JP5239697B2 - 半導体装置の製造方法、熱酸化処理方法及び熱酸化処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、熱酸化処理方法及び熱酸化処理装置等に係わり、特に半導体ウェハ間において膜厚均一性の高いゲート酸化膜を形成することができる半導体装置の製造方法、熱酸化処理方法及び熱酸化処理装置等に関する。

図９は縦型熱酸化処理装置のウェハホルダでの従来のウェハ並びを説明するための模式図である。縦型熱酸化処理装置には取り出し可能な図示せぬウェハホルダが設置されており、ウェハホルダにはモニタウェハＭ１及び複数の製品ウェハ＃２〜＃６が保持されている。

半導体装置に２種類以上のゲート酸化膜の膜厚を有するプロセスにおいては、それぞれのゲート酸化膜の膜厚を切り分けるために、半導体ウェハ３２にＳｉＮ膜２３ａなどの酸化防止膜を用いている。これにより、縦型熱酸化処理装置（図示せず）におけるＳｉＮ膜２３ａを用いた選択酸化工程の適用によって、２種類以上のゲート酸化膜の膜厚ができる。

選択酸化による熱酸化処理は、まず、製品ウェハ２１全面にＳｉＮ膜２３ａを成膜する。この際に、ＳｉＮ膜２３は製品ウェハ２１の裏面全面にも同時に成膜されている。次いで、製品ウェハ２１上のＳｉＮ膜２３ａはフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法により、加工する。これにより、製品ウェハ２１上に選択酸化したい領域のみ開口部２５が形成される。また、ドライエッチング時に製品ウェハ２１の裏面は、プラズマに曝されていないため、裏面全面にＳｉＮ膜２３が残存している。

次いで、製品ウェハ２１を複数枚まとめて縦型熱酸化処理装置（図示せず）内のウェハホルダ（図示せず）に保持させる。図９に示すように、ウェハホルダの最上部にはモニタウェハ（Ｍ１）３０が保持せれ、ウェハホルダの２番目以降は＃２、＃３、＃４、＃５、＃６・・・という順にて、複数枚の製品ウェハ２１が上から順に保持されている。この際に、ウェハホルダの＃３に保持されている製品ウェハ２１の表面は、ウェハホルダの＃２に保持されている製品ウェハ２１の裏面に残存しているＳｉＮ膜２３と対向することになる。また、ウェハホルダの＃４、＃５、＃６・・・という順に保持されている製品ウェハにおいても上記と同様の状態となる。つまり、製品ウェハ２１を複数枚まとめて縦型熱酸化処理装置内のウェハホルダに保持させた場合において、製品ウェハ２１の表面とＳｉＮ膜２３が残存した製品ウェハ２１の裏面が対向することになる。

また、ウェハホルダの最上部に保持されたモニタウェハ３０は、縦型熱酸化処理装置内にて形成される酸化膜の膜厚を管理するために用意されたものであり、例えば膜が形成されていないシリコンウェハをモニタウェハとして製品ウェハ２１と同時に処理を行っている。これにより、縦型熱酸化処理装置における膜の成膜能力を管理している。

上述したようにモニタウェハ及び複数の製品ウェハ２１が保持された図示せぬウェハホルダは、縦型熱酸化処理装置（図示せず）に挿入され、製品ウェハ３２の熱酸化処理が行われる（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−１８９５６５号公報（０００７〜００１２）

従来の選択酸化工程においては、ＳｉＮ膜の加工をドライエッチング法にて行うことにより、製品ウェハ２１の裏面には、ＳｉＮ膜２３が残存している。これにより、図９に示すように、ウェハホルダの３番目以降に保持されている製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・の表面においては、ＳｉＮ膜２３が残存している製品ウェハ＃２、＃３、＃４、＃５・・・の裏面と対向することになる。これに対し、複数枚ある製品ウェハ＃２、＃３、＃４、＃５、＃６・・・のうち最上部に位置する製品ウェハ＃２の表面においては、ＳｉＮ膜が残存していないモニタウェハＭ１の裏面と対向している。つまり、製品ウェハ＃２の表面は、ＳｉＮ膜が形成されていないシリコンウェハ３０の裏面と対向する点で、他の製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６と異なる。このため、製品ウェハ＃２の酸化レートは、製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６と比べて異なってしまうことがある。

上述したように、複数枚の半導体ウェハを同時に熱酸化処理した場合において、製品ウェハ＃２と他の製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６との酸化レートが異なると、製品ウェハ＃２と他の製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６において熱酸化膜の膜厚の均一性が悪くなってしまう。それにより、製品ウェハ＃２のみ他の製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６に比べて製品特性が異なってしまい、膜厚が薄く形成され且つ非常に厳しく膜厚を管理されるゲート酸化膜形成において規格外れを引き起こす可能性がある。その結果、歩留まりの低下となる。

本発明に係る態様は、半導体ウェハ間において膜厚均一性の高いゲート酸化膜を形成することができる半導体装置の製造方法、熱酸化処理方法及び熱酸化処理装置である。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。

上記半導体装置の製造方法によれば、モニタウェハの裏面と第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、熱酸化処理装置内に配置し、第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成している。これにより、熱酸化処理装置内に配置された第１及び第２の製品ウェハをシリコン窒化膜が形成された面と対向した状態とすることができ、第１及び第２の製品ウェハを同一条件下にて処理することができる。その結果、厳しく膜厚が管理されるゲート酸化膜において、製品ウェハ間での膜厚均一性が向上し、歩留まりの低下の抑制が可能となる。

本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、ダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの裏面と第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの表面及び裏面と、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。

上記半導体装置の製造方法によれば、モニタウェハの裏面とダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの裏面と第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、熱酸化処理装置内に配置し、第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成している。これにより、これにより、熱酸化処理装置内に配置された第１及び第２の製品ウェハをシリコン窒化膜が形成された面と対向した状態とすることができ、第１及び第２の製品ウェハを同一条件下にて処理することができる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法において、前記熱酸化膜はゲート酸化膜であることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法において、前記熱酸化処理装置は、縦型又は横型の熱酸化処理装置であることも可能である。

本発明の一態様に係る熱酸化処理方法は、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置し、
前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成することを特徴とする。

本発明の一態様に係る熱酸化処理方法は、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、ダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの裏面と第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの表面及び裏面と、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置し、
前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成することを特徴とする。

本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、裏面に第１のシリコン窒化膜が形成された、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第１のモニタウェハ、裏面に第２のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第１のシリコン窒化膜マスクが形成された第１の製品ウェハ、及び裏面に第３のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第２のシリコン窒化膜マスクが形成された第２の製品ウェハを用意する工程と、
前記第１のモニタウェハの裏面と前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
前記第１のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第１の製品ウェハの表面及び前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第２の製品ウェハの表面に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第１熱酸化工程と、
前記熱酸化処理装置内から前記第１のモニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハを取り出す工程と、
前記第１及び第２のシリコン窒化膜マスクを除去する工程と、
裏面に第４のシリコン窒化膜が形成された、前記熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第２のモニタウェハの裏面と、前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
前記第２のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第１の製品ウェハの表面、前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第２の製品ウェハの表面、及び前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面の前記第１熱酸化工程で形成された熱酸化膜上に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第２熱酸化工程と、
を具備することを特徴とする。

本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第１のモニタウェハ、表面及び裏面に第１のシリコン窒化膜が形成された第１のダミーウェハ、裏面に第２のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第１のシリコン窒化膜マスクが形成された第１の製品ウェハ、及び裏面に第３のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第２のシリコン窒化膜マスクが形成された第２の製品ウェハを用意する工程と、
前記第１のモニタウェハの裏面と前記第１のダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記第１のダミーウェハの裏面と前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と前記第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
前記第１のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第１の製品ウェハの表面及び前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第２の製品ウェハの表面に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第１の熱酸化工程と、
前記熱酸化処理装置内から前記第１のモニタウェハ、前記第１のダミーウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハを取り出す工程と、
前記第１及び第２のシリコン窒化膜マスクを除去する工程と、
前記熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第２のモニタウェハの裏面と、表面及び裏面に第４のシリコン窒化膜が形成された第２のダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記第２のダミーウェハの裏面と前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と前記第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
前記第２のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第１の製品ウェハの表面、前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第２の製品ウェハの表面、及び前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面の前記第１熱酸化工程で形成された熱酸化膜上に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第２熱酸化工程と、
を具備することを特徴とする。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図７（Ａ）はゲート酸化膜を形成するための熱酸化工程に用いる縦型熱酸化処理装置を示す模式図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示すウェハホルダを示す模式図である。

図７（Ａ）に示すように、縦型熱酸化処理装置は支持台１を有しており、この支持台１上にはウェハを保持するウェハホルダ２が支持されている。また、縦型熱酸化処理装置は、ウェハホルダ２を挿入可能なチャンバーとしての石英管３を有しており、石英管３の上部にはアール部３'が形成されるとともに、石英管３の下部には排気管１０が設けられている。

また、縦型熱処理装置は窒素又は酸素などのガスをチャンバー内に導入するガス導入機構を有している。詳細には、石英管３内には、石英管３の上部を仕切る仕切り板５が設けられており、仕切り板５には、窒素又は酸素などのガスを噴出させる開口部６が散点上に設けられている。石英管３の上部には、石英管３の上部に形成されたアール部３'と仕切り板５とで囲まれたガス室７が設けられている。そして、ガス室７はガス配管８に連結され、ガス配管８は固定部材９により石英管４の本体に固定されている。

石英管３の周囲には、石英管３内の熱を均一化する均熱管１１が設けられている。均熱管１１の周囲には、石英管３内を加熱するヒーター１２が設けられている。ウェハの熱処理を行う場合、ウェハホルダ２にウェハを配置し、ウェハが配置されたウェハホルダ２を石英管３内に挿入する。そして、石英管３内を加熱し、ガス配管８及びガス室７を介して石英管３内にガスを噴出させながら、ウェハの熱処理を行う。

次に、ウェハホルダ２におけるウェハの配置を説明する。
図７（Ｂ）に示すように、ウェハホルダ２にはモニタウェハ及び複数の半導体ウェハが保持されている。また、図１は図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図である。

図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２の最上部、中間部及び最下部それぞれには、第１のモニタウェハＭ１、第２のモニタウェハＭ２、第３のモニタウェハＭ３が保持される。第１乃至第３のモニタウェハＭ１，Ｍ２，Ｍ３は図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置における成膜能力を管理するためのものである。また、第１のモニタウェハＭ１と第２のモニタウェハＭ２との間及び第２のモニタウェハＭ２と第３のモニタウェハＭ３との間それぞれには、複数枚の製品ウェハが保持される。詳細には、図１及び図７（ｂ）に示すように、上から順に第１のモニタウェハＭ１、製品ウェハ＃２、＃３、＃４、＃５、＃６・・・が保持される。

次に、図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置を用いてゲート酸化膜を形成する方法について図３を参照しつつ説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するものであってゲート酸化膜を形成する工程を説明するための断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板（製品ウェハ）２１の表面上に素子分離膜であるＬＯＣＯＳ酸化膜２２を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯ酸化膜２２を含むシリコン基板２１の表面及び裏面にＣＶＤ法にてＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する。この際のＳｉＮ膜は、シリコン基板２１の表面に形成することを目的とするが、ＣＶＤガスがシリコン基板２１の裏面にも回り込むことで裏面にもＳｉＮ膜が形成される。次いで、このＳｉＮ膜をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成することにより、シリコン基板２１表面のＳｉＮ膜（シリコン窒化膜マスク）２３ａには、開口領域２５が形成される。この際、シリコン基板２１の裏面がドライエッチング装置のステージ上に置かれた状態で、シリコン基板２１の表面上のＳｉＮ膜をエッチングするため、シリコン基板２１の裏面に形成されているＳｉＮ膜２３は除去されない。

また、図１に示す第１のモニタウェハＭ１は、シリコンウェハ３０ａを用い、製品ウェハ２１と同様の工程にてシリコンウェハ３０ａの表面及び裏面にＣＶＤ法にてＳｉＮ膜を形成する。その後、ドライエッチング法にてシリコンウェハ３０ａの表面のＳｉＮ膜を除去している。これと同様の方法で第２及び第３のモニタウェハＭ２，Ｍ３も作製される。なお、第１乃至第３のモニタウェハＭ１〜Ｍ３は、予め複数枚を製品ウェハ２１とは別に用意しておき、選択酸化工程の際に使用しても良い。

次いで、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板２１表面のＳｉＮ膜２３ａに開口領域２５が形成された製品ウェハ＃２、＃３、＃４・・・は縦型熱酸化処理装置のウェハホルダに保持される。詳細には、上述した図１に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序によって、第１乃至第３のモニタウェハ及び製品ウェハは保持される。その後、縦型熱酸化処理装置内に酸素ガスが充填され、熱酸化処理が開始され、シリコン基板２１表面のＳｉＮ膜２３ａをマスクにして、ＳｉＮ膜２３ａが形成されていない開口領域２５内において第１領域のゲート酸化膜２４が形成される。その後、製品ウェハは縦型熱酸化処理装置から取り出される。

その後、図３（ｄ）に示すように、第１領域のゲート酸化膜２４が形成されたシリコン基板２１にウェットエッチング処理を施すことにより、シリコン基板２１表面のＳｉＮ膜２３ａ及びシリコン基板２１裏面のＳｉＮ膜２３が除去される。

以上、本発明の第１の実施形態によれば、第１のモニタウェハＭ１として、裏面にＳｉＮ膜２３が残存しているシリコンウェハ３０ａを用いている。これにより、製品ウェハ＃３、＃４、＃５・・・それぞれの表面と対向する製品ウェハの裏面にＳｉＮ膜２３が形成されているのと同様に、製品ウェハ＃２の表面と対向する第１のモニタウェハＭ１の裏面にもＳｉＮ膜２３が形成される。つまり、ゲート酸化膜を形成するための熱酸化処理時に、製品ウェハ＃２を含めた全ての製品ウェハをＳｉＮ膜が形成された面と対向した状態とすることができる。その為、製品ウェハ＃２と他の製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・との酸化レートが異なることを抑制でき、例えば第１のモニタウェハＭ１と対向する製品ウェハ＃２のみの酸化レートが他の製品ウェハに比べて高くなることを抑制できる。従って、ウェハホルダ２に保持された製品ウェハを全数同一条件下にて処理することができる。その結果、厳しく膜厚が管理されるゲート酸化膜において、製品ウェハ間での膜厚均一性が向上し、歩留まりの低下の抑制が可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明するが、第１の実施形態と同様である部分は同一符号を付し説明を省略する。

第２の実施形態に係るウェハホルダ２におけるウェハの配置を説明する。
図２は図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図である。

図２及び図７（Ｂ）に示すように、上から順に第１のモニタウェハＭ１、ダミーウェハ＃２、製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・が保持される。ダミーウェハ＃２は、シリコンウェハ３１を用いており、このシリコンウェハ３１の表面に成膜されたＳｉＮ膜２３ａ及びシリコンウェハの裏面に成膜されたＳｉＮ膜２３を有している。また、第２のモニタウェハＭ２の下にもダミーウェハが配置されている。

次に、図２に示すように製品ウェハ等を配置したウェハホルダを図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置に挿入し、この縦型熱酸化処理装置を用いてゲート酸化膜を形成する方法について図３を参照しつつ説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・は、図３（ａ），（ｂ）と同様の工程を経る。また、第１のモニタウェハＭ１は、膜が形成されていないシリコンウェハ３０を用いる。また、ダミーウェハ＃２はシリコンウェハ３１を用い、製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・と同様の図３（ａ），（ｂ）の工程にてシリコンウェハ３１の表面及び裏面にＳｉＮ膜２３ａ，２３を形成する。但し、シリコンウェハ３１の表面のＳｉＮ膜２３ａはパターニングされてもされなくても良いし、また、ＬＯＣＯＳ酸化膜２２が形成されてもされなくても良い。なお、選択酸化工程時に用いられる第１乃至第３のモニタウェハＭ１〜Ｍ３及びダミーウェハ＃２は、予め複数枚を製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・とは別に用意しておき、選択酸化工程の際に使用しても良い。

次いで、図３（ｃ）に示す工程を行う。この際、上述した図２に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序によって、第１乃至第３のモニタウェハ、ダミーウェハ及び製品ウェハは保持される。その後、図３（ｄ）に示す工程を行う。

以上、本発明の第２の実施形態によれば、ウェハホルダ２に、図２に示すように、上から順に第１のモニタウェハＭ１、ダミーウェハ＃２、製品ウェハ＃３、＃４、＃５、＃６・・・を配置している。これにより、複数枚ある製品ウェハの最上部に位置する製品ウェハ＃３の表面が、ダミーウェハ＃２の裏面に形成されているＳｉＮ膜２３と対向することとなり、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、成膜能力を管理するため第１のモニタウェハＭ１とは別に、製品ウェハ＃３と対向させる為の裏面にＳｉＮ膜２３が形成されたダミーウェハ＃２を使用している。これにより、第１のモニタウェハＭ１の裏面にＳｉＮ膜を形成する必要はなく、ダミーウェハ＃２の表面に形成されたＳｉＮ膜２３ａを除去する必要もなくなり、工程の簡略化が可能となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図４及び図６を参照しつつ説明するが、第１の実施形態と同様である部分は同一符号を付し説明を省略する。

図４は、図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図である。図４に示す第２の実施形態に係るウェハホルダ２におけるウェハの配置は、図１に示す第１の実施形態と同様である。

次に、図４に示すように製品ウェハ等を配置したウェハホルダを図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置に挿入し、この縦型熱酸化処理装置を用いてゲート酸化膜を形成する方法について図６を参照しつつ説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

第３の実施形態による半導体装置の製造方法は、まず、図３（ａ）〜（ｃ）に示す工程を経る。次いで、図６（ａ）に示すように、シリコン基板２１表面のＳｉＮ膜２３ａはドライエッチング法にて除去されるが、ドライエッチング時に半導体ウェハ３２の裏面は、プラズマに曝されていないため、裏面全面にＳｉＮ膜２３が残存している。

次いで、図６（ａ）に示す状態の製品ウェハ＃２、＃３、＃４、＃５・・・及び第１のモニタウェハＭ１は、図７（Ｂ）に示すウェハホルダに図４に示すように配置して保持される。

次いで、図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置内に窒素又は酸素などのガスが充填し、熱酸化処理が行われる。それによって、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板２１上に第２領域のゲート酸化膜２４ａが形成される。この際に、第１領域のゲート酸化膜２４も第２領域のゲート酸化膜２４ａとともに熱酸化処理が施されているため、第２領域のゲート酸化膜２４ａの膜厚よりも厚い膜厚の第１領域のゲート酸化膜２４が形成されることとなる。これにより、シリコン基板２１には、２種類の膜厚を有するゲート酸化膜が形成される。

その後、図６（ｃ）に示すように、第１領域のゲート酸化膜２４及び第２領域のゲート酸化膜２４ａが形成されたシリコン基板２１に、ウェットエッチング処理を施すことにより、シリコン基板２１裏面のＳｉＮ膜２３が除去される。

以上、本発明の第３の実施形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、２回の熱酸化処理を行うことにより第１領域のゲート酸化膜２４を形成している。このため、従来技術を用いた場合に比べて、第１領域のゲート酸化膜２４における製品ウェハ間での膜厚均一性の低下をより抑制することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図５を参照しつつ説明するが、第３の実施形態と同様である部分は同一符号を付し説明を省略する。

第４の実施形態に係るウェハホルダ２におけるウェハの配置を説明する。
図５は図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図である。図５に示す第４の実施形態に係るウェハホルダ２におけるウェハの配置等は、図２に示す第２の実施形態と同様である。また、図５に示す第１のモニタウェハＭ１及びダミーウェハ＃２は第２の実施形態と同様のものが用いられる。

次に、図５に示すように製品ウェハ等を配置したウェハホルダを図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置に挿入し、この縦型熱酸化処理製品ウェハ装置を用いてゲート酸化膜を形成する方法について図６を参照しつつ説明する。

第４の実施形態による半導体装置の製造方法は、まず、図３（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）に示す工程を経る。

次いで、図６（ａ）に示す状態の製品ウェハ＃２、＃３、＃４、＃５・・・及び第１のモニタウェハＭ１は、図７（Ｂ）に示すウェハホルダに図５に示すように配置して保持される。そして、図６（ｂ）に示す工程が行われる。

以上、本発明の第４の実施形態においても第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造について図８を参照しつつ説明する。また、第１の実施形態と同様である部分は説明を省略する。

図８は本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法における横型熱酸化処理装置を示す模式図である。また、横型熱酸化処理装置は、図７（Ａ）に示す縦型熱酸化処理装置を横型に構成した横型炉である。複数枚の半導体ウェハＷａｆは、ウェハホルダＢＴ１に保持され、フォークＦＫ１の移動制御によりプロセスチューブＣＨＢ１に搬入される。プロセスチューブＣＨＢ１内は、周囲のヒーターＨＴ１によって所定温度範囲の熱処理環境になっている。

ウェハホルダＢＴ１を伴う半導体ウェハＷａｆの配列は、所定温度範囲にされたプロセスチューブＣＨＢ１のウェハ搬入出側Ａ１から横型熱酸化処理装置内へ搬入せれる。半導体ウェハＷａｆの配列先端は末端Ｅ１側に置かれる。プロセスチューブＣＨＢ１内において反応ガス供給が伴う半導体ウェハＷａｆへの熱処理工程がなされる。その後、半導体ウェハＷａｆの配列は再びウェハ搬入出側Ａ１から搬出される。

上述した横型熱酸化処理装置にて半導体ウェハＷａｆの熱処理を施すことによって、図３（ｃ）に示す選択酸化工程によるゲート酸化膜が形成される。また、ウェハホルダＢＴ１におけるウェハの配置は、縦型熱酸化処理装置と同様とする。

以上、本発明の第５の実施形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

本発明の第１の実施形態において図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図。 本発明の第２の実施形態において図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図。 本発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための断面図。 本発明の第３の実施形態において図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図である。 本発明の第４の実施形態において図７（Ｂ）に示すウェハホルダ２に保持されるウェハの順序を説明するための模式図。 本発明の第３の実施形態において半導体装置の製造方法を説明する為の図であり、図４に示す半導体ウェハ３２の断面図 （ａ）は半導体装置の製造方法における縦型熱酸化処理装置を示す模式図であり、（ｂ）は図７（Ａ）に示すウェハホルダを示す模式図。 本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法における横型熱酸化処理装置を示す模式図。 従来のウェハ並びを説明するための模式図。

符号の説明

１・・・支持台、２・・・ウェハホルダ、３・・・石英管、３'・・・アール部、５・・・仕切り板、６・・・開口部、７・・・ガス室、８・・・ガス配管、９・・・固定部材、１０・・・排気管、１１・・・均熱管、１２・・・ヒーター、Ｍ１，３０・・・モニタウェハ、ＢＴ１・・・ウェハホルダ、ＣＨＢ１・・・プロセスチューブ、ＨＴ１・・・ヒーター、Ｗａｆ・・・半導体ウェハ、ＦＫ１・・・フォーク、Ａ１・・・ウェハ搬入出側、Ｅ１・・・末端側、２１・・・製品ウェハ、２３，２３ａ・・・ＳｉＮ膜、２５・・・開口部、３０ａ・・・シリコンウェハ、２２・・・ＬＯＣＯＳ酸化膜、２４、２４ａ・・・ゲート酸化膜

Claims (8)

1. 熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
   前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成する工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、ダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの裏面と第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの表面及び裏面と、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
   前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成する工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１において、前記熱酸化膜はゲート酸化膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記熱酸化処理装置は、縦型又は横型の熱酸化処理装置であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置し、
   前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成することを特徴とする熱酸化処理方法。
6. 熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するためのモニタウェハの裏面と、ダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの裏面と第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記ダミーウェハの表面及び裏面と、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの裏面にシリコン窒化膜が形成された状態で前記熱酸化処理装置内に配置し、
   前記熱酸化処理装置によって前記モニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面に熱酸化膜を形成することを特徴とする熱酸化処理方法。
7. 裏面に第１のシリコン窒化膜が形成された、熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第１のモニタウェハ、裏面に第２のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第１のシリコン窒化膜マスクが形成された第１の製品ウェハ、及び裏面に第３のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第２のシリコン窒化膜マスクが形成された第２の製品ウェハを用意する工程と、
   前記第１のモニタウェハの裏面と前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
   前記第１のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第１の製品ウェハの表面及び前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第２の製品ウェハの表面に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第１熱酸化工程と、
   前記熱酸化処理装置内から前記第１のモニタウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハを取り出す工程と、
   前記第１及び第２のシリコン窒化膜マスクを除去する工程と、
   裏面に第４のシリコン窒化膜が形成された、前記熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第２のモニタウェハの裏面と、前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
   前記第２のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第１の製品ウェハの表面、前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第２の製品ウェハの表面、及び前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面の前記第１熱酸化工程で形成された熱酸化膜上に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第２熱酸化工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第１のモニタウェハ、表面及び裏面に第１のシリコン窒化膜が形成された第１のダミーウェハ、裏面に第２のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第１のシリコン窒化膜マスクが形成された第１の製品ウェハ、及び裏面に第３のシリコン窒化膜が形成され且つ表面に第２のシリコン窒化膜マスクが形成された第２の製品ウェハを用意する工程と、
   前記第１のモニタウェハの裏面と前記第１のダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記第１のダミーウェハの裏面と前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と前記第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
   前記第１のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第１の製品ウェハの表面及び前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていない前記第２の製品ウェハの表面に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第１の熱酸化工程と、
   前記熱酸化処理装置内から前記第１のモニタウェハ、前記第１のダミーウェハ、前記第１及び第２の製品ウェハを取り出す工程と、
   前記第１及び第２のシリコン窒化膜マスクを除去する工程と、
   前記熱酸化処理装置によって形成される熱酸化膜の膜厚を管理するための第２のモニタウェハの裏面と、表面及び裏面に第４のシリコン窒化膜が形成された第２のダミーウェハの表面を対向させ、且つ前記第２のダミーウェハの裏面と前記第１の製品ウェハの表面を対向させ、且つ前記第１の製品ウェハの裏面と前記第２の製品ウェハの表面を対向させた状態で前記熱酸化処理装置内に配置する工程と、
   前記第２のモニタウェハの表面、前記第１のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第１の製品ウェハの表面、前記第２のシリコン窒化膜マスクで覆われていた前記第２の製品ウェハの表面、及び前記第１及び第２の製品ウェハそれぞれの表面の前記第１熱酸化工程で形成された熱酸化膜上に、前記熱酸化処理装置によって熱酸化膜を形成する第２熱酸化工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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