JPH01295425A - 酸化装置 - 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〕 （産業上の利用分野） この発明は１反応炉内にプロセスガスを供給してシリコ
ンウェハ等の被処理体表面に酸化膜等の生成膜を形成す
るための酸化装置に関する。

（従来の技術） 酸化装置は、シリコン基板の表面を酸化雰囲気中で加熱
酸化させてＳＬをＳｉｎ、に変換するための装置で常圧
酸化炉と炉内雰囲気の分圧を上げて酸化させる高圧酸化
炉等がある。酸化雰囲気は目的により０２、ＨＣＱ、　
Ｈ，＋０□などがあるが、これらは反応炉と一体にある
いは別に設けた前処理室で燃焼、加熱等の前処理をされ
た後、反応炉内に送り込まれる。

第７図に示すスチーム酸化による高圧酸化炉においては
１石英から成る反応管１′はウェハ表面を加熱酸化させ
る反応室１’Ｂとプロセスガスを前処理する前処理室１
’Ａとから成りそれぞれを囲繞してメインヒータ５Ｂと
サブヒータ５Ａが設けられる。

そして１反応室側にはボート４に搭載されたウェハ３を
搬入する搬入口１１’及びプロセスガスを排気する排気
口１２′　が設けられ、又前処理室にはプロセスガス供
給管°が接続されている。搬入口１１’はウェハ３を搬
入した後、キャップ６によって密封される。

このような構成において例えばスチーム酸化の場合、プ
ロセスガス供給管から前処理室１’Ａに導入されたＨ、
ガスと０２ガスは前処理室１’Ａにおいて加熱され燃焼
し、■２０ガス及び０２ガスとして反応室１’Ｂに流入
し反応に供せられる。

ここで、反応室１’Ｂの温度が６００℃〜９００℃程度
あるのに対し、前処理室１’Ａの燃焼反応部周辺温度は
１１００℃〜１３００℃と高いので、画室の温度を分離
し、Ｈ２Ｏ，０２のガス流を制御するため、反応室との
間には１〜数枚のバッファ（邪魔板）２′が設けられる
。バッファ２′はプロセスガスの通路を確保するため一
部開口が設けられるかあるいは第８図に示すように多数
の穴２０′　が形成されている。

このような技術は１例えば特公昭６３−２８４９６号公
報等に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、酸化膜生成において重要な課題である膜厚の
均一性は、反応室内の温度分布、ガス流によって大きく
左右される。従来の酸化炉においてはバッファの設置、
温度補正システム等によって、温度分布の均一性が改善
され、膜厚のバラツキが±３〜５％以内程度まで向上し
ている。

しかし、最近ＬＭ、　４Ｍ等の微細化によるＩＣの開発
に伴ない酸化膜の極薄膜化が実現するに至って。

その膜厚の制御もより精度が要求され、又均一性も更に
向上されることが要求される。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので高度な膜厚
の制御及び均一性を達成することのできる酸化装置を提
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） このような目的を達成する本発明の酸化装置は。

酸化ガスを導入して被処理体を酸化処理する反応室と、
この反応室に導入する酸化ガスを前処理する前処理室と
を備えた酸化装置において、上記前処理室への酸化ガス
の流路を制御する手段を設けたことを特徴とする。

（作　用） 前処理室から反応室に導入される酸化ガスは噴射口付の
バッファがない場合あるいは穴付のバッファから導入さ
れる場合、反応室内の最先端（前処理室側）の被処理体
に当接した後、分散するガス流を生じるための先端部に
近い部分の被処理体と後方の被処理体とではガスの流れ
、温度共に差異を生じる。

また、上方に開口のあるバッファがある場合。

その上方の開口から導入されるガスは１反応室内より高
温であるため、反応室の上方と下方とで温度の差を生じ
やすく、各ウェハの上の部分と下の部分とで膜厚の不均
一を生じる可能性がある。。

これに対し、下方に噴出口を有するバッファがある場合
は、プロセスガスは噴射口より所定の流速をもって反応
室の下方へ導入されるので反応室先端部でのガスの滞留
時間が短く、しかも各被処理体列の下から上方へ流れる
略均−なガス流を生じると推定される。これにより反応
室の先端側であるか後端側であるかに拘らず、又、被処
理体の上の部分か下の部分かに拘らず均一なガス流と温
度を短時間で達成することができ、もって膜厚の微細な
制御が可能となりまた均一な膜厚とすることができる。

。 （実施例） 以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明す
る。第１図に示すように石英からなる反応管１は略円筒
状の管で、酸化ガスなどのプロセスガスを前処理するた
めの前処理室ＩＡ、被処理体を熱処理してその表面に酸
化膜を形成するための反応室ＩＢとから成り１画室はバ
ッファ２により仕切られている。そして１反応室側の一
端は被処理体例えばウェハ３を搭載したボート４を搬入
するための搬入口１１が形成され、この搬入口１１に近
接してプロセスガスを排出する排気口１２が設けられ。

更に前処理室側の半球状の他端にはプロセスガスを導入
するための導入口１３．１４が形成されている。

搬入口１１はウェハ３を搬入後、キャップ６により密封
される。

プロセスガスは１例えば０．ガスとＨ２ガスで図示しな
い供給系から供給量１両者のバランス等を制御されて各
導入口１３．１４に送られる。０２ガスは導入口１３か
ら、■２ガスは導入口１４から導入管１５を経てそれぞ
れ前処理室ＩＡに導入される。

前処理室ＩＡはこれら導入されたガスを加熱燃焼させ、
Ｈ８０ガス及び０２ガスの混合ガスとして反応室ＩＢに
送る。

前処理室ＩＡと反応室ＩＢには各々室内を加熱するため
のサブヒータ５Ａとメインヒータ５Ｂが外周を囲繞する
ように設けられている。サブヒータ５Ａ及びメインヒー
タ５Ｂは各々温度補正システム等を組み込んだコントロ
ーラにより制御される０例えば前処理室１＾を８００℃
に１反応室ＩＢを９００℃にコントロールする。

前処理室ＩＡと反応室ＩＢとを仕切るバッファ２は反応
室における酸化ガスの流路を制御する手段であって、反
応管１の内径と略等しい径の曲面及び平面体で且つその
中心より下方に特殊形状の噴出口２１を有しており、前
処理室ＩＡと反応室ＩＢとの温度を分離すると共に、前
処理室ＩＡで生成された燃焼ガスを噴出口２１より反応
室ＩＢ内に送出する。更に、バッファ２を反応管１内に
安定して位置付けるためにバッファ２は支承部２２を備
えていることが好ましい、バッファ２の材質としては石
英、炭化シリコーン等を用いることができる。熱を遮蔽
するという観点から、不透明石英が好適である。

噴出口２１は所定の流量１例えば１０ｊ１／ｍｌｎ程度
で前処理室ＩＡから送られてくる燃焼ガスに適度な流速
を与え、反応室１Ｂ内でのガスの流路を決定する。

このため、噴出口２１は適度な開口量を有し、バッファ
曲面及び平面部分の中心より下側で且つ反応室に突出し
て設けられる。その開口量及び形状はガス流量、処理す
るウェハ量等により最適なように経験上決められる。

噴出口２１の好ましい形状を第２図及び第３図に示す、
但し噴出口の形状はこれら実施例に限定されることなく
、特許請求の範囲に開示される範囲内で自由に変更する
ことができる。

このように形成される酸化装置においては、前処理室Ｉ
Ａで燃焼したＨ、Ｏガス及び０□ガスはバッファ２の噴
出口２１より適度な流速をもって反応室ＩＢ内に流入し
、ウェハとウェハとの間を下方から上方へ流れる流路を
形成する。この際、前処理室ＩＡと反応室ＩＢとはバッ
ファによって熱が効果的に遮蔽され、かつ、反応室ｌＢ
内には制御されたガス流が生じているのでウェハの位置
、部分に拘らずプロセスガスとの反応が略均−に進行し
、均一な酸化膜が成長する０反応に供せられた後のプロ
セスガスは排気口１２から図示しない排気系へ排気され
る。

（他の実施例） 次に１本発明装置を高圧酸化処理に適用した一実施例を
説明する。

この高圧酸化処理は１反応室ＩＢを加圧した状態で、こ
の反応室ＩＢ内に設定された被処理体例えば半導体ウェ
ハ３に酸化ガスを供給することにより実行される。これ
は、まず反応管１の一端部に当接しているキャップ６を
外し、上記ウェハ３を複数枚搭載したボート４を上記反
応室ＩＢ内に搬入する。そして、上記キャップ６を反応
管１の一端部に当接させて内部を気密に設定する。

次に、上記反応室ＩＢ内が高圧例えば８気圧程度となる
ように、圧力制御部（図示せず）により設定する。この
時、上記反応室ＩＢ内は所定温度例えば８００℃程度に
メインヒータ５Ｂにより加熱され、更に、前処理室ＩＡ
は所定温度例えば９００℃程度にサブヒータ５Ａにより
加熱されている。

ここで、導入口１３からＯ，ガスを例えば流量２１／ｗ
ｉｎ程度前処理室ＩＡに流入し、同時に、導入口１４か
らＨ２ガスを例えば流量３．６Ｑ／■ｉｎ程度導入管１
５を介して前処理室ＩＡに流入して、前処理室１＾でこ
のＨ，ガスと０□ガスを燃焼してＨ８０（水蒸気）を生
成する。このように加熱燃焼させ、Ｈ，０ガス及び０８
ガスの混合ガスとして反応室ＩＢに送る。この混合ガス
を反応室ＩＨに送る際、上記前処理室ＩＡと反応室ＩＢ
との間に設けられているバッファ２により、上記混合ガ
スの流路が制御される。即ち、上記反応室ＩＢに設けら
れているボート４の下側に多くの混合ガスが流れるよう
に、第２図或いは第３図に示すような、下側に噴出口２
１が設けられたバッファ２により、上記混合ガスの流路
が制御される。このように混合ガス流路が制御されるこ
とにより、この混合ガスがボート４の下側に流れ込み、
ボート４に搭載されている複数枚のウェハ３の表面を通
過する。これにより、ウェハ３表面に所定の膜厚で酸化
膜を形成する。この場合、混合ガスはウェハ３の下方か
ら上方へのガス流を形成する。高温である混合ガスは、
下方から上方へ上昇する作用があることから、上記ウェ
ハ３表面を略均−に速やかな流れを形成すると推定され
る。これにより、ウェハ３表面部でのガスの滞留時間は
、混合ガスを上方から下方へ流す場合よりも短かい。そ
のため、上記ウェハ３表面の上側であるか下側であるか
に拘らず、均一性の高い酸化膜を生成することが可能と
なる。これにより、従来、ウェハ３表面における膜厚の
バラツキが±３〜５％以内程度であったものが、±１〜
３％以内程度まで向上された。

上記実施例では、下方に噴出口２１を有する円板状のバ
ッファ２を使用した例について説明したが、これに限定
するものではなく、例えば横断面を第４図Ａ、縦断面を
第４図Ｂに示すように、下方の噴出口２１が突出した形
状で筒状のバッファ２を使用しても良い。

また、上記実施例では、下側に１つの噴出口を有するバ
ッファを使用して説明したが、これに限定するものでは
なく５例えば第５図に示すように、下側に複数個の噴出
口２１を有するバッファ２を使用しても同様な効果が得
られる。更に、バッファの噴出口に、混合ガス流通量を
制御する如く流量調節弁を設けてもよく、また、必要に
応じてバッファを回動できるように構成してもよい。

また、上記実施例では、横型の酸化装置の酸化ガス流量
制御を説明したが、例えば第６図Ａに側面図、第６図Ｂ
に正面図を示したような縦型の酸化装置にも適用するこ
とができる。この縦型酸化装置の酸化ガス流量制御は、
ポー８４周囲に均一な流れを形成する如く、複数個均等
配置された噴出口２１を有するバッファ２を用いること
が好ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、前処理室と反応室
との間に熱遮蔽と酸化ガス噴出口を兼ねたバッファを介
在させることにより、両室の温度を効果的に分離すると
同時に反応室内のガス流を制御することができ、もって
酸化膜の膜厚の微細な制御及び均一な膜厚の成長を達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための酸化装
置の構成図、第２図及び第３図は第１図のバッファ説明
図、第４図、第５図、第６図は本発明装置の他の実施例
説明図、第７図及び第８図は従来のバッファ説明図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化ガスを導入して被処理体を酸化処理する反応
   室と、この反応室に導入する酸化ガスを前処理する前処
   理室とを備えた酸化装置において、上記前処理室への酸
   化ガスの流路を制御する手段を設けたことを特徴とする
   酸化装置。
2. （２）被処理体の酸化処理は、反応室を加圧して行なう
   高圧酸化処理である請求項１記載の酸化装置。