JPH08288275A - 酸化装置および酸化方法 - Google Patents

酸化装置および酸化方法

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JPH08288275A
JPH08288275A JP8088030A JP8803096A JPH08288275A JP H08288275 A JPH08288275 A JP H08288275A JP 8088030 A JP8088030 A JP 8088030A JP 8803096 A JP8803096 A JP 8803096A JP H08288275 A JPH08288275 A JP H08288275A
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gas
reaction tube
flow rate
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oxygen
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Shunshoku Boku
俊 植 朴
Gyondai Kin
▲ぎょん▼ 台 金
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 湿式酸化時水素ガスのオーバーシュートを防
止するための酸化装置および酸化方法を提供する。 【解決手段】 酸素ガスの流量を制御するための第１流
量制御装置と、前記第１流量制御装置に連結された第１
開閉手段を具備する第１ガス配管と、水素ガスの流量を
制御するための第２流量制御装置と、第２流量制御装置
の入力端に連結された第２開閉手段を具備する第２ガス
配管と、第１ガス配管および第２ガス配管を通過したガ
スを反応させるための反応管と、反応管から発生した物
質を利用して半導体基板を酸化させるための工程チュー
ブを具備する酸化装置において、一端は第２流量制御装
置と第２開閉手段の間に連結され、他端は第１のガスの
供給器に連結され、第１のガスを開閉するための第３開
閉手段を具備する第３ガス配管をさらに具備する。従っ
て、簡単な構造と方法を以って水素ガスのオーバーシュ
ートを防止しうるので、安全事故の予防と製品の信頼性
および生産効率を向上させうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造装置
および製造方法に係り、特に湿式酸化工程において水素
ガスのオーバーシュートを防止しうる酸化装置および酸
化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、シリコ
ンウェーハ上に酸化膜を形成する工程は基本的であり、
よく使われる工程である。ウェーハの表面に酸化膜（Ｓ
ｉＯ2）を形成する方法の一つである湿式酸化方法は、
水素ガスと酸素ガスが高温（８５０℃）で反応して発生
する純粋な水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を利用してウェーハを酸化
させる工程である。
【０００３】まず、酸素ガスを反応管の内部に注入して
反応管の内部を酸素ガスの雰囲気に作ってから水素ガス
を反応管に注入する。この際、水素ガスの注入の初期に
オーバーシュートまたはサージ現象が起こる。このよう
な水素ガスのオーバーシュートは激しい水素ガスの流れ
による異常反応であり、水素爆発を誘発し、製品の品質
に悪影響を与える。
【０００４】図１は、従来の湿式酸化装置を示したもの
である。
【０００５】参照符号１は酸素ガスの注入口、２は水素
ガスの注入口、１１は酸素ガス用の流量制御装置（以
下、第１流量制御装置（ＭＦＣ１）とも称する）、１４
は水素ガス用の流量制御装置（以下、第２流量制御装置
（ＭＦＣ２）とも称する）、１２は酸素ガス用の空気バ
ルブ（以下、第１空気バルブとも称する）、１３は水素
ガス用の空気バルブ（以下、第２空気バルブと称す
る）、１５は反応管、１６は工程チューブ、１７はチュ
ーブコンピューター、そして１８はソフトスタートシス
テムを各々示す。
【０００６】前記第１流量制御装置１１および第２流量
制御装置１４は、ガスのオン／オフと流量を制御する。
完璧な制御のために第１流量制御装置１１と空気バルブ
１２とを直列に連結して使用し、同様に第２流量制御装
置１４と空気バルブ１３とを直列に連結して使用する。
【０００７】反応管１５は工程チューブ１６と流量制御
装置１１、１４の間に位置する。８５０℃ほどの高温で
水素ガスと酸素ガスを化学反応させ生成される水蒸気状
態の純粋な水を工程チューブ１６に供給する。
【０００８】工程チューブ１６は６５０℃以上の高温の
石英管である。前記反応管１５から供給された水蒸気を
利用してシリコンウェーハの表面に酸化膜を成長させる
装置である。ソフトスタートシステム１８は水素ガスの
オーバーシュートの現象を防止するために使用する装置
である。第２流量制御装置１４の内部に備えられた電子
式バルブ（図示せず）と、第２空気バルブ１３に信号を
印加して前記バルブ等を開閉させる。
【０００９】前記従来の酸化装置を参照し、従来の湿式
酸化方法を説明する。
【００１０】まず、酸素ガスの注入口１、第１流量制御
装置１１および第１空気バルブ１２を通して酸素ガスが
反応管１５の内部に注入され反応管１５の内部を酸素雰
囲気に作る。
【００１１】酸素ガスが注入されてから三分ほど経ち、
水素ガスが水素ガスの注入口２、第２空気バルブ１３お
よび第２流量制御装置１４を通して反応管１５の内に注
入される。
【００１２】酸化工程が終わった後、水素ガスが遮断さ
れ、反応管１５に残る水素ガスが完全に無くなった後に
酸素ガスの注入が遮断される。
【００１３】水素ガスを注入する初期過程で水素ガスの
流量を制御する第２流量制御装置１４の出力端に、瞬間
的に多くの水素ガスが集中されてオーバーシュートの現
象が発生することになる。このようなオーバーシュート
によって常温の冷たい水素ガスが反応管１５に一時に大
量流入される。反応管１５に流入された水素ガスの中の
一部の水素ガスが酸素と反応すると、その反応による発
熱によって周囲の水素ガスが分解されながら瞬間的に連
鎖反応し爆発を起こす。
【００１４】第１流量制御装置１１と第２流量制御装置
１４はガスの注入の初期に両方オーバーシュートが起こ
る。しかし、酸素ガスは水素ガスが注入される前に注入
されるので、爆発や異常反応を起こさない。
【００１５】水素ガスの注入初期に発生するオーバーシ
ュートを防止するために、従来には第２流量制御装置１
４にソフトスタートシステム１８を連結した。第２流量
制御装置１４の動作の初期に、ソフトスタートシステム
１８が前記第２流量制御装置１４の内の電子式流量制御
バルブ（平常時は開く）を閉めさせた後、第２空気バル
ブを開け過度の水素ガスが反応管１５の内部に流れ込ま
ないようにする。
【００１６】しかし、前記ソフトスタートシステム１８
はその構造が非常に複雑であるだけでなく、ソフトスタ
ートシステムの故障または性能の低下に因したオーバー
シュートも発生される。
【００１７】図２Ａは、従来の湿式酸化工程での理想的
なガスの流れを示したグラフである。図１を参照して説
明する。
【００１８】ａは、酸素ガスのみ反応管に注入されてい
る区間である。
【００１９】第２空気バルブ１３は、閉まった状態なの
で水素ガスは流れなく、酸素ガスのみ反応管１５の内部
に注入される。チューブコンピューター（図１の符号１
７）が第２流量制御装置１４にガス注入信号を伝達す
る。第２流量制御装置１４の内部の電子式流量制御バル
ブが８〜１２秒後に閉まった後、ｂ時点から第２空気バ
ルブ１３が開きながら水素が反応管１５に注入される。
ｃは、水素ガスが続いて反応管に注入され反応管内の水
素ガス量が上昇する区間であり、ｄは、水素ガスが酸素
ガスと反応しながら反応管内のガス量が安定する区間を
示す。また、図の縦軸において、ａ〜ｄ区間の各ガスの
流量は、全部反応管の入口で測定された流量を示す。
【００２０】図２Ｂは、従来の湿式酸化工程での実際の
ガスの流れを示したグラフである。
【００２１】ａは、酸素ガスのみ反応管に注入されてい
る区間である。
【００２２】第２流量制御装置１４の内部の電子式流量
制御バルブが８〜１２秒後に閉まった後、ｂ時点から第
２空気バルブ１３が開き水素が反応管１５に注入され始
める。
【００２３】ｃは、水素ガスのオーバーシュートの段階
を経ながら大量の水素ガスが急激に反応管に供給され、
酸素ガスと異常反応を起こす区間である。
【００２４】ｄは、反応管内の水素ガス量が上昇する区
間であり、ｅは、水素ガスが酸素ガスと反応しながらガ
ス量が安定する区間を示す。また、図の縦軸において、
ａ〜ｅ区間の各ガスの流量は、全部反応管の入口で測定
された流量を示す。
【００２５】前述のように、水素ガスのオーバーシュー
トは爆発を起こし、製品の品質を低下させる要因にな
る。従来にはオーバーシュートを防止するために流量制
御装置にソフトスタートシステムを連結して使用した。
しかし、ソフトスタートシステムはその構造が非常に複
雑で、故障および性能低下によって依然としてオーバー
シュートが発生される問題点がある。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、安定
した酸化反応が起こるようにする酸化装置を提供するこ
とにある。
【００２７】本発明の他の目的は、安定した酸化反応が
起こるようにする酸化方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による酸化装置は、酸素ガスの流量を制御する
ための第１流量制御装置と、前記第１流量制御装置に連
結された第１開閉手段を具備する第１ガス配管と、水素
ガスの流量を制御するための第２流量制御装置と、前記
第２流量制御装置の入力端に連結された第２開閉手段を
具備する第２ガス配管と、前記第１ガス配管および第２
ガス配管を通過したガスを反応させるための反応管と、
前記反応管から発生した物質を利用して半導体基板を酸
化させるための工程チューブとを具備する酸化装置にお
いて、一端は前記第２流量制御装置と第２開閉手段との
間に連結され、他端は第１のガスの供給器に連結され、
前記第１のガスを開閉するための第３開閉手段を具備す
る第３ガス配管をさらに具備することを特徴とする。
【００２９】また、前記目的を達成するための本発明に
よる酸化装置は、前記第１のガスが、酸素ガスと反応し
ないガスであることを特徴とする。
【００３０】さらに、前記目的を達成するための本発明
による酸化装置では、前記第１のガスが、窒素ガスまた
はヘリウムガスであることを特徴とするのが望ましい。
【００３１】前記他の目的を達成するための本発明によ
る酸化方法は、酸素ガスを反応管に注入する第１段階
と、前記酸素ガスと反応しない第１のガスを反応管に注
入する第２段階と、前記第１のガスの注入を遮断する第
３段階と、水素ガスを反応管に注入させ、前記酸素ガス
と反応させる第４段階で進行されることを特徴とする。
【００３２】前記他の目的を達成するための本発明によ
る酸化方法では、前記第２段階が、水素ガスの流量を制
御するための第２流量制御装置からガスのオーバーシュ
ートが起こる時間の間に進行されることを特徴とするの
が望ましい。
【００３３】また、前記他の目的を達成するための本発
明による酸化方法は、前記第１のガスが、酸素ガスと反
応しないガスであることを特徴とする。
【００３４】さらに、前記他の目的を達成するための本
発明による酸化方法では、前記第１のガスが、窒素ガス
またはヘリウムガスであることを特徴とするのが望まし
い。
【００３５】さらにまた、前記他の目的を達成するため
の本発明による酸化方法では、前記第１のガスと水素ガ
スは、同一のガス配管を通して反応管に注入されること
を特徴とする。
【００３６】前記他の目的を達成するための本発明によ
る他の酸化方法は、酸素ガスを反応管に注入する第１段
階と、前記酸素ガスと反応しない第１のガスと水素ガス
を同時に前記反応管に注入する第２段階と、前記第１の
ガスの注入を遮断する第３段階で進行されることを特徴
とする。
【００３７】前記他の目的を達成するための本発明によ
る他の酸化方法では、前記第２段階が、水素ガスの流量
を制御するための第２流量制御装置でガスのオーバーシ
ュートが起こる時間の間に進行されることを特徴とする
のが望ましい。
【００３８】また、前記他の目的を達成するための本発
明による他の酸化方法では、前記第１のガスが、酸素ガ
スと反応しないガスであることを特徴とする。
【００３９】さらに、前記他の目的を達成するための本
発明による他の酸化方法では、前記第１のガスが、窒素
ガスまたはヘリウムガスであることを特徴とするのが望
ましい。
【００４０】さらにまた、前記他の目的を達成するため
の本発明による他の酸化方法では、前記第１のガスと水
素ガスは同一のガス配管を通して反応管に注入されるこ
とを特徴とする。
【００４１】本発明によれば、水素ガスのオーバーシュ
ートを防止して反応管では安定した酸化が起こる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づき本発明
による酸化装置および酸化方法を詳しく説明する。
【００４３】図面において、図１ないし図２Ｂの同一な
参照符号は同一な部分を示す。
【００４４】図３は、本発明による酸化装置の一つの実
施の形態を表す概略図を示したものである。図面参照符
号１は酸素ガスの注入口、２は水素ガスの注入口、３は
第１のガスの注入口、１１は第１流量制御装置、１２は
第１空気バルブ、１３は第２空気バルブ、１４は第２流
量制御装置、１５は反応管、１６は工程チューブ、２０
は第３空気バルブを各々示す。
【００４５】流量制御装置１１および１４は、ガスのオ
ン／オフおよび流量を制御する。完璧なオン／オフの目
的で第１流量制御装置１１と空気バルブ１２とを直列に
連結して使用し、同様に第２流量制御装置１４と空気バ
ルブ１３とを直列に連結して使用する。
【００４６】反応管１５は、工程チューブ１６と流量制
御装置１１、１４との間に位置し、８５０℃ほどの高温
で水素ガスと酸素ガスを化学反応させて生成された水蒸
気状態の純粋な水を工程チューブ１６に供給する。
【００４７】工程チューブ１６は、６５０℃以上の高温
の石英管である。前記反応管１５から供給される水蒸気
を利用してシリコンウェーハの表面に酸化膜を成長させ
るための装置である。
【００４８】本発明による酸化装置は、従来の酸化装置
と比較すれば、第１のガスを開閉するための第３空気バ
ルブ２０を具備した第３ガス配管がさらに具備されてい
ることがわかる。前記第３空気バルブ２０の一端は前記
第２流量制御装置１４と第２空気バルブ１３の間に連結
される。他端は第１のガスの注入口３に連結される。前
記第１のガスは酸素ガスと反応しないガスとして、例え
ば、窒素ガスまたはヘリウムガスである。
【００４９】本発明の酸化装置を利用した酸化方法を説
明する。
【００５０】本発明による酸化方法の第１実施例は、酸
素ガスを反応管１５に注入する第１段階、第１のガスを
反応管１５に注入する第２段階、第１のガスの注入を遮
断する第３段階、水素ガスを反応管１５に注入する第４
段階で進行される。
【００５１】流量制御装置１１、１４でのオーバーシュ
ートはいつも存在していると仮定する。まず、酸素ガス
を反応管１５に注入して反応管１５を酸素雰囲気に作
る。第２流量制御装置（図３の符号１４）でオーバーシ
ュートが起こる時間の間は酸素ガスと反応しない第１の
ガスを反応管１５に注入した後、オーバーシュートが発
生する時間が過ぎた後水素ガスを注入することにより水
素ガスのオーバーシュートが発生されないようにする。
【００５２】具体的に、酸素ガスの注入口１、第１流量
制御装置１１および第１空気バルブ１２を通して酸素ガ
スを反応管１５に注入する。酸素ガスが三分以上注入さ
れた後、第１のガスを注入する。即ち、酸素ガスが注入
されるうちに第３ガス注入口３を通して酸素ガスと反応
しない第１のガス、例えば窒素ガスまたはヘリウムガス
を第３空気バルブ２０および第２流量制御装置１４を経
て反応管１５に注入する。
【００５３】この際、前記第２流量制御装置１４の作動
の初期に窒素ガス（またはヘリウムガス）のオーバーシ
ュートが発生する。
【００５４】第２流量制御装置１４での窒素ガスのオー
バーシュートが完了された後、水素ガスを反応管１５に
注入する。
【００５５】しかし、前記第２流量制御装置１４の作動
の初期にオーバーシュートを起こす窒素ガス（またはヘ
リウムガス）のオーバーシュートが発生するが、窒素ガ
スは酸素と反応しないので、爆発や異常反応を起こさな
い。また、前記第２流量制御装置１４でのオーバーシュ
ートが完了される時、第２空気バルブ１３が開くので、
反応管１５には水素ガスの安定的な供給が行われる。
【００５６】本発明による酸化方法の第１実施例によれ
ば、前記第２流量制御装置でオーバーシュートが完了さ
れた後に水素ガスを反応管１５に注入することにより、
反応管から安定した反応が起こるようにする。
【００５７】本発明による酸化方法の第２実施例は、酸
素ガスを反応管に注入する第１段階、第１のガスと水素
ガスを同時に反応管に注入する第２段階、第１のガスの
注入を遮断する第３段階で進行される。
【００５８】具体的に酸素ガスを反応管１５に注入した
後、前記第２流量制御装置１４でのオーバーシュートが
発生される間、第１のガスを水素ガスと混合して反応管
１５に注入する。前記第１のガスは、酸素ガスと反応し
ないガスとして、例えば、窒素ガスまたはヘリウムガス
であり、水素ガスと同一な配管を通して反応管１５に注
入される。
【００５９】前記第２実施例でも第１実施例と同じ効果
を得ることができる。
【００６０】図４は、本発明による酸化時ガスの流量の
変化を示したグラフである。
【００６１】ａは、第１空気バルブ１２が開いて酸素ガ
スが反応管１５の内部に注入されている区間である。
【００６２】ｂは、第２空気バルブ１３が閉まった状態
で第３空気バルブ２０が開き窒素ガスが反応管１５に注
入される区間である。
【００６３】ｃは、窒素ガスのオーバーシュートが起こ
る区間である。
【００６４】ｄは、窒素ガスのオーバーシュートが終わ
る時点で第２空気バルブ１３が開き水素ガスが第２流量
制御装置１４を通して反応管１５に注入され、反応管内
の水素ガス量が上昇する区間である。
【００６５】ｅは、水素ガスと酸素ガスの安定した反応
が起こって水素ガス量が安定する区間を示す。
【００６６】また、図の縦軸において、ａ〜ｅ区間の各
ガスの流量は、全部反応管の入口で測定された流量を示
す。
【００６７】ここで、第３空気バルブ２０を閉めてから
第２空気バルブ１３を開けるまでの時間により、反応管
１５の内部のガスの混合比（窒素：水素）が変化する。
水素ガスが注入される初期には窒素ガスの比率が水素ガ
スの比率より高い。しかし、上昇時間（約１〜２分）の
間に反応管１５の内部が水素ガスに替わるので実際の酸
化工程が行われる時は水素ガスと酸素ガスのみの流れが
起こる。
【００６８】図５Ａは、従来の酸化工程時流量制御装置
と空気バルブの動作を示した流れ図である。
【００６９】第２流量制御装置が動作する初期（図面符
号Ａ）に水素ガスのオーバーシュートが発生し、水素ガ
スが反応管に急激に注入され酸素と異常反応を起こるこ
とになる。
【００７０】図５Ｂは、本発明の酸化方法による流量制
御装置と空気バルブの動作を示した流れ図である。
【００７１】第２流量制御装置の動作の初期には、第２
空気バルブを閉め第３空気バルブを開放することにより
窒素ガスが反応管に注入される。第２流量制御装置でガ
スのオーバーシュートを経てから安定した後に（約０〜
１秒ほど、図面符号Ｃ）、第３空気バルブを閉めてから
第２空気バルブを開け水素ガスが安定的に供給されるよ
うにする。
【００７２】
【発明の効果】前述した本発明による酸化装置および酸
化方法によれば、簡単な構造と簡単な方法で従来の水素
ガスのオーバーシュートを防止しうる。従って、安全事
故の予防と製品の信頼性および生産効率を向上させう
る。
【００７３】本発明は前記実施例に限定されなく、本発
明の技術的思想を外れない範囲の内で多くの変更が可能
であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の湿式酸化装置の一つの実施の形態を表
す概略図である。
【図２】 図２Ａは、酸化膜の形成時の異常的なガスの
流れを示したグラフである。図２Ｂは、従来の酸化工程
時、実際のガスの流れを示したグラフである。
【図３】 本発明による酸化装置の一つの実施の形態を
表す概略図である。
【図４】 本発明による酸化工程時、ガスの流れを示し
たグラフである。
【図５】 図５Ａは、従来の流量制御装置と空気バルブ
の動作を示した流れ図である。図５Ｂは、本発明の流量
制御装置と空気バルブの動作を示した流れ図である。
【符号の説明】
１…酸素ガスの注入口、 ２…水素ガスの
注入口、３…第１のガスの注入口、１１…第１流量制御
装置、 １２…第１空気バルブ、１３…第２
空気バルブ １４…第２流量制御装置、
１５…反応管、 １６…工程チュ
ーブ、１７…チューブコンピューター、 １８…ソ
フトスタートシステム、２０…第３空気バルブ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素ガスの流量を制御するための第１流
    量制御装置と、 前記第１流量制御装置に連結された第１開閉手段を具備
    する第１ガス配管と、 水素ガスの流量を制御するための第２流量制御装置と、 前記第２流量制御装置の入力端に連結された第２開閉手
    段を具備する第２ガス配管と、 前記第１ガス配管および第２ガス配管を通過したガスを
    反応させるための反応管と、 前記反応管から発生した物質を利用して半導体基板を酸
    化させるための工程チューブとを具備する酸化装置にお
    いて、 一端は前記第２流量制御装置と第２開閉手段との間に連
    結され、他端は第１のガスの供給器に連結され、前記第
    １のガスを開閉するための第３開閉手段を具備する第３
    ガス配管をさらに具備することを特徴とする酸化装置。
  2. 【請求項２】 前記第１のガスは酸素ガスと反応しない
    ガスであることを特徴とする請求項１に記載の酸化装
    置。
  3. 【請求項３】 前記第１のガスは窒素ガスまたはヘリウ
    ムガスであることを特徴とする請求項２に記載の酸化装
    置。
  4. 【請求項４】 酸素ガスを反応管に注入する第１段階
    と、 前記酸素ガスと反応しない第１のガスを反応管に注入す
    る第２段階と、 前記第１のガスの注入を遮断する第３段階と、 水素ガスを反応管に注入させ、前記酸素ガスと反応させ
    る第４段階で進行されることを特徴とする酸化方法。
  5. 【請求項５】 前記第２段階は、水素ガスの流量を制御
    するための第２流量制御装置からオーバーシュートが起
    こる時間の間に進行されることを特徴とする請求項４に
    記載の酸化方法。
  6. 【請求項６】 前記第１のガスは酸素と反応しないガス
    であることを特徴とする請求項４に記載の酸化方法。
  7. 【請求項７】 酸素ガスを反応管に注入する第１段階
    と、 前記酸素ガスと反応しない第１のガスと水素ガスを同時
    に前記反応管に注入する第２段階と、 前記第１のガスの注入を遮断する第３段階で進行される
    ことを特徴とする酸化方法。
  8. 【請求項８】 前記第１のガスと水素ガスは同一のガス
    配管を通して反応管に注入されることを特徴とする請求
    項７に記載の酸化方法。
  9. 【請求項９】 前記第２段階は、第２流量制御装置でオ
    ーバーシュートが起こる時間の間に進行されることを特
    徴とする請求項７に記載の酸化方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１のガスは酸素と反応しないガ
    スであることを特徴とする請求項７に記載の酸化方法。
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