JP2014209558A - シリコン酸化膜の形成方法、及び、シリコン酸化膜の形成装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】パーティクルの発生を抑制することができるシリコン酸化膜の形成方法、及び、シリコン酸化膜の形成装置を提供する。
【解決手段】シリコン酸化膜の形成方法は、反応室内に被処理体を収容／回収するスタンバイ工程と、前記被処理体を反応室内に収容するロード工程と、前記反応室内に収容された被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、前記シリコン酸化膜が形成された被処理体を前記反応室外に搬送するアンロード工程と、を繰り返す。シリコン酸化膜の形成方法では、アンロード工程と、スタンバイ工程と、ロード工程との少なくとも１つの工程で、反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコン酸化膜の形成方法、及び、シリコン酸化膜の形成装置に関する。
シリコン酸化膜の形成方法として、低温下で、被処理体、例えば、半導体ウエハに、良質なシリコン酸化膜を形成することができるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が提案されている。例えば、特許文献１には、３００℃〜６００℃の低温で薄膜を形成する方法が開示されている。
特開２００４−２８１８５３号公報
ところで、形成されるシリコン酸化膜は、半導体ウエハの表面だけでなく、例えば、反応管の内壁や各種の治具等の熱処理装置の内部にも堆積（付着）してしまう。この付着物が熱処理装置内に付着した状態で薄膜の形成を行うと、反応管を構成する石英と付着物との熱膨張率の違いにより応力が発生し、この応力によって付着物が割れてしまう。このように、付着物が割れたものがパーティクルとなり、生産性を低下させる原因となる。特に、シリコン酸化膜が形成された半導体ウエハを反応管外に搬送するアンロード工程から、新たな半導体ウエハを反応管内に収容するロード工程までがパーティクルが発生しやすい。このため、パーティクルの発生を抑制することができるシリコン酸化膜の形成方法が求められている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、パーティクルの発生を抑制することができるシリコン酸化膜の形成方法、及び、シリコン酸化膜の形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るシリコン酸化膜の形成方法は、
反応室内に被処理体を収容／回収するスタンバイ工程と、
前記被処理体を反応室内に収容するロード工程と、
前記反応室内に収容された被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、
前記シリコン酸化膜が形成された被処理体を前記反応室外に搬送するアンロード工程と、を繰り返すシリコン酸化膜の形成方法であって、
前記アンロード工程と、前記スタンバイ工程と、前記ロード工程との少なくとも１つの工程で、前記反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、ことを特徴とする。
前記水蒸気の濃度が１％以上であることが好ましい。
前記アンロード工程と、前記スタンバイ工程と、前記ロード工程とで、前記反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給することが好ましい。
前記シリコン酸化膜形成工程では、前記反応室内の圧力を減圧にした状態で前記被処理体にシリコン酸化膜を形成し、
前記反応室内の圧力を常圧にする常圧復帰工程をさらに備え、
前記反応室内が常圧に復帰すると同時、または、前記アンロード工程開始と同時に、前記反応室内に水蒸気を含むガスを供給することが好ましい。
前記スタンバイ工程のみで前記反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給してもよい。
前記スタンバイ工程では、前記反応室内が所定の圧力となるように前記水蒸気を含むガスを供給した後、当該反応室内の圧力が２６．６ｋＰａ以下となるように窒素を供給して窒素置換することが好ましい。
前記反応室内に供給される水蒸気を含むガスは、例えば、水蒸気と窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、または、空気である。
前記シリコン酸化膜形成工程では、
前記被処理体が収容された反応室内に、シリコンソースガスを供給し、前記被処理体にシリコンを吸着させる吸着工程と、
前記吸着工程で吸着されたシリコンに酸化ガスを供給し、当該シリコンを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成する酸化工程と、を備え、
前記吸着工程と、前記酸化工程とを、複数回繰り返すことが好ましい。
前記酸化工程では、２００℃〜６００℃に設定された反応室内にオゾンを供給してオゾンを活性化させ、当該活性化されたオゾンを前記吸着されたシリコンに供給して当該シリコンを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成することが好ましい。
本発明の第２の観点に係るシリコン酸化膜の形成装置は、
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記反応室内に、成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に、水蒸気を含むガスを供給するガス供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記反応室内に被処理体を収容／回収するスタンバイ工程と、
前記被処理体を反応室内に収容するロード工程と、
前記成膜用ガス供給手段を制御して、前記反応室内に収容された被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、
前記シリコン酸化膜が形成された被処理体を前記反応室外に搬送するアンロード工程と、を繰り返し、
前記アンロード工程と、前記スタンバイ工程と、前記ロード工程との少なくとも１つの工程で、前記加熱手段を制御して前記反応室内を加熱した状態で、前記ガス供給手段を制御して前記反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、パーティクルの発生を抑制することができる。
本発明の実施の形態の処理装置を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 シリコン酸化膜の形成方法を説明する図である。 アニール用ガスを換えた場合のシリコン酸化膜の膜ストレスを示す図である。 本発明の他の実施の形態の処理装置を示す図である。 スタンバイ工程における処理装置の概要を示す図である。 アニール用ガス供給時間、及び、Ｎ２置換圧力と、ローディングエリア内のＯ２ＭＡＸ濃度との関係を示す図である。 スタンバイ工程時にアニール用ガスを供給した前後のパーティクル数を示す図である。
以下、本発明の実施の形態に係るシリコン酸化膜の形成方法、及び、シリコン酸化膜の形成装置について説明する。本実施の形態では、本発明のシリコン酸化膜の形成装置として、バッチ式の縦型処理装置を用いる場合を例に説明する。図１に本実施の形態の処理装置の構成を示す。
図１に示すように、処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた反応管２を備えている。反応管２は、内管２ａと、内管２ａを覆うとともに内管２ａと所定の間隔を有するように形成された有天井の外管２ｂとから構成された二重管構造を有する。内管２ａと外管２ｂの側壁は、図１に矢印で示すように、複数の開口を有している。内管２ａ及び外管２ｂは、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
反応管２の一側方には、反応管２内のガスを排気するための排気部３が配置されている。排気部３は、反応管２に沿って上方に延びるように形成され、反応管２の側壁に設けられた開口を介して、反応管２と連通する。排気部３の上端は、反応管２の上部に配置された排気口４に接続されている。この排気口４には図示しない排気管が接続され、排気管には図示しないバルブや後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構により、外管２ｂの一方の側壁側（ソースガス供給管８）から供給されたガスが、内管２ａ、外管２ｂの他方の側壁側、排気部３、排気口４を介して、排気管に排気され、反応管２内が所望の圧力（真空度）に制御される。
反応管２の下方には、蓋体５が配置されている。蓋体５は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体５は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体５が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
蓋体５の上には、ウエハボート６が載置されている。ウエハボート６は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート６は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、収容可能に構成されている。なお、蓋体５の上部に、反応管２の炉口部分から反応管２内の温度が低下することを防止する保温筒や、半導体ウエハＷを収容するウエハボート６を回転可能に載置する回転テーブルを設け、これらの上にウエハボート６を載置してもよい。これらの場合、ウエハボート６に収容された半導体ウエハＷを均一な温度に制御しやすくなる。
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７が設けられている。この昇温用ヒータ７により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、反応管２の内部に収容された半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内にソースガスを供給する、ソースガス供給管８が挿通されている。ソースガスは、被処理体にソース（Ｓｉ）を吸着させるＳｉソースであり、後述する吸着ステップで用いられる。本例では、Ｓｉソースとして、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）が用いられている。
ソースガス供給管８には、垂直方向の所定間隔ごとに供給孔が設けられており、供給孔から反応管２（外管２ｂ）内にソースガスが供給される。このため、図１に矢印で示すように、ソースガスが垂直方向の複数箇所から反応管２内に供給される。
また、反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内に酸化ガスを供給する、酸化ガス供給管９が挿通されている。酸化ガスは、吸着されたソース（Ｓｉ）を酸化するガスであり、後述する酸化ステップで用いられる。本例では、酸化ガスとして、オゾン（Ｏ３）が用いられている。
さらに、反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内に希釈ガス及びパージガスとしての窒素（Ｎ２）を供給する窒素ガス供給管１０が挿通されている。
また、反応管２の下端近傍の側面には、反応管２（外管２ｂ）内にアニール用ガスを供給する、アニール用ガス供給管１１が挿通されている。アニール用ガス供給管１１は、水蒸気を発生させる水蒸気発生装置１２と空気を供給する空気供給装置１３とに接続され、水蒸気発生装置１２及び空気供給装置１３から供給する水蒸気及び空気の流量を制御することにより、反応管２内に所望のＨ２Ｏ濃度のガスを供給する。例えば、水蒸気発生装置１２及び空気供給装置１３から供給する水蒸気及び空気の流量を、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）：空気（Ｏ２ガスとＮ２ガス）＝０．２ｓｌｍ：２０．０ｓｌｍ（Ｏ２ガス４．０ｓｌｍ、Ｎ２ガス１６．０ｓｌｍに相当）に制御することにより、反応管２内にＨ２Ｏの濃度が１％のガスが供給される。
ソースガス供給管８、酸化ガス供給管９、窒素ガス供給管１０、アニール用ガス供給管１１は、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）１２５を介して、図示しないソースガス供給源に接続されている。
また、反応管２内には、反応管２内の温度を測定する、例えば、熱電対からなる温度センサ１２２、及び、反応管２内の圧力を測定する圧力計１２３が複数本配置されている。
また、処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等が接続されている。
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ１２２は、反応管２内及び排気管内などの各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計１２３は、反応管２内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
ヒータコントローラ１２４は、昇温用ヒータ７を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、昇温用ヒータ７に通電してこれらを加熱し、また、昇温用ヒータ７の消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
ＭＦＣ１２５は、ソースガス供給管８、酸化ガス供給管９、窒素ガス供給管１０、アニール用ガス供給管１１等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１００から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
バルブ制御部１２６は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１００から指示された値に制御する。
真空ポンプ１２７は、排気管に接続され、反応管２内のガスを排気する。
ボートエレベータ１２８は、蓋体５を上昇させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体５を下降させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、Ｉ／Ｏポート（Input/Output Port）１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、各種のガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行する。また、ＣＰＵ１１５は、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ１２２、圧力計１２３、ＭＦＣ１２５等に反応管２内及び排気管内などの各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
次に、以上のように構成された処理装置１を用いたシリコン酸化膜の形成方法について、図３に示すレシピ（タイムシーケンス）を参照して説明する。本実施の形態のシリコン酸化膜の形成方法では、ＡＬＤ法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成する。
以下、ＡＬＤ法の場合、図３に示すように、本実施の形態では、半導体ウエハＷの表面にシリコン（Ｓｉ）を吸着する吸着ステップと、吸着されたＳｉを酸化する酸化ステップとを備えており、これらのステップがＡＬＤ法の１サイクルを示している。また、図３に示すように、本実施の形態では、Ｓｉソースガスとしてジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、酸化ガスとしてオゾン（Ｏ３）、希釈ガスとして窒素（Ｎ２）、Ｈ２Ｏアニールガスとして水蒸気（Ｈ２Ｏ）を用いている。この図３のレシピに示すサイクルを複数回、例えば、１００サイクル実行する（繰り返す）ことにより、半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン酸化膜が形成される。
なお、以下の説明において、処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（昇温用ヒータ７）、ＭＦＣ１２５（ソースガス供給管８等）、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７を制御することにより、図３に示すレシピに従った条件に設定される。
まず、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度、例えば、図３（ａ）に示すように、２５０℃に維持する。また、図３（ｆ）に示すように、アニール用ガス供給管１１から反応管２内にアニール用ガス、例えば、Ｈ２Ｏ濃度が１％のガスを反応管２内に供給する。
ここで、アニール用ガスに含まれるＨ２Ｏの濃度は、１％以上であることが好ましく、３％以上であることがさらに好ましく、５％以上であることが最も好ましい。なお、アニール用ガスに含まれるＨ２Ｏの濃度が１％とは、例えば、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）：空気（Ｏ２ガスとＮ２ガス）＝０．２ｓｌｍ：２０．０ｓｌｍ（Ｏ２ガス４．０ｓｌｍ、Ｎ２ガス１６．０ｓｌｍに相当）の場合をいう。アニール用ガスに含まれるＨ２Ｏの濃度をこのような範囲にすることにより、反応管２等の処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜の膜ストレスを低下させることができる。これは、アニール用ガスに含まれるＨ２Ｏが処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜に吸水され、シリコン酸化膜の剥がれの程度が弱くなり、処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜が処理装置１の内部から剥がれにくくなるためである。このため、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、反応管２内の温度は、１００℃〜６００℃であることが好ましく、１５０℃〜４００℃であることがさらに好ましく、２００℃〜３００℃であることが最も好ましい。かかる範囲にすることによりアニール用ガスに含まれるＨ２Ｏが処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜に吸水されやすくなり、シリコン酸化膜の剥がれの程度が弱くなり、処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜が処理装置１の内部から剥がれにくくなる。このため、パーティクルの発生を抑制することができる。
次に、半導体ウエハＷを収容したウエハボート６を蓋体５上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート６）を反応管２内にロードする（ロード工程）。
続いて、半導体ウエハＷにシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程を実施する。まず、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、３５０℃に設定する。また、窒素ガス供給管１０から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に設定する（安定化工程）。
次に、半導体ウエハＷの表面にＳｉを吸着させる吸着ステップを実行する。吸着ステップは、半導体ウエハＷにソースガスを供給して、その表面にＳｉを吸着させる工程である。
吸着ステップでは、ソースガス供給管８からＳｉソースとしてのＤＩＰＡＳを所定量、例えば、図３（ｄ）に示すように、０．３ｓｌｍと、図３（ｃ）に示すように、所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
ここで、反応管２内の温度は、室温（ＲＴ：Room Temperature）〜７００℃にすることが好ましい。室温より低くなると、シリコン酸化膜を成膜することができなくなるおそれが生じ、反応管２内の温度が７００℃より高くなると、形成されるシリコン酸化膜の膜質や膜厚均一性等が悪化してしまうおそれが生じるためである。反応管２内の温度は、ＲＴ〜７００℃とすることがより好ましく、ＲＴ〜５００℃にすることがさらに好ましい。かかる範囲の温度にすることにより、形成されるシリコン酸化膜の膜質や膜厚均一性等をさらに向上させることができるためである。
ＤＩＰＡＳの供給量は、１０ｓｃｃｍ〜１０ｓｌｍにすることが好ましい。１０ｓｃｃｍより少ないと半導体ウエハＷの表面に十分なＳｉが供給されないおそれが生じ、１０ｓｌｍより多いと反応に寄与しないＳｉが多くなってしまうおそれが生じるためである。ＤＩＰＡＳの供給量は、０．１ｓｌｍ〜３ｓｌｍにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、半導体ウエハＷの表面とＳｉとの反応が促進されるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ（０．００１Ｔｏｒｒ）〜１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）にすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、半導体ウエハＷの表面とＳｉとの反応を促進することができるためである。反応管２内の圧力は、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）〜４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）にすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管２内の圧力制御が容易になるためである。
反応管２内に供給されたＤＩＰＡＳは、反応管２内で加熱されて活性化する。このため、反応管２内にＤＩＰＡＳが供給されると、半導体ウエハＷの表面と活性化されたＳｉが反応し、半導体ウエハＷの表面にＳｉが吸着する。
半導体ウエハＷの表面に所定量のＳｉが吸着すると、ソースガス供給管８からのＤＩＰＡＳ及び窒素ガス供給管１０からの窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、例えば、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１０から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。
続いて、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、３５０℃に設定する。また、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１０から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に設定する。
次に、半導体ウエハＷの表面を酸化する酸化ステップを実行する。酸化ステップは、Ｓｉが吸着された半導体ウエハＷ上に酸化ガスを供給して、吸着されたＳｉを酸化する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハＷ上にオゾン（Ｏ３）を供給することにより吸着されたＳｉを酸化している。
酸化ステップでは、酸化ガス供給管９から反応管２内にオゾンを所定量、例えば、図３（ｅ）に示すように、１０ｓｌｍ供給する。また、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１０から希釈ガスとしての所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
ここで、オゾンの供給量は、１ｓｃｃｍ〜５０ｓｌｍにすることが好ましく、０．１ｓｌｍ〜２０ｓｌｍにすることがさらに好ましく、１ｓｌｍ〜１０ｓｌｍにすることが最も好ましい。かかる範囲にすることにより、シリコン酸化膜を形成するのに十分な酸化をさせることができるためである。
反応管２内の圧力は、０．１３３Ｐａ（０．００１Ｔｏｒｒ）〜１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）にすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、半導体ウエハＷ表面のＳｉの酸化を促進することができるためである。反応管２内の圧力は、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）〜４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）にすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管２内の圧力制御が容易になるためである。
反応管２内にオゾンが供給されると、半導体ウエハＷ上に吸着されたＳｉが酸化され、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜が形成される。半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン酸化膜が形成されると、酸化ガス供給管９からオゾンの供給を停止する。また、窒素ガス供給管１０からの窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、窒素ガス供給管１０から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。
これにより、吸着ステップと、酸化ステップとからなる、ＡＬＤ法の１サイクルが終了する。続いて、再び、吸着ステップから始まるＡＬＤ法の１サイクルを開始する。そして、このサイクルを所定回数繰り返す。これにより、半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン酸化膜が形成される。
半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン酸化膜が形成されると、窒素ガス供給管１０から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する操作を複数回繰り返す（サイクルパージ工程）。また、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度、例えば、図３（ａ）に示すように、２５０℃に維持する。同時に炉内をＮ２でサイクルパージして常圧へと戻す（常圧復帰工程）。
そして、炉内がほぼ常圧に近い段階から、図３（ｆ）に示すように、アニール用ガス供給管１１から反応管２内にアニール用ガス、例えば、Ｈ２Ｏ濃度が１％のガスを炉内（反応管２内）に供給する。なお、アニール用ガスに含まれるＨ２Ｏの濃度、及び、反応管２内の温度の好ましい範囲は、ロード工程におけるアニール用ガスに含まれるＨ２Ｏの濃度、及び、反応管２内の温度の好ましい範囲と同様である。
次に、ボートエレベータ１２８により蓋体５を下降させることにより、半導体ウエハＷをアンロードする（アンロード工程）。なお、アンロード工程とは、ウエハボート６が炉内の正位置から炉外の正位置まで動く工程をいう。そして、新たに処理を行う半導体ウエハＷを収容したウエハボート６を蓋体５上に載置する等の準備を行う（スタンバイ工程）。なお、半導体ウエハＷをウエハボート６から回収するディスチャージ工程と、新しい半導体ウエハＷをウエハボート６に載置するウエハチャージ工程とをスタンバイ工程という。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート６）を反応管２内にロードする（ロード工程）。これにより、引き続き、新たな半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン酸化膜が形成される。
このように、パーティクルが発生しやすい、アンロード工程からロード工程までの間、アニール用ガス供給管１１から反応管２内にＨ２Ｏ濃度が１％のガス（アニール用ガス）を供給しているので、ガスに含まれるＨ２Ｏが処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜に吸水されやすくなり、シリコン酸化膜の剥がれの程度が弱くなる。このため、処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜が処理装置１の内部から剥がれにくくなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
次に、本発明の効果を確認するため、吸着ステップ、酸化ステップにおける反応管２内の温度を１５０℃とした以外は、前述のシリコン酸化膜の形成方法により、半導体ウエハＷ上に５０ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形成した時のシリコン酸化膜の膜ストレスを測定した（実施例１）。また、アニール用ガスのＨ２Ｏ濃度を５％とした以外は、同様の方法により半導体ウエハＷ上に５０ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形成した時のシリコン酸化膜の膜ストレスを測定した（実施例２）。さらに比較のため、アニール用ガスに、２０％の酸素と８０％の窒素との混合ガス（比較例１）、１００％窒素ガス（比較例２）を用いた場合についても、同様に、半導体ウエハＷ上に５０ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形成した時のシリコン酸化膜の膜ストレスを測定した。結果を図４に示す。
図４に示すように、アニール用ガスにＨ２Ｏ濃度が１％以上のガスを用いることによりシリコン酸化膜の膜ストレスが低下することが確認できた。特に、アニール用ガスにＨ２Ｏ濃度が５％のガスを用いることにより、シリコン酸化膜の膜ストレスが大きく低下することが確認できた。
以上説明したように、本実施の形態によれば、アニール用ガスに水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含むガスが用いられているので、ガスに含まれるＨ２Ｏが処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜に吸水されやすくなり、シリコン酸化膜の剥がれの程度が弱くなる。このため、処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜が処理装置１の内部から剥がれにくくなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
上記実施の形態では、ＳｉソースとしてＤＩＰＡＳを用いた場合を例に本発明を説明したが、Ｓｉソースはシリコン酸化膜を形成可能な有機ソースガスであればよく、例えば、ＳｉＨ４、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ３（ＮＨＣ（ＣＨ３）３）、ＳｉＨ３（Ｎ（ＣＨ３）２）、ＳｉＨ２（ＮＨＣ（ＣＨ３）３）２、ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３等を用いてもよい。
上記実施の形態では、酸化ガスとしてオゾンを用いた場合を例に本発明を説明したが、酸化ガスは吸着されたソース（Ｓｉ）を酸化してシリコン酸化膜を形成可能なガスであればよく、例えば、酸素（Ｏ２）などをプラズマ、触媒、ＵＶ、熱、磁力等により酸素ラジカルを発生させた場合であってもよい。例えば、プラズマにより酸化ガスを活性化させる場合には、図５に示すような処理装置１を用いることができる。
このような処理装置１では、反応管２の排気部３が配置されている反応管２の一側方の反対側に、プラズマ発生部２０が設けられている。プラズマ発生部２０は、一対の電極２１等を備えており、一対の電極２１間に酸化ガス供給管９が挿通されている。一対の電極２１は、図示しない高周波電源、整合器等に接続されている。そして、一対の電極２１間に高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加することにより、一対の電極２１間に供給された酸化ガス（Ｏ２）をプラズマ励起（活性化）させ、酸素ラジカル（Ｏ２ ＊）等を生成する。このように生成された酸素ラジカル（Ｏ２ ＊）等がプラズマ発生部２０から反応管２内に供給される。
上記実施の形態では、アンロード工程からロード工程までの間、反応管２内にアニール用ガスを供給した場合を例に本発明を説明したが、アンロード工程と、スタンバイ工程と、ロード工程との少なくとも１つの工程で、反応管２内にアニール用ガスを供給してもよい。この場合にも、ガスに含まれるＨ２Ｏが処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜に吸水されやすくなり、シリコン酸化膜の剥がれの程度が弱くなる。このため、処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜が処理装置１の内部から剥がれにくくなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
このようなアニール用ガスの供給は、スタンバイ工程でのみ実行することが好ましい。スタンバイ工程では、半導体ウエハＷをウエハボート６から回収し、新しい半導体ウエハＷをウエハボート６に載置するのに所定の時間を要することから、アニール用ガスを供給するために新たな時間（ダウンタイム）が生じないためである。
図６にスタンバイ工程における処理装置１の概要を示す。図６に示すように、スタンバイ工程では、ボートエレベータにより蓋体５が下降され、半導体ウエハＷを収容するウエハボート６が反応管２の下（炉外）のローディングエリアＬＡ内に配置されている。この状態で、アニール用ガス供給管１１から反応管２内にアニール用ガスを供給する。アニール用ガスは、Ｈ２Ｏ濃度が所望以上の濃度であれば、クリーンルーム内の大気をそのまま用いてもよい。このように、アニールガスに含まれるＨ２Ｏが処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜に吸水されやすくなり、シリコン酸化膜の剥がれの程度が弱くなる。このため、処理装置１の内部に付着したシリコン酸化膜が処理装置１の内部から剥がれにくくなり、パーティクルの発生を抑制することができる。
ここで、反応管２内に供給するアニール用ガスを、反応管２内が所定の圧力、例えば、８６．４５ｋＰａ（６５０Ｔｏｒｒ）となるように反応管２内に供給した後、窒素ガス供給管１０から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内を窒素置換することが好ましい。窒素置換することにより、アニール用ガス（大気成分）に含まれる水分を反応管２内にのみ供給することができ、ローディングエリアＬＡ内の酸素濃度が低いままアニール用ガスを反応管２内に供給することができる。この結果、パーティクル、特に、微小なパーティクルの発生を抑制することができる。
図７に、アニール用ガス供給時間、及び、窒素置換圧力（Ｎ２置換圧力）と、ローディングエリアＬＡ内の酸素の最大濃度（Ｏ２ＭＡＸ濃度）との関係を示す。図７に示すように、アニール用ガス供給後のＮ２置換圧力を２００Ｔｏｒｒ（２６．６ｋＰａ）以下にすることにより、Ｏ２ＭＡＸ濃度を低くすることができる。このため、アニール用ガス供給後の窒素置換を２６．６ｋＰａ（２００Ｔｏｒｒ）まで真空引きして、そのまま常圧復帰させることが好ましい。
スタンバイ工程におけるアニール用ガス供給の効果を確認するため、前述のシリコン酸化膜の形成方法により、半導体ウエハＷ上に１２．２μｍ厚のシリコン酸化膜を形成し、反応管２の上部（Ｔ）、中央部（Ｃ）、下部（Ｂ）で形成されたシリコン酸化膜上に発生した０．０５μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定する処理を３回（ＲＵＮ１、ＲＵＮ２、ＲＵＮ３）行った。その後、スタンバイ工程時にアニール用ガスを供給する処理を行い、再び、前述のシリコン酸化膜の形成方法により、半導体ウエハＷ上に１２．２μｍ厚のシリコン酸化膜を形成し、反応管２の上部（Ｔ）、中央部（Ｃ）、下部（Ｂ）で形成されたシリコン酸化膜上に発生した０．０５μｍ以上の大きさのパーティクル数を測定する処理を３回（ＲＵＮ４、ＲＵＮ５、ＲＵＮ６）行った。測定した各部のパーティクル数を図８に示す。
図８に示すように、スタンバイ工程時にアニール用ガスを供給する処理を行うことにより、測定した各部についてパーティクル数が大きく減少していることが確認できた。このため、スタンバイ工程時にアニール用ガスを供給することにより、パーティクルの発生を抑制できることを確認した。
上記実施の形態では、常圧復帰工程で炉内がほぼ常圧に近い段階からアニール用ガスを反応管２内に供給した場合を例に本発明を説明したが、例えば、アンロード工程開始と同時にアニール用ガスを反応管２内に供給してもよい。この場合にも、パーティクルの発生を抑制することができる。
上記実施の形態では、水蒸気発生装置１２及び空気供給装置１３を用いて水蒸気を含むガスを反応管２内に供給した場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理装置１のローディングエリアＬＡがＮ２ロードロック機構を備える場合には、空気供給装置１３を設けずに、窒素ガス及び酸素ガスを供給する装置を設けてもよい。この場合、Ｈ２Ｏガス：Ｏ２ガス：Ｎ２ガス＝０．２ｓｌｍ：４．０ｓｌｍ：１６．０ｓｌｍに制御することにより、反応管２内にＨ２Ｏの濃度が１％のガスが供給される。
また、処理装置１のローディングエリアＬＡをクリーンルームと同一の大気雰囲気とし、ローティング、アンローティング時にローディングエリアＬＡの大気を反応管２内に供給することにより、水蒸気を含むガスを反応管２内に供給してもよい。
上記実施の形態では、１００サイクル実行することにより、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成した場合を例に本発明を説明したが、例えば、５０サイクルのように、サイクル数を少なくしてもよい。また、２００サイクルのように、サイクル数を多くしてもよい。この場合にも、サイクル数に応じて、例えば、Ｓｉソース及び酸素の供給量等を調整することにより、所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が可能である。
上記実施の形態では、ＡＬＤ法を用いて半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成した場合を例に本発明を説明したが、本発明はＡＬＤ法を用いた場合に限定されるものではなく、ＣＶＤ法を用いて半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成してもよい。
上記実施の形態では、ソースガス及び酸化ガス供給時に希釈ガスとしての窒素を供給する場合を例に本発明を説明したが、ソースガス及び酸化ガス供給時に窒素を供給しなくてもよい。ただし、窒素を希釈ガスとして含ませることにより処理時間の設定等が容易になることから、希釈ガスを含ませることが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素の他に、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）が適用できる。
本実施の形態では、処理装置１として、二重菅構造のバッチ式の処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、単管構造のバッチ式の処理装置に本発明を適用することも可能である。また、バッチ式の横型処理装置や枚葉式の処理装置に本発明を適用することも可能である。また、被処理体は半導体ウエハＷに限定されるものではなく、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）用のガラス基板であってもよい。
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）など）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ：Bulletin Board System）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（Operating System）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
本発明は、シリコン酸化膜の形成方法、及び、シリコン酸化膜の形成装置に有用である。
１ 処理装置
２ 反応管
２ａ 内管
２ｂ 外管
３ 排気部
４ 排気口
５ 蓋体
６ ウエハボート
７ 昇温用ヒータ
８ ソースガス供給管
９ 酸化ガス供給管
１０ 窒素ガス供給管
１１ アニール用ガス供給管
１２ 水蒸気発生装置
１３ 空気供給装置
２０ プラズマ発生部
２１ 一対の電極
１００ 制御部
１１１ レシピ記憶部
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ Ｉ／Ｏポート
１１５ ＣＰＵ
１１６ バス
１２１ 操作パネル
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力計
１２４ ヒータコントローラ
１２５ ＭＦＣ
１２６ バルブ制御部
１２７ 真空ポンプ
１２８ ボートエレベータ
Ｗ 半導体ウエハ
ＬＡ ローディングエリア

Claims (10)

  1. 反応室内に被処理体を収容／回収するスタンバイ工程と、
    前記被処理体を反応室内に収容するロード工程と、
    前記反応室内に収容された被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、
    前記シリコン酸化膜が形成された被処理体を前記反応室外に搬送するアンロード工程と、を繰り返すシリコン酸化膜の形成方法であって、
    前記アンロード工程と、前記スタンバイ工程と、前記ロード工程との少なくとも１つの工程で、前記反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
  2. 前記水蒸気の濃度が１％以上である、ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  3. 前記アンロード工程と、前記スタンバイ工程と、前記ロード工程とで、前記反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  4. 前記シリコン酸化膜形成工程では、前記反応室内の圧力を減圧にした状態で前記被処理体にシリコン酸化膜を形成し、
    前記反応室内の圧力を常圧にする常圧復帰工程をさらに備え、
    前記反応室内が常圧に復帰すると同時、または、前記アンロード工程開始と同時に、前記反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  5. 前記スタンバイ工程のみで前記反応室内を加熱するとともに、当該反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  6. 前記スタンバイ工程では、前記反応室内が所定の圧力となるように前記水蒸気を含むガスを供給した後、当該反応室内の圧力が２６．６ｋＰａ以下となるように窒素を供給して窒素置換する、ことを特徴とする請求項５に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  7. 前記反応室内に供給される水蒸気を含むガスは、水蒸気と窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、または、空気である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  8. 前記シリコン酸化膜形成工程では、
    前記被処理体が収容された反応室内に、シリコンソースガスを供給し、前記被処理体にシリコンを吸着させる吸着工程と、
    前記吸着工程で吸着されたシリコンに酸化ガスを供給し、当該シリコンを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成する酸化工程と、を備え、
    前記吸着工程と、前記酸化工程とを、複数回繰り返す、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  9. 前記酸化工程では、２００℃〜６００℃に設定された反応室内にオゾンを供給してオゾンを活性化させ、当該活性化されたオゾンを前記吸着されたシリコンに供給して当該シリコンを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成する、ことを特徴とする請求項８に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
  10. 被処理体を収容する反応室と、
    前記反応室内を所定の温度に加熱する加熱手段と、
    前記反応室内に、成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
    前記反応室内に、水蒸気を含むガスを供給するガス供給手段と、
    装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記反応室内に被処理体を収容／回収するスタンバイ工程と、
    前記被処理体を反応室内に収容するロード工程と、
    前記成膜用ガス供給手段を制御して、前記反応室内に収容された被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、
    前記シリコン酸化膜が形成された被処理体を前記反応室外に搬送するアンロード工程と、を繰り返し、
    前記アンロード工程と、前記スタンバイ工程と、前記ロード工程との少なくとも１つの工程で、前記加熱手段を制御して前記反応室内を加熱した状態で、前記ガス供給手段を制御して前記反応室内に水蒸気を含むガスを供給する、
    ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成装置。
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