JP2006041482A - 被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器22内に、表面に溝部4が形成された被処理体Wを収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした被処理体の酸化方法において、前記酸化時の処理容器内の温度を900℃以下になるように設定する。これにより、トレンチ(溝部)の肩部のコーナ部のみならず、底部のコーナ部も共に丸めて曲面形状にしてファセットの発生を防止する。
【選択図】 図2
Description
このように、表面に溝部が形成された被処理体の表面を酸化するに際して、酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で900℃以下の温度で行うようにしたので、トレンチ(溝部)の肩部のコーナ部のみならず、底部のコーナ部も共に丸めて曲面形状にしてファセットの発生を防止することができる。
また例えば請求項3に規定するように、前記酸化時の処理容器内の温度は750〜850℃の範囲内である。
また例えば請求項4に規定するように、前記酸化処理により所定の厚さ以上の酸化膜を形成する第1の酸化工程と、前記第1の酸化工程の後に、前記第1の酸化工程の成膜レートよりも高い成膜レートで酸化処理を行う第2の酸化工程と、を有する。
また例えば請求項5に規定するように、前記被処理体は、シリコン基板である。
また例えば請求項6に規定するように、前記処理容器は所定の長さを有し、前記被処理体は複数枚収容される。
トレンチ(溝部)の肩部のコーナ部のみならず、底部のコーナ部も共に丸めて曲面形状にしてファセットの発生を防止することができる。
図1は本発明方法を実施するための酸化装置の一例を示す構成図である。まずこの酸化装置について説明する。図示するように、この酸化装置20は下端が開放されて上下方向に所定の長さを有して円筒体状になされた縦型の処理容器22を有している。この処理容器22は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
この処理容器22の天井部には、開口された排気口24が設けられると共に、この排気口24に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ライン26が連設されている。そして、この排気ライン26には、途中に圧力制御弁28や真空ポンプ30等が介設された真空排気系32が接続されており、上記処理容器22内の雰囲気を真空引きして排気できるようになっている。
上記した回転軸46は、例えばボートエレベータ等の昇降機構52に支持されたアーム54の先端に取り付けられており、ウエハボート36及び蓋部44等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル42を上記蓋部44側へ固定して設け、ウエハボート36を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
ここでは一例として酸化性ガスとしてはO2 ガスが用いられ、還元性ガスとしてはH2 ガスが用いられている。また図示されてないが、必要に応じてN2 ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段も設けられている。
まず、例えばシリコン基板よりなる半導体ウエハWがアンロード状態で酸化装置20が待機状態の時には、処理容器22はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば50枚のウエハWが載置された状態のウエハボート36をホットウォール状態になされた処理容器22内にその下方より上昇させてロードし、蓋部44でマニホールド34の下端開口部を閉じることにより処理容器22内を密閉する。この半導体ウエハWの表面には、図5を参照して先に説明したように例えばシリコン窒化膜よりなる絶縁膜2の形成されたウエハ表面をエッチングすることにより予めパターン化されたトレンチ(溝部)が形成されている(図2参照)。
この両ガスは処理容器22内を上昇しつつ真空雰囲気下にて反応して水酸基活性種と酸素活性種とが発生し、この雰囲気が回転しているウエハボート36に収容されているウエハWと接触してウエハ表面に対して選択的に酸化処理が施されることになる。すなわち、シリコン面上には厚くSiO2 のライナー酸化膜6が形成され、シリコン窒化膜の絶縁膜の表面上には薄くSiO2 の酸化膜が形成される。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器22の天井部の排気口24から系外へ排気されることになる。
上記酸化処理の具体的な流れは、上述のように、処理容器22内へ別々に導入されたO2 ガスとH2 ガスは、ホットウォール状態となった処理容器22内を上昇しつつウエハWの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種(O*)と水酸基活性種(OH*)とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハWの表面が酸化されてSiO2 膜が形成される。この時のプロセス条件は、ウエハ温度が450〜900℃の範囲内、例えば750℃、圧力は13.3〜1330Paの範囲内、例えば133Pa(1Torr)である。また、処理時間は形成すべき目標とする膜厚にもよるが例えば10〜120分程度である。また、目標膜厚は、例えば60〜300Å程度である。
H2 +O2 → H*+HO2
O2 +H* → OH*+O*
H2 +O* → H*+OH*
H2 +OH* → H*+H2 O
このように900℃以下のウエハ温度で酸化処理することにより、ファセットの発生が防止できる理由は、以下のように考えられる。すなわち、低温領域と高温領域での結晶にかかる応力のベクトルの違いによると考えられる。高温と低温ではトレンチ底部へのストレスのかかり方が異なり、低温ではオフセットが発生しないからである。
特に、実用上耐え得る成膜レートが得られて、且つトレンチ4の肩部8と底部12の各コーナ部10、14にファセットが発生することを確実に防止するためには、ウエハ温度を750〜850℃の範囲内に設定するのがよい。
尚、図2におけるトレンチ4のアスペクト比(H1/H2)は4.5であり、トレンチ4の側面の傾斜角θは、86.4度以上である。また上記トレンチ4は、前述したように後工程において、例えばSiO2 等の絶縁材により埋め込まれるのは勿論である。
この時のプロセス条件は、H2 ガス及びO2 ガスの流量がそれぞれ300sccm及び2700sccmであり、プロセス圧力は46Paである。またプロセス温度は、950℃、900℃、850℃及び750℃の4種類について行い、それぞれ100Åの厚さのライナー酸化膜6を形成した。ちなみに、成膜時間は、プロセス温度が950℃の時は20分、900℃の時は30分、850℃の時は50分、750℃の時は120分である。
しかしながら、トレンチ4の底部12の関しては、プロセス温度が950℃の場合は(図3(A)参照)、コーナ部14においてライナー酸化膜6とシリコン面との境界に明確にファセット16が発生しており、好ましくないことが判明した。
またプロセス温度が900℃の場合には(図3(B)参照)、コーナ部14においてライナー酸化膜6とシリコン面との境界に実用に耐え得る程度の非常に僅かなファセット16Aが見られるだけであり、良好な結果であることが判明した。
従って、酸化膜のプロセス温度の上限は900℃であり、好ましい温度範囲は750〜850℃の範囲であることが確認できた。
尚、上記実施例では、同一のプロセス条件で低温の活性種(ラジカル)酸化を行ってライナー酸化膜6を目標膜厚まで形成する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、所定の厚さ以上まで酸化膜を形成したならば、次に高い成膜レートの酸化処理に移行してスループットを向上させるようにしてもよい。
図4に示すように、ここでは第1の酸化工程で上述したような成膜レートの低い低温のラジカル酸化処理を行って所定の膜厚の酸化膜を形成し、その後に、第2の酸化工程で上記第1の酸化工程の成膜レートよりも高い成膜レートの酸化処理を行う。すなわち、第1の酸化工程で低温のラジカル酸化処理によってトレンチ4の低部12にファセットが発生しないような酸化膜を形成し、その後、連続して第2の酸化工程で高い成膜レートの酸化処理を行って最終的に目標とする膜厚のライナー酸化膜6を得るようになっている。
図4(B)に示す場合には、第1の酸化工程で850℃以下の温度で上述したような低温のラジカル酸化を行い、続いて、温度を変更することなく維持したままガス種として例えば酸素のみを流すことによって成膜レートの高いドライ酸化を行っている。
上記図4(A)及び図4(B)の場合、第1の酸化工程では少なくとも60Åの厚さまで酸化膜を形成する。これにより、第2の酸化工程で成膜レートの高い酸化処理を行っても、先に低温のラジカル酸化で形成した酸化膜がブロック膜となって、ファセットが発生することを防止することができる。すなわち、第1の酸化工程で形成する酸化膜の膜厚が60Åより薄い場合には、この酸化膜のブロック機能が十分でないために第2の酸化工程で形成する酸化膜にファセットが発生してしまう。
また、酸化処理に用いる酸化装置は図1に示されるものに限定されず、2重管式の処理容器、或いは枚葉式の酸化装置を用いるようにしてもよい。また、本発明は、6インチサイズ、8インチサイズ、12インチサイズの各種サイズの半導体基板に適用できるのは勿論である。更に本発明は、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用することができる。
6 ライナー酸化膜
8 肩部
10 コーナ部
12 底部
14 コーナ部
16 ファセット(小面)
20 酸化装置
22 処理容器
36 ウエハボート(保持手段)
56 加熱手段
58 制御手段
62 酸化性ガス供給手段
64 還元性ガス供給手段
80 装置制御手段
82 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (10)
- 真空引き可能になされた処理容器内に、表面に溝部が形成された被処理体を収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした被処理体の酸化方法において、
前記酸化時の処理容器内の温度を900℃以下になるように設定したことを特徴とする被処理体の酸化方法。 - 前記酸化時の処理容器内の温度の下限は400℃であることを特徴とする請求項1に記載の被処理体の酸化方法。
- 前記酸化時の処理容器内の温度は750〜850℃の範囲内であることを特徴とする請求項1または2記載の被処理体の酸化方法。
- 前記酸化処理により所定の厚さ以上の酸化膜を形成する第1の酸化工程と、
前記第1の酸化工程の後に、前記第1の酸化工程の成膜レートよりも高い成膜レートで酸化処理を行う第2の酸化工程と、
を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の被処理体の酸化方法。 - 前記被処理体は、シリコン基板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の被処理体の酸化方法。
- 前記処理容器は所定の長さを有し、前記被処理体は複数枚収容されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の被処理体の酸化方法。
- 前記酸化性ガスはO2 とN2 OとNOとNO2 とO3 よりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 とNH3 とCH4 とHClと重水素よりなる群から選択される1つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の被処理体の酸化方法。
- 表面に溝部が形成された被処理体の表面を酸化するための酸化装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持するための保持手段と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを供給させつつ前記処理容器内の温度を900℃以下になるように維持して前記両ガスの反応によって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化させるように制御する装置制御手段と、
を備えたことを特徴とする酸化装置。 - 前記処理容器は下端が開口された縦型の筒体状に成形されており、前記保持手段は前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器の下端の開口側より前記処理容器内へ昇降可能に挿脱自在になされていることを特徴とする請求項8記載の酸化装置。
- 真空引き可能になされた処理容器内に、表面に溝部が形成された被処理体を収容し、前記処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした酸化装置を用いて前記被処理体の表面を酸化するに際して、
前記処理容器内へ前記酸化性ガスと前記還元性ガスとを供給させつつ前記処理容器内の温度を900℃以下になるように維持して前記両ガスの反応によって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化させるように前記酸化装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
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