JPH07297201A - 半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

半導体基板の熱処理方法及び熱処理装置

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JPH07297201A
JPH07297201A JP8161194A JP8161194A JPH07297201A JP H07297201 A JPH07297201 A JP H07297201A JP 8161194 A JP8161194 A JP 8161194A JP 8161194 A JP8161194 A JP 8161194A JP H07297201 A JPH07297201 A JP H07297201A
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JP
Japan
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heat treatment
gas
treatment chamber
temperature
semiconductor substrate
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JP8161194A
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English (en)
Inventor
Shunichi Yoshikoshi
俊一 吉越
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜形成その他の熱処理を行うべく半導体基
板を加熱する熱処理方法及び熱処理装置について、水分
を含む処理ガスをも使用可能とした技術を提供する。 【構成】 少なくとも水分を含有する処理ガス6を用い
て半導体基板4を熱処理する場合、半導体基板を熱処理
する熱処理室10の一部または全部が二重以上の多重管
(内管3、外管2等)で構成され、これら多重管壁間隙
に加熱用ガス8を導入して、熱処理室を少なくともその
内圧において水分が結露しない温度に保ちつつ熱処理を
行う。必要により、熱処理室が所定の温度より低い場
合、処理ガスを流さないインターロック等を設けた構成
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、半導体基板の熱処理方
法及び熱処理装置に関する。本発明は、例えば、電子材
料(半導体装置等)製造等のプロセスにおける半導体基
板の熱処理の場合に利用することができる。
【0002】
【従来の技術】半導体基板に対して熱処理を施すことは
種々の工程において要せられる。例えば、シリコン半導
体基板を熱処理して、酸化膜を形成することが行われて
いる。ゲート絶縁膜として用いられる酸化膜の形成など
である。
【0003】最先端技術により形成されるシリコン集積
回路、特にMOS(Metal−Oxide−Semi
conductor)集積回路では、膜厚が極めて薄い
酸化膜がゲート絶縁膜に用いられる。とりわけ、ゲート
長が1.0μm以下のサブミクロンMOSデバイスで
は、膜厚が例えば10nm以下となる酸化膜が用いら
れ、このように膜厚を薄くすることによって利得の向上
が図られている。
【0004】かかる絶縁膜の形成方法として基板の加熱
手段が用いられているのであり、代表的には、酸化性雰
囲気として主に乾燥酸素を用いるドライ酸化、及び水蒸
気(または加湿酸素)を用いるウェット酸化が採用され
る。
【0005】水蒸気(または加湿酸素)を用いた方が以
下のような利点が期待できる。 1.絶縁膜の初期歩留りにおいて乾燥酸素より安定的に
形成できる。(E.A.Irene,J.Electr
ochem.Soc.,125,p1708(197
8)) 2.絶縁膜の経時劣化の寿命が長い。(C.M.Osb
orn,J.Electrochem.Soc.,12
1,p809(1974)) 3.膜中にOH基が取り込まれることによると考えられ
る膜応力の緩和により、トレンチコーナー等段差部での
酸化膜の薄膜化が抑制できる。
【0006】一方、熱処理装置としては一般に抵抗加熱
炉が用いられ、加熱された石英管内に基板を導入し酸化
性雰囲気で一定時間放置することによって基板表面に酸
化膜を形成する。ところが、基板導入時に大気の巻き込
みにより、酸化膜の形成が進行する。これらの酸化膜が
本来形成すべき膜の膜厚均一性及び電気特性を劣化させ
るという欠点がある。
【0007】これに対し、基板を加熱するための輻射光
を発生する発熱体とこの発熱体からの輻射光を透過でき
る熱処理室とこの熱処理室へ処理ガスを導入する構造を
備える熱処理装置(いわゆるRTA(Rapid Th
ermal Anneal)装置)では、熱処理室への
基板導入時はほぼ室温に保たれており、処理雰囲気(例
えば、酸化性雰囲気)に切り替えてから所定の処理温度
へ急速に加熱できるため、前述の基板導入時の酸化膜の
形成がほとんど生じないという利点がある。
【0008】さらに、熱処理の際、熱処理室は輻射光を
ほとんど吸収しないため温度が上がることがなく、よっ
て外部からメタル等の汚染物質が熱処理室を拡散して入
り込むことが少なく、従来の電気炉に比べてクリーンな
雰囲気で熱処理が可能となる。
【0009】ところが、この熱処理装置には、前述の水
蒸気(または加湿酸素)を処理ガスとして用いることが
できないという大きな欠点がある。熱処理室の温度が上
がらないために水蒸気(または加湿酸素)を処理ガスに
用いた場合、熱処理室内に水分が結露してしまい、輻射
光の不均一化、基板への水分の付着及びこれらによる熱
処理・成膜の不均一が不可避的に生じるからである。極
端な場合、熱処理室が水浸しになってしまう。
【0010】
【発明の目的】本発明の目的は、薄膜形成その他の熱処
理を行うべく半導体基板を加熱する熱処理方法及び熱処
理装置について、水分を含む処理ガスをも使用可能とし
た技術を提供することを目的とする。
【0011】
【目的を達成するための手段】本出願の請求項1の発明
は、少なくとも水分を含有する処理ガスを用いて半導体
基板を熱処理する熱処理方法において、半導体基板を熱
処理する熱処理室の一部または全部が二重以上の多重管
で構成され、これら多重管壁間隙に加熱用ガスを導入し
て、前記熱処理室を少なくとも前記熱処理室内圧におい
て水分が結露しない温度に保ちつつ熱処理を行うことを
特徴とする半導体基板の熱処理方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。
【0012】本出願の請求項2の発明は、熱処理室が所
定の温度より低い場合、処理ガスを流さない構成とした
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の熱処理
方法であって、これにより上記目的を達成するものであ
る。
【0013】本出願の請求項3の発明は、半導体基板を
加熱するための輻射光を発生する発熱体と、該発熱体か
らの輻射光を透過できる材料で一部もしくは全部が形成
された前記基板の雰囲気を維持する熱処理室と、該熱処
理室へ前記基板を処理するための処理ガスを導入するガ
ス導入部とから成る熱処理装置において、前記処理ガス
は少なくとも水分を含有するものであり、前記処理室の
一部もしくは全部が二重以上の多重壁で構成され、か
つ、これら多重壁間隙に前記輻射光を透過できる加熱用
ガスが導入できる構造を備え、この加熱用ガスにより前
記熱処理室を少なくとも前記熱処理室内圧において水分
が結露しない温度に保ちつつ熱処理を行うことを特徴と
する半導体基板の熱処理装置であって、これにより上記
目的を達成するものである。
【0014】本出願の請求項4の発明は、熱処理室の温
度を検知する温度検知手段と、該温度が所定の温度より
低いと、処理ガスを流さない構成としたインターロック
機構を備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体
装置の熱処理装置であって、これにより上記目的を達成
するものである。
【0015】
【作用】本発明によれば、半導体基板を熱処理する熱処
理室を構成する多重管の管壁間隙に加熱用ガスを導入し
て、この熱処理室を少なくとも熱処理室の内圧において
水分が結露しない温度に保ちつつ熱処理を行うので、水
分を含有する処理ガスを用いて半導体基板を熱処理する
場合についても、結露の問題を避けることができる。よ
って、例えば水蒸気や加湿酸素を用いた熱処理によりウ
ェット酸化を行う場合についても結露の問題がないの
で、従来型のRTA装置に適用してウェット酸化を用い
ることも可能となる。
【0016】本発明は、このようにすぐれて簡明な構成
により結露を防止した熱処理技術を提供できるものであ
り、例えば多重管に特に熱発生体を設けてこれを加熱源
により加熱して結露を防止するといったような特別な構
成は不要である。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。但し当然のことではあるが、本発明は以下
に述べる実施例により限定を受けるものではない。 実施例1
【0018】この実施例は、本発明を、水蒸気(または
加湿酸素)を用いて半導体基板(ここではSi基板)を
熱処理して、酸化を行う場合に適用したものであり、R
TA装置によってかかるウェット酸化を可能ならしめた
例である。
【0019】図1に示すのは、本実施例に係る熱処理装
置の概略構成図である。
【0020】本実施例の熱処理装置は、被処理半導体基
板4を加熱するための輻射光を発生する発熱体1と、該
発熱体1からの輻射光を透過できる材料で一部もしくは
全部が形成された被処理基板4の処理雰囲気を維持する
熱処理室10と、該熱処理室10へ基板4を処理するた
めの処理ガスを導入するガス導入部とから成り(処理ガ
スの導入を矢印6で示す)、処理ガスは少なくとも水分
を含有するものであり、処理室10の一部もしくは全部
(ここでは全部)が二重以上の多重壁(ここでは内管3
と外管2とから成る二重管)で構成され、かつ、これら
多重管壁間隙に発熱体1の輻射光を透過できる加熱用ガ
スが導入できる構造(加熱用ガスの導入を矢印8で示
す)を備え、この加熱用ガスにより熱処理室10を少な
くともこの熱処理室内圧において水分が結露しない温度
に保ちつつ熱処理を行うものである。
【0021】本実施例ではこの熱処理装置を用いて、処
理室で結露が生じない温度に保ちつつ、熱処理を行う。
【0022】より詳しくは、本実施例において、発熱体
1としては例えば、タングステンハロゲンランプを用い
ることができる。図1中、符号5は基板支持具を示す。
6は処理ガス、7は処理済み廃ガス、8は加熱用ガス、
9は加熱済み廃ガスである。
【0023】熱処理室10を構成する内管3と外管2
は、それらの上下に配置されている発熱体1からの輻射
光を透過できる溶融石英等の材料で構成され、また内管
3と外管2の間隙には加熱用ガス8が導入できる構成に
なっている。
【0024】Si等の基板4を内管3内の基板支持具5
上に設置し窒素や乾燥酸素等の処理ガス6を導入し所定
の温度へ発熱体1の輻射光により昇温することによっ
て、薄膜形成(もしくはその他の熱処理)を行うように
なっている。
【0025】処理ガス6として水蒸気(または加湿酸
素)を用いる場合は、加熱用ガス8により熱処理室を所
定の温度(少なくとも処理室内圧において水分が結露し
ない温度)に保ちつつ熱処理を行う。
【0026】これにより、処理ガス6に含まれる水分が
熱処理室内壁に結露することなく処理が達成される。よ
って、結露した水による輻射光の不均一化、基板への水
分の付着を防ぐことができ、水蒸気(または加湿酸素)
のような水分を含んだ処理ガス6を用いても均一な薄膜
形成もしくは熱処理を行うことができる。また、結露し
た水が連続して行われる次の処理に影響することも同時
に防止できる。
【0027】上記のように、本実施例によれば、酸化膜
等の薄膜形成もしくはその他の熱処理を行う場合に、被
処理基板を加熱するための輻射光を発生する発熱体とこ
の発熱体からの輻射光を透過できる材料で一部もしくは
全部が構成された被処理基板の雰囲気を維持する熱処理
室とこの熱処理室へ基板を処理するための処理ガスを導
入するガス導入部とから成る熱処理装置(例えばいわゆ
るRTA装置)において、処理ガスとして水蒸気(また
は加湿酸素)を使用できる。
【0028】これにより、前記熱処理装置の持つ利点
(基板導入時に余分な酸化膜が形成されないという利
点、また外部からのメタル等汚染の進入が少ないという
利点等。)を活かしつつ、水分を含む雰囲気での膜形成
が可能になり、よって絶縁膜としての初期歩留りが良
く、経時劣化の寿命が長いというより高性能な絶縁膜
を、より安定的に形成することが可能になった。
【0029】実施例2 本実施例は、実施例1の装置について、熱処理室が所定
の温度以下のときは水蒸気(または加湿酸素)を流さな
いようなインターロックを備える構成としたもので、こ
れにより実用上一層有用性を高めた。
【0030】即ち本実施例では、図2に示すように、熱
処理室10の温度を適宜温度検知手段12により検知
し、この温度信号によりインターロック11を制御し
て、所定の温度以下のときは水蒸気(または加湿酸素)
の流れを止める構成とした。その他の構成は実施例1と
同様であるので、同一の符号を付して、詳しい説明は省
略する。
【0031】これにより、本実施例では、熱処理室10
が所定の温度より低い場合、処理ガスを流さない構成と
したので、結露防止を更に確実にできる。
【0032】その他、本実施例は、実施例1と同様の効
果を発揮できる。
【0033】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、薄膜形成
その他の熱処理を行うべく半導体基板を加熱する熱処理
方法及び熱処理装置について、結露を防止して、水分を
含む処理ガスをも使用可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の熱処理装置を示す構成図である。
【図2】実施例2の熱処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 発熱体 2 熱処理室を構成する多重管(二重管)の外管 3 熱処理室を構成する多重管(二重管)の内管 4 被処理基板 5 基板支持具 6 処理ガス(水蒸気・加湿酸素等) 7 処理済み廃ガス 8 加熱用ガス(導入) 9 加熱済み廃ガス 10 熱処理室 11 インターロック 12 温度検知手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年7月7日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】本出願の請求項4の発明は、熱処理室の温
度を検知する温度検知手段と、該温度が所定の温度より
低いと、処理ガスを流さない構成としたインターロック
機構を備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体
基板の熱処理装置であって、これにより上記目的を達成
するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/26 21/31 21/316 S

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも水分を含有する処理ガスを用い
    て半導体基板を熱処理する熱処理方法において、 半導体基板を熱処理する熱処理室の一部または全部が二
    重以上の多重管で構成され、 これら多重管壁間隙に加熱用ガスを導入して、前記熱処
    理室を少なくとも前記熱処理室内圧において水分が結露
    しない温度に保ちつつ熱処理を行うことを特徴とする半
    導体基板の熱処理方法。
  2. 【請求項2】熱処理室が所定の温度より低い場合、処理
    ガスを流さない構成としたことを特徴とする請求項1に
    記載の半導体基板の熱処理方法。
  3. 【請求項3】半導体基板を加熱するための輻射光を発生
    する発熱体と、該発熱体からの輻射光を透過できる材料
    で一部もしくは全部が形成された前記基板の雰囲気を維
    持する熱処理室と、該熱処理室へ前記基板を処理するた
    めの処理ガスを導入するガス導入部とから成る熱処理装
    置において、 前記処理ガスは少なくとも水分を含有するものであり、 前記処理室の一部もしくは全部が二重以上の多重管で構
    成され、 かつ、これら多重管壁間隙に前記輻射光を透過できる加
    熱用ガスが導入できる構造を備え、 この加熱用ガスにより前記熱処理室を少なくとも前記熱
    処理室内圧において水分が結露しない温度に保ちつつ熱
    処理を行うことを特徴とする半導体基板の熱処理装置。
  4. 【請求項4】熱処理室の温度を検知する温度検知手段
    と、該温度が所定の温度より低いと、処理ガスを流さな
    い構成としたインターロック機構を備えることを特徴と
    する請求項3に記載の半導体装置の熱処理装置。
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