JPS62128126A - 酸化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 酸化室と燃焼室を設け、燃焼室内の圧力を酸化室より高
くして水素と酸素の燃焼による炎を安定化し、ここで発
生した水蒸気を減圧された酸化室に導入することにより
、安定な、特に薄膜成長に対して制御性のよい水蒸気酸
化が可能な装置を提起する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は減圧酸化を可能にした水蒸気酸化装置の構造に
関する。

水蒸気酸化は酸化レートが大きく、従来フィールド酸化
膜等数１０００〜１００００人程度の厚い膜の形成に使
用されていた。

ゲート酸化膜等の厚さ１００〜数１００人程度の薄い膜
の形成はドライ酸化の方が酸化レートが小さく、従って
制御性がよく有利であるため、さらにつぎの理由により
、塩酸酸化が用いられる場合が多い。

塩酸酸化は酸化中に塩酸ガスを４大して、酸化膜とシリ
コンとの界面に塩素を沈着させて、ナトリウム等のゲッ
タリング作用を行わせるものであるが、塩酸ガスが入る
と酸化レートが上がり、制酸化の方が酸化膜の欠陥が少
ないことが分かり、酸化レートの小さい、制御性のよい
水蒸気酸化装置の出現が要望される・ようになった。

〔従来の技術〕

従来の水蒸気酸化の方法は、窒素ガスで水中をバブリン
グして水の表面より出てくる水蒸気を酸化炉に導き、半
導体等の酸化を行っていた。

この場合、水温を高くすると酸化レートが大きくなり制
御し難くなるので、比較的低温で酸化している。それで
も１００〜１５０人の薄い酸化膜の形成には無理である
。

従って、バブリングにより薄い酸化膜をつくるときはシ
リコンに対しては８５０〜９００℃の低温でしかできな
い。それは前記のように水蒸気圧が高すぎるため、厚く
つきすぎてしまうためである。

実用上はよい膜質を得るため１０００℃程度の高温で薄
い酸化膜を形成したい。

一方、水のバブリングによる方法は長時間酸化のときは
水の補給をしなければならず不便であり、汚染の心配も
あるため、最近では水素燃焼方式による水蒸気酸化が用
いられるようになった。

この場合の酸化レートは、水のバブリングによる方法と
あまり変わらず、１００℃のバブリングより若干下がる
程度である。

そのため、高温で、酸化レートが低く、汚染の少ない水
素燃焼方式による水蒸気酸化が行える装置が望まれるよ
うになった。

それには、減圧系で酸化する以外に方法を見つけること
は困難である。しかしながら水素燃焼方式によるため安
定な燃焼を持続するため、常圧に近い圧力のもとでしか
できなかった。

上記のように従来、水素燃焼による水蒸気酸化は、大気
圧中で実施されており、被処理体を入れた石英管端部に
ノズルを設け、若干高い圧力で吐出された水素が１気圧
酸素中で安定炎を生じ、燃焼が行われていた。

この状態で、石英管他端を排気ポンプに接続して、減圧
した状態で水素を供給しても安定な炎は得られず、爆発
等の危険性を生ずる。このために、ノズル径を細（する
等の対策は考えられるが、水素量が限定されるため、所
望の水蒸気量（圧）が得られない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の水素燃焼方式による水蒸気酸化装置は減圧酸化が
できなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決は、排気可能な酸化室（１）と、水素
と酸素を導入するノズル（３）を設け、かつ細孔（４）
が開けられた隔壁（５）により該酸化室（１１と仕切ら
れた燃焼室（２）とを有する本発明による酸化装置によ
り達成される。

前記細孔（４）はニードル（６）により、その開口度が
調節できるようにし、燃焼室（２）の圧力を調整できる
ようにする。

〔作用〕

本発明は、高温で薄い酸化膜を水素燃焼法で形成する場
合、水がオキシダント（酸化性物質）として存在するた
めには、減圧系にする以外の方法では困難であると考え
、それを可能にした構造を提起したものである。

そのために、減圧下で安定な燃焼が得られ、かつ所望の
水蒸気量を酸化室に供給するため燃焼室を設け、燃焼室
内の酸素圧は大気圧に近くし、水素を大気圧以上の圧力
でノズルから噴射することにより安定な燃焼炎を得るこ
とができるようにした。

燃焼により発生した水蒸気は細孔を通じて、減圧された
酸化室に導かれ、この中に置かれた被処理体の酸化が行
われる。

さらに、燃焼ガス量が変化しても一定圧に保持できるよ
うに燃焼質と酸化室間に開閉可能なパルプを設けた。

減圧により、酸化レートは常圧の場合より１０−２〜１
０”３程度に低減でき、膜厚の制御性を向上させること
ができる。

〔実施例〕

第１図は水素燃焼方式による本発明の減圧酸化装置を説
明する断面図、 第２図は燃焼室の詳細を示す断面図である。

図において、１は酸化室、２は燃焼室で、これらは石英
よりなる一体化構造で、石英よりなる隔壁５により隔離
されている。

３は酸素と水素を導入するノズル、４は隔壁に設けられ
た細孔、６は細孔の開口度を調節する石英製ニードル、
７は燃焼室の圧力を検知する圧力センサ（キャパシタン
スマノメータ等）、８は炭化珪素よりなる着火ヒータ、
９は酸化室の蓋、１０はコントロールバルブ、１１は排
気ポンプ、１２は酸化室のヒータである。

燃焼室２内の圧力はニードル６を調節して一定にする。

酸素と水素を導入するノズル３と着火ヒータ８は従来の
常圧装置と同様のものでよい。

つぎに、この装置を使ってシリコン上に薄い酸化膜を形
成した例を説明する。

ノズル３に導入する水素の流量は２．Ｑｌ／ｍｉｎ、酸
素のそれは１．５β／　ｍ　ｉ　ｎにする。爆発等の危
険を防止するため、反応比率に対して多少酸素リッチに
する。

酸化室１の圧力Ｐ。をｌＯＴｏｒｒ　％燃焼室２の圧力
Ｐ８を４５０　Ｔｏｒｒにして、減圧水蒸気酸化が安定
にできた。

酸化レートは１０〜数１０人／ｗｉｎで、厚さ１００人
程度の薄い酸化膜を制御性よく形成することができた。

第３図は本発明の減圧酸化装置に自動制御系を付加した
例の燃焼室近傍の断面図である。

図において、ニードル６内にフェライト等の磁性体９を
封入し、これと外部に設けられた磁性体１０と磁気的に
結合させ、磁性体１０はモータ１２により親ネジ１１を
介してニードル６の軸方向に移動できる構造とする。

圧力センサ７で燃焼室２の圧力ＰＢを計測し、この結果
を制御器１３を経てモータ１２に負帰還して細孔４の開
口度を制御して圧力Ｐ、を所定の値に保つ。

Ｐｇ　＝　４５０　Ｔｏｒｒの設定で、安定な燃焼炎が
得られ、実測の結果、燃焼水素／酸素の流量が０．９１
０．６〜６／４の変化に対応可能であることが分かった
。

本発明の装置は、酸化専用のみではなく、酸化拡散装置
としても利用できる。すなわち、酸化しながら不純物の
拡散を行うドライビングの処理にも使用可融である。

また、本発明は酸化室の排気量を自動制御する系に対し
ても、適用可能である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、水素燃焼方
式による減圧水蒸気酸化装置が得られ、汚染が少なく、
欠陥の少ない、膜質のよい、薄い酸化膜を制御性よく形
成できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素燃焼方式による本発明の減圧酸化装置を説
明する断面図、 第２図は燃焼室の詳細を示す断面図、 第３図は本発明の減圧酸化装置に自動制御系を付加した
例の燃焼室近傍の断面図である。 図において、 １は酸化室、　　　２は燃焼室、 ３は酸素と水素を導入するノズル、 ４は細孔、　　　　５は隔壁、 ６はニードル、　　　７は圧力センサ、８は着火ヒータ
、　９は酸化室の蓋、 １０はコントロールパルプ、 １１は排気ポンプ、　１２はヒータ である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気可能な酸化室（１）と、水素と酸素を導入す
   るノズル（３）を設け、かつ細孔（４）が開けられた隔
   壁（５）により該酸化室（１）と仕切られた燃焼室（２
   ）とを有することを特徴とする酸化装置。
2. （２）前記細孔（４）はニードル（６）により、その開
   口度が調節できることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の酸化装置。