TW561557B - Heat-processing apparatus and method for semiconductor process - Google Patents

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TW561557B
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Katsutoshi Ishii
Yutaka Takahashi
Harunari Hasegawa
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Tokyo Electron Ltd
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Description

561557 A7 __________B7_ 五、發明説明（i ) [技術領域] 本發明係有關於一種半導體處理用之熱處理裝置及方 法，其係用以對半導體晶圓等之被處理基板進行熱處理。 又，在此，所謂半導體處理乃指：為了利用預定之圖案於 半導體晶圓或LCD基板等之被處理基板上形成半導體 層、絕緣層、導電層等，藉此，於該被處理基板上製造包 s有半導體元件及與半導體元件連接之配線、電極等的構 造物而實施的各種處理。 [習知背景] 半導體處理中，一次對多片半導體晶圓進行氧化、擴 散、退火、CVD等熱處理之分批式處理裝置，已知者有垂 直式熱處理裝置。在垂直式熱處理裝置中，在稱為晶舟之 固持具上，於垂直方向隔著間隙配列多片晶圓並加以固 持，並將該固持具搬入垂直式處理室之中。然後，藉配設 於處理室周圍之加熱機構加熱晶圓並進行熱處理。 另一方面，將矽晶圓氧化而形成矽氧化膜（Si02膜） 之處理，已知者有乾式氧化處理和濕式氧化處理等。在乾 式氧化處理中，係供給氧（〇2)氣及氯化氫（HC1)氣至 處理室。在濕式氧化處理中，係供給水蒸氣及氧氣至處理 至。乾式氧化處理及濕式氧化處理係可因應作為目標之膜 質而選擇其中任一者進行。 、 在乾式氧化處理中，藉氧氣將矽晶圓或層氧化。此外， 藉氣之吸氣效果將表面之不純物除去。具體言之，例如， 使多片晶圓於晶舟上保持架狀，再搬入垂直式處理室内， τ紙張尺度適用⑽A4規格 ----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、可_ -4- 561557 五、發明説明（ 2 並形成預定溫度之處理環境。接著，在常溫下，由處理室 之天花板部供給氧氣及氯化氫氣至處理室内，且從下 放氣體。 在濕式氧化處理中，於處理室之外需要有外部燁燒器。 :用燃燒器燃燒一部份之氧氣及氫（H2)氣而…蒸 氣且供給殘餘之氧和水蒸氣至處理室内。 ^ 他亦已知之熱處理有氧氮化處理。在氧氮化處理中， 在吊下將一氧化二氮氣（N2〇氣）導入處理室内，且 使其於晶圓之矽層上發生反應而形成含氮之矽氧化膜（矽 氧氮化膜）。 [發明之揭示] *本發明之目的S於提供一種對被處理基板進行氧化處 理等熱處理時，可使製程溫度低溫化的半導體處理用之敎 處理裝置及方法。 本發明之第1觀點係：一種半導體處理用之熱處理裝 ’包含有： 處理室，係用以收納被處理基板者； 支持構件，係配設於該處理室内且用以支持該被 處理基板者； 加熱體，係用以加熱業經收納於該處理室内之該被 處理基板者； 排氣系統，係用以排放該處理室内之氣體者；及 供給系統，係用以供給處理氣體至該處理室内者， 而’該供給系統具有··設有配置於該處理室外之 置 辦
本紙張尺度適用中(210X291ST
:1 ——f: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 561557 A7 五、發明説明（ ） 3 燒室的燃燒器，設有配置於該處理室外之加熱室的加熱 器，及氣體分配部，其中該燃燒器係用以在該燃燒室内 使氫氣及氧氣發生反應而產生水蒸氣後供給至該處理 室者，該加熱器係用以在前述加熱室内選擇性地加熱未 通過該燃燒室之氣體達活化溫度以上後供給至該處理 室者，該氣體分配部係用以選擇性地供給氫氣及氧氣至 該燃燒室’並且選擇性地供給反應性氣體及惰性氣體至 前述加熱室者。 本發明之第2觀點係：一種半導體處理用之熱處理裝 置，包含有： 處理室，係用以收納被處理基板者； 支持構件，係配設於該處理室内且用以支持該被 處理基板者； 加熱體’係用以加熱業經收納於該處理室内之該被 處理基板者； 排氣系統’係用以排放該處理室内之氣體者；及 供給系統，係用以供給處理氣體至該處理室内者， 而，該供給系統具有：設有配置於該處理室外之燃 燒室的燃燒器，設有配置於該處理室外之加熱室的加熱 器，氣體分配部，及控制部，其中該燃燒器係用以在該 燃燒室内使氫氣及氧氣發生反應而產生水蒸氣後供給 至該處理室者，該加熱器係用以在前述加熱室内選擇性 地加熱未通過該燃燒室之氣體後供給至該處理室者，該 氣體分配部係用以選擇性地供給氫氣及氧氣至該燃燒 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂·
6- 561557 A7 ....._ B7 _ 五、發明綱 ^ ) " ' '~'—'—--- ’ δ物氣體及h性氣體至則述加熱室者，該控制部 係用以控制刖述燃燒器、前述加熱器及前述氣體分配部 以選擇性地使用前述燃燒器及前述加熱器者。 本發明之第3觀點係··一種半導體處理用之熱處理方 法，包含有： 收納步驟，係將被處理基板收納於處理室内； 加熱步驟，係加熱業經收納於該處理室内之該被處 理基板； 扁式氧化處理步驟，係藉具有配置於該處理室外之 燃燒室的燃燒器，使氫氣及氧氣發生反應而產生水蒸 氣，同時供給至該處理室，藉此，將前述被處理基板氧 化而形成氧化膜；及 第1處理步驟，係藉具有配置於該處理室外之加熱 室的加熱器，加熱反應性氣體達活化溫度以上，同時供 給至該處理室，藉此，對前述被處理基板進行濕式氧化 處理以外之第1處理。 [圖式之簡單說明] 第1圖係顯示本發明實施型態之垂直式熱處理裝置的 縱截面側視圖。 第2圖係顯示應用於第1圖所示之熱處理裝置之處理單 元的分解立體圖。 第3圖係顯示應用於第1圖所示之熱處理裝置之燃燒器 的截面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐〉 561557 A7 ----____ B7 五、發明説明（） 5 第4圖係顯示應用於第1圖所示之熱處理裝置之加熱器 的載面圖。 第5圖A〜c係顯示進行不同處理之燃燒器及加熱器 中，氣體之供給狀態的說明圖。 第6圖A、B係顯示進行另一種不同處理之燃燒器及加 熱裔中，氣體之供給狀態的說明圖。 第7圖A、B係分別顯示使用第1圖所示之熱處理裝置 進行乾式氧化處理時之實驗結果之平面間均一性及平面内 均一性的特性圖。 第8圖A、b係顯示使用第1圖所示之熱處理裝置且分 別開啟及關閉加熱器以進行氧氮化處理時之實驗結果的特 性圖。 第9圖係顯示使用第丨圖所示之熱處理裝置進行稀釋濕 式氧化處理時之實驗結果的特性圖。 第10圖A〜C係用以說明習知乾式氧化處理之問題點的 說明圖。 [發明之實施形態] 在本發明之開發過程中，發明人等針對垂直式熱處理裝 置之乾式氧化處理、濕式氧化處理、氧氮化處理等的問題 點加以研究。因此，發明人等獲得如以下所述之見解。 在半導體晶圓之熱處理中，製程溫度愈高，愈容易於晶 圓發生所謂滑移之缺陷，又，對晶圓上之膜的熱影響亦愈 大。因此，現在一般都在檢討製程溫度之低溫化。然而， 愈降低製程溫度，則一片被處理基板上之（例如，晶圓之 本紙張尺度適用中國國家標準（QVS) A4規格（210X297公發） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
561557 五、發明説明 6 中心部與周邊部之間）處理的均一性（平面内均—性）愈 降，。該平面内均一性之降低係隨著晶圓之直徑愈大則愈 顯者X ’愈降低製程溫度，則多數被處理基板間（例如， 分批處理中上段之晶圓與下段之晶圓之間）之處理的均一 性（平面間均一性）也愈降低。 在此係假設一種情形，即，在垂直式熱處理裝置中，對 晶舟上之晶圓’由反應管（處理室）之上侧供給氧氣及氣 化氫氣以進行乾式氧化處理。此時，位於晶舟愈上段之晶 圓之矽氧化膜膜厚的平面内均一性有愈差之傾向。可推測 其理由是如以下所述者。 第10圖A〜(:係用以說明習知之乾式氧化處理之問題點 的說明圖。分別模式化地以第1〇圖A顯示晶圓w上之氣 體流向，第1〇圖B顯示晶圓w之溫度，第1〇圖c顯示 曰曰圓w之膜厚。氧氣及氣化氫氣係由晶圓w之周邊部朝 中央部流動（參照第1 〇圖A )，且藉氧氣將晶圓w上之矽 氧化。由於晶圓W之熱係從周邊部放射，故晶圓溫度係愈 在中央部愈兩（參照第1 〇圖B )。因此中央部會促進氧化 反應，而傾向於中央部變得較周邊部厚（參照第1〇圖c)。 更進一步，氯化氫被分解而產生之氫和氧發生反應後， 可產生僅些許之水蒸氣。由於在晶舟之上段中，氣體未被 充分加溫，所以隨著氣體由晶圓w之周邊部朝中央部漸被 加熱，水蒸氣之產生量亦漸多。該水蒸氣可有效使氧化膜 成長，因而水蒸氣產生量之差會大幅影響膜厚。因此，在 上段之晶圓W中，中央部之膜厚較厚，可謂成為山形之膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）
、可| (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) -9- 561557 A7 ____ B7_ 五、發明説明（） 7 尽为布（平面内均一性差）。 由於愈往反應管之下側，處理氣體愈經加溫，故在晶舟 之下段中，水蒸氣之產生反應大致呈平衡狀態。即，在氣 體沿晶圓W流動前，水蒸氣業已大致產生完成。因此，在 下段之晶圓W中，當處理氣體由晶圓w之周邊部朝中央 部流動時，因晶圓w之位置而起的水蒸氣產生量之差很 小。因而，由於水蒸氣產生量之差而導致的膜厚之差亦小。 由此可見，愈下段之晶圓w，矽氧化膜膜厚之平面内均一 性愈良好。 另一方面，在使用一氧化二氮氣形成含氮之矽氧化膜 (矽氧氮化膜）之氧氮化處理中，愈降低製程溫度，亦可 看到相同傾向。此時，矽氧氮化膜係一氧化二氮氣分解， 氧和矽發生反應而形成矽氧化膜，同時藉由分解所產生之 活性觸媒之氮進入矽氧化膜之中而成長。 該處理之情形亦如前述般，晶圓w之溫度係愈往中央 部愈尚。又，若製程溫度低，則在晶舟之上段中一氧化二 氮氣便無法充分被分解。因此，在上段之晶圓|中，隨著 一氧化二氮氣往中央部流動，愈可促進分解反應。因而， 在上段之晶圓W中，中央部之膜厚較厚，可謂成為山形之 膜厚分布（平面内均一性差）。 由於愈往反應管之下側，一氧化二氮氣愈經加溫，故在 | 晶舟之下段中，氣體會充分進行分解，或者即使稱不上充 分，也是較上段更促進進行。因此，在下段之晶圓w中， 當一氧化二氮氣由晶圓w之周邊部朝中央部流動時，因晶 本紙張尺度適财目Η家鮮（CNS) A4祕（210X297公釐)*一 ------ -10-
>可 ‘ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 561557 A7 __B7_ 五、發明説明（） 8 圓W之位置而起之氣體分解之差很小。因而，由於氣體分 解之差而導致的膜厚之差亦小。由此可見，愈下段之晶圓 W，矽氧氮化膜膜厚之平面内均一性愈良好。 如前所述般，有一種傾向係愈降低製程溫度，則對上段 晶圓之處理的平面内均一性愈低，且晶圓平面間均一性亦 低。因此，在現狀中，製程溫度之低溫化實為困難。 以下參照圖示說明依前述見解所構成之本發明實施型 態。又，在以下之說明中，對大略具有同一機能及構造之 構成要素賦予相同標號，僅在必要時才重複說明。 第1圖係顯示本發明實施型態之垂直式熱處理裝置的 縱截面側視圖。該熱處理裝置係包含有由主控制部5 7所控 制之垂直式熱處理單元11、燃燒器12、加熱器13及氣體 分配部14。該熱處理裝置可選擇性地進行濕式氧化處理、 乾式氧化處理及氧氮化處理。在濕式氧化處理中，藉燃燒 器12燃燒氫氣和氧氣而產生水蒸氣，並利用該水蒸氣對晶 圓進行氧化處理。在乾式氧化處理中，藉加熱器13加熱氧 氣（氧化氣體）及氣化氫氣（含氯與氣之化合物氣體：吸 氣氣體），並利用該氣體對晶圓進行氧化處理。在氧氮化處 理中’藉加熱器13加熱-氧化二氮氣（氧氮化氣體），並 利用該氣體對晶圓進行氧氮化處理。 _第2圖係顯示應用於第1圖所示之熱處理裝置之處理單 元11的分解立體圖。如第1圖及第2圖所示，處理單元 11係具有垂直式熱處理爐2。熱處理爐2經由第！氣體供 給管41連接有氣體分配部14，並且經由排氣管2〇連接有 I紙張尺度適财關家標準（⑽A4規格（2歌297公g-----_____ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-11- 561557 A7 五、發明説明（) ^ 9 排虱機構15。又，於熱處理爐2内配置有可自由插入卸下 之晶舟3作為晶圓W之支持具或固持具。晶舟3係藉配設 於熱處理爐2下部之晶舟升降機30而可升降。 垂直式熱處理爐2係包含有由諸如石英所構成且下端 有開口之垂直式反應管（處理室）21。又，配設有作為加 熱機構之由電阻發熱體等構成的加熱體22以包圍反應管 21。於反應管21和加熱體22之間配設有均熱管23。均熱 管23之下端部由隔熱體24加以支持。 於反應管21内，在上壁21a稍下方配設有具有多數氣 體孔21b之氣體擴散板21c。第1氣體供給管41係由外貫 通隔熱體24,且在隔熱體24之内側彎曲成L字形而垂直 豎立於反應管21與均熱管23之間。又，第}氣體供給管 41之頂端部係穿入反應管21中上壁2U與氣體擴散板 間之空間。 如第2圖所示，晶舟3係具有諸如頂板3丨、底板32及 用以連接其間之多根支柱33。於支柱33形成多數在上下 方向隔著間隙之槽，將晶圓W之邊緣插入該等槽内，藉此 晶圓W可保持水平。晶舟3係經由作為保溫構件之例如保 溫筒35而載置於用以開放及關閉反應管21下端開口部 的蓋體34之上。保溫筒35係載置於旋轉台36之上，且經 I 由旋轉軸37而藉設於升降機30之驅動部Μ旋轉。蓋體 1 34係安裝於升降機30，且藉升降機3()之升降，對熱處理 爐2進行晶舟3之搬入暨搬出。 第3圖係顯示應用於第丨圖所示之熱處理裝置之燃燒器 丨 _丨 - - ------ - 本紙張尺度適用巾國國家標準（CNS) Α4規格(210X297公幻 ' 1—— -12-
------------#…： (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 10561557 A7 B7 五、發明説明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 12的截面圖。如第i圖所示，燃燒器12係位於垂直式熱 處理單元11之外，且與由諸如石英所構成之第丨氣體供給 管41之上游側連接。如第3圖所示，燃燒器丨2具有由諸 如透明石英製之内管51a及外管51b所構成之同心雙層構 造部50。於内管51a之内側形成有内側加熱空間52A，於 内管5 1 a與外管5 1 b之間則形成有外側加熱空間MB。 内側加熱空間52A係以直接延長狀態與第1氣體導入 管71連通。外側加熱空間52B之上游側縮小，且與由該 縮小部延伸成直角之第2氣體導入管72連通。由第1氣體 導入管71開始，經由内側加熱空間52A、第1氣體供給管 41至反應管21之氣體流路，及由第2氣體導入管72開始， 經由外側加熱空間52B、第1氣體供給管41至反應管21 之氣體流路係相當於第1氣體流路。 於外側加熱空間52B之外周部配設有例如為螺旋狀之 破絲加熱體5 3且由请狀隔熱體5 4所包覆。加熱體5 3具有 編織多束諸如金屬不純物少之碳纖維束而形成的繩狀體， 及用以收納並密封該繩狀體之螺旋狀石英管。加熱體53 係藉電力控制部5 6經由相連之電力供給線5 5所施加之電 壓而發熱。電力控制部56係依對應例如由用以控制本熱處 理裝置之主控制部57所指定之設定加熱溫度的信號，及來 自設於加熱體53附近之具有諸如熱電偶之溫度感測器58 的溫度檢測信號，以控制通往加熱體53之通電量。 内侧加熱空間52A及外側加熱空間52B係連通於下游 側之燃燒室59。當使用氫氣及氧氣作為處理氣體以進行潘 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -13- 561557 A7 --------------B7 五、發明説） " " ---— 式氧化時’氫氣及氧氣會在燃燒室59中起燃燒反應而產生 水蒸氣。 第4圖係顯示應用於第丨圖所示之熱處理裝置之加熱器 13的截面圖。如第】圖所示，加熱器13係連接於第；氣 體供給管42之上游側，而該第2氣體供給f 42係在垂直 弋”、、處理單元11與燃燒器12之間，自第！氣體供給管Μ 分歧出來之由例如石英所構成者。加熱器13具有一由例如 透明石英所構成且與第2氣體供給管42連接之加熱室 61。例如，如第4圖所示，加熱室61係構造成在氣體之通 氣方向上較長的圓筒形狀加熱管，且為較用以導入處理氣 體之第3氣體導入管73之内徑為大者。由第3氣體導入管 73開始，經由加熱室61、第2氣體供給管42至反應管η 之氣體流路係相當於第2氣體流路。 加熱室61内配設有通氣阻抗構件62，係藉被加熱而發 揮作為加熱介質之機能，並且用以對通過之氣體賦予通氣 阻抗者。該通氣阻抗構件62係由石英、陶瓷等之多數元件 之聚集體所構成者。在本實施型態中，通氣阻抗構件62 係藉熔合多數之石英製元件（諸如熔珠）而形成。舉例言 之，當第2氣鱧供給管42之内徑為例如2〇mm時，加熱室 61之内徑為例如60mm〜80mm，通氣方向之長度為例如 100mm〜200mm程度，而充填於加熱室61之各石英元件大 小為例如0 1〜4 1 〇程度。 於加熱室61之外周圍，作為加熱機構之碳絲加熱體63 繞捲成螺旋狀。該加熱體63具有編織多束諸如金屬不純物 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）
訂— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 561557 A7 --—________£7__ 五、發明説明（） 12 〔之奴纖維束而形成的繩狀體，及用以收納並密封該繩狀 體之螺旋狀石英管。在第4圖中，標號64、65係顯示通往 加熱體63之電力供給部及端子。 加熱室61和加熱體63係被具有諸如高純度氧化矽 (Si〇2 )之筒狀燒結隔熱體的罩6〇所包覆。於該罩6〇， 例如沿著加熱體63(沿著通氣方向），形成用以流通諸如 冷卻水之冷媒的冷卻套66。藉冷卻水供給部67供給冷卻 水至該冷卻套66。罩6〇内部之冷卻套66與加熱體Η之 間配設有諸如熱電偶之溫度檢測部68。依該熱電偶68所 檢測出之該内部溫度，由主控制部57經由供給量控制部 69輸出控制信號至電力供給部64及冷卻水供給部67。藉 此，可控制通往加熱體63之電力供給量及通往冷卻套％ 之冷卻水供給量。即，藉加熱體63之加熱與冷卻套66之 冷部的相互作用，可調整加熱室61於預定之溫度。 加熱器13之加熱室61及充填於其中之通氣阻抗構件 62對通過之氣體形成熱交換部。即，藉第3氣體導入管73 導入處理氣體至業經調整到預定溫度之加熱室61内，使該 處理氣體和業經加熱之通氣阻抗構件62接觸，而將處理氣 體預熱至300〜1 l〇〇t：和典型的800〜l〇〇〇°C之預定高溫。 如第1圖所示，於燃燒器12及加熱器13之上游側配設 有氣體分配部14。即，於第1氣體導入管71、第2氣體導 入管72及第3氣體導入管73分別配設有開啟關閉用之閥 VA、閥VB及閥VC。第i氣體導入管71係連接於氫氣源 81 ’其途中配設有閥v 1及作為流量調整部之質量流量控 本紙張尺度適财關家鮮⑽s〉A4規格⑵GX297公爱〉 ·
、τ· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 15- 561557 五、發明説明(i3 ) 制器MF1。第2氣體導入管72係連接於氧氣源82，其途 中配設有閥V2及作為流量調整部之質量流量控制器 MF2。第3氣體導人管73係分歧為例如四條，而連接於氣 氣源83、一氧化二氮氣源84、氣化氫氣源85、氧氣源％。 於四條之分歧管分別配設有閥V3、V4、V5、¥6及質量流 量控制器MF3、MF4、MF5、MF6。又，氧氣源82、86亦 可通用。 接著，說明第1圖所示之熱處理裝置之作用。若藉該裝 置，可對於例如表面露出石夕層之被處理基板之晶圓，選擇 性地進行濕式氧化處理、乾式氧化處理及氧氮化處理等。 以下依序說明乾式氧化處理、吸氣處理、氧氮化處理、濕 式氧化處理、稀釋濕式氧化處理之作用和效果。 (乾式氧化處理） 藉在主控制部57選擇乾式氧化處理，由主控制部57 對處理單元U、燃燒器12、加熱器13、氣體分配部14傳 送乾式氧化處理用操作信號。 在處理單元1 1中，使多你丨如， 便夕片例如25〜15〇片作為被處理基 板的半導體晶圓W於晶舟3保持架狀，並藉晶舟升降機 3〇搬入業經加熱體22預先加熱至預定溫度之反應管η 内’再藉蓋趙34關閉作為爐口之開口部”成氣密狀態(第 1圖之狀態）。接著，使反應管21内升溫至例如卿。c之預 定製程溫度而安定。 在搬人晶圓W之步驟及使反應管21内升溫之步驟中， 由氣體供給管（圖中未顯示）供給混入諸如些許氧氣之氮 本紙張尺度適财_家標準（⑽）A4規格（2歡297公奮）
.、可I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- 561557 A7 ---- 67 一 五、發明説明（） ^~ 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 氣至反應管21内。若反應管21内已達製程溫度時，便停 止氣體之供給，並經由排氣管2〇而藉排氣機構15排放反 應管21内之氣體。藉此，使反應管21内形成微減壓狀態， 且利用該狀態使晶圓W之溫度安定後再進行氧化處理。 另一方面，使加熱器13呈開啟狀態，並控制通往加熱 體63之電力供給量及通往冷卻套66之冷卻水供給量以使 加熱室61内到達例如100(rc之設定溫度。在氣體分配部 14中，開啟閥V6、V5，在分別由質量流量控制器mf6、 MF5調整氧氣及氣化氫氣至預定流量之狀態下，例如以 lOslm及lslm之流量流入加熱室61内。此時，使燃燒器 12呈關閉狀態，並封閉燃燒器12 一次側之閥VA、閥VB。 如第5圖A所示’處理氣體一邊與加熱室61内之通氣 阻抗構件62接觸一邊流過其中之間隙而通往均熱管，在通 過此處之期間，被加熱至例如1 〇〇〇附近。可預料氧氣及 氣化氫氣藉此會發生如下述式之反應，而產生例如數百 ppm級之微量水蒸氣。 2HC1—H2+ Cl2 H2+ l/202—H20 業經如此加熱之處理氣體經由第2氣體供給管42及第 1氣體供給管41供給至熱處理爐2。該處理氣體通過均熱 管2 3之内側而一邊被加熱一邊上升，再流入反應管2 1之 上部。更進一步，該處理氣體由氣體孔21b供給至反應管 21内之處理領域，再由下部之排氣管20排放。其間，該 處理氣體會進入保持架狀之晶圓W之間，對晶圓進行預定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） -17- 561557 A7 --------— Β7_ 五、發明説明（） 15 } 處理。即’藉氯氣除去晶圓表面之污染金屬（吸氣）。此外， 藉氧氣將晶圓表面之矽層氧化而形成矽氧化膜。於該處理 亂體之中已包含有前述微量水蒸氣，藉該水蒸氣可使氧化 膜成長。 當進行該處理時，來自加熱器13之處理氣體經由第2 氣體供給管42及第1氣體供給管41而繞入燃燒器12。然 而，若先關閉設於燃燒器之第丨氣體導入管71的閥VA和 設於第2氣體導入管72之閥VB，則氣體僅會進入燃燒室 59，而不會繞入燃燒室59之上游側。 藉前述實施型態之乾式氧化處理而形成的矽氧化膜係 具有膜厚之平面内均一性及平面間均一性皆優之特性。可 推測其理由是如以下所述者。即，處理氣體（氧氣及氯化 氫氣之混合氣體）在加熱器13中被加熱至例如i〇〇〇°c附 近而被活化，藉此加熱分解，在此可產生微量水蒸氣和氯。 即使一旦溫度降低，處理氣體中業已產生之水蒸氣和氣之 量也不會減少。因此，若藉加熱器13以較反應管21内製 程溫度高之溫度，先產生水蒸氣及氣，則縱使處理氣體在 流通二次侧之第2氣體供給管42及第1氣體供給管41時 多少會冷卻，處理氣體之變化還是很少的。因此，之後即 使處理氣體在反應管21内被加熱，處理氣體也不會再產生 水蒸氣。 換言之，在加熱器13使處理氣體活化而先充分加熱分 解，藉此，當處理氣體進入層疊於晶舟3之晶圓W之間時， 水蒸氣及氯可謂是業已產生完成。因此，由晶圓W之周邊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .參- •、?τ· -18- 五、發明説明（） 部朝中央部流動之處理氣體中所含水蒸氣及氣的量，不論 在，何位置都是大致相同。因此，即使是位於晶舟3上段 之晶圓W，在其平面内，水蒸氣之成膜作用和氣之吸氣作 用的程度都大致相同，因而膜厚之平面内均一性良好。 更進步，在習知技術中，由於愈往晶舟3之下段，水 蒸氣及氯之產生愈旺盛，故在上段之膜厚均一性差，愈往 下#又則膜厚均-性愈良好。相對於必匕，若藉前述實施型態 之乾式氧化處理，可使若無加熱器13時在下段才發生之產 生反應在上段就先產生。因此，在晶圓w間膜厚分布之不 均變小，膜厚之平面間均一性變得良好。 又，嚴密地來說，如前所述般，晶圓w之中央部溫度 較周邊部高，因而原本中央部之膜厚就傾向於變大。然而， 若利用加熱器13加熱氣化氫氣和氧氣而進行乾式氧化處 理，則周邊部領域之膜會發揮成長作用，結果使膜厚均一 性良好。可推測其理由是如以下所述者。即，在加熱器13 所獲得之水蒸氣及氯在反應管21内係由晶圓界之周邊部 朝中央部流動。因此可推測處理氣體之濃度係愈往中央 邛，多少會愈低。藉此，周邊部之成膜和吸氣之程度變大， 因而發揮增加周邊部膜厚之作用。 由於利用加熱器13加熱處理氣體，故處理氣體可被充 分活化。在加熱器13中，由石英構成加熱室61，並且由 特殊構造形成加熱體63，藉此可加熱加熱室6丨至例如8〇〇 °C以上之高溫。如前所述般，加熱體63係包含有具有編織 多束諸如金屬不純物少之碳纖維束而形成的繩狀體，及用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） -19- 561557 A7 ---------- B7_____一 五、發明説明（ ) " — —~；— 17 以收納並密封該繩狀體之螺旋狀之例如石英管的特殊構 造。 由於在加熱室61設有通氣阻抗構件62，且使處理氣體 和通氣阻抗構件62接觸而加熱，故可有效率地提高處理氣 體之溫度。X ,由於在加熱冑61㈣填有通氣 62,故處理氣體係一邊與通氣阻抗構件“接觸一邊流通加 熱室61内，因而處理氣體之滯留時間變長。業經加熱體 63加熱之處理氣體本身對流之加熱，及來自㉟氣阻抗構件 62之傳熱’藉兩者之組合加熱處理氣體。 可使用例如0 1〜0 10程度大小之石英製元件（諸如熔 珠）作為通氣阻抗構件62。因為石英製元件62全體表面 積大，所以可確保大的傳熱表面積，而有效率地提高處理 氣體之溫度。由於加熱室61與第2氣體供給管42連接， 故在加熱至61中業經充分活化之處理氣體可於保持原有 高溫之狀態下，供給至第2氣體供給管42。藉此，由於處 理氣體在保持高活化度狀態下供給至反應管21，故可如前 所述般進行膜厚之平面内均一性及平面間均一性良好之處 理。 (吸氣處理） 所謂吸氣處理係指為除去晶圓表面之污染金屬而進行 之處理。藉在主控制部57選擇吸氣處理，由主控制部W 對處理單70 11、燃燒器12、加熱器13、氣體分配部丨4傳 送吸氣處理用操作信號。 在處理單元11中，使多片晶圓w於晶舟3保持架狀， —" 1 "丨_ "丨 —~—- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2ΐ〇χ297公爱) ' ---
•、一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -20- 561557 A7 ____B7__ 五、發明説明（ ） 18 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 並藉晶舟升降機30搬入業經加熱體22預先加熱至預定溫 度之反應管21内，再藉蓋體34關閉作為爐口之開口部25 成氣密狀態（第1圖之狀態）。接著，使反應管21内升溫 至例如900°C之預定製程溫度而安定。 另一方面，使加熱器13呈開啟狀態，控制通往加熱體 6 3之電力供給篁及通往冷卻套6 6之冷卻水供給量以使加 熱室61内到達例如i00(rC之設定溫度。在氣體分配部14 中’開啟閥V6、V5，在分別由質量流量控制器MF6、MF5 調整微里之氧氣及氣化氫氣至預定流量之狀態下，例如以 0.01〜lslm及0.01〜lslm之流量流入加熱室61内。此時， 使燃燒器12呈關閉狀態，並封閉燃燒器12 —次側之閥 VA、閥 VB。 如第5圖B所示，處理氣體一邊與加熱室61内之通氣 阻抗構件62接觸一邊流過其中之間隙而通往均熱管，在通 過此處之期間，被加熱至例如丨〇〇(^c附近。藉此，氣化氫 氣與氧氣會發生反應，而形成氯化氫氣與氯氣混合之狀 態。業經如此加熱之處理氣體經由第2氣體供給管42及第 1氣體供給管41而供給至熱處理爐2。在反應管21内，該 處理氣體會進入保持架狀之晶圓W之間，對晶圓進行預定 處理。即’藉氣化氫氣及氣氣除去晶圓表面之污染金屬（吸 氣）。如此進行預定之吸氣處理後，接著再進行例如濕式氧 化處理。 若藉前述實施型態之吸氣處理，由於氯化氫氣與氧氣在 加熱器13中被充分加熱而活化，故氯化氫氣與氧氣會充分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2Κ)χ297公楚） -21 - 561557 A7 _______B7 五、發明説明（) 19 發生反應。因此，形成反應生成物之氯化氫、氣及微量水 蒸氣混合之狀態，因而吸氣效果大，藉此提高晶圓表面金 屬之除去效率。因此，當接著進行濕式氧化處理時，由於 氧化膜形成於業已除去金屬之晶圓表面，故可獲得良質之 膜。 (氧氮化處理） 藉在主控制部57選擇氧氮化處理，由主控制部57對處 理單元11、燃燒器12、加熱器13、氣體分配部14傳送氧 氮化處理用操作信號。 在處理單元11中，使多片晶圓w於晶舟3保持架狀， 並藉晶舟升降機30搬入業經加熱體22預先加熱至預定溫 度之反應管21内，再藉蓋體34關閉作為爐口之開口部25 成氣密狀態（第1圖之狀態）。接著，使反應管21内升溫 至例如800°C之預定製程溫度而安定。 另一方面，使加熱器13呈開啟狀態，控制通往加熱體 63之電力供給量及通往冷卻套66之冷卻水供給量以使加 熱室61内到達例如900°C〜1000°C之設定溫度。在氣體分 配部14中’開啟閥V4，在由質量流量控制器MF4調整一 氧化二氮氣至預定流量之狀態下，例如以1〜丨〇slm之流量 流入加熱室61内。此時，使燃燒器12呈關閉狀態，並封 閉燃燒裔12 —次側之闕V A、闊V B。 如第5圖C所示，一氧化二氮氣一邊與加熱室61内之 通氣阻抗構件62接觸一邊流過其中之間隙而通往均熱 管’在通過此處之期間，被加熱至設定溫度附近。藉此， 本紙張尺度適财關家標準_ Μ規格⑵QX297公爱) "
.、可| (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 561557 A7 ___B7 五、發明説明（ ） 20 一氧化二氮氣被預熱至近於分解溫度而被活化成當流入反 應管21内便立即分解之程度。在第5圖C中，n2〇*係用 以顯示N2〇業經活化之狀態。業經如此活化之一氧化二氮 氣進入反應管2 1内，將晶圓W之石夕層氧化及氮化而形成 混入氮之矽氧化膜。 若藉前述實施型態之氧氮化處理，業經形成之含有氮之 矽氧化膜係具有膜厚之平面内均一性及平面間均一性兩者 皆優之特性。可推測其理由是如以下所述者。即，一氧化 二氮氣在加熱器13被加熱至例如900°c〜1〇〇〇〇c附近而預 先被活化成即將分解之狀態。因此，當其進入反應管2ι 内到達晶舟3之上段時，分解業已相當有所進展。即使反 應管21之溫度為低溫，也可使一氧化二氮氣充分活化，因 而可於矽氧化膜中摻入高濃度之氮。 此時，當一氧化二氮氣由晶圓w之周邊部朝中央部流 動時，周邊部與中央部之分解程度幾乎沒差。又，藉一氧 化二氮氣之分解而產生之活化觸媒量，不論在任何位置都 是大致相同或者相差無幾。藉此，即使是位於晶舟3上段 之晶圓W，膜厚之平面内均一性亦變得良好。又，若藉前 述實軛型態之氧氮化處理，可使當無加熱器丨3時在下段才 發生之產生反應在上段就先產生。因此，在晶圓W間膜厚 分布之不均變小，而膜厚之平面間均一性變得良好。 如前所述般，若藉前述實施型態之氧氮化處理，即使反 應管21之溫度為低溫，還是可摻入高濃度之氮且提高膜厚 之平面内均一性及平面間均一性。 張尺度“中國國(⑽）------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
23- 21 561557 五、發明説明（ (濕式氧化處理） 藉在主控制部57選擇濕式氧化處m控制部57 對處理單元η、燃燒器12、加熱器13、氣體分配 送濕式氧化處理用操作信號。 在處里單70 11中’使多片晶圓w於晶舟3保持架狀， 並藉晶舟升降機30搬人業經加熱趙22預先加熱至預定田 度之反應管21内，再藉蓋體34關閉作為爐口之開口部乃 成氣密狀態（第i圖之狀態）。接著，使反應管2ι内升溫 至例如900°C之預定製程溫度而安定。 另一方面，使燃燒器丨2呈開啟狀態，並控制通往加熱 體53之電力供給量以使加熱空間52A、52B内到達例如 900 C〜950 C之設定溫度。在氣體分配部14中，開啟閥 VI、V2，在分別由質量流量控制器MF1、MF2調整氫氣 及氧氣至預定流量之狀態下，例如以3〜丨㈦⑹及3〜1〇lslm 之流量流入燃燒器12内。使加熱器13呈關閉狀態，因此 不會供給通往加熱體63之電力及通往冷卻套66之冷卻 水。然而，在氣體分配部14中，開啟閥V3，在由質量流 量控制器MF3調整氮氣至預定流量之狀態下，例如以 50sccm〜500sccm之流量流入加熱室61内。又，亦可以氧 氣取代氮氣流入加熱室61内。 如第6圖A所示，分別在燃燒器12之内側加熱空間52A 及外侧加熱空間52B加熱氫氣及氧氣後，一部份之氧氣與 氫氣在燃燒室59起燃燒反應而產生水蒸氣。如此產生之氧 氣與水蒸氣經由第1氣體供給管41供給至熱處理爐2。
、可— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（0^) A4規格（210X297公釐） 24- 561557 A7 五、發明説明（22 ) 又，通過加熱器13之微量氮氣亦經由第2氣體供給管42 及第1氣體供給管41供給至熱處理爐2。在反應管21内， 混合該等氣體之處理氣體進入保持架狀之晶圓w之間，對 晶圓進行預定處理。即，藉氧氣及水蒸氣將晶圓表面之矽 層氧化而形成矽氧化膜。 若藉前述實施型態之濕式氧化處理，一部份之氧氣與氫 乳在燃燒器12中充分起燃燒反應，且在水蒸氣業已產生完 成之狀態下供給至反應管21。因此，由晶圓w之周邊部 朝中央部流動之處理氣體中所含水蒸氣及氧的量，不論在 任何位置都是大致相同。由於晶圓w平面内之水蒸氣及氧 的供給程度是大致相同，故即使在追求製程溫度低溫化 時’膜厚之平面内均一性還是良好。 此時，由於正供給氮氣至加熱器13，故可防止氣體由 燃燒器12繞入加熱器13。即，由於第2氣體供給管42係 由石英所構成，當在加熱器13進行處理氣體之加熱時會變 得相當高溫，故無法設用以進行氣體之供給及停止的閥。 因此，若沒有由加熱器13側使氣體流入，在燃燒器12產 生之水蒸氣便會通過氣體供給管42後進入加熱室61内。 一旦水蒸氣吸著在充填於加熱室61内之通氣阻抗構件62 時，便難以除去水蒸氣。在該狀態下，若在後續步驟中進 行乾式氧化處理，供給至反應管21内之水蒸氣量將有變化 而使處理之再現性惡化，結果導致膜厚之平面内均一性降 低。因此，供給氮氣至加熱器13係有助於防止氣體由燃燒 器12繞入加熱器13。 ~^張尺度適财® S家標準（CNS) μ規格（2獻297公着1 " " 一 -25 -
...........#…： C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 561557 A7 -------— 67 —_ 五、發明説明（） ~ ^— 23 (稀釋濕式氧化處理） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 所明稀釋濕式氧化處理，係藉微量氮氣稀釋之狀態下， 供給前述濕式氧化處理之含氧與水蒸氣的處理氣體至反應 管21内者。藉在主控制部57選擇稀釋濕式氧化處理，由 主控制部57對處理單元U、燃燒器12、加熱器13、氣體 分配部14傳送稀釋濕式氧化處理用操作信號。 在處理單元11中，使多片晶圓W於晶舟3保持架狀， 並藉晶舟升降機30搬人業經加熱體22減加熱至預定溫 度之反應& 21内，再藉蓋體34關閉作為爐口之開口部 成氣密狀態（第1圖之狀態八接著，使反應管21内升溫 至例如85〇°C之預定製程溫度而安定。 另一方面，使燃燒器12呈開啟狀態，控制通往加熱體 53之電力供給量以使加熱空間52a、52B内到達例如9⑼ C〜950 C之設定溫度。在氣體分配部14中，開啟閥V1、 V2 ’在分別由質量流量控制器MF1、MF2調整氫氣及氧氣 至預定流量之狀態下，例如以3slm及3slm之流量流入燃 燒器12内。使加熱器丨3亦呈開啟狀態，控制通往加熱體 63之電力供給量及通往冷卻套66之冷卻水供給量以使加 熱室61内到達例如ι000^之設定溫度。在氣體分配部14 中’開啟閥V3，在由質量流量控制器MF3調整氮氣至預 定流量之狀態下，例如以15slm之流量流入加熱室61内。 如第6圖B所示’氮氣一邊與加熱室61内之通氣阻抗 構件62接觸一邊流過其中之間隙而通往均熱管，在通過此 處之期間，被加熱至例如1 〇〇〇°C附近。如此業經預熱之氮 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -26 - 561557 A7 ____B7_______ 五、發明説明（ ） 24 氣經由第2供給管42供給至第1氣體供給管41，並在此 與來自燃燒器12之含氧和水蒸氣的處理氣體混合。藉此， 處理氣體在措氮氣稀釋之狀態下供給至熱處理爐2。在反 應管2 1内，混合該等氣體之處理氣體進入保持架狀之晶圓 W之間，對晶圓進行預定處理。即，藉氧氣及水蒸氣將將 晶圓表面之石夕層氧化而形成石夕氧化膜。 若藉前述實施型態之稀釋濕式氧化處理，氮氣係在加熱 1§ 13經充分預熱後，再與含氧氣和水蒸氣之處理氣體混 合。因此藉氮氣之混合，就不會發生處理氣體溫度降低之 情況，因而可進行膜厚之平面内均一性良好的處理。 即，若如習知般，將未加熱狀態之氮氣與處理氣體混合 時，處理氣體溫度便會降低。若供給溫度已降低之處理氣 體至反應管21内進行處理，則晶圓w周邊部附近之膜厚 有變薄之傾向。相對於此，若如前述實施型態之 氧化處理般，預先在加熱器13將氮氣充分預熱，便可抑^ 處理氣體之溫度降低，而防止膜厚之平面内均一性降低。 如前述所般，在第1圖所示之熱處理裝置中，燃燒器 12與加熱器13係並列配設者。因此，可選擇性地進行利 用燃燒器12之濕式氧化處理；利用加熱器13之乾式氧化 處理、氧氮化處理及吸氣處理；及利用燃燒器12及加熱器 13兩者之稀釋濕式氧化處理。且，在各處理中，分別都可 獲得良好之結果。 雖然利用僅具有燃燒器12之濕式氧化處理裝置，還是 可在燃燒器12加熱氧氣和氣化氫氣，藉此進行濕式氧化$ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .磬- 、?τ— -27- 25 、發明說明 悻二乾式氧化處理。然而’由於業經加熱之氧氣在通過燃 |器12後奴之燃燒室59時便會冷卻，所以供給至熱處理 $之氧氣之活化度低。結果導致難以進行膜厚之平面 内均一性良好之處理。 相對於此，右藉第丨圖所示之熱處理裝置，便可一邊保 持在加熱H 13業經加熱之氧氣之活化度—邊供給至熱處 爐2因此，如刖所述般，可確保膜厚之平面内均一性 南。 又，若藉第1圖所示之熱處理裝置，藉一台熱處理裝置 便可妥善進行各種製程。因此，製成之選擇幅度廣，亦有 利於成本及空間效率。更進-步，由於可藉-台熱處理裝 置進行前述處理，故可維持將晶圓收納於反應管21内之狀 態，利用後述之實施態樣連續進行多數處理。 當組合吸氣處理與濕式氧化處理時，維持將晶圓w收 納於反應管21内之狀態，先進行吸氣處理，接著再連續進 行濕式氧化處理。此時，由於藉吸氣處理除去晶圓表面之 金屬’再以該狀態進行濕式氧化膜之形成，故可形成良好 之膜。 當組合濕式氧化處理與乾式氧化處理以形成間極氧化 膜時，可連續交替進行兩處理。㈣，維持將晶s w收納 於反應管21内之狀態，先進行濕式氧化處理，接著利用諸 如氮氣沖洗反應管2丨内，然後進行乾式氧化處理，再利用 諸如氮氣沖洗反應管内，再次進行濕式氧化處理。如此 一來，便可交替進行濕式氧化處理與乾式氧化處理。又， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
28- 561557 A7 —~~__B7____ 五、發明説明（1 一一〜一 26 ^、’且a濕式氧化處理與乾式氧化處理時，亦可於同一時# 同時地進行該等處理。 又 同樣地，亦可連續進行濕式氧化處理與氧氮化處理，或 濕式氧化處理、乾式氧化處理及氧氮化處理。當進行後者 時’維持將晶圓W收納於反應管21内之狀態，先進行濕 式氧化處理，接著利用諸如氮氣沖洗反應管21内，然後進 仃乾式氧化處理，再利用諸如氮氣沖洗反應管21内，最後 進行氧氮化處理。 可用一氣乙埽（C2H2C12 )等含氫與氣之其他化合物氣 體，取代氯化氫氣作為使用於乾式氧化處理和吸氣處理的 氣體。亦可用於通氣方向並列開有多數通氣孔之多數通氣 板俾堵塞流路之構造，取代前述實施型態所用者作為設於 加熱器13之通氣阻抗構件62。 第2氣體供給管42係可在加熱室5丨之下游側部份構造 成雙層管。此時，氣體通過之内管與外部空氣之間隔有外 管，因而时不會與外部空氣接觸。因此，業經加熱之處 理氣體流通内管内時之放熱量變小，而可保持藉加熱而被 活化之狀態導入第1氣體供給管41。 亦可於加熱器13與反應管21之間的第2氣體供給管 42形成孔口（管徑急遽縮窄之部份）。由於在孔口會產生 壓力損失，故即使在處理室内進行減壓製程時，加熱室61 内之減壓程度亦小。此時，縱使在減壓製程中，對加熱室 61内對流之阻礙程度小，且加熱室61内之處理氣體之分 壓亦會變大。因此，與未設孔口時相比，加熱室61内處理 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) ' -29-
•、可| (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 561557 A7 ' ----— B7_ 五、發明說明（^ ------- 27 Λ體之對流易發生熱傳導，而可充分加熱處理氣體至 溫度。 【實驗】 (乾式氧化處理） 依前述實施型態（乾式氧化處理）之項目中所記載之處 f條件進行f驗。本I明實施型態之實施例係一邊在加熱 态13進行處理氣體之加熱（開啟加熱器丨3之加熱體μ )， ，邊進仃乾式氧化處理者。在此，令處理時間為9〇分鐘而 形，膜厚10nm之石夕氧化膜。又，比較例係在除未進行處 氣體之加熱外（關閉加熱器13之加熱體63 )，其他條件 皆相同之下，進行乾式氧化處理者。 第7圖A、B係分別顯示使用第1圖所示之熱處理裝置 進行乾式氧化處理時之實驗結果之平面間均一性及平面内 均一性的特性圖。在第7圖A中，橫軸是顯示膜厚之平面 勻丨生之平均值，縱軸則是顯示有無加熱器13之加熱。 在第7圖B中，橫軸是顯示膜厚之平面内均一性之平均 值，縱軸則是顯示晶舟3之晶圓w之位置。在第7圖A、 B中，附有斜線之柱條是顯示有進行處理氣體之加熱的情 形’無斜線之柱條則是顯示未進行處理氣體之加熱的情形。 、膜厚之平面間均一性及平面内均一性皆為數值愈小則 R表均-性愈高。如第7圖A所^當有進行處理氣體之 加熱時之平面間均一性平均值係較未進行加熱時小。即， 業已確認藉在加熱器13進行處理氣體之加熱，可提高平面 間均一性。如第7圖B所示，當有進行處理氣體之加熱時， 本紙張尺度適用中國國家標準（⑽）規格（2職297公爱)---------
t. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -30- 28 五、發明説明 在阳舟之上段、中段、下段中任何位置之平面内均一性平
句值都較未進行加熱時為小。即，業已確認藉在加熱器U 進行處理氣體之加熱，可提高晶舟上任何位置之平面 一性。 (氧氮化處理） 依則述實施型態（氧氮化處理）之項目中所記載之處理 條件進行實驗。本發明實施型態之實施例係一邊在加熱器 13進行處理氣體之加熱（開啟加熱器u之加熱體μ)，一 邊進仃氧氮化處理者。在此，令反應管21内之製程溫度為 =c，製程壓力為93」kPa，加熱器13之溫度為则， 一氧化一氮氣之流量為5slm。然後，令處理時間為分 鐘而形成膜厚2·5ηιη之含氮之石夕氧化膜。又，比較例係在 除未進行處理氣體之加熱外（關閉加熱器13之加熱體 63)，其他條件皆相同之下，進行氧氮化處理者。 第8圖Α、Β係顯示使用第丨圖所示之熱處理裝置且分 別開啟及關閉加熱器以進行氧氮化處理時之實驗結果的特 性圖。在第8圖A、Β中’橫軸是顯示膜之深度，縱轴則 是顯示膜中之氮濃度。 如第8圖A、B所示，當有進行—氧化二氮氣之加熱時 之膜中氮濃度較未進行加熱時格外地大。即，業已確認藉 在加熱器13進行一氧化二氮氣之加熱，可形成含高濃度之 氮的梦氧化膜。 (稀釋濕式氧化處理） 依前述實施型態（稀釋濕式氧化處理）之項目中所記載 五 發明説明（ v29 之處理條件進彳 加熱器i 3谁二實施型態之實施例係-邊在 _ ^ 仃氮氣之加熱（開啟加熱器13之加熱體63)， :邊：行稀釋濕式氧化處理者。在此，在不旋轉晶舟3下 :处理而形成膜厚6nm之矽氧化膜。又，比較例係在除 行氮氣之加熱外（關閉加熱器13之加熱體63)，其他 條件皆相同之下’進行稀釋濕式氧化處理者。 …第9㈣顯示使用第1圖所示之熱處理裝置進行稀釋濕 弋氧化處理時之實驗結果的特性圖。在第9圖中，橫軸是 顯示晶舟3上晶圓％之位置，縱軸是顯示平面内均一性。 在第9圖中’「〇」是顯示有進行氮氣之加熱的情形， 「X」則是顯示未進行氮氣之加熱的情形。 如第9圖所示，當有進行氮氣之加熱時，在晶舟之上 丰又中·^又下#又中任何位置之平面内均一性平均值都較未 進行加熱時為小。即，業已確認藉在加熱器13進行氮氣之 加熱，可提高膜厚之平面内均一性。 本發明並不限定於前述各實施型態，在實施階段中可在 不脫離其要旨之範圍下作各種變更。又，只要在可能之範 圍内，亦可適當地組合實施各實施型態俾獲得其組合效果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M規格（210X297公釐） -32- 561557 A7 B7 37.. .旋轉軸 41…第1氣體供給管 42…第2氣體供給管 50…同心雙層構造部 51a...内管 51b...外管 52A...内側加熱空間 52B…外侧加熱空間 55··.電力供給線 56,64···電力控制部 57…主控制部 58.. .溫度感測器 59.. .燃燒室 60…罩 61…加熱室 62.. .通氣阻抗構件 65 ···端子 66…冷卻套 67…冷卻水供給部 68.. .溫度檢測部 69···供給量控制部 71…第1氣體導入管 72…第2氣體導入管 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（3〇 ) [元件標號表] 2.. .熱處理爐 3…晶舟 11···處理單元 12.. .燃燒器 13…加熱器 14…氣體分配部 15.. .排氣機構 20.. .排氣管 21…反應管；處理室 21a...上壁 21b...氣體孔 21c...氣體擴散板 22.53.63.. .加熱體 23.. .均熱管 24,54···隔熱體 25··.開口部 30···升降機 31…頂板 32.. .底板 33.. .支柱 34.. .蓋體 35…保溫筒 36.. .旋轉台 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -33- 561557 A7 B7 31 五、發明説明 73…第3氣體導入管 81.. .氮氣源 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 2，8 6…氧氣源 8 3...氮氣源 84.·· —氧化二氮氣源 85.. .氯化氫氣源 MF1，MF2，MF3，MF4，MF5, MF6.··質量流量控制器 Μ...驅動部 V1，V2，V3，V4，V5，V6，VA， VB，VC···閥 AV…晶圓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -34-

Claims (1)

  1. ^61557
    申請專利範圍 •種半導體處理用之熱處理裝置，包含有： 處理室’係用以收納被處理基板者； 支持構件’係配設於該處理室内且用以支持該被 處理基板者； 加熱體’係用以加熱業經收納於該處理室内之該被 處理基板者； 排氣系統’係用以排放該處理室内之氣體者；及 供給系統，係用以供給處理氣體至該處理室内者， 而’該供給系統具有：設有配置於該處理室外之燃 燒至的燃燒器，設有配置於該處理室外之加熱室的加熱 态，及氣體分配部，其中該燃燒器係用以在該燃燒室内 使氫氣及氧氣發生反應而產生水蒸氣後供給至該處理 至者，該加熱器係用以在前述加熱室内選擇性地加熱未 通過該燃燒室之氣體達活化溫度以上後供給至該處理 至者，該氣體分配部係用以選擇性地供給氫氣及氧氣至 該燃燒室，並且選擇性地供給反應性氣體及惰性氣體至 前述加熱室者。 2·如申請專利範圍第i項之裝置，其更包含有一控制部， 係用以控制前述燃燒器、前述加熱器及前述氣體分配部 以選擇性地使用前述燃燒器及前述加熱器者。 3·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中當水蒸氣由前述燃 燒器供給至前述處理室時，前述氣體分配部會透過前述 加熱室供給惰性氣體至前述處理室以防止該水蒸氣進 入前述加熱室。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -35- 六、申請專利範圍 4.如申請專利範圍第1 加熱前述加叙室内…其中則述加熱器係用以 …、至内之軋體達300〜11〇〇者。 、:月專利扼圍第1項之裝置，其中前述加熱器具有一 、氣：抗構件’係配設於前述加熱室内而被加熱者。 圍第5項之裝置，其中該通氣阻抗構件係 '夕石夬、陶瓷所組成之群所選出之材料實質地 形成之元件者。 7·如申請專利範圍帛1項之裝置，其中前述氣體分配部係 用以選擇性地供給氧化氣體、氧氮化氣體及含氫與氣之 化合物氣體作為反應性氣體者。 8. 如申請專利範圍帛i項之裝置’其中前述氣體分配部係 用以供給氮氣作為惰性氣體者。 9. 如申請專利範圍帛μ之裝置，其中前述供給系統具有 連接於前述處理室之共通人口管，且前述燃燒室及前述 加熱至係連接於該共通入口管。 瓜如申請專利範圍帛！項之裝置’其中前述加熱室係由石 英所構成並配設有加熱構件以包圍前述加熱室，而該加 熱構件具有低金屬不純物之電阻發熱體及用以將其 封之絕緣性密封體。 、 11·如申請專利範圍第Η)項之裝置，丨中該電阻發熱㈣ /、有藉編織南純度奴素材所形成之繩狀體。 12.如申請專利範圍第10項之裝置1中前述密封體係由 石英、陶兗所組成之群所選出之材料實質地形成之元件 者0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210Χ297公爱） -36- 561557 A B c D 六、申請專利範圍 '如申請專利範圍s i項之裝置，其中前述支持構件係在 前述處理室内，於垂直方向隔著間隙—併支持多數被處 理基板者。 14· 一種半導體處理用之熱處理裝置，包含有： 處理室，係用以收納被處理基板者； 支持構件，係配設於該處理室内且用以支持該被 處理基板者； 加熱體，係用以加熱業經收納於該處理室内之該被 處理基板者； 排氣系統，係用以排放該處理室内之氣體者；及 供給系統，係用以供給處理氣體至該處理室内者， 而，該供給系統具有：設有配置於該處理室外之燃 燒室的燃燒器，設有配置於該處理室外之加熱室的加熱 器，氣體分配部，及控制部，其中該燃燒器係用以在該 燃燒室内使氫氣及氧氣發生反應而產生水蒸氣後供給 至該處理室者，該加熱器係用以在前述加熱室内選擇性 地加熱未通過該燃燒室之氣體後供給至該處理室者，該 氣體分配部係用以選擇性地供給氫氣及氧氣至該燃燒 室，並且選擇性地供給氧化氣體、氧氮化氣體、含氫與 氯之化合物氣體及惰性氣體至前述加熱室者，該控制部 係用以控制前述燃燒器、前述加熱器及前述氣體分配部 以選擇性地使用前述燃燒器及前述加熱器者。 15·如申請專利範圍第14項之裝置，其中前述加熱器係用 以加熱前述加熱室内之氣體達300〜1 100。〇者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4·規格（21 0X297公楚) -37- 561557 A B c D 六、申請專利範圍 16.—種半導體處理用之熱處理方法，包含有： 收納步驟，係將被處理基板收納於處理室内； 加熱步驟，係加熱業經收納於該處理室内之該被處 理基板； 濕式氧化處理步驟，係藉具有配置於該處理室外之 燃燒室的燃燒器’使氫氣及氧氣發生反應而產生水蒸 氣，同時供給至該處理室，藉此，將前述被處理基板氧 化而形成氧化膜；及 第1處理步驟，係藉具有配置於該處理室外之加熱 室的加熱器，加熱反應性氣體達活化溫度以上，同時供 給至該處理室，藉此，對前述被處理基板進行濕式氧化 處理以外之第1處理。 17·如申請專利範圍第16項之方法，其中前述反應性氣體 包含有氧化氣體及含氫與氯之化合物氣體，且前述第j 處理為將前述被處理基板氧化而形成氧化膜之乾式氧 化處理。 18·如申請專利範圍第16項之方法，其中前述反應性氣體 包含有氧化氣體及含氫與氣之化合物氣體，且前述第i 處理為將前述被處理基板表面之金屬除去之吸氣處理。 19·如申凊專利賴第16項之方法，其中前述反應性氣體 包含有氧氮化氣體，且前述第丨處理為將前述被處理基 板氧氮化而形成含氮之氧化膜的氧氮化處理。 20.如申請專利範圍第16項之方法，其係交替進行前述濕 式氧化處理和前述第1處理者。
    -38- 561557
    申請專利範圍 申月專利範圍第16項之方法，其係實質上同時進行 月,J述濕式氧化處理和前述第！處理者。 22.如申請專利範圍第16項之方法， 處理中，當水基爲+ ^ 甲在别述濕式氧化 R蒸軋由前述燃燒器供給至 會透過前述加熱室供 述处理室時， 王於、、，口 h性虱體至前 該水蒸氣進入前述加熱室。 至以防 裝 訂 為 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -39-
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