JP2004162114A - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハに形成される薄膜の特性が向上するとともに、特性のバラツキが抑制できる薄膜形成装置を得る。
【解決手段】反応室３にはウエハ５が設置された石英ボート４が配置されている。ガス導入孔８とガス排気孔９が石英チューブ２の内側の管にそれぞれ対向して配置されているので、反応室３内のガスの流れは、図中矢印７で示すように、ウエハ表面と平行な方向に面内均一に形成することができ、Ｓｉウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】反応室３にはウエハ５が設置された石英ボート４が配置されている。ガス導入孔８とガス排気孔９が石英チューブ２の内側の管にそれぞれ対向して配置されているので、反応室３内のガスの流れは、図中矢印７で示すように、ウエハ表面と平行な方向に面内均一に形成することができ、Ｓｉウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜形成には、熱酸化やＣＶＤなどの方法がよく用いられている。
まず、Ｓｉウエハの前処理としては、ＨＦにより表面の自然酸化膜を除去し、Ｈ原子でＳｉのダングリングボンドを終端して安定化（以後この方法で形成されたウエハをＨ終端Ｓｉウエハと呼ぶ）する。
上記Ｈ終端Ｓｉウエハを炉内に挿入する前に、ロードロック室を設け、室温でＮ２、Ａｒまたは真空などの無酸素雰囲気にしてから、待機温度の炉に挿入するが、上記ロードロック室を用いた薄膜形成においては、炉内での酸化膜の形成は防ぐことができるが、これにより形成された絶縁膜は、炉挿入時に巻き込まれた大気による酸化膜を含んだ絶縁膜と比べて絶縁耐圧が低い。
これは、無酸素雰囲気炉内で昇温すると、前処理後、炉挿入までの間に大気から付着した有機汚染物とＳｉウエハが反応し、ＳｉＣが形成されるためである。
つまり、Ｈ終端ＳｉウエハはＳｉのダングリングボンドがＨで終端されているが、昇温時にＨが熱脱離するため、活性なダングリングボンドがＳｉウエハ表面に形成され、このため、有機汚染物と反応してＳｉＣを形成するのである。
【０００３】
そこで、有機汚染物がＳｉウエハ上に存在しなければＳｉＣは形成しないので、ＨＦ処理後、炉挿入までの間Ｓｉウエハを大気に触れずに清浄な雰囲気で保管、搬送する方法が検討されているが、コスト面、技術面で実現はしばらく先になる。
したがって、有機汚染物が付着したＨ終端Ｓｉウエハを無酸素雰囲気炉内で昇温しても、ＳｉＣが形成しない薄膜形成装置の開発が強く望まれる。
【０００４】
そこで、有機汚染物によるＳｉＣの形成を防止することを目的としたものではないが、インナーチューブ内に配置されたウエハ上にエピタキシャル成長を行わせる場合、使用済反応ガスが、上記チューブの開口部から炉内を通り、アウターチューブ等に設けられた排気口より炉外に排出されるが、上記開口と排気口を、インナーチューブの上方および下方のいずれか一方の同一領域内に設けることにより、使用済みの反応ガスの排気経路を短くし、かつ使用済反応ガス経路をウエハの配置部以外の領域外に限定した、縦型のホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ気相成長装置がある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、有機汚染物によるＳｉＣの形成を防止することを目的としたものではないが、ウエハを載置したボートを、昇温された炉の中に挿入するときに、大気の巻き込みによるウエハ表面の酸化膜の形成を防止したり、ウエハ表面への反応ガスの供給を均一にして均一な膜の形成を行うＣＶＤ装置において、上記ウエハを載置した石英ボート支柱に開口部を有し、ウエハを載置したボートを昇温された炉の中に挿入する際に、開口部から窒素ガスを導入してウエハ表面の大気を取り除いたり、開口部から反応ガスを導入して、ウエハ表面に反応ガスを供給することにより、高速で、均一な膜を形成するというものである（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７‐３７８１２号公報（第２、３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平７‐１７６４９０号公報（第２頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の減圧ＣＶＤ型気相成長装置では、炉の上部と下部のどちらかに開口部と排気口が設けられるため、炉内での上部と下部では気流速度が異なり排気効率が異なる。
また開口から遠いウエハで脱離した有機汚染物が、開口に近いウエハ表面に再付着する可能性があるため、炉の上部から下部までのウエハにおける有機汚染物の除去も成膜も均一に行えず、特性バラツキが発生する可能性が高いという課題があった。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載のＣＶＤ装置では、開口部（この場合ガス導入のための）から導入されるガスの気流の方向は、平行ではなく互いに向き合っているため、渦や滞留を発生し、有機汚染物の除去量と成膜においても、ウエハ面内またはウエハ間でのバラツキ、ウエハの特性バラツキが発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、被処理ウエハ面上に均一なガス流を形成し、有機汚染物の除去や薄膜形成が均等に行われ、ウエハに形成される薄膜の特性が向上するとともに、特性のバラツキが抑制できる薄膜形成装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の薄膜形成装置は、ガスを、反応室に載置された被処理ウエハ上を経由させて、上記被処理ウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記反応室へガスを導入する複数のガス導入孔と、この各ガス導入孔に対向して設けられ、上記ガスを上記反応室から排気する複数のガス排気孔とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態の薄膜形成装置の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
即ち、筐体１の中には、石英チューブ２が配置されるが、石英チューブ２は中にガスを流すため２重構造になっている。
石英チューブ２の中が反応室３となり、この反応室３には石英ボート４が配置され、実際は１００枚程度のウエハ５が、一定方向に所定の間隔で上下に設置され、チューブ２内にボート４を導入、導出する際は、シャッタ６を開閉して行われる。
また、反応室３内のガスの流れは、図中矢印７で示すように、ウエハ５面上を平行に流れるように、ガス導入孔８とガス排気孔９が石英チューブ２の内側の管にそれぞれ対向して配置されている。
【００１２】
不活性ガス、キャリアガスまたは原料ガスなどがガス導入配管１０から矢印５１に示すようにチューブ２に導かれ、ガス導入孔８からウエハ５が配置された反応室３に導入され、ウエハ５上に供給される。
また、ウエハ５上を通り抜けたガスは排気孔９を通って、ガス排気配管１１に導かれ、ガス排気配管１１の先には真空または減圧ポンプなどが設置され、ガス導入側よりも減圧されて、矢印５２のように導出される。
ヒータ１２は筐体１の外周璧を取り囲むように設けられ、抵抗加熱等によりウエハ５を加熱する。
【００１３】
図１はガス導入孔８とガス排気孔９が石英チューブ２に設けられた場合を示すが、ガス導入孔８とガス排気孔９とが対向して設けられ、被処理ウエハ面に平行で面内均一なガス流が得られれば、設けられる場所は石英チューブ２に限定されない。
【００１４】
図４は反応室におけるウエハ５面上のガスの流れ状態を示す説明図であり、（ａ）は比較として示す、ガス流が平行でなく向き合っている場合、（ｂ）は本実施の形態におけるガスの流れ状態で、上記ガス流が平行の場合である。
なお、図中実線矢印は脱離した有機物の流れ、点線矢印は本発明の実施の形態に係わるガス流である。
【００１５】
以上のように、本実施の形態においては、図１および図４に示すように、ウエハ５の各々に対して、石英チューブの内壁に多数のガス導入孔と、このガス導入孔と対向してガス排気孔を配しているので、気流（不活性ガス、成膜成分ガス等）の流れをウエハ表面と平行な方向に面内均一に形成することができ、Ｓｉウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
上記のようにバラツキが防止できたのは、Ｓｉウエハ表面に付着した有機汚染物は、ほとんどが４００℃以下で熱脱離するので、Ｓｉウエハ上にダングリングボンドが形成する温度ではほとんどの有機汚染物がＳｉウエハ上から脱離しているにも拘らずＳｉＣが形成されたのは、一旦脱離した有機汚染物が直ちに炉外に排気されないため、Ｓｉウエハに再付着することによっていたことが、本実施の形態においては上記のようにして有機汚染物の再付着が防止されることにより解決できたためである。
【００１６】
また、多数のＳｉウエハを一度に処理するバッチ炉の場合、ＳｉウエハとＳｉウエハの間が狭いため、コンダクタンスが低く、排気速度が低くなり、さらに生産性を上げるため、より大口径のウエハが使用される傾向にあり、よりコンダクタンスは低くなる。
そこで、図１のようにガス排気孔８とガス導入孔９を各ウエハに対して設けると、ウエハとウエハの間に気流を生じさせ、ウエハから脱離した有機物を効率的に炉外に排気し、かつ炉内のどの位置にあるウエハも同じように有機物を効率的に炉外に排気することができる。
【００１７】
また、ウエハボート４が回転する構造となっていると、ガス流の方向によるウエハ５面内位置での排気効率の違いが相殺され、よりウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
なお、被処理ウエハと、ガス導入孔およびガス排気孔とが、相対的に上記被処理ウエハの円周方向に回転可能であればよく、ガス導入孔とガス排気孔の方が回転しても同様の効果を得ることができる。
また、ガス導入孔をガス排気孔に、ガス排気孔をガス導入孔に順次切り替え、上記ガス導入孔とガス排気孔とにより得られるガス流の方向を切りかえることによっても、ガス流の方向によるウエハ面内位置での排気効率の違いが相殺され、よりＳｉウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
【００１８】
また、上記ガス導入孔とガス排気孔はＣＶＤ成膜時の材料ガスの導入と排気、熱酸化時の酸化性ガスの導入と排気に利用することも可能である。
本実施の形態の薄膜形成装置を用いることにより、ＣＶＤ成膜時の材料ガスの場合、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、膜厚や膜質の、ウエハ間やウエハ面内での均一性が向上する。酸化性ガスの場合も同様に、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、膜厚や膜質の、ウエハ間やウエハ面内での均一性が向上する。
【００１９】
実施の形態２．
図２は本発明の第２の実施の形態の薄膜形成装置の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図であり、ガス導入孔８とガス排気孔９がウエハ５を積載するボート４の四面に、互いに対向して設けられている。
上記各々複数のガス導入孔と、これと対向する複数のガス排気孔からなる第１、第２の２組の組み合わせにより、図２（ｂ）中、ｘ（実線矢印で表され、図中右方への流れを＋ｘ、左方への流れを−ｘで示す）、ｙ（点線矢印で表され、図中上方への流れを＋ｙ、下方への流れを−ｙで示す）で示される第１、第２のガス流を形成する。
即ち、上記２組のガス導入孔とガス排気孔は、上記ガス流ｘとｙがウエハ面と平行に、かつ互いに交叉するように設けられている（図は直交するようにボートの四面に、互いに対向して設けられている）。
【００２０】
上記ガス導入孔とガス排気孔が図２のように設けられているので、ボートが待機温度に保持された炉内に挿入される時、ウエハとウエハの間にガスが流れ、効率よくガスが置換される。
さらに、第１、第２のガス流の方向、または第１もしくは第２のガス流の形成を切り替えることにより、つまり図２において＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙのガス流を形成することにより、例えば、＋ｘ→−ｘ→＋ｙ→−ｙまたは、＋ｘ→＋ｙ→−ｘ→−ｙのいずれも選択することができる。
これにより、ガス流の方向によるウエハ面内位置での排気効率の違いが相殺される。
なお、ガス導入孔とガス排気孔に関しては、ウエハボートに設けずに、実施の形態１と同様石英チューブの側壁全面に設けてもよい。
また、このガス導入孔、ガス排気孔はＣＶＤ成膜時の材料ガスの導入と排気、熱酸化時の酸化性ガスの導入と排気に利用することも可能で、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図３は、本発明の第３の実施の形態の薄膜形成装置の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図であり、ウエハ５の中央部にガスを供給するガス導入孔８を設け、ガスの排気孔は、ウエハ５の周辺部に対向して石英チューブの側壁全面に設けている。
つまり、ウエハを積載するボート４は、ウエハとウエハの間を仕切る仕切り板１３ともなり、この仕切りは中空で、ウエハの薄膜が形成される面に対向する側にガス導入孔が設けられている（以後ガス導入プレートと呼ぶ）。
また、ウエハの中央部に、周囲部より多くガス導入孔を設ることにより、ウエハ中央部から周辺部に向かった一様なガスの流れを作ることができ、ボートを回転させる複雑な機構を設けずにウエハ面内での特性バラツキを防止できる。
【００２２】
図は、ガス導入孔と、ウエハとウエハの間の仕切りを兼ねたガス導入プレートにより、ガスを導入した場合であるが、ガス導入部分だけをウエハの中央部に突出させたものによっても、ウエハ中心部から周辺部に向かったガスの流れを形成することができる。
【００２３】
また、ガス導入プレートの、ウエハの薄膜形成面と反対側の面（ウエハ裏面側）にもガス導入孔を設けることにより、有機汚染物を多く吸着した上記ウエハ裏面から脱離する多くの有機汚染物を、より効果的に炉外へ排気することができる。
即ち、デバイスはＳｉウエハの一方の表面（薄膜形成面）のみに形成され、ウエハ裏面は鏡面化処理する必要がないため、表面よりも表面積が大きく、有機汚染の吸着量も多いからである。
また、反応室３内でＳｉウエハ裏面は隣のＳｉウエハの表面に対向しているため、一方のウエハの裏面が他方のウエハの有機汚染の供給源となっている。
したがって、本実施の形態に示すように、ＳｉＣの形成を防止するには、ＳｉウエハとＳｉウエハの間に仕切り板を設けたり、裏面にもガス流を供給して有機汚染物を除去して、裏面からの有機汚染物の供給を抑制することが重要である。
【００２４】
図４（ｃ）は本実施の形態におけるガスの流れ状態で、本実施の形態において、ウエハ５の各々の間に、仕切り板１３を設け、その両面にガス導入孔を設けた場合であり、中心部から周辺部へのガス流を形成するとともに、裏面からの有機汚染物の供給を効率的に防止することができることが示されている。
【００２５】
また、このガス導入プレートは、ボートと一体とせずに、炉挿入、昇温が終わって成膜する段階でウエハとウエハの間から引き抜く構造としてもよい。
また、ウエハとウエハの間から引き抜くためにはウエハの外側にスペースが必要であるため、ガス導入プレートを２分割以上に分割した構造としてそれぞれ反対方向に引き抜く構造としてもよい。
また、成膜時もこのガス導入孔を利用すれば膜形成状態のウエハ面内位置、および炉内での位置による特性バラツキを防止することができる。
【００２６】
本実施の形態における仕切り板は、ガス導入孔を設けた場合を示しているが、上記ガス導入孔を設けていない仕切り板であっても、ウエハとウエハの間に仕切り板を設けることにより、裏面からの有機物の再付着を防ぐことができる。
また、上記仕切り板を実施の形態１に用いても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
実施例１．
直径２００ｍｍ、面方位（１００）、片面鏡面仕上げのシリコンウエハを、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の溶液に３分間浸漬、５分間超純粋洗浄、スピンドライヤ乾燥したものを用いてシリコンウエハの前処理を施した後、図１に示した薄膜形成装置を用いて成膜し、その時のＳｉＣ形成抑制効果を検証した。
【００２８】
即ち、６００℃に保持された反応室３に、ガス導入孔８からＡｒガスを流し、ガス排気孔９から排気して、上記ウエハ５上に平行流７を形成する。
ウエハ５およびウエハボート４はロードロック室でＡｒガスパージされ、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下にされた後、シャッタ６を開けて、ウエハおよびウエハボートを炉内に挿入する。
酸素濃度は２０ｐｐｍ以下とほとんどなく、また、反応室内３に挿入されると、すぐに平行流によりガスが置換されるため、さらに酸素濃度は低下し、６００℃に向けてウエハの温度が上昇し始めても、ウエハ表面の酸化は起きない。
ウエハ５およびウエハボート４が完全に反応室３内に挿入されると、シャッタ６が閉じ、成膜温度である８００℃まで反応室３が加熱される。
【００２９】
その後ＡｒからＯ２にガスを切り替え、熱酸化を行い、２ｎｍの熱酸化膜をウエハ表面に形成した。
次に、Ｏ２からＡｒにガスを切り替え、反応室の温度を６００℃まで徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させた。
その後、上記薄膜形成されたウエハに、別の装置でｐｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｏｘｉｄｅ）構造を形成してリーク電流を測定した。
【００３０】
一方、上記プロセスのうち、酸化直前までの工程即ち、Ａｒ雰囲気で８００℃まで昇温されたあと、成膜の工程を行わずに、Ａｒガスのまま徐冷し、シャッタを開けてウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で室温まで低下させてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＣ１ｓスペクトルを測定し、表面に形成したＳｉＣ量を評価した。
【００３１】
なお、上記リーク電流と、ＳｉＣ量の測定とは、反応室の上部（ＴＯＰ）、中部（ＣＮＴ）、下部（ＢＴＭ）の各ウエハに対して、ウエハ内の５点｛ノッチを下にした時のウエハ中央（ｃｅｎｔｅｒ）、上部（ｕｐ）、下部（ｄｏｗｎ）、右部（ｒｉｇｈｔ）、左部（ｌｅｆｔ）｝で実施し、反応室のウエハ間でのバラツキ、ウエハ面内でのバラツキを評価し、結果を図５、図６の（■）に示す。
なお、図５は反応室内の各場所におけるウエハ上に形成されたＳｉＣとそのバラツキを示す特性図、図６は反応室内の各場所における薄膜形成後のリーク電流とそのバラツキを示す特性図である。
【００３２】
比較例１．
また、実施例１において、ガス導入孔を反応室の上部のみに設け、ガス排気孔を反応室の下部のみに設けた装置を用い、平行なガス流が形成できない他は、実施例１と同様にして薄膜を形成し、また実施例１と同様に薄膜特性を測定し、結果を図５、図６の（×）に示す。
【００３３】
比較例１では、ロードロック室を設けて大気の混入を防いで巻き込み酸化を防止しているが、大気からウエハに付着した有機汚染物が燃焼分解せず、また上記有機汚染物を効率的にかつ均一に除去できないので、有機汚染物がウエハと反応してＳｉＣを形成するためリーク電流が非常に大きい。
また、ウエハ面内またはウエハ間で、有機汚染物の除去のされ方が均一にならないため、ウエハ面内またはウエハ間でのＳｉＣ形成量のバラツキや特性バラツキが大きい。
また、炉内の下部の方が、またウエハ面上においてはウエハ面内の周辺部の方が、ＳｉＣ形成量が大きくなっており、反応室内またはウエハ面内でのバラツキが見られる。また、反応室内の下部の方が、またはウエハ面内の周辺部の方が、リーク電流が大きくなる傾向が見られた。
【００３４】
一方、実施例１により薄膜形成する場合、ＳｉＣ形成量は１／１０程度に激減するので、リーク電流も３桁以上低減することができる。
また、反応室内、ウエハ面内によるバラツキもほとんどない。
【００３５】
また、図７は本実施例における薄膜形成装置を用いたＣＶＤ成膜時の膜厚のバラツキを、比較例の薄膜形成装置を用いたものと比較して示す特性図であり、図中（×）はウエハ面内の膜厚のバラツキ、（■）はウエハ間の膜厚のバラツキである。
図７に示すように、本実施例では、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、ウエハ間やウエハ面内での膜厚の均一性が向上する。
また、ＣＶＤ膜の均質性も得られる。また、酸化性ガスの場合も同様に、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、膜厚や膜質の、ウエハ間やウエハ面内での均一性が向上する。
【００３６】
実施例２．
直径２００ｍｍ、面方位（１００）、片面鏡面仕上げのシリコンウエハを、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の溶液に３分間浸漬、５分間超純粋洗浄、スピンドライヤ乾燥したものを用いてシリコンウエハの前処理を施した後、図２に示した薄膜形成装置を用いて成膜し、その時のＳｉＣ形成抑制効果を検証した。
即ち、反応室内は６００℃に保持されている。ウエハボートには、ウエハ表面に平行流を形成するためのガス導入孔と、ガス排気孔が設けられ、ウエハのノッチを下に見た時、右から左、左から右、上から下、下から上と、４段階にガス流の方向を１０秒に１回程度切り替える。
【００３７】
ウエハおよびウエハボートはロードロック室でウエハボートのガス導入孔からＡｒガスパージされ、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下にされた後、シャッタを開けて、ウエハおよびウエハボートを炉内に挿入する。
酸素濃度は２０ｐｐｍ以下とほとんどなく、また、反応室内に挿入されると、すぐに平行流によりガスが置換され、さらに酸素濃度は低下するため、６００℃に向けてウエハの温度が上昇し始めても、ウエハ表面の酸化は全く起きない。ウエハおよびウエハボートが完全に炉内に挿入されると、シャッタが閉じ、成膜温度である８００℃まで反応室が加熱される。
【００３８】
その後ＡｒからＯ２にガスを切り替え、熱酸化を行い、２ｎｍの熱酸化膜を表面に形成した。
次に、Ｏ２からＡｒにガスを切り替え、反応室の温度を６００℃まで徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させた。
その後別の装置でｐｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｏｘｉｄｅ）構造を形成し、リーク電流を測定した。
【００３９】
また、上記プロセスのうち、酸化直前までの工程即ち、Ａｒ雰囲気で８００℃まで昇温したあと、成膜の工程を行わずに、Ａｒガスのまま徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させ、実施例１と同様にしてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＣ１ｓスペクトルを測定し、表面に形成したＳｉＣ量を評価し、結果を図５、図６の（○）に示す。
図５、図６から、本実施例により薄膜形成する場合、実施例１と同様、ＳｉＣ形成量は１／１０程度に激減しており、リーク電流も３桁以上低減することができている。また、反応室内、ウエハ面内によるバラツキもほとんどないことが解る。
また、図７に示すように、本実施例でも、実施例１と同様ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、ウエハ間やウエハ面内での膜厚の均一性が向上する。
【００４０】
実施例３．
直径２００ｍｍ、面方位（１００）、片面鏡面仕上げのシリコンウエハを、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の溶液に３分間浸漬、５分間超純粋洗浄、スピンドライヤ乾燥したものを用いてシリコンウエハの前処理を施した後、図３に示した薄膜形成装置を用いて成膜し、その時のＳｉＣ形成抑制効果を検証した。
【００４１】
反応室は６００℃に保持されている。ウエハボートのウエハとウエハの間にには円形の仕切り板１３が設けられ、ガス導入孔８がこの仕切り板に設けられ、ウエハの中心部から、外周部にかけて放射状に均一なガス流７を形成することが可能になっている。
ガス排気孔は、チューブの内壁に多数設けられている。ウエハ５およびウエハボート４はロードロック室でウエハボート４の仕切り板１３に設けられたガス導入孔８からＡｒガスパージされ、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下にした後、シャッタを開けて、ウエハおよびウエハボートを炉内に挿入する。
酸素濃度は２０ｐｐｍ以下とほとんどなく、また、炉内に挿入されると、仕切り板１３に設けられたガス導入孔８からウエハ表面に直接供給されたＡｒガスにより置換され、さらに酸素濃度は低下するため、６００℃に向けてウエハの温度が上昇し始めても、ウエハ表面の酸化は全く起きない。ウエハおよびウエハボートが完全に炉内に挿入されると、シャッタが閉じ、成膜温度である８００℃まで炉が加熱される。
【００４２】
その後ＡｒからＯ２にガスを切り替え、熱酸化を行い、２ｎｍの熱酸化膜を表面に形成した。Ｏ２からＡｒにガスを切り替え、反応室の温度を６００℃まで徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させた。
その後別の装置でｐｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｏｘｉｄｅ）構造を形成し、リーク電流を測定した。
【００４３】
また、上記プロセスのうち、酸化直前までの工程即ち、Ａｒ雰囲気で８００℃まで昇温したあと、成膜の工程を行わずに、Ａｒガスのまま徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させ、実施例１と同様にしてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＣ１ｓスペクトルを測定し、表面に形成したＳｉＣ量を評価し、結果を図５、図６の（●）に示すが、ＳｉＣ形成量またはリーク電流が実施例１または実施例２より小さく、実施１または実施例２以上の効果が見られた。
また、図７に示すように、本実施例ても実施例１と同様、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、ウエハ間やウエハ面内での膜厚の均一性が向上する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の第１の薄膜形成装置は、ガスを、反応室に載置された被処理ウエハ上を経由させて、上記被処理ウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記反応室へガスを導入する複数のガス導入孔と、この各ガス導入孔に対向して設けられ、上記ガスを上記反応室から排気する複数のガス排気孔とを備えたことを特徴とするもので、ウエハに形成される薄膜の特性が向上するとともに、特性のバラツキが抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の薄膜形成装置の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の薄膜形成装置の説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の薄膜形成装置の説明図である。
【図４】薄膜形成装置の反応室内のウエハ面上のガスの流れ状態を示す説明図である。
【図５】薄膜形成装置の反応室内の各場所におけるウエハ上に形成されたＳｉＣとそのバラツキを、比較例と比較して示す特性図である。
【図６】薄膜形成装置の反応室内の各場所における薄膜形成後のリーク電流とそのバラツキを、比較例と比較して示す特性図である。
【図７】薄膜形成装置を用いたＣＶＤ成膜時の膜厚のバラツキを、比較例と比較して示す特性図である。
【符号の説明】
３ 反応室、７ ガス流、８ ガス導入孔、９ ガス排気孔、１３ 仕切り板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜形成には、熱酸化やＣＶＤなどの方法がよく用いられている。
まず、Ｓｉウエハの前処理としては、ＨＦにより表面の自然酸化膜を除去し、Ｈ原子でＳｉのダングリングボンドを終端して安定化（以後この方法で形成されたウエハをＨ終端Ｓｉウエハと呼ぶ）する。
上記Ｈ終端Ｓｉウエハを炉内に挿入する前に、ロードロック室を設け、室温でＮ２、Ａｒまたは真空などの無酸素雰囲気にしてから、待機温度の炉に挿入するが、上記ロードロック室を用いた薄膜形成においては、炉内での酸化膜の形成は防ぐことができるが、これにより形成された絶縁膜は、炉挿入時に巻き込まれた大気による酸化膜を含んだ絶縁膜と比べて絶縁耐圧が低い。
これは、無酸素雰囲気炉内で昇温すると、前処理後、炉挿入までの間に大気から付着した有機汚染物とＳｉウエハが反応し、ＳｉＣが形成されるためである。
つまり、Ｈ終端ＳｉウエハはＳｉのダングリングボンドがＨで終端されているが、昇温時にＨが熱脱離するため、活性なダングリングボンドがＳｉウエハ表面に形成され、このため、有機汚染物と反応してＳｉＣを形成するのである。
【０００３】
そこで、有機汚染物がＳｉウエハ上に存在しなければＳｉＣは形成しないので、ＨＦ処理後、炉挿入までの間Ｓｉウエハを大気に触れずに清浄な雰囲気で保管、搬送する方法が検討されているが、コスト面、技術面で実現はしばらく先になる。
したがって、有機汚染物が付着したＨ終端Ｓｉウエハを無酸素雰囲気炉内で昇温しても、ＳｉＣが形成しない薄膜形成装置の開発が強く望まれる。
【０００４】
そこで、有機汚染物によるＳｉＣの形成を防止することを目的としたものではないが、インナーチューブ内に配置されたウエハ上にエピタキシャル成長を行わせる場合、使用済反応ガスが、上記チューブの開口部から炉内を通り、アウターチューブ等に設けられた排気口より炉外に排出されるが、上記開口と排気口を、インナーチューブの上方および下方のいずれか一方の同一領域内に設けることにより、使用済みの反応ガスの排気経路を短くし、かつ使用済反応ガス経路をウエハの配置部以外の領域外に限定した、縦型のホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ気相成長装置がある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、有機汚染物によるＳｉＣの形成を防止することを目的としたものではないが、ウエハを載置したボートを、昇温された炉の中に挿入するときに、大気の巻き込みによるウエハ表面の酸化膜の形成を防止したり、ウエハ表面への反応ガスの供給を均一にして均一な膜の形成を行うＣＶＤ装置において、上記ウエハを載置した石英ボート支柱に開口部を有し、ウエハを載置したボートを昇温された炉の中に挿入する際に、開口部から窒素ガスを導入してウエハ表面の大気を取り除いたり、開口部から反応ガスを導入して、ウエハ表面に反応ガスを供給することにより、高速で、均一な膜を形成するというものである（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７‐３７８１２号公報（第２、３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平７‐１７６４９０号公報（第２頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の減圧ＣＶＤ型気相成長装置では、炉の上部と下部のどちらかに開口部と排気口が設けられるため、炉内での上部と下部では気流速度が異なり排気効率が異なる。
また開口から遠いウエハで脱離した有機汚染物が、開口に近いウエハ表面に再付着する可能性があるため、炉の上部から下部までのウエハにおける有機汚染物の除去も成膜も均一に行えず、特性バラツキが発生する可能性が高いという課題があった。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載のＣＶＤ装置では、開口部（この場合ガス導入のための）から導入されるガスの気流の方向は、平行ではなく互いに向き合っているため、渦や滞留を発生し、有機汚染物の除去量と成膜においても、ウエハ面内またはウエハ間でのバラツキ、ウエハの特性バラツキが発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、被処理ウエハ面上に均一なガス流を形成し、有機汚染物の除去や薄膜形成が均等に行われ、ウエハに形成される薄膜の特性が向上するとともに、特性のバラツキが抑制できる薄膜形成装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の薄膜形成装置は、ガスを、反応室に載置された被処理ウエハ上を経由させて、上記被処理ウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記反応室へガスを導入する複数のガス導入孔と、この各ガス導入孔に対向して設けられ、上記ガスを上記反応室から排気する複数のガス排気孔とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態の薄膜形成装置の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
即ち、筐体１の中には、石英チューブ２が配置されるが、石英チューブ２は中にガスを流すため２重構造になっている。
石英チューブ２の中が反応室３となり、この反応室３には石英ボート４が配置され、実際は１００枚程度のウエハ５が、一定方向に所定の間隔で上下に設置され、チューブ２内にボート４を導入、導出する際は、シャッタ６を開閉して行われる。
また、反応室３内のガスの流れは、図中矢印７で示すように、ウエハ５面上を平行に流れるように、ガス導入孔８とガス排気孔９が石英チューブ２の内側の管にそれぞれ対向して配置されている。
【００１２】
不活性ガス、キャリアガスまたは原料ガスなどがガス導入配管１０から矢印５１に示すようにチューブ２に導かれ、ガス導入孔８からウエハ５が配置された反応室３に導入され、ウエハ５上に供給される。
また、ウエハ５上を通り抜けたガスは排気孔９を通って、ガス排気配管１１に導かれ、ガス排気配管１１の先には真空または減圧ポンプなどが設置され、ガス導入側よりも減圧されて、矢印５２のように導出される。
ヒータ１２は筐体１の外周璧を取り囲むように設けられ、抵抗加熱等によりウエハ５を加熱する。
【００１３】
図１はガス導入孔８とガス排気孔９が石英チューブ２に設けられた場合を示すが、ガス導入孔８とガス排気孔９とが対向して設けられ、被処理ウエハ面に平行で面内均一なガス流が得られれば、設けられる場所は石英チューブ２に限定されない。
【００１４】
図４は反応室におけるウエハ５面上のガスの流れ状態を示す説明図であり、（ａ）は比較として示す、ガス流が平行でなく向き合っている場合、（ｂ）は本実施の形態におけるガスの流れ状態で、上記ガス流が平行の場合である。
なお、図中実線矢印は脱離した有機物の流れ、点線矢印は本発明の実施の形態に係わるガス流である。
【００１５】
以上のように、本実施の形態においては、図１および図４に示すように、ウエハ５の各々に対して、石英チューブの内壁に多数のガス導入孔と、このガス導入孔と対向してガス排気孔を配しているので、気流（不活性ガス、成膜成分ガス等）の流れをウエハ表面と平行な方向に面内均一に形成することができ、Ｓｉウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
上記のようにバラツキが防止できたのは、Ｓｉウエハ表面に付着した有機汚染物は、ほとんどが４００℃以下で熱脱離するので、Ｓｉウエハ上にダングリングボンドが形成する温度ではほとんどの有機汚染物がＳｉウエハ上から脱離しているにも拘らずＳｉＣが形成されたのは、一旦脱離した有機汚染物が直ちに炉外に排気されないため、Ｓｉウエハに再付着することによっていたことが、本実施の形態においては上記のようにして有機汚染物の再付着が防止されることにより解決できたためである。
【００１６】
また、多数のＳｉウエハを一度に処理するバッチ炉の場合、ＳｉウエハとＳｉウエハの間が狭いため、コンダクタンスが低く、排気速度が低くなり、さらに生産性を上げるため、より大口径のウエハが使用される傾向にあり、よりコンダクタンスは低くなる。
そこで、図１のようにガス排気孔８とガス導入孔９を各ウエハに対して設けると、ウエハとウエハの間に気流を生じさせ、ウエハから脱離した有機物を効率的に炉外に排気し、かつ炉内のどの位置にあるウエハも同じように有機物を効率的に炉外に排気することができる。
【００１７】
また、ウエハボート４が回転する構造となっていると、ガス流の方向によるウエハ５面内位置での排気効率の違いが相殺され、よりウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
なお、被処理ウエハと、ガス導入孔およびガス排気孔とが、相対的に上記被処理ウエハの円周方向に回転可能であればよく、ガス導入孔とガス排気孔の方が回転しても同様の効果を得ることができる。
また、ガス導入孔をガス排気孔に、ガス排気孔をガス導入孔に順次切り替え、上記ガス導入孔とガス排気孔とにより得られるガス流の方向を切りかえることによっても、ガス流の方向によるウエハ面内位置での排気効率の違いが相殺され、よりＳｉウエハ面内の特性バラツキを防ぐことができる。
【００１８】
また、上記ガス導入孔とガス排気孔はＣＶＤ成膜時の材料ガスの導入と排気、熱酸化時の酸化性ガスの導入と排気に利用することも可能である。
本実施の形態の薄膜形成装置を用いることにより、ＣＶＤ成膜時の材料ガスの場合、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、膜厚や膜質の、ウエハ間やウエハ面内での均一性が向上する。酸化性ガスの場合も同様に、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、膜厚や膜質の、ウエハ間やウエハ面内での均一性が向上する。
【００１９】
実施の形態２．
図２は本発明の第２の実施の形態の薄膜形成装置の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図であり、ガス導入孔８とガス排気孔９がウエハ５を積載するボート４の四面に、互いに対向して設けられている。
上記各々複数のガス導入孔と、これと対向する複数のガス排気孔からなる第１、第２の２組の組み合わせにより、図２（ｂ）中、ｘ（実線矢印で表され、図中右方への流れを＋ｘ、左方への流れを−ｘで示す）、ｙ（点線矢印で表され、図中上方への流れを＋ｙ、下方への流れを−ｙで示す）で示される第１、第２のガス流を形成する。
即ち、上記２組のガス導入孔とガス排気孔は、上記ガス流ｘとｙがウエハ面と平行に、かつ互いに交叉するように設けられている（図は直交するようにボートの四面に、互いに対向して設けられている）。
【００２０】
上記ガス導入孔とガス排気孔が図２のように設けられているので、ボートが待機温度に保持された炉内に挿入される時、ウエハとウエハの間にガスが流れ、効率よくガスが置換される。
さらに、第１、第２のガス流の方向、または第１もしくは第２のガス流の形成を切り替えることにより、つまり図２において＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙのガス流を形成することにより、例えば、＋ｘ→−ｘ→＋ｙ→−ｙまたは、＋ｘ→＋ｙ→−ｘ→−ｙのいずれも選択することができる。
これにより、ガス流の方向によるウエハ面内位置での排気効率の違いが相殺される。
なお、ガス導入孔とガス排気孔に関しては、ウエハボートに設けずに、実施の形態１と同様石英チューブの側壁全面に設けてもよい。
また、このガス導入孔、ガス排気孔はＣＶＤ成膜時の材料ガスの導入と排気、熱酸化時の酸化性ガスの導入と排気に利用することも可能で、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図３は、本発明の第３の実施の形態の薄膜形成装置の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図であり、ウエハ５の中央部にガスを供給するガス導入孔８を設け、ガスの排気孔は、ウエハ５の周辺部に対向して石英チューブの側壁全面に設けている。
つまり、ウエハを積載するボート４は、ウエハとウエハの間を仕切る仕切り板１３ともなり、この仕切りは中空で、ウエハの薄膜が形成される面に対向する側にガス導入孔が設けられている（以後ガス導入プレートと呼ぶ）。
また、ウエハの中央部に、周囲部より多くガス導入孔を設ることにより、ウエハ中央部から周辺部に向かった一様なガスの流れを作ることができ、ボートを回転させる複雑な機構を設けずにウエハ面内での特性バラツキを防止できる。
【００２２】
図は、ガス導入孔と、ウエハとウエハの間の仕切りを兼ねたガス導入プレートにより、ガスを導入した場合であるが、ガス導入部分だけをウエハの中央部に突出させたものによっても、ウエハ中心部から周辺部に向かったガスの流れを形成することができる。
【００２３】
また、ガス導入プレートの、ウエハの薄膜形成面と反対側の面（ウエハ裏面側）にもガス導入孔を設けることにより、有機汚染物を多く吸着した上記ウエハ裏面から脱離する多くの有機汚染物を、より効果的に炉外へ排気することができる。
即ち、デバイスはＳｉウエハの一方の表面（薄膜形成面）のみに形成され、ウエハ裏面は鏡面化処理する必要がないため、表面よりも表面積が大きく、有機汚染の吸着量も多いからである。
また、反応室３内でＳｉウエハ裏面は隣のＳｉウエハの表面に対向しているため、一方のウエハの裏面が他方のウエハの有機汚染の供給源となっている。
したがって、本実施の形態に示すように、ＳｉＣの形成を防止するには、ＳｉウエハとＳｉウエハの間に仕切り板を設けたり、裏面にもガス流を供給して有機汚染物を除去して、裏面からの有機汚染物の供給を抑制することが重要である。
【００２４】
図４（ｃ）は本実施の形態におけるガスの流れ状態で、本実施の形態において、ウエハ５の各々の間に、仕切り板１３を設け、その両面にガス導入孔を設けた場合であり、中心部から周辺部へのガス流を形成するとともに、裏面からの有機汚染物の供給を効率的に防止することができることが示されている。
【００２５】
また、このガス導入プレートは、ボートと一体とせずに、炉挿入、昇温が終わって成膜する段階でウエハとウエハの間から引き抜く構造としてもよい。
また、ウエハとウエハの間から引き抜くためにはウエハの外側にスペースが必要であるため、ガス導入プレートを２分割以上に分割した構造としてそれぞれ反対方向に引き抜く構造としてもよい。
また、成膜時もこのガス導入孔を利用すれば膜形成状態のウエハ面内位置、および炉内での位置による特性バラツキを防止することができる。
【００２６】
本実施の形態における仕切り板は、ガス導入孔を設けた場合を示しているが、上記ガス導入孔を設けていない仕切り板であっても、ウエハとウエハの間に仕切り板を設けることにより、裏面からの有機物の再付着を防ぐことができる。
また、上記仕切り板を実施の形態１に用いても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
実施例１．
直径２００ｍｍ、面方位（１００）、片面鏡面仕上げのシリコンウエハを、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の溶液に３分間浸漬、５分間超純粋洗浄、スピンドライヤ乾燥したものを用いてシリコンウエハの前処理を施した後、図１に示した薄膜形成装置を用いて成膜し、その時のＳｉＣ形成抑制効果を検証した。
【００２８】
即ち、６００℃に保持された反応室３に、ガス導入孔８からＡｒガスを流し、ガス排気孔９から排気して、上記ウエハ５上に平行流７を形成する。
ウエハ５およびウエハボート４はロードロック室でＡｒガスパージされ、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下にされた後、シャッタ６を開けて、ウエハおよびウエハボートを炉内に挿入する。
酸素濃度は２０ｐｐｍ以下とほとんどなく、また、反応室内３に挿入されると、すぐに平行流によりガスが置換されるため、さらに酸素濃度は低下し、６００℃に向けてウエハの温度が上昇し始めても、ウエハ表面の酸化は起きない。
ウエハ５およびウエハボート４が完全に反応室３内に挿入されると、シャッタ６が閉じ、成膜温度である８００℃まで反応室３が加熱される。
【００２９】
その後ＡｒからＯ２にガスを切り替え、熱酸化を行い、２ｎｍの熱酸化膜をウエハ表面に形成した。
次に、Ｏ２からＡｒにガスを切り替え、反応室の温度を６００℃まで徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させた。
その後、上記薄膜形成されたウエハに、別の装置でｐｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｏｘｉｄｅ）構造を形成してリーク電流を測定した。
【００３０】
一方、上記プロセスのうち、酸化直前までの工程即ち、Ａｒ雰囲気で８００℃まで昇温されたあと、成膜の工程を行わずに、Ａｒガスのまま徐冷し、シャッタを開けてウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で室温まで低下させてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＣ１ｓスペクトルを測定し、表面に形成したＳｉＣ量を評価した。
【００３１】
なお、上記リーク電流と、ＳｉＣ量の測定とは、反応室の上部（ＴＯＰ）、中部（ＣＮＴ）、下部（ＢＴＭ）の各ウエハに対して、ウエハ内の５点｛ノッチを下にした時のウエハ中央（ｃｅｎｔｅｒ）、上部（ｕｐ）、下部（ｄｏｗｎ）、右部（ｒｉｇｈｔ）、左部（ｌｅｆｔ）｝で実施し、反応室のウエハ間でのバラツキ、ウエハ面内でのバラツキを評価し、結果を図５、図６の（■）に示す。
なお、図５は反応室内の各場所におけるウエハ上に形成されたＳｉＣとそのバラツキを示す特性図、図６は反応室内の各場所における薄膜形成後のリーク電流とそのバラツキを示す特性図である。
【００３２】
比較例１．
また、実施例１において、ガス導入孔を反応室の上部のみに設け、ガス排気孔を反応室の下部のみに設けた装置を用い、平行なガス流が形成できない他は、実施例１と同様にして薄膜を形成し、また実施例１と同様に薄膜特性を測定し、結果を図５、図６の（×）に示す。
【００３３】
比較例１では、ロードロック室を設けて大気の混入を防いで巻き込み酸化を防止しているが、大気からウエハに付着した有機汚染物が燃焼分解せず、また上記有機汚染物を効率的にかつ均一に除去できないので、有機汚染物がウエハと反応してＳｉＣを形成するためリーク電流が非常に大きい。
また、ウエハ面内またはウエハ間で、有機汚染物の除去のされ方が均一にならないため、ウエハ面内またはウエハ間でのＳｉＣ形成量のバラツキや特性バラツキが大きい。
また、炉内の下部の方が、またウエハ面上においてはウエハ面内の周辺部の方が、ＳｉＣ形成量が大きくなっており、反応室内またはウエハ面内でのバラツキが見られる。また、反応室内の下部の方が、またはウエハ面内の周辺部の方が、リーク電流が大きくなる傾向が見られた。
【００３４】
一方、実施例１により薄膜形成する場合、ＳｉＣ形成量は１／１０程度に激減するので、リーク電流も３桁以上低減することができる。
また、反応室内、ウエハ面内によるバラツキもほとんどない。
【００３５】
また、図７は本実施例における薄膜形成装置を用いたＣＶＤ成膜時の膜厚のバラツキを、比較例の薄膜形成装置を用いたものと比較して示す特性図であり、図中（×）はウエハ面内の膜厚のバラツキ、（■）はウエハ間の膜厚のバラツキである。
図７に示すように、本実施例では、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、ウエハ間やウエハ面内での膜厚の均一性が向上する。
また、ＣＶＤ膜の均質性も得られる。また、酸化性ガスの場合も同様に、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、膜厚や膜質の、ウエハ間やウエハ面内での均一性が向上する。
【００３６】
実施例２．
直径２００ｍｍ、面方位（１００）、片面鏡面仕上げのシリコンウエハを、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の溶液に３分間浸漬、５分間超純粋洗浄、スピンドライヤ乾燥したものを用いてシリコンウエハの前処理を施した後、図２に示した薄膜形成装置を用いて成膜し、その時のＳｉＣ形成抑制効果を検証した。
即ち、反応室内は６００℃に保持されている。ウエハボートには、ウエハ表面に平行流を形成するためのガス導入孔と、ガス排気孔が設けられ、ウエハのノッチを下に見た時、右から左、左から右、上から下、下から上と、４段階にガス流の方向を１０秒に１回程度切り替える。
【００３７】
ウエハおよびウエハボートはロードロック室でウエハボートのガス導入孔からＡｒガスパージされ、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下にされた後、シャッタを開けて、ウエハおよびウエハボートを炉内に挿入する。
酸素濃度は２０ｐｐｍ以下とほとんどなく、また、反応室内に挿入されると、すぐに平行流によりガスが置換され、さらに酸素濃度は低下するため、６００℃に向けてウエハの温度が上昇し始めても、ウエハ表面の酸化は全く起きない。ウエハおよびウエハボートが完全に炉内に挿入されると、シャッタが閉じ、成膜温度である８００℃まで反応室が加熱される。
【００３８】
その後ＡｒからＯ２にガスを切り替え、熱酸化を行い、２ｎｍの熱酸化膜を表面に形成した。
次に、Ｏ２からＡｒにガスを切り替え、反応室の温度を６００℃まで徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させた。
その後別の装置でｐｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｏｘｉｄｅ）構造を形成し、リーク電流を測定した。
【００３９】
また、上記プロセスのうち、酸化直前までの工程即ち、Ａｒ雰囲気で８００℃まで昇温したあと、成膜の工程を行わずに、Ａｒガスのまま徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させ、実施例１と同様にしてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＣ１ｓスペクトルを測定し、表面に形成したＳｉＣ量を評価し、結果を図５、図６の（○）に示す。
図５、図６から、本実施例により薄膜形成する場合、実施例１と同様、ＳｉＣ形成量は１／１０程度に激減しており、リーク電流も３桁以上低減することができている。また、反応室内、ウエハ面内によるバラツキもほとんどないことが解る。
また、図７に示すように、本実施例でも、実施例１と同様ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、ウエハ間やウエハ面内での膜厚の均一性が向上する。
【００４０】
実施例３．
直径２００ｍｍ、面方位（１００）、片面鏡面仕上げのシリコンウエハを、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の溶液に３分間浸漬、５分間超純粋洗浄、スピンドライヤ乾燥したものを用いてシリコンウエハの前処理を施した後、図３に示した薄膜形成装置を用いて成膜し、その時のＳｉＣ形成抑制効果を検証した。
【００４１】
反応室は６００℃に保持されている。ウエハボートのウエハとウエハの間にには円形の仕切り板１３が設けられ、ガス導入孔８がこの仕切り板に設けられ、ウエハの中心部から、外周部にかけて放射状に均一なガス流７を形成することが可能になっている。
ガス排気孔は、チューブの内壁に多数設けられている。ウエハ５およびウエハボート４はロードロック室でウエハボート４の仕切り板１３に設けられたガス導入孔８からＡｒガスパージされ、酸素濃度を２０ｐｐｍ以下にした後、シャッタを開けて、ウエハおよびウエハボートを炉内に挿入する。
酸素濃度は２０ｐｐｍ以下とほとんどなく、また、炉内に挿入されると、仕切り板１３に設けられたガス導入孔８からウエハ表面に直接供給されたＡｒガスにより置換され、さらに酸素濃度は低下するため、６００℃に向けてウエハの温度が上昇し始めても、ウエハ表面の酸化は全く起きない。ウエハおよびウエハボートが完全に炉内に挿入されると、シャッタが閉じ、成膜温度である８００℃まで炉が加熱される。
【００４２】
その後ＡｒからＯ２にガスを切り替え、熱酸化を行い、２ｎｍの熱酸化膜を表面に形成した。Ｏ２からＡｒにガスを切り替え、反応室の温度を６００℃まで徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させた。
その後別の装置でｐｏｌｙ−Ｓｉ電極を形成し、ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｏｘｉｄｅ）構造を形成し、リーク電流を測定した。
【００４３】
また、上記プロセスのうち、酸化直前までの工程即ち、Ａｒ雰囲気で８００℃まで昇温したあと、成膜の工程を行わずに、Ａｒガスのまま徐冷し、シャッタを開け、ウエハおよびウエハボートを導出し、ロードロック室で、室温まで低下させ、実施例１と同様にしてＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＣ１ｓスペクトルを測定し、表面に形成したＳｉＣ量を評価し、結果を図５、図６の（●）に示すが、ＳｉＣ形成量またはリーク電流が実施例１または実施例２より小さく、実施１または実施例２以上の効果が見られた。
また、図７に示すように、本実施例ても実施例１と同様、ガス流がウエハ間およびウエハ面内で一定であるため、ウエハ間やウエハ面内での膜厚の均一性が向上する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の第１の薄膜形成装置は、ガスを、反応室に載置された被処理ウエハ上を経由させて、上記被処理ウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記反応室へガスを導入する複数のガス導入孔と、この各ガス導入孔に対向して設けられ、上記ガスを上記反応室から排気する複数のガス排気孔とを備えたことを特徴とするもので、ウエハに形成される薄膜の特性が向上するとともに、特性のバラツキが抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の薄膜形成装置の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の薄膜形成装置の説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の薄膜形成装置の説明図である。
【図４】薄膜形成装置の反応室内のウエハ面上のガスの流れ状態を示す説明図である。
【図５】薄膜形成装置の反応室内の各場所におけるウエハ上に形成されたＳｉＣとそのバラツキを、比較例と比較して示す特性図である。
【図６】薄膜形成装置の反応室内の各場所における薄膜形成後のリーク電流とそのバラツキを、比較例と比較して示す特性図である。
【図７】薄膜形成装置を用いたＣＶＤ成膜時の膜厚のバラツキを、比較例と比較して示す特性図である。
【符号の説明】
３ 反応室、７ ガス流、８ ガス導入孔、９ ガス排気孔、１３ 仕切り板。
Claims (8)
- ガスを、反応室に載置された被処理ウエハ上を経由させて、上記被処理ウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記反応室へガスを導入する複数のガス導入孔と、この各ガス導入孔に対向して設けられ、上記ガスを上記反応室から排気する複数のガス排気孔とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 被処理ウエハと、ガス導入孔およびガス排気孔とが、相対的に上記被処理ウエハの円周方向に回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
- 各々複数のガス導入孔と複数のガス排気孔とからなる第１、第２の組合わせにより形成される第１、第２のガス流が被処理ウエハ面上で交叉し、上記第１のガス流の形成と第２のガス流の形成を順次切り替える切り替え手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
- ガスを、反応室に載置された被処理ウエハ上を経由させて、上記被処理ウエハに薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記被処理ウエハの中央部へガスを供給するガス導入孔と、上記ガスを上記反応室から排気するガス排気孔とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
- ガス導入孔が複数の各被処理ウエハ毎に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の薄膜形成装置。
- 仕切り板が、複数の被処理ウエハの間に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の薄膜形成装置。
- 仕切り板の、ウエハの薄膜形成面側にガス導入孔を設けることを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成装置。
- ガス排気孔は、被処理ウエハの周辺部に対向して設けられていることを特徴とする請求項４または請求項６に記載の薄膜形成装置。
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