JP2002231716A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体に均一な膜厚の薄膜を形成すること
ができる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置１は、半導体ウエハ１０を収
容する反応管２と、反応管２を加熱する昇温用ヒータ１
１と、処理ガスを供給するガス導入管１２と、これらを
制御する制御部１９とを備えている。そして、制御部１
９は昇温用ヒータ１１に反応管２を加熱させるととも
に、ガス導入管１２に半導体ウエハ１０の周縁部を冷却
可能な流量で、反応管２内に処理ガスを供給させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成方法及び
薄膜形成装置に関し、特に被処理体に均一な膜厚の薄膜
を形成する薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、例え
ば熱処理によって、被処理体に薄膜を形成することが行
われている。被処理体、例えば半導体ウエハ、にシリコ
ン酸化膜を形成する工程では、例えば、図５に示すよう
な熱処理装置５１を用いて、以下のようにシリコン酸化
膜が形成される。

【０００３】まず、熱処理装置５１の反応管５２内に、
ウエハボート５３に収容された複数枚の半導体ウエハ５
４をロード（搬入）する。このとき、半導体ウエハ５４
の表面にはシリコン膜が予め形成されている。次に、排
気ポート５５から反応管５２内のガスを排出し、反応管
５２内を所定の圧力に減圧する。反応管５２内が所定の
圧力に減圧されると、ヒータ５６により反応管５２を加
熱して所定の温度に昇温し、ガス供給管５７から反応管
５２内に熱処理用ガスとしての酸素ガスを供給する。そ
して、半導体ウエハ５４の表面に酸素ガスが供給され、
半導体ウエハ５４上にシリコン酸化膜が形成される。

【０００４】このようなシリコン酸化膜の形成では、ヒ
ータ５６により反応管５２を所定の温度に昇温させる昇
温工程で、半導体ウエハ５４の表面に所定厚のシリコン
酸化膜（以下、初期酸化膜という）が形成されていない
と、昇温工程中に半導体ウエハ５４の表面が荒れてしま
い、形成されるシリコン酸化膜の膜質が悪くなるおそれ
がある。このため、シリコン酸化膜の形成では、昇温工
程中に、ガス供給管５７から酸素ガスを含む所定量の処
理ガスを反応管５２に供給し、半導体ウエハ５４に初期
酸化膜を形成している。そして、その後、ガス供給管５
７から処理ガスとほぼ同量の酸素ガスを反応管５２に供
給して、半導体ウエハ５４にシリコン酸化膜を形成して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、昇温工程中
では、加熱された半導体ウエハ５４の表面の温度は、半
導体ウエハ５４の周囲にヒータ５６が配置されているた
め、その中央部が低く、エッジ部（周縁部）が高くなり
やすい。初期酸化膜は温度が高い箇所での酸化レートが
高くなるため、その中央部が薄く、エッジ部が厚くなり
やすくなり、均一な膜厚に形成することが困難となる。
そして、この初期酸化膜上に、熱処理工程でのシリコン
酸化膜が形成されることから、その膜厚の差を相殺する
ことはできず、半導体ウエハ５４に均一な膜厚のシリコ
ン酸化膜を形成することは困難であった。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、被処理体に均一な膜厚の薄膜を形成することが
できる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる薄膜形成方法は、被
処理体を反応室内に収容し、該反応室内を所定の圧力に
減圧する減圧工程と、前記被処理体を所定の温度に昇温
する昇温工程と、前記反応室内に熱処理用ガスを供給し
て、前記被処理体に薄膜を形成する熱処理工程とを備
え、前記昇温工程中に、前記被処理体の周縁部を冷却可
能な流量で、前記反応室内に前記熱処理用ガスを含む処
理ガスを供給する、ことを特徴とする。

【０００８】この構成によれば、被処理体を所定の温度
に昇温する昇温工程で、被処理体が最も加熱されやすい
被処理体の周縁部に、被処理体の周縁部を冷却可能な流
量の熱処理用ガスを含む処理ガスが供給される。このた
め、昇温工程で被処理体が均一な温度となるように昇温
される。従って、昇温工程で被処理体に均一な膜厚の薄
膜が形成される。そして、熱処理工程で、この薄膜上に
さらに所定厚の薄膜が形成され、被処理体に均一な膜厚
の薄膜が形成される。

【０００９】前記昇温工程中に、前記反応室内に前記処
理ガスを、少なくとも５リットル／ｍｉｎ供給すること
が好ましい。少なくとも５リットル／ｍｉｎ供給する
と、昇温工程中に被処理体の周縁部が冷却される。

【００１０】前記処理ガスに、前記熱処理用ガスを、そ
の分圧が少なくとも１０Ｐａとなるように含ませること
が好ましい。処理ガス中に含まれる熱処理用ガスの分圧
が１０Ｐａ以上となるように熱処理用ガスを供給しない
と、昇温工程で形成される薄膜が所定の膜質を有しない
おそれが生じる。

【００１１】前記昇温工程中に、前記処理ガスを前記反
応室に供給するとともに、前記被処理体を回転させるこ
とが好ましい。被処理体を回転させることにより、昇温
工程で被処理体が均一な温度に昇温されやすくなる。

【００１２】前記反応室は、例えば、前記被処理体を複
数枚収容可能な被処理体収容部を備えている。そして、
前記処理ガスを前記反応室に供給するとともに、前記被
処理体が収容された前記被処理体収容部を回転させるこ
とにより、昇温工程で複数枚の被処理体が均一な温度に
昇温されやすくなる。

【００１３】この発明の第２の観点にかかる薄膜形成方
法は、被処理体を反応室内に収容し、該反応室内を所定
の圧力に減圧する減圧工程と、前記反応室内に熱処理用
ガスを含む処理ガスを供給するとともに、前記反応室内
を所定の温度に昇温させる昇温工程と、前記反応室内
に、前記処理ガスの流量の１／１０〜１／１００の範囲
内の流量の熱処理用ガスを供給して、前記被処理体に薄
膜を形成する熱処理工程とを備える、ことを特徴とす
る。

【００１４】この構成によれば、被処理体に薄膜を形成
する熱処理工程で、熱処理用ガスが処理ガスの流量の１
／１０〜１／１００の範囲内の流量で供給される。この
ため、熱処理工程では、ゆっくりと被処理体に薄膜が形
成され、被処理体に均一な膜厚の薄膜が形成される。

【００１５】前記熱処理用ガスとしては、例えば、酸素
ガス、前記処理ガスとしては、例えば、酸素ガスと窒素
ガスとの混合ガスを用いることができる。この場合、前
記被処理体には酸化膜が形成される。

【００１６】この発明の第３の観点にかかる薄膜形成装
置は、被処理体を収容する反応室と、前記反応室を所定
の温度に加熱する加熱手段と、前記反応室内に熱処理用
ガスを含む処理ガスを供給するガス供給手段と、前記反
応室内のガスを排気する排気手段と、前記加熱手段によ
って前記反応室を加熱させるとともに、前記ガス供給手
段に前記被処理体の周縁部を冷却可能な流量で、前記反
応室内に前記処理ガスを供給させる制御手段とを備える
ことを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、加熱手段により被処理
体を所定の温度に昇温する際に、被処理体が最も加熱さ
れやすい被処理体の周縁部に、ガス供給手段により被処
理体の周縁部を冷却可能な流量の熱処理用ガスを含む処
理ガスが供給される。このため、被処理体が均一な温度
となるように昇温される。従って、被処理体に均一な膜
厚の薄膜が形成される。そして、この薄膜上にさらに所
定厚の薄膜が形成され、被処理体に均一な膜厚の薄膜が
形成される。

【００１８】前記反応室は、例えば、前記被処理体を複
数枚収容可能な被処理体収容部を備えている。そして、
前記制御手段は、前記ガス供給手段に前記処理ガスを前
記反応室に供給させるとともに、前記被処理体収容部を
回転して前記被処理体を回転させることにより、複数枚
の被処理体が均一な温度に昇温されやすくなる。

【００１９】この発明の第４の観点にかかる薄膜形成装
置は、被処理体を収容する反応室と、前記反応室を所定
の温度に加熱する加熱手段と、前記反応室内に熱処理用
ガスを含む処理ガスを供給するガス供給手段と、前記反
応室内のガスを排気する排気手段と、前記ガス供給手段
に前記処理ガスを供給させるとともに、前記加熱手段に
よって前記反応室を所定の温度に加熱させた後、前記処
理ガスの流量の１／１０〜１／１００の範囲内の流量で
前記反応室内に熱処理用ガスを供給させて、前記被処理
体に薄膜を形成する制御手段とを備えることを特徴とす
る。

【００２０】この構成によれば、制御手段により、ガス
供給手段から熱処理用ガスが処理ガスの流量の１／１０
〜１／１００の範囲内の流量で供給される。このため、
ゆっくりと被処理体上に薄膜が形成され、被処理体に均
一な膜厚の薄膜が形成される。

【００２１】前記熱処理用ガスとしては、例えば、酸素
ガス、前記処理ガスとしては、例えば、酸素ガスと窒素
ガスとの混合ガスを用いることができる。この場合、前
記被処理体には酸化膜が形成される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
る薄膜形成方法及び薄膜形成装置を、図１に示すバッチ
式縦型熱処理装置を用いて、半導体ウエハ（被処理体）
上にシリコン酸化膜を形成する場合を例に説明する。

【００２３】図１に示すように、熱処理装置１は、長手
方向が垂直方向に向けられた有天井の円筒状に形成され
た反応管２を備えている。反応管２は、耐熱材料、例え
ば石英により形成されている。

【００２４】反応管２の下方には、筒状に形成されたス
テンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド３が配置さ
れている。マニホールド３は、反応管２の下端と気密と
なるように接続されている。

【００２５】マニホールド３の下方には蓋体４が配置さ
れている。蓋体４には回転軸５が挿通され、回転軸５が
ボートエレベータ６の昇降部７に接続されている。この
ため、ボートエレベータ６により蓋体４は上下動可能に
構成されている。そして、ボートエレベータ６により蓋
体４が上昇すると、マニホールド３の下方側が閉鎖され
る。

【００２６】また、回転軸５上には回転テーブル８が配
置され、回転テーブル８に、例えば石英からなるウエハ
ボート９が載置されている。ウエハボート９には、被処
理体、例えば半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔
をおいて複数枚収容されている。このウエハボート９に
収容された半導体ウエハ１０は、ウエハボート９が反応
管２内に挿入されることにより反応管２の内部に配置さ
れる。また、回転軸５を介して回転テーブル８を回転さ
せることにより、ウエハボート９（半導体ウエハ１０）
が回転される。

【００２７】反応管２の周囲には、反応管２を取り囲む
ように、例えば抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１１が
設けられている。そして、昇温用ヒータ１１を駆動する
ことにより、反応管２内が所定の温度に設定される。こ
こで、昇温用ヒータ１１は半導体ウエハ１０の周囲に配
置されることとなり、半導体ウエハ１０はその周縁部か
ら昇温用ヒータ１１により加熱されることとなる。

【００２８】マニホールド３の側面には、ガス導入管１
２が挿通されている。ガス導入管１２は、反応管２内で
上方に曲折りされ、反応管２の天井付近まで延伸されて
いる。そして、ガス導入管１２の先端部１２ａが反応管
２の下方に向くように屈曲形成されている。

【００２９】また、ガス導入管１２には、第１ガス導入
管１３と第２ガス導入管１４とが接続されている。そし
て、第１ガス導入管１３から、例えば、酸素ガス
（Ｏ_２）のような熱処理用ガスがガス導入管１２を介し
て反応管２内に導入される。また、第２ガス導入管１４
から、例えば、窒素ガス（Ｎ_２）のような希釈用ガスが
ガス導入管１２を介して反応管２内に導入される。な
お、本実施の形態では、熱処理用ガスと希釈用ガスによ
り処理ガスが構成されている。

【００３０】マニホールド３の側面には、排気口１５が
設けられている。排気口１５は、ガス導入管１２と対向
する位置に設けられ、反応管２内のガスを排気する。

【００３１】排気口１５には、排気管１６が気密に接続
されている。排気管１６には、その上流側から、バルブ
１７と、真空ポンプ１８とが介設されている。バルブ１
７は、排気管１６の開度を調整して、反応管２内及び排
気管１６内の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプ
１８は、排気管１６を介して反応管２内のガスを排気し
て減圧状態とする。

【００３２】回転軸５、ボートエレベータ６、昇温用ヒ
ータ１１、第１ガス導入管１３、第２ガス導入管１４、
バルブ１７、真空ポンプ１８には、制御部１９が接続さ
れている。制御部１９は、マイクロプロセッサ、プロセ
スコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各部の
温度、圧力等を測定し、測定データに基づいて、上記各
部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を制御
する。

【００３３】次に、以上のように構成された熱処理装置
１を用い、半導体ウエハ１０にシリコン酸化膜を形成す
る薄膜形成方法について、図２に示すレシピ（タイムシ
ーケンス）を参照して説明する。なお、以下の説明にお
いて、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１
９によりコントロールされている。

【００３４】まず、蓋体４が下げられた状態で、半導体
ウエハ１０が収容されたウエハボート９を回転テーブル
８（蓋体４）上に載置する。ここで、半導体ウエハ１０
の表面にはシリコン膜が予め形成されている。また、反
応管２内は、昇温用ヒータ１１により所定のローディン
グ温度、例えば、３００℃に維持されている。

【００３５】次に、ボートエレベータ６により蓋体４を
上昇させ、ウエハボート９（半導体ウエハ１０）を反応
管２内にロードする（ロード工程）。これにより、半導
体ウエハ１０を反応管２内に収容するとともに、反応管
２を密閉する。また、第１ガス導入管１３から所定量、
例えば、０．２リットル／ｍｉｎの酸素ガスを、第２ガ
ス導入管１４から所定量、例えば、１９．８リットル／
ｍｉｎの窒素ガスをガス導入管１２に供給する。ガス導
入管１２に供給された酸素ガス及び窒素ガスは、反応管
２の天井付近まで延びた先端部１２ａから反応管２内に
供給される。これにより、反応管２のガスを排気口１
５、排気管１６を介して熱処理装置１外に排気する。

【００３６】続いて、第１ガス導入管１３から所定量、
例えば、０．１リットル／ｍｉｎの酸素ガスを、第２ガ
ス導入管１４から所定量、例えば、９．９リットル／ｍ
ｉｎの窒素ガスをガス導入管１２を介して反応管２内に
供給し、反応管２内を安定化させる（安定化工程）。

【００３７】次に、バルブ１７の開度を制御しつつ、真
空ポンプ１８を駆動させて、反応管２を所定の圧力、例
えば、２６．６Ｐａ〜６６５Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ〜５
Ｔｏｒｒ）に減圧する。また、第１ガス導入管１３から
の酸素ガスの供給を停止するとともに、第２ガス導入管
１４から所定量、例えば、５リットル／ｍｉｎの窒素ガ
スをガス導入管１２を介して反応管２内に供給して反応
管２内をパージする（第１パージ工程）。なお、反応管
２内のパージを確実にするために、反応管２内のガスの
排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好まし
い。

【００３８】反応管２内がパージされると、昇温用ヒー
タ１１により反応管２を所定の温度、例えば、８００℃
に昇温する（昇温工程）。また、バルブ１７の開度を制
御しつつ、真空ポンプ１８を駆動させて、反応管２を所
定の圧力、例えば、１０１０Ｐａ（７．６Ｔｏｒｒ）に
維持する。

【００３９】さらに、回転軸５を回転させることにより
回転テーブル８を回転させ、ウエハボート９内に収容さ
れた半導体ウエハ１０を回転させる。また、ガス導入管
１２から熱処理用ガスを含む処理ガスを半導体ウエハ１
０の周縁部を冷却可能な流量で反応管２内に供給して、
半導体ウエハ１０に初期酸化膜を形成する。具体的に
は、反応管２内に、第１ガス導入管１３から所定量、例
えば、０．０７リットル／ｍｉｎの酸素ガスを、第２ガ
ス導入管１４から所定量、例えば、７リットル／ｍｉｎ
の窒素ガスを、ガス導入管１２を介して反応管２内に供
給して、ウエハボート９に収容された半導体ウエハ１０
に初期酸化膜を形成する。

【００４０】ところで、昇温用ヒータ１１により反応管
２を加熱することによりウエハボート９内に収容された
半導体ウエハ１０が加熱されるが、昇温用ヒータ１１は
ウエハボート９を取り囲むように配置されているので、
加熱された半導体ウエハ１０の表面の温度は、その中央
部が低く、周縁部が高くなる。ここで、昇温工程中に、
半導体ウエハ１０の周縁部を冷却可能な流量で処理ガス
が供給されているので、半導体ウエハ１０の周縁部が冷
却されて、半導体ウエハ１０の表面の温度が均一にな
る。このため、半導体ウエハ１０に均一な厚さの初期酸
化膜が形成される。半導体ウエハ１０の周縁部を冷却可
能な処理ガスの流量は、反応管２の温度、圧力等によっ
て異なるが、５リットル／ｍｉｎ以上であることが好ま
しい。ただし、処理ガスの流量が増えすぎると反応管２
内の圧力が１０１０Ｐａ（７．６Ｔｏｒｒ）に維持でき
なくなってしまうことから、反応管２内の圧力を維持可
能な範囲の流量であることが必要である。

【００４１】さらに、昇温工程中に、回転軸５を回転さ
せ、半導体ウエハ１０を回転しているので、ガス導入管
１２の先端部１２ａから供給された処理ガスにより、半
導体ウエハ１０の周縁部が均一に冷却される。このた
め、半導体ウエハ１０の表面の温度がさらに均一にな
り、半導体ウエハ１０にさらに均一な厚さの初期酸化膜
が形成される。

【００４２】また、昇温工程で形成する初期酸化膜はで
きるだけ薄いことが好ましいことから、処理ガス中に含
まれる酸素ガスの流量は、酸化膜が形成される範囲で、
できる限り少なくすることが好ましい。ただし、処理ガ
ス中に含まれる酸素ガスの分圧が１０Ｐａより低くなる
と、昇温工程で形成される薄膜が所定の膜質を有しない
おそれが生じることから、処理ガス中に含まれる酸素ガ
スの分圧は１０Ｐａ以上であることが好ましい。

【００４３】反応管２の温度が８００℃に到達すると、
第２ガス導入管１４からの窒素ガスの供給を停止すると
ともに、第１ガス導入管１３から、昇温工程での処理ガ
スの供給量（７．０７リットル／ｍｉｎ）の１／１０〜
１／１００の所定量、例えば、０．５リットル／ｍｉｎ
の酸素ガスを、ガス導入管１２を介して反応管２内に供
給し、半導体ウエハ１０にシリコン酸化膜を形成する
（熱処理工程）。

【００４４】ここで、第１ガス導入管１３からの酸素ガ
スを、昇温工程での処理ガスの流量の１／１０〜１／１
００の範囲内の流量で反応管２内に供給しているので、
ゆっくりと半導体ウエハ１０にシリコン酸化膜が形成さ
れる。このため、半導体ウエハ１０に均一な膜厚のシリ
コン酸化膜が形成される。また、半導体ウエハ１０の初
期酸化膜の膜厚が均一な膜厚でない場合にも、その膜厚
の差を相殺することができ、半導体ウエハ１０に均一な
膜厚のシリコン酸化膜を形成することができる。ただ
し、第１ガス導入管１３からの酸素ガスの供給量は、熱
処理工程において、半導体ウエハ１０にシリコン酸化膜
が形成可能な流量であることが必要である。

【００４５】半導体ウエハ１０に所定厚のシリコン酸化
膜が形成されると、バルブ１７の開度を制御しつつ、真
空ポンプ１８を駆動させて、反応管２を所定の圧力、例
えば、２６．６Ｐａ〜６６５Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ〜５
Ｔｏｒｒ）に減圧する。また、第１ガス導入管１３から
の酸素ガスの供給を停止するとともに、第２ガス導入管
１４から所定量、例えば、５リットル／ｍｉｎの窒素ガ
スをガス導入管１２を介して反応管２内に供給して反応
管２内をパージする（第２パージ工程）。なお、反応管
２内のパージを確実にするために、反応管２内のガスの
排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好まし
い。

【００４６】反応管２内がパージされると、昇温用ヒー
タ１１を制御して反応管２を所定のアンローディング温
度、例えば、３００℃に降温する（降温工程）。また、
バルブ１７の開度を制御しつつ、真空ポンプ１８を駆動
させて、反応管２を所定の圧力、例えば、６６５Ｐａ
（５Ｔｏｒｒ）に維持する。

【００４７】反応管２内が３００℃に降温されると、第
２ガス導入管１４から所定量、例えば、１０リットル／
ｍｉｎの窒素ガスをガス導入管１２を介して反応管２内
に供給して反応管２を常圧に戻し、ウエハボート９（半
導体ウエハ１０）を反応管２からアンロードする（アン
ロード工程）。

【００４８】次に、本実施の形態の効果を確認するた
め、昇温工程での処理ガス（窒素ガス及び酸素ガス）の
供給量、熱処理工程での酸素ガスの供給量を変え、半導
体ウエハ１０にシリコン酸化膜を形成した。図３及び図
４に、シリコン酸化膜の形成条件と、この形成条件での
シリコン酸化膜の膜厚の均一性とを示す。なお、熱処理
工程での反応管２の温度は８００℃、圧力は１０１０Ｐ
ａ（７．６Ｔｏｒｒ）であり、昇温工程では１００℃／
ｍｉｎで昇温し、半導体ウエハ１０を回転させた。

【００４９】図３及び図４に示すように、昇温工程での
窒素ガスの供給量が５リットル／ｍｉｎ、酸素ガスの供
給量が０．０５リットル／ｍｉｎの場合の、熱処理工程
での酸素ガスの供給量が５リットル／ｍｉｎ（実施例
１）、０．５リットル／ｍｉｎ（実施例２）と、昇温工
程での窒素ガスの供給量が７リットル／ｍｉｎ、酸素ガ
スの供給量が０．０７リットル／ｍｉｎの場合、熱処理
工程での酸素ガスの供給量が５リットル／ｍｉｎ（実施
例３）、０．５リットル／ｍｉｎ（実施例４）につい
て、半導体ウエハ１０にシリコン酸化膜を形成し、その
膜厚を測定し、均一性を求めた。なお、昇温工程での酸
素ガスの供給量は、処理ガス中の酸素ガスの分圧が１０
Ｐａとなる量とした。

【００５０】各実施例は、ウエハボート５の上部（ＴＯ
Ｐ）、中央部（ＣＴＲ）、下部（ＢＴＭ）の３枚につい
て、それぞれ９カ所の膜厚を測定し、その均一性を求め
た。図４（ａ）では各実施例での膜厚の均一性を３本の
棒グラフで示しており、左側から上部、中央部、下部で
の半導体ウエハに形成されたシリコン酸化膜の膜厚の均
一性を示している。また、参考のため、昇温工程での処
理ガスの流量が５リットル／ｍｉｎ未満（４リットル／
ｍｉｎ）の場合（比較例１）についても同様の測定を行
い、この結果も図３及び図４に示す。

【００５１】図４の実施例１、実施例３、比較例１に示
すように、昇温工程での処理ガスの供給量を増加させる
ことにより、半導体ウエハ１０に形成されたシリコン酸
化膜の膜厚の均一性を向上できることが確認できた。特
に、昇温工程での処理ガスの供給量が５リットル／ｍｉ
ｎ以上になると、シリコン酸化膜の膜厚の均一性が大き
く向上することが確認できた。これは、昇温工程での処
理ガスの供給量を５リットル／ｍｉｎ以上に増加させる
ことにより、昇温工程中に半導体ウエハ１０の周縁部が
冷却されて、昇温工程で半導体ウエハ１０の表面の温度
が均一になる。このため、半導体ウエハ１０に形成され
る初期酸化膜の膜厚が均一になる。この結果、半導体ウ
エハ１０に形成されるシリコン酸化膜の膜厚を均一にす
ることができる。

【００５２】また、図４の実施例１と実施例２、実施例
３と実施例４に示すように、熱処理工程での酸素ガスの
供給量を減少させることにより、半導体ウエハ１０に形
成されたシリコン酸化膜の膜厚の均一性をさらに向上で
きることが確認できた。これは、半導体ウエハ１０にゆ
っくりとシリコン酸化膜が形成され、半導体ウエハ１０
の初期酸化膜の微量な膜厚の差を相殺することができる
ためである。従って、半導体ウエハ１０に形成されるシ
リコン酸化膜の膜厚をさらに均一にすることができる。

【００５３】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、昇温工程中に、処理ガスを半導体ウエハ１０の周縁
部を冷却可能な流量で反応管２内に供給しているので、
半導体ウエハ１０の周縁部が冷却され、半導体ウエハ１
０の表面の温度が均一になる。このため、半導体ウエハ
１０に均一な厚さの初期酸化膜が形成される。この結
果、半導体ウエハ１０に形成されるシリコン酸化膜の膜
厚を均一にすることができる。

【００５４】本実施の形態によれば、昇温工程中に半導
体ウエハ１０を回転しているので、半導体ウエハ１０の
周縁部が均一に冷却される。このため、半導体ウエハ１
０の表面の温度がさらに均一になり、半導体ウエハ１０
にさらに均一な厚さの初期酸化膜が形成される。この結
果、半導体ウエハ１０に形成されるシリコン酸化膜の膜
厚をさらに均一にすることができる。

【００５５】本実施の形態によれば、熱処理工程中に酸
素ガスを、昇温工程中の処理ガスの流量の１／１０〜１
／１００の範囲内の流量で反応管２内に供給しているの
で、半導体ウエハ１０に形成されるシリコン酸化膜の膜
厚をさらに均一にすることができる。

【００５６】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形、応用が可能である。以
下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様に
ついて、説明する。

【００５７】上記実施の形態では、処理ガスに窒素ガス
と酸素ガスを用いた場合を例に説明したが、本発明はこ
のようなドライ酸化プロセスに限定されるものではな
く、例えば、処理ガスに水蒸気を用いたウエット酸化プ
ロセス適用することも可能である。この場合にも、昇温
工程中に半導体ウエハ１０の周縁部を冷却可能な流量で
反応管２内に水蒸気を供給することにより、半導体ウエ
ハ１０に形成されるシリコン酸化膜の膜厚を均一にする
ことができる。また、熱処理工程中に、昇温工程中の供
給量の１／１０〜１／１００の範囲内の水蒸気を供給す
ることにより、半導体ウエハ１０に形成されるシリコン
酸化膜の膜厚を均一にすることができる。

【００５８】上記実施の形態では、昇温工程中に半導体
ウエハ１０を回転させた場合を例に説明したが、昇温工
程中に半導体ウエハ１０を回転させなくてもよい。この
場合にも、半導体ウエハ１０の周縁部を冷却することが
でき、半導体ウエハ１０に形成されるシリコン酸化膜の
膜厚を均一にすることができる。

【００５９】上記実施の形態では、昇温工程中に処理ガ
スを半導体ウエハ１０の周縁部を冷却可能な流量で反応
管２内に供給し、さらに、熱処理工程中に、昇温工程中
の処理ガスの流量の１／１０〜１／１００の範囲内の流
量の熱処理用ガスを供給した場合を例に説明したが、昇
温工程中に処理ガスを半導体ウエハ１０の周縁部を冷却
可能な流量で反応管２内に供給していればよく、熱処理
工程中の熱処理用ガスの流量が昇温工程中の処理ガスの
流量の１／１０〜１／１００の範囲内でなくてもよい。
また、半導体ウエハ１０に形成されるシリコン酸化膜の
膜厚の均一性の許容値が大きい場合には、熱処理工程中
に、昇温工程中の処理ガスの流量の１／１０〜１／１０
０の範囲内の流量の熱処理用ガスを供給していればよ
く、昇温工程中の処理ガスの流量が半導体ウエハ１０の
周縁部を冷却可能な流量でなくともよい。

【００６０】上記実施の形態では、ガス導入管１２が反
応管２の天井付近まで延伸されている場合を例に説明し
たが、ガス導入管１２の長さは任意であり、本実施例よ
り長くても短くてもよい。また、ガス導入管１２は多孔
式（分散式）のノズルであってもよい。さらに、ガス導
入管１２の数は一つに限らず、例えば、窒素ガスを導入
するガス導入管と、酸素ガスを導入するガス導入管とを
設けるように、複数であってもよい。また、ガス導入管
１２に加熱器を配設し、予め所定の温度に加熱されたガ
スを反応管２内に供給してもよい。

【００６１】上記実施の形態では、反応管２が単管構造
に形成されている場合を例に説明したが、例えば、反応
管２は内管と外管とからなる二重管構造に形成されてい
てもよい。

【００６２】上記実施の形態では、半導体ウエハ１０に
シリコン酸化膜を形成する場合を例に説明したが、昇温
処理により被処理体に薄膜を形成させるものであればよ
く、被処理体に形成される薄膜は酸化膜に限定されるも
のではない。また、被処理体は半導体ウエハ１０に限ら
ず、例えばガラス基板であってもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被処理体に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態のシリコン酸化膜の形成手
順を説明するためのレシピを示した図である。

【図３】本発明の実施の形態のシリコン酸化膜の形成条
件及び膜厚の均一性を示した表である。

【図４】（ａ）はシリコン酸化膜の膜厚の均一性を示し
たグラフであり、（ｂ）はその形成条件を示した表であ
る。

【図５】従来の熱処理装置の概略図である。

【符号の説明】

１ 熱処理装置 ２ 反応管 ３ マニホールド ４ 蓋体 ５ 回転軸 ８ 回転テーブル ９ ウエハボート １０ 半導体ウエハ １１ 昇温用ヒータ １２ ガス導入管 １３ 第１ガス導入管 １４ 第２ガス導入管 １６ 排気管 １７ バルブ １８ 真空ポンプ １９ 制御部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理体を反応室内に収容し、該反応室内
   を所定の圧力に減圧する減圧工程と、 前記被処理体を所定の温度に昇温する昇温工程と、 前記反応室内に熱処理用ガスを供給して、前記被処理体
   に薄膜を形成する熱処理工程とを備え、 前記昇温工程中に、前記被処理体の周縁部を冷却可能な
   流量で、前記反応室内に前記熱処理用ガスを含む処理ガ
   スを供給する、ことを特徴とする薄膜形成方法。
2. 【請求項２】前記昇温工程中に、前記反応室内に前記処
   理ガスを、少なくとも５リットル／ｍｉｎ供給する、こ
   とを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
3. 【請求項３】前記処理ガスに、前記熱処理用ガスを、そ
   の分圧が少なくとも１０Ｐａとなるように含ませる、こ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜形成方
   法。
4. 【請求項４】前記昇温工程中に、前記処理ガスを前記反
   応室に供給するとともに、前記被処理体を回転させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
   の薄膜形成方法。
5. 【請求項５】前記反応室は前記被処理体を複数枚収容可
   能な被処理体収容部を備え、 前記処理ガスを前記反応室に供給するとともに、前記被
   処理体が収容された前記被処理体収容部を回転させる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜形成方法。
6. 【請求項６】被処理体を反応室内に収容し、該反応室内
   を所定の圧力に減圧する減圧工程と、 前記反応室内に熱処理用ガスを含む処理ガスを供給する
   とともに、前記反応室内を所定の温度に昇温させる昇温
   工程と、 前記反応室内に、前記処理ガスの流量の１／１０〜１／
   １００の範囲内の流量の熱処理用ガスを供給して、前記
   被処理体に薄膜を形成する熱処理工程と、を備える、こ
   とを特徴とする薄膜形成方法。
7. 【請求項７】前記熱処理用ガスに酸素ガス、前記処理ガ
   スに酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い、前記被処
   理体に酸化膜を形成する、ことを特徴とする請求項１乃
   至６のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
8. 【請求項８】被処理体を収容する反応室と、 前記反応室を所定の温度に加熱する加熱手段と、 前記反応室内に熱処理用ガスを含む処理ガスを供給する
   ガス供給手段と、 前記反応室内のガスを排気する排気手段と、 前記加熱手段によって前記反応室を加熱させるととも
   に、前記ガス供給手段に前記被処理体の周縁部を冷却可
   能な流量で、前記反応室内に前記処理ガスを供給させる
   制御手段と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
9. 【請求項９】前記反応室は前記被処理体を複数枚収容可
   能な被処理体収容部を備え、 前記制御手段は、前記ガス供給手段に前記処理ガスを前
   記反応室に供給させるとともに、前記被処理体収容部を
   回転させ前記被処理体を回転させる、ことを特徴とする
   請求項８に記載の薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】被処理体を収容する反応室と、 前記反応室を所定の温度に加熱する加熱手段と、 前記反応室内に熱処理用ガスを含む処理ガスを供給する
    ガス供給手段と、 前記反応室内のガスを排気する排気手段と、 前記ガス供給手段に前記処理ガスを供給させるととも
    に、前記加熱手段によって前記反応室を所定の温度に加
    熱させた後、前記処理ガスの流量の１／１０〜１／１０
    ０の範囲内の流量で前記反応室内に熱処理用ガスを供給
    させて、前記被処理体に薄膜を形成する制御手段と、を
    備えることを特徴とする薄膜形成装置。
11. 【請求項１１】前記熱処理用ガスに酸素ガス、前記処理
    ガスに酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い、前記被
    処理体に酸化膜を形成する、ことを特徴とする請求項８
    乃至１０のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。