JP4238812B2 - 被処理体の酸化装置 - Google Patents
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Description
また更に、他の装置例として例えば特許文献5に開示されているように、ランプ加熱による枚葉式のプロセスチャンバ内に酸素ガスと水素ガスとを供給し、これらの両ガスをプロセスチャンバ内に設置した半導体ウエハ表面の近傍にて反応させて水蒸気を生成し、この水蒸気でウエハ表面のシリコンを酸化させて酸化膜を形成するようにした装置が示されている。
そこで、本出願人は、上記各問題点を解決するために特許文献6において、O2 などの酸化性ガスとH2 などの還元性ガスとを、それぞれ処理チャンバの上部と下部とに同時に供給して真空雰囲気下で反応させて酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気を形成し、この雰囲気中でシリコンウエハ等を酸化させる酸化方法を開示した。
上記両ノズル10、12より上記処理容器6内の下部に導入されたH2 ガスとO2 ガスの両ガスは、この処理容器6内で例えば133Pa未満の圧力下で反応しつつ酸素活性種と水酸基活性種とを発生し、これらの活性種は処理容器6内を上昇しつつウエハWの表面と接触してその表面を酸化することになる。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を改善することが可能な被処理体の酸化装置を提供することにある。
また例えば前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含む。
また例えば前記ステップでは、前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含む。
また、例えば請求項3に規定するように、前記酸化性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに前記ガス噴射口の形成された酸化性ガス噴射ノズルを有する。
図1は本発明方法を実施するための酸化装置の第1実施例を示す構成図である。まずこの酸化装置について説明する。図示するように、この酸化装置20は下端が開放された円筒体状になされた縦型の処理容器22を有している。この処理容器22は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
この処理容器22の天井部には、開口された排気口24が設けられると共に、この排気口24に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ライン26が連設されている。そして、この排気ライン26には、途中に圧力制御弁28や真空ポンプ30等が介設された真空排気系32が接続されており、上記処理容器22内の雰囲気を真空引きして排気できるようになっている。
上記した回転軸46は、例えばボートエレベータ等の昇降機構52に支持されたアーム54の先端に取り付けられており、ウエハボート36及び蓋部44等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル42を上記蓋部44側へ固定して設け、ウエハボート36を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハWがアンロード状態で酸化装置20が待機状態の時には、処理容器22はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば50枚のウエハWが載置された状態のウエハボート36をホットウォール状態になされた処理容器22内にその下方より上昇させてロードし、蓋部44でマニホールド34の下端開口部を閉じることにより処理容器22内を密閉する。
この両ガスは処理容器22内を上昇しつつ真空雰囲気下にて反応して水酸基活性種と酸素活性種とが発生し、この雰囲気が回転しているウエハボート36に収容されているウエハWと接触してウエハ表面に対して酸化処理が施されることになる。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器22の天井部の排気口24から系外へ排気されることになる。
上記酸化処理の具体的な流れは、上述のように、処理容器22内へ別々に導入されたO2 ガスとH2 ガスは、ホットウォール状態となった処理容器22内を上昇しつつウエハWの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種(O*)と水酸基活性種(OH*)とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハWの表面が酸化されてSiO2 膜が形成される。この時のプロセス条件は、ウエハ温度が400〜1000℃の範囲内、例えば900℃、圧力は13.3〜1330Paの範囲内、例えば133Pa(1Torr)である。また、処理時間は例えば10分である。
H2 +O2 → H*+HO2
O2 +H* → OH*+O*
H2 +O* → H*+OH*
H2 +OH* → H*+H2 O
この第1実施例で、O2 ガスを供給する酸化性ガス噴射ノズル64についても、いわゆる分散型ノズルを用いてもよいが、酸素濃度は、収容領域S内のガス流れ方向における濃度変化がH2 ガスと比較して少ないので、酸化性ガス噴射ノズル64に関しては分散型ノズルを用いなくてもよい、と考えられる。
図2は各噴射ノズルの形態を模式的に示す模式図である。尚、この図2における各実施例のプロセス条件であるプロセス温度、プロセス圧力、各ガスの流量は全て図1において説明した場合と同様である。
図2(A)は図1に示す第1実施例の装置例を模式的に示した図であり、この場合には、前述したように膜厚の面間均一性は±2.89%であった。
この第2実施例の場合には、還元性ガス噴射ノズル84のガス噴射口84Aは、図2(A)に示す場合と比較してかなり偏在させて設けられているが、H2 ガスの質量は非常に軽いことからその拡散速度が非常に大きく、ガス噴射口84Aが偏在させて設けられているにもかかわらず、他方の還元性ガス噴射ノズル82からのH2 ガスと相まって収容領域Sの全体に亘ってH2 ガスを拡散させることができる。この第2実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±0.9%であり、非常に良好な結果を得ることができた。尚、膜厚の面内均一性は±1%の範囲内で良好であった。
また、上記各実施例では酸化性ガスとしてO2 ガスを用いたが、これに限定されず、N2 Oガス、NOガス、NO2 ガス等を用いてもよい。また上記各実施例では還元性ガスとしてH2 ガスを用いたが、これに限定されず、NH3 ガスやCH4 ガスやHClガスを用いてもよい。
また、本発明は、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用することができる。
22 処理容器
34 ウエハボート(保持手段)
56 加熱手段
60 酸化性ガス供給手段
62 還元性ガス供給手段
64 酸化性ガス噴射ノズル
64A ガス噴射口
66 還元性ガス噴射ノズル
66A ガス噴射口
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (4)
- 所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、
前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
を備え、
前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域に沿ってガス流の上流域から下流域まで延びると共に下流域で折り返されて上流域に延びるように成形され、前記折り返されて延びる部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口を形成することにより、前記収容領域を流れるガス流の上流域と下流域と中流域とに前記ガス噴射口が位置するようになされた還元性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする被処理体の酸化装置。 - 前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の略全域に亘ってその長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された、前記還元性ガス噴射ノズルとは異なる他の還元性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする請求項1記載の被処理体の酸化装置。
- 前記酸化性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに前記ガス噴射口の形成された酸化性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする請求項1又は2記載の被処理体の酸化装置。
- 前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の被処理体の酸化装置。
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