JP2000208500A - コ―ルドウォ―ル型枚葉式ランプ加熱炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 コールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉を用
いてハロゲンガスあるいはＮ_２Ｏガスを含んだ雰囲気で
熱酸化を行う際に、ハロゲンガスやＮ_２Ｏガスがウェー
ハ直上ではなく、事前に加熱分解された状態でウェーハ
に到達することが可能なコールドウォール型枚葉式ラン
プ加熱炉を提供し、半導体基板の膜厚や特性の均一性を
向上させた半導体装置を提供する。 【解決手段】 加熱分解した後に酸化性ガスを生成し、
半導体基板に酸化膜を形成する反応性ガスを用いて熱酸
化を行うコールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉におい
て、半導体基板１を収容する反応チャンバー２の、半導
体基板の上方に複数の加熱用ランプ３を設け、さらに加
熱用ランプ３の間において複数のガス導入孔２２を形成
し、このガス導入孔を通して反応性ガスを導入するよう
に構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱分解した後に
酸化性ガスを生成し、半導体基板に酸化膜を形成するガ
ス（例えばハロゲンガスやＮ₂Ｏガス）を用いて熱酸化
を行うコールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造における酸化膜成長や窒化膜
成長では、導入ガスが加熱分解反応をしたガスが半導体
基板上で反応し、膜が成長することが重要な要素の一つ
となっている。

【０００３】通常、ＤＣＥ（ジクロルエチレン）による
ハロゲン酸化やＮ₂Ｏによる酸窒化成長においては、図
３に示した様なバッチ式の縦型拡散炉を用いて膜が形成
される。

【０００４】しかしながら、この手法では、薄い酸化膜
や窒化膜を形成することが難しくなっているため、より
高性能なＬＳＩに必要とされる、薄いゲート酸化膜（約
４０Å以下）を形成することが不可能である。このた
め、図４に示した様なコールドウォール型枚葉式ランプ
加熱炉によるゲート酸化膜の形成が必須となりつつあ
る。このコールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉は、半
導体基板がランプにより加熱され、高温状態の半導体基
板上に導入ガスが横方向から流れ込み、半導体基板周辺
部から中心部方向へ流れながら半導体基板と反応する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、このコールド
ウォール型枚葉式ランプ加熱炉を用いてＤＣＥハロゲン
酸化やＮ₂Ｏ酸窒化成長を行った場合、横方向から導入
されたＤＣＥガスあるいはＮ₂Ｏガスは、加熱されてい
る半導体基板の熱伝導あるいは輻射熱によりはじめて熱
分解反応を起こす。そのため、半導体基板上をガスが横
切って移動する過程で熱分解反応を起こし、塩酸（ＨＣ
ｌ）、水が生成されて行く（酸窒化膜の場合はＮＯとＯ
₂ガス）。

【０００６】したがって、この塩酸や水と半導体基板と
の反応は、半導体基板周辺部と中心部とでは異なってし
まい、半導体基板面内の均一性が低下する。そのため、
酸化膜の膜厚や不純物除去効果が面内でばらついてしま
うという問題が生じる。

【０００７】本発明の主な目的の一つは コールドウォ
ール型枚葉式ランプ加熱炉を用いてハロゲンガスあるい
はＮ₂Ｏガスを含んだ雰囲気で熱酸化を行う際に、ハロ
ゲンガスやＮ₂Ｏガスがウェーハ直上ではなく、事前に
加熱分解された状態でウェーハに到達することが可能な
コールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉を提供し、半導
体基板の膜厚や特性の均一性を向上させた半導体装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のコールドウォー
ル型枚葉式ランプ加熱炉は、加熱分解した後に酸化性ガ
スを生成し、半導体基板に酸化膜を形成する反応性ガス
を用いて熱酸化を行うコールドウォール型枚葉式ランプ
加熱炉において、前記半導体基板を収容する反応チャン
バーの、半導体基板の上方において複数の加熱用ランプ
を設け、さらに前記加熱用ランプの間において複数のガ
ス導入孔を形成し、このガス導入孔を通して前記反応性
ガスを導入するように構成したことを特徴とする。

【０００９】すなわち本発明によれば、加熱分解した後
に酸化性ガスを生成し、半導体基板に酸化膜を形成する
ガス（例えばハロゲンガスやＮ₂Ｏガス）を用いて熱酸
化を行う際に、その未分解状態であるガスが事前に加熱
分解された状態でウェーハに到達することが可能であ
る。

【００１０】本発明のコールドウォール型枚葉式ランプ
加熱炉においては、キャリアガスである窒素をＤＣＥ溶
液が封入されている容器の中に導入し、バブリングを行
い、キャリアガスとともに揮発したＤＣＥガスをに導入
する。またこれとは別に、熱酸化用の酸素ガスと置換及
び希釈用の窒素ガスも導入する。

【００１１】そのコールドウォール型枚葉式ランプ加熱
炉に設置された半導体基板に対して、ＤＣＥから熱分解
したＨＣｌガスによる不純物の除去及び酸素ガスによる
熱酸化を行うという構成に対し、本発明のコールドウォ
ール型枚葉式ランプ加熱炉は、導入されたＤＣＥが加熱
用ランプの間を通過できるように、ランプの間に複数の
ガス導入孔を有している。このランプ間の複数のガス導
入孔は、ランプの脇を通っているために、ランプの熱に
より加熱される。したがって、導入されたＤＣＥガス
は、このガス導入孔を通過する際に加熱分解されること
になる。このように、このランプ間の複数のガス導入孔
は、導入ガスの加熱分解用加熱機構という役割を果た
す。

【００１２】したがって、半導体基板にガスが到達する
ときには、ガスが既に加熱分解されているために、半導
体基板上で均一に反応するという効果が得られる。

【００１３】このＤＣＥをＮ₂Ｏガスに代え、コールド
ウォール型枚葉式ランプ加熱炉に導入して酸窒化膜を形
成した場合にも、同様に均一に反応を起こさせることが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を参照して説明する。

【００１５】図１に、本発明のコールドウォール型枚葉
式ランプ加熱炉の断面図が示されている。このコールド
ウォール型枚葉式ランプ加熱炉は、内部に半導体基板１
を収容できる反応チャンバー２を備え、この反応チャン
バー２天板２１には、複数の加熱用ランプ３が取り付け
られ、各ランプ３の間の位置に、複数のガス導入孔２２
が形成されている。

【００１６】図２は、天板２１に取り付けられたランプ
３と、その間に形成された複数のガス導入孔２２の配置
の一例を示している。

【００１７】一方、半導体基板に酸化膜を形成する反応
性ガスは、容器４に収容されたＤＣＥ中にＮ₂のような
キャリアガスでバブルリングすることにより揮発により
発生され、この反応性ガスは、経路５を通って分配室６
に導かれ、その過程で、反応性ガスに、熱酸化用の酸素
ガスと置換及び希釈用の窒素ガスが混合される。

【００１８】分配室６に導入された反応性ガスは、つい
で天板２１に設けられたガス導入孔２２を通って反応チ
ャンバー２内に流入する。このとき、導入されるガスが
一旦加熱用ランプ３の上部側に導入されることが一つの
特徴であり、ここから加熱用ランプ３の間に設けられた
複数のガス導入孔２２を通って、半導体基板１が設置さ
れている部分に導入される。

【００１９】このランプ３間の複数のガス導入孔２２
は、ランプ３の側方に接近して設けられているために、
ここを通るガスはランプ３の熱により加熱される。した
がって導入されたＤＣＥガスは、このガス導入孔２２を
通過する際に加熱分解されることになる。このように、
このランプ３間の複数のガス導入孔２２は、導入ガスの
加熱分解用加熱機構という役割を果たす。

【００２０】したがって、半導体基板にガスが到達する
ときには、ガスが既に加熱分解されているために、半導
体基板上で均一に反応するという効果が得られる。

【００２１】この反応チャンバーにはガス排気用の配管
が設置されており、ここから排気される。

【００２２】本発明のコールドウォール型枚葉式ランプ
加熱炉でハロゲン酸化を行った場合には、ランプ３間の
複数のガス導入孔２２が導入ガスの加熱分解用加熱機構
という役割を果たしている。このときの流れるガスは、 Ｃ₂Ｈ₂Ｃｌ₂＋２Ｏ₂ →２ＨＣｌ＋２ＣＯ₂ ３Ｃ₂Ｈ₂Ｃｌ₂＋１３／２Ｏ₂ →４ＨＣｌ＋６ＣＯ₂＋Ｈ
₂Ｏ＋Ｃｌ₂ という２種類の加熱分解反応が主に行われる。

【００２３】このような構成においては、塩酸（ＨＣ
ｌ）が発生するため、この塩酸が半導体基板に存在する
金属等の不純物と反応して塩化物となって昇華するた
め、半導体基板上から不純物を除去することが可能とな
る。またこれと同時に、熱分解反応を起こさなかった酸
素、あるいは分解反応により生じた水分子によって酸化
膜が形成される。

【００２４】したがって、不純物を含まない酸化膜を半
導体基板上に形成することが可能であり、半導体装置の
性能及び歩留まりの向上という効果がもたらされる。

【００２５】このことを図２を用いてさらに説明する。
図２は、加熱用ランプ３を取り付けた反応チャンバー１
の天板２１に形成されたガス導入孔２２を上部から見た
ものとして示している。本発明によるコールドウォール
型枚葉式ランプ加熱炉においては、このガス導入孔２２
が多数存在していることにより、導入されるガスが半導
体基板１上のどの部分においても均一に加熱分解反応を
起こし、半導体基板１上で均一に不純物除が去効され、
そして酸化膜の形成が可能となる。

【００２６】なお、以上の説明では、反応性ガスとして
ＤＣＥ（ジクロルエチレン）を用いた場合であるが、Ｔ
ＣＡ（トリクロロエタン）としてもよい。

【００２７】また本発明のコールドウォール型枚葉式ラ
ンプ加熱炉では、ハロゲン酸化に代えて、酸窒化にも適
用することができる。同様に、図１に示した構造の半導
体製造装置を用いてＮ₂Ｏガスを流すことで均一な酸窒
化膜を半導体基板上に形成することもできる。

【００２８】この酸窒化膜成長では導入したＮ₂Ｏガス
がいくつかの熱分解反応を起こし、結果的に以下のよう
な反応を起こす。この反応で生成されたＮＯ及びＯ₂ガ
スによって酸窒化膜が形成される。

【００２９】５Ｎ₂Ｏ → ４Ｎ₂＋Ｏ₂＋ＮＯ＋ＮＯ₂ この場合においても本発明による加熱用ランプの間にガ
ス導入孔が多数存在していることにより、導入されるガ
スが半導体基板上のどの部分においても均一に加熱分解
反応を起こし、半導体基板上で均一な酸窒化膜が形成さ
れるという効果が得られる。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のコール
ドウォール型枚葉式ランプ加熱炉では、加熱用ランプの
間に設けられた複数のガス導入孔を通って反応チャンバ
ーに導入される。またＤＣＥガスは、このガス導入孔を
通過する際に加熱分解されることになる。このように、
このランプ間の複数のガス導入孔は、導入ガスの加熱分
解用加熱機構という役割を果たす。

【００３１】したがって、半導体基板にガスが到達する
ときには、ガスが既に加熱分解されているために、半導
体基板上で均一に反応するという効果が得られる。

【００３２】このＤＣＥをＮ₂Ｏガスに代え、コールド
ウォール型枚葉式ランプ加熱炉に導入して酸窒化膜を形
成した場合にも、同様に均一に反応を起こさせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるコールドウォール
型枚葉式ランプ加熱炉を示す概略的縦断面図。

【図２】図１のコールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉
の加熱用ランプとガス導入孔の配置の一例を示す説明
図。

【図３】従来のコールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉
を示す概略的縦断面図。

【図４】従来の他のコールドウォール型枚葉式ランプ加
熱炉を示す概略的縦断面図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 反応チャンバー ２１ 天板 ２２ ガス導入孔 ３ 加熱用ランプ ４ 容器 ５ 経路 ６ 分配室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱分解した後に酸化性ガスを生成し、
   半導体基板に酸化膜を形成する反応性ガスを用いて熱酸
   化を行うコールドウォール型枚葉式ランプ加熱炉におい
   て、前記半導体基板を収容する反応チャンバーの、前記
   半導体基板の上方において複数の加熱用ランプを設け、
   さらに前記加熱用ランプの間において複数のガス導入孔
   を形成し、このガス導入孔を通して前記反応性ガスを導
   入するように構成したことを特徴とするコールドウォー
   ル型枚葉式ランプ加熱炉。