JP3770966B2 - 酸窒化膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸窒化膜製造用ランプ加熱炉に係り、例えば、半導体不揮発性メモリの酸窒化膜製造用ランプ加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、第３５回 ＶＬＳＩ ＦＯＲＵＭ「極薄酸化膜の新しい形成法と信頼性」（９４年２月２５日（株）プレスジャーナル主催）に開示されるものがあった。
上記文献に示されるメモリのトンネル酸化膜は、浮遊ゲートの電荷を保持するための絶縁膜として機能している。
【０００３】
一般に、従来のメモリのトンネル酸化膜は書き込みの際、電荷が貫通することと、消去時トンネル電流に電荷を引き込むため、膜厚は８０〜１２０Åと極薄膜で、高い信頼性が必要とされており、上記文献に開示されているように、酸化膜の窒化による酸窒化膜が使用されている。
図７はかかる従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図であり、各図は製造段階で得られた構造体の断面を概略的に示している。
【０００４】
（１）まず、図７（ａ）に示すように、基板１００の表面にＬＯＣＯＳ技術を用いて分離酸化膜１０１を形成し、アクティブ領域１０２を形成する。
（２）次に、図７（ｂ）に示すように、アクティブ領域１０２に酸化膜１０３を急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）により形成する。
（３）次に、その酸化膜１０３を、図７（ｃ）に示すように、急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）により窒化し、酸窒化膜１０４を形成する。また、一般に窒化においてＮＨ3 雰囲気が用いられることから、膜の信頼性向上を目的として酸窒化膜１０４の脱水素の処理として、Ｎ2 Ｏ雰囲気で急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による再酸化処理を行っている。
【０００５】
（４）次に、図７（ｄ）に示すように、酸窒化膜１０４上に浮遊ゲート１０５と層間絶縁膜１０６及び制御ゲート１０７を形成し、ソース領域１０８とドレイン領域１０９を形成する。
このようにして、フラッシュＥＥＰＲＯＭのセルトランジスタが形成できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造方法では、ウエハ間、つまり処理毎の成膜膜厚がばらつき、再現性に問題点があり、技術的に満足できるものは得られなかった。
その膜厚の再現性について実験したデータをもとに詳細に説明する。
【０００７】
従来の製造装置による急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）＋急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）＋急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による処理である３ステップ処理のシーケンス例を図８に示す。温度シーケンスは急速加熱仕様である。
まず、ウエハを搬入すると、チャンバーに流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー内を真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
【０００８】
次に、Ｏ2 ガスを流し大気圧まで戻し、ランプ加熱により５０〜２００℃／秒のレートで昇温させ、１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
次に、ランプを切り６００℃以下まで降温させ、再度真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで真空を引き、Ｏ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流し大気圧まで戻す。
【０００９】
次に、ランプ加熱により酸化工程と同様にウエハ温度を昇温させ、窒化工程を完了させる。
次に、酸化工程と同様に真空ポンプにてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様にウエハを昇温させ、再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００１０】
まず、最初の酸化工程であるＲＴＯの再現性つまり、繰り返し精度の実験結果を図９に示す。
２５枚連続したＲＴＯ（１１００℃×４０秒）では、２５枚の平均値の統計量は１１０．９±０．７Å（ただし、最初のウエハの値は除く）、再現性σ／Ｘは０．６３％と問題はない。また、ここでは図示していないが、同様に、ＲＴＮやＲＴＯＮの単独での連続処理においても再現性はＲＴＯと同レベルであり、問題は無かった。
【００１１】
次に、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理での再現性の実験結果を図１０に示す。
２５枚連続した３ステップ処理では、２５枚の平均値の統計量は１０１．９±１．９Å（最初のウエハの値は除く）であり、再現性は１．８６％と激増し、悪化している。また、５０枚処理後、再度実施すると膜厚が厚くなり、その差は酸化温度で５０℃の差が見られることも判明した。酸窒化膜をトンネル酸化膜として機能させると、トンネル電流は近似的に電界の二乗に比例し、電界は膜厚に反比例するから、膜厚のばらつきはトンネル電流を二次の関係でばらつかせるため、ウエハ間の膜厚ばらつきは少ない程良く、一般に３σで±３Å程度がデバイスの動作上の限界であり、従来の酸窒化成膜炉は限界を越えていた。
【００１２】
この再現性の悪化や酸化温度の上昇の原因について図１１を用いて説明する。図１１は従来の放射温度計の断面図であり、枝管３００と放射温度計本体４０１の気密を取るためのＯリング４０２と、測温赤外線を取り出す窓ガラス４０３とその気密のためのＯリング４０４および、赤外線光学系４０５と赤外線検出器４０６で構成されている。
【００１３】
酸化温度の異常上昇が見られた際、窓４０３を見ると表面に「曇り」があり、分析を行うと窓材の酸化物であった。ここで、窓材はＣａＦ2 であり、「曇り」はミクロンオーダーの粒子の集合体であった。詳細に粒子を分析すると、粒子表面はＣａとＯであるが、内部はＣａとＯ，Ｎ，Ｆであり、Ｆの量は母材の数分の一以下であり、粒子の生成メカニズムを次の様に推定した。
【００１４】
枝管３００の内部空間には真空パージを行っても、前ステップのガスが残留し、この場合はＮＨ3 とＮ2 Ｏが反応し、結果として、ＮＨ3 塩が窓ガラス４０３表面に析出し、このＮＨ3 塩が輻射熱で融解し、ガラス材を浸し、脱Ｆ反応が進み、最終的には酸化物として表面に付着したと考えている。この「曇り」が赤外線検出器４０６に到達する測定赤外線を減少させるため、見かけ上のウエハ温度を低く検出し、膜厚の増大（酸化温度の上昇）や「曇り」の形成のばらつきに起因する、連続処理での再現性の悪化が発生しているわけである。
【００１５】
一方、窓材は一般にハロゲン塩の結晶体が用いられ、ＣａＦ2 やＢａＦ2 、ＫＢｒなどが良く知られており、赤外線光学材料として、波長で１０μｍまで透過しており、放射温度計の窓として十分な光学特性であった。ランプ加熱炉の測温用としての放射温度計の測温波長は通常６〜８μｍであり、それは比較的低温≒２００℃から精度良く測温できるためであり、窓材はハロゲン塩に限られていた。
【００１６】
更に、ランプ加熱炉において、窓材に石英ガラスを用い測温波長を２〜３μｍと短波長化した炉もあるが、加熱赤外線の波長は０．５〜４μｍに分布しており、加熱赤外線と測温赤外線を構造上分離する必要があるが、測温対象となるシリコンウエハは、波長１μｍ以上の赤外線において透過することから、完全な光学的分離は不可能であり、それに起因する温度制御精度の不足といった問題があり、単純な窓材変更では済まない技術的問題があった。
【００１７】
また、光学系内の光学材料として使用しているハロゲン塩は、素材として軟らかく傷が付きやすい点や、劈開しやすいことから、衝撃に弱く、慎重な取扱いが必要であり、また水溶性でもあることから「曇り」を洗浄により除去することも困難で、維持管理に多大な工数を必要としていた。
本発明は、上記問題点を除去し、測温の精度の確保と、窓表面の反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を向上させることができる酸窒化膜製造用ランプ加熱炉を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を処理するためになされたものであり、
（１）その代表的なものは、ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 Ｏガスが導入されるガス導入口が設けられ、ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 Ｏガスが排気されるガス排気管が接続されたチャンバーと、このチャンバーの外側に設けられ、チャンバー内を加熱するランプと、チャンバー内に設けられ、ウエハを支持するウエハトレイと、チャンバー内に設けられた枝管と、枝管に設けられ、金属酸化物の単結晶体からなる測温用窓を有し、４〜８μｍの測温赤外線波長を用いる放射温度計と、測温用窓の表面にパージガスを供給するノズルとを有する装置を用いて酸窒化膜を形成する。そして、本発明では、ガス導入口からチャンバー内にＮＨ 3 ガスを導入し、ランプの加熱によりチャンバー内を昇温させ、ウエハトレイに支持されたウエハに第１の熱処理を施す。そして、ランプの加熱を停止し、かつ、Ｎ 2 パージガスをノズルから測温用窓の表面に供給し、Ｎ 2 パージガスを測温用窓の表面から枝管を介してウエハへ導く。その後、Ｎ 2 パージガスの供給を停止し、ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 パージガスをガス排気管から排気する。そして、ガス導入口からチャンバー内にＮ 2 Ｏガスを導入し、ランプの加熱によりチャンバー内を昇温させ、ウエハトレイに支持されたウエハに第２の熱処理を施す。
【００１９】
したがって、金属酸化物の単結晶体を用いたので、測温用窓の「曇り」の原因である、脱Ｆ反応が皆無となり、また、処理ガス切り換えをウエハ温度降温時のＮ2 パージ後に実施したので、総処理時間の増加なしに処理ガス相互の混入を阻止でき、測温用窓の「曇り」の原因であるＮＨ3 塩の生成を防止できることにより、ウエハ測温の繰り返し精度が維持できる。
【００２０】
（２）上記（１）記載の酸窒化膜製造用ランプ加熱炉において、前記測温用窓材は、サファイヤ、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 である。
したがって、これらの材料は機械的強度も優れているため、扱いやすく、しかも廉価である。
（３）上記（１）記載の酸窒化膜製造用ランプ加熱炉において、前記測温用窓材は、母材をハロゲン塩の結晶体とし、その母材の表面に測温赤外線を透過する膜材がコートされている。
【００２１】
このように、測温用窓材のハロゲン塩表面にハロゲンを含まない赤外線透過膜材をコートするようにしたので、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることにより、放射温度計が測温できる温度までオープンループ制御するといった、複雑な温度制御が不必要である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す酸窒化膜製造用ランプ加熱炉用放射温度計の構成図である。ここで、従来例と同じ部分はそのままの符号を用い、それらの説明は省略する。
【００２３】
この第１実施例では、測温赤外線波長を４〜６μｍに限定し、窓材に金属酸化物の単結晶体であるサファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用い、熱処理降温時にランプ加熱炉の放射温度計の測温用窓材の表面をＮ2 パージすることにより、測温の精度の確保と、窓表面の反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を改善したものである。
【００２４】
図１に示すように、放射温度計６００は、放射温度計本体６０１には測温用窓６０３として、厚さ０．５〜１ｍｍのサファイヤ板を取り付ける。この測温用窓６０３の赤外線透過特性を図２に示す。
赤外線測温として使用できる波長は、５〜６μｍまで使用可能である。また、放射温度計本体６０１には、Ｎ2 ノズル６０７が枝管３００と測温用窓６０３の間に配置されており、バルブ６０８にて測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面にＮ2 ガスを供給できる構造をしている。
【００２５】
図３は本発明の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程を示す図であり、図３の縦軸は上からウエハの測温温度であり、その中央は、プロセスガスの種類と開閉を示しており、その下に本発明の放射温度計本体６０１に具備しているＮ2 ノズル６０７のＮ2 ガスの供給状態を示しており、一番下はチャンバーの真空度を示している。また、横軸は処理の時間的経過を示している。
【００２６】
また、上記した本発明の放射温度計を配置したランプ加熱炉を図４に示す。
図４に示すように、石英ガラス製チャンバー２００には反射鏡２０１が配置されたハロゲンランプ２０２が十数本から数十本上下に対向して取り付けられている。チャンバー２００内にはウエハを支持するウエハトレイ２０３とウエハ２０４があり、ハロゲンランプ２０２により、ウエハ２０４の温度を１２００℃程度まで昇温できる構造であり、チャンバー２００の下面には測温のための枝管３００とその先端には赤外線放射温度計６００が具備されており、ウエハ２０４の測温を行っている。
【００２７】
また、赤外線放射温度計６００の測温信号はランプ電力制御器５００に送られ、ハロゲンランプ２０２をクローズドループ制御しており、ウエハ２０４の温度を設定値に制御している。
更に、チャンバー２００には排気管２０５及び真空バルブとＡＰＣ（自動真空度制御器）２０６と、ターボ分子ポンプ２０７及びロータリーポンプ２０８によってチャンバー２００の内の真空引きを行っている。
【００２８】
また、チャンバー２００にはガス導入口２０９及びバルブ２１０〜２１４により、各種ガスの導入が可能となっている。
以下、その動作について説明する。
まず、ウエハ２０４が搬入されると、チャンバー２００に流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー２００内を真空ポンプ（２０７，２０８）で１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
【００２９】
次いで、Ｏ2 ガスを流し、大気圧まで戻し、ランプ加熱により、５０〜２００℃／秒のレートで昇温させる。この昇温ステップは、放射温度計の測温波長に５〜６μｍを採用したので、室温から４００℃程度までは測温精度が低いので、ランプ電力制御器５００はオープンループ制御とし、ウエハ２０４の温度が４００℃以上となったら、赤外線放射温度計６００からの信号によりクローズドループ制御し、１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
【００３０】
次に、ハロゲンランプ２０２を切り８００℃まで降温させ、赤外線放射温度計６００のバルブ６０８を開け、測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面をＮ2 パージする。
次に、もう一つの設定温度、冷却完了温度（実施例では５００℃）に達したら、バルブ６０８を閉じ、再度真空ポンプ（２０７，２０８）で１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで真空を引き、チャンバーのＯ2 ガスと枝管のＮ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流し大気圧まで戻す。
【００３１】
次に、ハロゲンランプ２０２の加熱により酸化工程と同様にウエハ２０４の温度を昇温させ、窒化工程を完了させる。また、同様に測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面にもＮ2 パージを実施する。
次に、酸化工程と同様に、真空ポンプ（２０７，２０８）にてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様に、ウエハを昇温・降温させ再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００３２】
次に、本発明の第１実施例の効果について述べる。
まず、最初に第１実施例の酸化工程であるＲＴＯの再現性つまり、繰り返し精度の実験結果を図５に示す。
図５に示すように、１０枚連続してＲＴＯ（１１００℃×３０秒）では、１０枚の平均値の統計量は８６．１±０．６Å（ただし、最初のウエハの値は除く）、再現性σ／Ｘは０．７０％と従来例とほとんど差が無く問題はない。
【００３３】
次に、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理での再現性の実験結果を図６に示す。
図６に示すように、５０枚連続して３ステップ処理で５枚毎１０組（グラフでは４５枚までしか表示していない。）の平均値の統計量は９０．４±０．７Åであり、再現性は０．７７％と従来の１．８６％の４１％まで改善でき、ＲＴＯのみ連続処理の繰り返し精度０．７０％に近付けることが可能となった。
【００３４】
この実施例では、測温用窓材に金属酸化物の単結晶体を用いたので、測温用窓の「曇り」の原因である、脱Ｆ反応が皆無となったことと、処理ガス切り換えをウエハ温度降温時のＮ2 パージ後に実施したので、総処理時間の増加なしに処理ガス相互の混入を阻止でき、測温用窓の「曇り」の原因であるＮＨ3 塩の生成を防止できることにより、ウエハ測温の繰り返し精度が維持できるようになった。
【００３５】
また、今回測温用窓材に使用したサファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）はヌープ（Ｋｎｏｏｐ）硬度が１３７０であり、従来使用されていた代表的な材料であるＣａＦ2 のヌープ硬度８２と比較すると硬い材料であり、機械的強度も優れているため、扱いやすく、かつ廉価である。
一方、この実施例はウエハ降温時、ウエハ裏面にＮ2 パージガスが当たるため、その冷却効果からウエハ降温レートが増加し、実際の総処理時間はむしろ減少し、スループットが改善できる。また、枝管３００による冷却の効果もあり、測温赤外線の迷光が減少し、測温精度の更なる向上を図ることができた。
【００３６】
本発明の第２実施例について説明する。
この実施例では、窓材に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶体を用い、熱処理降温時に測温用窓表面をＮ2 パージすることにより、測温の精度の確保と窓表面での反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を改善したものである。 以下、本発明の第２実施例の動作について説明する。
【００３７】
この実施例では、放射温度計本体６０１の測温用窓６０３に、厚さ、０．５〜１ｍｍ酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶体板を取り付けたものであり、測温用窓６０３の赤外線透過特性を図１３に示す。測温として使用できる波長は７〜８μｍまでである。
本発明の３ステップ処理でのシーケンス例を図１４に示す。ここで、また、動作の説明のために、第１実施例で示した放射温度計を配置したランプ加熱炉（図４参照）を用いる。温度シーケンスは急速加熱仕様である。
【００３８】
まず、ウエハ２０４が搬入されると、チャンバー２００に流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー２００内を真空ポンプ（２０７，２０８）で１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
次に、Ｏ2 ガスを流し大気圧まで戻し、ハロゲンランプ２０２の加熱により、５０〜２００℃／秒のレートで昇温させる。ウエハの温度１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
【００３９】
次に、ハロゲンランプ２０２を切り、８００℃まで降温させ、放射温度計６００のバルブ６０８を開き、測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面をＮ2 パージする。
次に、もう一つの設定温度、冷却完了温度（実施例では５００℃）に達したら、バルブ６０８を閉じ真空ポンプ（２０７，２０８）で、真空度を１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで引き、チャンバー２００のＯ2 ガスと枝管３００のＮ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流し大気圧まで戻す。
【００４０】
次に、ハロゲンランプ２０２の加熱により、酸化工程と同様にウエハ２０４の温度を昇温させ、窒化工程を完了させ、また、同様に測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面もＮ2 パージを実施する。
次に、酸化工程と同様に真空ポンプ（２０７，２０８）にてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様に、ウエハ２０４を昇温・降温させ、再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００４１】
本発明の第２実施例の効果としては、第１実施例と同様の効果が得られるとともに、第１実施例に比べ、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることにより、放射温度計が測温できる温度まで、オープンループ制御するといった、複雑な温度制御が不必要である。
【００４２】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
この実施例では、ハロゲン塩母材表面に雰囲気に耐久度を有する赤外線透過膜材をコートし、熱処理降温時に測温用窓材表面をＮ2 パージすることにより、測温の精度の確保と窓表面での反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を改善したものである。
【００４３】
以下、本発明の第３実施例の動作について説明する。
この実施例の測温用窓材は代表的ハロゲン塩結晶体である。ＣａＦ2 の表面にＳｉＮを０．１μｍ以下の膜厚、公知のＣＶＤ技術を用いて成膜したものである。
その他の材質としてＳｉＣも膜厚０．０６μｍで公知のＣＶＤ技術またはプラズマＣＶＤにて成膜したものであり、また、ポリシリコン膜を０．１μｍ以下公知のＣＶＤにて成膜しても良い。その他は第２実施例と同じである。
【００４４】
本発明の第３実施例の効果としては、測温用窓材のハロゲン塩表面にハロゲンを含まない赤外線透過膜材をコートしたので、第１実施例の効果と同様の効果を奏することができるとともに、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることから、放射温度計が測温できる温度まで、オープンループ制御するといった複雑な温度制御が不必要である。
【００４５】
本発明は、更に以下のような利用形態を有する。
（１）第１実施例では不揮発性メモリのトンネル酸窒化膜に適用したが、ＤＲＡＭ等の他のデバイスの絶縁膜に適用することも当然可能である。
（２）第３実施例では窓材のコートに他の素材として、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）をＣＶＤ技術で成膜しても良く、また、第１実施例においても他の素材として、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の単結晶体を用いても、同様な改善が得られる。
【００４６】
なお、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の単結晶体を測温用窓６０３として用いる場合の赤外線透過特性を図１５に示す。
（３）本発明ではランプ加熱炉にて、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理を例示して説明したが、最初のステップであるＲＴＯを通常用いられるＦＵＲＮＡＣＥ（ヒーター加熱炉）にて、酸化し、その後、ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの２ステップの処理を実施する場合においても、同様の効果が見られることは確認できている。
【００４７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）請求項１記載の発明によれば、金属酸化物の単結晶体を用いたので、測温用窓の「曇り」の原因である、脱Ｆ反応が皆無となり、また、処理ガス切り換えをウエハ温度降温時のＮ2 パージ後に実施したので、総処理時間の増加なしに処理ガス相互の混入を阻止でき、測温用窓の「曇り」の原因であるＮＨ3 塩の生成を防止できることにより、ウエハ測温の繰り返し精度が維持できる。
【００４９】
（２）請求項２記載の発明によれば、測温用窓材として、サファイヤ，ＭｇＯ，ＴｉＯ2 の単結晶体を用いるようにしたものであり、これらは機械的強度も優れているため、扱いやすく、しかも廉価である。
（３）請求項３記載の発明によれば、測温用窓材のハロゲン塩表面にハロゲンを含まない赤外線透過膜材をコートするようにしたので、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることにより、放射温度計が測温できる温度までオープンループ制御するといった、複雑な温度制御が不必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す酸窒化膜製造用ランプ炉放射温度計の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す放射温度計の測温用窓材の赤外線透過特性を示す図である。
【図３】本発明の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程を示す図である。
【図４】本発明の放射温度計を配置したランプ加熱炉を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例の酸化工程の繰り返し精度の実験結果を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例の酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理での再現性の実験結果を示す図である。
【図７】従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図である。
【図８】従来の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図９】従来の半導体不揮発性メモリの酸化工程の繰り返し精度の実験結果を示す図である。
【図１０】従来の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理での再現性の実験結果を示す図である。
【図１１】従来の放射温度計の断面図である。
【図１２】本発明の第２実施例を示す半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例を示す放射温度計の測温用窓材（ＭｇＯ単結晶）の赤外線透過特性を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施例を示す半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例を示す放射温度計の測温用窓材（ＴｉＯ2 単結晶）の赤外線透過特性を示す図である。
【符号の説明】
２００ チャンバー
２０１ 反射鏡
２０２ ハロゲンランプ
２０３ ウエハトレイ
２０４ ウエハ
２０５ 排気管
２０６ ＡＰＣ（自動真空度制御器）
２０７ ターボ分子ポンプ
２０８ ロータリーポンプ
２０９ ガス導入口
２１０〜２１４，６０８ バルブ
３００ 枝管
５００ ランプ電力制御器
６００ 放射温度計
６０１ 放射温度計本体
６０３ 測温用窓
６０７ Ｎ2 ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸窒化膜製造用ランプ加熱炉に係り、例えば、半導体不揮発性メモリの酸窒化膜製造用ランプ加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、第３５回 ＶＬＳＩ ＦＯＲＵＭ「極薄酸化膜の新しい形成法と信頼性」（９４年２月２５日（株）プレスジャーナル主催）に開示されるものがあった。
上記文献に示されるメモリのトンネル酸化膜は、浮遊ゲートの電荷を保持するための絶縁膜として機能している。
【０００３】
一般に、従来のメモリのトンネル酸化膜は書き込みの際、電荷が貫通することと、消去時トンネル電流に電荷を引き込むため、膜厚は８０〜１２０Åと極薄膜で、高い信頼性が必要とされており、上記文献に開示されているように、酸化膜の窒化による酸窒化膜が使用されている。
図７はかかる従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図であり、各図は製造段階で得られた構造体の断面を概略的に示している。
【０００４】
（１）まず、図７（ａ）に示すように、基板１００の表面にＬＯＣＯＳ技術を用いて分離酸化膜１０１を形成し、アクティブ領域１０２を形成する。
（２）次に、図７（ｂ）に示すように、アクティブ領域１０２に酸化膜１０３を急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）により形成する。
（３）次に、その酸化膜１０３を、図７（ｃ）に示すように、急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）により窒化し、酸窒化膜１０４を形成する。また、一般に窒化においてＮＨ3 雰囲気が用いられることから、膜の信頼性向上を目的として酸窒化膜１０４の脱水素の処理として、Ｎ2 Ｏ雰囲気で急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による再酸化処理を行っている。
【０００５】
（４）次に、図７（ｄ）に示すように、酸窒化膜１０４上に浮遊ゲート１０５と層間絶縁膜１０６及び制御ゲート１０７を形成し、ソース領域１０８とドレイン領域１０９を形成する。
このようにして、フラッシュＥＥＰＲＯＭのセルトランジスタが形成できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造方法では、ウエハ間、つまり処理毎の成膜膜厚がばらつき、再現性に問題点があり、技術的に満足できるものは得られなかった。
その膜厚の再現性について実験したデータをもとに詳細に説明する。
【０００７】
従来の製造装置による急速熱処理酸化法（ＲＴＯ）＋急速熱処理窒化法（ＲＴＮ）＋急速熱処理酸窒化法（ＲＴＯＮ）による処理である３ステップ処理のシーケンス例を図８に示す。温度シーケンスは急速加熱仕様である。
まず、ウエハを搬入すると、チャンバーに流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー内を真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
【０００８】
次に、Ｏ2 ガスを流し大気圧まで戻し、ランプ加熱により５０〜２００℃／秒のレートで昇温させ、１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
次に、ランプを切り６００℃以下まで降温させ、再度真空ポンプで、１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで真空を引き、Ｏ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流し大気圧まで戻す。
【０００９】
次に、ランプ加熱により酸化工程と同様にウエハ温度を昇温させ、窒化工程を完了させる。
次に、酸化工程と同様に真空ポンプにてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様にウエハを昇温させ、再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００１０】
まず、最初の酸化工程であるＲＴＯの再現性つまり、繰り返し精度の実験結果を図９に示す。
２５枚連続したＲＴＯ（１１００℃×４０秒）では、２５枚の平均値の統計量は１１０．９±０．７Å（ただし、最初のウエハの値は除く）、再現性σ／Ｘは０．６３％と問題はない。また、ここでは図示していないが、同様に、ＲＴＮやＲＴＯＮの単独での連続処理においても再現性はＲＴＯと同レベルであり、問題は無かった。
【００１１】
次に、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理での再現性の実験結果を図１０に示す。
２５枚連続した３ステップ処理では、２５枚の平均値の統計量は１０１．９±１．９Å（最初のウエハの値は除く）であり、再現性は１．８６％と激増し、悪化している。また、５０枚処理後、再度実施すると膜厚が厚くなり、その差は酸化温度で５０℃の差が見られることも判明した。酸窒化膜をトンネル酸化膜として機能させると、トンネル電流は近似的に電界の二乗に比例し、電界は膜厚に反比例するから、膜厚のばらつきはトンネル電流を二次の関係でばらつかせるため、ウエハ間の膜厚ばらつきは少ない程良く、一般に３σで±３Å程度がデバイスの動作上の限界であり、従来の酸窒化成膜炉は限界を越えていた。
【００１２】
この再現性の悪化や酸化温度の上昇の原因について図１１を用いて説明する。図１１は従来の放射温度計の断面図であり、枝管３００と放射温度計本体４０１の気密を取るためのＯリング４０２と、測温赤外線を取り出す窓ガラス４０３とその気密のためのＯリング４０４および、赤外線光学系４０５と赤外線検出器４０６で構成されている。
【００１３】
酸化温度の異常上昇が見られた際、窓４０３を見ると表面に「曇り」があり、分析を行うと窓材の酸化物であった。ここで、窓材はＣａＦ2 であり、「曇り」はミクロンオーダーの粒子の集合体であった。詳細に粒子を分析すると、粒子表面はＣａとＯであるが、内部はＣａとＯ，Ｎ，Ｆであり、Ｆの量は母材の数分の一以下であり、粒子の生成メカニズムを次の様に推定した。
【００１４】
枝管３００の内部空間には真空パージを行っても、前ステップのガスが残留し、この場合はＮＨ3 とＮ2 Ｏが反応し、結果として、ＮＨ3 塩が窓ガラス４０３表面に析出し、このＮＨ3 塩が輻射熱で融解し、ガラス材を浸し、脱Ｆ反応が進み、最終的には酸化物として表面に付着したと考えている。この「曇り」が赤外線検出器４０６に到達する測定赤外線を減少させるため、見かけ上のウエハ温度を低く検出し、膜厚の増大（酸化温度の上昇）や「曇り」の形成のばらつきに起因する、連続処理での再現性の悪化が発生しているわけである。
【００１５】
一方、窓材は一般にハロゲン塩の結晶体が用いられ、ＣａＦ2 やＢａＦ2 、ＫＢｒなどが良く知られており、赤外線光学材料として、波長で１０μｍまで透過しており、放射温度計の窓として十分な光学特性であった。ランプ加熱炉の測温用としての放射温度計の測温波長は通常６〜８μｍであり、それは比較的低温≒２００℃から精度良く測温できるためであり、窓材はハロゲン塩に限られていた。
【００１６】
更に、ランプ加熱炉において、窓材に石英ガラスを用い測温波長を２〜３μｍと短波長化した炉もあるが、加熱赤外線の波長は０．５〜４μｍに分布しており、加熱赤外線と測温赤外線を構造上分離する必要があるが、測温対象となるシリコンウエハは、波長１μｍ以上の赤外線において透過することから、完全な光学的分離は不可能であり、それに起因する温度制御精度の不足といった問題があり、単純な窓材変更では済まない技術的問題があった。
【００１７】
また、光学系内の光学材料として使用しているハロゲン塩は、素材として軟らかく傷が付きやすい点や、劈開しやすいことから、衝撃に弱く、慎重な取扱いが必要であり、また水溶性でもあることから「曇り」を洗浄により除去することも困難で、維持管理に多大な工数を必要としていた。
本発明は、上記問題点を除去し、測温の精度の確保と、窓表面の反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を向上させることができる酸窒化膜製造用ランプ加熱炉を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を処理するためになされたものであり、
（１）その代表的なものは、ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 Ｏガスが導入されるガス導入口が設けられ、ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 Ｏガスが排気されるガス排気管が接続されたチャンバーと、このチャンバーの外側に設けられ、チャンバー内を加熱するランプと、チャンバー内に設けられ、ウエハを支持するウエハトレイと、チャンバー内に設けられた枝管と、枝管に設けられ、金属酸化物の単結晶体からなる測温用窓を有し、４〜８μｍの測温赤外線波長を用いる放射温度計と、測温用窓の表面にパージガスを供給するノズルとを有する装置を用いて酸窒化膜を形成する。そして、本発明では、ガス導入口からチャンバー内にＮＨ 3 ガスを導入し、ランプの加熱によりチャンバー内を昇温させ、ウエハトレイに支持されたウエハに第１の熱処理を施す。そして、ランプの加熱を停止し、かつ、Ｎ 2 パージガスをノズルから測温用窓の表面に供給し、Ｎ 2 パージガスを測温用窓の表面から枝管を介してウエハへ導く。その後、Ｎ 2 パージガスの供給を停止し、ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 パージガスをガス排気管から排気する。そして、ガス導入口からチャンバー内にＮ 2 Ｏガスを導入し、ランプの加熱によりチャンバー内を昇温させ、ウエハトレイに支持されたウエハに第２の熱処理を施す。
【００１９】
したがって、金属酸化物の単結晶体を用いたので、測温用窓の「曇り」の原因である、脱Ｆ反応が皆無となり、また、処理ガス切り換えをウエハ温度降温時のＮ2 パージ後に実施したので、総処理時間の増加なしに処理ガス相互の混入を阻止でき、測温用窓の「曇り」の原因であるＮＨ3 塩の生成を防止できることにより、ウエハ測温の繰り返し精度が維持できる。
【００２０】
（２）上記（１）記載の酸窒化膜製造用ランプ加熱炉において、前記測温用窓材は、サファイヤ、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 である。
したがって、これらの材料は機械的強度も優れているため、扱いやすく、しかも廉価である。
（３）上記（１）記載の酸窒化膜製造用ランプ加熱炉において、前記測温用窓材は、母材をハロゲン塩の結晶体とし、その母材の表面に測温赤外線を透過する膜材がコートされている。
【００２１】
このように、測温用窓材のハロゲン塩表面にハロゲンを含まない赤外線透過膜材をコートするようにしたので、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることにより、放射温度計が測温できる温度までオープンループ制御するといった、複雑な温度制御が不必要である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す酸窒化膜製造用ランプ加熱炉用放射温度計の構成図である。ここで、従来例と同じ部分はそのままの符号を用い、それらの説明は省略する。
【００２３】
この第１実施例では、測温赤外線波長を４〜６μｍに限定し、窓材に金属酸化物の単結晶体であるサファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を用い、熱処理降温時にランプ加熱炉の放射温度計の測温用窓材の表面をＮ2 パージすることにより、測温の精度の確保と、窓表面の反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を改善したものである。
【００２４】
図１に示すように、放射温度計６００は、放射温度計本体６０１には測温用窓６０３として、厚さ０．５〜１ｍｍのサファイヤ板を取り付ける。この測温用窓６０３の赤外線透過特性を図２に示す。
赤外線測温として使用できる波長は、５〜６μｍまで使用可能である。また、放射温度計本体６０１には、Ｎ2 ノズル６０７が枝管３００と測温用窓６０３の間に配置されており、バルブ６０８にて測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面にＮ2 ガスを供給できる構造をしている。
【００２５】
図３は本発明の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程を示す図であり、図３の縦軸は上からウエハの測温温度であり、その中央は、プロセスガスの種類と開閉を示しており、その下に本発明の放射温度計本体６０１に具備しているＮ2 ノズル６０７のＮ2 ガスの供給状態を示しており、一番下はチャンバーの真空度を示している。また、横軸は処理の時間的経過を示している。
【００２６】
また、上記した本発明の放射温度計を配置したランプ加熱炉を図４に示す。
図４に示すように、石英ガラス製チャンバー２００には反射鏡２０１が配置されたハロゲンランプ２０２が十数本から数十本上下に対向して取り付けられている。チャンバー２００内にはウエハを支持するウエハトレイ２０３とウエハ２０４があり、ハロゲンランプ２０２により、ウエハ２０４の温度を１２００℃程度まで昇温できる構造であり、チャンバー２００の下面には測温のための枝管３００とその先端には赤外線放射温度計６００が具備されており、ウエハ２０４の測温を行っている。
【００２７】
また、赤外線放射温度計６００の測温信号はランプ電力制御器５００に送られ、ハロゲンランプ２０２をクローズドループ制御しており、ウエハ２０４の温度を設定値に制御している。
更に、チャンバー２００には排気管２０５及び真空バルブとＡＰＣ（自動真空度制御器）２０６と、ターボ分子ポンプ２０７及びロータリーポンプ２０８によってチャンバー２００の内の真空引きを行っている。
【００２８】
また、チャンバー２００にはガス導入口２０９及びバルブ２１０〜２１４により、各種ガスの導入が可能となっている。
以下、その動作について説明する。
まず、ウエハ２０４が搬入されると、チャンバー２００に流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー２００内を真空ポンプ（２０７，２０８）で１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
【００２９】
次いで、Ｏ2 ガスを流し、大気圧まで戻し、ランプ加熱により、５０〜２００℃／秒のレートで昇温させる。この昇温ステップは、放射温度計の測温波長に５〜６μｍを採用したので、室温から４００℃程度までは測温精度が低いので、ランプ電力制御器５００はオープンループ制御とし、ウエハ２０４の温度が４００℃以上となったら、赤外線放射温度計６００からの信号によりクローズドループ制御し、１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
【００３０】
次に、ハロゲンランプ２０２を切り８００℃まで降温させ、赤外線放射温度計６００のバルブ６０８を開け、測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面をＮ2 パージする。
次に、もう一つの設定温度、冷却完了温度（実施例では５００℃）に達したら、バルブ６０８を閉じ、再度真空ポンプ（２０７，２０８）で１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで真空を引き、チャンバーのＯ2 ガスと枝管のＮ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流し大気圧まで戻す。
【００３１】
次に、ハロゲンランプ２０２の加熱により酸化工程と同様にウエハ２０４の温度を昇温させ、窒化工程を完了させる。また、同様に測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面にもＮ2 パージを実施する。
次に、酸化工程と同様に、真空ポンプ（２０７，２０８）にてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様に、ウエハを昇温・降温させ再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００３２】
次に、本発明の第１実施例の効果について述べる。
まず、最初に第１実施例の酸化工程であるＲＴＯの再現性つまり、繰り返し精度の実験結果を図５に示す。
図５に示すように、１０枚連続してＲＴＯ（１１００℃×３０秒）では、１０枚の平均値の統計量は８６．１±０．６Å（ただし、最初のウエハの値は除く）、再現性σ／Ｘは０．７０％と従来例とほとんど差が無く問題はない。
【００３３】
次に、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理での再現性の実験結果を図６に示す。
図６に示すように、５０枚連続して３ステップ処理で５枚毎１０組（グラフでは４５枚までしか表示していない。）の平均値の統計量は９０．４±０．７Åであり、再現性は０．７７％と従来の１．８６％の４１％まで改善でき、ＲＴＯのみ連続処理の繰り返し精度０．７０％に近付けることが可能となった。
【００３４】
この実施例では、測温用窓材に金属酸化物の単結晶体を用いたので、測温用窓の「曇り」の原因である、脱Ｆ反応が皆無となったことと、処理ガス切り換えをウエハ温度降温時のＮ2 パージ後に実施したので、総処理時間の増加なしに処理ガス相互の混入を阻止でき、測温用窓の「曇り」の原因であるＮＨ3 塩の生成を防止できることにより、ウエハ測温の繰り返し精度が維持できるようになった。
【００３５】
また、今回測温用窓材に使用したサファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ）はヌープ（Ｋｎｏｏｐ）硬度が１３７０であり、従来使用されていた代表的な材料であるＣａＦ2 のヌープ硬度８２と比較すると硬い材料であり、機械的強度も優れているため、扱いやすく、かつ廉価である。
一方、この実施例はウエハ降温時、ウエハ裏面にＮ2 パージガスが当たるため、その冷却効果からウエハ降温レートが増加し、実際の総処理時間はむしろ減少し、スループットが改善できる。また、枝管３００による冷却の効果もあり、測温赤外線の迷光が減少し、測温精度の更なる向上を図ることができた。
【００３６】
本発明の第２実施例について説明する。
この実施例では、窓材に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶体を用い、熱処理降温時に測温用窓表面をＮ2 パージすることにより、測温の精度の確保と窓表面での反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を改善したものである。 以下、本発明の第２実施例の動作について説明する。
【００３７】
この実施例では、放射温度計本体６０１の測温用窓６０３に、厚さ、０．５〜１ｍｍ酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶体板を取り付けたものであり、測温用窓６０３の赤外線透過特性を図１３に示す。測温として使用できる波長は７〜８μｍまでである。
本発明の３ステップ処理でのシーケンス例を図１４に示す。ここで、また、動作の説明のために、第１実施例で示した放射温度計を配置したランプ加熱炉（図４参照）を用いる。温度シーケンスは急速加熱仕様である。
【００３８】
まず、ウエハ２０４が搬入されると、チャンバー２００に流していたＮ2 ガスを止め、チャンバー２００内を真空ポンプ（２０７，２０８）で１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下の真空度まで引く。
次に、Ｏ2 ガスを流し大気圧まで戻し、ハロゲンランプ２０２の加熱により、５０〜２００℃／秒のレートで昇温させる。ウエハの温度１０００〜１１００℃で所定膜厚の酸化膜を生成する。
【００３９】
次に、ハロゲンランプ２０２を切り、８００℃まで降温させ、放射温度計６００のバルブ６０８を開き、測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面をＮ2 パージする。
次に、もう一つの設定温度、冷却完了温度（実施例では５００℃）に達したら、バルブ６０８を閉じ真空ポンプ（２０７，２０８）で、真空度を１Ｅ−１Ｔｏｒｒ以下まで引き、チャンバー２００のＯ2 ガスと枝管３００のＮ2 ガスを除去し、ＮＨ3 ガスを流し大気圧まで戻す。
【００４０】
次に、ハロゲンランプ２０２の加熱により、酸化工程と同様にウエハ２０４の温度を昇温させ、窒化工程を完了させ、また、同様に測温用窓６０３の内面と枝管３００の内面もＮ2 パージを実施する。
次に、酸化工程と同様に真空ポンプ（２０７，２０８）にてＮＨ3 ガスを除去し、Ｎ2 Ｏガスを流し大気圧まで戻し、酸化工程と同様に、ウエハ２０４を昇温・降温させ、再酸化処理を完了させ、３ステップ処理でのトンネル酸窒化膜の生成が終了する。
【００４１】
本発明の第２実施例の効果としては、第１実施例と同様の効果が得られるとともに、第１実施例に比べ、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることにより、放射温度計が測温できる温度まで、オープンループ制御するといった、複雑な温度制御が不必要である。
【００４２】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
この実施例では、ハロゲン塩母材表面に雰囲気に耐久度を有する赤外線透過膜材をコートし、熱処理降温時に測温用窓材表面をＮ2 パージすることにより、測温の精度の確保と窓表面での反応を防止し、酸窒化膜生成において、再現性を改善したものである。
【００４３】
以下、本発明の第３実施例の動作について説明する。
この実施例の測温用窓材は代表的ハロゲン塩結晶体である。ＣａＦ2 の表面にＳｉＮを０．１μｍ以下の膜厚、公知のＣＶＤ技術を用いて成膜したものである。
その他の材質としてＳｉＣも膜厚０．０６μｍで公知のＣＶＤ技術またはプラズマＣＶＤにて成膜したものであり、また、ポリシリコン膜を０．１μｍ以下公知のＣＶＤにて成膜しても良い。その他は第２実施例と同じである。
【００４４】
本発明の第３実施例の効果としては、測温用窓材のハロゲン塩表面にハロゲンを含まない赤外線透過膜材をコートしたので、第１実施例の効果と同様の効果を奏することができるとともに、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることから、放射温度計が測温できる温度まで、オープンループ制御するといった複雑な温度制御が不必要である。
【００４５】
本発明は、更に以下のような利用形態を有する。
（１）第１実施例では不揮発性メモリのトンネル酸窒化膜に適用したが、ＤＲＡＭ等の他のデバイスの絶縁膜に適用することも当然可能である。
（２）第３実施例では窓材のコートに他の素材として、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）をＣＶＤ技術で成膜しても良く、また、第１実施例においても他の素材として、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の単結晶体を用いても、同様な改善が得られる。
【００４６】
なお、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の単結晶体を測温用窓６０３として用いる場合の赤外線透過特性を図１５に示す。
（３）本発明ではランプ加熱炉にて、ＲＴＯ＋ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの３ステップ処理を例示して説明したが、最初のステップであるＲＴＯを通常用いられるＦＵＲＮＡＣＥ（ヒーター加熱炉）にて、酸化し、その後、ＲＴＮ＋ＲＴＯＮの２ステップの処理を実施する場合においても、同様の効果が見られることは確認できている。
【００４７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）請求項１記載の発明によれば、金属酸化物の単結晶体を用いたので、測温用窓の「曇り」の原因である、脱Ｆ反応が皆無となり、また、処理ガス切り換えをウエハ温度降温時のＮ2 パージ後に実施したので、総処理時間の増加なしに処理ガス相互の混入を阻止でき、測温用窓の「曇り」の原因であるＮＨ3 塩の生成を防止できることにより、ウエハ測温の繰り返し精度が維持できる。
【００４９】
（２）請求項２記載の発明によれば、測温用窓材として、サファイヤ，ＭｇＯ，ＴｉＯ2 の単結晶体を用いるようにしたものであり、これらは機械的強度も優れているため、扱いやすく、しかも廉価である。
（３）請求項３記載の発明によれば、測温用窓材のハロゲン塩表面にハロゲンを含まない赤外線透過膜材をコートするようにしたので、より長波長（７〜８μｍ）の測温赤外線が採用でき、ほぼ室温に近い温度から高精度で測温できることにより、放射温度計が測温できる温度までオープンループ制御するといった、複雑な温度制御が不必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す酸窒化膜製造用ランプ炉放射温度計の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す放射温度計の測温用窓材の赤外線透過特性を示す図である。
【図３】本発明の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程を示す図である。
【図４】本発明の放射温度計を配置したランプ加熱炉を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例の酸化工程の繰り返し精度の実験結果を示す図である。
【図６】本発明の第１実施例の酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理での再現性の実験結果を示す図である。
【図７】従来のメモリのトンネル酸窒化膜の製造工程図である。
【図８】従来の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図９】従来の半導体不揮発性メモリの酸化工程の繰り返し精度の実験結果を示す図である。
【図１０】従来の半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理での再現性の実験結果を示す図である。
【図１１】従来の放射温度計の断面図である。
【図１２】本発明の第２実施例を示す半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例を示す放射温度計の測温用窓材（ＭｇＯ単結晶）の赤外線透過特性を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施例を示す半導体不揮発性メモリの酸窒化膜の形成工程の３ステップ処理シーケンス例を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例を示す放射温度計の測温用窓材（ＴｉＯ2 単結晶）の赤外線透過特性を示す図である。
【符号の説明】
２００ チャンバー
２０１ 反射鏡
２０２ ハロゲンランプ
２０３ ウエハトレイ
２０４ ウエハ
２０５ 排気管
２０６ ＡＰＣ（自動真空度制御器）
２０７ ターボ分子ポンプ
２０８ ロータリーポンプ
２０９ ガス導入口
２１０〜２１４，６０８ バルブ
３００ 枝管
５００ ランプ電力制御器
６００ 放射温度計
６０１ 放射温度計本体
６０３ 測温用窓
６０７ Ｎ2 ノズル
Claims (7)
- ＮＨ 3 ガス及びＮ 2 Ｏガスが導入されるガス導入口が設けられ、前記ＮＨ 3 ガス及び前記Ｎ 2 Ｏガスが排気されるガス排気管が接続されたチャンバーと、前記チャンバーの外側に設けられ、前記チャンバー内を加熱するランプと、前記チャンバー内に設けられ、ウエハを支持するウエハトレイと、前記チャンバーに設けられた枝管と、前記枝管に設けられ、金属酸化物の単結晶体からなる測温用窓を有し、４〜８μｍの測温赤外線波長を用いる放射温度計と、前記測温用窓の表面にＮ 2 パージガスを供給するノズルとを有する装置を用いた酸窒化膜の形成方法であって、
前記ガス導入口から前記チャンバー内に前記ＮＨ 3 ガスを導入するステップと、
前記ランプの加熱により前記チャンバー内を昇温させ、前記ウエハトレイに支持された前記ウエハに第１の熱処理を施すステップと、
前記ランプの加熱を停止し、かつ、前記Ｎ 2 パージガスを前記ノズルから前記測温用窓の前記表面に供給し、前記Ｎ 2 パージガスを前記測温用窓の前記表面から前記枝管を介して前記ウエハへ導くステップと、
前記Ｎ 2 パージガスの供給を停止し、前記ＮＨ 3 ガス及び前記Ｎ 2 パージガスを前記ガス排気管から排気するステップと、
前記ガス導入口から前記チャンバー内に前記Ｎ 2 Ｏガスを導入するステップと、
前記ランプの加熱により前記チャンバー内を昇温させ、前記ウエハトレイに支持された前記ウエハに第２の熱処理を施すステップとを有することを特徴とする酸窒化膜の形成方法。 - 前記測温用窓には、サファイア、若しくは、酸化マグネシウム、若しくは、酸化チタンのいずれかを用いることを特徴とする請求項１記載の酸窒化膜の形成方法。
- 前記測温用窓には、表面が赤外線透過膜材で覆われたハロゲン塩結晶体を用いることを特徴とする請求項１記載の酸窒化膜の形成方法。
- 前記赤外線透過膜材には、窒化ケイ素、若しくは、炭化ケイ素、若しくは、アルミナのいずれかを用いることを特徴とする請求項３記載の酸窒化膜の形成方法。
- 前記ノズルは、前記放射温度計に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の酸窒化膜の形成方法。
- 前記ランプには、ハロゲンランプを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の酸窒化膜の形成方法。
- 前記装置には、前記ランプの電力を制御する電力制御器が設けられており、前記電力制御器は、前記放射温度計から出力された測温信号により制御されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の酸窒化膜の形成方法。
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