JP5921181B2 - 基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
基板を収容する反応管と、
前記反応管内の基板を加熱する加熱源と、
酸素含有ガス供給管に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系とオゾンガス供給管にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系とで構成され、前記酸素含有ガス供給管と前記オゾンガス供給管とが合流する酸化ガス供給管を有し、前記酸化ガス供給管内で前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを混合し、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを前記反応管内に供給する酸化ガス供給系と、
水素含有ガス供給管を介して前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応管内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された基板に対して、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行うように、前記加熱源、前記酸化ガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
上述の実施形態では、ウエハに対して酸化処理を行う例について説明したが、本発明は、ウエハ上に形成された各種絶縁膜の膜質の改質を目的としたアニール処理を行う場合にも適用することができる。なお、この改質処理により、各種絶縁膜の膜中不純物を除去することが可能となり、膜中不純物濃度を大幅に低減することが可能となる。なお、各種絶縁膜に対する改質処理は、主に、減圧雰囲気下の処理室内へのオゾンガスと、酸素ガスと、水素ガスとの反応により得られる原子状酸素(O)等の反応種の作用により行われる。
上述の一実施の形態では、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、処理室201内におけるウエハ配列領域の一端側(上端側)、すなわち、処理室201の上部(天井部)から供給する際、反応種を、ノズル233bのガス供給孔248bを介して処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本変形例では、図6に示すように、処理室201の上部(天井部)から供給するオゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、ガス供給孔248bおよびシャワー板248cを介して処理室201内に供給する。本変形例のシャワー板248cには複数の通気孔が設けられており、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスを均一に分散させてから処理室201内に供給することが可能なように構成されている。本変形例の場合、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスをより均一に処理室201内に供給することが可能となる。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図6において、図5で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の一実施の形態では、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、処理室201内におけるウエハ配列領域に対応するウエハ配列領域側方における領域から供給する際、ノズル233aのガス供給孔248aを介して処理室201内に供給する例について説明した。しかしながら、本変形例では、図7に示すように、ウエハ配列領域側方における領域から供給するオゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスの混合ガスを、バッファ管233a’で構成されるバッファ室を介して供給する。本変形例のバッファ管233a’は、プロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。バッファ管233a’のウエハ200と隣接する壁の中央部にはガスを供給するガス供給孔248a’が設けられている。ガス供給孔248a’はプロセスチューブ203の中心を向くように開口している。このガス供給孔248a’は、プロセスチューブ203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。本変形例の場合、バッファ管233a’内の容積を、第1ノズル233a内の容積よりも大きくしたので、バッファ管233a’内の圧力上昇を抑制することができる。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図7において、図5で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、上述の一実施の形態では、バッチ式ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置について説明したが、本発明は、上述の一実施の形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式の処理炉を有する基板処理装置やコールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば図8に示すように、加熱源が抵抗加熱ヒータではなく、ランプヒータであり、ランプによるウエハへの光照射、すなわち、ウエハの光吸収によるエネルギーにてウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる。本変形例の処理炉402は、加熱源としてのランプ404と、処理室401を形成する処理容器403と、ランプ404の光を透過させる石英窓406と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405とを有する。
また、上述の第3変形例では、ランプヒータによりウエハを直接加熱するランプ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明は、サセプタを介して間接的にウエハを加熱するサセプタ加熱方式の枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。例えば、図9に示すように、加熱源が抵抗加熱ヒータであり、抵抗加熱ヒータによりサセプタを加熱し、加熱されたサセプタからの伝熱によりウエハを加熱する枚葉式コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置にも適用することができる。本変形例の処理炉402は、処理室401を形成する処理容器403と、1枚のウエハ200を水平姿勢で支持するサセプタ407を備える支持台405と、支持台405に設けられた第1の加熱源としての抵抗加熱ヒータ408と、処理室401内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド409とを有する。なお、シャワーヘッド409を設けずに、処理容器403の天井部に直接反応ガス供給管232を接続して、処理容器403の天井部の一箇所から処理室401内にガスを供給するようにしてもよい。本変形例では、抵抗加熱ヒータ408によりサセプタ407を加熱し、加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱する。なお、抵抗加熱ヒータ408の代わりにランプヒータを用い、ランプヒータによりサセプタ407を加熱し、加熱されたサセプタ407からの伝熱によりウエハ200を加熱するようにしてもよい。
また、上述の一実施の形態では、オゾンガスおよび酸素含有ガスを供給する反応ガス供給管232hと水素含有ガスを供給する反応ガス供給管232cが合流して、オゾンガス、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給する反応ガス供給管232iとなり、反応ガス供給管232iが分岐して反応ガス供給管232f、232gとなり、反応ガス供給管232fは、プロセスチューブ203の内壁に沿ってウエハ200の積載方向上方に向かうノズル233aに接続され、反応ガス供給管232gは、プロセスチューブ203の外壁の下部より頂部に沿って設けられ、頂部において処理室201内と連通しているノズル233bに接続されており、ノズル233aの側面に設けられたガス供給孔248aおよびノズル233bの先端部に設けられたガス供給孔248bから、オゾンガス、酸素ガスおよび水素ガスが処理室201内に供給される例について説明した。しかしながら、本変形例では、図10に示すように、オゾンガスおよび酸素含有ガスを供給する反応ガス供給管232hと水素含有ガスを供給する反応ガス供給管232cは合流せずに、オゾンガスおよび酸素含有ガスを供給する反応ガス供給管232hは、プロセスチューブ203の内壁に沿ってウエハ200の積載方向上方に向かうノズル233cに接続され、水素含有ガスを供給する反応ガス供給管232cはプロセスチューブ203の内壁に沿ってウエハ200の積載方向上方に向かうノズル233dに接続され、オゾンガスおよび酸素ガスは、ノズル233cの側面に設けられたガス供給孔248cから処理室201内に供給され、水素ガスは、ノズル233dの側面に設けられたガス供給孔248dから処理室201内に供給される。本変形例においても上述の一実施の形態と同様な作用効果が得られる。なお、図10において、図5で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の好ましい一態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱する加熱源と、
前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された基板に対して、前記酸素含有ガスと、前記オゾンガスと、前記水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行うように、前記加熱源、前記酸素含有ガス供給系、前記オゾンガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
付記1の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
付記5の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
本発明の好ましい他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法が提供される。
付記7の基板処理方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
付記7の基板処理方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
付記7の基板処理方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
付記7の基板処理方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
付記11の基板処理方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記13の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板に対する酸化処理である。
付記13の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対するアニール処理である。
付記13の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理が前記基板上に形成された絶縁膜に対する改質処理である。
付記13の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが、酸素ガス、一酸化窒素ガスおよび亜酸化窒素ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスであり、前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガスおよびメタンガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスである。
付記17の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスが酸素ガスであり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する手順と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
処理室内に基板を収容する手順と、
大気圧未満の圧力下にある前記処理室内の加熱された前記基板に対して、酸素含有ガスと、オゾンガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理室内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a〜232i 反応ガス供給管
233a、233b ノズル
241a〜241e マスフローコントローラ
242 APCバルブ
245 圧力センサ
246 真空ポンプ
260 オゾン発生装置
263 温度センサ
270a〜270c、270h、270i 反応ガス供給系
280 コントローラ
Claims (5)
- 基板を収容する反応管と、
前記反応管内の基板を加熱する加熱源と、
酸素含有ガス供給管に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系とオゾンガス供給管にオゾンガスを供給するオゾンガス供給系とで構成され、前記酸素含有ガス供給管と前記オゾンガス供給管とが合流する酸化ガス供給管を有し、前記酸化ガス供給管内で前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを混合し、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスを前記反応管内に供給する酸化ガス供給系と、
水素含有ガス供給管を介して前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記反応管内の圧力を大気圧未満の圧力となるように調整する圧力調整部と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された基板に対して、混合された前記酸素含有ガスと前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行うように、前記加熱源、前記酸化ガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、を有する基板処理装置。 - 反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する基板処理方法。 - 反応管内に基板を収容する工程と、
大気圧未満の圧力下にある前記反応管内の加熱された前記基板に対して、混合された酸素含有ガスとオゾンガスおよび水素含有ガスを供給して、前記反応管内でこれらのガスを互いに反応させて反応種を生成し、前記反応種を利用して前記基板に対して処理を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記酸化ガス供給系と前記水素含有ガス供給系とで構成され、前記酸化ガス供給管と前記水素含有ガス供給管とが合流する混合ガス供給管を有し、前記混合ガス供給管内で前記酸素含有ガス、前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを混合し、混合された前記酸素含有ガス、前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを前記反応管内に供給する混合ガス供給系と、をさらに有する請求項1記載の基板処理装置。
- 前記混合ガス供給管はその下流側で分岐し、分岐されたそれぞれの供給管から混合された前記酸素含有ガス、前記オゾンガスおよび前記水素含有ガスを前記反応管内に供給する請求項4記載の基板処理装置。
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