JPH11186248A

JPH11186248A - シリコン酸化膜の形成方法及びシリコン酸化膜形成装置

Info

Publication number: JPH11186248A
Application number: JP35336297A
Authority: JP
Inventors: Nobufumi Tanaka; 伸史田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン層にドライ酸化膜が形成されることを
低減することができ、しかも、特性の優れたシリコン酸
化膜を形成することができるシリコン酸化膜形成方法を
提供する。【解決手段】シリコン酸化膜の形成方法は、（Ａ）燃焼
室３０、（Ｂ）処理室１０、（Ｃ）配管系３１，３６、
（Ｄ）ガス流切替手段３４，３５、（Ｅ）冷却手段３７
を備えたシリコン酸化膜形成装置を用い、少なくとも、
燃焼室３０への酸素ガスの供給開始後、燃焼室３０への
水素ガスの供給により水蒸気が燃焼室３０内で生成する
までの間、燃焼室３０を系外との連通状態として燃焼室
３０内のガスを配管系３１，３６を介して系外に排気
し、次いで、燃焼室３０を処理室１０との連通状態とし
て燃焼室３０にて生成した水蒸気を配管系３１を介して
処理室１０内に導入し、シリコン層の表面にシリコン酸
化膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体装置
の製造におけるシリコン酸化膜の形成方法、及び係るシ
リコン酸化膜の形成方法の実施に適したシリコン酸化膜
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＭＯＳ型半導体装置の製造におい
ては、シリコン酸化膜から成るゲート酸化膜をシリコン
半導体基板の表面に形成する必要がある。また、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）の製造においても、絶縁性基板の
上に設けられたシリコン層の表面にシリコン酸化膜から
成るゲート酸化膜を形成する必要がある。このようなシ
リコン酸化膜は、半導体装置の信頼性を担っているとい
っても過言ではない。従って、シリコン酸化膜には、常
に、高い絶縁破壊耐圧及び長期信頼性が要求される。

【０００３】例えばＭＯＳ型半導体装置を製造する場
合、従来、ゲート酸化膜を成膜する前に、ＮＨ₄ＯＨ／
Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄し更にＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄
するというＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板の表面
を洗浄し、その表面から微粒子や金属不純物を除去す
る。ところで、ＲＣＡ洗浄を行うと、シリコン半導体基
板の表面は洗浄液と反応し、厚さ０．５〜１ｎｍ程度の
シリコン酸化膜（以下、かかるシリコン酸化膜を単に酸
化膜と呼ぶ）が形成される。かかる酸化膜の膜厚は不均
一であり、しかも、酸化膜中には洗浄液成分が残留す
る。そこで、フッ化水素酸水溶液にシリコン半導体基板
を浸漬して、かかる酸化膜を除去し、更に純水で薬液成
分を除去する。これによって、大部分が水素で終端さ
れ、極一部がフッ素で終端されたシリコン半導体基板の
表面を得ることができる。尚、このような工程によっ
て、大部分が水素で終端され、極一部がフッ素で終端さ
れたシリコン半導体基板の表面を得ることを、本明細書
では、シリコン半導体基板の表面を露出させると表現す
る。その後、かかるシリコン半導体基板をシリコン酸化
膜形成装置の処理室（酸化炉）に搬入して、シリコン半
導体基板の表面にシリコン酸化膜を形成する。

【０００４】シリコン酸化膜形成装置としては、ゲート
酸化膜の薄膜化及び基板の大口径化に伴い、石英製の処
理室（酸化炉）を水平に保持した横型方式から垂直に保
持した縦型方式のシリコン酸化膜形成装置への移行が進
んでいる。これは、縦型方式のシリコン酸化膜形成装置
の方が、横型方式のシリコン酸化膜形成装置よりも、基
板の大口径化に対処し易いばかりか、シリコン半導体基
板を処理室に搬入する際の大気の巻き込みによって生成
するシリコン酸化膜（以下、かかるシリコン酸化膜を自
然酸化膜と呼ぶ）を低減することができるからである。
しかしながら、縦型方式のシリコン酸化膜形成装置を用
いる場合であっても、２ｎｍ厚程度の自然酸化膜がシリ
コン半導体基板の表面に形成されてしまう。自然酸化膜
には大気中の不純物が多く含まれており、ゲート酸化膜
の薄膜化においては自然酸化膜の存在を無視することが
できない。そのため、（１）シリコン酸化膜形成装置に
配設された基板搬入出部に大量の窒素ガスを流して窒素
ガス雰囲気とする方法（窒素ガスパージ方式）、（２）
一旦、基板搬入出部内を真空とした後、窒素ガス等の不
活性ガスで基板搬入出部内を置換して大気を排除する方
法（真空ロードロック方式）等を採用し、出来る限り自
然酸化膜の形成を抑制する方法が提案されている。

【０００５】そして、処理室（酸化炉）内を不活性ガス
雰囲気とした状態で、シリコン半導体基板を処理室（酸
化炉）に搬入し、次いで、処理室（酸化炉）内を酸化性
雰囲気に切り替え、シリコン半導体基板を熱処理するこ
とでゲート酸化膜を形成する。ゲート酸化膜の形成に
は、高温に保持された処理室内に高純度の水蒸気を導入
することによってシリコン半導体基板の表面を熱酸化す
る方法（湿式酸化法）が採用されており、高純度の乾燥
酸素ガスによってシリコン半導体基板表面を酸化する方
法（乾式酸化法）よりも、電気的信頼性の高いゲート酸
化膜を形成することができる。この湿式酸化法の１つ
に、水素ガスを酸素ガスと高温で混合し、燃焼させるこ
とによって生成した水蒸気をシリコン酸化膜の形成に用
いるパイロジェニック酸化法（水素ガス燃焼酸化法とも
呼ばれる）があり、多く採用されている。通常、このパ
イロジェニック酸化法においては、処理室（酸化炉）の
外部に設けられ、そして７００〜９００゜Ｃに保持され
た燃焼室内に酸素ガスを供給し、その後、燃焼室内に水
素ガスを供給して、高温中で水素ガスを燃焼させる。こ
れによって得られた水蒸気を酸化種として用いる。

【０００６】パイロジェニック酸化法に基づきシリコン
酸化膜を形成するための縦型方式のシリコン酸化膜形成
装置の概念図を図６１に示す。この縦型方式のシリコン
酸化膜形成装置は、垂直方向に保持された石英製の二重
管構造の処理室１０と、処理室１０へ水蒸気及び／ガス
を導入するためのガス導入部１２と、処理室１０から水
蒸気及び／ガスを排気するガス排気部１３と、ＳｉＣか
ら成る円筒状の均熱管１６を介して処理室１０内を所定
の雰囲気温度に保持するためのヒータ１４と、基板搬入
出部２０と、基板搬入出部２０へ窒素ガス等の不活性ガ
スを導入するためのガス導入部２１と、基板搬入出部２
０からガスを排気するガス排気部２２と、処理室１０と
基板搬入出部２０とを仕切るシャッター１５と、シリコ
ン半導体基板を処理室１０内に搬入出するためのエレベ
ータ機構２３から構成されている。エレベータ機構２３
には、シリコン半導体基板を載置するための石英ボート
２４が取り付けられている。また、配管３３及び配管３
２から燃焼室３０に水素ガス及び酸素ガスを供給し、燃
焼室３０内でこれらを高温にて混合し、水素ガスを燃焼
させることによって、水蒸気を生成させる。かかる水蒸
気は、配管３１、ガス流路１１及びガス導入部１２を介
して処理室１０内に導入される。尚、ガス流路１１は、
二重管構造の処理室１０の内壁及び外壁の間の空間に相
当する。

【０００７】図６１に示した縦型方式のシリコン酸化膜
形成装置を使用した、パイロジェニック酸化法に基づく
従来のシリコン酸化膜の形成方法の概要を、図６１、図
６２〜図６５を参照して、以下、説明する。

【０００８】［工程−１０］配管３２、燃焼室３０、配
管３１、ガス流路１１及びガス導入部１２を介して処理
室１０へ窒素ガスを導入し、処理室１０内を窒素ガス雰
囲気とし、且つ、均熱管１６を介してヒータ１４によっ
て処理室１０内の雰囲気温度を７００〜８００゜Ｃに保
持する。尚、この状態においては、シャッター１５は閉
じておく（図６２の（Ａ）参照）。基板搬入出部２０は
大気に解放された状態である。

【０００９】［工程−２０］そして、基板搬入出部２０
にシリコン半導体基板４０を搬入し、石英ボート２４に
シリコン半導体基板４０を載置する。基板搬入出部２０
へのシリコン半導体基板４０の搬入が完了した後、図示
しない扉を閉め、基板搬入出部２０にガス導入部２１か
ら窒素ガスを導入し、ガス排気部２２から排出し、基板
搬入出部２０内を窒素ガス雰囲気とする（図６２の
（Ｂ）参照）。

【００１０】［工程−３０］基板搬入出部２０内が十分
に窒素ガス雰囲気となった時点で、シャッター１５を開
き（図６３の（Ｂ）参照）、エレベータ機構２３を作動
させて石英ボート２４を上昇させ、シリコン半導体基板
４０を処理室１０内に搬入する（図６４の（Ａ）参
照）。エレベータ機構２３が最上昇位置に辿り着くと、
石英ボート２４の基部によって処理室１０と基板搬入出
部２０との間は連通しなくなる。

【００１１】シャッター１５を開く前に、処理室１０内
を窒素ガス雰囲気のままにしておくと、以下の問題が生
じる。即ち、フッ化水素酸水溶液及び純水による洗浄に
よって表面を露出させたシリコン半導体基板を高温の窒
素ガス雰囲気中に搬入すると、シリコン半導体基板４０
の表面に荒れが生じる。この現象は、フッ化水素酸水溶
液及び純水での洗浄によってシリコン半導体基板４０の
表面に形成されたＳｉ−Ｈ結合の一部やＳｉ−Ｆ結合の
一部が、水素やフッ素の昇温脱離によって失われ、シリ
コン半導体基板４０の表面にエッチング現象が生じるこ
とに起因すると考えられている。例えば、アルゴンガス
中でシリコン半導体基板を６００゜Ｃ以上に昇温すると
シリコン半導体基板の表面に激しい凹凸が生じること
が、培風館発行、大見忠弘著「ウルトラクリーンＵＬＳ
Ｉ技術」、第２１頁に記載されている。このような現象
を抑制するために、シャッター１５を開く前に、例え
ば、０．５容量％程度の酸素ガスを含んだ窒素ガスをガ
ス導入部１２から処理室１０内に導入し、処理室１０内
を０．５容量％程度の酸素ガスを含んだ窒素ガス雰囲気
とする（図６３の（Ａ）参照）。

【００１２】［工程−４０］その後、処理室１０内の雰
囲気温度を８００〜９００゜Ｃとする。そして、水蒸気
を処理室１０へ導入する前に、配管３２、燃焼室３０、
配管３１、ガス流路１１及びガス導入部１２を介しての
窒素ガスの導入を停止し、配管３２から燃焼室３０に酸
素ガスを導入し、燃焼室３０内を酸素ガスで満たす。こ
うして、不完全燃焼した水素ガスが処理室１０内に導入
されることによって爆鳴気反応が生じることを防止す
る。この結果、燃焼室３０、配管３１、ガス流路１１及
びガス導入部１２を介して処理室１０内に酸素ガスが流
入する（図６４の（Ｂ）参照）。尚、燃焼室３０内の温
度を、例えばヒータ（図示せず）によって７００〜９０
０゜Ｃに保持する。

【００１３】［工程−５０］次いで、配管３２から酸素
ガスを燃焼室３０に供給し続けながら、配管３３から水
素ガスを燃焼室３０内に供給し、水素ガスと酸素ガスと
を燃焼室３０内で高温にて混合し、燃焼させる。こうし
て生成した水蒸気を、配管３１、ガス流路１１及びガス
導入部１２を介して処理室１０へ導入し、ガス排気部１
３から排気する（図６５参照）。これによって、シリコ
ン半導体基板４０の表面にシリコン酸化膜が形成され
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、水素
ガスを燃焼させる前に、爆鳴気反応を防止するために水
素ガスが導入される領域を予め酸素ガスで十分に満たし
ておく必要がある。ところが、図６１に示した縦型方式
のシリコン酸化膜形成装置においては、［工程−４０］
においてガス導入部１２から酸素ガスが処理室１０内に
流入するので、パイロジェニック酸化法によりシリコン
酸化膜を形成する前に、乾燥酸素ガスを用いた所謂乾式
酸化によってシリコン酸化膜（ドライ酸化膜）が形成さ
れてしまう。例えば、処理室１０内の雰囲気温度を８０
０゜Ｃとし、燃焼室３０に水素ガスを供給する前に処理
室１０内に酸素ガスを１分間流すと、膜厚が１〜１．５
ｎｍのドライ酸化膜が形成されてしまう。

【００１５】また、シリコン半導体基板４０の表面にシ
リコン酸化膜を形成した後、爆鳴気反応を防止するため
に、燃焼室３０への水素ガスの供給を中止し、次いで、
酸素ガスを燃焼室３０に或る程度の時間、供給し続け
る。この酸素ガスは処理室１０内に流入し、その結果、
形成されたシリコン酸化膜とシリコン半導体基板の界面
にドライ酸化膜が形成される虞がある。

【００１６】従来の半導体装置においては、最終的に形
成されるシリコン酸化膜の膜厚に対するドライ酸化膜の
膜厚の比率が十分に小さかったので、半導体装置の電気
的信頼性に与えるドライ酸化膜の影響を無視することが
できた。しかしながら、半導体装置の微細化及び高集積
化に伴い、ゲート酸化膜の薄膜化が進行しており、ゲー
ト長が０．１８〜０．１３μｍの半導体装置では、膜厚
が４〜３ｎｍのゲート酸化膜を用いることが予想され
る。それ故、シリコン酸化膜におけるドライ酸化膜の膜
厚の比率が増大し、ドライ酸化膜の半導体装置の電気的
信頼性への影響を無視することができなくなってきてい
る。従って、図６１に示した従来のシリコン酸化膜形成
装置を用いた従来のシリコン酸化膜の形成方法では、電
気的信頼性に優れたシリコン酸化膜を有する半導体装置
を製造することが困難である。

【００１７】尚、以上の問題は、シリコン半導体基板の
表面において生じるだけでなく、絶縁性基板等の上に設
けられたシリコン層の表面においても生じる問題であ
る。

【００１８】爆鳴気反応を防止するために水素ガスが導
入される領域を予め酸素ガスで十分に満たし、かかる酸
素ガスを処理室１０内に導入することなく、系外に排気
すれば、上述の問題を回避することが可能である。即
ち、配管３１の途中に例えば三方向弁を配設し、この三
方向弁から系外へと延びる排気用配管を設け、あるいは
又、配管３１の途中に例えば閉止弁を配設し、この閉止
弁の上流（燃焼室３０側）に排気用配管を設け、排気用
配管の途中にも更に閉止弁を設ければ、上述の問題を回
避することが可能である。しかしながら、通常、処理室
１０は８００゜Ｃ前後に保たれ、しかも、燃焼室３０内
の温度は７００〜９００゜Ｃに保持されているため、配
管３１の途中に三方向弁や閉止弁を配設した場合、三方
向弁や閉止弁も高温となり、三方向弁や閉止弁の安定し
た動作を得ることが困難である。

【００１９】従って、本発明の目的は、シリコン層の表
面にシリコン酸化膜を形成する際、シリコン層にドライ
酸化膜が形成されることを低減することができ、しか
も、特性の優れたシリコン酸化膜を形成することができ
るシリコン酸化膜形成方法、及び係るシリコン酸化膜の
形成方法の実施に適したシリコン酸化膜形成装置を提供
することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のシリコン酸化膜形成装置は、（Ａ）酸素ガ
スによる水素ガスの燃焼によって水蒸気を生成させるた
めの燃焼室、（Ｂ）燃焼室にて生成した水蒸気によって
シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成する処理室、
（Ｃ）処理室と燃焼室とを接続する配管、及び、燃焼室
若しくは配管から系外に延びる排気用配管から構成され
た配管系、（Ｄ）配管系に配設され、配管系を介して燃
焼室を処理室との連通状態あるいは系外との連通状態に
切り替えるためのガス流切替手段、（Ｅ）配管系、ガス
流切替手段、又は、配管系及びガス流切替手段を冷却す
るための冷却手段、を備えていることを特徴とする。

【００２１】本発明のシリコン酸化膜形成装置、あるい
は後述する本発明のシリコン酸化膜の形成方法における
処理室として、シリコン酸化膜をバッチ方式にて形成す
るための周知の縦型方式の処理室、あるいは又、シリコ
ン酸化膜を枚葉方式にて形成するための横型方式の処理
室を例示することができる。また、燃焼室も周知の構造
を有する従来の燃焼室（例えば、パイロジェニック酸化
法にて使用される燃焼室）とすればよい。

【００２２】配管系を構成する配管及び排気用配管は、
例えばステンレススチール等の金属から作製すればよ
い。配管系としては、処理室と燃焼室とを接続する配管
の途中で排気用配管を分岐させる形態、あるいは、処理
室と燃焼室とを接続する配管と、燃焼室から直接系外に
延びる排気用配管から構成された形態を例示することが
できる。ガス流切替手段としては、内部を流れる気体を
二方向の流れに切り替え得る公知の三方向弁、あるい
は、ガス流を遮断し得る２つの閉止弁の組み合わせを挙
げることができる。例えば、配管系を、処理室と燃焼室
とを接続する配管の途中で排気用配管を分岐させる形態
とする場合には、配管の途中に閉止弁を配設し、この閉
止弁の上流（燃焼室側）に設けられた排気用配管の途中
にも更に閉止弁を設ければよい。また、配管と排気用配
管が分岐するところに、三方向弁を設けてもよい。更に
は、配管系を、燃焼室から直接系外に延びる排気用配管
から構成する場合には、配管及び排気用配管のそれぞれ
の途中に閉止弁を配設すればよい。

【００２３】冷却手段は、ガス流切替手段が確実に動作
する温度にガス流切替手段を冷却し得る手段であれば如
何なる手段とすることもでき、（１）配管系（配管及び
／又は排気用配管）に取り付けられた冷却用フィン、
（２）配管系（配管及び／又は排気用配管）及び／又は
ガス流切替手段に取り付けられ、温度制御用媒体を流す
冷却用配管、及び温度制御用媒体、（３）配管（配管及
び／又は排気用配管）及び／又はガス流切替手段を空冷
するための冷却用ファンを例示することができる。ある
いは又、処理室あるいは燃焼室から配管や排気用配管を
介して伝わってきた熱によってガス流切替手段が加熱さ
れたとき、ガス流切替手段が確実に動作する温度となる
ように配管や排気用配管を適当な長さとすることも、本
発明における冷却手段に包含される。更には、処理室あ
るいは燃焼室から配管や排気用配管を介して伝わってき
た熱がガス流切替手段に伝わらないように配管や排気用
配管に配設された断熱部材も、本発明における冷却手段
に包含される。尚、配管や排気用配管、あるいはガス流
切替手段内を流れる水蒸気が、配管や排気用配管内、あ
るいはガス流切替手段内で結露しないような温度に配管
や排気用配管及びガス流切替手段を保持する必要があ
る。そのために、配管系（配管及び／又は排気用配
管）、ガス流切替手段、又は配管系（配管及び／又は排
気用配管）及びガス流切替手段に、必要に応じてヒータ
等の加熱手段あるいは温度制御手段を配してもよい。冷
却手段によってどの程度配管あるいはガス流切替手段を
冷却するかは、使用するガス流切替手段（例えば、三方
向弁や閉止弁）の使用温度範囲の上限に基づき決定すれ
ばよい。尚、通常、冷却手段によって配管系を冷却する
場合、配管系（配管及び／又は排気用配管）の一部分を
冷却すれば十分である。

【００２４】上記の目的を達成するための本発明の第１
の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法は、上述の本発
明のシリコン酸化膜形成方法を用い、即ち、（Ａ）酸素
ガスによる水素ガスの燃焼によって水蒸気を生成させる
ための燃焼室、（Ｂ）燃焼室にて生成した水蒸気によっ
てシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成する処理
室、（Ｃ）処理室と燃焼室とを接続する配管、及び、燃
焼室若しくは配管から系外に延びる排気用配管から構成
された配管系、（Ｄ）配管系に配設され、配管系を介し
て燃焼室を処理室との連通状態あるいは系外との連通状
態に切り替えるためのガス流切替手段、（Ｅ）配管系、
ガス流切替手段、又は、配管系及びガス流切替手段を冷
却するための冷却手段、を備えたシリコン酸化膜形成装
置を用いて、シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成
する方法であって、少なくとも、燃焼室への酸素ガスの
供給開始後、燃焼室への水素ガスの供給により水蒸気が
燃焼室内で生成するまでの間、燃焼室を系外との連通状
態として燃焼室内のガスを配管系を介して系外に排気
し、次いで、燃焼室を処理室との連通状態として燃焼室
にて生成した水蒸気を配管系を介して処理室内に導入
し、シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成すること
を特徴とする。尚、以下、少なくとも、燃焼室への酸素
ガスの供給開始後、燃焼室への水素ガスの供給により水
蒸気が燃焼室内で生成するまでの間、燃焼室を系外との
連通状態として燃焼室内のガスを配管系を介して系外
（具体的には、処理室の外部）に排気する処理を、便宜
上、酸素ガス先出し処理と呼ぶ場合がある。燃焼室内の
ガスを系外に排気する経路としては、配管系にも依る
が、燃焼室、並びにガス流切替手段を含む配管及び排気
用配管を経由する経路、燃焼室、及びガス流切替手段を
含む排気用配管を挙げることができる。

【００２５】本発明の第１の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法においては、燃焼室を処理室との連通状態と
して燃焼室にて生成した水蒸気によって処理室内でシリ
コン層の表面にシリコン酸化膜を形成した後、燃焼室を
系外との連通状態とし、次いで、燃焼室への水素ガスの
供給を停止し、燃焼室へ酸素ガスを供給し続け、配管系
を介して系外に排気してもよい。尚、このような態様
を、本発明の第２の態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法と呼ぶ場合がある。また、以下、燃焼室への水素ガス
の供給を停止し、燃焼室へ酸素ガスを供給し続け、配管
系を介して系外に排気する処理を、便宜上、酸素ガス後
出し処理と呼ぶ場合がある。尚、燃焼室への水素ガスの
供給停止後、燃焼室へ酸素ガスを供給し続ける期間（時
間）は、爆鳴気反応を防止するために水素ガスが導入さ
れる領域を酸素ガスで十分に置換できる期間（時間）で
あればよい。以下においても同様である。尚、燃焼室内
の酸素ガスを系外に排気する経路としては、配管系にも
依るが、燃焼室、並びにガス流切替手段を含む配管及び
排気用配管を経由する経路、燃焼室、及びガス流切替手
段を含む排気用配管を挙げることができる。

【００２６】上記の目的を達成するための本発明の第３
の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法は、上述の本発
明のシリコン酸化膜形成方法を用い、即ち、（Ａ）酸素
ガスによる水素ガスの燃焼によって水蒸気を生成させる
ための燃焼室、（Ｂ）燃焼室にて生成した水蒸気によっ
てシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成する処理
室、（Ｃ）処理室と燃焼室とを接続する配管、及び、燃
焼室若しくは配管から系外に延びる排気用配管から構成
された配管系、（Ｄ）配管系に配設され、配管系を介し
て燃焼室を処理室との連通状態あるいは系外との連通状
態に切り替えるためのガス流切替手段、（Ｅ）配管系、
ガス流切替手段、又は、配管系及びガス流切替手段を冷
却するための冷却手段、を備えたシリコン酸化膜形成装
置を用いて、シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成
する方法であって、燃焼室を処理室との連通状態として
燃焼室にて生成した水蒸気によって処理室内でシリコン
層の表面にシリコン酸化膜を形成した後、燃焼室を系外
との連通状態とし、次いで、燃焼室への水素ガスの供給
を停止し、燃焼室へ酸素ガスを供給し続け、配管系を介
して系外に排気することを特徴とする。即ち、処理室内
でシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成した後、酸
素ガス後出し処理を行うことを特徴とする。尚、燃焼室
を系外との連通状態とすると同時に燃焼室への水素ガス
の供給を停止することも、本発明のシリコン酸化膜の形
成方法に包含される。

【００２７】本発明のシリコン酸化膜形成装置において
は、配管系及び／又はガス流切替手段を冷却するための
冷却手段を備え、また、本発明のシリコン酸化膜の形成
方法においては、配管系及び／又はガス流切替手段を冷
却するための冷却手段を備えたシリコン酸化膜形成装置
を用いるので、ガス流切替手段の安定した動作を得るこ
とができる。それ故、水蒸気ガス生成前、あるいは又、
水蒸気生成中止後、爆鳴気反応が生じることを防止する
ための酸素ガスを系外に排気することができる結果、酸
素ガスによってシリコン層にドライ酸化膜が形成される
ことを確実に防止することができる。尚、酸素ガス先出
し処理を行うことによって、シリコン酸化膜が形成され
始めるシリコン層の表面にドライ酸化膜が形成されるこ
とを確実に防止することができる。また、酸素ガス後出
し処理を行うことによって、シリコン酸化膜とシリコン
層との界面にドライ酸化膜が形成されることを確実に防
止することができる。しかも、水蒸気を用いた酸化法に
よってシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成するの
で、優れた特性（例えば、経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特
性）を有するシリコン酸化膜を形成することができる。

【００２８】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、シリコン酸化膜を形成するための酸化種である水
蒸気を、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不
活性ガスで希釈してもよい。これによって急激なシリコ
ン酸化膜の形成を抑制することが可能となり、シリコン
酸化膜の膜厚制御性を高めることができ、一層確実に極
薄のシリコン酸化膜を形成することが可能となる。ま
た、酸素ガスが過剰の状態で水素ガスを燃焼してもよ
い。尚、この場合には、水蒸気を含んだ酸素ガスが処理
室内に導入され、シリコン酸化膜の形成に供される。
尚、水蒸気と不活性ガスの混合ガス、水蒸気と酸素ガス
の混合ガス、あるいは、水蒸気と酸素ガスと不活性ガス
の混合ガスを総称して、湿式ガスと呼ぶ場合がある。

【００２９】本発明の第１、第２若しくは第３の態様に
係るシリコン酸化膜の形成方法においては、処理室内に
おいて、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しな
い雰囲気温度にてシリコン層の表面にシリコン酸化膜の
形成を開始し、所望の厚さになるまでシリコン酸化膜を
形成する態様とすることができる。尚、このような態様
を、本発明の第４の態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法と呼ぶ場合がある。

【００３０】本発明の第４の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法においては、シリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない雰囲気温度は、シリコン層表面を終端
している原子とシリコン原子との結合が切断されない温
度であることが好ましい。この場合、シリコン層の表面
からシリコン原子が脱離しない温度は、シリコン層表面
のＳｉ−Ｈ結合が切断されない温度、若しくは、シリコ
ン層表面のＳｉ−Ｆ結合が切断されない温度であること
が望ましい。面方位が（１００）のシリコン半導体基板
を用いる場合、シリコン半導体基板の表面における水素
原子の大半がシリコン原子の２本の結合手のそれぞれに
１つずつ結合しており、Ｈ−Ｓｉ−Ｈの終端構造を有す
る。然るに、シリコン半導体基板の表面状態が崩れた部
分（例えばステップ形成箇所）には、シリコン原子の１
本の結合手のみに水素原子が結合した状態の終端構造、
あるいは、シリコン原子の３本の結合手のそれぞれに水
素原子が結合した状態の終端構造が存在する。尚、通
常、シリコン原子の残りの結合手は結晶内部のシリコン
原子と結合している。本明細書における「Ｓｉ−Ｈ結
合」という表現には、シリコン原子の２本の結合手のそ
れぞれに水素原子が結合した状態の終端構造、シリコン
原子の１本の結合手のみに水素原子が結合した状態の終
端構造、あるいは、シリコン原子の３本の結合手のそれ
ぞれに水素原子が結合した状態の終端構造の全てが包含
される。シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開
始するときの雰囲気温度は、より具体的には、水蒸気が
シリコン層表面で結露しない温度以上、好ましくは２０
０゜Ｃ以上、より好ましくは３００゜Ｃ以上とすること
が、スループットの面から望ましい。

【００３１】あるいは又、本発明の第１、第２若しくは
第３の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法において
は、処理室内において、水蒸気がシリコン層表面で結露
しない温度以上、５００゜Ｃ以下、好ましくは４５０゜
Ｃ以下、より好ましくは４００゜Ｃ以下の雰囲気温度に
て、シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始
し、所望の厚さになるまでシリコン酸化膜を形成する態
様とすることもできる。尚、このような態様を、本発明
の第５の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法と呼ぶ場
合がある。

【００３２】本発明の第４の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法においては、シリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない温度に雰囲気を保持した状態にて、ま
た、本発明の第５の態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法は、水蒸気がシリコン層表面で結露しない温度以上、
５００゜Ｃ以下の雰囲気温度にて、シリコン層の表面に
シリコン酸化膜の形成を開始する。シリコン酸化膜の形
成開始時の雰囲気温度をこのような温度とすることによ
って、シリコン層の表面に凹凸（荒れ）が生じることを
防止し得る。また、シリコン原子の酸化は、シリコン層
の最表面からではなく、１層内部のシリコン原子から始
まる。即ち、所謂バックボンドから始まり、所謂レイヤ
ー・バイ・レイヤー（Layer-By-Layer）酸化となる。従
って、シリコン層とシリコン酸化膜との間の界面の平滑
性が原子レベルで保たれるので、最終的に形成されるシ
リコン酸化膜の特性は優れたものとなる。

【００３３】本発明の第１の態様〜第５の態様に係るシ
リコン酸化膜の形成方法においては、形成されたシリコ
ン酸化膜の特性を一層向上させるために、所望の厚さの
シリコン酸化膜の形成が完了した後、形成されたシリコ
ン酸化膜に熱処理を施すことが好ましい。

【００３４】この場合、熱処理の雰囲気を、ハロゲン元
素を含有する不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。
ハロゲン元素を含有する不活性ガス雰囲気中でシリコン
酸化膜を熱処理することによって、タイムゼロ絶縁破壊
（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁破壊（ＴＤＤＢ）特性に
優れたシリコン酸化膜を得ることができる。熱処理にお
ける不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘ
リウムガスを例示することができる。また、ハロゲン元
素として、塩素、臭素、フッ素を挙げることができる
が、なかでも塩素であることが望ましい。不活性ガス中
に含有されるハロゲン元素の形態としては、例えば、塩
化水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Cl₂、ＨＢ
ｒ、ＮＦ₃を挙げることができる。不活性ガス中のハロ
ゲン元素の含有率は、分子又は化合物の形態を基準とし
て、０．００１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜
１０容量％、更に好ましくは０．０２〜１０容量％であ
る。例えば塩化水素ガスを用いる場合、不活性ガス中の
塩化水素ガス含有率は０．０２〜１０容量％であること
が望ましい。

【００３５】尚、熱処理を、枚葉処理とすることもでき
るが、炉アニール処理とすることが好ましい。熱処理の
雰囲気温度は、７００〜１２００゜Ｃ、好ましくは７０
０〜１０００゜Ｃ、更に好ましくは７００〜９５０゜Ｃ
である。また、熱処理を炉アニール処理とする場合の熱
処理の時間は、５〜６０分、好ましくは１０〜４０分、
更に好ましくは２０〜３０分である。一方、熱処理を枚
葉処理とする場合の熱処理の時間は、１〜１０分とする
ことが好ましい。

【００３６】また、形成されたシリコン酸化膜に熱処理
を施す際の雰囲気温度を、所望の厚さのシリコン酸化膜
の形成が完了したときの雰囲気温度よりも高くすること
が望ましい。この場合、所望の厚さのシリコン酸化膜の
形成が完了した後、雰囲気を不活性ガス雰囲気に切り替
え、次いで、熱処理を施すための雰囲気温度まで昇温し
てもよいが、雰囲気をハロゲン元素を含有する不活性ガ
ス雰囲気に切り替えた後、熱処理を施すための雰囲気温
度まで昇温することが好ましい。ここで、不活性ガスと
しては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを例示
することができる。また、不活性ガス中に含有されるハ
ロゲン元素の形態としては、例えば、塩化水素（ＨＣ
ｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を
挙げることができる。不活性ガス中のハロゲン元素の含
有率は、分子又は化合物の形態を基準として、０．００
１〜１０容量％、好ましくは０．００５〜１０容量％、
更に好ましくは０．０２〜１０容量％である。例えば塩
化水素ガスを用いる場合、不活性ガス中の塩化水素ガス
含有率は０．０２〜１０容量％であることが望ましい。

【００３７】熱処理を、ハロゲン元素を含有する不活性
ガス雰囲気を大気圧よりも減圧した状態で行ってもよ
い。

【００３８】尚、熱処理後、シリコン酸化膜を窒化処理
してもよい。この場合、窒化処理を、Ｎ₂Ｏガス、ＮＯ
ガス、ＮＯ₂ガス雰囲気中で行うことが望ましいが、中
でもＮ₂Ｏガス雰囲気中で行うことが望ましい。あるい
は又、窒化処理をＮＨ₃ガス、Ｎ₂Ｈ₄、ヒドラジン誘導
体雰囲気中で行い、その後、Ｎ₂Ｏガス、Ｏ₂雰囲気中で
アニール処理を行うことが望ましい。窒化処理を７００
乃至１２００゜Ｃ、好ましくは８００乃至１１５０゜
Ｃ、更に好ましくは９００乃至１１００゜Ｃの温度で行
うことが望ましく、この場合、シリコン層の加熱を赤外
線照射や炉アニールによって行うことが好ましい。

【００３９】あるいは又、熱処理の雰囲気を、窒素系ガ
ス雰囲気としてもよい。ここで窒素系ガスとして、
Ｎ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂、ＮＯを例示することができ
る。

【００４０】本発明の第４の態様又は第５の態様に係る
シリコン酸化膜の形成方法においては、所望の厚さのシ
リコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲気温度を、シ
リコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温
度範囲内とし、あるいは又、５００゜Ｃ以下、好ましく
は４５０゜Ｃ以下としてもよい。このような温度範囲に
おいてシリコン酸化膜を形成すれば、シリコン酸化膜形
成装置における雰囲気温度の制御範囲を狭くすることが
でき、高い精度で雰囲気温度の制御を行うことができる
ばかりか、高温から低温まで処理室を冷却する必要がな
くなり、シリコン酸化膜の形成に要する時間の短縮化を
図ることができる。尚、シリコン酸化膜の形成レートは
低下するが、デザインルールが０．１３μｍ以降のＭＯ
Ｓ型ＬＳＩに用いられる膜厚３ｎｍ以下のゲート酸化膜
の形成に対しては、生産上、問題は殆ど生じない。尚、
処理室の雰囲気温度が従来よりも低い温度であるが故
に、処理室内へのシリコン層の搬入出速度を上げること
ができる。従って、シリコン酸化膜の形成全体に要する
時間は、従来技術によるシリコン酸化膜の形成に要する
時間と殆ど変わらない。

【００４１】あるいは又、本発明の第４の態様又は第５
の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法においては、所
望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したときの雰囲
気温度を、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離し
ない雰囲気温度範囲を越える温度としてもよい。この場
合、所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したとき
の雰囲気温度は、具体的には、６００乃至１２００゜
Ｃ、好ましくは７００乃至１０００゜Ｃ、更に好ましく
は７５０乃至９００゜Ｃとすることができるが、このよ
うな温度に限定するものではない。尚、雰囲気温度を段
階的に上昇させてもよいし、連続的に上昇させてもよ
く、これによって、スループットの増加を図ることがで
きる。

【００４２】本発明の第４の態様に係るシリコン酸化膜
の形成方法においては、シリコン層の表面からシリコ
ン原子が脱離しない雰囲気温度にてシリコン層の表面に
シリコン酸化膜の形成を開始した後、所定の期間、シリ
コン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度
範囲に雰囲気を保持してシリコン酸化膜を形成する第１
のシリコン酸化膜形成工程と、シリコン層の表面から
シリコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲よりも高い雰
囲気温度にて、所望の厚さになるまでシリコン酸化膜を
更に形成する第２のシリコン酸化膜形成工程を含むこと
ができる。尚、このような態様を、本発明の第４Ａの態
様に係るシリコン酸化膜の形成方法と呼ぶ場合がある。
このように、シリコン酸化膜の形成工程を２段階とし、
シリコン層の表面に既に保護膜としても機能するシリコ
ン酸化膜が形成された状態で第２のシリコン酸化膜形成
工程を実行するので、第２のシリコン酸化膜形成工程に
要求される雰囲気温度まで昇温するときの雰囲気が非酸
化性雰囲気の場合においてもシリコン層の表面に凹凸
（荒れ）が生じることがない。また、ゲート酸化膜とし
て要求される特性を十分に満足し得る、優れた特性を有
するシリコン酸化膜を短い期間で形成することができ
る。しかも、第１のシリコン酸化膜形成工程において酸
素ガス先出し処理を行えば、シリコン酸化膜が形成され
始めるシリコン層の表面にドライ酸化膜が形成されるこ
とを確実に防止することができる。また、第１のシリコ
ン酸化膜形成工程において酸素ガス後出し処理を行え
ば、あるいは又、第２のシリコン酸化膜形成工程におい
て酸素ガス先出し処理及び／又は酸素ガス後出し処理を
行えば、シリコン酸化膜とシリコン層との界面にドライ
酸化膜が形成されることを確実に防止することができ
る。

【００４３】この本発明の第４Ａの態様に係るシリコン
酸化膜の形成方法においても、シリコン層の表面からシ
リコン原子が脱離しない雰囲気温度は、シリコン層表面
を終端している原子とシリコン原子との結合が切断され
ない温度であることが好ましい。この場合、シリコン層
の表面からシリコン原子が脱離しない温度は、シリコン
層表面のＳｉ−Ｈ結合が切断されない温度、若しくは、
シリコン層表面のＳｉ−Ｆ結合が切断されない温度であ
ることが好ましい。シリコン層の表面にシリコン酸化膜
の形成を開始するときの雰囲気温度は、より具体的に
は、水蒸気がシリコン層表面で結露しない温度以上、好
ましくは２００゜Ｃ以上、より好ましくは３００゜Ｃ以
上とすることが、スループットの面から望ましい。ま
た、第２のシリコン酸化膜形成工程におけるシリコン酸
化膜の形成温度は、６００乃至１２００゜Ｃ、好ましく
は７００乃至１０００゜Ｃ、更に好ましくは７５０乃至
９００゜Ｃであることが望ましい。

【００４４】尚、第１のシリコン酸化膜形成工程、第２
のシリコン酸化膜形成工程、又は、第１のシリコン酸化
膜形成工程及び第２のシリコン酸化膜形成工程における
シリコン酸化膜形成雰囲気中（例えば、湿式ガス中）に
はハロゲン元素が含有されていてもよい。これによっ
て、タイムゼロ絶縁破壊（ＴＺＤＢ）特性及び経時絶縁
破壊（ＴＤＤＢ）特性に優れたシリコン酸化膜を得るこ
とができる。尚、ハロゲン元素として、塩素、臭素、フ
ッ素を挙げることができるが、なかでも塩素であること
が望ましい。シリコン酸化膜形成雰囲気に含まれるハロ
ゲン元素の形態としては、例えば、塩化水素（ＨＣ
ｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＮＦ₃を
挙げることができる。シリコン酸化膜形成雰囲気中（例
えば、湿式ガス中）のハロゲン元素の含有率は、分子又
は化合物の形態を基準として、０．００１〜１０容量
％、好ましくは０．００５〜１０容量％、更に好ましく
は０．０２〜１０容量％である。例えば塩化水素ガスを
用いる場合、シリコン酸化膜形成雰囲気中（例えば、湿
式ガス中）の塩化水素ガス含有率は０．０２〜１０容量
％であることが望ましい。

【００４５】本発明の第４Ａの態様に係るシリコン酸化
膜の形成方法においては、シリコン酸化膜を形成するた
めの１つの処理室を備えたシリコン酸化膜形成装置を用
い、第１のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシリコン
酸化膜形成工程をこの処理室内で行うことができる。こ
の場合、第１のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシリ
コン酸化膜形成工程をバッチ式にて行うことでき、この
ような態様を本発明の第４Ａ−１の態様に係るシリコン
酸化膜の形成方法と呼ぶ場合がある。

【００４６】あるいは又、本発明の第４Ａの態様に係る
シリコン酸化膜の形成方法においては、処理室の外側に
配設され、且つ、シリコン層の表面と略平行に配設され
た、シリコン層を加熱するための加熱手段を有する処理
室を備えたシリコン酸化膜形成装置を用い、第１のシリ
コン酸化膜形成工程及び第２のシリコン酸化膜形成工程
を枚葉式にて行うことができる。尚、このような態様を
本発明の第４Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形成
方法と呼ぶ場合がある。

【００４７】本発明の第４Ａ−１の態様に係るシリコン
酸化膜の形成方法においては、従来の石英製の処理室
（酸化炉）を垂直に保持した抵抗加熱の縦型方式のシリ
コン酸化膜形成装置を用いることができる。ところで、
縦型方式のシリコン酸化膜形成装置を用いた場合、例え
ばシリコン半導体基板の外周方向の外側にヒータが配設
されているため、昇温中、常に、シリコン半導体基板の
周辺部の方が中心部よりも温度が高くなる。その結果、
昇温中にもシリコン酸化膜が形成されると、シリコン半
導体基板の周辺部の方が中心部よりもシリコン酸化膜の
膜厚が厚くなる傾向にある。一方、本発明の第４Ａ−２
の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法においては、シ
リコン層の表面と略平行に配設された加熱手段によって
シリコン層を加熱するため、シリコン層の面内の温度ば
らつきを少なくすることができる。その結果、昇温中に
シリコン酸化膜が形成される場合であっても、形成され
るシリコン酸化膜の面内膜厚ばらつき発生を抑制するこ
とができる。

【００４８】本発明の第４Ａの態様に係るシリコン酸化
膜の形成方法においては、第１のシリコン酸化膜形成工
程と第２のシリコン酸化膜形成工程との間に昇温工程を
含むことが好ましい。この場合、昇温工程における雰囲
気を、不活性ガス雰囲気若しくは減圧雰囲気とするか、
あるいは又、水蒸気を含む酸化雰囲気とすることが望ま
しい。ここで、不活性ガスとして、窒素ガス、アルゴン
ガス、ヘリウムガスを例示することができる。尚、昇温
工程における雰囲気中の不活性ガス若しくは酸化雰囲気
には、ハロゲン元素が含有されていてもよい。これによ
って、第１のシリコン酸化膜形成工程にて形成されたシ
リコン酸化膜の特性の一層の向上を図ることができる。
即ち、第１のシリコン酸化膜形成工程において生じ得る
欠陥であるシリコンダングリングボンド（Ｓｉ・）やＳ
ｉＯＨが昇温工程においてハロゲン元素と反応し、シリ
コンダングリングボンドが終端しあるいは脱水反応を生
じる結果、信頼性劣化因子であるこれらの欠陥が排除さ
れる。特に、これらの欠陥の排除は、第１のシリコン酸
化膜形成工程において形成された初期のシリコン酸化膜
に対して効果的である。ハロゲン元素として、塩素、臭
素、フッ素を挙げることができるが、なかでも塩素であ
ることが望ましい。不活性ガス若しくは酸化雰囲気中に
含有されるハロゲン元素の形態としては、例えば、塩化
水素（ＨＣｌ）、ＣＣｌ₄、Ｃ₂ＨＣｌ₃、Ｃｌ₂、ＨＢ
ｒ、ＮＦ₃を挙げることができる。不活性ガス若しくは
酸化雰囲気中のハロゲン元素の含有率は、分子又は化合
物の形態を基準として、０．００１〜１０容量％、好ま
しくは０．００５〜１０容量％、更に好ましくは０．０
２〜１０容量％である。例えば塩化水素ガスを用いる場
合、不活性ガス若しくは酸化雰囲気中の塩化水素ガス含
有率は０．０２〜１０容量％であることが望ましい。
尚、昇温工程における雰囲気を、不活性ガスで希釈され
た水蒸気を含む酸化雰囲気とすることもできる。

【００４９】あるいは又、本発明の第４Ａの態様に係る
シリコン酸化膜の形成方法においては、シリコン酸化膜
を形成するための第１の処理室及び第２の処理室、並び
に、第１の処理室と第２の処理室とを結ぶ搬送路を備え
たシリコン酸化膜形成装置を用い、第１のシリコン酸化
膜形成工程を第１の処理室内にて行い、その後、シリコ
ン層を第１の処理室から搬送路を介して第２の処理室に
搬入し、次いで、第２のシリコン酸化膜形成工程を第２
の処理室にて行うこともできる。尚、このような態様を
本発明の第４Ａ−３の態様に係るシリコン酸化膜の形成
方法と呼ぶ場合がある。

【００５０】２段階のシリコン酸化膜の形成を１つの処
理室内で行う場合には、処理室内の雰囲気温度制御を広
い範囲に亙って行わなければならず、処理室内の雰囲気
温度を正確に制御することが困難となる場合がある。ま
た、処理室内の雰囲気温度を昇温させる必要があるた
め、スループットの低下を招き易い。本発明の第４Ａ−
３の態様においては、第１の処理室及び第２の処理室に
おいてシリコン酸化膜を形成するので、各処理室内の雰
囲気温度を所定の狭い範囲の一定温度に保持すればよ
く、各処理室内の雰囲気温度制御を一層正確に行うこと
ができるばかりか、処置室内の温度安定性に優れる。従
って、シリコン酸化膜の膜厚制御性に優れる。しかも、
２段階のシリコン酸化膜の形成を１つの処理室内で行う
場合のように第１のシリコン酸化膜形成工程における雰
囲気温度から第２のシリコン酸化膜形成工程における雰
囲気温度まで広い温度範囲に亙って雰囲気温度を変化さ
せる必要がないため、スループットの低下を招くことも
ない。

【００５１】本発明の第４Ａ−３の態様に係るシリコン
酸化膜の形成方法においては、シリコン層を第１の処理
室から大気に曝すことなく搬送路を介して第２の処理室
に搬送することが、形成されたシリコン酸化膜の表面の
汚染発生を防止する観点から、好ましい。尚、具体的に
は、シリコン層の搬送中における搬送路内の雰囲気を、
不活性ガス雰囲気若しくは減圧雰囲気とすることが好ま
しい。ここで、不活性ガスとして、窒素ガス、アルゴン
ガス、ヘリウムガスを例示することができる。この場
合、シリコン層を第１の処理室から搬送路を介して第２
の処理室に搬入する際の搬送路内の雰囲気温度を、例え
ば室温（常温）としてもよいが、シリコン層表面にシリ
コン酸化膜を形成するときの第１の処理室内の雰囲気温
度と略等しくすることが、スループットの向上の観点か
ら、好ましい。

【００５２】本発明の第４Ａ−３の態様に係るシリコン
酸化膜の形成方法においては、第１のシリコン酸化膜形
成工程及び第２のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式に
て行うことができる。あるいは又、第１のシリコン酸化
膜形成工程を枚葉式にて行い、第２のシリコン酸化膜形
成工程をバッチ式にて行うことができる。更には、第１
のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシリコン酸化膜形
成工程を枚葉式にて行うことができる。

【００５３】尚、本発明の第４Ａ−３の態様に係るシリ
コン酸化膜の形成方法においては、第１の処理室に連通
する搬送路の部分と第２の処理室に連通する搬送路の部
分との間にシャッターが配設されたシリコン酸化膜形成
装置を用いることができる。これによって、第１のシリ
コン酸化膜形成工程と第２のシリコン酸化膜形成工程と
を、それぞれ、独立して行うことが可能となり、スルー
プットを一層向上させることができる。

【００５４】本発明の第４Ａの態様に係るシリコン酸化
膜の形成方法においても、第２のシリコン酸化膜形成工
程の完了後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施す
ことが望ましい。尚、第２のシリコン酸化膜形成工程と
熱処理とを、同じ処理室内で実行してもよいし、異なる
処理室内で実行してもよい。第１のシリコン酸化膜形成
工程及び第２のシリコン酸化膜形成工程における好まし
い処理方式、並びに熱処理の方式の組み合わせを以下の
表１に例示するが、これらに限定するものではない。
尚、表１及び後述する表２中、第１のシリコン酸化膜形
成工程、第２のシリコン酸化膜形成工程のそれぞれを、
第１の形成工程、第２の形成工程と表現する。

【００５５】

【表１】第１の形成工程第２の形成工程熱処理バッチ式バッチ式バッチ式枚葉式バッチ式バッチ式枚葉式枚葉式枚葉式枚葉式枚葉式バッチ式

【００５６】本発明の第４Ａの態様に係るシリコン酸化
膜の形成方法においては、第２のシリコン酸化膜形成工
程を経た後の最終的なシリコン酸化膜の膜厚は、半導体
装置に要求される所定の厚さとすればよい。一方、第１
のシリコン酸化膜形成工程を経た後のシリコン酸化膜の
膜厚は、出来る限り薄いことが好ましい。但し、現在、
半導体装置の製造に用いられているシリコン半導体基板
の面方位は殆どの場合（１００）であり、如何にシリコ
ン半導体基板の表面を平滑化しても（１００）シリコン
半導体基板の表面には必ずステップと呼ばれる段差が形
成される。このステップは通常シリコン原子１層分であ
るが、場合によっては２〜３層分の段差が形成されるこ
とがある。従って、第１のシリコン酸化膜形成工程を経
た後のシリコン酸化膜の膜厚は、シリコン層として（１
００）シリコン半導体基板を用いる場合、１ｎｍ以上と
することが好ましいが、これに限定するものではない。

【００５７】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
ては、シリコン酸化膜を形成する前の雰囲気を、シリコ
ン酸化膜の形成の前の不所望のシリコン酸化膜の形成を
抑制するために、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガ
ス等の不活性ガス雰囲気、あるいは減圧雰囲気とするこ
とが望ましい。

【００５８】通常、シリコン層にシリコン酸化膜を形成
する前に、ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄し更にＨＣ
ｌ／Ｈ₂Ｏ₂水溶液で洗浄するというＲＣＡ洗浄によりシ
リコン層の表面を洗浄し、その表面から微粒子や金属不
純物を除去した後、フッ化水素酸水溶液及び純水による
シリコン層の表面洗浄を行う。ところが、その後、シリ
コン層が大気に曝されると、シリコン層の表面が汚染さ
れ、水分や有機物がシリコン層の表面に付着し、あるい
は又、シリコン層表面のＳｉ原子が水酸基（ＯＨ）と結
合する虞がある（例えば、文献 "Highly-reliable Gate
Oxide Formation for Giga-Scale LSIs by using Clos
ed Wet Cleaning System and Wet Oxidation with Ultr
a-Dry Unloading", J. Yugami, et al., International
Electron Device Meeting Technical Digest 95, pp 8
55-858 参照）。このような場合、そのままの状態でシ
リコン酸化膜の形成を開始すると、形成されたシリコン
酸化膜中に水分や有機物、あるいは又、Ｓｉ−ＯＨが取
り込まれ、形成されたシリコン酸化膜の特性低下あるい
は欠陥部分の発生の原因となり得る。尚、欠陥部分と
は、シリコンダングリングボンド（Ｓｉ・）やＳｉ−Ｈ
結合といった欠陥が含まれるシリコン酸化膜の部分、あ
るいは又、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が応力によって圧縮され
若しくはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の角度が厚い若しくはバル
クのシリコン酸化膜中のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の角度と異
なるといったＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が含まれたシリコン酸
化膜の部分を意味する。それ故、このような問題の発生
を回避するためには、本発明のシリコン酸化膜の形成方
法において、シリコン酸化膜の形成開始以前にシリコン
層表面を洗浄する工程を含み、表面洗浄後のシリコン層
を大気に曝すことなく（即ち、例えば、シリコン層表面
の洗浄からシリコン酸化膜の形成開始までの雰囲気を不
活性ガス雰囲気若しくは真空雰囲気とし）、シリコン酸
化膜の形成を開始すればよい。これによって、大部分が
水素で終端され、極一部がフッ素で終端された表面を有
するシリコン層にシリコン酸化膜を形成することがで
き、形成されたシリコン酸化膜の特性低下あるいは欠陥
部分の発生を防止することができる。

【００５９】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への供給、及
び水蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度
プロファイルを模式的に図５〜図１４に示す。シリコン
酸化膜の形成雰囲気温度も併せて表示する。尚、図にお
いて、酸素ガス及び水素ガスのそれぞれの「ＯＮ」、
「ＯＦＦ」の表示は、燃焼室へのこれらのガスの供給、
不供給を示す。また、水蒸気の「ＯＮ」、「ＯＦＦ」の
表示は、水蒸気の生成、不生成を示す。更に、「系外
へ」、「処理室へ」の表示は、ガス流切替手段の切り替
えによって、水蒸気等が系外に排気され、水蒸気等が処
理室内へ導入されることを示す。また、図において、
「先出し処理」及び「後出し処理」は、酸素ガス先出し
処理及び酸素ガス後出し処理を意味する。

【００６０】また、雰囲気温度プロファイル中、シリコ
ン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始する時の雰囲
気温度の下限値をＴ₁で示し、シリコン層の表面からシ
リコン原子が脱離しない雰囲気温度の上限値をＴ₂で示
す。更には、所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了
したときの雰囲気温度あるいは第２のシリコン酸化膜形
成工程における雰囲気温度をＴ₃で示し、熱処理におけ
る雰囲気温度をＴ₄で示す。図中、実線はシリコン酸化
膜が形成されている状態を表し、一点鎖線は、シリコン
層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始する雰囲気温度
まで雰囲気温度を昇温する過程、あるいは又、シリコン
酸化膜の形成完了後、室温まで雰囲気温度を降温させる
過程、あるいは又、搬送工程から第２のシリコン酸化膜
形成工程における雰囲気温度まで雰囲気温度を昇温する
過程を表す。また、点線は搬送路における搬送工程を示
し、二重線は熱処理工程を表す。昇温工程を実線にて示
した雰囲気温度プロファイルにおいては、昇温工程にお
いてもシリコン酸化膜の形成が行われることを示し、昇
温工程を鎖線にて示した雰囲気温度プロファイルにおい
ては、昇温工程においてシリコン酸化膜の形成が行われ
ないことを示す。また、図中、「ＲＴ」は室温（常温）
を意味する。

【００６１】図５及び図６に示す導入シークエンスにお
いては、酸素ガス先出し処理のみを行う。一方、図７及
び図８に示す導入シークエンスにおいては、酸素ガス後
出し処理のみを行う。更には、図９及び図１０に示す導
入シークエンスにおいては、酸素ガス前出し処理及び酸
素ガス後出し処理を行う。尚、図５、図７及び図９にお
いては、処理室内において、シリコン層の表面からシリ
コン原子が脱離しない雰囲気温度にてシリコン層の表面
にシリコン酸化膜の形成を開始し、あるいは又、水蒸気
がシリコン層表面で結露しない温度以上、５００゜Ｃ以
下の雰囲気温度にて、シリコン層の表面にシリコン酸化
膜の形成を開始する。そして、所望の厚さのシリコン酸
化膜の形成が完了したときの雰囲気温度を、シリコン層
の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲内
とし、あるいは又、５００゜Ｃ以下とする。一方、図
６、図８及び図１０においては、処理室内において、シ
リコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温
度にてシリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始
し、あるいは又、水蒸気がシリコン層表面で結露しない
温度以上、５００゜Ｃ以下の雰囲気温度にて、シリコン
層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始する。そして、
所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したときの雰
囲気温度（Ｔ₃）を、シリコン層の表面からシリコン原
子が脱離しない雰囲気温度範囲（Ｔ₁〜Ｔ₂）を越える温
度としている。図６、図８及び図１０におけるシリコン
酸化膜形成雰囲気温度の昇温パターンは例示であり、か
かる昇温パターンに限定するものではない。また、以下
の図における昇温パターンも例示である。

【００６２】図１１及び図１２には、本発明の第４Ａ−
１若しくは第４Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形
成方法における導入シークエンス及び雰囲気温度プロフ
ァイルを示す。また、図１３及び図１４には、本発明の
第４Ａ−３の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法にお
ける導入シークエンス及び雰囲気温度プロファイルを示
す。図１１、図１３及び図１４に示す例においては、第
１のシリコン酸化膜形成工程において、酸素ガス先出し
処理及び酸素ガス後出し処理を行い、更には、第２のシ
リコン酸化膜形成工程においても、酸素ガス先出し処理
及び酸素ガス後出し処理を行う。ここで、図１１に示し
た例においては、昇温工程を不活性ガス雰囲気とし、昇
温工程においてシリコン酸化膜の形成を行っていない。
一方、図１２に示した例においては、昇温工程を湿式ガ
スを含む酸化雰囲気とし、昇温工程においてもシリコン
酸化膜の形成を行っている。従って、第１のシリコン酸
化膜形成工程の開始前に酸素ガス先出し処理を行い、第
２のシリコン酸化膜形成工程の完了後に酸素ガス後出し
処理を行う。また、図１３に示した例においては、搬送
工程における搬送路内の雰囲気温度は、例えば室温（常
温）である。一方、図１４に示した例においては、搬送
工程における搬送路内の雰囲気温度は、例えば、第１の
シリコン酸化膜形成工程における第１の処理室内の雰囲
気温度と略等しい。

【００６３】以下の表２に、第１のシリコン酸化膜形成
工程及び第２のシリコン酸化膜形成工程における酸素ガ
ス先出し処理及び酸素ガス後出し処理の組み合わせを示
す。表２中、「○」印は酸素ガス先出し処理あるいは酸
素ガス後出し処理を実行することを意味し、「×」印は
酸素ガス先出し処理あるいは酸素ガス後出し処理を実行
しないことを意味する。また、表２中、酸素ガス先出し
処理及び酸素ガス後出し処理のそれぞれを、「先出し」
及び「後出し」と表現する。

【００６４】

【表２】第１の形成工程第２のシリコン酸化膜先出し後出し先出し後出しケース−０１ ○ × × × ケース−０２ × ○ × × ケース−０３ × × ○ × ケース−０４ × × × ○ ケース−０５ ○ ○ × × ケース−０６ ○ × ○ × ケース−０７ ○ × × ○ ケース−０８ × ○ ○ × ケース−０９ × ○ × ○ ケース−１０ × × ○ ○ ケース−１１ ○ ○ ○ × ケース−１２ ○ ○ × ○ ケース−１３ ○ × ○ ○ ケース−１４ × ○ ○ ○ ケース−１５ ○ ○ ○ ○

【００６５】本発明のシリコン酸化膜の形成方法におい
て、シリコン層とは、シリコン半導体基板等の基板その
ものだけでなく、基板の上に形成されたエピタキシャル
シリコン層（選択エピタキシャル成長法にて形成された
エピタキシャルシリコン層を含む）、多結晶シリコン
層、あるいは非晶質シリコン層、所謂張り合わせ法やＳ
ＩＭＯＸ法に基づき製造されたＳＯＩ構造におけるシリ
コン層、更には、基板やこれらの層に半導体素子や半導
体素子の構成要素が形成されたもの等、シリコン酸化膜
を形成すべきシリコン層を意味する。シリコン半導体基
板の作製方法は、ＣＺ法、ＭＣＺ法、ＤＬＣＺ法、ＦＺ
法等、如何なる方法であってもよいし、また、予め高温
の水素アニール処理を行い結晶欠陥を除去したものでも
よい。

【００６６】本発明のシリコン酸化膜の形成方法は、例
えばＭＯＳ型トランジスタのゲート酸化膜、層間絶縁膜
や素子分離領域の形成、トップゲート型若しくはボトム
ゲート型薄膜トランジスタのゲート酸化膜の形成、フラ
ッシュメモリのトンネル酸化膜の形成等、各種半導体装
置におけるシリコン酸化膜の形成に適用することができ
る。

【００６７】あるいは又、本発明のシリコン酸化膜の形
成方法においては、シリコン酸化膜はゲート酸化膜やト
ンネル酸化膜である態様だけでなく、シリコン酸化膜
を、シリコン半導体基板（シリコン層に相当する）の表
面にゲート酸化膜形成以前にシリコン半導体基板（シリ
コン層に相当する）に形成される酸化膜とする態様とす
ることもできる。後者の場合、シリコン半導体基板の表
面にゲート酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成
される酸化膜を、素子分離領域を形成するための酸化膜
（即ち、ＬＯＣＯＳ構造やトレンチ構造の素子分離領域
形成工程において、シリコン窒化膜を堆積させるための
下地としての酸化膜）とすることができ、あるいは又、
犠牲酸化膜とすることができる。尚、素子分離領域は、
ＬＯＣＯＳ構造を有し、あるいは、トレンチ構造を有
し、あるいは又、ＬＯＣＯＳ構造及びトレンチ構造を有
する形態とすることができる。

【００６８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発
明を説明する。

【００６９】（実施の形態１）実施の形態１は、本発明
のシリコン酸化膜の形成方法に関し、具体的には、本発
明の第４及び第５の態様に係るシリコン酸化膜の形成方
法に関し、より具体的には、本発明の第４Ａ−１及び第
５の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法に関する。実
施の形態１においては、シリコン酸化膜を形成するため
の１つの処理室を備えたシリコン酸化膜形成装置を用
い、第１のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシリコン
酸化膜形成工程をこの処理室内で行う。更には、第１の
シリコン酸化膜形成工程及び第２のシリコン酸化膜形成
工程をバッチ式にて行う。また、第１のシリコン酸化膜
形成工程と第２のシリコン酸化膜形成工程との間に昇温
工程（昇温工程の雰囲気は不活性ガス雰囲気）を含む。
具体的には、実施の形態１においては、図１に示した縦
型方式のシリコン酸化膜形成装置を用いる。また、実施
の形態１においては、シリコン層をシリコン半導体基板
から構成する。形成されたシリコン酸化膜はゲート酸化
膜として機能する。尚、第２のシリコン酸化膜形成工程
において所望の厚さになるまで更にシリコン酸化膜を形
成した後、形成されたシリコン酸化膜に対して、ハロゲ
ン元素を含有する不活性ガス雰囲気（塩化水素ガスを含
む窒素ガス雰囲気）中で熱処理（炉アニール処理）を施
す。

【００７０】実施の形態１の実施に適した本発明のシリ
コン酸化膜形成装置の模式図を図１に示す。このシリコ
ン酸化膜形成装置は、酸素ガスによる水素ガスの燃焼に
よって水蒸気を生成させるための燃焼室３０と、燃焼室
３０にて生成した水蒸気によってシリコン層の表面にシ
リコン酸化膜を形成する処理室１０と、配管系３１，３
６と、配管系に配設されそして配管系を介して燃焼室３
０を処理室１０との連通状態あるいは系外（処理室１０
の外部）との連通状態に切り替えるためのガス流切替手
段３４，３５と、冷却手段３７を備えている。処理室１
０及びそれに付属する装置は、図６１に示した縦型方式
のシリコン酸化膜形成装置と同様とすることができるの
で、詳細な説明は省略する。尚、参照番号３８は、ガス
流路１１及びガス導入部１２を介して処理室１０へ窒素
ガス等の不活性ガスを導入するための配管である。配管
３８にも閉止弁が配設されているが、かかる閉止弁の図
示は省略した。

【００７１】配管系は、処理室１０と燃焼室３０とを接
続する配管３１、及び、配管３１から系外へと延びる排
気用配管３６から構成されている。具体的には、排気用
配管３６は、配管３１の途中から分岐して系外（処理室
１０の外部）へと延びている。ガス流切替手段は、第１
の閉止弁３４及び第２の閉止弁３５から構成されてい
る。第１の閉止弁３４は、処理室１０と燃焼室３０とを
接続する配管３１の途中に配設されている。また、第２
の閉止弁３５は、第１の閉止弁３４の上流（燃焼室３０
側）に設けられた排気用配管３６の途中に配設されてい
る。冷却手段は、配管３１の一部分、排気用配管３６の
一部分、及びガス流切替手段である２つの閉止弁３４，
３５を取り囲むように取り付けられ、そして温度制御用
媒体を流す冷却用配管、及び温度制御用媒体から構成さ
れている。そして、冷却手段３７によって、配管系であ
る配管３１、排気用配管３６の一部分並びにガス流切替
手段３４，３５が冷却される。尚、図１中、「ＩＮ」
は、冷却用配管に温度制御用媒体が流入することを示
し、「ＯＵＴ」は、冷却用配管から温度制御用媒体が流
出することを示す。冷却用配管から流出した温度制御用
媒体を、図示しないチラー等によって所定の温度とし、
再び冷却用配管に流入させる。

【００７２】尚、図２の（Ａ）に模式的に示すように、
配管３１の一部と、配管３１に配設された第１の閉止弁
３４を冷却手段３７Ａによって冷却し、排気用配管３６
の一部と、排気用配管３６に配設された第２の閉止弁３
５を冷却手段３７Ｂによって冷却してもよい。また、図
２の（Ｂ）に模式的に示すように、配管３１の一部（第
１の閉止弁３４より上流の配管３１の部分）及び排気用
配管３６の一部（第２の閉止弁３５より上流の排気用配
管３５の部分）を冷却手段３７Ｃによって冷却し、配管
３１の一部（第１の閉止弁３４より下流の配管３１の部
分）を冷却手段３７Ｄによって冷却してもよい。

【００７３】更には、図３の（Ａ）に模式的に示すよう
に、配管３１の一部（第１の閉止弁３４より上流の配管
３１の部分）及び配管３１の一部（第１の閉止弁３４よ
り下流の配管３１の部分）を冷却手段３７Ｅ，３７Ｆに
よって冷却してもよい。また、図３の（Ｂ）に模式的に
示すように、冷却手段３７Ｅ，３７Ｆによって冷却され
る配管３１の部分を複数の配管に分岐させ、再び集合さ
せる構造とすることもできる。また、図４の（Ａ）に模
式的に示すように、配管３１の一部分の長さを延長し、
処理室１０あるいは燃焼室３０から配管３１を介して伝
わってきた熱によってガス流切替手段３４，３５が加熱
されたとき、ガス流切替手段３４，３５が確実に動作す
る温度となるような構成とすることもできる。尚、例え
ばコイル状に巻かれた配管３１の部分の近傍に温度制御
手段３７Ｇ，３７Ｈを配設することが好ましい。尚、図
４の（Ａ）においては、配管３１、排気用配管３６を線
にて示した。更には、図４の（Ｂ）に示すように、ガス
流切替手段として三方向弁３４Ａを使用し、三方向弁３
４Ａ及びその近傍の配管３１、排気用配管３６のみを冷
却手段３７Ｉによって冷却してもよい。また、配管系及
び冷却手段として、以上に説明した構成を組み合わせて
もよい。

【００７４】以下、図１、図１５、図１７〜図１９を参
照して、実施の形態１のシリコン酸化膜の形成方法を説
明する。また、実施の形態１における雰囲気温度プロフ
ァイルを模式的に図１６に示す。

【００７５】［工程−１００］先ず、リンをドープした
直径８インチのＮ型シリコンウエハ（ＣＺ法にて作製）
であるシリコン半導体基板４０に、公知の方法でＬＯＣ
ＯＳ構造を有する素子分離領域４１を形成し、次いでウ
エルイオン注入、チャネルストップイオン注入、閾値調
整イオン注入を行う。尚、素子分離領域はトレンチ構造
を有していてもよいし、ＬＯＣＯＳ構造とトレンチ構造
の組み合わせであってもよい。その後、ＲＣＡ洗浄によ
りシリコン半導体基板４０の表面の微粒子や金属不純物
を除去し、次いで、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純
水によりシリコン半導体基板４０の表面洗浄を行い、シ
リコン半導体基板４０の表面を露出させる（図１５の
（Ａ）参照）。尚、シリコン半導体基板４０の表面は大
半が水素で終端しており、極一部がフッ素で終端されて
いる。

【００７６】［工程−１１０］次に、複数のシリコン半
導体基板４０を、図１に示したシリコン酸化膜形成装置
の基板搬入出部２０に図示しない扉から搬入し、石英ボ
ート２４に載置する（図１７の（Ａ）参照）。尚、配管
３８、ガス流路１１及びガス導入部１２を介して処理室
１０へ窒素ガスを導入し、処理室１０内を窒素ガス等の
不活性ガス雰囲気とし（減圧雰囲気であってもよい）、
且つ、均熱管１６を介してヒータ１４によって処理室１
０内の雰囲気温度を４００゜Ｃに保持する。尚、この状
態においては、シャッター１５は閉じておく。

【００７７】［工程−１２０］一方、酸素ガス先出し処
理を行う。即ち、第１の閉止弁３４を閉じそして第２の
閉止弁３５を開いた状態で、配管３２から燃焼室３０へ
の酸素ガスの供給を開始する。そして、燃焼室３０内の
ガス（即ち、酸素ガス）を、配管３１、第２の閉止弁３
５及び排気用配管３６を介して系外に排気する。尚、閉
止弁３４，３５の動作が安定する温度であって、閉止弁
３４，３５内及び配管３１、排気用配管３６内で水蒸気
が結露しない温度、例えば１５０゜Ｃに、冷却手段３７
によって配管３１、排気用配管３６及び閉止弁３４，３
５を保持する。尚、以下の説明においても同様とする。

【００７８】［工程−１３０］基板搬入出部２０へのシ
リコン半導体基板４０の搬入が完了した後、図示しない
扉を閉め、基板搬入出部２０にガス導入部２１から窒素
ガスを導入し、ガス排気部２２から排出し、基板搬入出
部２０内を窒素ガス雰囲気とする。尚、基板搬入出部２
０内の酸素ガス濃度をモニターし、酸素ガス濃度が例え
ば１００ｐｐｍ以下となったならば、基板搬入出部２０
内が十分に窒素ガス雰囲気となったと判断する。尚、以
下の実施の形態においても同様とする。その後、シャッ
ター１５を開き（図１７の（Ｂ）参照）、エレベータ機
構２３を作動させて石英ボート２４を上昇させ（上昇速
度：２５０ｍｍ／分）、シリコン半導体基板４０を石英
製の二重管構造の処理室１０内に搬入する（図１８の
（Ａ）参照）。エレベータ機構２３が最上昇位置に辿り
着くと、石英ボート２４の基部によって処理室１０と基
板搬入出部２０との間は連通しなくなる。処理室１０内
の雰囲気温度はヒータ１４によって４００゜Ｃに保持さ
れているので、即ち、シリコン層の表面からシリコン原
子が脱離しない雰囲気温度に処理室１０内が保持されて
いるので、シリコン半導体基板４０の表面に荒れが発生
することを抑制することができる。

【００７９】［工程−１４０］次いで、酸素ガス先出し
処理を続行する。即ち、配管３３から水素ガスの燃焼室
３０への供給を開始し、燃焼室３０内で水蒸気（具体的
には、水蒸気と酸素ガスの混合ガスである湿式ガス）を
生成させる。この水蒸気は、配管３１、第２の閉止弁３
５及び排気用配管３６を介して系外に排気される。

【００８０】［工程−１５０］燃焼室３０内での水蒸気
の生成が安定した後、配管３８から処理室１０への窒素
ガスの供給を中断し、次いで、あるいはこれと同時に、
第１の閉止弁３４を開き、第２の閉止弁３５を閉じる。
これによって、燃焼室３０内で生成した水蒸気（具体的
には、水蒸気と酸素ガスの混合ガスである湿式ガス）
が、配管３１、ガス流路１１及びガス導入部１２を介し
て処理室１０へ導入される。尚、処理室１０内の雰囲気
温度を４００゜Ｃに保持する。

【００８１】こうして、シリコン層の表面においてシリ
コン酸化膜の形成が開始される。即ち、シリコン層の表
面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度にて、シリ
コン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始する。ある
いは又、水蒸気がシリコン層表面で結露しない温度以
上、５００゜Ｃ以下の雰囲気温度にて、シリコン層の表
面にシリコン酸化膜の形成を開始する。そして、シリコ
ン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温度に
て、湿式ガスを用いた酸化法によってシリコン層の表面
にシリコン酸化膜の形成を開始した後、所定の期間、シ
リコン層の表面からシリコン原子が脱離しない雰囲気温
度範囲に雰囲気を保持してシリコン酸化膜を形成する第
１のシリコン酸化膜形成工程を実行する。具体的には、
シリコン層（実施の形態１においては、シリコン半導体
基板４０）の表面からシリコン原子が脱離しない温度に
雰囲気温度を保持した状態で（実施の形態１において
は、具体的には、雰囲気温度を４００゜Ｃに設定）、パ
イロジェニック法によってシリコン層の表面に厚さ１．
２ｎｍのシリコン酸化膜４２を形成する（図１５の
（Ｂ）及び図１８の（Ｂ）参照）。このシリコン酸化膜
の厚さはＳｉＯ₂の数分子層に相当する厚さであり、シ
リコン半導体基板の表面のステップを考慮しても、保護
膜として機能するのに十分な厚さである。

【００８２】［工程−１６０］厚さ１．２ｎｍのシリコ
ン酸化膜を形成した後、酸素ガス後出し処理を実行す
る。即ち、第２の閉止弁３５を開き、第１の閉止弁３４
を閉じる。これによって、燃焼室３０内で生成した水蒸
気は、配管３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３６
を介して系外に排気される。一方、配管３８、ガス流路
１１及びガス導入部１２を介して処理室１０へ窒素ガス
を導入する。その後、水素ガスの燃焼室３０への供給を
中断し、酸素ガスのみを燃焼室３０、配管３１、第２の
閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気す
る。尚、第２の閉止弁３５を開き、第１の閉止弁３４を
閉じると同時に、水素ガスの燃焼室３０への供給を中断
し、酸素ガスのみを燃焼室３０、配管３１、第２の閉止
弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気してもよ
い。以下の酸素ガス後出し処理においても同様すること
ができる。燃焼室３０内が十分に酸素ガス雰囲気となっ
たならば、燃焼室３０への酸素ガスの供給を中断する
（図１９の（Ａ）参照）。

【００８３】［工程−１７０］配管３８から処理室１０
への窒素ガスの導入を続けながら、シリコン酸化膜形成
装置の処理室１０内の雰囲気温度を、均熱管１６を介し
てヒータ１４によって８００゜Ｃまで昇温する（図１９
の（Ｂ）参照）。尚、昇温速度を１０゜Ｃ／分とする。
［工程−１５０］にてシリコン層の表面には保護膜とし
ても機能するシリコン酸化膜が既に形成されているの
で、この［工程−１７０］において、シリコン層（シリ
コン半導体基板４０）の表面に荒れが発生することはな
い。

【００８４】［工程−１８０］シリコン層の表面からシ
リコン原子が脱離しない雰囲気温度範囲よりも高い雰囲
気温度（実施の形態１においては８００゜Ｃ）に処理室
１０内の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保
持した状態にて、更にシリコン酸化膜を形成する第２の
シリコン酸化膜形成工程を実行するが、それに先立ち、
酸素ガス先出し処理を行う。具体的には、配管３２から
燃焼室３０への酸素ガスの供給を再開する。そして、燃
焼室３０内のガス（即ち、酸素ガス）を配管３１、第２
の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気す
る。尚、閉止弁３４，３５の動作が安定する温度であっ
て、閉止弁３４，３５内及び配管３１、排気用配管３６
内で水蒸気が結露しない温度、例えば１５０゜Ｃに、冷
却手段３７によって配管３１、排気用配管３６、及び閉
止弁３４，３５を保持しておく。そして、配管３３から
燃焼室３０への水素ガスの供給を開始し、燃焼室３０内
で水蒸気を生成させる。この水蒸気は、配管３１、第２
の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気さ
れる。燃焼室３０内での水蒸気の生成が安定した後、配
管３８から燃焼室３０への窒素ガスの供給を中止し、次
いで、あるいはそれと同時に、第１の閉止弁３４を開
き、第２の閉止弁３５を閉じる。こうして、燃焼室３０
内で生成した水蒸気は、配管３１、ガス流路１１及びガ
ス導入部１２を介して処理室１０へ導入される。尚、処
理室１０内の雰囲気温度を８００゜Ｃに保持する。これ
によって、パイロジェニック酸化法に基づきシリコン半
導体基板４０の表面に総厚４．０ｎｍのシリコン酸化膜
４２を形成する（図１５の（Ｃ）及び図２０参照）。
尚、所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了したとき
の雰囲気温度（実施の形態１においては８００゜Ｃ）
は、シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開始す
る際の雰囲気温度（実施の形態１においては４００゜
Ｃ）よりも高い。

【００８５】厚さ４．０ｎｍのシリコン酸化膜を形成し
た後、酸素ガス後出し処理を実行する。即ち、第２の閉
止弁３５を開き、第１の閉止弁３４を閉じる。こうし
て、燃焼室３０内で生成した水蒸気を、配管３１、第２
の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気す
る。一方、配管３８、ガス流路１１及びガス導入部１２
を介して処理室１０へ窒素ガスを導入する。その後、水
素ガスの燃焼室３０への供給を中止し、酸素ガスのみを
燃焼室３０、配管３１、第２の閉止弁３５及び排気用配
管３６を介して系外に排気する。燃焼室３０内が十分に
酸素ガス雰囲気となったならば、燃焼室３０への酸素ガ
スの供給を中止し、燃焼室３０内、配管３１内、第２の
閉止弁３５内、排気用配管３６内を不活性ガスでパージ
する。

【００８６】以上により、シリコン半導体基板４０の表
面におけるシリコン酸化膜４２の形成が完了するので、
以降、エレベータ機構２３を動作させて石英ボート２４
を下降させ、次いで、図示しない扉を開き、シリコン半
導体基板４０を搬出してもよいが、一層高い特性を有す
るシリコン酸化膜の形成を意図する場合には、以下に説
明する熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。

【００８７】［工程−１９０］即ち、その後、窒素ガス
のガス導入部１２から処理室１０内への導入を継続しな
がら、処理室１０の雰囲気温度をヒータ１４によって８
５０゜Ｃまで昇温する。その後、塩化水素ガスを０．１
容量％含有する窒素ガスをガス導入部１２から処理室１
０内に導入し、３０分間、熱処理を行う。以上により、
シリコン半導体基板４０の表面におけるシリコン酸化膜
４２の形成が完了する（図１５の（Ｄ）参照）。以降、
処理室１０内を窒素ガス雰囲気とし、エレベータ機構２
３を動作させて石英ボート２４を下降させ、次いで、基
板搬入出部２０からシリコン半導体基板４０を搬出す
る。

【００８８】（実施の形態２）実施の形態２は実施の形
態１の変形である。実施の形態２が実施の形態１と相違
する点は、第１のシリコン酸化膜形成工程、昇温工程、
第２のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度プロ
ファイルにある。実施の形態２における雰囲気温度プロ
ファイルを模式的に図２１に示す。以下、図２２〜図２
４を参照して、実施の形態２のシリコン酸化膜の形成方
法を説明する。

【００８９】［工程−２００］先ず、シリコン半導体基
板に、実施の形態１と同様の方法で、素子分離領域等を
形成した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板の表
面の微粒子や金属不純物を除去し、次いで、０．１％フ
ッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基板の
表面洗浄を行い、シリコン半導体基板の表面を露出させ
る。

【００９０】［工程−２１０］次に、複数のシリコン半
導体基板を、図１に示したシリコン酸化膜形成装置の基
板搬入出部２０に図示しない扉から搬入し、石英ボート
２４に載置する（図２２の（Ａ）参照）。尚、配管３８
から処理室１０へガス導入部１２から窒素ガスを導入
し、処理室１０内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とす
る（減圧雰囲気であってもよい）。尚、実施の形態２に
おいては、処理室１０内の雰囲気温度を室温とする。

【００９１】［工程−２２０］そして、基板搬入出部２
０へのシリコン半導体基板の搬入が完了した後、図示し
ない扉を閉め、基板搬入出部２０にガス導入部２１から
窒素ガスを導入し、ガス排気部２２から排出し、基板搬
入出部２０内を窒素ガス雰囲気とする。その後、シャッ
ター１５を開き、エレベータ機構２３を作動させて石英
ボート２４を上昇させ、シリコン半導体基板を石英製の
二重管構造の処理室１０内に搬入する（図２２の（Ｂ）
参照）。エレベータ機構２３の上昇速度を５００ｍｍ／
分とする。

【００９２】［工程−２３０］次いで、均熱管１６を介
してヒータ１４によって処理室１０内の雰囲気温度を２
００゜Ｃまで上昇させる（図２３の（Ａ）参照）。併せ
て、実施の形態１の［工程−１２０］にて説明したと同
様に、酸素ガス先出し処理を行う。即ち、第２の閉止弁
３５を開きそして第１の閉止弁３４を閉じた状態で、配
管３２から燃焼室３０への酸素ガスの供給を開始する。
そして、燃焼室３０内のガス（即ち、酸素ガス）を配管
３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系
外に排気する。

【００９３】そして、実施の形態１の［工程−１４０］
と同様に、配管３３から燃焼室３０への水素ガスの供給
を開始し、燃焼室３０内で水蒸気を生成させる。この水
蒸気は、配管３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３
６を介して系外に排気される。処理室１０内の雰囲気温
度が２００゜Ｃにて安定した後、即ち、雰囲気温度をシ
リコン層（実施の形態２においては、シリコン半導体基
板）の表面からシリコン原子が脱離しない温度（実施の
形態２においては、具体的には、雰囲気温度を２００゜
Ｃに設定）とした後、実施の形態１の［工程−１５０］
と同様に、配管３８から処理室１０への窒素ガスの供給
を中断し、次いで、あるいはそれと同時に、第１の閉止
弁３４を開き、第２の閉止弁３５を閉じ、燃焼室３０内
で生成した水蒸気を、配管３１、ガス流路１１及びガス
導入部１２を介して処理室１０へ導入する。こうして、
シリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成を開始する。
尚、シリコン酸化膜形成雰囲気中には、濃度０．１容量
％の塩化水素ガスが含有されていてもよい。その後、シ
リコン酸化膜を形成しながら、均熱管１６を介してヒー
タ１４によって処理室１０内の雰囲気温度を４００゜Ｃ
まで上昇させる（図２３の（Ｂ）参照）。これによっ
て、厚さ１ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成する。

【００９４】［工程−２４０］その後、実施の形態１の
［工程−１６０］と同様に、酸素ガス後出し処理を実行
する。即ち、第１の閉止弁３４を閉じ、第２の閉止弁３
５を開き、燃焼室３０内で生成した水蒸気を、配管３
１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外
に排気すると共に、配管３８、ガス流路１１及びガス導
入部１２を介して処理室１０へ窒素ガスを導入する。そ
の後、水素ガスの燃焼室３０への供給を中断し、酸素ガ
スのみを燃焼室３０、配管３１、第２の閉止弁３５及び
排気用配管３６を介して系外に排気する。燃焼室３０内
が十分に酸素ガス雰囲気となったならば、燃焼室３０へ
の酸素ガスの供給を中断する。一方、不活性ガス（ハロ
ゲン元素が含有されていてもいなくともよい）をガス導
入部１２から処理室１０内に導入しながら、シリコン酸
化膜形成装置の処理室１０内の雰囲気温度を、均熱管１
６を介してヒータ１４によって６００゜Ｃまで昇温する
（図２４の（Ａ）参照）。尚、［工程−２３０］にてシ
リコン層の表面には保護膜としても機能するシリコン酸
化膜が既に形成されているので、この［工程−２４０］
において、シリコン層（シリコン半導体基板）の表面に
荒れが発生することはない。処理室１０内への湿式ガス
（ハロゲン元素が含有されていてもいなくともよい）の
導入を継続しながら、シリコン酸化膜形成装置の処理室
１０内の雰囲気温度を、均熱管１６を介してヒータ１４
によって、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離し
ない雰囲気温度範囲よりも高い雰囲気温度（６００゜
Ｃ）まで昇温してもよい。尚、この場合には、酸素ガス
後出し処理及び次の工程における酸素ガス先出し処理は
不要である。

【００９５】［工程−２５０］６００゜Ｃに処理室１０
内の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保持し
た状態にて、実施の形態１の［工程−１８０］と同様に
して、シリコン層の表面にシリコン酸化膜を更に形成す
る（図２４の（Ｂ）参照）。尚、湿式ガス中には、濃度
０．１容量％の塩化水素ガスが含有されていてもよい。
具体的には、酸素ガス先出し処理を行い、次いで、第２
のシリコン酸化膜形成工程を行う。こうして、パイロジ
ェニック酸化法によってシリコン半導体基板の表面に総
厚３．５ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。その後、実
施の形態１の［工程−１８０］と同様に、酸素ガス後出
し処理を行う。

【００９６】以上により、シリコン半導体基板の表面に
おけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、以降、エ
レベータ機構２３を動作させて石英ボート２４を下降さ
せ、次いで、図示しない扉を開き、シリコン半導体基板
を搬出してもよいが、一層高い特性を有するシリコン酸
化膜の形成を意図する場合には、以下に説明する熱処理
をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。

【００９７】［工程−２６０］即ち、その後、窒素ガス
をガス導入部１２から処理室１０内に導入しつつ、処理
室１０の雰囲気温度をヒータ１４によって８５０゜Ｃま
で昇温する。その後、塩化水素ガスを０．１容量％含有
する窒素ガスをガス導入部１２から処理室１０内に導入
し、３０分間、熱処理を行う。以上により、シリコン半
導体基板の表面におけるシリコン酸化膜の形成が完了す
る。以降、処理室１０内を窒素ガス雰囲気とし、エレベ
ータ機構２３を動作させて石英ボート２４を下降させ、
扉を開き、次いで、基板搬入出部２０からシリコン半導
体基板を搬出する。

【００９８】（実施の形態３）実施の形態３も、実施の
形態１の変形である。実施の形態３が実施の形態１と相
違する点は、第１のシリコン酸化膜形成工程及び第２の
シリコン酸化膜形成工程における湿式ガスにハロゲン元
素（具体的には、塩素）が含有されている点にある。
尚、塩素は塩化水素の形態であり、湿式ガス中に含有さ
れる塩化水素ガスの濃度を０．１容量％とする。実施の
形態３においても、図１に示した縦型方式のシリコン酸
化膜形成装置を用いる。また、実施の形態３において
も、シリコン層をシリコン半導体基板から構成する。形
成されたシリコン酸化膜はゲート酸化膜として機能す
る。昇温工程の雰囲気を酸化性雰囲気とする。第２のシ
リコン酸化膜形成工程にて更にシリコン酸化膜を形成し
た後、形成されたシリコン酸化膜に対して、ハロゲン元
素を含有する不活性ガス雰囲気（塩化水素ガスを含む窒
素ガス雰囲気）中で熱処理（炉アニール処理）を施す。
以下、図２６〜図２８を参照して、実施の形態３のシリ
コン酸化膜の形成方法を説明する。実施の形態３の第１
のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシリコン酸化膜形
成工程における雰囲気温度プロファイルを図２５に示
す。

【００９９】［工程−３００］先ず、シリコン半導体基
板に、実施の形態１と同様の方法で、素子分離領域等を
形成した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板の表
面の微粒子や金属不純物を除去し、次いで、０．１％フ
ッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基板の
表面洗浄を行い、シリコン半導体基板の表面を露出させ
る。

【０１００】［工程−３１０］次に、複数のシリコン半
導体基板を、図１に示したシリコン酸化膜形成装置の基
板搬入出部２０に図示しない扉から搬入し、石英ボート
２４に載置する（図２６の（Ａ）参照）。尚、処理室１
０へガス導入部１２から窒素ガスを導入し、処理室１０
内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とし（減圧雰囲気で
あってもよい）、且つ、均熱管１６を介してヒータ１４
によって処理室１０内の雰囲気温度を４００゜Ｃに保持
する。尚、この状態においては、シャッター１５は閉じ
ておく。

【０１０１】［工程−３２０］そして、基板搬入出部２
０へのシリコン半導体基板の搬入が完了した後、図示し
ない扉を閉め、基板搬入出部２０にガス導入部２１から
窒素ガスを導入し、ガス排気部２２から排出し、基板搬
入出部２０内を窒素ガス雰囲気とする。その後、シャッ
ター１５を開き（図２６の（Ｂ）参照）、エレベータ機
構２３を作動させて石英ボート２４を上昇させ、シリコ
ン半導体基板を石英製の二重管構造の処理室１０内に搬
入する（図２７の（Ａ）参照）。エレベータ機構２３が
最上昇位置に辿り着くと、石英ボート２４の基部によっ
て処理室１０と基板搬入出部２０との間は連通しなくな
る。処理室１０内の雰囲気温度はヒータ１４によって４
００゜Ｃに保持されているので、シリコン半導体基板の
表面に荒れが発生することを抑制することができる。併
せて、実施の形態１の［工程−１２０］にて説明したと
同様に、酸素ガス先出し処理を行う。即ち、配管３２か
ら燃焼室３０への酸素ガスの供給を開始する。そして、
燃焼室３０内のガス（即ち、酸素ガス）を配管３１、第
２の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気
する。

【０１０２】［工程−３３０］次いで、実施の形態１の
［工程−１４０］と同様に、配管３３から燃焼室３０へ
の水素ガスの供給を開始し、燃焼室３０内で水蒸気を生
成させる。この水蒸気は、配管３１、第２の閉止弁３５
及び排気用配管３６を介して系外に排気される。水蒸気
の生成が安定したならば、実施の形態１の［工程−１５
０］と同様に、配管３８から処理室１０への窒素ガスの
供給を中断し、次いで、あるいはそれと同時に、第１の
閉止弁３４を開き、第２の閉止弁３５を閉じ、燃焼室３
０内で生成した水蒸気を、配管３１、ガス流路１１及び
ガス導入部１２を介して処理室１０へ導入する。こうし
て、シリコン層（実施の形態３においては、シリコン半
導体基板）の表面からシリコン原子が脱離しない温度に
雰囲気を保持した状態で（実施の形態３においては、具
体的には、雰囲気温度を４００゜Ｃに設定）、シリコン
層の表面にシリコン酸化膜を形成する。尚、シリコン酸
化膜形成雰囲気には、濃度０．１容量％の塩化水素ガス
が含有されている。具体的には、燃焼室３０から処理室
１０内に導入される水蒸気を含むガス（湿式ガス）中に
塩化水素ガスが０．１容量％含まれている。以上のパイ
ロジェニック酸化法によってシリコン半導体基板の表面
に厚さ１ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成する（図２７
の（Ｂ）参照）。

【０１０３】［工程−３４０］その後、処理室１０内へ
の湿式ガス（例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有し
ている）の導入を継続しながら、シリコン酸化膜形成装
置の処理室１０内の雰囲気温度を、均熱管１６を介して
ヒータ１４によって８００゜Ｃまで昇温する（図２８の
（Ａ）参照）。

【０１０４】［工程−３５０］８００゜Ｃに処理室１０
内の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保持し
た状態にて、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有す
る湿式ガスを用いた酸化法によって、更にシリコン酸化
膜を形成する。具体的には、燃焼室３０内で生成した水
蒸気、及び塩化水素ガスを、配管３１、ガス流路１１及
びガス導入部１２を介して処理室１０内に導入し続け、
パイロジェニック酸化法によってシリコン半導体基板の
表面に総厚４．０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する（図
２８の（Ｂ）参照）。シリコン酸化膜の形成が完了した
ならば、実施の形態１の［工程−１８０］と同様に酸素
ガス後出し処理を行う。

【０１０５】以上により、シリコン半導体基板の表面に
おけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、以降、エ
レベータ機構２３を動作させて石英ボート２４を下降さ
せ、次いで、図示しない扉を開き、シリコン半導体基板
を搬出してもよいが、一層高い特性を有するシリコン酸
化膜の形成を意図する場合には、以下に説明する熱処理
をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。

【０１０６】［工程−３６０］即ち、その後、窒素ガス
をガス導入部１２から処理室１０内に導入しつつ、処理
室１０の雰囲気温度をヒータ１４によって８５０゜Ｃま
で昇温する。その後、塩化水素ガスを０．１容量％含有
する窒素ガスをガス導入部１２から処理室１０内に導入
し、３０分間、熱処理を行う。以上により、シリコン半
導体基板の表面におけるシリコン酸化膜の形成が完了す
る。以降、処理室１０内を窒素ガス雰囲気とし、エレベ
ータ機構２３を動作させて石英ボート２４を下降させ、
図示しない扉を開き、次いで、基板搬入出部２０からシ
リコン半導体基板を搬出する。

【０１０７】（実施の形態４）実施の形態４は、本発明
の第４Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法に
関し、更には、本発明の第５の態様に係るシリコン酸化
膜の形成方法に関する。実施の形態４においては、処理
室の外側に配設され、且つ、シリコン層の表面と略平行
に配設された、シリコン層を加熱するための加熱手段を
有する処理室を備えたシリコン酸化膜形成装置を用い、
第１のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシリコン酸化
膜形成工程を枚葉式にて行う。

【０１０８】実施の形態４の実施に適した横型のシリコ
ン酸化膜形成装置の一例の模式図を、図２９に示す。こ
のシリコン酸化膜形成装置は、処理室５０と、シリコン
層を加熱するための加熱手段である抵抗加熱ヒータ５１
とを備えている。処理室５０は石英炉心管から成り、シ
リコン層にシリコン酸化膜を形成するためにその内部に
シリコン層（具体的には、例えばシリコン半導体基板）
を収納する。加熱手段である抵抗加熱ヒータ５１は、処
理室５０の外側に配設されており、且つ、シリコン層の
表面と略平行に配設されている。シリコン層（例えばシ
リコン半導体基板）は、ウエハ台５２に載置され、処理
室５０の一端に設けられたゲートバルブ５３を介して、
処理室５０内に搬入出される。シリコン酸化膜形成装置
には、処理室５０へ水蒸気及び／又はガスを導入するた
めのガス導入部５４と、処理室５０から水蒸気及び／又
はガスを排気するガス排気部５５が更に備えられてい
る。シリコン層（具体的には、例えばシリコン半導体基
板）の温度は、図示しない熱電対によって測定すること
ができる。尚、実施の形態１と同様に、燃焼室３０に供
給された水素ガスを酸素ガスと、燃焼室３０内で高温に
て混合し、燃焼させることによって、水蒸気を生成させ
る。かかる水蒸気は、配管３１及びガス導入部５４を介
して処理室５０内に導入される。燃焼室３０、配管３
１、ガス流切替手段３４，３５、排気用配管３６、冷却
手段３７、及び配管３８の構成、構造は実施の形態１と
同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

【０１０９】あるいは又、図３０に模式図を示す形式の
横型のシリコン酸化膜形成装置を用いることもできる。
この図３０に示した横型のシリコン酸化膜形成装置にお
いては、加熱手段は、赤外線若しくは可視光を発する複
数のランプ５１Ａから構成されている。また、図示しな
いパイロメータによってシリコン半導体基板の温度を測
定する。その他の構造は、基本的には、図２９に示した
シリコン酸化膜形成装置と同様とすることができるの
で、詳細な説明は省略する。

【０１１０】以下、実施の形態４のシリコン酸化膜の形
成方法を説明する。尚、実施の形態４における雰囲気温
度プロファイルは図２５と同様とした。

【０１１１】［工程−４００］先ず、シリコン半導体基
板に、実施の形態１と同様の方法で、素子分離領域等を
形成した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板の表
面の微粒子や金属不純物を除去し、次いで、０．１％フ
ッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基板の
表面洗浄を行い、シリコン半導体基板の表面を露出させ
る。

【０１１２】［工程−４１０］次に、ウエハ台５２に載
置されたシリコン半導体基板を、図２９若しくは図３０
に示したシリコン酸化膜形成装置のゲートバルブ５３を
開いて、処理室５０内に搬入した後、ゲートバルブ５３
を閉じる。このとき、処理室５０内の雰囲気を、加熱手
段によって４００゜Ｃ程度に加熱された不活性ガス雰囲
気としておく。処理室５０内の雰囲気をこのような条件
とすることによって、シリコン半導体基板の表面に荒れ
が発生することを抑制することができる。併せて、実施
の形態１の［工程−１２０］にて説明したと同様に、酸
素ガス先出し処理を行う。即ち、配管３２から燃焼室３
０への酸素ガスの供給を開始する。そして、燃焼室３０
内のガス（即ち、酸素ガス）を配管３１、第２の閉止弁
３５及び排気用配管３６を介して系外に排気する。

【０１１３】［工程−４２０］次いで、実施の形態１の
［工程−１４０］と同様に、配管３３から燃焼室３０へ
の水素ガスの供給を開始し、燃焼室３０内で水蒸気を生
成させる。この水蒸気は、配管３１、第２の閉止弁３５
及び排気用配管３６を介して系外に排気される。水蒸気
の生成が安定したならば、実施の形態１の［工程−１５
０］と同様に、配管３８から処理室５０への窒素ガスの
供給を中断し、次いで、あるいはそれと同時に、第１の
閉止弁３４を開き、第２の閉止弁３５を閉じ、燃焼室３
０内で生成した水蒸気を、配管３１、ガス流路１１及び
ガス導入部１２を介して処理室５０へ導入する。こうし
て、シリコン層（実施の形態４においては、シリコン半
導体基板）の表面からシリコン原子が脱離しない温度に
雰囲気を保持した状態で（実施の形態４においては、具
体的には、雰囲気温度を４００゜Ｃに設定）、湿式ガス
を用いた酸化法によってシリコン層の表面にシリコン酸
化膜を形成する。実施の形態４においては、具体的に
は、燃焼室３０内で生成した水蒸気を配管３１及びガス
導入部５４を介して処理室５０内に導入し、パイロジェ
ニック酸化法によってシリコン半導体基板の表面に厚さ
１．２ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。

【０１１４】［工程−４３０］その後、処理室５０内へ
の水蒸気の導入を継続しながら、処理室５０内の雰囲気
温度を、加熱手段によって８００゜Ｃまで昇温する。
尚、実施の形態４においては、加熱手段がシリコン層の
表面と略平行に配設されているので、例えばシリコン半
導体基板の昇温時のシリコン半導体基板の面内温度ばら
つきの発生を抑制することができる結果、昇温中に形成
されるシリコン酸化膜の面内膜厚ばらつきの発生を効果
的に抑制することができる。

【０１１５】［工程−４４０］８００゜Ｃに処理室５０
内の雰囲気温度が達した後、この温度に雰囲気を保持し
た状態にて、更にシリコン酸化膜を形成する。具体的に
は、燃焼室３０内で生成した水蒸気を配管３１及びガス
導入部５４を介して処理室５０内に導入し続け、パイロ
ジェニック酸化法によってシリコン半導体基板の表面に
総厚４．０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。

【０１１６】以上により、シリコン半導体基板の表面に
おけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、以降、酸
素ガス後出し処理を行った後、ゲートバルブ５３を開
き、ウエハ台５２に載置されたシリコン半導体基板を処
理室５０から搬出してもよいが、一層高い特性を有する
シリコン酸化膜の形成を意図する場合には、以下に説明
する熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。

【０１１７】［工程−４５０］即ち、その後、窒素ガス
をガス導入部５４から処理室５０内に導入しつつ、処理
室５０の雰囲気温度を加熱手段によって８５０゜Ｃまで
昇温する。次いで、塩化水素ガスを０．１容量％含有す
る窒素ガスをガス導入部５４から処理室５０内に導入
し、５分間、熱処理を行う。以上により、シリコン半導
体基板の表面におけるシリコン酸化膜の形成が完了す
る。以降、処理室５０内を窒素ガス雰囲気とし、ゲート
バルブ５３を開き、ウエハ台５２に載置されたシリコン
半導体基板を処理室５０から搬出する。

【０１１８】尚、実施の形態４にて説明した横型のシリ
コン酸化膜形成装置を用いて、実施の形態１及び実施の
形態２にて説明したシリコン酸化膜の形成を実施するこ
ともできる。

【０１１９】（実施の形態５）実施の形態５は、本発明
の第４Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法に
おける好ましい第２の実施態様に関し、更には、本発明
の第５の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法に関す
る。実施の形態５においては、シリコン酸化膜を形成す
るための第１の処理室及び第２の処理室、並びに、第１
の処理室と第２の処理室とを結ぶ搬送路を備えたシリコ
ン酸化膜形成装置を用い、第１のシリコン酸化膜形成工
程を第１の処理室内にて行い、その後、シリコン層を第
１の処理室から搬送路を介して第２の処理室に搬入し、
次いで、第２のシリコン酸化膜形成工程を第２の処理室
にて行う。また、実施の形態５においては、シリコン層
を、第１の処理室から大気に曝すことなく搬送路を介し
て第２の処理室に搬送する。即ち、シリコン層を第１の
処理室から第２の処理室に搬入する際の搬送路の雰囲気
を不活性ガス雰囲気とする。ここで、シリコン層を第１
の処理室から第２の処理室に搬送する際の搬送路の雰囲
気温度を、第１のシリコン酸化膜形成工程における第１
の処理室内の雰囲気温度と略等しくする。また、実施の
形態５においては、第１のシリコン酸化膜形成工程及び
第２のシリコン酸化膜形成工程をバッチ式にて行う。

【０１２０】実施の形態５においては、図３２に概念図
を示し、図３３及び図３４に模式図を示す縦型方式のシ
リコン酸化膜形成装置を用いる。また、実施の形態５に
おいては、シリコン層はシリコン半導体基板それ自体で
ある。形成されたシリコン酸化膜はゲート酸化膜として
機能する。実施の形態５においては、第１のシリコン酸
化膜形成工程及び第２のシリコン酸化膜形成工程におけ
る酸化法として、パイロジェニック酸化法を採用する。
第２のシリコン酸化膜形成工程にてシリコン酸化膜を形
成した後、形成されたシリコン酸化膜に対して、ハロゲ
ン元素を含有する不活性ガス雰囲気（具体的には、塩化
水素ガスを含む窒素ガス雰囲気）中で熱処理（炉アニー
ル処理）を施す。尚、熱処理を第２の処理室内でバッチ
式にて行う。以下、図３１〜図３４、及びシリコン酸化
膜形成装置等の概念図である図３６〜図４４を参照し
て、実施の形態５のシリコン酸化膜の形成方法を説明す
る。尚、実施の形態５における雰囲気温度プロファイル
を図３５に示す。

【０１２１】図３２〜図３４に示したシリコン酸化膜形
成装置は、第１の処理室１１０、第２の処理室２１０及
び搬送路１２０から構成されている。尚、図３３は、図
３２の矢印Ａ−Ａに沿った第１の処理室１１０を含む部
分の模式的な断面図であり、図３４は、図３２の矢印Ｂ
−Ｂに沿った第２の処理室２１０を含む部分の模式的な
断面図である。この縦型方式のシリコン酸化膜形成装置
は、石英製の二重管構造の処理室１１０，２１０と、処
理室１１０，２１０へ水蒸気及び／又はガスを導入する
ためのガス導入部１１２，２１２と、処理室１１０，２
１０から水蒸気及び／又はガスを排気するガス排出部１
１３，２１３と、ＳｉＣから成る円筒状の均熱管１１
６，２１６を介して処理室１１０，２１０内を所定の雰
囲気温度に保持するためのヒータ１１４，２１４とから
構成されている。ヒータ１１４，２１４は温度制御装置
（図示せず）によって制御される。更には、第１の処理
室１１０及び第２の処理室２１０の下部に配置された搬
送路１２０と、搬送路１２０へ窒素ガス等の不活性ガス
を導入するためのガス導入部１２１と、搬送路１２０か
らガスを排気するガス排気部１２２と、第１の処理室１
１０及び第２の処理室２１０と搬送路１２０とを仕切る
シャッター１１５，２１５と、シリコン半導体基板を第
１の処理室１１０及び第２の処理室２１０に搬入出する
ためのエレベータ機構１２３から構成されている。エレ
ベータ機構１２３には、複数のシリコン半導体基板を載
置するための石英ボート１２４が取り付けられている。
尚、エレベータ機構１２３は、図３２の左右方向に移動
可能である。搬送路１２０にはシリコン半導体基板を搬
入出するための扉１２５が備えられている。また、燃焼
室１３０に供給された水素ガスを酸素ガスと燃焼室１３
０内で高温にて混合し、燃焼させることによって、水蒸
気を生成させる。かかる水蒸気は、配管１３１、ガス流
路１１１，２１１及びガス導入部１１２，２１２を介し
て第１の処理室１１０内及び第２の処理室２１０内に導
入される。尚、ガス流路１１１，２１１は、二重管構造
の第１の処理室１１０及び第２の処理室２１０の内壁及
び外壁の間の空間に相当する。燃焼室１３０及び配管１
３１は、第１の処理室１１０及び第２の処理室２１０の
それぞれに配設してもよいし、１つの燃焼室１３０から
分岐した配管１３１により第１の処理室１１０内あるい
は第２の処理室２１０内に水蒸気を導入してもよい。燃
焼室１３０、配管１３１、ガス流切替手段３４，３５、
排気用配管３６、冷却手段３７、及び配管３８の構成、
構造は実施の形態１と同様とすることができるので、詳
細な説明は省略する。また、参照番号３９は、ガスの流
れを第１の処理室１１０あるいは第２の処理室２１０に
切り替えるための閉止弁である。

【０１２２】［工程−５００］先ず、シリコン半導体基
板４０に、実施の形態１と同様の方法で、素子分離領域
４１等を形成した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体
基板４０の表面の微粒子や金属不純物を除去し、次い
で、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコ
ン半導体基板４０の表面洗浄を行い、シリコン半導体基
板の表面を露出させる（図３１の（Ａ）参照）。

【０１２３】［工程−５１０］次に、複数のシリコン半
導体基板４０を、図３２に示したシリコン酸化膜形成装
置の搬送路１２０に扉１２５から搬入し、石英ボート１
２４に載置する。尚、第１の処理室１１０へガス導入部
１１２から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、第１の処
理室１１０内を不活性ガス雰囲気とし（減圧雰囲気であ
ってもよい）、且つ、均熱管１１６を介してヒータ１１
４によって第１の処理室１１０内の雰囲気温度を４００
゜Ｃに保持する。尚、この状態においては、シャッター
１１５は閉じておく。一方、第２の処理室２１０へガス
導入部２１２から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、第
２の処理室２１０内を不活性ガス雰囲気とし（減圧雰囲
気であってもよい）、且つ、均熱管２１６を介してヒー
タ２１４によって第２の処理室２１０内の雰囲気温度を
８００゜Ｃに保持する。尚、この状態においては、シャ
ッター２１５は閉じておく。併せて、実施の形態１の
［工程−１２０］にて説明したと同様に、酸素ガス先出
し処理を行う。即ち、配管３２から燃焼室１３０への酸
素ガスの供給を開始する。そして、燃焼室３０内のガス
（即ち、酸素ガス）を配管１３１、第２の閉止弁３５及
び排気用配管３６を介して系外に排気する。

【０１２４】［工程−５２０］そして、搬送路１２０へ
のシリコン半導体基板４０の搬入が完了した後、扉１２
５を閉め、搬送路１２０にガス導入部１２１から窒素ガ
ス等の不活性ガスを導入し、ガス排気部１２２から排出
し、搬送路１２０内を室温の不活性ガス雰囲気とする
（図３６参照）。その後、シャッター１１５を開き、エ
レベータ機構１２３を作動させて石英ボート１２４を上
昇させ、シリコン半導体基板４０を石英製の二重管構造
の第１の処理室１１０に搬入する（図３７参照）。エレ
ベータ機構１２３が最上昇位置に辿り着くと、石英ボー
ト１２４の基部によって第１の処理室１１０と搬送路１
２０との間は連通しなくなる。第１の処理室１１０内の
不活性ガス雰囲気の温度はヒータ１１４によって４００
゜Ｃに保持されているので、シリコン半導体基板４０の
表面に荒れが発生することを抑制することができる。
尚、第１の処理室１１０へのシリコン半導体基板４０の
搬入後、不活性ガス雰囲気にある搬送路１２０内を図示
しないヒータで４００゜Ｃ前後に加熱しておくことが好
ましい。

【０１２５】［工程−５３０］一方、実施の形態１の
［工程−１４０］と同様に、配管３３から燃焼室１３０
への水素ガスの供給を開始し、燃焼室１３０内で水蒸気
を生成させる。この水蒸気は、配管１３１、第２の閉止
弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気される。
水蒸気の生成が安定したならば、実施の形態１の［工程
−１５０］と同様に、配管３８から処理室１１０への窒
素ガスの供給を中断し、次いで、あるいはそれと同時
に、第１の閉止弁３４を開き、第２の閉止弁３５を閉
じ、燃焼室３０内で生成した水蒸気を、配管１３１、ガ
ス流路１１１及びガス導入部１１２を介して処理室１１
０へ導入する。こうして、シリコン層（実施の形態５に
おいては、シリコン半導体基板４０）の表面からシリコ
ン原子が脱離しない温度に第１の処理室１１０の雰囲気
を保持した状態で（実施の形態５においては、具体的に
は、雰囲気温度を４００゜Ｃに設定）、湿式ガスを用い
た酸化法によってシリコン層の表面にシリコン酸化膜４
２を形成する（図３１の（Ｂ）及び図３８参照）。実施
の形態５においては、具体的には、７５０゜Ｃに保持さ
れた燃焼室１３０内に水素ガスと酸素ガスを供給して水
素ガスを燃焼させ、燃焼室１３０内で生成した水蒸気を
配管１３１、ガス流路１１１及びガス導入部１１２を介
して第１の処理室１１０内に導入し、パイロジェニック
酸化法によってシリコン半導体基板４０の表面に厚さ
１．２ｎｍのシリコン酸化膜４２を形成する。尚、湿式
ガス中に、例えば濃度１．０容量％の塩化水素ガスを含
有させてもよい。

【０１２６】［工程−５４０］その後、シリコン層（具
体的にはシリコン半導体基板４０）を、第１の処理室１
１０から搬送路１２０を介して第２の処理室２１０に搬
入する。具体的には、第１の閉止弁３４を閉じ、第２の
閉止弁３５を開き、燃焼室１３０内で生成した水蒸気
を、配管１３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３６
を介して系外に排気する酸素ガス後出し処理を行うと共
に、配管３８、ガス流路１１１及びガス導入部１１２を
介して処理室１１０へ窒素ガスを導入する。その後、水
素ガスの燃焼室１３０への供給を中断し、酸素ガスのみ
を燃焼室１３０、配管１３１、第２の閉止弁３５及び排
気用配管３６を介して系外に排気する。燃焼室１３０内
が十分に酸素ガス雰囲気となったならば、燃焼室１３０
への酸素ガスの供給を中断する。そして、エレベータ機
構１２３を作動させて、シリコン半導体基板４０を搬送
路１２０内に搬入する（図３９参照）。搬送路１２０内
は不活性ガス雰囲気であり、しかも、４００゜Ｃ前後に
保持されている。即ち、シリコン層（具体的にはシリコ
ン半導体基板４０）を第１の処理室１１０から搬送路１
２０を介して第２の処理室２１０に搬入する際の搬送路
１２０内の温度は、シリコン半導体基板４０にシリコン
酸化膜４２を形成するときの第１の処理室１１０の雰囲
気温度と略等しくなっている。エレベータ機構１２３が
最下降位置に位置したならば、シャッター１１５を閉
じ、エレベータ機構１２３を第２の処理室２１０の下方
に移動させる（図４０参照）。

【０１２７】［工程−５５０］次いで、シャッター２１
５を開き、エレベータ機構１２３を作動させて石英ボー
ト１２４を上昇させ、シリコン半導体基板４０を石英製
の二重管構造の第２の処理室２１０に搬入する（図４１
参照）。エレベータ機構１２３が最上昇位置に辿り着く
と、石英ボート１２４の基部によって第２の処理室２１
０と搬送路１２０との間は連通しなくなる。第２の処理
室２１０内の不活性ガス雰囲気の温度はヒータ２１４に
よって８００゜Ｃに保持されているが、シリコン半導体
基板４０の表面には既に保護膜としても機能するシリコ
ン酸化膜４２が形成されているので、シリコン層（シリ
コン半導体基板４０）の表面に荒れが発生することはな
い。尚、第２の処理室２１０へのシリコン半導体基板４
０の搬入後、不活性ガス雰囲気にある搬送路１２０内の
温度を室温とすることが好ましい。

【０１２８】［工程−５６０］その後、第２の処理室２
１０内を８００゜Ｃに保持した状態にて、湿式ガスを用
いた酸化法によって、更にシリコン酸化膜を形成する。
具体的には、先ず、実施の形態１の［工程−１８０］と
同様にして酸素ガス先出し処理を実行し、次いで、燃焼
室１３０内で生成した水蒸気を配管１３１、ガス流路２
１１及びガス導入部２１２を介して第２の処理室２１０
内に導入し、パイロジェニック酸化法によってシリコン
半導体基板４０の表面に総厚４．０ｎｍのシリコン酸化
膜４２を形成する（図３１の（Ｃ）及び図４２参照）。
尚、湿式ガス中に、例えば濃度１．０容量％の塩化水素
ガスを含有させてもよい。その後、実施の形態１の［工
程−１８０］と同様にして酸素ガス後出し処理を実行す
る。

【０１２９】以上により、シリコン半導体基板４０の表
面におけるシリコン酸化膜４２の形成が完了するので、
以降、エレベータ機構１２３を動作させて石英ボート１
２４を下降させ、次いで、扉１２５を開き、搬送路１２
０からシリコン半導体基板４０を搬出してもよいが、一
層高い特性を有するシリコン酸化膜の形成を意図する場
合には、以下に説明する熱処理をシリコン酸化膜に施す
ことが好ましい。

【０１３０】［工程−５７０］即ち、［工程−５６０］
に続き、窒素ガス等の不活性ガスをガス導入部２１２か
ら第２の処理室２１０内に導入しつつ、第２の処理室２
１０の雰囲気温度をヒータ２１４によって８５０゜Ｃま
で昇温させる（図４３参照）。その後、例えば塩化水素
ガスを０．１容量％含有する窒素ガスをガス導入部２１
２から第２の処理室２１０内に導入し、３０分間、熱処
理を行う（図３１の（Ｄ）及び図４４参照）。以上によ
り、シリコン酸化膜４２の熱処理が完了する。以降、第
２の処理室２１０内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
し、エレベータ機構１２３を動作させて石英ボート１２
４を下降させ、次いで、扉１２５を開き、搬送路１２０
からシリコン半導体基板４０を搬出する。

【０１３１】（実施の形態６）実施の形態６は実施の形
態５の変形である。実施の形態６においては、図３３及
び図３４に模式図を示し、図４５に概念図を示すバッチ
式の縦型方式シリコン酸化膜形成装置を用いる。実施の
形態６にて使用した縦型方式シリコン酸化膜形成装置が
実施の形態５にて説明した縦型方式シリコン酸化膜形成
装置と相違する点は、第１の処理室１１０に連通する搬
送路１２０の部分１２０Ａと第２の処理室２１０に連通
する搬送路１２０の部分１２０Ｂとの間に、シャッター
１２６が配設されている点、及び搬送路１２０Ａ，１２
０Ｂのそれぞれに、窒素ガス等の不活性ガスを導入する
ためのガス導入部と排気するガス排気部（これらは図４
５には図示せず）が設けられている点にある。このよう
に、シャッター１２６によって搬送路１２０を２つの部
分１２０Ａ，１２０Ｂに区分けすることで、第１の処理
室１１０中でのシリコン酸化膜の形成と、第２の処理室
２１０中でのシリコン酸化膜の形成を独立して、例えば
同時に行うことが可能となり、シリコン酸化膜の形成に
おけるスループットの向上を図ることができる。尚、燃
焼室１３０、配管系１３１，３６、ガス流切替手段３
４，３５、冷却手段３７、配管３８は、第１の処理室１
１０及び第２の処理室２１０のそれぞれに独立して配設
することが望ましい。以下、シリコン酸化膜形成装置等
の概念図である図４６〜図５５を参照して、実施の形態
６のシリコン酸化膜の形成方法を説明するが、実施の形
態６のシリコン酸化膜の形成方法は基本的には実施の形
態５のシリコン酸化膜の形成方法と同じである。また、
実施の形態６における雰囲気温度プロファイルは図３５
と同じである。

【０１３２】［工程−６００］先ず、シリコン半導体基
板４０に、実施の形態１と同様の方法で、素子分離領域
４１等を形成した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体
基板４０の表面の微粒子や金属不純物を除去し、次い
で、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコ
ン半導体基板４０の表面洗浄を行い、シリコン半導体基
板の表面を露出させる。

【０１３３】［工程−６１０］次に、複数のシリコン半
導体基板４０を、図４５に示したシリコン酸化膜形成装
置の搬送路１２０Ａに扉１２５Ａから搬入し、石英ボー
ト１２４に載置する。尚、第１の処理室１１０へガス導
入部１１２から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、第１
の処理室１１０内を不活性ガス雰囲気とし（減圧雰囲気
であってもよい）、且つ、均熱管１１６（図３３参照）
を介してヒータ１１４によって第１の処理室１１０内の
雰囲気温度を４００゜Ｃに保持する。尚、この状態にお
いては、シャッター１１５は閉じておく。一方、第２の
処理室２１０へガス導入部２１２から窒素ガス等の不活
性ガスを導入し、第２の処理室２１０内を不活性ガス雰
囲気とし（減圧雰囲気であってもよい）、且つ、均熱管
２１６（図３４参照）を介してヒータ２１４によって第
２の処理室２１０内の雰囲気温度を８００゜Ｃに保持す
る。尚、この状態においては、シャッター２１５は閉じ
ておく。また、搬送路１２０Ａと搬送路１２０Ｂの間に
配設されたシャッター１２６も閉じておく。併せて、実
施の形態１の［工程−１２０］にて説明したと同様に、
第１の処理室１１０に関して、酸素ガス先出し処理を行
う。即ち、配管３２から燃焼室１３０への酸素ガスの供
給を開始する。そして、燃焼室１３０内のガス（即ち、
酸素ガス）を配管１３１、第２の閉止弁３５及び排気用
配管３６を介して系外に排気する。

【０１３４】［工程−６２０］そして、搬送路１２０Ａ
へのシリコン半導体基板４０の搬入が完了した後、扉１
２５Ａを閉め、搬送路１２０Ａ，１２０Ｂのそれぞれに
ガス導入部から窒素ガス等の不活性ガスを導入し、ガス
排気部から排出し、搬送路１２０Ａ，１２０Ｂ内を室温
の不活性ガス雰囲気とする（図４６参照）。その後、シ
ャッター１１５を開き、エレベータ機構１２３を作動さ
せて石英ボート１２４を上昇させ、シリコン半導体基板
４０を石英製の二重管構造の第１の処理室１１０に搬入
する（図４７参照）。第１の処理室１１０内の不活性ガ
ス雰囲気の温度はヒータ１１４によって４００゜Ｃに保
持されているので、シリコン半導体基板４０の表面に荒
れが発生することを抑制することができる。尚、第１の
処理室１１０へのシリコン半導体基板４０の搬入後、不
活性ガス雰囲気にある搬送路１２０Ａ，１２０Ｂ内を図
示しないヒータで４００゜Ｃ前後に加熱しておくことが
好ましい。

【０１３５】［工程−６３０］一方、実施の形態１の
［工程−１４０］と同様に、第１の処理室１１０に関し
て、配管３３から燃焼室１３０への水素ガスの供給を開
始し、燃焼室１３０内で水蒸気を生成させる。この水蒸
気は、配管１３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３
６を介して系外に排気される。水蒸気の生成が安定した
ならば、実施の形態１の［工程−１５０］と同様に、配
管３８から処理室１１０への窒素ガスの供給を中断し、
次いで、第１の閉止弁３４を開き、第２の閉止弁３５を
閉じ、燃焼室１３０内で生成した水蒸気を、配管１３
１、ガス流路１１１及びガス導入部１１２を介して処理
室１１０へ導入する。こうして、実施の形態５の［工程
−５３０］と同様の方法で、シリコン層（実施の形態６
においては、シリコン半導体基板４０）の表面からシリ
コン原子が脱離しない温度に第１の処理室１１０の雰囲
気を保持した状態で（実施の形態６においても、具体的
には、雰囲気温度を４００゜Ｃに設定）、湿式ガスを用
いた酸化法（パイロジェニック酸化法）によってシリコ
ン層の表面に厚さ１．２ｎｍのシリコン酸化膜４２を形
成する（図４８参照）。尚、湿式ガス中に、例えば濃度
１．０容量％の塩化水素ガスを含有させてもよい。

【０１３６】［工程−６４０］その後、シリコン層（具
体的にはシリコン半導体基板４０）を、第１の処理室１
１０から搬送路１２０Ａ，１２０Ｂを介して第２の処理
室２１０に搬入する。具体的には、第１の処理室１１０
に関して、第１の閉止弁３４を閉じ、第２の閉止弁３５
を開き、燃焼室１３０内で生成した水蒸気を、配管１３
１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外
に排気すると共に、配管３８、ガス流路１１１及びガス
導入部１１２を介して処理室１１０へ窒素ガスを導入す
る。その後、水素ガスの燃焼室１３０への供給を中断
し、酸素ガスのみを燃焼室１３０、配管１３１、第２の
閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系外に排気す
る。燃焼室１３０内が十分に酸素ガス雰囲気となったな
らば、燃焼室１３０への酸素ガスの供給を中断する。そ
して、エレベータ機構１２３を作動させて、シリコン半
導体基板４０を搬送路１２０Ａ内に搬入する。搬送路１
２０Ａ，１２０Ｂ内は不活性ガス雰囲気であり、しか
も、４００゜Ｃ前後に保持されている。即ち、シリコン
層（具体的にはシリコン半導体基板４０）を第１の処理
室１１０から搬送路１２０Ａ，１２０Ｂを介して第２の
処理室２１０に搬入する際の搬送路１２０Ａ，１２０Ｂ
内の温度は、シリコン半導体基板４０にシリコン酸化膜
４２を形成するときの第１の処理室１１０内の雰囲気温
度と略等しくなっている。エレベータ機構１２３が最下
降位置に位置したならば、シャッター１１５を閉じ、シ
ャッター１２６を開き（図４９参照）、エレベータ機構
１２３を第２の処理室２１０の下方に移動させ、次い
で、シャッター１２６を閉じる。そして、次のロットの
シリコン半導体基板においてシリコン酸化膜形成のため
に、扉１２５Ａを開き、シリコン半導体基板４０を搬送
路１２０Ａ内に搬入する（図５０参照）。

【０１３７】［工程−６５０］次いで、シャッター２１
５を開き、エレベータ機構１２３を作動させて石英ボー
ト１２４を上昇させ、シリコン半導体基板４０を石英製
の二重管構造の第２の処理室２１０に搬入する（図５１
参照）。第２の処理室２１０内の不活性ガス雰囲気の温
度はヒータ２１４によって８００゜Ｃに保持されている
が、シリコン半導体基板４０の表面には既に保護膜とし
ても機能するシリコン酸化膜４２が形成されているの
で、シリコン層（シリコン半導体基板４０）の表面に荒
れが発生することはない。併せて、実施の形態１の［工
程−１８０］にて説明したと同様に、第２の処理室２１
０に関して、酸素ガス先出し処理を行う。即ち、配管３
２から燃焼室１３０への酸素ガスの供給を開始する。そ
して、燃焼室３０内のガス（即ち、酸素ガス）を配管１
３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３６を介して系
外に排気する。更には、実施の形態１の［工程−１８
０］と同様に、配管３３から燃焼室１３０への水素ガス
の供給を開始し、燃焼室１３０内で水蒸気を生成させ
る。この水蒸気は、配管１３１、第２の閉止弁３５及び
排気用配管３６を介して系外に排気される。尚、第２の
処理室２１０へのシリコン半導体基板４０の搬入後、不
活性ガス雰囲気にある搬送路１２０Ｂ内の温度を室温と
することが好ましい。搬送路１２０Ａ及び第１の処理室
１１０にあっては、［工程−６２０］と同様に、扉１２
５Ａを閉め、搬送路１２０Ａにガス導入部１２１から窒
素ガス等の不活性ガスを導入し、ガス排気部１２２から
排出し、搬送路１２０Ａ内を室温の不活性ガス雰囲気と
する（図４６の左側の搬送路１２０Ａの状態を参照）。

【０１３８】［工程−６６０］その後、燃焼室１３０内
における水蒸気の生成が安定したならば、実施の形態１
の［工程−１８０］と同様に、配管３８から処理室２１
０への窒素ガスの供給を中断し、次いで、第１の閉止弁
３４を開き、第２の閉止弁３５を閉じ、燃焼室１３０内
で生成した水蒸気を、配管１３１、ガス流路２１１及び
ガス導入部２１２を介して処理室２１０へ導入する。こ
うして、実施の形態５の［工程−５６０］と同様に、第
２の処理室２１０内を８００゜Ｃに保持した状態にて、
湿式ガスを用いた酸化法（パイロジェニック酸化法）に
よって、更にシリコン酸化膜を形成する（図５２参
照）。その後、実施の形態１の［工程−１８０］と同様
にして、処理室２１０に関して、酸素ガス後出し処理を
実行する。ここで、湿式ガス中に、例えば濃度１．０容
量％の塩化水素ガスを含有させてもよい。尚、搬送路１
２０Ａ及び第１の処理室１１０にあっては、［工程−６
２０］と同様に、シャッター１１５を開き、エレベータ
機構１２３を作動させて石英ボート１２４を上昇させ、
シリコン半導体基板４０を石英製の二重管構造の第１の
処理室１１０に搬入する（図４７の左側の搬送路１２０
Ａの状態を参照）。

【０１３９】以上により、第２の処理室２１０におい
て、シリコン半導体基板４０の表面におけるシリコン酸
化膜４２の形成が完了するので、以降、エレベータ機構
１２３を動作させて石英ボート１２４を下降させ、次い
で、扉１２５Ｂを開き、搬送路１２０Ｂからシリコン半
導体基板４０を搬出すればよいが、一層高い特性を有す
るシリコン酸化膜の形成を意図する場合には、以下に説
明する熱処理をシリコン酸化膜に施すことが好ましい。
尚、第１の処理室１１０に搬入されたシリコン半導体基
板に関しては、［工程−６３０］以降の処理を行う。

【０１４０】［工程−６７０］即ち、実施の形態５の
［工程−５７０］と同様に、［工程−６６０］に続き、
窒素ガス等の不活性ガスをガス導入部２１２から第２の
処理室２１０内に導入しつつ、第２の処理室２１０の雰
囲気温度をヒータ２１４によって８５０゜Ｃまで昇温さ
せる（図５３参照）。その後、例えば塩化水素ガスを
０．１容量％含有する窒素ガスをガス導入部２１２から
第２の処理室２１０内に導入し、３０分間、熱処理を行
う（図５４参照）。以上により、シリコン酸化膜４２の
熱処理が完了する。以降、第２の処理室２１０内を窒素
ガス等の不活性ガス雰囲気とし、エレベータ機構１２３
を動作させて石英ボート１２４を下降させ、次いで、扉
１２５Ｂを開き、搬送路１２０Ｂからシリコン半導体基
板４０を搬出する。次いで、扉１２５Ｂを閉じ、搬送路
１２０Ｂに窒素ガス等の不活性ガスを導入し、且つ、搬
送路１２０Ｂ内の雰囲気温度を４００゜Ｃ前後にする
（図５５参照）。

【０１４１】尚、以上に説明した実施の形態６におい
て、次のロットのシリコン半導体基板においてシリコン
酸化膜形成のタイミングは例示であり、適宜変更するこ
とができる。

【０１４２】（実施の形態７）実施の形態７は実施の形
態５の変形である。実施の形態７が実施の形態５と相違
する点は、第１のシリコン酸化膜形成工程及び第２のシ
リコン酸化膜形成工程を、横型方式の枚葉式の処理室に
て行う点にある。即ち、第１及び第２の処理室におい
て、１枚のシリコン半導体基板に対して枚葉式にてシリ
コン酸化膜を形成する。尚、実施の形態７においては、
熱処理を炉アニール装置を用いてバッチ式にて行うが、
枚葉式にて行ってもよい。

【０１４３】実施の形態７においては、図５６に概念的
な平面図を示す酸化膜形成装置を用いる。この酸化膜形
成装置は、ローダー・アンローダー３００と、搬送路３
０１と、第１の処理装置３０２と第２の処理装置３０３
と、炉アニール装置３０４から構成されている。炉アニ
ール装置３０４は、図５７に示すように、燃焼室が無い
こと、及び配管系が異なることを除き、図１に示した縦
型方式シリコン酸化膜形成装置と略同様の構造を有す
る。尚、炉アニール装置３０４において、図１に示した
シリコン酸化膜形成装置の構成要素と同じ構成要素には
同じ参照番号を付した。第１の処理装置３０２及び第２
の処理装置３０３の構造は、図２９若しくは図３０に示
したシリコン酸化膜形成装置と同様とすることができ
る。

【０１４４】実施の形態５及び実施の形態６において
は、石英製の処理室（酸化炉）を垂直に保持した縦型方
式のシリコン酸化膜形成装置を用いた。ところで、縦型
方式のシリコン酸化膜形成装置を用いた場合、シリコン
層（例えばシリコン半導体基板）の外周方向の外側にヒ
ータ１１４，２１４が配設されているため、シリコン層
の昇温中、常に、シリコン層（例えばシリコン半導体基
板）の周辺部の方が中心部よりも温度が高くなる。その
結果、シリコン層の昇温中にシリコン酸化膜が形成され
ると、シリコン層（例えばシリコン半導体基板）の周辺
部の方が中心部よりもシリコン酸化膜の膜厚が厚くなる
虞がある。実施の形態７においては、シリコン層の表面
と略平行に配設された加熱手段によってシリコン層を加
熱するので、シリコン層の面内の温度ばらつきを少なく
することができる。その結果、形成されるシリコン酸化
膜の面内膜厚ばらつき発生を抑制することができる。

【０１４５】以下、図２９あるいは図３０及び図５７を
参照して、実施の形態７のシリコン酸化膜の形成方法を
説明する。

【０１４６】［工程−７００］先ず、シリコン半導体基
板に、実施の形態１と同様の方法で、素子分離領域等を
形成した後、ＲＣＡ洗浄によりシリコン半導体基板の表
面の微粒子や金属不純物を除去し、次いで、０．１％フ
ッ化水素酸水溶液及び純水によりシリコン半導体基板の
表面洗浄を行い、シリコン半導体基板４０の表面を露出
させる。

【０１４７】［工程−７１０］搬送路３０１内、第１の
処理装置３０２及び第２の処理装置３０３のそれぞれの
処理室５０内、並びに、炉アニール装置３０４の基板搬
入出部２０及び処理室１０内を窒素ガス等の不活性ガス
雰囲気としておく。尚、第１の処理装置３０２の処理室
５０内の不活性ガス雰囲気温度を４００゜Ｃとし、第２
の処理装置３０３の処理室５０の不活性ガス雰囲気温度
を８００゜Ｃとし、炉アニール装置３０４の処理室１０
内の不活性ガス雰囲気温度を８５０゜Ｃとしておくこと
が好ましい。そして、シリコン層（具体的にはシリコン
半導体基板４０）をローダー・アンローダー３００から
搬送路３０１内に搬入し、更に、シリコン半導体基板を
ウエハ台５２に載置し、次いで、図２９（若しくは図３
０）に示した第１の処理装置３０２におけるゲートバル
ブ５３を開いて、第１の処理室に相当する処理室５０に
搬入した後、ゲートバルブ５３を閉じる。尚、処理室５
０内の雰囲気温度は４００゜Ｃ程度であるため、シリコ
ン半導体基板４０の表面に荒れが発生することを抑制す
ることができる。併せて、実施の形態１の［工程−１２
０］にて説明したと同様に、酸素ガス先出し処理を行
う。即ち、配管３２から燃焼室３０への酸素ガスの供給
を開始する。そして、燃焼室３０内のガス（即ち、酸素
ガス）を配管３１、第２の閉止弁３５及び排気用配管３
６を介して系外に排気する。

【０１４８】［工程−７２０］次いで、実施の形態１の
［工程−１４０］と同様に、配管３３から燃焼室３０へ
の水素ガスの供給を開始し、燃焼室３０内で水蒸気を生
成させる。この水蒸気は、配管３１、第２の閉止弁３５
及び排気用配管３６を介して系外に排気される。水蒸気
の生成が安定したならば、実施の形態１の［工程−１５
０］と同様に、配管３８から処理室５０への窒素ガスの
供給を中断し、次いで、あるいはそれと同時に、第１の
閉止弁３４を開き、第２の閉止弁３５を閉じ、燃焼室３
０内で生成した水蒸気を、配管３１及びガス導入部５４
を介して処理室５０へ導入する。こうして、シリコン層
（実施の形態７においては、シリコン半導体基板４０）
の表面からシリコン原子が脱離しない温度に雰囲気を保
持した状態で（実施の形態７においては、具体的には、
雰囲気温度を４００゜Ｃに設定）、湿式ガスを用いた酸
化法（パイロジェニック酸化法）によってシリコン層の
表面に厚さ１．２ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
尚、湿式ガス中に、例えば濃度１．０容量％の塩化水素
ガスを含有させてもよい。また、搬送路３０１内の不活
性ガスを加熱して、搬送路３０１内の不活性ガス雰囲気
の温度を４００゜Ｃ前後としておくことが好ましい。

【０１４９】［工程−７３０］その後、実施の形態１の
［工程−１５０］と同様に酸素ガス後出し処理を実行
し、処理室５０内を４００゜Ｃの窒素ガス等の不活性雰
囲気とし、ゲートバルブ５３を開き、ウエハ台５２に載
置されたシリコン半導体基板４０を第１の処理室に相当
する処理室５０から搬送路３０１へ搬出し、次いで、図
２９（若しくは図３０）に示した第２の処理装置３０３
におけるゲートバルブ５３を開いて、第２の処理室に相
当する処理室５０に搬入した後、ゲートバルブ５３を閉
じる。このとき、第２の処理室に相当する処理室５０内
の雰囲気は加熱手段によって８００゜Ｃ程度に加熱され
た不活性ガス雰囲気となっている。しかしながら、シリ
コン層の表面に既に保護膜としても機能するシリコン酸
化膜が形成された状態でシリコン層（例えばシリコン半
導体基板４０）を第１の処理装置３０２から搬送路３０
１を介して第２の処理装置３０３に搬入するので、搬送
路３０１内や第２の処理室３０３内が非酸化性雰囲気で
あってもシリコン層の表面に凹凸（荒れ）が生じること
がない。

【０１５０】［工程−７４０］次いで、第２の処理室に
相当する処理室５０内の雰囲気温度を８００゜Ｃに保持
した状態で、実施の形態５と同様に、酸素ガス先出し処
理、湿式ガスを用いた酸化法によるシリコン層の表面へ
のシリコン酸化膜の形成、酸素ガス後出し処理を実行す
る。実施の形態７においては、具体的には、実施の形態
５と同様に、燃焼室３０内で生成した水蒸気を配管３１
及びガス導入部５４を介して第２の処理室に相当する処
理室５０内に導入し、パイロジェニック酸化法によって
シリコン半導体基板４０の表面に総厚４．０ｎｍのシリ
コン酸化膜を形成する。尚、湿式ガス中に、例えば濃度
１．０容量％の塩化水素ガスを含有させてもよい。ま
た、搬送路３０１内の不活性ガス雰囲気の温度は室温と
しておいてもよい。

【０１５１】以上により、シリコン半導体基板の表面に
おけるシリコン酸化膜の形成が完了するので、以降、ゲ
ートバルブ５３を開き、ウエハ台５２に載置されたシリ
コン半導体基板４０を処理室５０から搬送路３０１へ搬
出し、ローダー・アンローダー３００を経由して系外に
搬出してもよいが、一層高い特性を有するシリコン酸化
膜の形成を意図する場合には、以下に説明する熱処理を
シリコン酸化膜に施すことが好ましい。

【０１５２】［工程−７５０］即ち、シリコン層（例え
ばシリコン半導体基板４０）を逐次、図５７に図示した
炉アニール装置３０４の基板搬入出部２０に図示しない
扉を介して搬入する。複数のシリコン半導体基板で石英
ボート２４が満たされたならば、図示しない扉を閉め、
エレベータ機構２３を作動させて石英ボート２４を上昇
させ、シリコン半導体基板４０を処理室１０に搬入す
る。そして、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有す
る窒素ガスをガス導入部１２から処理室３１０内に導入
し、雰囲気温度８５０゜Ｃにて３０分間、熱処理を行
う。以上により、シリコン酸化膜の熱処理が完了する。
以降、処理室１０内を窒素ガス等の不活性ガス雰囲気と
し、エレベータ機構２３を動作させて石英ボート２４を
下降させ、次いで、図示しない扉を開き、搬送路３０１
へ搬出し、ローダー・アンローダー３００を経由して系
外に搬出する。

【０１５３】尚、図５７に示した炉アニール装置を用い
る代わりに、第２の処理室に相当する処理室５０内で、
若しくは、図２９や図３０に示したと略同様の構造を有
するアニール装置にシリコン半導体基板を搬入して、シ
リコン酸化膜の形成に引き続き、熱処理を施してもよ
い。例えば、第２の処理室に相当する処理室５０内で熱
処理を行う場合には、［工程−７４０］において、酸素
ガス後出し処理の実行後、不活性ガス（例えば窒素ガ
ス）をガス導入部５４から処理室５０内に導入しつつ、
処理室５０の雰囲気温度を加熱手段によって８５０゜Ｃ
まで昇温させる。その後、例えば塩化水素ガスを０．１
容量％含有する不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導
入部５４から処理室５０内に導入し、５分間、熱処理を
行う。

【０１５４】また、図５６に示したシリコン酸化膜形成
装置において、第１の処理装置３０２に連通する搬送路
の部分と第２の処理装置３０３に連通する搬送路の部分
との間に、シャッターを配設してもよい。更には、シリ
コン層の表面からシリコン原子が脱離しない温度に第１
の処理室内の雰囲気を保持した状態にて、湿式ガスを用
いた酸化法によってシリコン層の表面にシリコン酸化膜
を形成する第１のシリコン酸化膜形成工程を、図２９や
図３０に示した処理室５０にて行い、湿式ガスを用いた
酸化法によって更にシリコン酸化膜を形成する第２のシ
リコン酸化膜形成工程は、図１に示したバッチ式の縦型
方式のシリコン酸化膜形成装置を用いて行うこともでき
る。

【０１５５】（実施の形態８）実施の形態８において
は、本発明のシリコン酸化膜の形成方法によって形成さ
れるシリコン酸化膜は、シリコン半導体基板の表面にゲ
ート酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形成される
酸化膜である。尚、シリコン層はシリコン半導体基板か
ら構成されている。具体的には、シリコン半導体基板の
表面にゲート酸化膜形成以前にシリコン半導体基板に形
成される酸化膜を、素子分離領域を形成するための酸化
膜（即ち、ＬＯＣＯＳ構造やトレンチ構造の素子分離領
域形成工程において、シリコン窒化膜を堆積させるため
の下地酸化膜）とし、更には、犠牲酸化膜とした。以
下、実施の形態８のシリコン酸化膜の形成方法を説明す
る。

【０１５６】［工程−８００］先ず、リンをドープした
直径８インチのＮ型シリコンウエハ（ＣＺ法にて作製）
であるシリコン半導体基板に対してＲＣＡ洗浄を行い、
シリコン半導体基板の表面の微粒子や金属不純物を除去
し、次いで、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純水によ
りシリコン半導体基板の表面洗浄を行い、シリコン半導
体基板の表面を露出させる。尚、シリコン半導体基板の
表面は大半が水素で終端しており、極一部がフッ素で終
端されている。

【０１５７】［工程−８１０］次に、シリコン半導体基
板に、基本的には公知の方法に基づきＬＯＣＯＳ構造を
有する素子分離領域を形成するが、この際、シリコン窒
化膜を堆積させるための下地酸化膜を本発明のシリコン
酸化膜の形成方法にて形成する。即ち、実施の形態１の
［工程−１１０］〜［工程−１８０］を実行し、シリコ
ン半導体基板の表面に最終的に８．０ｎｍのシリコン酸
化膜を形成する。尚、素子分離領域をトレンチ構造を有
する構造とする場合には、最終的に１０ｎｍのシリコン
酸化膜（下地酸化膜）をシリコン半導体基板の表面に形
成すればよい。

【０１５８】［工程−８２０］その後、公知の方法に基
づき、形成されたシリコン酸化膜を下地酸化膜として、
ＬＯＣＯＳ構造あるいはトレンチ構造の素子分離領域を
形成する。即ち、下地酸化膜の上に、ＣＶＤ法にてシリ
コン窒化膜を成膜し、かかるシリコン窒化膜をパターニ
ングして、素子分離領域を形成すべきシリコン半導体基
板の部分を露出させる。その後、ＬＯＣＯＳ構造の素子
分離領域を形成するために、従来の熱酸化法に基づき、
シリコン半導体基板の表面を酸化し、これによって素子
分離領域を形成する。尚、トレンチ構造の素子分離領域
を形成するためには、パターニングされたシリコン窒化
膜をマスクとして、シリコン半導体基板をエッチングし
てトレンチを形成した後、全面に例えばＳｉＯ₂から成
る絶縁層をＣＶＤ法にて堆積させる。その後、シリコン
半導体基板の上の絶縁層及びシリコン窒化膜を、エッチ
バック法あるいは化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて
除去する。これによって、シリコン半導体基板に設けら
れたトレンチがＳｉＯ₂で埋め込まれた素子分離領域を
形成することができる。

【０１５９】［工程−８３０］素子分離領域の形成後、
シリコン半導体基板に導入されたホワイトリボン等の欠
陥を除去するために、シリコン半導体基板の表面を再び
酸化する。これによって得られる酸化膜は、犠牲酸化膜
と呼ばれる。実施の形態８においては、この犠牲酸化膜
も、本発明のシリコン酸化膜の形成方法に基づき形成す
る。即ち、実施の形態１の［工程−１１０］〜［工程−
１８０］を実行し（但し、厚いシリコン酸化膜を形成す
る必要があるので、［工程−１８０］における雰囲気温
度を９００゜Ｃ程度とすることが好ましい）、シリコン
半導体基板の表面に最終的に約１０ｎｍのシリコン酸化
膜を形成する。

【０１６０】［工程−８４０］次に、シリコン半導体基
板に対して、ウエルイオン注入、チャネルストップイオ
ン注入、閾値調整イオン注入を行った後、シリコン半導
体基板の表面のシリコン酸化膜（犠牲酸化膜）を０．１
％フッ化水素酸水溶液を用いてエッチングし、除去す
る。その後、シリコン半導体基板に対してＲＣＡ洗浄を
行い、シリコン半導体基板の表面の微粒子や金属不純物
を除去し、次いで、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純
水によりシリコン半導体基板の表面洗浄を行い、シリコ
ン半導体基板の表面を露出させる。以降、実施の形態１
の［工程−１１０］〜［工程−１８０］、更には、必要
に応じて［工程−１９０］を実行し、シリコン半導体基
板の表面にゲート酸化膜として機能するシリコン酸化膜
を形成する。

【０１６１】実施の形態８においては、下地酸化膜ある
いは犠牲酸化膜を本発明のシリコン酸化膜の形成方法に
基づき形成することによって、下地酸化膜や犠牲酸化膜
とシリコン半導体基板との界面に凹凸が発生することを
確実に回避することができる結果、ゲート酸化膜形成前
のシリコン半導体基板表面を平坦な状態に保つことがで
き、［工程−８４０］にて形成されるゲート酸化膜の電
気的信頼性が低下することを防止できる。

【０１６２】尚、実施の形態８においては、専ら、実施
の形態１にて説明したシリコン酸化膜の形成方法を適用
したが、下地酸化膜や犠牲酸化膜の形成方法は、実施の
形態１にて説明したシリコン酸化膜の形成方法に限定さ
れず、他の実施例にて説明したシリコン酸化膜の形成方
法を適用することができる。

【０１６３】以上、本発明を発明の実施の形態に基づき
説明したが、本発明はこれらの発明の実施の形態に限定
されるものではない。発明の実施の形態にて説明した各
種の条件やシリコン酸化膜形成装置の構造は例示であ
り、適宜変更することができる。

【０１６４】例えば、実施の形態１の［工程−１７０］
において、不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部
１２から処理室１０内に導入しながら、シリコン酸化膜
形成装置の処理室１０内の雰囲気温度をヒータ１４によ
って第２のシリコン酸化膜形成工程を実行するための雰
囲気温度まで昇温したが、その代わりに、例えば塩化水
素ガスを０．１容量％含有する不活性ガス（例えば窒素
ガス）をガス導入部１２から処理室１０内に導入しなが
ら、シリコン酸化膜形成装置の処理室１０内の雰囲気温
度をヒータ１４によって第２のシリコン酸化膜形成工程
を実行するための雰囲気温度まで昇温してもよい。ま
た、実施の形態４の［工程−４３０］において、処理室
５０内への湿式ガスの導入を継続しながら処理室５０内
の雰囲気温度を加熱手段によって第２のシリコン酸化膜
形成工程を実行するための雰囲気温度まで昇温する代わ
りに、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有する湿式
ガスを処理室５０内へ導入しながら処理室５０内の雰囲
気温度を加熱手段によって第２のシリコン酸化膜形成工
程を実行するための雰囲気温度まで昇温してもよい。

【０１６５】また、実施の形態１〜実施の形態７におい
て、不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部から処
理室内に導入しつつ処理室の雰囲気温度をヒータ等の加
熱手段によって８５０゜Ｃまで昇温したが、その代わり
に、例えば塩化水素ガスを０．１容量％含有する不活性
ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部から処理室内に導
入しつつ、処理室の雰囲気温度をヒータ等の加熱手段に
よって８５０゜Ｃまで昇温してもよい。

【０１６６】発明の実施の形態においては、主に、シリ
コン半導体基板の表面にシリコン酸化膜を形成したが、
半導体装置の製造工程においてシリコン半導体基板表面
に形成された選択エピタキシャル成長法にて形成された
エピタキシャルシリコン層、基板の上に形成された絶縁
層の上に成膜された多結晶シリコン層あるいは非晶質シ
リコン層等の表面にシリコン酸化膜を形成することもで
きる。あるいは又、ＳＯＩ構造におけるシリコン層の表
面にシリコン酸化膜を形成してもよいし、半導体素子や
半導体素子の構成要素が形成された基板やこれらの上に
成膜されたシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成し
てもよい。更には、半導体素子や半導体素子の構成要素
が形成された基板やこれらの上に成膜された下地絶縁層
の上に形成されたシリコン層の表面にシリコン酸化膜を
形成してもよい。シリコン酸化膜形成後の熱処理は必須
ではなく、場合によっては省略することができる。

【０１６７】あるいは又、実施の形態１〜実施の形態７
において、０．１％フッ化水素酸水溶液及び純水により
シリコン半導体基板４０の表面洗浄を行った後、シリコ
ン半導体基板４０をシリコン酸化膜形成装置に搬入した
が、シリコン半導体基板４０の表面洗浄からシリコン酸
化膜形成装置への搬入までの雰囲気を、不活性ガス（例
えば窒素ガス）雰囲気としてもよい。尚、このような雰
囲気は、例えば、シリコン半導体基板の表面洗浄装置の
雰囲気を不活性ガス雰囲気とし、且つ、不活性ガスが充
填された搬送用ボックス内にシリコン半導体基板４０を
納めてシリコン酸化膜形成装置の基板搬入出部２０や処
理室５０に搬入する方法や、図５８に模式図を示すよう
に、表面洗浄装置、シリコン酸化膜形成装置、搬送路、
ローダー及びアンローダーから構成されたクラスターツ
ール装置を用い、シリコン半導体基板の表面洗浄装置か
らシリコン酸化膜形成装置の基板搬入出部２０あるいは
処理室５０までを搬送路で結び、かかる表面洗浄装置及
び搬送路の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする方法によっ
て達成することができる。

【０１６８】あるいは又、０．１％フッ化水素酸水溶液
及び純水によりシリコン層の表面洗浄を行う代わりに、
表３に例示する条件にて、無水フッ化水素ガスを用いた
気相洗浄法によってシリコン層の表面洗浄を行ってもよ
い。尚、パーティクルの発生防止のためにメタノールを
添加する。あるいは又、表４に例示する条件にて、塩化
水素ガスを用いた気相洗浄法によってシリコン層の表面
洗浄を行ってもよい。尚、シリコン層の表面洗浄開始前
あるいは表面洗浄完了後における表面洗浄装置内の雰囲
気や搬送路等内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気としても
よいし、例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１０^-3Torr）程度
の真空雰囲気としてもよい。尚、搬送路等内の雰囲気を
真空雰囲気とする場合には、シリコン層を搬入する際の
シリコン酸化膜形成装置の基板搬入出部２０あるいは処
理室５０の雰囲気を例えば１．３×１０^-1Ｐａ（１０^-3
Torr）程度の真空雰囲気としておき、シリコン層の搬入
完了後、基板搬入出部２０あるいは処理室５０の雰囲気
を大気圧の不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気とすれ
ばよい。

【０１６９】

【表３】無水フッ化水素ガス：３００sccm メタノール蒸気：８０sccm 窒素ガス：１０００sccm 圧力：０．３Ｐａ温度：６０゜Ｃ

【０１７０】

【表４】塩化水素ガス／窒素ガス：１容量％温度：８００゜Ｃ

【０１７１】尚、これらの場合のシリコン酸化膜形成装
置としては、図１、図２９、図３０あるいは後述する図
５９、図６０に示すシリコン酸化膜形成装置を用いるこ
とができる。これにより、シリコン酸化膜の形成前に水
素やフッ素で終端されたシリコン層の表面を汚染等の無
い状態に保つことができる結果、形成されたシリコン酸
化膜中に水分や有機物、あるいは又、Ｓｉ−ＯＨが取り
込まれ、形成されたシリコン酸化膜の特性が低下しある
いは欠陥部分が発生することを、効果的に防ぐことがで
きる。

【０１７２】図１に示した縦型方式のシリコン酸化膜形
成装置とは若干形式の異なる縦型方式のシリコン酸化膜
形成装置の模式的な断面図を図５９に示す。この縦型方
式のシリコン酸化膜形成装置の処理室１０は、上方領域
１０Ａと下方領域１０Ｂから構成され、下方領域１０Ｂ
の雰囲気温度はヒータ１４によって制御される。一方、
上方領域１０Ａの外側には、赤外線若しくは可視光を発
する複数のランプ１４Ａが配設されている。そして、例
えば、実施の形態１の［工程−１５０］と同様の工程に
おいて、シリコン層の表面からシリコン原子が脱離しな
い温度に雰囲気を保持した状態で湿式ガスを用いた酸化
法によってシリコン層の表面にシリコン酸化膜を形成す
る第１のシリコン酸化膜形成工程を実行するが、このシ
リコン酸化膜の形成は処理室１０の下方領域１０Ｂにて
行う。このとき、処理室１０の上方領域１０Ａの雰囲気
温度は、ランプ１４Ａによって４００゜Ｃに保持する。
そして、実施の形態１の［工程−１６０］と同様に、酸
素ガス後出し処理を行った後、実施の形態１の［工程−
１７０］と同様の工程において、不活性ガス（例えば窒
素ガス）をガス導入部１２から処理室１０内に導入しな
がら、シリコン酸化膜形成装置の処理室１０の上方領域
１０Ａの雰囲気温度をランプ１４Ａによって第２のシリ
コン酸化膜形成工程における雰囲気温度まで昇温させ、
次いで、エレベータ機構２３を作動させて石英ボート２
４を上昇させ、シリコン半導体基板４０を処理室１０の
上方領域１０Ａに移す。そして、実施の形態１の［工程
−１８０］と同様の工程において、酸素ガス先出し処理
を実行し、更に、パイロジェニック酸化法によってシリ
コン半導体基板４０の表面にシリコン酸化膜４２を形成
する第２のシリコン酸化膜形成工程を実行した後、酸素
ガス後出し処理を実行する。次いで、実施の形態１の
［工程−１９０］と同様の工程において、不活性ガス
（例えば窒素ガス）をガス導入部１２から処理室１０内
に導入しつつ、処理室１０の上方領域１０Ａの雰囲気温
度をランプ１４Ａによって８５０゜Ｃまで昇温する。そ
の後、塩化水素ガスを０．１容量％含有する不活性ガス
（例えば窒素ガス）をガス導入部１２から処理室１０内
に導入し、処理室１０の上方領域１０Ａにおいて、３０
分間、熱処理を行う。

【０１７３】あるいは又、図３０に示した横型のシリコ
ン酸化膜形成装置とは若干形式の異なる横型のシリコン
酸化膜形成装置の模式的な断面図を図６０に示す。この
横型のシリコン酸化膜形成装置の処理室５０は、第１の
領域５０Ａと第２の領域５０Ｂから構成され、第１の領
域５０Ａ及び第２の領域５０Ｂのそれぞれの雰囲気温度
はランプ１５１Ａ及びランプ１５１Ｂによって制御され
る。そして、例えば、実施の形態４の［工程−４２０］
と同様の工程において、シリコン層の表面からシリコン
原子が脱離しない温度に雰囲気を保持した状態で、湿式
ガスを用いた酸化法によってシリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜を形成する第１のシリコン酸化膜形成工程を実
行するが、このシリコン酸化膜の形成は処理室５０の第
１の領域５０Ａにて行う。尚、第１の領域５０Ａにおけ
る雰囲気温度の制御はランプ１５１Ａによって行われ
る。このとき、処理室５０の第２の領域５０Ｂの雰囲気
温度は、ランプ１５１Ｂによって４００゜Ｃに保持す
る。その後、実施の形態４の［工程−４３０］と同様の
工程において、処理室５０内への湿式ガスの導入を継続
しながら、処理室５０の第２の領域５０Ｂの雰囲気温度
を、ランプ１５１Ｂによって第２のシリコン酸化膜形成
工程における雰囲気温度まで昇温し、シリコン層（例え
ばシリコン半導体基板）を第２の領域５０Ｂに移す。そ
の後、［工程−４４０］と同様の工程において、処理室
５０の第２の領域５０Ｂの雰囲気温度をランプ１５１Ｂ
によってこの温度に保持した状態にて、湿式ガスを用い
た酸化法にて、更にシリコン酸化膜を形成する第２のシ
リコン酸化膜形成工程を実行した後、酸素ガス後出し処
理を行う。その後、［工程−４５０］と同様の工程にお
いて、不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部５４
から処理室５０内に導入しつつ、処理室５０の第２の領
域５０Ｂの雰囲気温度をランプ１５１Ｂによって８５０
゜Ｃまで昇温する。次いで、塩化水素ガスを０．１容量
％含有する不活性ガス（例えば窒素ガス）をガス導入部
５４から処理室５０内に導入し、５分間、熱処理を行
う。尚、図６０のシリコン酸化膜形成装置におけるラン
プの代わりに、図２９に示したと同様に抵抗加熱ヒータ
を用いることもできる。

【０１７４】表５に、本発明の第４Ａ−１若しくは第４
Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法に関し
て、第１のシリコン酸化膜形成工程（表５では第１の酸
化工程と表示した）における雰囲気、昇温工程における
雰囲気、第２のシリコン酸化膜形成工程（表５では第２
の酸化工程と表記した）における雰囲気、並びに、形成
されたシリコン酸化膜に熱処理を施すために雰囲気を昇
温する工程（表５では第２の昇温工程と表記した）にお
ける雰囲気の組み合わせを示す。尚、本発明の第４Ａ−
３の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法に関しては、
昇温工程を除き、第１のシリコン酸化膜形成工程におけ
る雰囲気、第２のシリコン酸化膜形成工程における雰囲
気、並びに、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施す
ために雰囲気を昇温する工程における雰囲気の組み合わ
せを、表５と同様とすることができる。表５中、湿式ガ
ス雰囲気を「湿式ガス」と表記し、ハロゲン元素を含有
する湿式ガス雰囲気を「＊湿式ガス」と表記し、不活性
ガス雰囲気を「不活性ガス」と表記し、ハロゲン元素を
含有する不活性ガス雰囲気を「＊不活性ガス」と表記し
た。ここで、表５に示した各種の雰囲気の組み合わせ
は、図１や図５９に示したシリコン酸化膜形成装置、図
２９、図３０や図６０に示したシリコン酸化膜形成装
置、あるいは又、これらの組み合わせ、更には、図５６
や図５８に示したクラスターツール装置にて実現するこ
とができる。また、湿式ガス雰囲気あるいはハロゲン元
素を含有する湿式ガス雰囲気を不活性ガスで希釈しても
よい。

【０１７５】

【表５】第１の酸化工程昇温工程第２の酸化工程第２の昇温工程湿式ガス不活性ガス湿式ガス不活性ガス湿式ガス不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス湿式ガス湿式ガス不活性ガス湿式ガス湿式ガス湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス湿式ガス＊湿式ガス不活性ガス湿式ガス湿式ガス＊湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス＊湿式ガス湿式ガス不活性ガス湿式ガス＊湿式ガス湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス＊湿式ガス＊湿式ガス不活性ガス湿式ガス＊湿式ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス湿式ガス湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス湿式ガス湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス湿式ガス＊湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス湿式ガス＊湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊湿式ガス湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス＊湿式ガス湿式ガス＊不活性ガス＊湿式ガス＊湿式ガス＊湿式ガス不活性ガス＊湿式ガス＊湿式ガス＊湿式ガス＊不活性ガス

【０１７６】

【発明の効果】本発明のシリコン酸化膜の形成方法にお
いては、酸素ガス先出し処理を行うことによって、シリ
コン酸化膜が形成され始めるシリコン層の表面にドライ
酸化膜が形成されることを確実に防止することができる
し、酸素ガス後出し処理を行うことによって、シリコン
酸化膜とシリコン層との界面にドライ酸化膜が形成され
ることを確実に防止することができるので、形成された
シリコン酸化膜にはドライ酸化膜が含まれず、優れた特
性を有するシリコン酸化膜を得ることができる。それ
故、チャネル移動度の低下を防止でき、ＭＯＳ型トラン
ジスタ素子の駆動電流の劣化が生じ難く、また、フラッ
シュメモリ等でデータリテンション特性の劣化を引き起
こすストレスリーク現象の発生を抑制することができ、
長期信頼性に優れた極薄の例えばゲート酸化膜の形成が
可能となる。

【０１７７】また、シリコン層の表面からシリコン原子
が脱離しない雰囲気温度にてシリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜の形成を開始し、あるいは又、湿式ガスがシリ
コン層表面で結露しない温度以上５００゜Ｃ以下の雰囲
気温度にてシリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を
開始すれば、シリコン層の表面に凹凸（荒れ）が生じる
ことを防止し得る。更には、素子分離領域を形成するた
めの酸化膜や犠牲酸化膜を本発明のシリコン酸化膜の形
成方法に基づき形成することによって、これらの酸化膜
とシリコン半導体基板との界面における凹凸の発生を抑
制することができる結果、ゲート酸化膜の電気的信頼性
が低下することを一層効果的に防止することができる。

【０１７８】また、本発明の好ましい第４Ａの実施態様
によれば、シリコン層の表面に既に保護膜としても機能
するシリコン酸化膜が形成された状態で、雰囲気温度を
第２のシリコン酸化膜形成工程における雰囲気温度に昇
温した後、更に、湿式ガスを用いた酸化法によって更に
シリコン酸化膜を形成するので、昇温工程においてシリ
コン層の表面に凹凸（荒れ）が生じることがないし、優
れた特性を有するシリコン酸化膜を形成することができ
る。以上の結果として、長期信頼性に優れた極薄の例え
ばゲート酸化膜の形成が可能となる。あるいは又、本発
明の第４Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法
によれば、シリコン層（例えばシリコン半導体基板）の
面内の温度ばらつきを少なくすることができるので、昇
温中にシリコン酸化膜が形成される場合であっても、形
成されるシリコン酸化膜の面内膜厚ばらつき発生を抑制
することができる。更には、本発明の好ましい第４Ａ−
３の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法によれば、第
１の処理室及び第２の処理室の雰囲気温度を所定の一定
温度に保持すればよく、各処理室内の温度制御を一層正
確に行うことができるばかりか、処置室内の温度安定性
に優れる。従って、シリコン酸化膜の膜厚制御性に優れ
る。しかも、シリコン酸化膜の形成時のスループットの
低下を招くこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の実施に適した本発明のシリコン
酸化膜形成装置の模式図である。

【図２】本発明のシリコン酸化膜形成装置における配管
系及び冷却手段の部分の変形例を模式的に示す図であ
る。

【図３】本発明のシリコン酸化膜形成装置における配管
系及び冷却手段の部分の変形例を模式的に示す図であ
る。

【図４】本発明のシリコン酸化膜形成装置における配管
系及び冷却手段の部分の変形例を模式的に示す図であ
る。

【図５】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び水
蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プロ
ファイルを模式的に示す図である。

【図６】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び水
蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プロ
ファイルを模式的に示す図である。

【図７】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び水
蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プロ
ファイルを模式的に示す図である。

【図８】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び水
蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プロ
ファイルを模式的に示す図である。

【図９】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び水
蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プロ
ファイルを模式的に示す図である。

【図１０】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び
水蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プ
ロファイルを模式的に示す図である。

【図１１】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び
水蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プ
ロファイルを模式的に示す図である。

【図１２】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び
水蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プ
ロファイルを模式的に示す図である。

【図１３】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び
水蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プ
ロファイルを模式的に示す図である。

【図１４】酸素ガス、水素ガスの燃焼室への導入、及び
水蒸気の処理室への導入シークエンス及び雰囲気温度プ
ロファイルを模式的に示す図である。

【図１５】実施の形態１のシリコン酸化膜の形成方法を
説明するためのシリコン半導体基板等の模式的な一部断
面図である。

【図１６】実施の形態１における雰囲気温度プロファイ
ルである。

【図１７】実施の形態１におけるシリコン酸化膜の形成
方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の模式
的な断面図である。

【図１８】図１７に引き続き、実施の形態１におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図１９】図１８に引き続き、実施の形態１におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図２０】図１９に引き続き、実施の形態１におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図２１】実施の形態２における雰囲気温度プロファイ
ルである。

【図２２】実施の形態２におけるシリコン酸化膜の形成
方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の模式
的な断面図である。

【図２３】図２２に引き続き、実施の形態２におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図２４】図２３に引き続き、実施の形態２におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図２５】実施の形態３における雰囲気温度プロファイ
ルである。

【図２６】実施の形態３におけるシリコン酸化膜の形成
方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の模式
的な断面図である。

【図２７】図２６に引き続き、実施の形態３におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図２８】図２７に引き続き、実施の形態３におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図２９】本発明の第４Ａ−２の態様に係るシリコン酸
化膜の形成方法の実施に適した横型のシリコン酸化膜形
成装置の模式的な断面図である。

【図３０】図２９とは若干構造が異なる、本発明の第４
Ａ−２の態様に係るシリコン酸化膜の形成方法の実施に
適した横型のシリコン酸化膜形成装置の模式的な断面図
である。

【図３１】実施の形態５のシリコン酸化膜の形成方法を
説明するためのシリコン半導体基板等の模式的な一部断
面図である。

【図３２】実施の形態５の実施に適したバッチ式の縦型
方式シリコン酸化膜形成装置の概念図である。

【図３３】図３２に示したバッチ式の縦型方式シリコン
酸化膜形成装置の第１の処理室を含む部分の模式的な断
面図である。

【図３４】図３２に示したバッチ式の縦型方式シリコン
酸化膜形成装置の第２の処理室を含む部分の模式的な断
面図である。

【図３５】実施の形態５における雰囲気温度プロファイ
ルである。

【図３６】実施の形態５におけるシリコン酸化膜の形成
方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の模式
的な断面図である。

【図３７】図３６に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図３８】図３７に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図３９】図３８に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４０】図３９に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４１】図４０に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４２】図４１に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４３】図４２に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４４】図４３に引き続き、実施の形態５におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４５】実施の形態６の実施に適したバッチ式の縦型
方式シリコン酸化膜形成装置の概念図である。

【図４６】実施の形態６におけるシリコン酸化膜の形成
方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の模式
的な断面図である。

【図４７】図４６に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４８】図４７に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図４９】図４８に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５０】図４９に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５１】図５０に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５２】図５１に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５３】図５２に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５４】図５３に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５５】図５４に引き続き、実施の形態６におけるシ
リコン酸化膜の形成方法を説明するためのシリコン酸化
膜形成装置等の模式的な断面図である。

【図５６】実施の形態７の実施に適したシリコン酸化膜
形成装置の概念図である。

【図５７】実施の形態７の実施に適したシリコン酸化膜
形成装置におけるバッチ式の炉アニール装置の模式的な
断面図である。

【図５８】クラスターツール装置の模式図である。

【図５９】図１に示した縦型方式のシリコン酸化膜形成
装置とは若干形式の異なる縦型方式のシリコン酸化膜形
成装置の模式的な断面図である。

【図６０】図３０に示した横型のシリコン酸化膜形成装
置とは若干形式の異なる横型のシリコン酸化膜形成装置
の模式的な断面図である。

【図６１】従来の縦型方式のシリコン酸化膜形成装置
（熱酸化炉）の模式的な断面図である。

【図６２】従来のシリコン酸化膜の形成方法を説明する
ためのシリコン酸化膜形成装置等の模式的な断面図であ
る。

【図６３】図６２に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の
模式的な断面図である。

【図６４】図６３に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の
模式的な断面図である。

【図６５】図６４に引き続き、従来のシリコン酸化膜の
形成方法を説明するためのシリコン酸化膜形成装置等の
模式的な断面図である。

【符号の説明】

１０，１１０，２１０・・・処理室、１１，１１１，２
１１・・・ガス流路、１２，１１２，２１２・・・ガス
導入部、１３，１１３，２１３・・・ガス排気部、１
４，１１４，２１４・・・ヒータ、１５，１１５，２１
５・・・シャッター、１６，１１６，２１６・・・均熱
管、２０・・・基板搬入出部、２１，１２１・・・ガス
導入部、２２，１２２・・・ガス排気部、２３，１２３
・・・エレベータ機構、２４，１２４・・・石英ボー
ト、３０，１３０・・・燃焼室、３１，３２，３３，３
８，１３１・・・配管、３４，３５，３９・・・閉止
弁、３４Ａ・・・三方向弁、３６・・・排気用配管、３
７，３７Ａ，３８Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ，３７Ｅ，３７
Ｆ，３７Ｉ・・・冷却手段、３７Ｇ，３７Ｈ・・・温度
制御手段、４０・・・シリコン半導体基板、４１・・・
素子分離領域、４２・・・シリコン酸化膜、４３・・・
ゲート電極、５０・・・処理室、５１・・・抵抗加熱ヒ
ータ、５１Ａ，１５１Ａ，１５１Ｂ・・・ランプ、５２
・・・ウエハ台、５３・・・ゲートバルブ、５４・・・
ガス導入部、５５・・・ガス排気部、１２０，１２０
Ａ，１２０Ｂ，３０１・・・搬送路、１２５，１２５
Ａ，１２５Ｂ・・・扉、１２６・・・シャッター、３０
１・・・ローダー・アンローダー、３０２，３０３・・
・処理装置、３０４・・・炉アニール装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）酸素ガスによる水素ガスの燃焼によ
って水蒸気を生成させるための燃焼室、（Ｂ）燃焼室にて生成した水蒸気によってシリコン層の
表面にシリコン酸化膜を形成する処理室、（Ｃ）処理室と燃焼室とを接続する配管、及び、燃焼室
若しくは配管から系外に延びる排気用配管から構成され
た配管系、（Ｄ）配管系に配設され、配管系を介して燃焼室を処理
室との連通状態あるいは系外との連通状態に切り替える
ためのガス流切替手段、（Ｅ）配管系、ガス流切替手段、又は、配管系及びガス
流切替手段を冷却するための冷却手段、を備えているこ
とを特徴とするシリコン酸化膜形成装置。
【請求項２】（Ａ）酸素ガスによる水素ガスの燃焼によ
って水蒸気を生成させるための燃焼室、（Ｂ）燃焼室にて生成した水蒸気によってシリコン層の
表面にシリコン酸化膜を形成する処理室、（Ｃ）処理室と燃焼室とを接続する配管、及び、燃焼室
若しくは配管から系外に延びる排気用配管から構成され
た配管系、（Ｄ）配管系に配設され、配管系を介して燃焼室を処理
室との連通状態あるいは系外との連通状態に切り替える
ためのガス流切替手段、（Ｅ）配管系、ガス流切替手段、又は、配管系及びガス
流切替手段を冷却するための冷却手段、を備えたシリコ
ン酸化膜形成装置を用いて、シリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜を形成する方法であって、少なくとも、燃焼室への酸素ガスの供給開始後、燃焼室
への水素ガスの供給により水蒸気が燃焼室内で生成する
までの間、燃焼室を系外との連通状態として燃焼室内の
ガスを配管系を介して系外に排気し、次いで、燃焼室を
処理室との連通状態として燃焼室にて生成した水蒸気を
配管系を介して処理室内に導入し、シリコン層の表面に
シリコン酸化膜を形成することを特徴とするシリコン酸
化膜の形成方法。
【請求項３】燃焼室を処理室との連通状態として燃焼室
にて生成した水蒸気によって処理室内でシリコン層の表
面にシリコン酸化膜を形成した後、燃焼室を系外との連
通状態とし、次いで、燃焼室への水素ガスの供給を停止
し、燃焼室へ酸素ガスを供給し続け、配管系を介して系
外に排気することを特徴とする請求項１に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。
【請求項４】（Ａ）酸素ガスによる水素ガスの燃焼によ
って水蒸気を生成させるための燃焼室、（Ｂ）燃焼室にて生成した水蒸気によってシリコン層の
表面にシリコン酸化膜を形成する処理室、（Ｃ）処理室と燃焼室とを接続する配管、及び、燃焼室
若しくは配管から系外に延びる排気用配管から構成され
た配管系、（Ｄ）配管系に配設され、配管系を介して燃焼室を処理
室との連通状態あるいは系外との連通状態に切り替える
ためのガス流切替手段、（Ｅ）配管系、ガス流切替手段、又は、配管系及びガス
流切替手段を冷却するための冷却手段、を備えたシリコ
ン酸化膜形成装置を用いて、シリコン層の表面にシリコ
ン酸化膜を形成する方法であって、燃焼室を処理室との連通状態として燃焼室にて生成した
水蒸気によって処理室内でシリコン層の表面にシリコン
酸化膜を形成した後、燃焼室を系外との連通状態とし、
次いで、燃焼室への水素ガスの供給を停止し、燃焼室へ
酸素ガスを供給し続け、配管系を介して系外に排気する
ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項５】処理室内において、シリコン層の表面から
シリコン原子が脱離しない雰囲気温度にてシリコン層の
表面にシリコン酸化膜の形成を開始し、所望の厚さにな
るまでシリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求
項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のシリコン酸化
膜の形成方法。
【請求項６】シリコン層の表面からシリコン原子が脱離
しない雰囲気温度は、シリコン層表面を終端している原
子とシリコン原子との結合が切断されない温度であるこ
とを特徴とする請求項５に記載のシリコン酸化膜の形成
方法。
【請求項７】シリコン層の表面からシリコン原子が脱離
しない雰囲気温度は、シリコン層表面のＳｉ−Ｈ結合が
切断されない温度であることを特徴とする請求項６に記
載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項８】シリコン層の表面からシリコン原子が脱離
しない雰囲気温度は、シリコン層表面のＳｉ−Ｆ結合が
切断されない温度であることを特徴とする請求項６に記
載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項９】所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完了
した後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すこと
を特徴とする請求項５に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。
【請求項１０】熱処理の雰囲気は、ハロゲン元素を含有
する不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項９
に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項１１】ハロゲン元素は塩素であることを特徴と
する請求項１０に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項１２】塩素は塩化水素の形態であり、不活性ガ
ス中に含有される塩化水素の濃度は０．０２乃至１０容
量％であることを特徴とする請求項１１に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。
【請求項１３】熱処理は７００乃至９５０゜Ｃの温度で
行われることを特徴とする請求項９に記載のシリコン酸
化膜の形成方法。
【請求項１４】熱処理は炉アニール処理であることを特
徴とする請求項１３に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。
【請求項１５】処理室内において、水蒸気がシリコン層
表面で結露しない温度以上、５００゜Ｃ以下の雰囲気温
度にて、シリコン層の表面にシリコン酸化膜の形成を開
始し、所望の厚さになるまでシリコン酸化膜を形成する
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項
に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項１６】所望の厚さのシリコン酸化膜の形成が完
了した後、形成されたシリコン酸化膜に熱処理を施すこ
とを特徴とする請求項１５に記載のシリコン酸化膜の形
成方法。
【請求項１７】熱処理の雰囲気は、ハロゲン元素を含有
する不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１
６に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項１８】ハロゲン元素は塩素であることを特徴と
する請求項１７に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項１９】塩素は塩化水素の形態であり、不活性ガ
ス中に含有される塩化水素の濃度は０．０２乃至１０容
量％であることを特徴とする請求項１８に記載のシリコ
ン酸化膜の形成方法。
【請求項２０】熱処理は７００乃至９５０゜Ｃの温度で
行われることを特徴とする請求項１６に記載のシリコン
酸化膜の形成方法。
【請求項２１】熱処理は炉アニール処理であることを特
徴とする請求項２０に記載のシリコン酸化膜の形成方
法。