JP2779618B2 - 薄膜の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置製造における均一性の優れた薄
膜の形成方法に関する。 〔発明の概要〕 この発明は半導体装置製造における薄膜の形成方法に
おいて、ソフトランディング炉を用いた薄膜形成の際
に、第１の温度で炉内にウエハを挿入し、第１の温度よ
り高い第２の温度で薄膜を形成する方法と、薄膜形成
後、前記第２の温度より低い第３の温度でウエハを引き
出す方法を行うことにより、又、置換ガス流量を増加し
て薄膜を形成する方法を行うことにより、あるいは前記
の２つの方法を併用することにより、薄膜の膜厚の均一
性が向上するようにしたものである。 〔従来の技術〕 ソフトランディング炉は、石英ボートを炉内に挿入す
る際に、石英ボートとプロセスチューブ等の摩擦による
ゴミや塵埃の発生を防止する目的で開発されたウエハの
挿入方法である。従来は第２図に示すようにウエハの挿
入から引き出しまで一定の炉温で工程を行っていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前記ソフトランディング炉はウエハ挿入と同
時にカルチパドル下部より外気を取り込み、外気中の酸
素等と化学反応を起こし不均一な酸化膜等が形成される
という問題点を有していた。 前記問題点は、厚膜の形成においては十分無視できる
程度のものであったが、技術の進歩に伴い薄膜形成技術
の必要性が高まってきた。薄膜形成において、前記問題
点は顕著に影響するようになった。 そこで、この発明は前記のような問題点を解決するた
め、ソフトランディング炉を使用した薄膜形成において
均一性のよい薄膜を得ることを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するためにこの発明は、ウエハをソ
フトランディング炉に挿入する際、ウエハの反応温度以
下である第１の温度で炉内にウエハを挿入し、前記ウエ
ハと反応しない置換ガスで炉内を満たし、反応温度であ
る第２の温度に炉内を昇温させる。その後、反応ガスを
炉内に流し、薄膜形成を行う。又、薄膜形成後再びウエ
ハと反応しない置換ガスで炉内を満たした後、ウエハの
反応温度以下である第３の温度に炉内を降温し、薄膜形
成されたウエハを取り出す。 又は、ウエハを挿入する際に、ウエハと反応しない置
換ガスの流量を増加させる。 あるいは、前記の２つの方法を併用することにより、
薄膜の膜厚均一性が向上するようにした。 〔作用〕 上記のような方法により、ウエハのソフトランディン
グ炉への挿入によって取り込まれる外気に含まれた酸素
等による不均一な膜厚の酸化膜を生じることなく、又取
り込まれる外気を少なくすることにより、均一な薄膜が
得られるのである。 〔実施例〕 以下に、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。第１図はソフトランディング炉の温度サイクル
を示すもので、ウエハの酸化温度より十分に低い温度T1
（以後に示すデータでは800℃で行った。）以下でウエ
ハを挿入し、置換ガス（データでは窒素ガスを用い
た。）で炉内を満たした。その後、ウエハの反応温度T2
（データでは1000℃で行った。）以上に昇温し、反応ガ
ス（データでは窒素，酸素混合ガスを用いて酸化反応を
行った。）を流し薄膜形成を行った。 薄膜形成後、再び置換ガスを炉内に満たし、酸化温度
より十分に低い温度T3（データでは800℃）以下で、ウ
エハを取り出しを行った。 もう一つの方法として、第３図のようなガスの流れが
考えられる場合に、置換ガスの流量を大きくする（デー
タでは14毎秒で窒素ガスを流した。）ようにして、ガ
ス流界面１を、ウエハの挿入口に近い方向にするように
し、外気の流入を最小に抑えるようにした。 又は、上記の２つの方法を併用することによって、第
４図（ｂ）に示されるような、均一性のよい薄膜が得ら
れた。ここで、第４図（ａ）は従来の方法により形成し
た酸化膜の膜厚の分布図であり、第４図（ｂ）は本発明
の方法を用いて形成した酸化膜の膜厚の分布図である。
第４図（ａ）及び（ｂ）の数字は、いずれも膜厚を表し
ており、単位はオングストロームである。第４図（ａ）
及び（ｂ）より、本発明を用いて形成した酸化膜の方
が、従来の方法を用いて形成した酸化膜より均一である
ことが明らかである。 第５図は、ウエハ挿入時の炉温と外気による酸化膜厚
との関係図である。この時のウエハローディング速度は
3mm毎秒、窒素ガス流量は、４毎分で行った。ここ
で、曲線ａはソフトランディング炉、曲線ｂはボードロ
ーダ炉（エンドキャップ無）、曲線ｃはロードローダ炉
（エンドキャップ有）を用いた結果である。 炉温の低い状態でウエハを挿入したものは、外気によ
る酸化膜厚は薄いが、ウエハ挿入時の炉温度が高いもの
ほど酸化膜厚は厚くなっている。この初期の酸化膜厚が
その後の薄膜形成に影響し、不均一な薄膜を形成する原
因となっている。 第６図は、ウエハ挿入時の窒素ガス流量と外気による
酸化膜厚との関係図である。この時のウエハローディン
グ速度は3mm毎秒、ウエハ挿入時の炉温は、1000℃で行
った。ここで、曲線ｄはソフトランディング炉、曲線ｅ
はボードローダ炉（エンドキャップ無）、曲線ｆはボー
ドローダ炉（エンドキャップ有）を用いた結果である。
ウエハ挿入時の窒素ガス流量が増加するほど、初期の酸
化膜厚が薄いことを示している。 第５図，第６図ともに、ボードローダ炉に比べて、ソ
フトランディング炉の方が、初期の酸化膜が厚くなる傾
向が強いことを示している。 第７図は、２つの方法を併用した場合の酸化膜厚を示
している。この時のウエハローディング速度は3mm毎秒
であり、いずれもソフトランディング炉を使用してい
る。ここで、曲線ｇは窒素ガス流量４毎分、曲線ｈは
窒素ガス流量14毎分で行った結果である。 これにより、ウエハ挿入時の炉温が低いほど、又窒素
ガスの流量が多いほど初期の酸化膜厚が薄くなっている
ことが判明した。 〔発明の効果〕 この発明は、以上説明したようにソフトランディング
炉へのウエハの挿入時、及び脱出時に炉温を低くする、
あるいは置換ガスの流量を増加させる。又は前記２つの
方法を併用することにより、薄膜の均一性が向上し、品
質のよい半導体装置が製造できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明におけるソフトランディング炉の温
度サイクル図、第２図は、従来のソフトランディング炉
の温度サイクル、第３図は、ウエハ挿入時のガスの流れ
を示す模式図、第４図（ａ）は、従来の方法を用いて形
成した酸化膜のウエハ内の膜厚分布図、第４図（ｂ）
は、本発明を用いて形成した酸化膜のウエハ内の膜厚分
布図、第５図は、ウエハ挿入時の炉温と外気による酸化
膜厚の関係図、第６図は、ウエハ挿入時の置換ガスの流
量と外気による酸化薄膜の関係図、第７図は、ウエハ挿
入時と炉温と置換ガス流量と外気による酸化膜厚の関係
図である。 １……ガス流界面 ５……石英ボート ６……カンチパドル ７……ウエハ ８……プロセスチューブ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ソフトランディング炉を用いてウエハの表面に酸化
   薄膜を形成する際に、ガス流界面が前記炉のウエハの挿
   入口に来るよう前記ウエハと反応しない置換ガスの流量
   を大きくして、且つ前記ウエハの表面で前記酸化薄膜が
   形成されにくい第１の温度で前記炉内に前記ウエハを導
   入する工程と、前記第１の温度より高い第２の温度で前
   記炉内で前記酸化薄膜を形成する工程と、前記第２の温
   度より低い第３の温度で前記炉から前記ウエハを引き出
   す工程よりなることを特徴とする薄膜の形成方法。 ２．前記ウエハを前記炉内に挿入する際のウエハローデ
   ィング速度が毎秒3mmである請求項１記載の薄膜の形成
   方法。 ３．前記置換ガスが窒素である請求項１記載の薄膜の形
   成方法。 ４．前記第１の温度が800℃であり、前記第２の温度が1
   000℃であり前記第３の温度が800℃である請求項１記載
   の薄膜の形成方法。