JPH01280320A - 半導体加圧酸化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は半導体のウェハを加圧雰囲気で酸化させる半導
体加圧酸化方法に関する。

（従来の技術） 従来より半導体のウェハの表面に酸化膜を形成する方法
として加圧酸化方法が採用されている。

例えば、特公昭５４−３５０６８号、特公昭５５−１０
９７５号、特開昭５３−１１２０６４号である。これは
、ウェハを８気圧程度の加圧酸化雰囲気の中に置いて９
００℃程度の温度で加熱して表面を加熱する方法であり
、酸化速度と圧力とが比例することから常圧下の酸化に
比べてウェハの表面の酸化速度が速く酸化膜の形成を短
時間で行なえるという利点がある。

この加圧酸化方法においてウェハに酸化膜を形成する処
理は第４図で示すシーケンスで行なっている。第４図に
おいて、ｐ線およびｔ線は処理を行なう炉の内部におけ
る圧力と温度の変化を示している。炉の内部にウェハを
配置して、ステップ１で炉の内部に酸素を供給して炉内
部の圧力を上昇させるとともに、炉に設けたヒータで炉
の内部の温度を上昇させる。次いで、ステップ２で炉内
部の圧力が所定の高さ、例えば８気圧まで上昇して安定
し、さらにステップ３で炉内部の温度が所定の８さ、例
えば９００℃で安定する。その後、ステップ４で炉内部
の酸素を外部に排出するとともに、ヒータによる加熱を
停止する。これらの各ステップ１．２．３および４毎に
ウェハの各表面を酸化して酸化膜を形成する。この説明
は乾式による加圧酸化であるが、湿式の場合には、酸素
とともに水素を炉の内部に供給する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このようなシーケンスによりウェハを加
圧酸化させて酸化膜を形成する方法では、最も重要な事
項である酸化膜の品質および厚さの面で次に述べる問題
がある。上記のシーケンスによりウェハの表面に形成さ
れる酸化膜の成長過程を第５図で見ると、ステップ１で
は炉の内部の圧力を上昇させるために酸素を多量に供給
するので、炉内部の温度の上昇線が乱れてウェハ１１の
表面には粗い酸化膜１２が形成される。ステップ２では
炉内部の圧力は安定するが、温度は未だ安定せずに所定
高さの値の前後で不安定な状態にあるために、やはり粗
い酸化Ｉ！１３が形成される。そして、ステップ３で炉
内部の圧力および温度が安定するので、均質な酸化膜１
４が形成される。さらに、ステップ４ではステップ１と
逆の状態で多量の酸素が炉から排出するので、やはり粗
い酸化膜１５が形成される。このように上記のシーケン
スによると、ステップ１．２および４で粗い酸化膜が形
成され、均質な膜がステップ３のみでしか得られないた
めに、全体としてウェハの表面に均質で良好な酸化膜が
形成することがことが困難である。

また、上記シーケンスでは、炉の内部に酸素を供給して
ウェハの酸化処理を行ない、その後で酸素ガスを炉から
排出するまでの闇に各ステップ１〜４毎に夫々ウェハの
表面に酸化膜が形成されて酸化膜が順次成長するので、
結果としてウェハの表面に形成される酸化膜の膜厚さが
ｉ　ｏｏｏｏ〜２００００人なり、それ以下の膜厚、例
えばつれウェハの表面に形成する酸化膜として１０００
人程度０薄い膜が要求されるようになってきており、加
圧酸化方法においてもこのような薄い酸化膜を形成でき
るようにすることが必要となってきている。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、ウェハの
表面に均質で、密な酸化膜を形成することができる半導
体加圧酸化方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 前記目的を達成するために本発明の半導体加圧酸化方法
は、半導体のウェハを炉の内部に配置し、次いで酸素と
ウェハの酸化を抑制するガスを一緒に前記炉の内部に供
給して炉内部の圧力を上昇させるとともに、前記炉の内
部の温度を上昇させ、前記炉内部の圧力と温度が安定に
なった時点で前記ウェハの表面に酸化膜を形成すること
を特徴とするものである。

すなわち、はじめに酸素と一緒にウェハの酸化を抑制す
るガスを炉の内部に供給してウェハの酸化を押え、炉内
部の圧力と温度の両方が安定した状態でウェハの表面を
酸化させてウェハの表面に均質な酸化膜を形成すること
ができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

先ず、本発明方法に使用する加圧酸化装置を第１図につ
いて説明する。

水平に配設した処理炉２１は、高圧例えば８気圧に耐え
る圧力容器構造となっており、内部周壁には筒状の電気
ヒータ２２が装着されている。この電気ヒータ２２の内
部には石英で形成された反応管２３が水平にして挿入配
置されている。この反応管２３は、所定の間隔で配列さ
れた複数のウェハを載せたボートを収納するもので、ボ
ートは処理炉２１と反応管２３の夫々の一方の端部に形
成した開口を通して出し入れするようになっている。反
応管２３には、処理炉２１の内部に挿入された酸素ガス
管２４、水素ガス管２５および窒素ガス管２６が接続さ
れており、且つこの酸素ガス管２４と水素ガス管２５と
の間にパージ用窒素ガス管２７が接続されている。各ガ
ス管２４．２５．２６には流量制御器２８と圧力制御器
２９が設けられている。また、処理炉２１の内部には窒
素ガス管３０が接続され、このガス管３０には流量制Ｗ
Ｊ器３１と圧力制御器３２が設けられている。なお、処
理炉２１の開口端部はＮ３３で、反応管２３の開口端部
は蓋３４で夫々閉塞される。

本発明の加圧酸化方法を第１図ないし第３図を参照して
説明する。

先ず、処理炉２１および反応管２３の開口端を開放して
、酸化処理すべき複数のウェハ３５を載せたボート３６
をソフトランディンジグ法により反応管２３の内部に収
納し、処理炉２１および反応管２３の開口端を蓋３３．
３４で閉塞する。そして、第２図に示すようにステップ
１で酸素ガス管２４通して酸素（０２）ガスを反応管２
３の内部に送り込み、同時に窒素ガス管２６を通して窒
素ガス（Ｎ２）を反応管２３の内部に送り込んで、送り
込まれた酸素ガスと窒素ガスにより反応管２３の内部の
圧力を所定の大きさ、例えば８気圧まで上昇させる。酸
素ガスと窒素ガスの流量と圧力は各ガス管２４．２４に
設けた流１制罪器２８と圧力υＮＨＩ器２９により＄制
御して、反応管２３の内部を所定の圧力にする時間を調
節する。例えば酸素の流量は１５Ｊｌ／分、窒素の流量
は６１／分として約２０分間反応管２３に送込む。また
、これと同時に処理炉２１の電気ヒータ２２に通電して
これを発熱させることにより、反応管２３を周囲から加
熱して内部を所定温度、例えば９００℃まで温度上昇さ
せる。このステップ１では反応管２３の内部が酸素ガス
と窒素ガスが送り込まれて非酸化雰囲気となっているの
で、反応管２３の内部のウェハ３５は酸化されない。

次いで、ステップ２において約４０分間のＩ［を酸素ガ
スと窒素ガスを反応管２３の内部に送り込こむ。このス
テップ２では反応管２３の内部の圧力が所定の８気圧に
安定する。しかし、反応管２３の内部の温度はステップ
１の影響を受けて安定しない。このステップ２において
も反応管２３の内部の雰囲気は非酸化雰囲気であるから
ウェハ３５は酸化しない。なお、ガス管３０を通して処
理炉２１と反応管２３との間に例えば窒素ガスを送込み
、反応管２３の内部と外部の圧力のバランスを維持する
。

続いて、ステップ３では窒素ガスの反応管２３への送り
込みを停止し、ＷＩ素ガスのみを反応管２３に送り込む
。ステップ３では反応管２３の内部の圧力は引き続いて
安定し、また反応管２３の温度も安定する。このステッ
プ３は約６０分の時間を必要とする。そして、反応管２
３には酸素ガスのみが送り込まれて酸化雰囲気となって
いるので、第３図で示すようにウェハ１１の表面には均
質な酸化膜３７が形成される。この酸化！１１３７の厚
さはステップ３の時間の長さに応じて決定される。すな
わち、ステップ３の時間の設定により１０００人の膜厚
の酸化膜の形成が可能である。

さらに、ステップ４では反応管２３から酸素ガスおよび
窒素ガスを排出する。この場合の排出速度はステップ１
におけるガスの送り込み速度と間等にする。このステッ
プ４では酸素の供給がないので、ウェハ３５の酸化が行
なわれない。

なお、この実施例は乾式による加圧酸化について説明し
たが、湿式による加圧酸化も可能である。

この場合には酸素ガスとともに水素ガスをプロセスガス
として反応管２３の内部に供給する。

さらに、本実施例では横形炉に適用した場合を説明して
いるが、縦形炉にも適用できる。この場合にはウェハを
載せたボートの出し入れが容易である。

また、ウェハ３５の酸化を押えるガスとしては、窒素ガ
スの他にＡｒ　ＳＨｅなどの不活性ガスを使用すること
も可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の半導体加圧酸化方法によれ
ば、炉の内部の加圧雰囲気の圧力および温度が安定する
まで酸素ガスとウェハの酸化を押えるガスを供給してウ
ェハの不安定な酸化を押え、加圧酸化雰囲気の圧力と温
度が安定した時に上記ウェハの酸化を押えるガスの送り
込みを止めてウェハの表面に安定した酸化膜を形成する
ので、ウェハの表面に均質で密な酸化膜を形成すること
ができ、しかも加圧酸化工程の全体でウェハの表面に酸
化膜を形成するのではなく、圧力と温度が安定した時の
みにウェハの表面に酸化膜を形成するので１０００人程
度０薄くて均質な酸化膜の形成が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明方法の一実施例を示すもの
で、第１図は本発明方法に使用する加圧酸化装置を示す
断面図、第２図は本発明における各行程の圧力および温
度の変化を示す１１図、第３図はウェハの表面の酸化膜
部分を示す断面図、第４図は従来の加圧酸化方法におけ
る各行程の圧力および温度の変化を示す線図、第５図は
従来方法によりウェハに形成された酸化膜を示す断面図
である。 ２１・・・処理炉、２３・・・反応管、３５・・・ウェ
ハ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体ウェハを炉の内部に配置し、次いで酸素による
   ウェハの酸化を抑制するガスを炉の内部に供給して炉内
   部の圧力を上昇させるとともに、前記炉の内部の温度を
   上昇させ、前記炉内部の圧力と温度が安定になった時点
   で前記ウェハの表面を酸化させることを特徴とする半導
   体加圧酸化方法。