JPH05152282A

JPH05152282A - 酸化膜形成装置

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Publication number: JPH05152282A
Application number: JP34222991A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-06-18
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3129338B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パーティクルを発生させることなく水素と酸
素を反応させて水分を生成させ、この水分により半導体
等の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成装置を提供する
こと。【構成】水素ガス導入口１２ａに連通させて接続され
た水素ガス導入管２ａと、酸素ガス導入口１２ｂに連通
させて接続された酸素ガス導入管１２ｂとを有する酸化
膜形成装置において、水素ガス導入管２ａの内面を、ニ
ッケル又はニッケルを含む材料より構成し、かつ、水素
ガス導入管２ａを加熱するための加熱手段９を設けたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体製造プロセ
スにおいて汎用される酸化膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば熱酸化炉装置においては、
シリコン基板の表面に酸化膜を形成するべく、電気抵抗
加熱方式によって加熱された石英管から成る炉心管に酸
素、水素ガス等のガス体を混合した酸素等を導入して水
素を燃焼させることにより水蒸気を生成し、該ガス体お
よび該水蒸気を加熱したシリコン基板に接触させるよう
に構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の装置
は、導入された水素ガスが炉心管である石英管の先端で
燃焼するため、石英管の先端が溶けて、多数のパーティ
クルが発生し、このパーティクルがシリコン基板の汚染
源となる。

【０００４】この場合、信頼性の高い酸化膜を形成する
ためには、酸化反応プロセスを行う炉心管自体は、パー
ティクルにより汚染されてはならず、可及的に清浄化が
図られることが要求される。

【０００５】また、電気的に安定な半導体デバイスの製
造を実現するためには、シリコン基板に付着するパーテ
ィクル数も可及的に少なくする必要がある。

【０００６】このように、熱酸化膜形成プロセス雰囲気
中の超清浄化は、超微細化ＬＳＩの実現に不可欠であ
る。

【０００７】本発明は、上記従来技術の課題を解決すべ
く、炉心管内で基板の表面に、信頼性の高い酸化膜を形
成するためウェット酸化反応処理等が可能な酸化膜形成
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、被処理
物を搬出入するための開閉可能な開口部とガスを内部に
導入するための水素ガス導入口と、酸素ガスを内部に導
入するための酸素ガス導入口とを有する炉心管と；該炉
心管内部を加熱するための炉心管加熱手段と；該水素ガ
ス導入口に連通させて接続された水素ガス導入管と；該
酸素ガス導入口に連通させて接続された酸素ガス導入管
と；該水素ガス導入管を加熱するための加熱手段と；を
少なくとも有し、該水素ガス導入管の少なくとも内表面
がニッケル又はニッケルを含む材料よりなることを特徴
とする酸化膜形成装置に存在する。

【０００９】本発明の他の要旨は、被処理物を搬出入す
るための開閉可能な開口部とガスを内部に導入するため
のガス導入口とを有する炉心管と；該炉心管内部を加熱
するための炉心管加熱手段と；該ガス導入口に連通させ
て接続され、ガス源側に複数の分岐管を有するガス導入
管と；該水素ガス又は水素を含むガスを導入しようとす
る分岐管を加熱するための加熱手段と；を少なくとも有
し、水素ガス又は水素を含むガスを導入しようとする分
岐管の一部又は全部の少なくとも内表面がニッケル又は
ニッケルを含む材料よりなることを特徴とする酸化膜形
成装置に存在する。

【００１０】

【作用】炉心管内に導入される水素または水素を含むガ
ス体を、３００℃以上の温度に加熱したニッケルまたは
ニッケルを含む合金に接触させると水素活性種を生す
る。この水素活性種と、炉心管に導入される酸素または
酸素を含むガス体とを混合させると、水素活性種と酸素
とは反応し、燃焼を伴わずに水を生成する。従って、水
素導入石英管の先端が溶けてパーティクルを発生するこ
とはない。

【００１１】

【実施態様例】（請求項１）例えば、図１に示すよう
に、水素ガス導入口１２ａに連通させて水素ガス導入管
２ａを、炉心管１に接続し、かつ、加熱手段９を水素ガ
ス導入管２ａを加熱し得るように配置する。その際、水
素ガス導入管２ａの内面は、ニッケル又はニッケルを含
む材料により構成する。

【００１２】一方、酸素ガス導入口１２ｂに連通させて
酸素ガス導入管３を炉心管１に接続する。

【００１３】この場合、加熱手段により水素ガス導入管
２ａの内部を３００℃以上に加熱し、水素ガス導入管２
ａに水素ガス源から水素ガスを導入すると、水素ガス導
入管２ａの内面に接触した水素ガスから水素活性種が生
成する。これは、３００℃以上の温度においては、水素
ガス導入管２ａを構成するニッケル自体あるいはニッケ
ルを含む材料中のニッケルが触媒作用をなすためと考え
られる。このように生成された水素活性種は当然プラズ
マをともなっていないため被処理物にダメージを与える
ことがない。

【００１４】この水素活性種は、酸素ガス導入管２ｂか
ら酸素ガス導入口１２ｂを介して炉心管１内に導入され
た酸素と反応して水を生成する。この反応は燃焼を伴わ
ないため、炉心管１を溶融せしめることがなく、パーテ
ィクルの発生もない。なお、水素ガス導入管２ａの下流
側端は、炉心管１の側壁から離して位置せしめることが
好ましい。

【００１５】（請求項２）また、図２に示すように、分
岐管２ａ’，２ｂ’を有するガス導入管２をガス導入口
１２に連通させて炉心管１に接続する。分岐管２ａ’が
水素ガス源に接続され、分岐管２ｂ’が酸素ガス源に接
続される。

【００１６】分岐管２ａ’の内表面の一部又は全部はニ
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する。そし
て、加熱手段９は、この分岐管２ａ’を加熱し得るよう
に配置する。

【００１７】図１、図２では、導入管２を設けた例を示
したが、かかる導入管を設けず、図３に示すように、炉
心管１の内表面をニッケル又はニッケルを含む材料によ
り構成してもよい。

【００１８】この場合は、図１、図２で示したような加
熱手段を設ける必要が無く、炉心管加熱手段４により加
熱を行うことができるので、炉心管１の内部において水
素活性種を生成させることができる。なお、ニッケル又
はニッケルを含む材料により構成する部分は、被処理物
５の配置されている位置よりも上流側のみでも足りる
が、残部をかかる材料により構成してもよい。

【００１９】なお、以上述べた実施態様では、導入管な
いし炉心管の内表面をニッケル又はニッケルを含む材料
により構成して水素活性種生成手段を構成しているが、
かかる構成以外であってもよい。例えば、水素ガス源と
炉心管との間に、内部にニッケル（例えば、繊維状ニッ
ケル、網状ニッケル、スポンジニッケル等）を充填した
容器を設けることにより水素活性種生成手段を構成して
もよい。この容器内を水素ガスあるいは水素を含むガス
を通過させれ、この容器を３００℃以上に加熱するよう
にすれば、水素活性種が得られ、この水素活性種を炉心
管に導入することができる。

【００２０】次にニッケル又はニッケルを含む材料につ
いて説明する。

【００２１】ニッケルを含む材料としては、例えば、Ｎ
ｉ基合金が好ましい。また、Ｎｉ基合金の中でも、Ｎｉ
−Ｍｏ系合金又はＮｉ−Ｗ系合金が好ましい。より具体
的には、例えば、ハステロイ（登録商標）があげられ
る。

【００２２】また、他のニッケルを含む材料としては、
例えば、表面粗度が、１μｍ以下の表面粗度に電解研磨
されたステンレス鋼を用いてもよい。この場合、ステン
レス鋼の表面には、不純物濃度が１０ｐｐｂ以下の酸化
性雰囲気中で熱処理することにより形成された不動態膜
が形成されているものを用いることがより好ましく、さ
らに、ステンレス鋼の表面には、酸化性雰囲気中で熱処
理した後、水素雰囲気中で還元処理を行うことにより形
成された不動態膜が形成されているもの（特願平３−２
１２５９２号にて別途提案）を用いることがさらに好ま
しい。かかる不動態膜の表面は、クロム酸化物を主成分
としており、その表面は耐食性に優れ、また、水分の吸
着がきわめて少ないためガス中への不純物の混入をきわ
めて少なくすることができる。なお、不動態膜の表面粗
度は、０．５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以下がよ
り好ましい。なお、かかる不動態膜は、クロム酸化物を
主成分としているが、ニッケル酸化物を含んでおり、こ
のニッケル酸化物中のニッケルが触媒の作用をなし、不
動態膜表面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
るものと考えられる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２４】図１は、本発明の実施例を示す横型単管酸
化反応炉装置である。なお、以下の各実施例の説明にお
いて互いに同一又は均等の構成部材は、同一の符号で示
す。図１に示すように、炉心管１は、管長方向の一端側
水素ガス導入口１２ａおよび酸素ガス導入口１２ｂが形
成され、該水素ガス導入口１２ａには、ニッケル金属で
構成された水素ガス導入管２ａが接続され、水素ガス導
入管２ａの外側に加熱手段たる加熱源９が設置されてい
る。なお前記水素ガス導入管２ａの材質は、ニッケル鋼
の他、ステンレス鋼，ハステロイ等でもよい。すなわ
ち、少なくともニッケル金属を含む材料であればよく、
望ましくは炉心管１内を汚染しないために表面処理（例
えばドライ酸素酸化不動態化処理）された材料であれば
よい。水素ガス導入管２ａおよび酸素ガス導入管２ｂの
上流側にはバルブ７，８を介して図示省略のガス供給系
が接続されている。前記加熱源９としては、電気抵抗加
熱ヒータ、赤外線ランプヒータ等により構成される。

【００２５】一方、炉心管１内の保持部材たる石英サセ
プタ６上にはシリコン基板５が載置され、加熱源４によ
り加熱されるようになっている。前記加熱源４として
は、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ランプヒータ等により
構成される。炉心管１およびサセプタ６の材質は、合成
石英，溶融石英の他に、アルミナ，シリコンカーパイ
ト、窒化アルミニウム，窒化ほう素等が挙げられ、シリ
コン基板を汚染しない（例えばナトリウムイオンフリ
ー，重金属フリー，脱ガスフリー，パーティクルフリー
等）材料が望ましい。

【００２６】シリコン基板５は、希フッ素溶液に接触さ
せて自然酸化膜を除去した後、シリコン基板５の超純水
洗浄、乾燥工程を行う。その後、石英サセプタ６上に設
置された後、炉心管１の開口部１１の蓋体１０を開き、
ソフトランディング搬送によって炉心管１内に搬入した
後蓋体１０を閉める。その後前記加熱源４によってシリ
コン基板５は９００℃に加熱される。酸素ガス導入管２
ｂに導入される酸素ガスは１０００ｃｃ／分の流量に設
定される。前記水素ガス導入管２ａに導入される水素ガ
スは２０００ｃｃ／分の流量に設定される。前記導入水
素ガスは４００℃に加熱された水素ガス導入管２ａの内
表面に接触し、活性化されて炉心管１に導入され、４０
０℃の温度で酸素ガスと燃焼を伴わずに反応して水蒸気
を生成する。水素ガスまたは水素活性種と酸素ガスの混
合部の温度は５００℃以下が望ましい。前記混合部の温
度が５００℃より高い場合は、燃焼が起こり、水素ガス
または水素活性種導入部である石英管の先端が溶けて、
パーティクルを発生する。シリコン基板５を１２０分間
９００℃で加熱した後、前記ソフトランディング搬送の
逆の手順によってシリコン基板５および石英サセプタ６
を炉心管１から外部に搬出させる。その後酸化反応処理
後のシリコン上のパーティクルを例えばウェハ表面検査
器により計測する。その実施例として反応処理後のシリ
コンウェハ上のパーティクル数は少なくとも０．５〜５
μｍ径のものは検出されないという結果を得た。

【００２７】一方前記水素ガス導入管２ａを加熱せず
に、炉心管１中の水素ガス導入部石英管先端で水素を燃
焼させた以外は、他の工程を前述と同じ条件で、すなわ
ちシリコン基板５の希フッ酸溶液よる自然酸化膜除去，
超純水洗浄，乾燥行程，石英サセプタ６上への設置，ソ
フトランディング搬送，酸素ガス中でのシリコン基板５
の１２０分間９００℃での加熱、ソフトランディング搬
送による取り出しを同じ条件で行ったところ、シリコン
基板５上の０．５〜５μｍ径のパーティクルの数は１４
個であった。

【００２８】本例の装置で形成した酸化膜上のパーティ
クル数は１個以下であった。すなわち、本発明の装置
は、シリコン基板５上へのパーティクルの付着を抑制す
ることがわかる。

【００２９】図２は、第２実施例を示すもので、水素ガ
スまたは水素活性種と酸素ガスとの混合部２ｃをガス導
入管２に設けたものである。すなわちあ、本例では、分
岐管２ａ’，２ｂ’を有し、分岐管２ａ’，２ｂ’の合
流部が混合部となるガス導入管２を用いた。このガス導
入管２の内面はニッケル合金（ハステロイＣ）により構
成されている。

【００３０】本実施例は、ガス混合部をガス導入部に設
けている以外実質的にはその構成及び作用は上記第１実
施例と同様である。

【００３１】すなわち、本実施例の場合、上記第１実施
例と同様炉心管１から取り出されたシリコン基板５上の
パーティクルは検出されなかった。

【００３２】図３は第３実施例を示すものである。本実
施例は炉心管１をニッケル金属（ハステロイＣ）で構成
したものである。

【００３３】なお、加熱源４は炉心管１を介して被加熱
部たるシリコン基板５を加熱する。酸素ガス導入口１２
ｂに流す導入ガスとしての酸素ガスは例えば１０００ｃ
ｃ／分の流量に設定される。水素ガス導入口１２ａに流
す導入ガスとしての水素ガスは例えば１０ｃｃ／分の流
量に設定されるが炉心管１に導入される間に加熱された
ニッケル金属に接触することはない。シリコン基板５を
５００℃以上に加熱する場合は、前記水素ガスの流量
は、炉心管１内での水素の濃度が、２容積％以下にする
ことが望ましい。５００℃以上の温度で水素濃度が２容
積％以上の場合、水素が燃焼する。本実施例の場合、反
応処理終了後に炉心管から取り出されたシリコン基板５
上には、少なくとも０．５〜５μｍ径のパーティクルは
検出されなかった。

【００３４】なお、縦型に構成されている以外は実質的
にはその構成は、上記第１、第２、第３実施例と同様の
実施例においては、その作用はいずれも上記実施例と同
様である。すなわち、上記実施例と同様炉心管１から取
り出されたシリコン基板５上のパーティクルは検出され
なかった。

【００３５】図４は、本発明の装置で形成した酸化膜の
耐圧を示すグラフであり、図５は、従来の装置で形成し
た酸化膜の耐圧を示すグラフである。図４、５の横軸
は、酸化膜の絶縁破壊電界を表し、縦軸は絶縁破壊した
酸化膜の数の百分率を表している。酸化膜の厚さは１
０ｎｍである。ゲート電極としてはｎ⁺型多結晶シリコ
ンが使用され、ゲート電極は正に印加されている。

【００３６】本発明の装置で形成した酸化膜は、８ＭＶ
／ｃｍ以下の酸化膜の平均電界では絶縁破壊しない。一
方、従来の装置で形成した酸化膜は、８ＭＶ／ｃｍ以下
の酸化膜の平均電界で絶縁破壊が発生している。すなわ
ち、本発明の装置で形成した酸化膜は高い信頼性を示す
ことがわかった。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、固体表面に信頼性の高
い優れた酸化膜を形成することができる。こうした特徴
を持つ本発明の装置により、超微細化半導体デバイスを
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る熱処理装置の概略構成図であ
る。

【図２】本発明の第２実施例に係る熱処理装置の概略構
成図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る熱処理装置の概略構
成図である。

【図４】本発明の装置で形成した酸化膜の耐圧を示すグ
ラフである。

【図５】従来の装置で形成した酸化膜の耐圧を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１炉心管、２ガス導入管、２ａ水素ガス導入管、２ｂ酸素ガス導入管、２ａ’ 分岐管、２ｂ’ 分岐管、４加熱源、５シリコン基板（被加熱物）、６サセプタ、７バルブ、８バルブ、９水素ガス導入管加熱手段、１０シャッター、１１開口部、１２ガス導入口、１２ａ’水素ガス導入口、１２ｂ’酸素ガス導入口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部とガスを内部に導入するための水素ガス導入口
と、酸素ガスを内部に導入するための酸素ガス導入口と
を有する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心
管加熱手段と；該水素ガス導入口に連通させて接続され
た水素ガス導入管と；該酸素ガス導入口に連通させて接
続された酸素ガス導入管と；該水素ガス導入管を加熱す
るための加熱手段と；を少なくとも有し、該水素ガス導
入管の少なくとも内表面がニッケル又はニッケルを含む
材料よりなることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項２】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部とガスを内部に導入するためのガス導入口とを有
する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心管加
熱手段と；該ガス導入口に連通させて接続され、ガス源
側に複数の分岐管を有するガス導入管と；該水素ガス又
は水素を含むガスを導入しようとする分岐管を加熱する
ための加熱手段と；を少なくとも有し、水素ガス又は水
素を含むガスを導入しようとする分岐管の一部又は全部
の少なくとも内表面がニッケル又はニッケルを含む材料
よりなることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項３】被処理物を搬出入するための開閉可能な
開口部と水素ガスを内部に導入するための水素ガス導入
口と酸素ガスを内部に導入するための酸素ガス導入口を
有する炉心管と；該炉心管内部を加熱するための炉心管
加熱手段と；を有し、該炉心管の、少なくとも被処理物
が配置された位置よりも上流側の少なくとも内表面がニ
ッケル又はニッケルを含む材料よりなることを特徴とす
る酸化膜形成装置。
【請求項４】前記ニッケルを含む材料は、Ｎｉ−Ｍｏ
系合金又はＮｉ−Ｗ系合金であることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の酸化膜形成装
置。
【請求項５】前記ニッケルを含む材料は、表面粗度
が、１μｍ以下の表面粗度に電解研磨されたステンレス
鋼であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れか１項に記載の酸化膜形成装置。
【請求項６】前記ステンレス鋼の表面には、不純物濃
度が１０ｐｐｂ以下の酸化性雰囲気中で熱処理すること
により形成された不動態膜が形成されていることを特徴
とする請求項５記載の酸化膜形成装置。
【請求項７】前記ステンレス鋼の表面には、酸化性雰
囲気中で熱処理した後、水素雰囲気中で還元処理を行う
ことにより形成された不動態膜が形成されていることを
特徴とする請求項５記載の酸化膜形成装置。