JP4238812B2 - 被処理体の酸化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に対して酸化処理を施す被処理体の酸化装置に関する。
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の中で、例えば酸化処理を例にとれば、この酸化処理は、単結晶或いはポリシリコン膜の表面等を酸化する場合、金属膜を酸化処理する場合等が知られており、特に、ゲート酸化膜やキャパシタ等の絶縁膜を形成する時に主に用いられる。
この酸化処理を行なう方法には、圧力の観点からは、略大気圧と同等の雰囲気下の処理容器内で行なう常圧酸化処理方法と真空雰囲気下の処理容器内で行なう減圧酸化処理方法とがあり、また、酸化に使用するガス種の観点からは、例えば水素と酸素とを外部燃焼装置にて燃焼させることによって水蒸気を発生させてこの水蒸気を用いて酸化を行なうウェット酸化処理方法(例えば特許文献1等)と、オゾンのみ、或いは酸素のみを処理容器内へ流すなどして水蒸気を用いないで酸化を行なうドライ酸化処理方法(例えば特許文献2等)とが存在する。
ところで、絶縁膜としては耐圧性、耐腐食性、信頼性等の膜質特性を考慮すると、一般的には、ドライ酸化処理により形成された物よりも、ウェット酸化処理により形成された物の方が比較的優れている。また、形成される酸化膜(絶縁膜)の成膜レートやウエハ面内の均一性の観点からは、一般的には、常圧のウェット酸化処理により形成された物は、酸化レートは大きいが、膜厚の面内均一性に劣り、減圧のウェット酸化処理により形成された物は、逆に酸化レートは小さいが膜厚の面内均一性に優れている、という特性を有している。
従来にあっては、半導体集積回路のデザインルールがそれ程厳しくなかったことから、酸化膜が適用される用途やプロセス条件、装置コスト等を適宜勘案して、上述したような種々の酸化方法が用いられていた。しかしながら、最近のように線幅や膜厚がより小さくなってデザインルールが厳しくなると、それに従って、膜質の特性や膜厚の面内均一性等がより高いものが要求されるようになってきており、酸化処理方法では、この要求に十分に対応することができない、といった問題が発生してきた。
また、ウェット酸化処理方法の例として例えば特許文献3に示すように、縦型の石英反応管内の下端にH ガスとO ガスとを別個に導入し、これを石英キャップ内に設けた燃焼部にて燃焼させて水蒸気を発生し、この水蒸気をウエハの配列方向に沿って上昇させつつ酸化処理を行なうようにした酸化装置も提案されている。しかし、この場合には、上記した燃焼部にてH ガスを燃焼させるようにしているので、例えば処理容器の下端では水蒸気リッチになり、そして、水蒸気が上昇するに従ってこれが消費されて処理容器の上端では逆に水蒸気不足の傾向となるので、ウエハ面上に形成される酸化膜の厚さがウエハの支持位置により大きく異なる場合が生じ、この酸化膜の厚さの面間均一性が劣化する場合もあった。
また、他の装置例として例えば特許文献4に開示されているように、横型のバッチ式の反応管内に複数の半導体ウエハを並べて設置し、この反応管の一端側より、O ガスを導入したり、或いはO ガスとH ガスとを同時に導入したりして、減圧雰囲気化にて酸化膜を生成するようにした酸化装置も提示されている。しかし、この従来装置例の場合には、水素燃焼酸化法を用いて比較的高い圧力雰囲気下にて成膜を行っていることから、水蒸気成分が反応の主体となり、上述したように処理容器内のガス流の上流側と下流側との間での水蒸気の濃度差が大きくなり過ぎ、酸化膜の厚さの面間均一性が劣化する恐れがあった。
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。
しかし、この装置例の場合には、ウエハから20〜30mm程度だけ離れたガス入口から酸素ガスと水素ガスとをプロセスチャンバ内に導入し、半導体ウエハ表面の近傍にてこれらの酸素ガスと水素ガスとを反応させて水蒸気を発生させて、しかもプロセス圧力も比較的高い領域で行うことから、膜厚の面内均一性に劣る恐れが生ずる、といった問題があった。
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、O などの酸化性ガスとH 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。
この酸化方法を図4を参照して簡単に説明する。図4は従来の酸化装置を示す概略構成図である。図4に示すように、この酸化装置2は外側周囲に抵抗加熱ヒータ4を配置した縦型の筒体状の処理容器6を有している。この処理容器6内には、その下方より昇降可能にロード・アンロードされるウエハボート8が設置されており、このウエハボート8にシリコン基板等よりなる半導体ウエハWが多段に載置して保持されている。この処理容器6の下部側壁側には、H ガスを供給するH ガスノズル10とO ガスを供給するO ガスノズル12とが設けられており、処理容器6の上部には、図示しない真空ポンプ等に連結される排気口14が設けられる。
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H ガスとO 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。
特開平3−140453号公報 特開昭57−1232号公報 特開平4−18727号公報 特開昭57−1232号公報 米国特許第6037273号明細書 特開2002−176052号公報
ところで、上記した特許文献1〜6に開示された酸化方法によれば、膜質特性が良好な酸化膜を形成でき、しかも、酸化膜の膜厚の面内均一性も高く維持することができた。しかしながら、ウエハ間の膜厚差の程度を示す膜厚の面間均一性がかなり劣ってしまう、という問題があった。この理由は、ガス流の上流側では活性種の濃度が高いが下流側では低くなるからであると考えられる。特に、上記膜厚の面間均一性の問題は、半導体素子のデザインルールがより厳しくなって更なる細幅の微細化及び薄膜化が要請されている今日において早期の解決が望まれている。
この場合、配列されているウエハの温度にその配列方向に沿って僅かずつ温度差をつけ(いわゆる、温度チルト制御と称される)、膜厚を均一化させることも考えられる。しかしながら、この場合には、ウエハボート上に載置されるウエハ位置によってウエハの温度が僅かずつ異なることになることから、ウエハ自体の熱履歴がウエハ毎に異なったものとなってしまい、このために膜質特性に悪影響を与えるので、採用することはできない。
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。
本発明の関連技術は、所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした被処理体の酸化方法において、前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたことを特徴とする被処理体の酸化方法である。
この場合、例えば前記酸化性ガスは、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに噴射して供給される。
また例えば前記酸化性ガスはO とN OとNOとNO とO 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H とNH とCH 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。
本発明の関連技術は、所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するに際して、前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたステップを有するように被処理体の酸化装置を制御するソフトウエアを含むことを特徴とする記録媒体である。
この場合、例えば前記ステップでは、前記酸化性ガスは、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに噴射して供給される。
また例えば前記ステップでは、前記酸化性ガスはO とN OとNOとNO とO 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H とNH とCH 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。
請求項1に係る発明は、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、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である。
この場合、例えば請求項2に規定するように、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。
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。
また例えば請求項4に規定するように、前記酸化性ガスはO とN OとNOとNO とO 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H とNH とCH 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。
本発明によれば、被処理体が収容された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まで延びるように形成された還元性ガス噴射ノズルを有し、酸化性ガスと還元性ガスの内の還元ガスを、下流域で折り返されて上流域まで延びる部分に所定のピッチで形成した複数のガス噴射口から供給するようにしたので、被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給することができ、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できる。

以下に、本発明に係る被処理体の酸化方法及び酸化装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
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。
上記処理容器22の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド34によって支持されており、このマニホールド34の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハWを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート36が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器22の下端と上記マニホールド34の上端との間には、Oリング等のシール部材38が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート36には、例えば50枚程度の直径が300mmのウエハWを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
このウエハボート36は、石英製の保温筒40を介してテーブル42上に載置されており、このテーブル42は、マニホールド34の下端開口部を開閉する蓋部44を貫通する回転軸46の上端部に支持される。そして、この回転軸46の貫通部には、例えば磁性流体シール48が介設され、この回転軸46を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部44の周辺部とマニホールド34の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材50が介設されており、処理容器22内の気密性を保持している。
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。
上記処理容器22の側部には、これを取り囲むようにしてた例えば特開2003−209063号公報に記載されたようなカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段56が設けられており、この内側に位置する処理容器22及びこの中の上記半導体ウエハWを加熱し得るようになっている。このカーボンワイヤヒータは清浄なプロセスが実現でき、且つ昇降温特性に優れている。またこの加熱手段56の外周には、断熱材58が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド34には、各種のガスをこの処理容器22内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
具体的には、このマニホールド34には、上記処理容器22内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段60と、処理容器22内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段62とがそれぞれ設けられている。上記ガス供給手段60、62は、上記マニホールド34の側壁を貫通させてその先端部を処理容器22内に挿入して臨ませて設けた酸化性ガス噴射ノズル64及び還元性ガス噴射ノズル66をそれぞれ有している。そして、各噴射ノズル64、66から延びるガス通路68、70の途中にはマスフローコントローラのような流量制御器72、74がそれぞれ介設されており、マイクロコンピュータ等よりなる主制御部76により上記各流量制御器72、74をそれぞれ制御して各ガス流量を制御し得るようになっている。ここで、この主制御部76は、この酸化装置20の全体の動作も制御するものであり、それため、この主制御部76はフロッピ等の記録媒体77を有しており、この記録媒体77には後述するように本発明方法を実施するようにこの酸化装置20を制御するソフトウエア(プログラム)が記憶されている。
そして、本発明の特徴とする構成として、上記酸化性ガス供給手段60と上記還元性ガス供給手段62の内の少なくともいずれか一方が、上記被処理体Wの配列された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とにガス噴射口を有する。
ここで、上記処理容器22内のウエハWが収容される空間を収容領域Sとしており、図示例では処理容器22内へ導入されたガスは、この導入された位置より収容領域S内を上方向に向かって流れて上端部に設けた排気口24から排出される。そして、この収容領域Sは、ウエハボート36の長さよりも僅かに上下方向に広く設定されており、ガスの流れ方向に沿って便宜上、3つの領域、すなわち上流域S1(図中において下部の領域)、中流域S2(図中において中央の領域)、下流域S3(図中において上部の領域)に区分されている。
この第1実施例では、上記酸化性ガス供給手段60は1本の酸化性ガス噴射ノズル64を有しており、そのガス噴射口64Aを上流域S1に位置させている。より詳しくは、このガス噴射口64Aは、ウエハボート36の下端部よりもある程度の距離だけ下方に位置させるのがよい。この場合、酸化性ガス噴射ノズル64をストレートに形成して水平方向へガスを噴射するようにしてもよいし、更にはノズル先端部をL字状に上方へ屈曲成形して上方向へガスを噴射するようにしてもよい。
また還元性ガス供給手段62は、1本の還元性ガス噴射ノズル66を有しており、この還元性ガス噴射ノズル66は収容領域Sに沿って延在しており、この全領域をカバーできるようになっている。そして、この還元性ガス噴射ノズル66には、その長手方向に沿って略所定のピッチで複数のガス噴射口66Aが形成されており、収容領域Sの全領域(上流域S1、中流域S2、下流域S3)に対して水平方向に向けて還元性ガスを噴射して供給できるようになっている。このようなノズルを「分散型ノズル」とも称す。この場合、この還元性ガス噴射ノズル66の上端部にもガス噴射口を設けて、これより上方へ向けてガスを噴射できるようにしてもよい。尚、還元性ガス噴射ノズル66を複数本設けて、全体として収容領域Sの全領域に還元性ガスを供給できるようにしてもよく、この点については後述する他の実施例で説明する。
ここで上記各ノズル64、66の内径は略1〜4mm程度であり、ガス噴射口66Aのピッチは10〜20mm程度であり、例えばウエハWの収容ピッチと略同程度に設定する。またガス噴射口66Aの数は15〜25個程度である。ここでは一例として酸化性ガスとしてはO ガスが用いられ、還元性ガスとしてはH ガスが用いられている。また図示されてないが、必要に応じてN ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段も設けられている。
次に、以上のように構成された酸化装置20を用いて行なわれる酸化方法について説明する。
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。
そして、処理容器22内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段56への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させて酸化処理用のプロセス温度まで昇温して安定させ、その後、酸化処理工程を行なうに必要とされる所定の処理ガス、すなわちここではO ガスとH ガスとを流量制御しつつ各ガス供給手段60、62の酸化性ガス噴射ノズル64及び還元性ガス噴射ノズル66からそれぞれ処理容器22内へ供給する。
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。
この時のガス流量はH ガスが200〜5000sccmの範囲内で、例えば600sccm、O ガスが200〜10000sccmの範囲内で、例えば1200sccmである。
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O ガスとH 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SiO 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。
ここで上記した活性種の形成過程は、次のように考えられる。すなわち、減圧雰囲気下にて水素と酸素とを別々にホットウォール状態の処理容器22内へ導入することにより、ウエハWの直近にて以下のような水素の燃焼反応が進行すると考えられる。尚、下記の式中において*印を付した化学記号はその活性種を表す。
+O → H*+HO
+H* → OH*+O*
+O* → H*+OH*
+OH* → H*+H
このように、H 及びO を別々に処理容器22内に導入すると、水素の燃焼反応過程中においてO*(酸素活性種)とOH*(水酸基活性種)とH O(水蒸気)が発生し、これらによりウエハ表面が酸化されてSiO 膜が形成される。この時、特に上記O*とOH*の両活性種が大きく作用するものと考えられる。ここで、本発明では、還元性ガス噴射ノズル66としてその長手方向に沿って複数のガス噴射口66Aを有する、いわゆる分散型ノズルを用いているので、収容領域Sの全領域(上流域S1、中流域S2、下流域S3を含む)に対してH ガスが供給されており、このH ガスが下方向より上昇してくるO ガスと順次反応して上記のような酸素活性種や水酸基活性種が作られる。従って、面間方向(高さ方向)においてウエハWのどの高さ位置においても過不足のない活性種が存在するような状態となって活性種の濃度を均一にでき、酸化膜の膜厚の面間均一性を向上させることができる。
このような酸化処理を行ったところ、膜厚の面間均一性は±2.89%であり、図4において説明した従来装置を用いた場合の面間均一性である±5.41%より大幅に改善できることが確認できた。尚、この時、膜厚の面内均一性については、ウエハ位置によってある程度異なっているが、±0.65〜±0.78の範囲内であり、良好な範囲内であった。
この第1実施例で、O 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H 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。
次に、酸化性ガス噴射ノズル64及び還元性ガス噴射ノズル66の種々の形態について評価を行ったので、その評価結果について図2も参照して説明する。
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。
図2(B)は第2実施例の装置例を模式的に示す図である。この第2実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル80は、図2(A)に示す第1実施例の酸化性ガス噴射ノズル64と同様な構造のノズルを用いており、還元性ガス噴射ノズルとしては、2本の還元性ガス噴射ノズル82、84を用いている。この内、一方の第1の還元性ガス噴射ノズル82は、酸化性ガス噴射ノズル80と同様な構造のノズルを用いており、そのガス噴射口82Aを上流域S1に位置させている。また他方の第2の還元性ガス噴射ノズル84は、長さ形状に関しては図2(A)に示す第1実施例の還元性ガス噴射ノズル66と同様な構造のノズルを用いており、ウエハボート8の高さ方向に沿って設けられているがガス噴射口に関しては、中流域S2、下流域S3内の下方側及び下流域S3内の上方側にそれぞれ1つずつで合計3つのガス噴射口84Aを設けており、それぞれ水平方向へH ガスを噴射し得るようになっている。尚、最上端のガス噴射口84Aを上方に臨ませるようにして設け、これより上方に向けてガスを噴射させるようにしてもよい。
すなわち還元性ガス噴射ノズル82、84を全体として見た場合に、ガス噴射口82A、84Aは上流域S1と中流域S2と下流域S3とにそれぞれ対応させて設けられている。尚、下流域S3に設けるガス噴射口84Aをこの噴射ノズル84の最上端に設けて上方向へH ガスを噴射させるようにしてもよい。また図2(B)中の点P1の位置が、図3中の点P1の位置に対応している。
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、H 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H ガスと相まって収容領域Sの全体に亘ってH 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。
ここで図3を参照して、この第2実施例と従来の装置例との酸化処理について比較する。図3は本発明の第2実施例と従来の装置例を用いた時の酸化処理のSiO (酸化膜)の膜厚を比較するためのグラフである。図示するように、ここでは50枚をウエハに対して酸化処理を行っている。このグラフから明らかなように、従来の装置例の場合は、ウエハ位置によってSiO 膜の膜厚は大きく変動しているが、これに対して、本発明の第2実施例の場合には、SiO 膜の膜厚の変動は非常に少なくなっており、結果的に膜厚の面間均一性を大幅に向上できることが確認できる。
また図2に戻って、図2(C)は第3実施例の装置例を模式的に示す図である。この第3実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル86は、図2(A)に示す第1実施例の酸化性ガス噴射ノズル64と同様な構造のノズルを用いている。また還元性ガス噴射ノズル88は、ガス流の上流域S1から下流域S3まで延びると共に、下流域S3にて折り返されて上流域S1までまた延びるように屈曲成形されている。そして、その折り返された部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで、すなわち図2(A)に示す還元性ガス噴射ノズル66と同様に複数のガス噴射口88Aが形成されており、収容領域Sの全領域に向けて水平方向にH ガスを噴射するようになっている。この場合には、H ガスが長い還元性ガス噴射ノズル88内を流れる時にH ガス自体が予備加熱されるために、その分、O ガスとの反応を促進させることができる。この第3実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±1.5%であり、良好な結果を得ることができた。尚、膜厚の面内均一性は±1.0%の範囲内で良好であった。
図2(D)は第4実施例の装置例を模式的に示す図である。この第4実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル90は、図2(A)に示す第1実施例の酸化性ガス噴射ノズル64と同様な構造のノズルを用いており、還元性ガス噴射ノズルとしては、2本の還元性ガス噴射ノズル92、94を用いている。この内、一方の第1の還元性ガス噴射ノズル92は、図2(A)に示す第1実施例の還元性ガス噴射ノズル66Aと同様にウエハボート8に沿って延びる長い構造のノズルを用いており、その長手方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口92Aが形成されて、収容領域Sの全領域に水平方向にH ガスを噴射するようになっている。
また他方の第2の還元性ガス噴射ノズル94は、図2(C)中の還元性ガス噴射ノズル88と同様に構成されており、ガス流の上流域S1から下流域S3まで延びると共に、下流域S3にて折り返されて上流域S1までまた延びるように屈曲成形されている。そして、その折り返された部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで、すなわち図2(A)に示す還元性ガス噴射ノズル66と同様に複数のガス噴射口94Aが形成されており、収容領域Sの全領域に向けて水平方向にH ガスを噴射するようになっている。
一般に、長尺の噴射ノズルに多数のガス噴射口を配列させて設けると、この噴射ノズル内のガス流の上流側に位置するガス噴射口程より多量のガスが噴射され、下流側に位置するガス噴射口からのガス噴射量は少なくなるが、上記第4実施例の場合には、2本の長い還元性ガス噴射ノズル92、94を設けて、各ノズル内のガス流の方向が互いに上下逆になるように設定しているので、収容領域Sのどの位置でも略均等にH ガスを噴射させて供給することができる。この第4実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±1.5%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。
図2(E)は第5実施例の装置例を模式的に示す図である。この第5実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル96と還元性ガス噴射ノズル98の各構造を、図2(A)に示す第1実施例の場合とは全く逆に設定している。すなわち、この酸化性ガス噴射ノズル96は、図2(A)に示す第1実施例の還元性ガス噴射ノズル66と同様な構造のノズルを用いており、等ピッチでガス噴射口96Aが形成されている。上記還元性ガス噴射ノズル98は、第1実施例の酸化性ガス噴射ノズル64と同様な構造のノズルを用いており、先端にガス噴射口98Aを有している。この第5実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±1.87%であり、特に良好な結果を得ることができた。但し、膜厚の面内均一性は、許容範囲内であるが±2.58%程度まで低下しており、他の第1〜第4実施例と比較してかなり低かった。
上記実施例においては、各噴射ノズルのガス噴射口の口径が全て同一の場合を例にとって説明したが、これに限定されない。例えば1本の噴射ノズルにその長手方向に沿って複数のガス噴射口を設ける場合には、ノズル内のガス流の上流側から下流側へ行くに従ってガス噴射口の内径を順次少しずつ大きくなるように設定し、各ガス噴射口より噴射されるガス流量を略均一化させるようにしてもよい。
また、上記各実施例では酸化性ガスとしてO ガスを用いたが、これに限定されず、N Oガス、NOガス、NO 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H ガスを用いたが、これに限定されず、NH ガスやCH 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。
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。 各噴射ノズルの形態を模式的に示す模式図である。 本発明の第2実施例と従来の装置例を用いた時の酸化処理のSiO (酸化膜)の膜厚を比較するためのグラフである。 従来の酸化装置を示す概略構成図である。
符号の説明
20 酸化装置
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 前記酸化性ガスはO とN OとNOとNO とO 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H とNH とCH 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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4609098B2 (ja) * 2004-03-24 2011-01-12 東京エレクトロン株式会社 被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体
JP4983159B2 (ja) * 2006-09-01 2012-07-25 東京エレクトロン株式会社 被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体
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JP5211464B2 (ja) * 2006-10-20 2013-06-12 東京エレクトロン株式会社 被処理体の酸化装置
JP5383332B2 (ja) 2008-08-06 2014-01-08 株式会社日立国際電気 基板処理装置、基板処理方法及び半導体装置の製造方法
JP5223804B2 (ja) 2009-07-22 2013-06-26 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
JP2011066219A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP2015056632A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 東京エレクトロン株式会社 シリコン酸化膜の製造方法
JP6320824B2 (ja) * 2014-03-31 2018-05-09 株式会社東芝 ガス供給管、およびガス処理装置
JP6435967B2 (ja) * 2015-03-31 2018-12-12 東京エレクトロン株式会社 縦型熱処理装置
JP6578243B2 (ja) * 2015-07-17 2019-09-18 株式会社Kokusai Electric ガス供給ノズル、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS571232A (en) 1980-06-04 1982-01-06 Mitsubishi Electric Corp Oxide film forming device
JP2902012B2 (ja) 1989-10-27 1999-06-07 国際電気株式会社 低圧酸化装置
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JP3436256B2 (ja) 2000-05-02 2003-08-11 東京エレクトロン株式会社 被処理体の酸化方法及び酸化装置
JP3578155B2 (ja) * 2002-07-05 2004-10-20 東京エレクトロン株式会社 被処理体の酸化方法
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