JP3396431B2 - 酸化処理方法および酸化処理装置 - Google Patents
酸化処理方法および酸化処理装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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-
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化処理方法およ
び酸化処理装置に関する。
び酸化処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造プロセスに
おいては、被処理体である半導体ウエハの表面に酸化膜
を形成する酸化処理工程があり、この酸化処理の一つの
方法として、処理炉内において半導体ウエハを所定の処
理温度で水蒸気と接触させて酸化(ウエット酸化)させ
る方法がある。そして、このような酸化処理を行うため
に、例えば特開昭63−210501号公報等に示され
ているように、水素ガスと酸素ガスを反応(燃焼)させ
て水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立し
て設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に
供給して酸化処理を行うようにした酸化処理装置が知ら
れている。
おいては、被処理体である半導体ウエハの表面に酸化膜
を形成する酸化処理工程があり、この酸化処理の一つの
方法として、処理炉内において半導体ウエハを所定の処
理温度で水蒸気と接触させて酸化(ウエット酸化)させ
る方法がある。そして、このような酸化処理を行うため
に、例えば特開昭63−210501号公報等に示され
ているように、水素ガスと酸素ガスを反応(燃焼)させ
て水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立し
て設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に
供給して酸化処理を行うようにした酸化処理装置が知ら
れている。
【0003】従来の酸化処理装置においては、処理炉内
を工場排気系により微減圧例えば大気圧(760Tor
r)に対して−5mmH2O〜−10mmH2O程度に制
御して処理を行っていたため、系全体のシール部にリー
クタイト(気密)でない部分が多く存在しており、この
ため、処理炉内を不活性ガスで置換(パージ)する場合
も、真空引きの手法を採用することができず、不活性ガ
スの供給により処理炉内の残存ガスを押し出すという手
法が採用されていた。
を工場排気系により微減圧例えば大気圧(760Tor
r)に対して−5mmH2O〜−10mmH2O程度に制
御して処理を行っていたため、系全体のシール部にリー
クタイト(気密)でない部分が多く存在しており、この
ため、処理炉内を不活性ガスで置換(パージ)する場合
も、真空引きの手法を採用することができず、不活性ガ
スの供給により処理炉内の残存ガスを押し出すという手
法が採用されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸化処理装置ないし酸化処理方法においては、前記手法
の不活性ガスパージでは酸化種を十分に排除することが
できないことから、例えば予め所定の温度に加熱された
処理炉内に半導体ウエハを収容し、処理炉内を所定の処
理温度まで昇温させ、処理ガスを供給して半導体ウエハ
を酸化処理する場合に、その昇温の工程で、自然酸化膜
が形成され易いという問題があった。また、半導体素子
の微細化に伴い、酸化膜の極薄化が要求されているが、
従来の酸化処理装置ないし酸化処理方法では、膜質およ
び膜厚が均一で品質の優れた極薄の酸化膜を形成するこ
とに限界があり、酸化膜の厚さとしては例えば5nm程
度が限界であった。
酸化処理装置ないし酸化処理方法においては、前記手法
の不活性ガスパージでは酸化種を十分に排除することが
できないことから、例えば予め所定の温度に加熱された
処理炉内に半導体ウエハを収容し、処理炉内を所定の処
理温度まで昇温させ、処理ガスを供給して半導体ウエハ
を酸化処理する場合に、その昇温の工程で、自然酸化膜
が形成され易いという問題があった。また、半導体素子
の微細化に伴い、酸化膜の極薄化が要求されているが、
従来の酸化処理装置ないし酸化処理方法では、膜質およ
び膜厚が均一で品質の優れた極薄の酸化膜を形成するこ
とに限界があり、酸化膜の厚さとしては例えば5nm程
度が限界であった。
【0005】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、昇温工程での自然酸化膜の形成を十分に抑制する
ことができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成することが
できる酸化処理方法および酸化処理装置を提供すること
を目的とする。
ので、昇温工程での自然酸化膜の形成を十分に抑制する
ことができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成することが
できる酸化処理方法および酸化処理装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のうち、請求項1
に係る発明は、予め所定の温度に加熱された処理炉内に
被処理体を収容し、処理炉内を所定の処理温度まで昇温
させ、処理ガスを供給して被処理体を酸化処理する方法
において、前記昇温の工程を減圧下で行い、その減圧が
処理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を
交互に繰り返すサイクルパージを含むことを特徴とす
る。
に係る発明は、予め所定の温度に加熱された処理炉内に
被処理体を収容し、処理炉内を所定の処理温度まで昇温
させ、処理ガスを供給して被処理体を酸化処理する方法
において、前記昇温の工程を減圧下で行い、その減圧が
処理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を
交互に繰り返すサイクルパージを含むことを特徴とす
る。
【0007】
【0008】
【0009】請求項2に係る発明は、処理炉内に被処理
体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で酸化
処理する方法において、前記酸化処理の工程の前後に処
理炉内を真空引きし、その真空引きの工程が処理炉内を
真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り
返すサイクルパージを含むことを特徴とする。
体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で酸化
処理する方法において、前記酸化処理の工程の前後に処
理炉内を真空引きし、その真空引きの工程が処理炉内を
真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り
返すサイクルパージを含むことを特徴とする。
【0010】
【0011】
【0012】請求項3に係る発明は、処理炉内に被処理
体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で酸化
処理する装置において、前記処理炉内に処理ガスを供給
する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を所定の排気圧
力で排気する工場排気系と、前記処理炉内を前記工場排
気系の排気圧力よりも低い圧力で真空引きする真空排気
系と、前記工場排気系と真空排気系を切換える切換手段
と、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空引き
し、その真空引きの工程が処理炉内を真空引きしながら
不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパー
ジを含むように酸化処理方法を実施する制御装置とを備
えたことを特徴とする。
体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で酸化
処理する装置において、前記処理炉内に処理ガスを供給
する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を所定の排気圧
力で排気する工場排気系と、前記処理炉内を前記工場排
気系の排気圧力よりも低い圧力で真空引きする真空排気
系と、前記工場排気系と真空排気系を切換える切換手段
と、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空引き
し、その真空引きの工程が処理炉内を真空引きしながら
不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパー
ジを含むように酸化処理方法を実施する制御装置とを備
えたことを特徴とする。
【0013】請求項4に係る発明は、請求項3記載の酸
化処理装置において、前記真空排気系に開閉および圧力
調節の可能なコンビネーションバルブと、真空ポンプと
が設けられていることを特徴とする。
化処理装置において、前記真空排気系に開閉および圧力
調節の可能なコンビネーションバルブと、真空ポンプと
が設けられていることを特徴とする。
【0014】請求項5に係る発明は、処理炉内に被処理
体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で酸化
処理する装置において、前記処理炉内に処理ガスを供給
する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を減圧排気する
ための真空ポンプを有する真空排気系と、この真空排気
系に設けられ、開閉および大気圧から所定の真空圧まで
の間で圧力調整が可能なコンビネーションバルブと、前
記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空引きし、その
真空引きの工程が処理炉内を真空引きしながら不活性ガ
スの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパージを含む
ように酸化処理方法を実施する制御装置とを備えたこと
を特徴とする。
体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で酸化
処理する装置において、前記処理炉内に処理ガスを供給
する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を減圧排気する
ための真空ポンプを有する真空排気系と、この真空排気
系に設けられ、開閉および大気圧から所定の真空圧まで
の間で圧力調整が可能なコンビネーションバルブと、前
記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空引きし、その
真空引きの工程が処理炉内を真空引きしながら不活性ガ
スの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパージを含む
ように酸化処理方法を実施する制御装置とを備えたこと
を特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面に基いて詳述する。本発明の第1実施の形態であ
る酸化処理装置の全体構成を示す図1において、1は被
処理体である半導体ウエハWを収容し、処理ガスとして
水蒸気を供給して例えば850℃程度の高温下で酸化処
理する縦型でバッチ式の処理炉で、この処理炉1は上端
が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する
例えば石英製の反応管2からなっている。
付図面に基いて詳述する。本発明の第1実施の形態であ
る酸化処理装置の全体構成を示す図1において、1は被
処理体である半導体ウエハWを収容し、処理ガスとして
水蒸気を供給して例えば850℃程度の高温下で酸化処
理する縦型でバッチ式の処理炉で、この処理炉1は上端
が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する
例えば石英製の反応管2からなっている。
【0016】この反応管2は、炉口として開放した下端
開口部が蓋体3で気密に閉塞されることにより、気密性
の高い処理炉1を構成するようになっている。前記蓋体
3上には、多数枚例えば150枚程度の半導体ウエハW
を水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持する基
板支持具である例えば石英製のウエハボート4が保温筒
5を介して載置されている。
開口部が蓋体3で気密に閉塞されることにより、気密性
の高い処理炉1を構成するようになっている。前記蓋体
3上には、多数枚例えば150枚程度の半導体ウエハW
を水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持する基
板支持具である例えば石英製のウエハボート4が保温筒
5を介して載置されている。
【0017】蓋体3は、図示しない昇降機構により、処
理炉1内へのウエハボート4のロード(搬入)ならびに
アンロード(搬出)および炉口の開閉を行うように構成
されている。また、前記反応管2の周囲には、炉内を所
定の温度例えば300〜1000℃に加熱制御可能なヒ
ーター6が設けられている。反応管2の下側部には、ガ
ス導入管部7が適宜個数設けられており、その一つに
は、処理ガス供給手段(水蒸気供給手段)として、水素
ガスH2と酸素ガスO2の燃焼反応により水蒸気を発生さ
せて供給する燃焼装置8が接続されている。
理炉1内へのウエハボート4のロード(搬入)ならびに
アンロード(搬出)および炉口の開閉を行うように構成
されている。また、前記反応管2の周囲には、炉内を所
定の温度例えば300〜1000℃に加熱制御可能なヒ
ーター6が設けられている。反応管2の下側部には、ガ
ス導入管部7が適宜個数設けられており、その一つに
は、処理ガス供給手段(水蒸気供給手段)として、水素
ガスH2と酸素ガスO2の燃焼反応により水蒸気を発生さ
せて供給する燃焼装置8が接続されている。
【0018】この燃焼装置8は、例えば燃焼ノズルの口
径を小さくしたり、燃焼ノズルの形状を改善する等によ
り、水蒸気を微少流量例えば従来毎分6リットル(下
限)であったものが毎分0.6〜0.3リットル程度で
供給することが可能に構成されていることが好ましい。
また、燃焼装置8には、水蒸気を希釈化等するために不
活性ガス例えば窒素ガスN2を供給する不活性ガス供給
部9が設けられている。なお、他のガス導入管部には、
その他の処理ガス例えば一酸化窒素ガスNOや一酸化二
窒素ガスN2O、あるいは不活性ガス例えばN2等を供給
するガス供給源が接続されている(図示省略)。
径を小さくしたり、燃焼ノズルの形状を改善する等によ
り、水蒸気を微少流量例えば従来毎分6リットル(下
限)であったものが毎分0.6〜0.3リットル程度で
供給することが可能に構成されていることが好ましい。
また、燃焼装置8には、水蒸気を希釈化等するために不
活性ガス例えば窒素ガスN2を供給する不活性ガス供給
部9が設けられている。なお、他のガス導入管部には、
その他の処理ガス例えば一酸化窒素ガスNOや一酸化二
窒素ガスN2O、あるいは不活性ガス例えばN2等を供給
するガス供給源が接続されている(図示省略)。
【0019】また、前記反応管2の下側壁には、反応管
2内を排気するための排気管部10が設けられており、
この排気管部10には、排気中の水蒸気が凝縮して生じ
たドレン水を排水するために、第1ダクト11が石英製
の排気管12を介して接続されている。排気管12と第
1ダクト11との間には、ボール弁13が設けられてい
てもよい。第1ダクト11には、これより立上がった水
冷式の凝縮用配管14を介して第2ダクト15が接続さ
れていると共に、第1ダクト11に溜まったドレン水を
排水するための手動弁16が接続されている。第1ダク
ト11と手動弁16との間には、空気圧制御式の弁17
およびトラップ18が設けられていることが好ましい。
2内を排気するための排気管部10が設けられており、
この排気管部10には、排気中の水蒸気が凝縮して生じ
たドレン水を排水するために、第1ダクト11が石英製
の排気管12を介して接続されている。排気管12と第
1ダクト11との間には、ボール弁13が設けられてい
てもよい。第1ダクト11には、これより立上がった水
冷式の凝縮用配管14を介して第2ダクト15が接続さ
れていると共に、第1ダクト11に溜まったドレン水を
排水するための手動弁16が接続されている。第1ダク
ト11と手動弁16との間には、空気圧制御式の弁17
およびトラップ18が設けられていることが好ましい。
【0020】第2ダクト15には、前記酸化処理の工程
で処理炉1内を排気する工場排気系19と、前記酸化処
理工程の前後に処理炉1内を真空引きしながら不活性ガ
ス例えばN2で置換可能な真空排気系20とが切換手段
である空気圧制御式の切換弁21,22を介して接続さ
れている。工場排気系19には、排気圧力を所定の圧力
例えば大気圧(760Torr)に対して−5mmH2
O〜−10mmH2O程度に制御するための排気圧力制
御弁23が設けられている。この排気圧力制御弁23の
下流には、ボール弁24が設けられていてもよい。第1
および第2ダクト11,15は、耐食性を有する材料例
えばテフロン(商品名)製であることが好ましい。ま
た、第2ダクト15には、常圧(大気圧)もしくは常圧
以上の加圧状態になったときに、これを検知して警報を
発するための圧力スイッチ25が設けられていることが
好ましい。
で処理炉1内を排気する工場排気系19と、前記酸化処
理工程の前後に処理炉1内を真空引きしながら不活性ガ
ス例えばN2で置換可能な真空排気系20とが切換手段
である空気圧制御式の切換弁21,22を介して接続さ
れている。工場排気系19には、排気圧力を所定の圧力
例えば大気圧(760Torr)に対して−5mmH2
O〜−10mmH2O程度に制御するための排気圧力制
御弁23が設けられている。この排気圧力制御弁23の
下流には、ボール弁24が設けられていてもよい。第1
および第2ダクト11,15は、耐食性を有する材料例
えばテフロン(商品名)製であることが好ましい。ま
た、第2ダクト15には、常圧(大気圧)もしくは常圧
以上の加圧状態になったときに、これを検知して警報を
発するための圧力スイッチ25が設けられていることが
好ましい。
【0021】前記真空排気系20には、開閉および圧力
調節の可能なコンビネーションバルブ26と、処理炉1
内を例えば最大10-3Torr程度に減圧可能な真空ポ
ンプ27とが設けられている。真空ポンプ27として
は、例えばドライポンプが好ましい。第2ダクト15の
切換弁22とコンビネーションバルブ26とは第1配管
28で接続され、コンビネーションバルブ26と真空ポ
ンプ27とは第2配管29で接続されている。第1およ
び第2配管28,29は、耐食性を有する材料例えばス
テンレス鋼製であることが好ましく、また、水分を除去
するために例えば150℃程度に加熱可能なヒーターが
設けられていることが好ましい。これは、水分が残って
いると、拡散処理で使用する一酸化窒素ガスNOもしく
は一酸化二窒素ガスN2Oと反応して強い腐食性を呈す
る硝酸NO3が生じるからである。
調節の可能なコンビネーションバルブ26と、処理炉1
内を例えば最大10-3Torr程度に減圧可能な真空ポ
ンプ27とが設けられている。真空ポンプ27として
は、例えばドライポンプが好ましい。第2ダクト15の
切換弁22とコンビネーションバルブ26とは第1配管
28で接続され、コンビネーションバルブ26と真空ポ
ンプ27とは第2配管29で接続されている。第1およ
び第2配管28,29は、耐食性を有する材料例えばス
テンレス鋼製であることが好ましく、また、水分を除去
するために例えば150℃程度に加熱可能なヒーターが
設けられていることが好ましい。これは、水分が残って
いると、拡散処理で使用する一酸化窒素ガスNOもしく
は一酸化二窒素ガスN2Oと反応して強い腐食性を呈す
る硝酸NO3が生じるからである。
【0022】第1配管28には、真空排気系20内に水
分除去および一酸化窒素ガス等の希釈化のために不活性
ガス例えばN2を流して置換するための不活性ガス供給
管30が接続され、この不活性ガス供給管30には空気
圧制御式の弁31が設けられている。また、第1配管2
8には、圧力センサ32,33が設けられ、圧力センサ
32は例えば0〜1000Torrのレンジで検知が可
能であり、圧力センサ33は例えば0〜10Torrの
レンジで検知が可能で空気圧制御式の弁34を介して設
けられている。
分除去および一酸化窒素ガス等の希釈化のために不活性
ガス例えばN2を流して置換するための不活性ガス供給
管30が接続され、この不活性ガス供給管30には空気
圧制御式の弁31が設けられている。また、第1配管2
8には、圧力センサ32,33が設けられ、圧力センサ
32は例えば0〜1000Torrのレンジで検知が可
能であり、圧力センサ33は例えば0〜10Torrの
レンジで検知が可能で空気圧制御式の弁34を介して設
けられている。
【0023】第2配管29には、真空ポンプ27の直上
の圧力を検知するための圧力センサ35が手動弁36を
介して設けられている。前記真空ポンプ27の下流に
は、ドレン水を除去するトラップ37および排気を一酸
化窒素ガス等の拡散処理系のものと水分ならびにHCl
等の酸性系のものとに切換える切換弁38,39が設け
られており、これらの排気は除害装置で処理されるよう
になっている。なお、以上の構成からなる酸化処理装置
は、処理炉1の排気系の各接続部にシール手段である例
えばOリングを設けるなど、高減圧排気が可能なリーク
タイトな構造とされている。また、酸化処理装置は、予
め所望の酸化処理方法のプログラムレシピがインプット
された制御装置40により燃焼装置8、ヒーター6、切
換弁21,22、コンビネーションバルブ26等が制御
されて所望の酸化処理方法を自動で実施するように構成
されている。
の圧力を検知するための圧力センサ35が手動弁36を
介して設けられている。前記真空ポンプ27の下流に
は、ドレン水を除去するトラップ37および排気を一酸
化窒素ガス等の拡散処理系のものと水分ならびにHCl
等の酸性系のものとに切換える切換弁38,39が設け
られており、これらの排気は除害装置で処理されるよう
になっている。なお、以上の構成からなる酸化処理装置
は、処理炉1の排気系の各接続部にシール手段である例
えばOリングを設けるなど、高減圧排気が可能なリーク
タイトな構造とされている。また、酸化処理装置は、予
め所望の酸化処理方法のプログラムレシピがインプット
された制御装置40により燃焼装置8、ヒーター6、切
換弁21,22、コンビネーションバルブ26等が制御
されて所望の酸化処理方法を自動で実施するように構成
されている。
【0024】次に、前記酸化処理装置の作用および酸化
処理方法について図2を参照して述べる。まず、処理炉
1内は、大気に開放されていると共にヒーター6により
予め所定の温度例えば300℃に加熱制御されており、
この状態で多数枚の半導体ウエハWが保持されたウエハ
ボート4を処理炉1内にロードして処理炉1の炉口を蓋
体3で密閉し、処理炉1内を真空排気系20による真空
引きにより減圧する。この減圧ないし真空引きは、サイ
クルパージを含むことが好ましい。前記ロードおよびサ
イクルパージの際には、半導体ウエハWの表面に自然酸
化膜が形成されないように処理炉内に不活性ガス例えば
N2が供給されており、また、N2が100%であると、
半導体ウエハWの表面が窒化してしまい、この後の酸化
工程にて半導体ウエハWの表面が酸化されにくくなるた
め、これを防止すべくO2が少量例えば1%程度供給さ
れている。
処理方法について図2を参照して述べる。まず、処理炉
1内は、大気に開放されていると共にヒーター6により
予め所定の温度例えば300℃に加熱制御されており、
この状態で多数枚の半導体ウエハWが保持されたウエハ
ボート4を処理炉1内にロードして処理炉1の炉口を蓋
体3で密閉し、処理炉1内を真空排気系20による真空
引きにより減圧する。この減圧ないし真空引きは、サイ
クルパージを含むことが好ましい。前記ロードおよびサ
イクルパージの際には、半導体ウエハWの表面に自然酸
化膜が形成されないように処理炉内に不活性ガス例えば
N2が供給されており、また、N2が100%であると、
半導体ウエハWの表面が窒化してしまい、この後の酸化
工程にて半導体ウエハWの表面が酸化されにくくなるた
め、これを防止すべくO2が少量例えば1%程度供給さ
れている。
【0025】前記サイクルパージは、処理炉1内を真空
引きしながら不活性ガス例えばN2の供給と停止を交互
に繰り返すことにより行われる。この場合、排気系を切
換弁21,22により真空排気系20に切換え、真空ポ
ンプ27の作動状態で圧力センサ32,33により圧力
を検知しつつコンビネーションバルブ26の制御により
処理炉1内を所定の圧力例えば10-3Torr程度に減
圧排気する。この減圧排気状態で、所定流量に制御され
た不活性ガス例えばN2を不活性ガス供給弁の開閉の繰
り返しにより間欠的に供給することにより、サイクルパ
ージが行われ、処理炉1内を迅速に減圧して不活性ガス
で十分に置換することができる。すなわち、このサイク
ルパージによって急速な減圧(真空到達時間の短縮)と
置換が可能となる。
引きしながら不活性ガス例えばN2の供給と停止を交互
に繰り返すことにより行われる。この場合、排気系を切
換弁21,22により真空排気系20に切換え、真空ポ
ンプ27の作動状態で圧力センサ32,33により圧力
を検知しつつコンビネーションバルブ26の制御により
処理炉1内を所定の圧力例えば10-3Torr程度に減
圧排気する。この減圧排気状態で、所定流量に制御され
た不活性ガス例えばN2を不活性ガス供給弁の開閉の繰
り返しにより間欠的に供給することにより、サイクルパ
ージが行われ、処理炉1内を迅速に減圧して不活性ガス
で十分に置換することができる。すなわち、このサイク
ルパージによって急速な減圧(真空到達時間の短縮)と
置換が可能となる。
【0026】次に、前記減圧排気状態でヒーター6の制
御により処理炉1内を所定の処理温度例えば850℃ま
で昇温させ、排気系を切換弁21,22にて工場排気系
19に切換えることにより処理炉1内を微減圧例えば大
気圧(760Torr)に対して−5mmH2O〜−1
0mmH2O程度に制御し、この状態でリカバリー(半
導体ウエハの温度を安定させる)をしてから、所望の酸
化処理例えばHCl酸化を行う。この酸化処理は、酸素
ガスO2と水素ガスH2を燃焼装置8に供給して燃焼さ
せ、発生する水蒸気を塩化水素ガスHClおよび不活性
ガス例えばN2と共に処理炉1内に供給することによ
り、微減圧状態で行われる。
御により処理炉1内を所定の処理温度例えば850℃ま
で昇温させ、排気系を切換弁21,22にて工場排気系
19に切換えることにより処理炉1内を微減圧例えば大
気圧(760Torr)に対して−5mmH2O〜−1
0mmH2O程度に制御し、この状態でリカバリー(半
導体ウエハの温度を安定させる)をしてから、所望の酸
化処理例えばHCl酸化を行う。この酸化処理は、酸素
ガスO2と水素ガスH2を燃焼装置8に供給して燃焼さ
せ、発生する水蒸気を塩化水素ガスHClおよび不活性
ガス例えばN2と共に処理炉1内に供給することによ
り、微減圧状態で行われる。
【0027】酸化処理工程を終了したなら、排気系を真
空排気系20に切換えて、処理炉1内を再度真空引きに
より減圧してから、ヒーター6の制御により処理炉1内
の温度を所定の温度例えば300℃程度に降温させ、こ
れと並行して処理炉1内を常圧に戻し、処理炉1内から
ウエハボート4をアンロードし、クーリング(半導体ウ
エハを搬送可能な温度に冷却すること)を行えばよい。
前記酸化処理工程終了後の減圧ないし真空引きも、サイ
クルパージを含むことが好ましい。
空排気系20に切換えて、処理炉1内を再度真空引きに
より減圧してから、ヒーター6の制御により処理炉1内
の温度を所定の温度例えば300℃程度に降温させ、こ
れと並行して処理炉1内を常圧に戻し、処理炉1内から
ウエハボート4をアンロードし、クーリング(半導体ウ
エハを搬送可能な温度に冷却すること)を行えばよい。
前記酸化処理工程終了後の減圧ないし真空引きも、サイ
クルパージを含むことが好ましい。
【0028】このように予め所定の温度に加熱された処
理炉1内に半導体ウエハWを収容し、処理炉1内を所定
の処理温度まで昇温させ、処理ガスである水蒸気を供給
して半導体ウエハWを酸化処理する方法において、前記
昇温の工程を減圧下で行うようにしたので、酸化種を排
除した状態で半導体ウエハWを所定の処理温度まで昇温
させることができ、昇温工程での自然酸化膜の形成を抑
制することができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成する
ことができる。また、所望の酸化処理の工程前だけでな
く工程後にも処理炉1内を真空引きにより減圧するよう
にしたので、所望の酸化処理工程以外の部分での余計な
酸化種を十分に排除して自然酸化膜の形成を十分に抑制
することができ、膜質および膜厚が均一で品質の優れた
極薄酸化膜を形成することができる。因みに、膜厚が2
nm程度のSiO2膜を形成することが可能である。
理炉1内に半導体ウエハWを収容し、処理炉1内を所定
の処理温度まで昇温させ、処理ガスである水蒸気を供給
して半導体ウエハWを酸化処理する方法において、前記
昇温の工程を減圧下で行うようにしたので、酸化種を排
除した状態で半導体ウエハWを所定の処理温度まで昇温
させることができ、昇温工程での自然酸化膜の形成を抑
制することができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成する
ことができる。また、所望の酸化処理の工程前だけでな
く工程後にも処理炉1内を真空引きにより減圧するよう
にしたので、所望の酸化処理工程以外の部分での余計な
酸化種を十分に排除して自然酸化膜の形成を十分に抑制
することができ、膜質および膜厚が均一で品質の優れた
極薄酸化膜を形成することができる。因みに、膜厚が2
nm程度のSiO2膜を形成することが可能である。
【0029】前記処理炉1を減圧ないし真空引きする工
程では、いわゆるサイクルパージを含んでいるため、迅
速な減圧と置換が可能となり、スループットの向上が図
れる。また、前記酸化処理装置においては、処理炉1内
に水蒸気を供給する水蒸気供給手段である燃焼装置8
と、酸化処理の工程で処理炉1内を微減圧で排気する工
場排気系19と、酸化処理工程の前後に処理炉1内を真
空引きする真空排気系20と、前記工場排気系19と真
空排気系20を切換える切換弁21,22とを備えてい
るため、前述した酸化処理方法を確実かつ容易に実施す
ることできる。
程では、いわゆるサイクルパージを含んでいるため、迅
速な減圧と置換が可能となり、スループットの向上が図
れる。また、前記酸化処理装置においては、処理炉1内
に水蒸気を供給する水蒸気供給手段である燃焼装置8
と、酸化処理の工程で処理炉1内を微減圧で排気する工
場排気系19と、酸化処理工程の前後に処理炉1内を真
空引きする真空排気系20と、前記工場排気系19と真
空排気系20を切換える切換弁21,22とを備えてい
るため、前述した酸化処理方法を確実かつ容易に実施す
ることできる。
【0030】この場合、前記燃焼装置8は、水蒸気を微
少流量で供給可能に構成されているため、膜形成時間を
十分にとることにより、更に品質の優れた極薄酸化膜を
形成することができる。また、前記真空排気系20に
は、コンビネーションバルブ26と真空ポンプ27が設
けられており、このコンビネーションバルブ26は一つ
で二つの機能すなわち開閉機能と圧力調節機能を備えて
いるため、バルブの数を減らすことができて真空排気系
20の構成を簡素化することができ、コストの低減が図
れる。
少流量で供給可能に構成されているため、膜形成時間を
十分にとることにより、更に品質の優れた極薄酸化膜を
形成することができる。また、前記真空排気系20に
は、コンビネーションバルブ26と真空ポンプ27が設
けられており、このコンビネーションバルブ26は一つ
で二つの機能すなわち開閉機能と圧力調節機能を備えて
いるため、バルブの数を減らすことができて真空排気系
20の構成を簡素化することができ、コストの低減が図
れる。
【0031】なお、酸化処理方法としては、例えば図3
に示すように、所望の酸化処理工程の後、処理炉1内を
所定の圧力例えば100Torr程度に減圧制御した状
態で一酸化窒素ガスNOまたは一酸化二窒素ガスN2O
を供給して拡散処理を行うようにしてもよい。この拡散
処理工程の前後には、処理炉1内を真空引きにより減圧
することが好ましく、その際には、サイクルパージを伴
うことが好ましい。ウエット酸化後、サイクルパージに
より処理炉内の水分を十分に取り除いてから一酸化窒素
ガスNOまたは一酸化二窒素ガスN2Oを供給するた
め、腐食性の強い硝酸NH3の発生を十分に抑制するこ
とができると共に、絶縁性の高いSiON膜を形成する
ことができ、信頼性の高い膜質への改善が容易に図れ
る。
に示すように、所望の酸化処理工程の後、処理炉1内を
所定の圧力例えば100Torr程度に減圧制御した状
態で一酸化窒素ガスNOまたは一酸化二窒素ガスN2O
を供給して拡散処理を行うようにしてもよい。この拡散
処理工程の前後には、処理炉1内を真空引きにより減圧
することが好ましく、その際には、サイクルパージを伴
うことが好ましい。ウエット酸化後、サイクルパージに
より処理炉内の水分を十分に取り除いてから一酸化窒素
ガスNOまたは一酸化二窒素ガスN2Oを供給するた
め、腐食性の強い硝酸NH3の発生を十分に抑制するこ
とができると共に、絶縁性の高いSiON膜を形成する
ことができ、信頼性の高い膜質への改善が容易に図れ
る。
【0032】図4は、本発明の第2実施の形態である酸
化処理装置の全体構成を示している。本実施の形態にお
いて、第1実施の形態と同一部分には同一参照符号を付
して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。
第1ダクト11には、凝縮用配管14や第2ダクト15
は設けられておらず、テフロン製の第1配管28を介し
てテフロン製のコンビネーションバルブ26が接続さ
れ、このコンビネーションバルブ26には同じくテフロ
ン製の第2配管29を介して真空ポンプ27が接続さ
れ、真空排気系20が構成されている。
化処理装置の全体構成を示している。本実施の形態にお
いて、第1実施の形態と同一部分には同一参照符号を付
して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。
第1ダクト11には、凝縮用配管14や第2ダクト15
は設けられておらず、テフロン製の第1配管28を介し
てテフロン製のコンビネーションバルブ26が接続さ
れ、このコンビネーションバルブ26には同じくテフロ
ン製の第2配管29を介して真空ポンプ27が接続さ
れ、真空排気系20が構成されている。
【0033】第1配管28には、圧力スイッチ25およ
び圧力センサ32,33が設けられている。第2配管2
9には、工場排気系19が分岐して設けられていると共
に、工場排気系19と真空排気系20を切換える切換弁
21,22が設けられている。工場排気系にはトラップ
41が設けられている。また、第2配管29には、不活
性ガス供給管30および圧力センサ35がそれぞれ弁3
1,36を介して設けられている。第1配管28と第2
配管29には、コンビネーションバルブ26をバイパス
するバイパス管42が設けられ、このバイパス管42に
は、工場排気系19にする場合は開弁し、真空排気系2
0にする場合は閉弁するバイパス弁43が設けられてい
る。本実施の形態の酸化処理装置においても、前記実施
の形態の酸化処理装置と同様の作用効果が得られる。
び圧力センサ32,33が設けられている。第2配管2
9には、工場排気系19が分岐して設けられていると共
に、工場排気系19と真空排気系20を切換える切換弁
21,22が設けられている。工場排気系にはトラップ
41が設けられている。また、第2配管29には、不活
性ガス供給管30および圧力センサ35がそれぞれ弁3
1,36を介して設けられている。第1配管28と第2
配管29には、コンビネーションバルブ26をバイパス
するバイパス管42が設けられ、このバイパス管42に
は、工場排気系19にする場合は開弁し、真空排気系2
0にする場合は閉弁するバイパス弁43が設けられてい
る。本実施の形態の酸化処理装置においても、前記実施
の形態の酸化処理装置と同様の作用効果が得られる。
【0034】図5は、本発明の第3の実施の形態である
酸化処理装置の全体構成を示している。本実施の形態に
おいて、第2実施の形態と同一部分には同一参照符号を
付して説明を省略し、異なる部分について説明を加え
る。第1配管28と第2配管29にはバイパス管42が
設けられておらず、第2配管29には工場排気系19が
分岐して設けられていない。第2配管29には、水分を
除去するためのヒーターが設けられていることが好まし
い。コンビネーションバルブ26は、開閉および大気圧
から所定の真空圧までの間で圧力調整が可能になってい
る。
酸化処理装置の全体構成を示している。本実施の形態に
おいて、第2実施の形態と同一部分には同一参照符号を
付して説明を省略し、異なる部分について説明を加え
る。第1配管28と第2配管29にはバイパス管42が
設けられておらず、第2配管29には工場排気系19が
分岐して設けられていない。第2配管29には、水分を
除去するためのヒーターが設けられていることが好まし
い。コンビネーションバルブ26は、開閉および大気圧
から所定の真空圧までの間で圧力調整が可能になってい
る。
【0035】すなわち、本実施の形態の酸化処理装置に
おいては、処理炉1内に水蒸気を供給する水蒸気供給手
段である燃焼装置8と、処理炉1内を減圧排気するため
の真空ポンプ27を有し、酸化処理工程の前後に処理炉
1内を真空引きしながら不活性ガスで置換可能、好まし
くはサイクルパージ可能な真空排気系20と、この真空
排気系20に設けられ、開閉および大気圧から所定の真
空圧までの間で圧力調整が可能なコンビネーションバル
ブ26とを備えているため、工場排気系を要せずに、品
質の優れた極薄酸化膜を形成することができる。
おいては、処理炉1内に水蒸気を供給する水蒸気供給手
段である燃焼装置8と、処理炉1内を減圧排気するため
の真空ポンプ27を有し、酸化処理工程の前後に処理炉
1内を真空引きしながら不活性ガスで置換可能、好まし
くはサイクルパージ可能な真空排気系20と、この真空
排気系20に設けられ、開閉および大気圧から所定の真
空圧までの間で圧力調整が可能なコンビネーションバル
ブ26とを備えているため、工場排気系を要せずに、品
質の優れた極薄酸化膜を形成することができる。
【0036】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態で
は、処理炉内を工場排気系により微減圧に排気しながら
酸化処理を行うようにしたが、真空排気系を備えている
ため、この真空排気系により処理炉内を減圧排気しなが
ら酸化処理を行うことも可能である。
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態で
は、処理炉内を工場排気系により微減圧に排気しながら
酸化処理を行うようにしたが、真空排気系を備えている
ため、この真空排気系により処理炉内を減圧排気しなが
ら酸化処理を行うことも可能である。
【0037】処理炉としては、縦型炉が例示されている
が、横形炉であってもよく、また、バッチ式が例示され
ているが、枚葉式であってもよい。被処理体としては、
半導体ウエハ以外に例えばLCD基板やガラス基板等で
あってもよい。蒸気供給手段としては、燃焼式に限定さ
れず、例えば気化器式、触媒式、沸騰式等であってもよ
い。
が、横形炉であってもよく、また、バッチ式が例示され
ているが、枚葉式であってもよい。被処理体としては、
半導体ウエハ以外に例えばLCD基板やガラス基板等で
あってもよい。蒸気供給手段としては、燃焼式に限定さ
れず、例えば気化器式、触媒式、沸騰式等であってもよ
い。
【0038】
【発明の効果】以上要する本発明によれば、次のような
効果を奏することができる。
効果を奏することができる。
【0039】(1)請求項1に係る発明によれば、予め
所定の温度に加熱された処理炉内に被処理体を収容し、
処理炉内を所定の処理温度まで昇温させ、処理ガスを供
給して被処理体を酸化処理する方法において、前記昇温
の工程を減圧下で行い、その減圧が処理炉内を真空引き
しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイ
クルパージを含むため、処理炉内を迅速に減圧すること
ができ、スループットの向上が図れると共に、昇温工程
での自然酸化膜の形成を抑制することができ、品質の優
れた極薄酸化膜を形成することができる。
所定の温度に加熱された処理炉内に被処理体を収容し、
処理炉内を所定の処理温度まで昇温させ、処理ガスを供
給して被処理体を酸化処理する方法において、前記昇温
の工程を減圧下で行い、その減圧が処理炉内を真空引き
しながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイ
クルパージを含むため、処理炉内を迅速に減圧すること
ができ、スループットの向上が図れると共に、昇温工程
での自然酸化膜の形成を抑制することができ、品質の優
れた極薄酸化膜を形成することができる。
【0040】
【0041】
【0042】(2)請求項2に係る発明によれば、処理
炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処
理温度で酸化処理する方法において、前記酸化処理の工
程の前後に処理炉内を真空引きし、その真空引きの工程
が、処理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停
止を交互に繰り返すサイクルパージを含むため、処理炉
内を迅速に減圧することができ、スループットの向上が
図れると共に、酸化処理工程以外の部分での自然酸化膜
の形成を抑制することができ、品質の優れた極薄酸化膜
を形成することができる。
炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処
理温度で酸化処理する方法において、前記酸化処理の工
程の前後に処理炉内を真空引きし、その真空引きの工程
が、処理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停
止を交互に繰り返すサイクルパージを含むため、処理炉
内を迅速に減圧することができ、スループットの向上が
図れると共に、酸化処理工程以外の部分での自然酸化膜
の形成を抑制することができ、品質の優れた極薄酸化膜
を形成することができる。
【0043】
【0044】
【0045】(3)請求項3に係る発明によれば、処理
炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処
理温度で酸化処理する装置において、前記処理炉内に処
理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を
所定の排気圧力で排気する工場排気系と、前記処理炉内
を前記工場排気系の排気圧力よりも低い圧力で真空引き
する真空排気系と、前記工場排気系と真空排気系を切換
える切換手段と、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内
を真空引きし、その真空引きの工程が処理炉内を真空引
きしながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサ
イクルパージを含むように酸化処理方法を実施する制御
装置とを備えているため、処理炉内を迅速に減圧するこ
とができ、スループットの向上が図れると共に、所望の
酸化処理工程以外の部分での自然酸化膜の形成を十分に
抑制することができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成す
ることができる。
炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処
理温度で酸化処理する装置において、前記処理炉内に処
理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を
所定の排気圧力で排気する工場排気系と、前記処理炉内
を前記工場排気系の排気圧力よりも低い圧力で真空引き
する真空排気系と、前記工場排気系と真空排気系を切換
える切換手段と、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内
を真空引きし、その真空引きの工程が処理炉内を真空引
きしながら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサ
イクルパージを含むように酸化処理方法を実施する制御
装置とを備えているため、処理炉内を迅速に減圧するこ
とができ、スループットの向上が図れると共に、所望の
酸化処理工程以外の部分での自然酸化膜の形成を十分に
抑制することができ、品質の優れた極薄酸化膜を形成す
ることができる。
【0046】(4)請求項4に係る発明によれば、前記
真空排気系に開閉および圧力調節の可能なコンビネーシ
ョンバルブと、真空ポンプとが設けられているため、真
空排気系の構成を簡素化することができ、コストの低減
が図れる。
真空排気系に開閉および圧力調節の可能なコンビネーシ
ョンバルブと、真空ポンプとが設けられているため、真
空排気系の構成を簡素化することができ、コストの低減
が図れる。
【0047】(5)請求項5に係る発明によれば、処理
炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処
理温度で酸化処理する装置において、前記処理炉内に処
理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を
減圧排気するための真空ポンプを有する真空排気系と、
この真空排気系に設けられ、開閉および大気圧から所定
の真空圧までの間で圧力調整が可能なコンビネーション
バルブと、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空
引きし、その真空引きの工程が処理炉内を真空引きしな
がら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクル
パージを含むように酸化処理方法を実施する制御装置と
を備えているため、処理炉内を迅速に減圧することがで
き、スループットの向上が図れると共に、工場排気系を
要せずに、品質の優れた極薄酸化膜を形成することがで
きる。
炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処
理温度で酸化処理する装置において、前記処理炉内に処
理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理炉内を
減圧排気するための真空ポンプを有する真空排気系と、
この真空排気系に設けられ、開閉および大気圧から所定
の真空圧までの間で圧力調整が可能なコンビネーション
バルブと、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空
引きし、その真空引きの工程が処理炉内を真空引きしな
がら不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクル
パージを含むように酸化処理方法を実施する制御装置と
を備えているため、処理炉内を迅速に減圧することがで
き、スループットの向上が図れると共に、工場排気系を
要せずに、品質の優れた極薄酸化膜を形成することがで
きる。
【図1】本発明の第1実施の形態である酸化処理装置の
全体構成を示す図である。
全体構成を示す図である。
【図2】同酸化処理装置により実施される酸化処理方法
の一例を説明するための図である。
の一例を説明するための図である。
【図3】酸化処理方法の他の例を説明するための図であ
る。
る。
【図4】本発明の第2実施の形態である酸化処理装置の
全体構成を示す図である。
全体構成を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態である酸化処理装置
の全体構成を示す図である。
の全体構成を示す図である。
1 処理炉
W 半導体ウエハ(被処理体)
8 燃焼装置(処理ガス供給手段)
19 工場排気系
20 真空排気系
21,22 切換弁(切換手段)
26 コンビネーションバルブ
27 真空ポンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平7−54125(JP,A)
特開 平5−160114(JP,A)
特開 平9−115904(JP,A)
特開 平8−162418(JP,A)
特開 平8−203889(JP,A)
特開 平8−222523(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/31
H01L 21/312
H01L 21/314
H01L 21/316
H01L 21/318
Claims (5)
- 【請求項1】 予め所定の温度に加熱された処理炉内に
被処理体を収容し、処理炉内を所定の処理温度まで昇温
させ、処理ガスを供給して被処理体を酸化処理する方法
において、前記昇温の工程を減圧下で行い、その減圧が
処理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を
交互に繰り返すサイクルパージを含むことを特徴とする
酸化処理方法。 - 【請求項2】 処理炉内に被処理体を収容し、処理ガス
を供給して所定の処理温度で酸化処理する方法におい
て、前記酸化処理の工程の前後に処理炉内を真空引き
し、その真空引きの工程が処理炉内を真空引きしながら
不活性ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパー
ジを含むことを特徴とする酸化処理方法。 - 【請求項3】 処理炉内に被処理体を収容し、処理ガス
を供給して所定の処理温度で酸化処理する装置におい
て、前記処理炉内に処理ガスを供給する処理ガス供給手
段と、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する工場排
気系と、前記処理炉内を前記工場排気系の排気圧力より
も低い圧力で真空引きする真空排気系と、前記工場排気
系と真空排気系を切換える切換手段と、前記酸化処理の
工程の前後に処理炉内を真空引きし、その真空引きの工
程が処理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停
止を交互に繰り返すサイクルパージを含むように酸化処
理方法を実施する制御装置とを備えたことを特徴とする
酸化処理装置。 - 【請求項4】 前記真空排気系に開閉および圧力調節の
可能なコンビネーションバルブと、真空ポンプとが設け
られていることを特徴とする請求項3記載の酸化処理装
置。 - 【請求項5】 処理炉内に被処理体を収容し、処理ガス
を供給して所定の処理温度で酸化処理する装置におい
て、前記処理炉内に処理ガスを供給する処理ガス供給手
段と、前記処理炉内を減圧排気するための真空ポンプを
有する真空排気系と、この真空排気系に設けられ、開閉
および大気圧から所定の真空圧までの間で圧力調整が可
能なコンビネーションバルブと、前記酸化処理の工程の
前後に処理炉内を真空引きし、その真空引きの工程が処
理炉内を真空引きしながら不活性ガスの供給と停止を交
互に繰り返すサイクルパージを含むように酸化処理方法
を実施する制御装置とを備えたことを特徴とする酸化処
理装置。
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