JPH06163517A - 低温酸化膜形成装置および低温酸化膜形成方法 - Google Patents

低温酸化膜形成装置および低温酸化膜形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低温で酸化膜を形成でき、また外
部からの不純物の拡散を防ぐ低温酸化膜形成装置および
形成方法を提供することを目的とする。 【構成】 低温で酸化膜を形成する装置において、ガス
供給口とガス排気口を有する酸化炉と、前記酸化炉を所
定の温度に加熱する加熱器と、前期酸化炉の前段に任意
の水分を添加する機構あるいは任意の水分を発生する機
構を備えたガス供給システムを有することを特徴とす
る。本発明は、低温で酸化膜を形成でき、また外部から
の不純物の拡散を防ぐ低温酸化膜形成装置および形成方
法を提供することを目的とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低温で試料に酸化膜を
形成するための低温酸化膜形成装置および低温酸化膜形
成方法に係り、特に、半導体製造プロセスなどにおける
基板に酸化膜を形成する際に、低温で高清浄な酸化膜を
形成可能な低温酸化膜形成装置及び低温酸化膜形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンの酸化酸化技術は、シリコンデ
バイス製造プロセスの中で基本的な技術の１つで、今ま
で多くの研究がなされてきた。しかし、現在でも幅広く
界面の問題から応用面まで研究が行われているというこ
とは、シリコンの酸化技術がいまだ完全なものでないこ
とを示している。
【０００３】微細化に伴うデバイスの特性は、シリコン
基板の結晶欠陥の影響を受けやすく、また大口径化に伴
うシリコンウエハの反りや歪は、レチクルアライメント
の精度の劣化を招きプロセスの高性能化は困難になる。
これらのことは、シリコン基板の高温熱処理により顕著
になると考えられる。また、高温プロセスでは、外部か
らの不純物の拡散などが起こりやすく理想的な界面およ
び薄膜形成は難しくなる。
【０００４】これらの問題に対して、半導体プロセスの
低温化は、一つの有力な解決法であり、シリコン酸化膜
形成の低温化も一つの重要な課題である。現在、シリコ
ン酸化膜の形成は、８００℃以上の高温でのドライ酸化
および７００℃以上の酸素雰囲気に水素を燃焼させ水蒸
気を発生させて酸化するウエット酸化が行われている。
ドライ酸化に比べウエット酸化では、酸化膜の成長速度
が速いことが知られている。よって、従来の技術で低温
で酸化膜を形成するには、ウエット酸化の方が有効であ
る。しかし、ウエット酸化では、水素を燃焼させて行う
ので水素の燃焼温度である７００℃以上が必要となる。
【０００５】また、低温で酸化膜厚を厚く形成するため
に高圧下での酸化処理が行われている。しかし、この場
合石英製の酸化炉とステンレス製の炉とで二重構造とす
るため、ステンレス内表面からの不純物が石英を通して
拡散するため高清浄な酸化膜はなかなか形成できない。
よって、従来の酸化方法では、７００℃以上の高温処理
であること及びそれに伴う外部からの不純物が石英管を
通して拡散し高清浄な雰囲気を形成できないことが大き
な問題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低温で酸化
膜を形成でき、また外部からの不純物の拡散を防ぐ低温
酸化膜形成装置および形成方法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の低温酸化膜形成
装置は、低温で酸化膜を形成する装置において、ガス供
給口とガス排気口を有する酸化炉と、前記酸化炉を所定
の温度に加熱する加熱器と、前期酸化炉の前段に任意の
水分を添加する機構あるいは任意の水分を発生する機構
を備えたガス供給システムを有することを特徴とする。
【０００８】本発明の低温酸化膜形成方法は、低温で酸
化膜を形成する装置において、ガス供給口とガス排気口
を有する酸化炉と、前記酸化炉を所定の温度に加熱する
加熱器と、前期酸化炉の前段に任意の水分を添加する機
構あるいは任意の水分を発生する機構を備えたガス供給
システムを有する低温酸化膜形成装置の前記酸化炉内に
水分と酸素を含んだガスを供給するためのガス供給行程
と前記酸化炉内で試料を加熱酸化する熱酸化行程からな
ることを特微とする。
【０００９】
【作用】本発明の低温酸化膜形成装置は、酸化炉及びガ
ス供給系を金属材料で構成することにより、また、低温
で水蒸気を発生する機構を設けたことにより、その結
果、熱酸化工程を高清浄下、および１ｋｇ／ｃｍ2以上
の高圧下で行うことが可能となる。したがって、６００
℃以下の低温で水蒸気と酸素の混合ガスを前記酸化炉に
供給して高清浄な酸化膜を形成できる。
【００１０】
【実施態様例】以下に図面を用いて実施態様例を説明す
る。図１は、本発明の一実施態様例を示す装置の概念図
であり、半導体に低温で酸化膜を形成する装置を示して
いる。低温酸化膜形成装置１００は、酸化炉１０１と、
酸化炉加熱器１０２と、配管１０３ａと、マスフロコン
トロラー（ＭＦＣ）１０３ｂ〜１０３ｅからなる配管系
１０３と、配管加熱器１０４とで構成されている。酸化
炉１０１には、 ガス導入口１０５とガス排気口１０６
が取リ付けられ、高圧下で酸化処理できるようにガス排
気口１０６の配管には、圧力調整器１０７が取り付けら
れている。
【００１１】まづ、水蒸気の発生方法を説明する。配管
系１０３には、窒素、アルゴン、酸素、水素のガスが供
給されておリ、それぞれＭＦＣ１０３ｂ〜１０３ｅかで
流量制御されている。水蒸気は、任意の濃度の酸素ガス
を含んだ雰囲気の配管１０３ａを２００℃〜６００℃の
温度に加熱器１０４で加熱し、任意の濃度の水素を配管
１０３ａに添加して発生させる。水素は、ステンレス配
管の触媒効果で分解され、低濃度であれば全て分解可能
で、例えば、水素濃度１％にたいして水蒸気１％発生で
きる。
【００１２】次いで、低温での酸化膜形成方法の一例を
脱明する。常圧下の加湿酸化の場合前記要領で発生させ
た水蒸気は、例えば酸素との混合ガスとしてガス導入口
１０５から酸化炉１０１に供給される。酸化炉１０１の
内部の温度は、加熱器１０２で６００℃以下に制御さ
れ、低温で加湿酸化する。ここで、酸化温度及び水蒸
気、酸素の混同比は、変化可能であり、アルゴン、窒素
を混合することもできる。
【００１３】また、高圧下で処理する場合は、ガス排気
口１０６に取リ付けてある圧力調節器１０７を用いて任
意の圧力に設定し、酸化１０１内部の圧力を設定値にす
る。ここで、ガスの混合比及び酸化温度は６００℃以下
で変化可能である。
【００１４】
【実施例】以下の本発明の実施例を示す。 （実施例１）図２にアルゴン９９％、酸素を１％の混含
ガスに水素を１００ｐｐｍ〜１％まで添加したときの水
蒸気の発生量を示す。ここで、配管の温度は２００〜４
００℃である。
【００１５】これは、水素の燃焼温度７００℃以下でも
ステンレスの触媒効果により水素を分解出来、酸素と反
応して水蒸気を発生できることを示している。また、４
５０℃で完全に分解できることを示している。 （実施例２）酸化温度は６００℃で、酸化時間は１時
間、ガスは酸素９９％で水蒸気１％で酸化圧力は常圧と
高圧３ｋｇ／ｃｍ2下で行ったときの酸化膜厚を示す。
なお、比較のため、従来型の石英製の酸化炉で、酸化温
度と時間は同じで酸素のみ常圧下で酸化膜を形成したも
のに付いても比較検討した。その結果を図３に示す。
【００１６】このことは、酸素中に水蒸気を添加する事
によって酸化速度が上昇すること、そして、高圧にする
ことによりさらに酸化速度が上昇することを示してい
る。 （実施例３）従来型の石英製の炉で形成された酸化膜と
本発明法による酸化膜の金属汚染状況を比較検討した。
酸化条件はそれぞれ実施例２で示した条件と同様とし
た。図４に結果を示す。
【００１７】従来型の炉で形成された酸化方法を用いた
場合は、特にＣｕ汚染が著しかったが、本発明の酸化方
法を用いた場合は、Ｃｒ以外が汚染が減少した。両者を
比較すると、明らかに金属汚染は本発明の酸化方法を用
いることにより、完全に抑制されていることがわかる。 （実施例４）従来型の石英製の炉で形成された酸化膜と
本発明法による酸化膜の低温で形成された酸化膜のＭＯ
Ｓダイオードの絶縁耐圧特性を図５に示す。
【００１８】以上述べたように、本実施例の低温酸化膜
形成装置を用いることにより、低温で酸化膜を形成で
き、高清浄な酸化膜を形成できる。
【００１９】
【発明の効果】本発明により、半導体あるいは金属を高
清浄な雰囲気で低温で酸化できる。その結果、シリコン
基板の結晶結果及びシリコンウエハの反りや歪の影響を
抑制でき、より高性能なプロセスが可能となる。また、
酸化プロセスを低温化することにより、半導体製造ライ
ンもシンプルになることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の実施態様例を示す概念図である。
【図２】実施例１におけるアルゴン９９％、酸素を１％
の混含ガスに水素を１００ｐｐｍ〜１％まで添加したと
きの水蒸気の発生量を示すグラフである。
【図３】酸化膜厚を示すグラフである。
【図４】金属汚染状況を示す表である。
【図５】本発明方法の実施例により形成したＭＯＳの絶
縁膜の絶縁耐圧を示すグラフである。
【符号の説明】

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低温で酸化膜を形成する装置において、
    ガス供給口とガス排気口を有する酸化炉と、前記酸化炉
    を所定の温度に加熱する加熱器と、前期酸化炉の前段に
    任意の水分を添加する機構あるいは任意の水分を発生す
    る機構を備えたガス供給システムを有することを特徴と
    する低温酸化膜形成装置。
  2. 【請求項２】 前記ガス供給システムは少な＜とも―部
    を所定の温度に加熱できる加熱機構を有したことを特徴
    とする請求項１記載の低温酸化膜形成装置。
  3. 【請求項３】 前記酸化炉と前記ガス供給システムおよ
    びその接合部等、全て金属材料材で構成しており、外部
    からの不純物の拡散を完全になくしていることを特徴と
    する請求項１または２記載の低温酸化膜形成装置。
  4. 【請求項４】 前記酸化炉と前記ガス供給システム内表
    面は、熱酸化不動態膜で覆われていることを特徴とする
    請求項１ないし３のいずれか１項記載の低温酸化膜形成
    装置。
  5. 【請求項５】 前ガス供給システムに用いられる配管、
    継手、バルブ、マスフローコントローラ等部品は、全て
    ステンレス材で構成されていることを特徴とする請求項
    １ないし４のいずれか１項に記載の低温酸化膜形成装
    置。
  6. 【請求項６】 前記ガス供給システムに設けられた水分
    発生装置は水素と酸素を触媒による反応により ５００
    ℃以下で任意の水分が発生できる請求項１ないし請求項
    ５のいずれか１項に記載の低温酸化膜形成装置。
  7. 【請求項７】 前記ガス供給システムを流れるガスの流
    量をマスフローコントローラを用いて流量制御すること
    により、多種類のガスを任意の混合比で前記酸化炉に供
    給できることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
    １項に記載の低温酸化膜形成装置。
  8. 【請求項８】 前記ガス供給システムから供給される水
    分が結露することなく前記酸化炉内に供給できることを
    特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の低温
    酸化膜形成装置。
  9. 【請求項９】 低温で酸化膜を形成する装置において、
    ガス供給口とガス排気口を有する酸化炉と、前記酸化炉
    を所定の温度に加熱する加熱器と、前期酸化炉の前段に
    任意の水分を添加する機構あるいは任意の水分を発生す
    る機構を備えたガス供給システムを有する低温酸化膜形
    成装置の前記酸化炉内に水分と酸素を含んだガスを供給
    するためのガス供給行程と前記酸化炉内で試料を加熱酸
    化する熱酸化行程からなることを特微とする低温酸化膜
    形成方法。
  10. 【請求項１０】 熱酸化工程は７００℃以下で酸素と水
    蒸気を用いて試料を酸化することを特徴とする請求項８
    記載の低温酸化膜形成方法。
  11. 【請求項１１】 前記ガス供給工程は水分濃度は０．１
    〜５％、酸素濃度は１％以上で行うことを特徴とする請
    求項９または１０記載の低温酸化膜形成方法。
  12. 【請求項１２】 前記酸化炉及び前記ガス供給系を金属
    材料で構成することにより、熱酸化工程を高清浄下、お
    よび１ｋｇ／ｃｍ2以上の高圧で行うことを特徴とする
    請求項９ないし１１のいずれか１項記載の低温酸化膜形
    成方法。
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