JP3516635B2

JP3516635B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP3516635B2
Application number: JP2000163002A
Authority: JP
Inventors: 貴庸浅野; 勝利石井; 博之山本; 丈治星
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2004-04-05
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001345316A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体に対して
熱処理を行うための熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数枚の半導体ウエハ（以下ウエハとい
う）をバッチ炉内に搬入し、ウエハ上のシリコン膜を酸
化してシリコン酸化膜（Ｓｉ０2 膜) を形成する方法と
して、酸素（０2 ）ガス及び塩化水素（ＨＣｌ）ガスを
用いるドライ酸化法や、水蒸気と酸素ガスとを反応管内
に導入するウエット酸化法などが知られており、目的と
する膜質に応じて酸化法が選択される。

【０００３】ドライ酸化法は、酸素ガスによりシリコン
膜を酸化する一方、塩素のゲッタリング効果により表面
の不純物が除去される。具体的には例えば多数枚のウエ
ハをボ−トに棚状に保持させて縦型の熱処理炉内に搬入
し、所定温度の処理雰囲気を形成した後、酸素ガス及び
塩化水素ガスを常温で熱処理炉の天井部から反応管内に
供給し、下方側から排気することにより行われる。また
ウエット酸化法は、熱処理炉の外に外部燃焼装置が必要
であり、ここで酸素ガスの一部及び水素（Ｈ2）ガスを
燃焼させて水蒸気を生成し、残りの酸素と水蒸気とを反
応管内に供給することにより行われる。また上述の熱処
理炉では、常温で一酸化二窒素ガス（Ｎ2 ０ガス）を反
応容器内に導入し、ウエハのシリコン層に反応させて窒
素を含有するシリコン酸化膜を生成する処理も行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでプロセス温度
が高い程スリップと呼ばれる欠陥がウエハに発生しやす
くなることから、また下地に積まれた膜に対する熱の影
響を避けるため、更には省エネルギ−化を図ることなど
から、プロセス温度の低温化が検討されつつある。しか
しながらプロセス温度を低くすると、ウエハの大口径化
が進んでいることと相俟ってウエハの面内の膜厚の均一
性が悪くなり、またウエハ間（面間）の膜厚のばらつき
も大きくなる。

【０００５】ドライ酸化法により得られたシリコン酸化
膜の膜厚とボ−ト上におけるウエハの搭載位置との関係
について調べてみると、膜厚の均一性は、ボ−トの上段
側に位置するものほど悪くなる傾向がある。この理由に
ついて本発明者は次のように推測している。図６の
（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々ウエハＷ上のガスの流
れ、ウエハＷの温度及び膜厚を模式的に示したものであ
る。酸素ガス及び塩化水素ガスはウエハＷの周縁（エッ
ジ）から中央に向かって流れ、ウエハ上のシリコンが酸
素ガスにより酸化されていくが、ウエハＷの熱は周縁か
ら放熱されるので温度は中央に向かうにつれて高くな
る。このため酸化反応は中央の方が促進されるので、膜
厚均一性が高い場合でも、膜厚は本来中央の方が周縁よ
りも厚くなる傾向にある。

【０００６】一方塩化水素が分解されて生成した水素
と、酸素とが反応して僅かではあるが水蒸気が生成され
る。そしてボ−トの上段側ではガスが十分に温められて
いないので、ガスがウエハＷの周縁から中央に向かって
加熱されるにつれて水蒸気の生成量が多くなる。この水
蒸気は酸化膜を増膜する効果があり、水蒸気の生成量の
差が膜厚に大きく効いてくる。この結果膜厚分布はウエ
ハＷの中央部の膜厚が大きいいわば山形の分布になっ
て、均一性が悪くなる。そしてガスは反応管の下方側に
向かうにつれて温められるので、ボ−トの下段側では水
蒸気の生成反応はほぼ平衡状態になっており、ウエハＷ
に沿ってガスが流れる前に既に水蒸気が生成され尽くし
ている。従って処理ガスがウエハＷの周縁から中央に向
かって流れたときにウエハＷの位置にかかわらず水蒸気
の量はほとんど変わらないので、膜厚の均一性が高くな
る。こうしたことからボ−トの上段側では膜厚の均一性
が低く、上段側と下段側のウエハ間の膜厚の差が大きく
なっていると考えられる。

【０００７】また一酸化二窒素ガスを用いて窒素含有の
シリコン酸化膜を生成する処理においても、プロセス温
度を低くすると同様の傾向が見られる。即ち窒素含有の
シリコン酸化膜は、一酸化二窒素ガスが分解して酸素と
シリコンとが反応してシリコン酸化膜が生成されると共
に、分解により生成された窒素の活性種がシリコン酸化
膜の中に入り込むことによって成長するが、ウエハＷの
温度は中央に向かうにつれて高くなり、また処理温度が
低いとボ−トの上段側では一酸化二窒素ガスが十分に分
解されていないことから、一酸化二窒素ガスは中央に向
かって流れるにつれて分解反応が促進され、周縁よりも
中央の方が促進されるので、膜厚は中央の方が周縁より
も厚くなる傾向にある。そして一酸化二窒素ガスは反応
管の下方側に向かうにつれて温められるので、ボ−トの
下段側では十分に分解が進んでいるかあるいは十分とは
言えないまでも上段側よりも分解が促進されており、こ
のためウエハの中央と周縁の分解の程度の差が小さく、
この結果膜厚の面内均一性は上段側よりも高い。

【０００８】このように上段側のウエハの膜厚の面内均
一性が低く、またウエハ間の均一性も低いため、プロセ
ス温度の低温化が困難になっているというのが現状であ
る。本発明はこのような事情の下になされたものであ
り、その目的は、被処理体に対して酸化処理を行うにあ
たって酸化膜の膜厚について高い均一性が得られ、プロ
セス温度の低温化に寄与することのできる技術を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体が搬
入され、所定温度の熱処理雰囲気が形成される反応容器
と、この反応容器の外に設けられた燃焼装置とを備え、
この燃焼装置は第１のガス流路及び第２のガス流路を夫
々流れる水素ガス及び酸素ガスを加熱手段により加熱す
ると共に燃焼室に導いてここで燃焼させて水蒸気を生成
するよう構成され、前記燃焼室からのガスを前記反応容
器内に導いて、被処理体のシリコン層を酸化処理して酸
化膜を形成する装置において、前記水蒸気を用いた酸化
処理以外の処理を被処理体に対して行うための１種また
は複数種の処理ガスを前記第１のガス流路及び第２のガ
ス流路の一方に供給する手段と、前記１種または複数種
のガスが流れる一方のガス流路における、前記加熱手段
により加熱される領域に設けられ、当該ガスの加熱効率
を高めるための通気抵抗体と、を備え、被処理体に対し
て水蒸気を用いた酸化処理以外の処理を前記処理ガスに
より行うときに、当該処理ガスを前記加熱手段を利用し
て反応させるかまたは活性化させる温度まで加熱するよ
うに構成したことを特徴とする。

【００１０】この熱処理装置は、例えば反応容器内で行
われる熱処理に応じて前記加熱手段の加熱温度を制御す
るための制御部を備えている。また反応容器としては例
えば縦型熱処理炉の反応管が相当する。前記水蒸気を用
いた酸化処理以外の処理の一例を挙げると、前記第２の
ガス流路に水素及び塩素を含む化合物のガス例えば塩化
水素やジクロロシランガスと、酸素ガスと、を含む処理
ガスを流して前記加熱手段により加熱して微量な水蒸気
を生成し、この微量な水蒸気を含む処理ガスを熱処理炉
内に供給して被処理体に対して酸化処理を行う処理があ
る。この場合前記加熱手段により水素及び塩素を含む化
合物のガスと、酸素ガスと、を含む処理ガスを加熱する
温度は、反応容器内で当該処理ガスを用いて被処理体を
処理する時の温度よりも高いことが好ましい。この場
合、反応容器内に処理ガスが入ったときには既に微量な
水蒸気が生成されているので、被処理体の中央と周縁と
の間における水蒸気の量はそれ程変わらなくなるので、
水蒸気による増膜効果の程度の差が小さくなり、結果と
して膜厚の面内均一性が高くなる。そして燃焼装置を利
用して処理ガスを加熱しているので、コスト、スペ−ス
効率の面から有利である。

【００１１】また前記水蒸気を用いた酸化処理以外の処
理の他の例を挙げると、前記第１の流路または第２のガ
ス流路に一酸化二窒素ガスを流して前記加熱手段により
加熱して活性化させ、活性化された一酸化二窒素ガス
を、反応容器内に供給して被処理体に窒素含有のシリコ
ン酸化膜を形成する処理がある。この場合前記加熱手段
により一酸化二窒素ガスを加熱する温度は、熱処理炉内
で一酸化二窒素ガスを用いて被処理体を処理する時の温
度よりも低いことが好ましい。この場合一酸化二窒素ガ
スが予め活性化されているので、被処理体表面に沿って
流れるときに場所の差による活性の程度の差がなくなる
か小さくなるので、膜厚の面内均一性が高くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の熱処理装置の実施
の形態を示す図である。この熱処理装置は、水素ガスと
酸素ガスとを燃焼させて水蒸気を生成し、この水蒸気を
用いてウエハに対して酸化処理を行う、いわゆるウエッ
ト酸化処理を行うための装置であると共に、酸素ガスと
塩化水素ガスとを用いていわゆるドライ酸化を行うため
の装置及び一酸化二窒素ガスを用いて処理を行うための
装置を兼用したものであり、縦型熱処理ユニット１と、
燃焼装置２とを備えている。

【００１３】前記縦型熱処理ユニット１の構造について
述べると、このユニット１は、図１及び図２に示すよう
に縦型の熱処理炉３と、保持具であるウエハボ−ト４
と、このウエハボ−ト４を昇降させるボ−トエレベ−タ
４０と、前記熱処理炉３に接続されたガス供給管５及び
排気管３０と、を備えている。

【００１４】縦型の熱処理炉３は例えば石英よりなる反
応容器である縦型の反応管３１と、この反応管３１を囲
むように設けられた抵抗発熱体などからなる加熱手段で
あるヒ−タ３２と、前記反応管３１及びヒ−タ３２の間
にて断熱体３４に支持されて設けられた均熱用容器３３
と、を備えている。前記反応管３１は下端が開口すると
共に、上面３１ａの少し下方側に多数のガス穴３１ｂを
有するガス拡散板３１ｃが設けられている。前記ガス供
給管５は断熱体３４を外から貫通して配管されると共
に、断熱体の３４の内側でＬ字に屈曲されて反応管３１
と均熱用容器３３との間にて垂直に立ち上げられ、反応
管３１の上面３１ａとガス拡散板３１ｃとの間の空間に
突入されている。

【００１５】ウエハボ−ト４は、図２に示すように例え
ば天板４１及び底板４２の間に複数の支柱４３を設け、
この支柱４３に上下方向に形成された溝にウエハＷの周
縁を挿入して保持するように構成されている。ウエハボ
−ト４は反応管３１の下端の開口部３５を開閉する蓋体
４４の上に保温部である例えば保温筒４５を介して載置
されている。保温筒４５はタ−ンテ−ブル４６の上に載
置され、ボ−トエレベ−タ４０に設けられた駆動部Ｍに
より回転軸４７を介して回転できるようになっている。
蓋体４４はボ−トエレベ−タ４０に設けられており、ボ
−トエレベ−タ４０が昇降することにより、熱処理炉３
に対して、ウエハボ−ト４の搬入出が行われる。

【００１６】前記燃焼装置２は、図１に示すように縦型
熱処理ユニット１の外においてガス供給管５の途中に設
けられている。この燃焼装置２は、図３に示すように例
えば透明石英製の内管２１及び外管２２からなる同心二
重構造部６を備えており、内管２１の内側領域により形
成される加熱室を内側加熱室６１、外管２２の内側領域
により形成される加熱室を外側加熱室６２と呼ぶことに
すると、内側加熱室６１は第１のガス供給管７１にその
まま延長された状態で連通し、外側加熱室６２は上流側
が絞り込まれその絞り込み部から直角に伸びる第２のガ
ス供給管７２に連通している。なお第１のガス供給管７
１から内側加熱室６１に至るまでのガス流路及び第２の
ガス供給管７２から外側加熱室６２に至るまでのガス流
路は夫々特許請求の範囲でいう第１のガス流路及び第２
のガス流路に相当するものである。

【００１７】前記外側加熱室６２の外周部には、加熱手
段をなす例えばカ−ボンワイヤヒ−タ２３が螺旋状に形
成されており、このヒ−タ２３を覆うように筒状の断熱
体２４が設けられている。カ−ボンワイヤヒ−タ２３は
例えばカ−ボンファイバの束を複数束編み上げて紐状体
を形成し、この紐状体を。石英管の中に封入して螺旋状
に形成したものであり、電力供給線２５により通電され
て発熱する。電力供給線２５は電力制御部２６に接続さ
れており、例えば本熱処理装置を制御する主制御部２７
にて指定された設定加熱温度に対応する信号と、ヒ−タ
２３の近傍に設けられた例えば熱電対からなる温度セン
サ２８からの温度検出信号とに基づいて前記カ−ボンワ
イヤヒ−タ２３への通電量を制御する。

【００１８】また前記外側加熱室６２の中には、例えば
多数の透明石英ガラスビ−ズからなる通気抵抗体６０が
充填されており、通気抵抗体６０を設けることにより、
ガスの滞留時間が長くなると共に通気抵抗体６０が加熱
されてガスがこれに接触しながら流れるため効率よく加
熱される。なお通気抵抗体６０としてはこれに限らず、
多数の通気穴のあいた複数の通気板を流路を塞ぐように
通路方向に並べたものなどであってもよい。

【００１９】前記内側加熱室６１及び外側加熱室６２は
下流側の燃焼室６３に連通しており、処理ガスとして水
素ガス及び酸素ガスを用いてウエット酸化を行う場合、
この燃焼室６３にて水素ガス及び酸素ガスが燃焼反応を
起こして水蒸気が生成される。

【００２０】燃焼装置２の下流側について述べると、図
1に示すように第１のガス供給管７１は水素ガス源８１
に接続されており、その途中にバルブＶ１及び流量調整
部であるマスフロ−コントロ−ラＭＦ１が介設されてい
る。また第２のガス供給管７２は例えば３本に分岐さ
れ、夫々酸素ガス源８２ａ，一酸化二窒素ガス源８２
ｂ，塩化水素ガス源８２ｃに接続されると共に、バルブ
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ及びマスフロ−コントロ−ラＭＦａ，
ＭＦｂ，ＭＦｃが介設されている。

【００２１】次に上述実施の形態の作用について説明す
る。この実施の形態ではシリコン層が表面部に形成され
た被処理体であるウエハに対して、ウエット酸化処理、
ドライ酸化処理及び一酸化二窒素ガスを用いて行う処理
の３通りを実施できるが、説明の順序としては、膜厚の
均一性の改善を狙ったドライ酸化処理及び一酸化二窒素
ガスを用いて行う処理から先に述べておく。

【００２２】（ドライ酸化処理）多数枚例えば６０枚の
被処理体であるウエハＷをウエハボ−ト４に棚状に保持
させ、ヒ−タ３２により予め所定の温度に加熱された反
応管３１内にボ−トエレベ−タ４０により搬入し、炉口
である開口部３５を蓋体４４により気密に閉じる（図１
の状態）。続いて所定の処理温度例えば９００℃まで反
応管３１内を昇温する。ウエハＷを搬入する工程及び反
応管３１内を昇温する工程においては、反応管３１内を
図では見えないガス供給管から例えば僅かに酸素ガスを
混入させた窒素ガスを供給しておき、反応管３１内が処
理温度になるとガスの供給を止め、図示しない排気手段
により排気管３０を介して反応管３１内を排気すること
により反応管３１内を微減圧状態にし、この状態でウエ
ハＷの温度を安定させてから酸化処理を行う。

【００２３】一方燃焼装置２においては、主制御部２７
にてドライ酸化処理を選択したことにより、対応する温
度設定信号が電力制御部２６に送られ、加熱室６１、６
２内が例えば１０００℃の設定温度になるように前記カ
−ボンワイヤヒ−タ２３が制御される。そしてバルブＶ
ａ、Ｖｂを開いて酸素ガス及び塩化水素ガスを夫々マス
フロ−コントロ−ラＭＦａ，ＭＦｂにより所定の流量に
調整された状態で例えば１０ｓｌｍ及び０．３ｓｌｍの
流量で燃焼装置２内に流入させる。これらガスは外側加
熱室６２内の通気抵抗体６０に接触しながらそれらの隙
間を通って流出し、ここを通る間に１０００℃付近に加
熱される。これにより図４（ａ）に示すように酸素ガス
及び塩化水素ガスが下記式のように反応して微量な例え
ば数百ｐｐｍオ−ダの水蒸気が生成されると考えられ
る。この処理では内側加熱室６１は使用されない。

【００２４】２ＨＣｌ→Ｈ2 ＋Ｃｌ2 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 ０こうして加熱された処理ガスがガス供給管５を介して熱
処理炉３内に入り、均熱管３３の内側を通って加熱され
ながら上昇し、反応管３１の上部に流入する。更にこの
処理ガスはガス孔３１ｂから反応管３１内の処理領域に
供給され、下部の排気管３０から排気される。このとき
処理ガスは棚状に積まれたウエハＷの間に入り込み、塩
素ガスによりウエハ表面がゲッタリングされながら酸素
ガスによりウエハＷ表面部のシリコン層が酸化されてシ
リコン酸化膜が生成される。この処理ガスの中には既述
のように微量な水蒸気が含まれており、この水蒸気によ
り酸化膜が増膜される。

【００２５】（一酸化二窒素ガスによる処理）多数枚の
ウエハＷをウエハボ−ト４により反応管３１内に搬入
し、上述と同様にして反応管３１内を所定の処理温度例
えば９００℃に昇温して安定させる。一方燃焼装置２に
おいては、主制御部２７にて一酸化二窒素ガスによる処
理を選択したことにより、対応する温度設定信号が電力
制御部２６に送られ、加熱室６１、６２内が例えば９０
０〜１０００℃の範囲の中の設定温度になるように前記
カ−ボンワイヤヒ−タ２３が制御される。そしてバルブ
Ｖｃを開いて一酸化二窒素ガスをマスフロ−コントロ−
ラＭＦｃにより所定の流量例えば１〜１０ｓｌｍに調整
された状態でで燃焼装置２内に流入させる。これにより
一酸化二窒素ガスは外側加熱室６２内の通気抵抗体６０
に接触しながらそれらの隙間を通って流出し、ここを通
る間に設定温度付近に加熱される。これにより一酸化二
窒素ガスは分解にまでは至らないが、反応管３１内に流
入したときにはすぐに分解される程度まで活性化され
る。図４（ｂ）にこの様子を示すが、Ｎ2 ０＊はＮ2 ０
が活性化された状態を示している。またこの処理におい
ても内側加熱室６１は使用されない。

【００２６】こうして活性化された一酸化二窒素ガスが
反応管３１内に入り、ウエハＷのシリコン層を酸化及び
窒化し、窒素が混入されたシリコン酸化膜が生成され
る。

【００２７】（ウエット酸化処理）多数枚のウエハＷを
ウエハボ−ト４により反応管３１内に搬入し、上述と同
様にして反応管３１内を所定の処理温度例えば９００℃
に昇温して安定させる。一方燃焼装置２においては、主
制御部２７にてウエット酸化処理を選択したことによ
り、対応する温度設定信号が電力制御部２６に送られ、
加熱室６１、６２内が例えば９００〜９５０℃の範囲の
中の設定温度になるように前記カ−ボンワイヤヒ−タ２
３が制御される。そしてバルブＶ１、Ｖａを開いて水素
ガス及び酸素ガスを夫々マスフロ−コントロ−ラＭＦ
１、ＭＦａにより所定の流量に調整された状態で例えば
３〜１０ｓｌｍ及び３〜１０ｓｌｍの流量で燃焼装置２
内に流入させる。この結果水素ガス及び酸素ガスは夫々
内側加熱室６１及び外側加熱室６２にて加熱され、燃焼
室６３にて酸素ガスの一部と水素ガスとの燃焼反応が起
こり水蒸気が生成される。図４（ｃ）はこの様子を示す
説明図である。こうして酸素ガスと水蒸気とを含む処理
ガスが熱処理炉３内に流入し、棚状に積まれたウエハＷ
の間に入り込み、酸素ガス及び水蒸気によりウエハＷ表
面部のシリコン層が酸化されてシリコン酸化膜が生成さ
れる。

【００２８】このような実施の形態によれば、ドライ酸
化処理により生成されたシリコン酸化膜及び一酸化二窒
素ガスにより生成された窒素含有のシリコン酸化膜のい
ずれもウエハＷの面内における膜厚の均一性が高く、ま
たウエハＷ間における膜厚の均一性も高い。この理由に
ついては次のように考えられる。

【００２９】先ずドライ酸化処理の場合、処理ガス（酸
素ガス及び塩化水素ガスの混合ガス）は燃焼装置２にて
例えば１０００℃付近に加熱され微量な水蒸気が生成さ
れる。一旦生成された水蒸気は温度が低くなっても量が
減ることはないので、二次側のガス供給管５を流れる間
に多少冷えたとしても、反応管３１内の処理温度よりも
高い温度で水蒸気を生成しておけば、処理ガスは反応管
３１内にてそれ以上水蒸気を生成しない。

【００３０】従ってウエハボ−ト４に積まれているウエ
ハＷの間に処理ガスが入り込むときには水蒸気がいわば
生成尽くされてしまっているので、ウエハＷの周縁から
中央に向かって流れる処理ガスに含まれる水蒸気の量は
どの位置でもほぼ同じである。この結果ウエハボ−ト４
の上段に位置するウエハＷにおいても、面内での水蒸気
による増膜作用の程度がほぼ同じであるため、膜厚の面
内均一性が高くなる。従来ではウエハボ−ト４の下段側
に向かうにつれて水蒸気の生成が進むことから、上段側
では膜厚の均一性が悪く、下段側にいくほど膜厚の均一
性が高かったが、この実施の形態では、下段側のガスの
雰囲気を上段側で生成しているということができ、ウエ
ハＷの間での膜厚分布のばらつきも小さくなる、つまり
面間の膜厚の均一性が高くなる。図５に処理ガスを加熱
しない場合と加熱した場合との夫々について上段、中
段、下段の膜厚分布を模式的に示しておく。例えば上述
の実施の形態で記載した処理条件に沿って実験したとこ
ろ、従来では（燃焼装置２のヒ−タ２３をオフにした場
合）、上段側のウエハについての膜厚の面内均一性は±
３％前後であったが、燃焼装置２のヒ−タ２３をオンに
した場合には±１％前後に収まっていた。

【００３１】なお厳密には水蒸気が増膜に寄与するた
め、ウエハＷの中央に向かうにつれて多少少なくなると
考えられるが、「従来技術」の項目で述べたようにウエ
ハＷの周縁よりも中央の温度の方が高く、本来中央の膜
厚が大きくなる傾向にあることから、周縁における増膜
の程度が大きいことにより、周縁の膜厚を盛り上げる作
用が働き、結果として膜厚の均一性を高めているともい
える。

【００３２】また一酸化二窒素ガスを用いる場合には、
燃焼装置２にて予め分解寸前の状態まで活性化されてい
るため、反応管３１内に入ってウエハボ−ト４の上段側
に到達したときには既に分解が相当進んでいる。このた
めウエハＷの周縁から中央に向かって流れるときに周縁
と中央とにおける分解の程度の差がほとんどないので、
一酸化二窒素の分解により生成される活性種の量はどの
位置でもほぼ同じかあるいはそれ程変わらない。この結
果ウエハボ−ト４の上段に位置するウエハＷにおいても
膜厚の面内均一性が高くなり、従って上段側のウエハＷ
と下段側のウエハＷとの間においても膜厚分布のばらつ
きが小さく、面間の膜厚の均一性が高くなる。

【００３３】ドライ酸化処理では反応管３１内における
水蒸気が生成する現象が、また一酸化二窒素ガスを用い
る処理では反応管３１内にて分解する現象が、いずれも
低温ほど膜厚の面内均一性、面間均一性に与える影響が
大きいので、この実施の形態によれば熱処理の低温化に
大きく寄与することができる。

【００３４】更にウエット酸化処理を行うために用いら
れる燃焼装置を利用して、ドライ酸化処理及び一酸化二
窒素ガスを用いる処理において処理ガスを加熱している
ので、専用の加熱器を別途設置しなくてよく、コスト及
びスペ−ス効率の点で有利である。

【００３５】以上においてドライ酸化処理に用いられる
ガスとしては塩化水素ガスに限らず、ジクロロシラン
（ＳｉＨ2 Ｃｌ2)ガスなどを用いてもよく、それらのガ
スが混合されていてもよい。。またウエット酸化処理以
外の処理を行う場合に上述の説明では、外側加熱室６２
を用いて処理ガスを加熱したが、本発明では内側加熱室
６１を用いる場合、両加熱室６１、６２を用いる場合も
権利範囲に含まれる。更にまた本発明は、両加熱室６
１、６２とは別個の加熱室例えばヒ−タ２３の外側に第
１及び第２のガス流路とは別のガス流路を形成し、この
流路を処理ガスを流しながら前記ヒ−タ２３により加熱
するようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被処理体
に対して酸化処理を行うにあたって酸化膜の膜厚につい
て高い均一性が得られ、プロセス温度の低温化に寄与す
ることができ、またウエット酸化処理の燃焼装置を利用
して処理ガスを加熱しているため、専用の加熱装置を設
ける場合に比べ、コスト、スペ−ス効率の点で有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理装置の実施の形態を示す縦断側
面図である。

【図２】図１の熱処理装置に用いられる縦型熱処理ユニ
ットを示す外観図である。

【図３】図１の熱処理装置に用いられる燃焼装置を示す
断面図である。

【図４】各処理ごとの燃焼装置におけるガスの供給状態
を示す説明図である。

【図５】ウエハボ−トの位置による膜厚分布を示す説明
図である。

【図６】従来の酸化処理方法の問題点を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１縦型熱処理ユニット２燃焼装置Ｗ半導体ウエハ２１内管２２外管２３カ−ボンワイヤヒ−タ２５電力供給線２６電力制御部２７主制御部３熱処理炉３１反応管３２ヒ−タ４ウエハボ−ト４０ボ−トエレベ−タ４４蓋体５ガス供給管６０通気抵抗体６１内側加熱室６２外側加熱室６３燃焼室７１第１のガス供給管７２第２のガス供給管８１塩化水素ガス源８２ａ酸素ガス源８２ｂ塩化水素ガス源８２ｃ一酸化二窒素ガス源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本博之神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番 41号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (72)発明者星丈治神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番 41号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (56)参考文献特開平11−67750（ＪＰ，Ａ) 特開平９−148315（ＪＰ，Ａ) 特開平６−151414（ＪＰ，Ａ) 特開2000−49152（ＪＰ，Ａ) 特開平９−115904（ＪＰ，Ａ) 特開平11−16901（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体が搬入され、所定温度の熱処理
雰囲気が形成される反応容器と、この反応容器の外に設
けられた燃焼装置とを備え、この燃焼装置は第１のガス
流路及び第２のガス流路を夫々流れる水素ガス及び酸素
ガスを加熱手段により加熱すると共に燃焼室に導いてこ
こで燃焼させて水蒸気を生成するよう構成され、前記燃
焼室からのガスを前記反応容器内に導いて、被処理体の
シリコン層を酸化処理して酸化膜を形成する装置におい
て、前記水蒸気を用いた酸化処理以外の処理を被処理体に対
して行うための１種または複数種の処理ガスを前記第１
のガス流路及び第２のガス流路の一方に供給する手段
と、前記１種または複数種のガスが流れる一方のガス流路に
おける、前記加熱手段により加熱される領域に設けら
れ、当該ガスの加熱効率を高めるための通気抵抗体と、
を備え、被処理体に対して水蒸気を用いた酸化処理以外の処理を
前記処理ガスにより行うときに、当該処理ガスを前記加
熱手段を利用して反応させるかまたは活性化させる温度
まで加熱するように構成したことを特徴とする熱処理装
置。
【請求項２】反応容器内で行われる熱処理に応じて前
記加熱手段の加熱温度を制御するための制御部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】第２のガス流路に、酸素ガスのガス供給
源の他に水素及び塩素を含む化合物のガスのガス供給源
を接続し、前記水蒸気を用いた酸化処理以外の処理は、前記第２の
ガス流路に水素及び塩素を含む化合物のガスと、酸素ガ
スと、を含む処理ガスを流して前記加熱手段により加熱
して微量な水蒸気を生成し、この微量な水蒸気を含む処
理ガスを熱処理炉内に供給して被処理体に対して酸化処
理を行う処理であることを特徴とする請求項１または２
に記載の熱処理装置。
【請求項４】前記加熱手段により水素及び塩素を含む
化合物のガスと、酸素ガスと、を含む処理ガスを加熱す
る温度は、反応容器内で当該処理ガスを用いて被処理体
を処理する時の温度よりも高いことを特徴とする請求項
３記載の熱処理装置。
【請求項５】水素及び塩素を含む化合物のガスは塩化
水素及びジクロロシランガスの少なくとも一方であるこ
とを特徴とする請求項３または４記載の熱処理装置。
【請求項６】第１のガス流路または第２のガス流路に
一酸化二窒素ガスのガス供給源を接続し、前記水蒸気を
用いた酸化処理以外の処理は、前記第１の流路または第
２のガス流路に一酸化二窒素ガスを流して前記加熱手段
により加熱して活性化させ、活性化された一酸化二窒素
ガスを、反応容器内に供給して被処理体に窒素含有のシ
リコン酸化膜を形成する処理であることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項７】前記加熱手段により一酸化二窒素ガスを
加熱する温度は、熱処理炉内で一酸化二窒素ガスを用い
て被処理体を処理する時の温度よりも低いことを特徴と
する請求項６記載の熱処理装置。
【請求項８】加熱手段は金属不純物の少ない抵抗発熱
体をセラミックスの中に封入して構成されることを特徴
とする請求項１ないし７のいずれかに記載の熱処理装
置。
【請求項９】抵抗発熱体は純度の高い炭素素材である
ことを特徴とする請求項８に記載の熱処理装置。
【請求項１０】抵抗発熱体は、石英管の中に封入され
ていることを特徴とする請求項８または９記載の熱処理
装置。
【請求項１１】反応容器は縦型に構成され、多数の被
処理体が保持具に棚上に載置されて前記反応容器内に搬
入されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれ
かに記載の熱処理装置。
【請求項１２】１種または複数種のガスが流れる流路
を、第１のガス流路及び第２のガス流路の一方とする代
わりに、第１のガス流路及び第２のガス流路とは別のガ
ス流路とし、当該ガス流路における前記加熱手段により
加熱される領域には、通気抵抗体が設けられたことを特
徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の熱処理
装置。