JP2001223213A - 半導体のウェハ上に酸化物層を形成するための方法および装置 - Google Patents
半導体のウェハ上に酸化物層を形成するための方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】水蒸気を用いて、半導体に酸化層を形成するに
際し、酸素、及び水素による爆発を回避する安全な処理
方法と装置を提供する。 【解決手段】水蒸気を形成するために、水素を含む第１
のガスが、酸素を含む第２のガスと混合され、前記第１
のガスにおける水素濃度および／または前記第２のガス
における酸素濃度および／または前記第１および第２の
ガスの流速の比率が、前記第１および第２のガスの混合
のあいだに、それらから形成される第３のガス混合物の
爆発が回避されるようにすることを特徴とする方法及び
ウェハ処理炉。
際し、酸素、及び水素による爆発を回避する安全な処理
方法と装置を提供する。 【解決手段】水蒸気を形成するために、水素を含む第１
のガスが、酸素を含む第２のガスと混合され、前記第１
のガスにおける水素濃度および／または前記第２のガス
における酸素濃度および／または前記第１および第２の
ガスの流速の比率が、前記第１および第２のガスの混合
のあいだに、それらから形成される第３のガス混合物の
爆発が回避されるようにすることを特徴とする方法及び
ウェハ処理炉。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】（技術分野）本発明は、請求項１の前提部
分記載の方法に関する。
分記載の方法に関する。
【０００２】本発明は、請求項１５の前提部分にかかわ
るウェハ処理炉に関する。
るウェハ処理炉に関する。
【０００３】（背景技術）本発明にかかる従来の方法お
よび装置は、慣行により知られており、そして、とく
に、出願人により市場で取り引きされているウェハ処理
炉とともに用いられている。既知の炉には、１個または
多数の炉チャンバすなわち処理チャンバが設けられてい
る。出願人により市場で取り引きされている処理チャン
バはいわゆる熱壁処理チャンバである。そのような熱壁
処理チャンバは、処理チャンバ内で高度に均一な温度分
布を有するという利点を持っている。
よび装置は、慣行により知られており、そして、とく
に、出願人により市場で取り引きされているウェハ処理
炉とともに用いられている。既知の炉には、１個または
多数の炉チャンバすなわち処理チャンバが設けられてい
る。出願人により市場で取り引きされている処理チャン
バはいわゆる熱壁処理チャンバである。そのような熱壁
処理チャンバは、処理チャンバ内で高度に均一な温度分
布を有するという利点を持っている。
【０００４】大きな製造容量を達成するために、多数の
ウェハが、単一の処理チャンバにおいて単一の処理ステ
ップで同時に処理される。ウェハは、通常いわゆる舟形
容器（ボート）に、１枚ずつ重ね合わせて積層されるの
で、実際には垂直処理チャンバと称される、処理チャン
バは、小さな設置場所を占め、そしてそれはとくにクリ
ーンルーム内において特別な利点となる。というのは、
クリーンルームにおける１平方メートルは非常に高価で
ある。さらに、垂直処理チャンバを用いることにより、
処理チャンバ内に素晴らしく均一な温度分布が達成され
得て、その結果として、処理ステップののちに、ウェハ
が処理チャンバの頂部だけでなく底部においても実質的
に同一の特性を得ることができる。
ウェハが、単一の処理チャンバにおいて単一の処理ステ
ップで同時に処理される。ウェハは、通常いわゆる舟形
容器（ボート）に、１枚ずつ重ね合わせて積層されるの
で、実際には垂直処理チャンバと称される、処理チャン
バは、小さな設置場所を占め、そしてそれはとくにクリ
ーンルーム内において特別な利点となる。というのは、
クリーンルームにおける１平方メートルは非常に高価で
ある。さらに、垂直処理チャンバを用いることにより、
処理チャンバ内に素晴らしく均一な温度分布が達成され
得て、その結果として、処理ステップののちに、ウェハ
が処理チャンバの頂部だけでなく底部においても実質的
に同一の特性を得ることができる。
【０００５】ウェハが受ける処理は、ウェハ上への酸化
物層の形成である。そのような酸化物層は、絶縁層を構
成し、そして、そのような酸化物層の正確な厚さは、極
めて重要である。とくにウェハ表面全体にわたっての酸
化物層の厚さの均一性は、非常に重要なものとなる。実
際には、酸化物層を形成するために、２つの方法が、現
在知られている。第１の方法においては、酸素は、処理
チャンバ内に導入される。この酸素は、圧搾酸素を収容
するガスシリンダから得られる。しかしながら、純粋な
酸素を用いる酸化物層の形成は、比較的低速の処理であ
る。第２の既知の方法においては、水蒸気が処理チャン
バに導入される。水蒸気を用いる酸化物層の形成は、酸
素を用いて酸化が達成される方法におけるよりも高速に
進行する。さらに、水蒸気により得られる酸化物層の構
造は、酸素により得られる酸化物層の構造とは異なって
いる。実際には、水蒸気により得られる酸化物層の構造
が望ましい。
物層の形成である。そのような酸化物層は、絶縁層を構
成し、そして、そのような酸化物層の正確な厚さは、極
めて重要である。とくにウェハ表面全体にわたっての酸
化物層の厚さの均一性は、非常に重要なものとなる。実
際には、酸化物層を形成するために、２つの方法が、現
在知られている。第１の方法においては、酸素は、処理
チャンバ内に導入される。この酸素は、圧搾酸素を収容
するガスシリンダから得られる。しかしながら、純粋な
酸素を用いる酸化物層の形成は、比較的低速の処理であ
る。第２の既知の方法においては、水蒸気が処理チャン
バに導入される。水蒸気を用いる酸化物層の形成は、酸
素を用いて酸化が達成される方法におけるよりも高速に
進行する。さらに、水蒸気により得られる酸化物層の構
造は、酸素により得られる酸化物層の構造とは異なって
いる。実際には、水蒸気により得られる酸化物層の構造
が望ましい。
【０００６】実際には、処理チャンバ内へ水蒸気を導入
する多数の異なるやり方が知られている。
する多数の異なるやり方が知られている。
【０００７】このようにして、たとえば、酸素または不
活性ガスは水を収容した容器を通過する。前記容器内の
前記水の温度を変化させることにより、該水の前記圧力
は変化し、そして前記酸素または不活性ガスによって流
送される水蒸気の量が、影響され得る。飽和水蒸気ガス
は、つぎに処理チャンバ内に導入される。この水蒸気の
形成の既知の方法の欠点は、水を収容する容器をいつも
水で満たしておかなければならないということである。
その他の欠点は、純水が、すべてのタイプの不純物が、
たとえば容器壁から、容易に溶解し得るかなり活性な液
体であることである。これらの不純物は、ウェハ上に形
成される酸化物層に欠陥を形成する。
活性ガスは水を収容した容器を通過する。前記容器内の
前記水の温度を変化させることにより、該水の前記圧力
は変化し、そして前記酸素または不活性ガスによって流
送される水蒸気の量が、影響され得る。飽和水蒸気ガス
は、つぎに処理チャンバ内に導入される。この水蒸気の
形成の既知の方法の欠点は、水を収容する容器をいつも
水で満たしておかなければならないということである。
その他の欠点は、純水が、すべてのタイプの不純物が、
たとえば容器壁から、容易に溶解し得るかなり活性な液
体であることである。これらの不純物は、ウェハ上に形
成される酸化物層に欠陥を形成する。
【０００８】現在、水蒸気を形成するためにトーチが用
いられている。そのようなトーチは、酸素および水素が
直接的に混ざり合うように、それぞれの出口開口が互い
に近接して配置されている酸素供給部および水素供給部
を備えている。トーチに対する酸素と水素の供給が開始
されるとき、酸素／水素混合物が点火するように、出口
開口に熱が発生されるべきである。一旦、燃焼が開始す
ると、該トーチの外部加熱を要することなく、酸素およ
び水素の連続的な供給に起因して、それは維持される。
該トーチは、もともといわゆる内部トーチシステム（Ｉ
ＴＳ）であり、処理チャンバ内に配置されていた。しか
しながら、ＩＴＳは、水素／酸素の反応により形成され
る炎が、炉内の温度分布を乱すという欠点を有してい
る。その理由により、トーチは、現在、反応チャンバ内
の処理チャンバの外側に配置される、たとえば米国特許
第５，８１０，９２９号明細書にかかわるようないわゆ
る外部トーチシステム（ＯＴＳ）である。しかしなが
ら、ＯＴＳは、やはりいくつかの欠点を有している。も
しも、水素供給部が大きすぎると、ＯＴＳの炎は、反応
チャンバのオーバヒートが生じる程大きくなる。さら
に、大きなガス流の場合、確実な燃焼に要求される充分
に高いトーチ温度を実現することは、もしも不可能でな
ければ、困難である。その場合、それ自体爆発性である
混合物が、燃焼せずに反応チャンバ内に蓄積される。と
くに実質的に大気の圧力が支配するウェハ処理炉内に爆
発の危険性が存在することが観測されている。この発明
に関連して、「実質的に大気（圧）の」とは、０．３〜
１．５バール、より詳細には、０．８〜１．１バール、
の範囲の圧力を意味すると理解されるべきである。した
がって、いまだ反応にいたっておらず、そして爆発性で
ある水素と酸素との混合物の蓄積の生成することの防止
のための広範囲の安全対策を必要とする。もしも、ガス
流がわずか過ぎるならば、炎は、トーチの先端にトーチ
の腐食の原因となるオーバヒートが生じるほど密にトー
チに接触するであろう。このことは、形成される水蒸気
の汚染を引き起こし、そしてそれは、酸化物層における
欠陥の形成にさらにいたる。
いられている。そのようなトーチは、酸素および水素が
直接的に混ざり合うように、それぞれの出口開口が互い
に近接して配置されている酸素供給部および水素供給部
を備えている。トーチに対する酸素と水素の供給が開始
されるとき、酸素／水素混合物が点火するように、出口
開口に熱が発生されるべきである。一旦、燃焼が開始す
ると、該トーチの外部加熱を要することなく、酸素およ
び水素の連続的な供給に起因して、それは維持される。
該トーチは、もともといわゆる内部トーチシステム（Ｉ
ＴＳ）であり、処理チャンバ内に配置されていた。しか
しながら、ＩＴＳは、水素／酸素の反応により形成され
る炎が、炉内の温度分布を乱すという欠点を有してい
る。その理由により、トーチは、現在、反応チャンバ内
の処理チャンバの外側に配置される、たとえば米国特許
第５，８１０，９２９号明細書にかかわるようないわゆ
る外部トーチシステム（ＯＴＳ）である。しかしなが
ら、ＯＴＳは、やはりいくつかの欠点を有している。も
しも、水素供給部が大きすぎると、ＯＴＳの炎は、反応
チャンバのオーバヒートが生じる程大きくなる。さら
に、大きなガス流の場合、確実な燃焼に要求される充分
に高いトーチ温度を実現することは、もしも不可能でな
ければ、困難である。その場合、それ自体爆発性である
混合物が、燃焼せずに反応チャンバ内に蓄積される。と
くに実質的に大気の圧力が支配するウェハ処理炉内に爆
発の危険性が存在することが観測されている。この発明
に関連して、「実質的に大気（圧）の」とは、０．３〜
１．５バール、より詳細には、０．８〜１．１バール、
の範囲の圧力を意味すると理解されるべきである。した
がって、いまだ反応にいたっておらず、そして爆発性で
ある水素と酸素との混合物の蓄積の生成することの防止
のための広範囲の安全対策を必要とする。もしも、ガス
流がわずか過ぎるならば、炎は、トーチの先端にトーチ
の腐食の原因となるオーバヒートが生じるほど密にトー
チに接触するであろう。このことは、形成される水蒸気
の汚染を引き起こし、そしてそれは、酸化物層における
欠陥の形成にさらにいたる。
【０００９】従来の技術においては、触媒の影響下で、
比較的低温において水素と水蒸気とを反応させることに
より水蒸気を形成することが提案されており、たとえば
オーミ（Ｏｈｍｉ）によるヨーロッパ特許第０６７１７
６１号明細書、およびティー・ナガハマ（Ｔ．Ｎａｇａ
ｈａｍａ）他によるアールティーピー（ＲＴＰ）’９
８、１９９８年９月９〜１１日、京都、日本、（議長／
編集者）ティー、ホリ（Ｔ．Ｈｏｒｉ），ビー、ロジェ
ク（Ｂ．Ｌｏｊｅｋ），ワイ、タナベ（Ｙ．Ｔａｎａｂ
ｅ）およびアール、ピー、エス、タクル（Ｒ．Ｐ．Ｓ．
Ｔｈａｋｕｒ）１４０〜１４３ページに参照される。こ
の方法の欠点は、触媒物質が金属を含んでいることであ
る。このことは、触媒物質がそこに形成される水蒸気と
ともに放出される危険を含んでいる。酸化されるべきシ
リコンウェハが触媒物質により汚染されることは、非常
に望ましくないことである。加えて、達するべき変換度
に関する情報は明確でない。上で引用したヨーロッパ特
許第０６７１７６１号明細書において、１００％の変換
度が報告されており、そしてティー、ナガハマ（Ｔ．Ｎ
ａｇａｈａｍａ）他は、９９．５％の変換度を報告して
いる。水素の酸素との２Ｈ２＋０２→２Ｈ２０にしたが
った反応ののちに、ガス混合物内にある量の自由水素が
残存するように過剰水素が用いられる、すなわち酸素の
２倍よりも多い水素の応用のためには、ガス内の残留酸
素濃度は、非常に不都合であるかもしれない。
比較的低温において水素と水蒸気とを反応させることに
より水蒸気を形成することが提案されており、たとえば
オーミ（Ｏｈｍｉ）によるヨーロッパ特許第０６７１７
６１号明細書、およびティー・ナガハマ（Ｔ．Ｎａｇａ
ｈａｍａ）他によるアールティーピー（ＲＴＰ）’９
８、１９９８年９月９〜１１日、京都、日本、（議長／
編集者）ティー、ホリ（Ｔ．Ｈｏｒｉ），ビー、ロジェ
ク（Ｂ．Ｌｏｊｅｋ），ワイ、タナベ（Ｙ．Ｔａｎａｂ
ｅ）およびアール、ピー、エス、タクル（Ｒ．Ｐ．Ｓ．
Ｔｈａｋｕｒ）１４０〜１４３ページに参照される。こ
の方法の欠点は、触媒物質が金属を含んでいることであ
る。このことは、触媒物質がそこに形成される水蒸気と
ともに放出される危険を含んでいる。酸化されるべきシ
リコンウェハが触媒物質により汚染されることは、非常
に望ましくないことである。加えて、達するべき変換度
に関する情報は明確でない。上で引用したヨーロッパ特
許第０６７１７６１号明細書において、１００％の変換
度が報告されており、そしてティー、ナガハマ（Ｔ．Ｎ
ａｇａｈａｍａ）他は、９９．５％の変換度を報告して
いる。水素の酸素との２Ｈ２＋０２→２Ｈ２０にしたが
った反応ののちに、ガス混合物内にある量の自由水素が
残存するように過剰水素が用いられる、すなわち酸素の
２倍よりも多い水素の応用のためには、ガス内の残留酸
素濃度は、非常に不都合であるかもしれない。
【００１０】（発明の開示）発明の目的は、前述した欠
点なしに、半導体物質から製造されるウェハ上に酸化物
層を形成するための方法および装置を提供することにあ
る。この目的のために、発明は請求項１にしたがった方
法および請求項１５にしたがった装置を提供する。
点なしに、半導体物質から製造されるウェハ上に酸化物
層を形成するための方法および装置を提供することにあ
る。この目的のために、発明は請求項１にしたがった方
法および請求項１５にしたがった装置を提供する。
【００１１】そのような方法および装置によれば、酸化
物層は、トーチを使用していないにもかかわらず、水蒸
気によって形成され得る。水蒸気の使用の結果として、
酸化物層の成長速度は、まさに大きい。発明による提案
においては、酸素と水素との混合に通常懸念される爆発
の危険は、酸素および水素の２つのうちの１つまたは両
方が最初に実質的に不活性ガスで希釈されたのちにのみ
互いに接触するようにすることにより、あるいは過剰の
酸素にわずかな量の水素のみを混合することにより、克
服される。結果として、酸素と水素とのあいだの自発的
な反応が生じることはないであろう。酸素および水素の
分子間の反応は、実質的に希釈された混合物に供給され
た熱の影響下においてのみ生じる。供給される熱の量を
制御することにより、反応速度が影響され得る。水素お
よび／または酸素の非常に低い濃度においては、発明に
よる方法におけるように、これらの物質のあいだの反応
は少なくとも７００℃の温度においてのみ生じる。
物層は、トーチを使用していないにもかかわらず、水蒸
気によって形成され得る。水蒸気の使用の結果として、
酸化物層の成長速度は、まさに大きい。発明による提案
においては、酸素と水素との混合に通常懸念される爆発
の危険は、酸素および水素の２つのうちの１つまたは両
方が最初に実質的に不活性ガスで希釈されたのちにのみ
互いに接触するようにすることにより、あるいは過剰の
酸素にわずかな量の水素のみを混合することにより、克
服される。結果として、酸素と水素とのあいだの自発的
な反応が生じることはないであろう。酸素および水素の
分子間の反応は、実質的に希釈された混合物に供給され
た熱の影響下においてのみ生じる。供給される熱の量を
制御することにより、反応速度が影響され得る。水素お
よび／または酸素の非常に低い濃度においては、発明に
よる方法におけるように、これらの物質のあいだの反応
は少なくとも７００℃の温度においてのみ生じる。
【００１２】この方法の付加的な利点は、水素と酸素と
のあいだの反応は、これらのガスを、その目的のため
に、形成されるべき酸化物層を汚染するかもしれない物
質、たとえば触媒物質、に接触させることなしに行なう
ことができることにある。したがって、反応は、不活性
環境内、たとえば石英壁で囲まれた反応空間または炉空
間それ自体、で行なわれ得る。
のあいだの反応は、これらのガスを、その目的のため
に、形成されるべき酸化物層を汚染するかもしれない物
質、たとえば触媒物質、に接触させることなしに行なう
ことができることにある。したがって、反応は、不活性
環境内、たとえば石英壁で囲まれた反応空間または炉空
間それ自体、で行なわれ得る。
【００１３】発明のさらなる詳細例によれば、第３のガ
ス混合物の加熱は、該第３のガス混合物を処理チャンバ
内に導入することにより行なわれる。
ス混合物の加熱は、該第３のガス混合物を処理チャンバ
内に導入することにより行なわれる。
【００１４】代替的なさらなる詳細例によれば、しかし
ながら、第３のガス混合物の加熱は、それを上昇された
温度が支配する反応チャンバ内に導入することにより行
なうこともでき、その結果、そこに形成される第３のガ
ス混合物を含む水蒸気が処理チャンバ内に導入される。
ながら、第３のガス混合物の加熱は、それを上昇された
温度が支配する反応チャンバ内に導入することにより行
なうこともでき、その結果、そこに形成される第３のガ
ス混合物を含む水蒸気が処理チャンバ内に導入される。
【００１５】処理チャンバ内に水蒸気の均一な分布を得
るために、発明のさらなる詳細例によれば、第３のガス
混合物は、処理チャンバの最上部側から処理チャンバ内
に導入されることが望ましい。好ましくは、発明により
形成された第３のガスは、約０．０１体積％から約６体
積％、より詳細には約０．１体積％から約４体積％の濃
度の水素を含む。発明により形成された第３のガスにお
ける酸素の濃度は、望ましくは、約０．０１体積％から
約１００体積％、より詳細には約０．１体積％から約１
００体積％とする。そのような濃度によれば、爆発の危
険は皆無となる。発明の付加的な利点は、いかなる危険
もなく酸素の２倍以上の水素を扱うことを可能とするこ
とであり、そのため、２Ｈ２＋０２→２Ｈ２０の反応に
よる水素の酸素との反応ののち、ある量の自由な水素が
依然として該ガス混合物に残存し、そしてそれは酸化物
の特性に付加されるかもしれない。
るために、発明のさらなる詳細例によれば、第３のガス
混合物は、処理チャンバの最上部側から処理チャンバ内
に導入されることが望ましい。好ましくは、発明により
形成された第３のガスは、約０．０１体積％から約６体
積％、より詳細には約０．１体積％から約４体積％の濃
度の水素を含む。発明により形成された第３のガスにお
ける酸素の濃度は、望ましくは、約０．０１体積％から
約１００体積％、より詳細には約０．１体積％から約１
００体積％とする。そのような濃度によれば、爆発の危
険は皆無となる。発明の付加的な利点は、いかなる危険
もなく酸素の２倍以上の水素を扱うことを可能とするこ
とであり、そのため、２Ｈ２＋０２→２Ｈ２０の反応に
よる水素の酸素との反応ののち、ある量の自由な水素が
依然として該ガス混合物に残存し、そしてそれは酸化物
の特性に付加されるかもしれない。
【００１６】発明のさらなる詳細例においては、第３の
ガス混合物に自由な水素が残存する発明による方法は、
遷移金属の電極そしてより詳細にはタングステンの電極
を含むシリコンウェハに適用される。たとえばナイチン
シャー（Ｎｉｔｉｎ Ｓｈａｈ）およびラフル シャ
ランパニ（Ｒａｈｕｌ Ｓｈａｒａｎｇｐａｎｉ）によ
る「水素に富んだ水蒸気による選択的な酸化」（Ｓｅｌ
ｅｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｙｄｒｏ
ｇｅｎ−ｒｉｃｈ ｓｔｅａｍ）、ヨーロッパの半導体
（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、
１９９９年１１月、２１〜２２ページ参照、において、
水素に富んだ水蒸気において、タングステンがそうでな
いのに対して、シリコンを酸化させることが見い出され
る。このことは、ゲートスタックのエッチングののちに
有利に用いられる。酸化は、シリコンにおけるエッチン
グに起因する障害を除去するのに必要とされるが、それ
に対してゲートスタックに存在する金属は酸化されては
ならない。このことは、水素が過剰でかつ酸素が存在し
ない水蒸気中で酸化を実施することにより実現される。
これらの条件下において、Ｈ２による金属の還元は、Ｈ
２Ｏによる酸化に比べて熱力学的に優先されるが、それ
に対して、これらの条件下においてシリコンの酸化が生
じる。従来技術において、この選択的酸化は大気圧下に
おいて行なわれている。そこに含まれる問題は、前記刊
行物の２２ページに記載されており、そして、とくに、
水素に富んだ混合物とともに操作したときの安全性、少
量の水蒸気の生成の制御、ガス混合物の均一性の適切な
保証なしに加熱ウェハ表面上でＨ２およびＯ２混合物が
水素に富んだ水蒸気を形成すべく反応する、冷たい壁の
反応器における水蒸気のその場での生成の問題である。
これらの欠点のすべては、本発明の方法による選択的な
酸化を実行することにより除去される。経験によれば、
２体積％のＨ２Ｏおよび２体積％のＨ２を含む混合物が
形成されるように窒素中における水素および酸素の濃度
が用いられたときに、シリコンが酸化されるのに対し
て、タングステンの酸化は効果的に防止される。そのた
めに、１００ｎｍのＳｉＯ２、２００ｎｍのＴｉＮおよ
び４００ｎｍのＷが順次に施されたシリコンウェハが、
９００℃の温度における炉内に、２体積％のＨ２Ｏを含
む窒素に３５分間さらされる。３つの異なるガス混合物
が用いられ、炉処置ののちに計測される３つの異なる層
抵抗を結果として生じる。
ガス混合物に自由な水素が残存する発明による方法は、
遷移金属の電極そしてより詳細にはタングステンの電極
を含むシリコンウェハに適用される。たとえばナイチン
シャー（Ｎｉｔｉｎ Ｓｈａｈ）およびラフル シャ
ランパニ（Ｒａｈｕｌ Ｓｈａｒａｎｇｐａｎｉ）によ
る「水素に富んだ水蒸気による選択的な酸化」（Ｓｅｌ
ｅｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｙｄｒｏ
ｇｅｎ−ｒｉｃｈ ｓｔｅａｍ）、ヨーロッパの半導体
（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、
１９９９年１１月、２１〜２２ページ参照、において、
水素に富んだ水蒸気において、タングステンがそうでな
いのに対して、シリコンを酸化させることが見い出され
る。このことは、ゲートスタックのエッチングののちに
有利に用いられる。酸化は、シリコンにおけるエッチン
グに起因する障害を除去するのに必要とされるが、それ
に対してゲートスタックに存在する金属は酸化されては
ならない。このことは、水素が過剰でかつ酸素が存在し
ない水蒸気中で酸化を実施することにより実現される。
これらの条件下において、Ｈ２による金属の還元は、Ｈ
２Ｏによる酸化に比べて熱力学的に優先されるが、それ
に対して、これらの条件下においてシリコンの酸化が生
じる。従来技術において、この選択的酸化は大気圧下に
おいて行なわれている。そこに含まれる問題は、前記刊
行物の２２ページに記載されており、そして、とくに、
水素に富んだ混合物とともに操作したときの安全性、少
量の水蒸気の生成の制御、ガス混合物の均一性の適切な
保証なしに加熱ウェハ表面上でＨ２およびＯ２混合物が
水素に富んだ水蒸気を形成すべく反応する、冷たい壁の
反応器における水蒸気のその場での生成の問題である。
これらの欠点のすべては、本発明の方法による選択的な
酸化を実行することにより除去される。経験によれば、
２体積％のＨ２Ｏおよび２体積％のＨ２を含む混合物が
形成されるように窒素中における水素および酸素の濃度
が用いられたときに、シリコンが酸化されるのに対し
て、タングステンの酸化は効果的に防止される。そのた
めに、１００ｎｍのＳｉＯ２、２００ｎｍのＴｉＮおよ
び４００ｎｍのＷが順次に施されたシリコンウェハが、
９００℃の温度における炉内に、２体積％のＨ２Ｏを含
む窒素に３５分間さらされる。３つの異なるガス混合物
が用いられ、炉処置ののちに計測される３つの異なる層
抵抗を結果として生じる。
【００１７】 ガス混合物 抵 抗 ａ．Ｎ２中に２体積％のＨ２Ｏ＋２体積％のＨ２ ０．２０５ｏｈｍｓ／ｓｑ ｂ．Ｎ２中に２体積％のＨ２Ｏ ０．２５８ｏｈｍｓ／ｓｑ ｃ．Ｎ２中に２体積％のＨ２Ｏ＋２体積％のＯ２ ７．３５ ｏｈｍｓ／ｓｑ
【００１８】ガス混合物ａによる、過剰水素を用いる炉
処理は、タングステン層の金属的な外観が維持されるの
に対して、低い層抵抗を結果として生じる。ガス混合物
ｂによれば、タングステン層はわずかに酸化され、結果
として抵抗のわずかな増加およびタングステン表面の曇
りを生じる。ガス混合物ｃによる酸素の過剰によれば、
タングステン層は強く酸化され、そして抵抗の劇的な増
大、完全な褐色化およびタングステン層の部分的な剥離
を結果として生じる。いわゆるバッチ処理として実行さ
れる炉処置において、ベア（裸の）シリコンウェハは、
その上にタングステン層を有するウェハと同時にガスに
さらされる。異なるガス雰囲気により、ベアシリコンウ
ェハ上に形成されるＳｉＯ２層の厚さは、ａおよびｂの
ガス雰囲気については約５ｎｍ、そしてｃのガス雰囲気
については７．９ｎｍである。このことは、本発明によ
る方法がこの用途に対して有効であることを明らかにし
ている。先に示したように、発明による方法を適用する
ことは、爆発に関する危険が含まれることがなく、そし
て該方法は、少量の水蒸気の制御された形成にとくに優
れて適する。
処理は、タングステン層の金属的な外観が維持されるの
に対して、低い層抵抗を結果として生じる。ガス混合物
ｂによれば、タングステン層はわずかに酸化され、結果
として抵抗のわずかな増加およびタングステン表面の曇
りを生じる。ガス混合物ｃによる酸素の過剰によれば、
タングステン層は強く酸化され、そして抵抗の劇的な増
大、完全な褐色化およびタングステン層の部分的な剥離
を結果として生じる。いわゆるバッチ処理として実行さ
れる炉処置において、ベア（裸の）シリコンウェハは、
その上にタングステン層を有するウェハと同時にガスに
さらされる。異なるガス雰囲気により、ベアシリコンウ
ェハ上に形成されるＳｉＯ２層の厚さは、ａおよびｂの
ガス雰囲気については約５ｎｍ、そしてｃのガス雰囲気
については７．９ｎｍである。このことは、本発明によ
る方法がこの用途に対して有効であることを明らかにし
ている。先に示したように、発明による方法を適用する
ことは、爆発に関する危険が含まれることがなく、そし
て該方法は、少量の水蒸気の制御された形成にとくに優
れて適する。
【００１９】発明のさらに進んだ詳細例によれば、水素
は重水素同位体を含んでいる。水素中の重水素の濃度は
天然の水素中に含まれる重水素の濃度より明らかに高い
ものとする。
は重水素同位体を含んでいる。水素中の重水素の濃度は
天然の水素中に含まれる重水素の濃度より明らかに高い
ものとする。
【００２０】重水素の使用は、酸化物層の特性に有利で
あると認められており、たとえば米国特許第５，９７
２，７６５号明細書を参照されたい。重水素同位体は、
非常に高価であるけれども、本発明の方法を通して、総
コストが依然として経済的な範囲を維持するように低濃
度の水素ガスを用いることができる。
あると認められており、たとえば米国特許第５，９７
２，７６５号明細書を参照されたい。重水素同位体は、
非常に高価であるけれども、本発明の方法を通して、総
コストが依然として経済的な範囲を維持するように低濃
度の水素ガスを用いることができる。
【００２１】発明のさらなる詳細例によれば、不活性ガ
スは、たとえば窒素または希ガスであってもよい。
スは、たとえば窒素または希ガスであってもよい。
【００２２】発明のさらなる詳細例は、従属請求項に記
述され、かつ以下において、添付図面を参照して多くの
例示的な実施の形態に基づいて説明されるであろう。
述され、かつ以下において、添付図面を参照して多くの
例示的な実施の形態に基づいて説明されるであろう。
【００２３】（発明を実施するための最良の形態）ウェ
ハ処理炉のすべての模式的に示された例示的な実施の形
態は、少なくとも１つの処理チャンバ１を有しており、
それには、該処理チャンバ１の内部および壁部３を加熱
するための加熱手段２を設けている。該処理チャンバ１
は垂直方向に延在し、かつ舟形容器（ボート）４内に１
枚ずつ重ね合わせて積層された多数のウェハＷが同時に
処理され得るような寸法を有している。該処理チャンバ
１は、ドア６により閉止可能とした、閉止可能な搬入お
よび搬出用開口５、が設けられた底端部を有している。
さらに、前記処理チャンバ１には、少なくとも１つのガ
ス供給部７および少なくとも１つのガス排出部８が設け
られている。該処理チャンバ内に配置された多数のウェ
ハＷ上への酸化物層の付与のあいだ、該処理チャンバ１
内においては、実質的に大気圧が支配的である。さら
に、図示された例示的な実施の形態は、すべて、前記少
なくとも一つのガス供給部７に流通（流体連結）された
ガス発生源およびパイプアセンブリ９を備えている。前
記ガス発生源およびパイプアセンブリ９によって、第３
のガス混合物が、水素を含む第１のガスおよび酸素を含
む第２のガスから作成され、前記第１のガスの水素濃度
および／または前記第２のガスの酸素濃度および／また
は前記第１および第２のガスの流速比は、前記第１およ
び第２のガスの混合のあいだ、それらにより形成される
第３のガス混合物の爆発が、わずかな濃度に起因して、
酸素と水素とのあいだの反応が自動的には増殖せず、不
可能であるようにしている。望ましくは、第３のガス混
合物は、不活性雰囲気中で作成され、かつ、必要なら
ば、さらに、形成される酸化物を汚染することが可能な
物質がガス混合物内に含まれないように移送される。
ハ処理炉のすべての模式的に示された例示的な実施の形
態は、少なくとも１つの処理チャンバ１を有しており、
それには、該処理チャンバ１の内部および壁部３を加熱
するための加熱手段２を設けている。該処理チャンバ１
は垂直方向に延在し、かつ舟形容器（ボート）４内に１
枚ずつ重ね合わせて積層された多数のウェハＷが同時に
処理され得るような寸法を有している。該処理チャンバ
１は、ドア６により閉止可能とした、閉止可能な搬入お
よび搬出用開口５、が設けられた底端部を有している。
さらに、前記処理チャンバ１には、少なくとも１つのガ
ス供給部７および少なくとも１つのガス排出部８が設け
られている。該処理チャンバ内に配置された多数のウェ
ハＷ上への酸化物層の付与のあいだ、該処理チャンバ１
内においては、実質的に大気圧が支配的である。さら
に、図示された例示的な実施の形態は、すべて、前記少
なくとも一つのガス供給部７に流通（流体連結）された
ガス発生源およびパイプアセンブリ９を備えている。前
記ガス発生源およびパイプアセンブリ９によって、第３
のガス混合物が、水素を含む第１のガスおよび酸素を含
む第２のガスから作成され、前記第１のガスの水素濃度
および／または前記第２のガスの酸素濃度および／また
は前記第１および第２のガスの流速比は、前記第１およ
び第２のガスの混合のあいだ、それらにより形成される
第３のガス混合物の爆発が、わずかな濃度に起因して、
酸素と水素とのあいだの反応が自動的には増殖せず、不
可能であるようにしている。望ましくは、第３のガス混
合物は、不活性雰囲気中で作成され、かつ、必要なら
ば、さらに、形成される酸化物を汚染することが可能な
物質がガス混合物内に含まれないように移送される。
【００２４】例示される各実施の形態は、ガス発生源お
よびパイプアセンブリ９の設計により互いに相違してい
る。
よびパイプアセンブリ９の設計により互いに相違してい
る。
【００２５】図１および図２において、ガス発生源およ
びパイプアセンブリ９は、前記処理チャンバ１のガス供
給部７に連結される下流端を有する主供給パイプ１０を
備えている。フロー制御器１２および停止バルブ１３を
介して、不活性ガス発生源１１が前記主パイプ１０の上
流端に連結されている。フロー制御器１６および停止バ
ルブ１７を有する酸素供給パイプ１５を介して、前記主
パイプの上流端と下流端とのあいだの前記主パイプ１０
に酸素発生源１４が連結されている。さらに、前記主パ
イプ１０の上流端と下流端とのあいだに、フロー制御器
２０および停止バルブ２１を有する水素供給パイプ１９
が開口している。該水素供給パイプ１９の自由端には水
素発生源１８が連結されている。酸素発生源１４および
／または水素発生源１８は大いに希釈された量の酸素ま
たは水素をもそれぞれ含み得ることが観測される。酸素
および／または水素は、たとえば窒素のような不活性ガ
スにより希釈され得る。
びパイプアセンブリ９は、前記処理チャンバ１のガス供
給部７に連結される下流端を有する主供給パイプ１０を
備えている。フロー制御器１２および停止バルブ１３を
介して、不活性ガス発生源１１が前記主パイプ１０の上
流端に連結されている。フロー制御器１６および停止バ
ルブ１７を有する酸素供給パイプ１５を介して、前記主
パイプの上流端と下流端とのあいだの前記主パイプ１０
に酸素発生源１４が連結されている。さらに、前記主パ
イプ１０の上流端と下流端とのあいだに、フロー制御器
２０および停止バルブ２１を有する水素供給パイプ１９
が開口している。該水素供給パイプ１９の自由端には水
素発生源１８が連結されている。酸素発生源１４および
／または水素発生源１８は大いに希釈された量の酸素ま
たは水素をもそれぞれ含み得ることが観測される。酸素
および／または水素は、たとえば窒素のような不活性ガ
スにより希釈され得る。
【００２６】図３は、ガス発生源およびパイプアセンブ
リ９が、前記処理チャンバ１のガス供給部７に連結され
た下流端を有する主供給パイプ１０を備えた例示的な実
施の形態を示している。主パイプ１０の上流端には、酸
素混合物供給パイプ２２および水素混合物供給パイプ２
３が連結されている。フロー制御器２５および停止バル
ブ２６を介して、不活性ガス発生源２４が酸素混合物供
給パイプ２２の上流端に連結されている。フロー制御器
２７および停止バルブ２８を介して、前記酸素混合物供
給パイプ２２の上流端と前記主パイプ１０の上流端との
あいだの前記酸素混合物供給パイプ２２に酸素発生源２
９が連結されている。フロー制御器３１および停止バル
ブ３２を介して、前記水素混合物供給パイプ２３の上流
端に不活性ガス発生源３０が連結されている。フロー制
御器３３および停止バルブ３４を介して、前記水素混合
物供給パイプ２３の上流端と前記主パイプ１０の上流端
とのあいだの水素混合物供給パイプ２３に水素発生源３
５が連結されている。
リ９が、前記処理チャンバ１のガス供給部７に連結され
た下流端を有する主供給パイプ１０を備えた例示的な実
施の形態を示している。主パイプ１０の上流端には、酸
素混合物供給パイプ２２および水素混合物供給パイプ２
３が連結されている。フロー制御器２５および停止バル
ブ２６を介して、不活性ガス発生源２４が酸素混合物供
給パイプ２２の上流端に連結されている。フロー制御器
２７および停止バルブ２８を介して、前記酸素混合物供
給パイプ２２の上流端と前記主パイプ１０の上流端との
あいだの前記酸素混合物供給パイプ２２に酸素発生源２
９が連結されている。フロー制御器３１および停止バル
ブ３２を介して、前記水素混合物供給パイプ２３の上流
端に不活性ガス発生源３０が連結されている。フロー制
御器３３および停止バルブ３４を介して、前記水素混合
物供給パイプ２３の上流端と前記主パイプ１０の上流端
とのあいだの水素混合物供給パイプ２３に水素発生源３
５が連結されている。
【００２７】図４は、ガス発生源およびパイプアセンブ
リ９が、前記処理チャンバ１の第１のガス供給部７ａに
連結された下流端を有する第１の主供給パイプ１０ａ、
および前記処理チャンバ１の第２のガス供給部７ｂに連
結された下流端を有する第２の主供給パイプ１０ｂを設
けた例示的な実施の形態を示している。前記第１の主パ
イプ１０ａの上流端には、酸素混合物供給パイプ３６が
連結されている。前記第２の主パイプ１０ｂの上流端に
は、水素混合物供給パイプ３７が連結されている。さら
に、フロー制御器３９および停止バルブ４０を介して、
前記酸素混合物供給パイプ３６の上流端に不活性ガス発
生源３８が連結されている。フロー制御器４１および停
止バルブ４２を介して、前記酸素混合物供給パイプ３６
の上流端と前記第１の主パイプ１０ａの上流端とのあい
だの前記酸素混合物供給パイプ３６に酸素発生源４３が
連結されている。フロー制御器４５および停止バルブ４
６を介して、前記水素混合物供給パイプ３７の上流端に
不活性ガス発生源４４が連結されている。フロー制御器
４７および停止バルブ４８を介して、前記水素混合物供
給パイプ３７の上流端と前記第２の主パイプ１０ｂの上
流端とのあいだの前記水素混合物供給パイプ３７に水素
発生源４９が連結されている。
リ９が、前記処理チャンバ１の第１のガス供給部７ａに
連結された下流端を有する第１の主供給パイプ１０ａ、
および前記処理チャンバ１の第２のガス供給部７ｂに連
結された下流端を有する第２の主供給パイプ１０ｂを設
けた例示的な実施の形態を示している。前記第１の主パ
イプ１０ａの上流端には、酸素混合物供給パイプ３６が
連結されている。前記第２の主パイプ１０ｂの上流端に
は、水素混合物供給パイプ３７が連結されている。さら
に、フロー制御器３９および停止バルブ４０を介して、
前記酸素混合物供給パイプ３６の上流端に不活性ガス発
生源３８が連結されている。フロー制御器４１および停
止バルブ４２を介して、前記酸素混合物供給パイプ３６
の上流端と前記第１の主パイプ１０ａの上流端とのあい
だの前記酸素混合物供給パイプ３６に酸素発生源４３が
連結されている。フロー制御器４５および停止バルブ４
６を介して、前記水素混合物供給パイプ３７の上流端に
不活性ガス発生源４４が連結されている。フロー制御器
４７および停止バルブ４８を介して、前記水素混合物供
給パイプ３７の上流端と前記第２の主パイプ１０ｂの上
流端とのあいだの前記水素混合物供給パイプ３７に水素
発生源４９が連結されている。
【００２８】図５〜７は、反応チャンバ５０が主パイプ
１０内に組み込まれたことを条件とする、図１〜３にそ
れぞれ示されたのと類似したガス発生源およびパイプア
センブリを示している。該反応チャンバ５０は、すでに
反応チャンバ５０内において、該反応チャンバ５０に供
給される第３のガス混合物が、第３のガス混合物を含む
水蒸気に少なくとも部分的に変換されるようにする加熱
手段５１を備えている。望ましくは、該反応チャンバ５
０の壁部は、たとえば石英のように、形成される酸化物
層に汚染効果を有する能力がない物質により構成する。
１０内に組み込まれたことを条件とする、図１〜３にそ
れぞれ示されたのと類似したガス発生源およびパイプア
センブリを示している。該反応チャンバ５０は、すでに
反応チャンバ５０内において、該反応チャンバ５０に供
給される第３のガス混合物が、第３のガス混合物を含む
水蒸気に少なくとも部分的に変換されるようにする加熱
手段５１を備えている。望ましくは、該反応チャンバ５
０の壁部は、たとえば石英のように、形成される酸化物
層に汚染効果を有する能力がない物質により構成する。
【００２９】図８は、本発明によるウェハ処理炉を意図
した処理チャンバ１の例示的実施の形態を示している。
処理チャンバ１は、典型的には石英により製造された処
理パイプ５２を備えている。該処理パイプ５２内には、
これも望ましくは石英により製造された舟形容器４が配
設される。舟形容器４内には、各ケースにおけるウェハ
Ｗが含まれ得る溝５６が設けられる。処理パイプ５２の
まわりに、加熱手段２が加熱スパイラル（らせん）の形
態で延在する。該加熱スパイラル２のまわりに、放熱を
最低限にする断熱シース（さや）５５が延在する。前記
舟形容器４は、やはり断熱特性を有する石英により製造
されたサポート５３上に載置されている。処理チャンバ
の頂部には、ガス供給部７が開口している。処理チャン
バの底部には、ガス排出部８が開口している。サポート
５３は、上下動調整可能としてドア６上に載置し、それ
によって該舟形容器４は、処理パイプ５２の外部に移動
され得る。ドア６は、石英部６ａと金属部６ｂとから構
成されている。前記処理パイプ５２は、金属フランジ５
４に連結されかつその上に載置されている。
した処理チャンバ１の例示的実施の形態を示している。
処理チャンバ１は、典型的には石英により製造された処
理パイプ５２を備えている。該処理パイプ５２内には、
これも望ましくは石英により製造された舟形容器４が配
設される。舟形容器４内には、各ケースにおけるウェハ
Ｗが含まれ得る溝５６が設けられる。処理パイプ５２の
まわりに、加熱手段２が加熱スパイラル（らせん）の形
態で延在する。該加熱スパイラル２のまわりに、放熱を
最低限にする断熱シース（さや）５５が延在する。前記
舟形容器４は、やはり断熱特性を有する石英により製造
されたサポート５３上に載置されている。処理チャンバ
の頂部には、ガス供給部７が開口している。処理チャン
バの底部には、ガス排出部８が開口している。サポート
５３は、上下動調整可能としてドア６上に載置し、それ
によって該舟形容器４は、処理パイプ５２の外部に移動
され得る。ドア６は、石英部６ａと金属部６ｂとから構
成されている。前記処理パイプ５２は、金属フランジ５
４に連結されかつその上に載置されている。
【００３０】実際には、前記ガス発生源およびパイプア
センブリは、すべてのタイプの付加的な構成、たとえ
ば、逆止バルブ、制限バルブ、マノメータ（液柱圧力
計）、圧力スイッチ、フロースイッチ、フィルタ、ニー
ドルバルブ、およびその他を備えていることがわかる。
明確にするために、これらの部品は、図示された例示的
な実施の形態には示されていない。しかしながら、その
ような部品が適する個所および目的は、熟達者には直接
的に明らかである。
センブリは、すべてのタイプの付加的な構成、たとえ
ば、逆止バルブ、制限バルブ、マノメータ（液柱圧力
計）、圧力スイッチ、フロースイッチ、フィルタ、ニー
ドルバルブ、およびその他を備えていることがわかる。
明確にするために、これらの部品は、図示された例示的
な実施の形態には示されていない。しかしながら、その
ような部品が適する個所および目的は、熟達者には直接
的に明らかである。
【００３１】図示されたすべての例示的な実施の形態の
動作は、本発明による方法に一致している。第１のケー
スにおいては、酸素は、水素に対し、一方または両方の
物質が、それらをたとえば窒素または希ガスのような不
活性ガスと混合することにより大いに希釈されるまでは
接触されない。第２のケースにおいては、水素の流速
は、酸素の流速に対して、爆発が不可能であるほど、小
さい。したがって、該方法の実施の形態においては、水
素および／または酸素の不活性ガスによる希釈を利用す
る必要はない。停止バルブ１３、１７、２１、２６、２
８、３２、３４、４０、４２、４６および４８は、たと
えば空気圧停止バルブとして設計してよい。並びにフロ
ー制御器１２、１６、２０、２５、２７、３１、３３、
３９、４１、４５および４７によって、種々のガスの供
給時期および該ガスの流速は、混合のあいだ所望の濃度
を得るために正確に制御され得る。もしも、水素および
／または酸素が不活性ガスにより希釈されるならば、図
１〜７に示された水素および酸素の供給部を閉じる停止
バルブは、不活性ガス発生源を閉じる停止バルブが開く
まで、開いてはいけない。もしも、不活性ガスによる希
釈が用いられないならば、水素供給部を閉じる停止バル
ブは、酸素供給部を閉じる停止バルブが開くまで開いて
はいけない。
動作は、本発明による方法に一致している。第１のケー
スにおいては、酸素は、水素に対し、一方または両方の
物質が、それらをたとえば窒素または希ガスのような不
活性ガスと混合することにより大いに希釈されるまでは
接触されない。第２のケースにおいては、水素の流速
は、酸素の流速に対して、爆発が不可能であるほど、小
さい。したがって、該方法の実施の形態においては、水
素および／または酸素の不活性ガスによる希釈を利用す
る必要はない。停止バルブ１３、１７、２１、２６、２
８、３２、３４、４０、４２、４６および４８は、たと
えば空気圧停止バルブとして設計してよい。並びにフロ
ー制御器１２、１６、２０、２５、２７、３１、３３、
３９、４１、４５および４７によって、種々のガスの供
給時期および該ガスの流速は、混合のあいだ所望の濃度
を得るために正確に制御され得る。もしも、水素および
／または酸素が不活性ガスにより希釈されるならば、図
１〜７に示された水素および酸素の供給部を閉じる停止
バルブは、不活性ガス発生源を閉じる停止バルブが開く
まで、開いてはいけない。もしも、不活性ガスによる希
釈が用いられないならば、水素供給部を閉じる停止バル
ブは、酸素供給部を閉じる停止バルブが開くまで開いて
はいけない。
【００３２】発明は、前述した例示的な実施の形態に限
定されるものではなく、発明の構成の範囲内で種々の変
更が可能であることは理解されるであろう。
定されるものではなく、発明の構成の範囲内で種々の変
更が可能であることは理解されるであろう。
【００３３】したがって、トーチのないことおよび発明
において用いられる炎の出ない水素と酸素の反応に起因
して、圧力の変化がトーチがもはや適切に機能しないよ
うな大気圧から外れた圧力条件において、危険なしにこ
の反応を実行することが可能である。
において用いられる炎の出ない水素と酸素の反応に起因
して、圧力の変化がトーチがもはや適切に機能しないよ
うな大気圧から外れた圧力条件において、危険なしにこ
の反応を実行することが可能である。
【図１】本発明にかかわるウェハ処理炉の第１の例示的
な実施の形態の一部の模式的なフロー図を示している。
な実施の形態の一部の模式的なフロー図を示している。
【図２】第２の例示的な実施の形態の図１に示されたも
のと類似した図を示している。
のと類似した図を示している。
【図３】第３の例示的な実施の形態の図１に示されたも
のと類似した図を示している。
のと類似した図を示している。
【図４】第４の例示的な実施の形態の図１に示されたも
のと類似した図を示している。
のと類似した図を示している。
【図５】第５の例示的な実施の形態の図１に示されたも
のと類似した図を示している。
のと類似した図を示している。
【図６】第６の例示的な実施の形態の図１に示されたも
のと類似した図を示している。
のと類似した図を示している。
【図７】第７の例示的な実施の形態の図１に示されたも
のと類似した図を示している。
のと類似した図を示している。
【図８】ウェハ処理炉の処理チャンバの断面図である。
フロントページの続き (72)発明者 フェルモーレン，ウィルレム ヤフ コー ネリス オランダ国 3708 ジー イー ツァイス ト オランジェ ナソーラーン66 (72)発明者 ボーレンズ，ヤコブス ヨハネス オランダ国 3723 ダブリュ エヌ ビル ソーフェン ヒューゴ ファン ダー ゴ ースラーン55 (72)発明者 フィリップセン，ベント ベルギー国 Ｂ−3000 ルーベン フィリ ップスラーン 99／１ (72)発明者 オスターラーケン，セオドラス ジェラル ダス マリア オランダ国 3421 ジー ティー オード ワテール メーント４
Claims (21)
- 【請求項１】 半導体の材料から製造される多数のウェ
ハ上に、水蒸気を用いて、酸化層を形成するために、多
数のウェハが積層配置され、実質的に大気圧が支配し、
かつ前記ウェハが、少なくとも炉壁の加熱によって加熱
されて、しばらくのあいだその温度に保持される垂直処
理チャンバ内に導入される方法であって、水蒸気を形成
するために、水素を含む第１のガスが、酸素を含む第２
のガスと混合され、前記第１のガスにおける水素濃度お
よび／または前記第２のガスにおける酸素濃度および／
または前記第１および第２のガスの流速の比率が、前記
第１および第２のガスの混合のあいだに、酸素と水素と
のあいだの反応が、低濃度であるために自動的に増殖せ
ず、それらから形成される第３のガス混合物の爆発が回
避されると同時に、水蒸気が触媒の使用なしに形成され
るようにすることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記第１のガスが前記第２のガスと混合
されたのちまたはそのあいだに、それらにより形成され
る第３のガス混合物が、水蒸気を形成する前記水素と酸
素とのあいだに漸進的な反応をもたらすために加熱され
る請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記第３のガス混合物の加熱が、該第３
のガス混合物を前記処理チャンバ内に導入することによ
り行なわれる請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記第３のガス混合物の加熱が、それ
を、増大された温度が支配的である反応チャンバ内に導
入することにより行なわれ、その結果、そこで形成され
た水蒸気を含む第３のガス混合物が、前記処理チャンバ
内に導入される請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 前記処理チャンバ内への前記第３のガス
混合物の導入が、該処理チャンバの上側から行なわれる
請求項３または４記載の方法。 - 【請求項６】 前記第３のガスが、約０．０１体積％か
ら約６体積％、より詳細には、約０．１体積％から約４
体積％の濃度の水素を含む請求項１、２、３、４または
５記載の方法。 - 【請求項７】 前記第１のガスストリームにより単位時
間当りに供給される水素の量が、前記第２のガスストリ
ームにより単位時間当りに供給される酸素の量の２倍よ
り大きい請求項１、２、３、４、５または６記載の方
法。 - 【請求項８】 半導体の材料により製造されるウェハ上
に、遷移金属を含む電極が配置されている請求項７記載
の方法。 - 【請求項９】 前記遷移金属が、タングステンを含む請
求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記第３のガスが、約０．０１体積％
から約１００体積％、より詳細には、約０．１体積％か
ら約１００体積％の濃度の酸素を含む請求項１、２、
３、４、５、６、７、８または９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記第１および／または第２のガス
が、それぞれ水素および／または酸素に加えて不活性ガ
スを含む請求項記載の方法。 - 【請求項１２】 前記不活性ガスが、窒素である請求項
１１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記不活性ガスが、希ガスである請求
項１１記載の方法。 - 【請求項１４】 前記水素ガスが、重水素同位元素を、
前記同位元素が天然に存在する濃度よりも相当に高い濃
度で含む請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、
１０、１１、１２または１３記載の方法。 - 【請求項１５】 処理チャンバの内部および壁部を加熱
するための加熱手段を備えた少なくとも１つの処理チャ
ンバを有し、該処理チャンバが、垂直方向に延び、かつ
多数のウェハを舟形容器内に積層配置され、そこで同時
に処理し得るような寸法を有し、該処理チャンバが、閉
じることが可能な搬入および搬出用開口がそこに設けら
れた底端を有し、該処理チャンバが、少なくとも１つの
ガス供給部および少なくとも１つのガス排出部を備え
て、該処理チャンバ内に配置された多数のウェハ上に酸
化層を付与しているあいだ、該処理チャンバ内を実質的
に大気圧が支配するようにするウェハ処理炉であって、
ガス発生源およびパイプアセンブリにより、第３のガス
混合物が、水素を含む第１のガスおよび酸素を含む第２
のガスから作り出され、前記第１のガスにおける水素の
濃度および／または前記第２のガスにおける酸素の濃度
および／または第１と第２のガスの流速の比率が、前記
第１および前記第２のガスの混合のあいだに、酸素と水
素とのあいだの反応が、低濃度に起因して、自動的に増
殖せず、それらから形成される第３のガス混合物の爆発
が不可能とされ、当該ウェハ処理炉が前記水素および前
記酸素からの水蒸気の形成を促進するための触媒を含ま
ないようにされてなるウェハ処理炉。 - 【請求項１６】 前記ガス発生源およびパイプアセンブ
リが、前記処理チャンバのガス供給部に連結されたその
下流端を有する主供給パイプを具備し、フロー制御器お
よび停止バルブを介して、不活性ガス発生源が前記主パ
イプの上流端に連結され、フロー制御器および停止バル
ブを有する酸素供給パイプを介して、酸素発生源が、前
記主パイプの前記上流と下流端とのあいだの前記主パイ
プに連結され、フロー制御器および停止バルブを有する
水素供給パイプを介して、水素発生源が、前記主パイプ
の前記上流と下流端とのあいだの前記主パイプに連結さ
れている請求項１５記載のウェハ処理炉。 - 【請求項１７】 前記ガス発生源およびパイプアセンブ
リが、前記処理チャンバのガス供給部に連結された下流
端を有する主供給パイプを具備し、前記主パイプの上流
端へ、酸素混合物供給パイプおよび水素混合物供給パイ
プが連結され、フロー制御器および停止バルブを介し
て、不活性ガス発生源が前記酸素混合物供給パイプの上
流端に連結され、フロー制御器および停止バルブを介し
て、前記酸素混合物供給パイプの上流端と前記主パイプ
の前記上流端とのあいだの酸素発生源が、前記酸素混合
物供給パイプに連結され、フロー制御器および停止バル
ブを介して、不活性ガス発生源が前記水素混合物供給パ
イプの上流端に連結され、フロー制御器および停止バル
ブを介して、前記水素混合物供給パイプの上流端と前記
主パイプの前記上流端とのあいだの水素発生源が、前記
水素混合物供給パイプに連結されている請求項１５記載
のウェハ処理炉。 - 【請求項１８】 前記ガス発生源およびパイプアセンブ
リが、前記処理チャンバのガス供給部に連結されたその
下流端を有する主パイプを具備し、フロー制御器および
停止バルブを介して、水素発生源が、不活性ガスに希釈
された低濃度水素が蓄えられている前記主パイプに連結
されている請求項１５記載のウェハ処理炉。 - 【請求項１９】 前記ガス発生源およびパイプアセンブ
リが、前記処理チャンバのガス供給部に連結されたその
下流端を有する主パイプを具備し、フロー制御器および
停止バルブを介して、酸素発生源が、不活性ガスに希釈
された低濃度酸素が蓄えられている前記主パイプに連結
されている請求項１５または１８記載のウェハ処理炉。 - 【請求項２０】 前記ガス発生源およびパイプアセンブ
リには、前記処理チャンバの第１のガス供給部に連結さ
れたその下流端を有する第１の主供給パイプ、および前
記処理チャンバの第２のガス供給部に連結された下流端
を有する第２の主供給パイプが設けられ、酸素混合物供
給パイプが、前記第１の主パイプの上流端に連結され、
水素混合物供給パイプが、前記第２の主パイプの上流端
に連結され、フロー制御器および停止バルブを介して、
不活性ガス発生源が、前記酸素混合物供給パイプの上流
端に連結され、フロー制御器および停止バルブを介し
て、前記酸素混合物供給パイプの上流端と前記第１の主
パイプの上流端とのあいだの酸素発生源が、前記酸素混
合物供給パイプに連結され、フロー制御器および停止バ
ルブを介して、不活性ガス発生源が、水素混合物供給パ
イプの上流端に連結され、フロー制御器および停止バル
ブを介して、水素混合物供給パイプの上流端と前記第２
の主パイプの上流端とのあいだの水素発生源が、前記水
素混合物供給パイプに連結される請求項１５記載のウェ
ハ処理炉。 - 【請求項２１】 単一の主パイプが、処理チャンバのガ
ス供給部に連結されたその下流端を有し、前記主パイプ
内に、反応チャンバが合体され、前記反応チャンバが、
すでに該反応チャンバ内に、前記反応チャンバに供給さ
れる第３のガス混合物が、第３のガス混合物を含む水蒸
気に、少なくとも部分的に変換されるように加熱手段を
有する請求項１５、１６、１７、１８または１９項記載
のウェハ処理炉。
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- 2000-11-23 DE DE60041237T patent/DE60041237D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-27 JP JP2000359806A patent/JP2001223213A/ja active Pending
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