶硅膜上形成的起异常生长抑制膜作用的氧化膜的情况。然而，如果异常生长抑制膜在后面的处理中不会引起任何问题，也不会不利地影响半导体器件的功能特性，则也可以保留起异常生长抑制膜作用的氧化膜，而不在步骤S101去除它。在不去除氧化膜的情况下，在步骤S25对起异常生长抑制膜作用的氧化膜和多晶硅膜进行蚀刻。本发明的发明人确信如果异常生长抑制氧化膜具有小于2nm的厚度，在通常处理中没有问题。
其次，将描述把氧化膜用作蚀刻掩模以代替由抗蚀剂形成的蚀刻掩模的情况。同样在这样的情况下，如图5所示在步骤S1在晶片上形成多晶硅膜。然后，在步骤S100，在形成的多晶硅膜上形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜。其后，过程进到步骤S2的多晶硅图形形成步骤，而不去除多晶硅膜上的氧化膜。
在步骤S2的多晶硅的图形形成步骤中，在步骤S201形成氧化膜，以形成多晶硅的蚀刻掩模。更具体地，使步骤S100形成的氧化膜的厚度增加到预定值。然后，在步骤S202，将步骤S100所形成的氧化膜上涂上光敏抗蚀剂。在步骤S203通过标线使抗蚀剂曝光，并且在步骤S204显影。其后，在步骤S205形成由氧化膜构成并且用于使多晶硅形成图形的蚀刻掩模。在步骤S206，使用蚀刻掩模执行多晶硅膜的蚀刻。
在多晶硅的图形形成之后，与上述的情况类似，在步骤S3通过使用基于氟的气体的蚀刻和灰化，完全去除蚀刻掩模。在去除蚀刻掩模之后，在步骤S4清洁晶片，并且在随后的步骤S5，在形成图形的多晶硅上形成内层绝缘膜(SiO2)和其他类似膜。
在上述把氧化膜用作多晶硅的图形形成的蚀刻掩模的情况下，在步骤S100用于形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜的氧化处理看起来与步骤S201的氧化膜形成步骤重复。然而，当在多晶硅膜上形成起蚀刻掩模作用的氧化膜的处理时间比在晶片上形成多晶硅膜的处理时间长时，该过程的应用更有效。
更具体地，当如上所述的处理时间之间有差别时，在转移到用于形成氧化膜的装置之前，其上在步骤S1中形成有多晶硅膜的晶片不可避免地在FOUP等装置中等待，上述氧化膜用于在步骤S201形成蚀刻掩模。因此，有可能在转移到步骤S202之前，在多晶硅膜上发生异常生长。为了防止它，如图5所示，在步骤S201之前设有步骤S100，以便抑制在备用时间期间多晶硅的异常生长。
另外，根据情况，还可以在转移到步骤S201之前，在步骤S101去除起异常生长抑制膜作用的氧化膜。
在前面的描述中，在使晶片上形成的多晶硅膜形成图形的情况下，在图形形成步骤之前，也就是，在形成多晶硅膜之后立即形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜。然而，按照本发明的半导体器件的制造方法能有效地应用于如下情况，即如图6所示在晶片上形成的多晶硅膜上淀积除氧化膜以外的膜。
在图6所示的情况下，在步骤S1通过CVD在晶片上形成多晶硅膜。其后，在步骤S100，使步骤S1所形成的多晶硅膜的表面氧化，以在多晶硅膜上形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜。然后，在步骤S101去除氧化膜，并且在步骤S7在多晶硅膜上形成除氧化膜以外的膜，例如硅化钨(WSi)膜。
注意也可以留下起异常生长抑制膜作用的氧化膜而不去除它，只要它不会不利地影响后续处理和半导体器件的特性。
图7A示意表示一个半导体器件的结构示例，其中把按照上述方法在晶片上形成的多晶硅膜用作栅极。更具体地，图7A表示用作闪存100a的半导体器件100的示例。
在晶片W的P型Si衬底上形成源(N+)区110和漏(N+)区120，并且通过接触对各区形成由铝(Al)构成的源极110a和由铝(Al)构成的漏极120a。
针对源区110和漏区120形成第一栅氧化膜(隧道氧化膜)130，横跨两个区延伸的第一栅氧化膜130中形成浮动栅140。按如图7A所示方式形成场效氧化膜131。
形成控制栅160，以与浮动栅140相对，在其上两者之间插入起电容器作用的第二栅氧化膜150，并且通过与内层绝缘膜170所包围的控制栅160上的接触，形成由铝(Al)构成的控制栅极160a。
在具有上述结构的闪存100a中，浮动栅140和控制栅160由多晶硅形成。在图7A所示的情况下，在由多晶硅构成的浮动栅140上去除起异常生长抑制膜作用的氧化膜，在由多晶硅构成的控制栅160上不去除起异常生长抑制膜作用的氧化膜180。
更具体地，当晶片上形成的多晶硅膜形成图形，以形成浮动栅时，在步骤S101去除通过使用臭氧水的氧化装置在步骤S100所形成的氧化膜，它在多晶硅膜上起异常生长抑制膜的作用，如图4所示。另一方面，在形成控制栅160的处理中，当多晶硅膜形成图形，以形成控制栅时，不去除通过使用臭氧水的氧化装置在步骤S100所形成的氧化膜180并且对其进行处理，该氧化膜起异常生长抑制膜的作用。
注意由于氧化膜180能起异常生长抑制膜的作用，当氧化膜180的厚度几乎等于单层的厚度时，氧化膜180的厚度远小于通常内层绝缘膜和其他类似膜的厚度。因此，当氧化膜180与还原金属接触时，有可能使氧化膜180被吸收到还原金属中。因此，与图7A所示的横截面图不同，并不总是能明显地识别氧化膜180。例如，如图7B所示，控制栅160的多晶硅上留下的氧化膜180被部分地吸收到控制栅极160a的Al中，并且在有些情况下不能明显地识别氧化膜180。
(第三实施方式)在第三实施方式中，根据第二实施方式所述的半导体器件的制造方法，将描述通过使用起氧化剂作用的气体来代替液体氧化剂例如臭氧水和过氧化氢溶液，能够形成具有如第二实施方式所述相同效果的异常生长抑制膜的半导体制造设备。
图8是示意表示按照本发明的半导体制造设备30的示例性说明图，它通过用作多室多晶硅形成设备的CVD设备(化学汽相淀积设备)30a作为代表。
如图8所示，CVD设备30a设有装载口31，在该口晶片被从先前步骤转移至下一个步骤。在晶片存储单元例如FOUP内共同地存储多个晶片，并且在这种状态下，由转移机器人通过装载口31将晶片从先前步骤自动地转移至下一个步骤。
装载口31的位置紧邻空气装载室32，并且空气装载室32通过装载锁33与一个转移室34连接。在图8所示的情况下，装载锁33包括向外装载锁33a和回向装载锁33b，向外装载锁33a专门用于晶片W从空气装载室32转移到转移室34，回向装载锁33b专门用于在其上形成多晶硅膜的晶片W从转移室34返回空气装载室32。
回向装载锁33b设有氧供给口，以便通过回向装载锁33b将晶片W暴露于高浓度氧环境。更具体地，在形成多晶硅膜之后，回向装载锁33b起晶片W的氧化装置的作用。向外装载锁33a不设有上述氧供给口。
空气装载室32设有转移机器人41，晶片W通过设在空气装载室32内的定位器43，在转移室34内设有的转移机器人41与转移机器人42之间转移。转移室34与处理室35和36连接。在处理室35和36内，设有化学汽相生长装置，作为在晶片W上形成多晶硅膜的多晶硅形成装置。
虽然没有示出，化学汽相生长装置具有如下的配置。也就是，处理室35和36各自内设有用于材料气体的供给口和排出口，其中供给的材料气体被加热到预定温度，并且在室内由晶片夹盘所夹持的晶片W上，通过化学汽相生长淀积多晶硅。转移室34及处理室35和36与真空排出系统(未示出)连接，以便保持预定低压条件。
在具有上述配置的多室CVD设备30a中，在晶片W上形成多晶硅膜之后，能立即形成能够抑制多晶硅的异常生长的氧化膜。按以下方式在相同设备中，在晶片上形成多晶硅膜和异常生长抑制膜。
首先，将FOUP内存储的多个晶片W从先前步骤转移到CVD设备30a的装载口31。将转移机器人41所持的每一个晶片W从位于装载口31处的FOUP中取出，并且通过向外装载锁33a传送到转移室34内的转移机器人42。转移机器人42将所传送的晶片W放置在处理室35内的晶片夹盘上。
当晶片W夹持在晶片夹盘上时，处理室35与转移室34之间的门关闭，并且使压力减小到预定压力。然后，加热到预定温度的材料气体通过室内的晶片W，由此在晶片W上形成多晶硅膜。
当在处理室35内的晶片W上形成多晶硅膜时，按上述相同方式使另一个晶片W转移到邻近处理室36，然后开始形成多晶硅膜的处理。
在处理室36内使晶片W上形成多晶硅膜期间，完成在处理室35内形成多晶硅膜的处理，并且打开转移室34的门。然后，由转移机器人42将晶片夹盘所夹持的晶片W取出，并且通过回向装载锁33b经由空气装载室32内的定向器43传送到转移机器人41。
当其上形成了多晶硅膜的晶片W通过回向装载锁33b时，仍处于高温的晶片W暴露于供给回向装载锁33b的高浓度氧。从而，立即使多晶硅膜的表面氧化，并且形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜。
通过转移机器人41在位于装载口31处的FOUP内存储晶片W，该晶片W具有在多晶硅的表面上形成起异常生长抑制膜作用的氧化膜。当在FOUP内存储了预定数目的在多晶硅表面形成有异常生长抑制膜的晶片W时，将晶片W转移到下一个步骤，例如多晶硅的图形形成以及其它类似处理。可选择地，使晶片W等待预定时间。
由于按照本发明的CVD设备30a具有在晶片上形成多晶硅的装置，以及在形成多晶硅膜之后立即在多晶硅的表面上形成氧化膜的氧化装置，所以通过用形成的氧化膜覆盖多晶硅的表面，能有效地抑制多晶硅的异常生长的发生。而且，因为在形成多晶硅膜的设备内设有氧化装置，所以与在分开的设备内设有氧化装置的情况比较，能在形成多晶硅膜之后的短时间内连续形成氧化膜。
在图8所示的情况中，将装载锁33分成向外和回向装载锁。然而，还已知包括在空气装载室与转移室之间用于转移晶片W的装载锁的配置。在这种情况下，能控制高浓度氧的供给，以便仅当返回晶片时供给高浓度氧。
在图9所示的CVD设备30a中，因为对处理室35和36内供给氧，所以在晶片上形成多晶硅膜之后，能在相同室内执行氧化处理。例如，在处理室35和36内形成多晶硅膜的时候，通过与处理室35和36连接的排出系统完全地排出材料气体例如SF4，然后通过材料供给系统供给氧气。按这样方式，能在相同室内连续地执行形成多晶硅膜的处理和在形成多晶硅膜之后立即形成氧化膜的处理。在形成氧化膜之后，通过排出系统排出氧，并且通过供给系统供给材料气体，以在另一个晶片上形成多晶硅膜。更具体地，能在相同室内选择地执行形成多晶硅膜的处理和形成氧化膜的处理。
图10表示对转移室34另外设有异常生长抑制膜形成室37的配置。如图10所示，在处理室36与回向装载锁33b之间设有异常生长抑制膜形成室37。在异常生长抑制膜形成室37内，能在处理室35和36内的晶片上所形成的多晶硅的表面上形成氧化膜。在异常生长抑制膜形成室37内设有向室内供给氧的氧供给系统和从室内排出氧的排出系统。此外，还可以设有加热器，以便在较高温度下并且在短时间内执行氧化处理。
在前述中，已经根据实施方式具体地描述了由本发明的发明人所实现的发明。然而，不用说本发明不限于前述实施方式，并且能在本发明的范围内实现各种变更和改变。
例如，已经描述了将按照本发明的半导体器件制造方法应用于用作闪存100a的半导体器件100。按照本发明的半导体器件制造方法应用于用作液晶显示器中所使用的薄膜晶体管(TFT)100b的半导体器件100，如图11所示。
图11所示的薄膜晶体管100b用作从栅驱动器和源驱动器的栅线与数据线之间交叉处所设有的象素。在图11中，在玻璃衬底上设有由SiO2构成的底涂层，在底涂层上形成半导体层。如图11所示，关于底涂层上的半导体层，设有源区201、漏区202、栅氧化膜、栅极、栅布线、数据布线、象素电极、光屏蔽膜以及其它类似部件。
在薄膜晶体管100b中的上述半导体层结构中，通过使底涂层上形成的掺杂磷的多晶硅形成图形来形成源区201和漏区202。因为在底涂层上形成的多晶硅上也经常发生异常生长，所以优选地在形成多晶硅之后立即形成由薄氧化膜构成的异常生长抑制膜。
注意，在前述实施方式中，已经描述了在多晶硅膜上形成的氧化膜具有作为其表面上的异常生长抑制膜的功能。然而，除上述效果外，通过形成上述氧化膜还能达到各种有利效果，例如改进多晶硅表面上的亲水特性，保护多晶硅表面免于颗粒粘附以及其它类似效果。
因此，在图5中的步骤S100，在晶片上形成的多晶硅膜上形成氧化膜的氧化处理不仅能用于异常生长抑制，而且能用于改进亲水特性或保护免于颗粒粘附。当然，还可以使用步骤S100，以用于异常生长抑制、改进亲水特性和保护免于颗粒粘附之中的全部或某些目的。
在溶液中，粘附在晶片表面上的颗粒受到表面ζ电势的极大影响。也就是，颗粒的粘附根据表面ζ电势是正还是负而大不相同。
硅在具有任何pH值的任何溶液中都带负电。然而，包括外界物质例如颗粒的其他材料在酸性溶液(pH为5或更小)中带正电。更具体地，硅表面在酸性溶液中具有使外界物质粘附的高电势。然而，如果执行硅的表面氧化，因为由表面氧化所形成的氧化硅带正电，所以能获得与外界物质的表面电势类似的表面电势。因此，能极大地减小使外界物质粘附的电势。
而且，关于亲水特性的改进，能有效地抑制在硅表面上形成如SiO2的水印(圆斑点的缺陷)。当空气中的氧熔入晶片表面上的水滴，并且在干燥处理中以SiO2留在硅表面上时形成水印，干燥处理是使用溶液的所谓湿处理的最后处理，湿处理包括清洁处理和图形形成(抗蚀剂涂层和显影)。如果能改进硅表面的亲水特性，由于在硅上几乎不形成水滴，因此能抑制水印的发生。
也就是，当在硅表面上执行包括清洁处理和图形形成(抗蚀剂涂层和显影)的使用溶液的所谓湿处理时，在硅表面上所形成的氧化膜对于抑制外界物质的粘附和水印的发生相当有效。
注意前述实施方式所述的强制形成氧化膜的方法不限于在晶片上形成多晶硅的情况。当然，它能有效地应用于在晶片上形成非晶硅的情况。
本发明能有效地用作一种技术，用于在包括形成多晶硅膜的步骤的半导体器件制造方法中抑制硅的异常生长。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括步骤在晶片上方形成多晶硅层或非晶硅层；和在形成所述硅层之后，立即在所述硅层的表面上形成薄氧化硅膜，该膜起抑制所述硅层的表面异常的作用。
2.按照权利要求1的半导体器件的制造方法，其中所述氧化硅膜具有小于2.0nm的厚度。
3.按照权利要求1的半导体器件的制造方法，其中使用臭氧水或含有臭氧水的化学溶液执行所述硅层的表面氧化。
4.按照权利要求1的半导体器件的制造方法，其中使用过氧化氢溶液或含有过氧化氢溶液的化学溶液执行所述硅层的表面氧化。
5.按照权利要求1的半导体器件的制造方法，其中使用在所述晶片上形成所述硅层的硅形成设备中所设有的氧化装置，执行所述硅层的表面氧化。
6.一种半导体器件的制造方法，包括步骤把在晶片上方形成多晶硅层或非晶硅层的步骤与执行下面处理的步骤之间的时间设定为足够短，以抑制所述硅层的表面异常的发生。
7.一种半导体器件的制造方法，包括步骤在晶片上方形成多晶硅层或非晶硅层；和在所述硅层的表面上发生表面异常之前，强制地形成氧化膜。
8.按照权利要求7的半导体器件的制造方法，其中所述氧化硅膜具有小于2.0nm的厚度。
9.一种半导体制造设备，包括硅形成装置，以在晶片上方形成硅层；和氧化装置，以使所述硅形成装置形成的所述硅层的表面氧化。
10.按照权利要求9的半导体制造设备，其中所述氧化装置设在装载锁内。
11.按照权利要求9的半导体制造设备，其中所述氧化装置设在除具有所述硅形成装置的室以外的室内。
全文摘要
本发明提供一种技术，以抑制在晶片上形成的非单晶膜的硅膜的表面上发生的异常。在步骤S1在晶片上形成硅膜，并且在步骤S10形成的晶片上的硅表面上形成起异常抑制膜作用的氧化膜，以抑制表面异常。通过使用化学溶液例如臭氧水或过氧化氢溶液对多晶硅进行表面氧化，形成异常抑制膜。在硅表面上形成异常抑制膜之后，根据需要去除该异常抑制膜，例如异常生长抑制膜，然后执行使硅膜形成图形和形成绝缘氧化膜的处理。
文档编号H01L21/336GK1697135SQ200510066058
公开日2005年11月16日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月20日
发明者都贺智仁, 山本裕彦, 舟桥伦正, 根本和典 申请人:株式会社瑞萨科技