JPH11204511A - Formation apparatus for silicon thermal oxidation film - Google Patents
Formation apparatus for silicon thermal oxidation filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン熱酸化
膜形成装置に関し、特に１００Å以下の極薄シリコン熱
酸化膜の形成において、膜厚の均一性及び再現性を向上
させるためのシリコン熱酸化膜形成装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for forming a silicon thermal oxide film, and more particularly to a silicon thermal oxide film for improving the uniformity and reproducibility of the film thickness in forming an ultra-thin silicon thermal oxide film of 100.degree. The present invention relates to a forming apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は従来の大気圧雰囲気におけるシリ
コン酸化膜生成装置の構成図である。このシリコン酸化
膜生成装置では、ヒータ１で覆われた反応室２の内部に
ウェーハ３を装填し、ガス導入口５より質量流量計４を
介して、酸素、水素、Ｈ2 Ｏガス、窒素、ＨＣｌ、ジク
ロロエチレン（Ｔｒａｎｓｌ，２−Ｄｉｃｈｌｏｒｏｅ
ｔｈｙｌｅｎｅ；ｔ−ＤＣＥ）、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ、ＮＨ3
ガスをそれぞれ単体、もしくは２種類以上の混合ガスと
して導入し、反応室２を酸化雰囲気とすることによりシ
リコン熱酸化膜を形成する。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram of a conventional silicon oxide film generating apparatus in an atmospheric pressure atmosphere. In this silicon oxide film generating apparatus, a wafer 3 is loaded into a reaction chamber 2 covered with a heater 1, and oxygen, hydrogen, H 2 O gas, nitrogen, HCl, dichloroethylene (Transl, 2-Dichloroe)
(t-DCE), N 2 O, NO, NH 3
Each of the gases is introduced as a single substance or as a mixed gas of two or more kinds, and a silicon thermal oxide film is formed by setting the reaction chamber 2 to an oxidizing atmosphere.
【０００３】反応後のガスは、ガス排気口６より排気配
管７を通して排気される。大気圧雰囲気における酸化で
は、排気側からの制御されないガスの逆拡散が懸念され
るため、排気側を陰圧とする必要がある。排気系は、排
気ガス中に微量のプロセスガスを含むため、排気ダクト
に接続され、数ｍｍＨ2 Ｏ〜数十ｍｍＨ2 Ｏで引かれて
いる。排気配管７には自動圧力調整機８が設置されてお
り、反応室２内部が一定圧力となるよう制御されてい
る。質量流量計４とガス導入口５の間には、外部燃焼装
置である燃焼式のＨ2 Ｏガス発生装置９が設けられてい
る。The gas after the reaction is exhausted from an exhaust port 6 through an exhaust pipe 7. In the oxidation in the atmospheric pressure atmosphere, there is a concern about uncontrolled reverse diffusion of the gas from the exhaust side, so it is necessary to set the exhaust side to a negative pressure. Exhaust system, because it contains trace amounts of process gas in the exhaust gas, connected to the exhaust duct, is drawn by the number mmH 2 O ~ tens mmH 2 O. An automatic pressure regulator 8 is installed in the exhaust pipe 7, and the inside of the reaction chamber 2 is controlled to have a constant pressure. Between the mass flow meter 4 and the gas inlet 5, a combustion-type H 2 O gas generator 9 which is an external combustion device is provided.
【０００４】図４に燃焼式のＨ2 Ｏガス発生装置の構成
図を示す。このＨ2 Ｏガス発生装置は、燃焼管１０の内
部を酸素導入管１１より導入した酸素で置換し、水素導
入管１２の先端に設置した集光シリコンチップ１３をハ
ロゲンランプ１４により５５０°Ｃ以上に加熱した後、
水素導入管１２に水素を導入して炎１５を生じ燃焼さ
せ、Ｈ2 Ｏガスを発生する。FIG. 4 is a block diagram of a combustion type H 2 O gas generator. In this H 2 O gas generator, the inside of the combustion tube 10 is replaced with oxygen introduced from an oxygen introduction tube 11, and a condensing silicon chip 13 installed at the tip of a hydrogen introduction tube 12 is heated to 550 ° C. or more by a halogen lamp 14. After heating to
Hydrogen is introduced into the hydrogen introduction pipe 12 to generate a flame 15 and burn it to generate H 2 O gas.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より、
半導体の高集積化に伴い各種堆積膜厚は縮小しており、
ゲート酸化膜厚は量産ベースで１００Å以下、研究開発
においては５０Å以下の適用が検討されている。薄膜化
に伴いリーク電流増加が加速的に大きくなるため、これ
まで問題とならなかった膜厚差に基づくリーク電流の特
性に大きな違いを生じることとなる。このため、極薄シ
リコン酸化膜の膜厚均一性及び再現性を向上させること
が必須となり、例えば、５０Å以下の膜厚均一性の許容
範囲としては、膜厚の最大値と最小値の差分で１Å程度
が要求されている。By the way, conventionally,
With the increasing integration of semiconductors, the thickness of various deposited films is decreasing,
The application of a gate oxide film having a thickness of 100 ° or less on a mass production basis and an application of 50 ° or less in R & D are being considered. Since the increase in the leak current increases at an accelerating rate as the film becomes thinner, a large difference occurs in the characteristics of the leak current based on the film thickness difference which has not been a problem until now. For this reason, it is essential to improve the film thickness uniformity and reproducibility of the ultra-thin silicon oxide film. For example, the allowable range of the film thickness uniformity of 50 ° or less is determined by the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness. About 1 mm is required.
【０００６】このような、極薄シリコン酸化膜の膜厚均
一性及び再現性の向上が要求される現今においては、酸
化速度を落とし、制御性を確保する必要があり、このた
め、酸化温度を下げるようにする傾向があるが、この場
合は、粘性率低下に伴う応力増加が危惧されるため、必
要以上の酸化温度低下は膜質劣化につながる。一般に薄
膜では、Ｈ2 Ｏガスによるいわゆるウェット酸化の方が
良好な特性を示すが、ドライ酸化に比較して酸化速度が
大きいため、酸素、窒素ガス等により、Ｈ2 Ｏガスの分
圧を下げ、制御性を確保することが有効である。しか
し、従来のシリコン熱酸化膜形成装置における燃焼式の
Ｈ2 Ｏガス発生装置では、Ｈ2 Ｏガス発生量は１リット
ル毎分程度が下限となっている。薄膜領域においてもウ
ェット酸化の制御性を確保するためには、１リットル毎
分以下のＨ2 Ｏガスを制御性良く供給することができる
Ｈ2 Ｏガス発生装置が必要である。[0006] At present, such an improvement in the uniformity and reproducibility of the film thickness of the ultra-thin silicon oxide film is required, it is necessary to reduce the oxidation rate and secure controllability. Although there is a tendency to lower the temperature, in this case, an increase in stress due to a decrease in viscosity is feared. In general, in thin films, so-called wet oxidation using H 2 O gas shows better characteristics, but since the oxidation rate is higher than dry oxidation, the partial pressure of H 2 O gas is reduced by oxygen, nitrogen gas, or the like. It is effective to ensure controllability. However, in the combustion type H 2 O gas generator in the conventional silicon thermal oxide film forming apparatus, the lower limit of the amount of generated H 2 O gas is about 1 liter per minute. In order to ensure the controllability of wet oxidation even in the thin film region, an H 2 O gas generator capable of supplying H 2 O gas of 1 liter per minute or less with good controllability is required.
【０００７】さらに、上述したように、シリコン熱酸化
膜の形成を大気圧雰囲気で行う場合は、圧力調整のため
に自動圧力調整機８を設けるようにしているが、しかし
自動圧力調整機８はゲージ圧で校正されているため、低
気圧、高気圧の到来に伴う気圧変動により反応室内の圧
力が相対的に変化し、その結果、膜厚変動を招いてい
る。Further, as described above, when the silicon thermal oxide film is formed in an atmospheric pressure atmosphere, an automatic pressure regulator 8 is provided for pressure regulation. Since the pressure is calibrated with the gauge pressure, the pressure in the reaction chamber relatively changes due to the atmospheric pressure fluctuation accompanying the arrival of the low pressure and the high pressure, and as a result, the film thickness changes.
【０００８】また、酸化膜形成を大気圧雰囲気で行う場
合においては、一度に複数枚の処理が可能なバッチ式の
シリコン酸化膜生成装置の場合、反応ガスの導入側と排
気側で添加ガスの分解成分濃度に差が生じたり、排気側
で酸化種に溜りが生じる等の理由により、バッチ内で酸
化速度に違いが生じ、バッチ内膜厚均一性を劣化させ
る。In the case where an oxide film is formed in an atmospheric pressure atmosphere, in the case of a batch-type silicon oxide film forming apparatus capable of processing a plurality of sheets at a time, an additional gas is supplied on the reaction gas introduction side and the exhaust side. For example, a difference occurs in the concentration of the decomposed component or a pool of the oxidized species on the exhaust side causes a difference in the oxidation rate in the batch, thereby deteriorating the film thickness uniformity in the batch.
【０００９】なお、これらを解決する手段としては、導
入ガスの流速を上げることにより、導入側と排気側の濃
度差を小さくすることが有効であるが、大気圧雰囲気中
でガス流速を上げるためには、導入ガスの総流量を上げ
る必要があり、局所的な温度変化を生じ、ウェーハ内膜
厚均一性を逆に劣化させてしまう。また、反応室中へウ
ェーハを搬送する際に、大気中の酸素及び水分と反応す
ることにより、制御されない自然酸化膜を形成する。搬
送時の反応室の温度により異なるが、形成される自然酸
化膜は十数Å程度であり、膜厚が薄くなるに従い、その
占める割合が大きくなるため、酸化膜の特性劣化を招
く。As a means for solving these problems, it is effective to reduce the concentration difference between the introduction side and the exhaust side by increasing the flow rate of the introduced gas. In such a case, it is necessary to increase the total flow rate of the introduced gas, which causes a local temperature change, thereby deteriorating the uniformity of the film thickness within the wafer. Further, when the wafer is transferred into the reaction chamber, it reacts with oxygen and moisture in the atmosphere to form an uncontrolled natural oxide film. Although it depends on the temperature of the reaction chamber at the time of transportation, the formed natural oxide film is about tens of mm, and as the film thickness decreases, the proportion of the natural oxide film increases, which causes deterioration in the characteristics of the oxide film.
【００１０】さらに、大気圧雰囲気で熱酸化膜を形成す
る場合における、１００Å以下の極薄酸化膜形成におい
ては、膜中に印加される電界強度が数ＭＶ／ｃｍまで増
大し、Ｂモードと呼ばれる耐圧不良が発生する領域で使
用することとなる。Ｂモード不良の低減には、酸化雰囲
気中にＨＣｌ及びＤＣＥ等の導入が有効であることが示
されている。１００Å以下の熱酸化膜の諸特性は、シリ
コン基板との界面に大きく影響されるため、ＨＣｌ及び
ＤＣＥの導入は必須であると言える。しかし、ＨＣｌ及
びＤＣＥの導入は、酸化速度が増大することにより制御
性が劣化し、膜厚均一性を劣化させている。また、ＨＣ
ｌ及びＤＣＥは腐食性が高く、反応室２より外部に漏れ
出すとＳＵＳ部材を腐食する危険性がある。従って上述
したような大気圧雰囲気におけるシリコン酸化膜生成装
置は、気密性が弱くリークの危険性が高い。また、大気
圧におけるリーク量のモニタが困難等の問題、さらにＰ
ＹＲＯ酸化による水たまりが発生するという問題があ
る。Further, in the case of forming an ultra-thin oxide film of 100 ° or less when a thermal oxide film is formed in an atmospheric pressure atmosphere, the electric field intensity applied to the film increases to several MV / cm, which is called a B mode. It is used in a region where a breakdown voltage failure occurs. It has been shown that introduction of HCl, DCE or the like into an oxidizing atmosphere is effective for reducing the B-mode failure. Since the properties of the thermal oxide film of 100 ° or less are greatly affected by the interface with the silicon substrate, it can be said that the introduction of HCl and DCE is essential. However, introduction of HCl and DCE deteriorates controllability due to an increase in the oxidation rate, and deteriorates film thickness uniformity. Also, HC
1 and DCE are highly corrosive, and there is a danger of corroding the SUS member if they leak out of the reaction chamber 2 to the outside. Therefore, the silicon oxide film forming apparatus in the atmospheric pressure atmosphere described above has a low airtightness and a high risk of leakage. Further, it is difficult to monitor the amount of leak at atmospheric pressure, and the like.
There is a problem that puddles occur due to YRO oxidation.
【００１１】この発明は、かかる従来の問題点を解決す
るためになされたもので、膜厚均一性を向上させるとと
もに再現性を向上させることができるシリコン熱酸化膜
形成装置を得ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and has as its object to obtain a silicon thermal oxide film forming apparatus capable of improving the film thickness uniformity and the reproducibility. I have.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、この発明は、反応室において酸素、Ｈ2 Ｏガスの
酸化種とウェーハを直接反応させてシリコン酸化膜を形
成する形成装置において、前記反応室の前段に、水素ガ
スと酸素ガスからＰｔ，Ｎｉとの触媒反応によりＨ2 Ｏ
ガスを得るためのＨ2 Ｏガス発生装置を有してなるもの
である。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to an apparatus for forming a silicon oxide film by directly reacting an oxidizing species of oxygen and H 2 O gas with a wafer in a reaction chamber. Before the reaction chamber, H 2 O is formed by a catalytic reaction of Pt and Ni from hydrogen gas and oxygen gas.
It has an H 2 O gas generator for obtaining gas.
【００１３】このような構成によれば、触媒作用を利用
するため、水素、酸素流量の低下に伴う炎の消失の問題
を解決することができ、１リットル毎分以下の極少量の
Ｈ2Ｏガスを減圧下においても、制御性良く発生させる
ことができる。According to this configuration, since the catalytic action is utilized, the problem of the disappearance of the flame due to the decrease in the flow rates of hydrogen and oxygen can be solved, and a very small amount of H 2 O of 1 liter per minute or less can be solved. The gas can be generated with good controllability even under reduced pressure.
【００１４】また、この発明は、上述のシリコン熱酸化
膜の形成装置において、前記ウェーハの搬送雰囲気を制
御可能な反応予備室を有し、かつ前記反応室を所望の真
空度とすることが可能な減圧機構を有してなるものであ
る。ここで、反応予備室は大気雰囲気から隔絶された真
空気密構造を持つものであり、例えばロードロック室１
７（あるいはＮ2 パージボックス）で構成される。Further, according to the present invention, in the above-described apparatus for forming a silicon thermal oxide film, it is possible to provide a preliminary reaction chamber capable of controlling a transfer atmosphere of the wafer and to set the reaction chamber to a desired degree of vacuum. A decompression mechanism. Here, the pre-reaction chamber has a vacuum-tight structure that is isolated from the air atmosphere.
7 (or N 2 purge box).
【００１５】このような構成によれば、反応予備室を設
けたことにより、反応室へウェーハを搬送する際の雰囲
気制御ができ、水分、酸素濃度を共にｐｐｂオーダまで
低減することができる。そして、例えば質量流量計を設
けて正確に流量を制御して酸素を導入することにより、
初期酸化の制御が可能となり、１００Å以下の極薄酸化
膜の特性を向上させることができる。また、初期酸化を
制御することにより、膜厚均一性、再現性がより向上す
る。さらに反応予備室により、初期酸化を制御した上で
反応室を減圧雰囲気とすることにより、導入ガスの総流
量を増大させることなくガス流速を上げることができ、
反応室内におけるガス導入側と排気側との酸化種濃度差
を縮小することができ、バッチ式の膜厚均一性を向上さ
せることができる。また、減圧とすることにより処理温
度を下げることなく、酸化速度を下げることができるた
め、粘性率低下に伴う応力緩和が期待でき、シリコン酸
化膜の物理的特性を向上させることができる。更に、気
密性が向上するため、腐食性ガス、爆発性ガス等の有害
ガスの漏洩の危険性が少なくなって安全性を高めること
ができ、また真空度を監視するようにすれば、反応室か
らのリークを事前に検知することもできる。加えて、数
万Ｐａ程度まで減圧することにより、絶対圧力計を使用
することができ、外気に左右されずに安定した成膜を行
うことができる。また、ＰＹＲＯ酸化による水たまりを
も防止することもできる。According to such a configuration, the provision of the reaction preparatory chamber enables the control of the atmosphere when the wafer is transferred to the reaction chamber, and can reduce both the moisture and oxygen concentrations to the order of ppb. Then, for example, by installing a mass flow meter and accurately controlling the flow rate and introducing oxygen,
The control of the initial oxidation becomes possible, and the characteristics of the ultra-thin oxide film of 100 ° or less can be improved. Further, by controlling the initial oxidation, the film thickness uniformity and reproducibility are further improved. Further, by controlling the initial oxidation by the reaction preliminary chamber and setting the reaction chamber to a reduced pressure atmosphere, the gas flow rate can be increased without increasing the total flow rate of the introduced gas,
The difference in the concentration of the oxidizing species between the gas introduction side and the exhaust side in the reaction chamber can be reduced, and the batch-type film thickness uniformity can be improved. Further, by reducing the pressure, the oxidation rate can be reduced without lowering the processing temperature, so that stress relaxation accompanying a decrease in viscosity can be expected, and the physical characteristics of the silicon oxide film can be improved. Furthermore, since the airtightness is improved, the danger of leakage of harmful gases such as corrosive gas and explosive gas is reduced, and the safety can be improved. In addition, if the degree of vacuum is monitored, the reaction chamber can be improved. Leaks from can be detected in advance. In addition, by reducing the pressure to about tens of thousands Pa, an absolute pressure gauge can be used, and a stable film formation can be performed without being affected by the outside air. Also, puddles due to PYRO oxidation can be prevented.
【００１６】更に、この発明は、上述のシリコン熱酸化
膜の形成装置において、前記Ｈ2 Ｏガス発生装置により
得られたＨ2 Ｏガスを希釈する希釈用酸素ラインを有し
てなるものである。Furthermore, the present invention is a forming apparatus of a silicon thermal oxide film described above, is made of a diluted oxygen line to dilute H 2 O gas obtained by the the H 2 O gas generator .
【００１７】このような構成によれば、Ｈ2 Ｏガス分圧
を容易に下げることができ、触媒作用によるＨ2 Ｏガス
発生装置の効果をより高めることができる。According to such a configuration, the H 2 O gas partial pressure can be easily reduced, and the effect of the H 2 O gas generator by the catalytic action can be further enhanced.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を極
薄シリコン熱酸化膜の形成装置に例をとり図面を用いて
説明する。図１は、実施の形態における極薄シリコン熱
酸化膜の形成装置としてのロードロック室を有する減圧
酸化装置の概略構成を示す図である。この減圧酸化装置
においては、ヒータ１で覆われた反応室２の下方にゲー
トバルブ１６を介して、ロードロック室１７が設置さ
れ、ロードロック室１７のウェーハ搬入搬出口はゲート
バルブ１８により気密に閉塞されている。ロードロック
室１７には質量流量計２０を介してＮ2 ガスが導入さ
れ、内部を大気からＮ2 ガスに置換するための真空排気
装置１９が設置されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, taking an example of an apparatus for forming an ultra-thin silicon thermal oxide film. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a reduced-pressure oxidation apparatus having a load lock chamber as an apparatus for forming an ultra-thin silicon thermal oxide film in an embodiment. In this reduced-pressure oxidizing apparatus, a load lock chamber 17 is installed below a reaction chamber 2 covered with a heater 1 via a gate valve 16, and a wafer loading / unloading port of the load lock chamber 17 is air-tight by a gate valve 18. It is closed. N 2 gas is introduced into the load lock chamber 17 via a mass flow meter 20, and a vacuum exhaust device 19 for replacing the inside from the atmosphere with N 2 gas is installed.
【００１９】ウェーハ３を移載棚２１からウェーハ移載
機２２を介してボート２３に搬送する際、ゲートバルブ
１８を開放するため、ロードロック室１７内部は一旦大
気に戻る。ウェーハ搬送終了後、ゲートバルブ１８を閉
とし、真空排気装置１９により真空排気を行うと同時に
Ｎ2 ガスの導入により雰囲気置換を行う。これによりロ
ードロック室内の酸素、水分濃度は１ｐｐｍ以下とする
ことができ、反応室２へボート２３を搬入する際、反対
に反応室２からボート２３を搬出する際に形成される、
制御されない酸化膜を抑制することが可能となり、極薄
酸化膜の膜質、膜厚均一性が大幅に改善する。When the wafer 3 is transferred from the transfer shelf 21 to the boat 23 via the wafer transfer device 22, the inside of the load lock chamber 17 temporarily returns to the atmosphere in order to open the gate valve 18. After the transfer of the wafer is completed, the gate valve 18 is closed, the evacuation is performed by the evacuation device 19, and the atmosphere is replaced by introducing N 2 gas. Thereby, the concentration of oxygen and moisture in the load lock chamber can be reduced to 1 ppm or less, and formed when the boat 23 is carried into the reaction chamber 2 and when the boat 23 is carried out from the reaction chamber 2.
The uncontrolled oxide film can be suppressed, and the film quality and thickness uniformity of the ultra-thin oxide film can be greatly improved.
【００２０】ロードロック室１７の真空置換を行い、さ
らにボート２３に積載したウェーハ３を反応室２内に搬
入した後、反応室２内部を真空排気装置１９により排気
を行う。反応室２が所望の真空度に到達したところで、
質量流量計４を介して酸素、水素、Ｈ2 Ｏガス、窒素、
ＨＣｌ、ｔ−ＤＣＥ、Ｎ2 Ｏ、ＮＯ、ＮＨ3 ガスをそれ
ぞれ単体、もしくは２種類以上の混合ガスとして導入す
ることにより酸化膜を形成する。Ｈ2 Ｏガスはガス導入
口前段に設けたＨ2 Ｏガス発生装置２４に酸素、水素ガ
スを供給し、触媒反応させることにより正確に制御され
る。反応室２を減圧とすることで、導入ガスの平均自由
工程が伸び、また未反応の酸化種を速やかに排気するこ
とができ、溜りが生じにくいこと等により、特に、ボー
トスロット間の膜厚均一性が向上する。ＨＣｌ、ｔ−Ｄ
ＣＥ等の腐食性ガスを用いた場合、到達真空度により事
前にリークチェックを行うことが可能であり、外部への
漏洩の危険性を小さくできる。また、外部の気圧変動に
左右されず、酸化速度も低下するため、再現性も向上す
る。After the load lock chamber 17 is replaced with a vacuum and the wafers 3 loaded on the boat 23 are loaded into the reaction chamber 2, the inside of the reaction chamber 2 is evacuated by the vacuum exhaust device 19. When the reaction chamber 2 reaches the desired degree of vacuum,
Oxygen, hydrogen, H 2 O gas, nitrogen,
An oxide film is formed by introducing HCl, t-DCE, N 2 O, NO, and NH 3 gas individually or as a mixed gas of two or more types. The H 2 O gas is accurately controlled by supplying oxygen and hydrogen gas to an H 2 O gas generator 24 provided at a stage preceding the gas inlet and causing a catalytic reaction. By reducing the pressure in the reaction chamber 2, the mean free path of the introduced gas is extended, and unreacted oxidized species can be quickly exhausted. The uniformity is improved. HCl, tD
When a corrosive gas such as CE is used, a leak check can be performed in advance based on the ultimate vacuum degree, and the risk of leakage to the outside can be reduced. In addition, the reproducibility is improved because the oxidation rate is reduced without being influenced by the fluctuation of the atmospheric pressure.
【００２１】排気系は、真空排気装置１９に繋がるスロ
ー排気ライン２５、メイン排気ライン２６と、反応室２
が大気圧以上となった場合に余剰ガスが流れる余剰ガス
排気ライン２７で構成されている。スロー排気ライン２
５は、反応室２の真空度を大気圧から徐々に下げる場合
に用いられ、パーティクルの舞上がりによるウェーハ３
への付着を防止する。スロー排気ライン２５より太いメ
イン排気ライン２６は、短時間で所望の真空到達度を得
ることができる。また、余剰ガス排気ライン２７には逆
止弁２８が設置されており、排気系からの戻りが無く、
反応室２内部の酸化種を高純度に保つことが可能とな
る。The exhaust system includes a slow exhaust line 25 connected to the vacuum exhaust device 19, a main exhaust line 26, and a reaction chamber 2
Is constituted by a surplus gas exhaust line 27 through which surplus gas flows when the pressure exceeds the atmospheric pressure. Slow exhaust line 2
5 is used when the degree of vacuum in the reaction chamber 2 is gradually lowered from the atmospheric pressure, and the wafer 3
Prevents adhesion to The main exhaust line 26 which is thicker than the slow exhaust line 25 can obtain a desired degree of vacuum in a short time. In addition, a check valve 28 is installed in the surplus gas exhaust line 27, and there is no return from the exhaust system.
The oxidized species inside the reaction chamber 2 can be kept at high purity.
【００２２】極薄シリコン熱酸化膜形成には、導入ガス
の制御性が重要であり、このためのＨ2 Ｏガス発生装置
２４を図２に示す。このＨ2 Ｏガス発生装置は、水素ガ
ス、酸素ガス、Ｐｔ、Ｎｉ等の触媒反応を用いている。
このＨ2 Ｏガス発生装置は、図３に示したＨ2 Ｏガス発
生装置（外部燃焼装置）９と置換える形で使用する。ヒ
ータ２９で加熱した触媒反応炉３０に酸素ガス、水素ガ
ス、窒素ガスをそれぞれＭＦＣ（マスフローコントロー
ラ）３３〜３５を介して導入し、触媒作用によりＨ2 Ｏ
ガスを発生させる。触媒の材質は、例えばＰｔ、Ｎｉで
ある。The controllability of the introduced gas is important for forming an ultra-thin silicon thermal oxide film, and an H 2 O gas generator 24 for this purpose is shown in FIG. This H 2 O gas generator uses a catalytic reaction of hydrogen gas, oxygen gas, Pt, Ni or the like.
This H 2 O gas generator is used in a form to replace the H 2 O gas generator (external combustion device) 9 shown in FIG. Oxygen gas, hydrogen gas, and nitrogen gas are introduced into the catalytic reactor 30 heated by the heater 29 via MFCs (mass flow controllers) 33 to 35, respectively, and H 2 O is catalyzed by H 2 O.
Generate gas. The material of the catalyst is, for example, Pt or Ni.
【００２３】従来のＨ2 Ｏガス発生装置９では、低水分
領域になると消火してしまい、水分が発生しなくなる可
能性があったが、この実施の形態における触媒反応を用
いると、水素２ｍｏｌに対して酸素が１ｍｏｌあれば、
１ｍｏｌのＨ2 Ｏガスが生成され、原理的には質量流量
計で制御可能な流量のＨ2 Ｏガスを得ることができ、極
薄膜形成における制御性が向上する。In the conventional H 2 O gas generator 9, there was a possibility that the fire would be extinguished in the low moisture region and no moisture would be generated. However, if the catalytic reaction in this embodiment is used, On the other hand, if oxygen is 1 mol,
1 mol of H 2 O gas is generated, and in principle, a flow rate of H 2 O gas that can be controlled by a mass flow meter can be obtained, and controllability in forming an extremely thin film is improved.
【００２４】また、発生したＨ2 Ｏガスが液化しないよ
う触媒反応炉３０から反応室２までの配管加熱を行う。
触媒の構成部材にＰｔ、Ｎｉを使用しているが、ウェー
ハ３上への汚染は無い。Further, the piping from the catalytic reactor 30 to the reaction chamber 2 is heated so that the generated H 2 O gas is not liquefied.
Although Pt and Ni are used for the components of the catalyst, there is no contamination on the wafer 3.
【００２５】さらに、この実施の形態では、触媒反応炉
３０の後段に、未反応の水素ガスを検出する水素検知器
３１を設置することにより、万一、水素検知レベルが設
定値を越える場合、信号を取り込み、水素ガスを止め、
反応室２内をパージさせるシーケンスにジャンプするよ
うにしているため安全である。また、触媒反応炉３０に
て発生したＨ2 Ｏガス濃度を供給酸素により希釈制御す
るための希釈酸素ライン３２及びＭＦＣ３６を設置した
ことにより、Ｈ2 Ｏガス濃度を広範囲で制御することが
でき、極薄シリコン熱酸化膜の再現性が向上する。Further, in this embodiment, by installing a hydrogen detector 31 for detecting unreacted hydrogen gas at the subsequent stage of the catalytic reactor 30, if the hydrogen detection level exceeds a set value, Capture the signal, stop the hydrogen gas,
Since the sequence jumps to the sequence for purging the inside of the reaction chamber 2, it is safe. Further, by installing the dilution oxygen line 32 and the MFC 36 for diluting and controlling the H 2 O gas concentration generated in the catalytic reactor 30 with the supplied oxygen, the H 2 O gas concentration can be controlled in a wide range. The reproducibility of the ultra-thin silicon thermal oxide film is improved.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上に詳述したように、この発明によれ
ば、触媒作用によるＨ2 Ｏガス発生装置を利用するよう
にしたので、１リットル毎分以下の極少量のＨ2 Ｏガス
を制御性良く発生することができ、シリコン熱酸化膜の
再現性を向上させることができると共にその制御性を向
上させることができる。As described above in detail, according to the present invention, a catalytic H 2 O gas generator is used, so that a very small amount of H 2 O gas of 1 liter per minute or less is used. It can be generated with good controllability, and the reproducibility of the silicon thermal oxide film can be improved and the controllability can be improved.
【００２７】また、この発明によれば、触媒作用による
Ｈ2 Ｏガス発生に加え、反応予備室を設けるようにした
ので、酸化初期時の酸化膜成長を制御することができる
と共に、反応室を減圧雰囲気としたのでガス導入側と排
気側の酸化種濃度差を縮小することができて、バッチ式
の膜厚均一性を向上させることができる。さらに処理温
度を下げることなく酸化速度を下げることができ、粘性
率低下に伴う応力緩和が期待でき、シリコン酸化膜の物
理的特性を向上させることができる。また、気密性が向
上するため、腐食性ガス、爆発性ガス等の有害ガスの漏
洩の危険性が少なく安全となる。さらに、絶対圧力計を
使用できる場合は、外気に左右されず安定した成膜が可
能となる。Further, according to the present invention, in addition to the generation of H 2 O gas by the catalytic action, the provision of a reaction preparatory chamber allows the growth of an oxide film at the beginning of oxidation to be controlled. Since the reduced-pressure atmosphere is used, the difference in the concentration of the oxidizing species between the gas introduction side and the exhaust side can be reduced, and the batch-type film thickness uniformity can be improved. Further, the oxidation rate can be reduced without lowering the processing temperature, stress relaxation accompanying a decrease in viscosity can be expected, and the physical characteristics of the silicon oxide film can be improved. In addition, since the airtightness is improved, there is little danger of leakage of harmful gases such as corrosive gas and explosive gas, which is safe. Further, when an absolute pressure gauge can be used, a stable film formation can be performed without being affected by the outside air.
【００２８】さらに、この発明によれば、Ｈ2 Ｏガスの
希釈用酸素ラインを設けたことにより、Ｈ2 Ｏガスの分
圧を容易に下げることが可能となり、Ｈ2 Ｏガス濃度を
より広範囲に制御することができ、極薄シリコン熱酸化
膜の再現性、制御性をより向上させることができる。Furthermore, according to the present invention, by providing the diluted oxygen line the H 2 O gas, it is possible to reduce easily the partial pressure of the H 2 O gas, a wider range of H 2 O gas concentration And the reproducibility and controllability of the ultra-thin silicon thermal oxide film can be further improved.
【図１】発明の実施の形態に係る極薄シリコン熱酸化膜
の形成装置の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an apparatus for forming an ultra-thin silicon thermal oxide film according to an embodiment of the present invention.
【図２】発明の実施の形態におけるＨ2 Ｏガス発生装置
の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an H 2 O gas generator according to an embodiment of the present invention.
【図３】従来の大気圧雰囲気におけるシリコン酸化膜生
成装置の構成を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional silicon oxide film generation device under an atmospheric pressure atmosphere.
【図４】従来のＨ2 Ｏガス発生装置の構成を示す概略図
である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional H 2 O gas generator.
１ ヒータ ２ 反応室 ３ ウェーハ １９ 真空排気装置 ２３ ボート ２４ Ｈ2 Ｏガス発生装置 ２５ スロー排気ライン ２６ メイン排気ライン ２７ 余剰ガス排気ライン ３０ 触媒反応炉 ３１ 水素検知器 ３２ 希釈酸素ライン1 heater 2 reaction chamber 3 wafer 19 evacuator 23 the boat 24 H 2 O gas generator 25 slow exhaust line 26 main exhaust line 27 excess gas exhaust line 30 catalytic reactor 31 the hydrogen detector 32 dilute oxygen line
Claims (3)
化種とウェーハを直接反応させてシリコン酸化膜を形成
する形成装置において、 前記反応室の前段に、水素ガスと酸素ガスからＰｔ，Ｎ
ｉとの触媒反応によりＨ2 Ｏガスを得るためのＨ2 Ｏガ
ス発生装置を有することを特徴とするシリコン熱酸化膜
の形成装置。1. An apparatus for forming a silicon oxide film by directly reacting an oxidizing species of oxygen and H 2 O gas with a wafer in a reaction chamber, wherein a Pt, N
An apparatus for forming a silicon thermal oxide film, comprising an H 2 O gas generator for obtaining H 2 O gas by a catalytic reaction with i.
装置において、 前記ウェーハの搬送雰囲気を制御可能な反応予備室を有
し、かつ前記反応室を所望の真空度とすることが可能な
減圧機構を有することを特徴とするシリコン熱酸化膜の
形成装置。2. The apparatus for forming a silicon thermal oxide film according to claim 1, further comprising: a pre-reaction chamber capable of controlling a transfer atmosphere of the wafer, wherein the reaction chamber has a desired degree of vacuum. An apparatus for forming a silicon thermal oxide film having a pressure reducing mechanism.
装置において、前記Ｈ2 Ｏガス発生装置により得られた
Ｈ2 Ｏガスを希釈する希釈用酸素ラインを有することを
特徴とするシリコン熱酸化膜の形成装置。3. An apparatus for forming a silicon thermal oxide film according to claim 2, further comprising a dilution oxygen line for diluting the H 2 O gas obtained by said H 2 O gas generator. Oxide film forming equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP202298A JPH11204511A (en) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | Formation apparatus for silicon thermal oxidation film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP202298A JPH11204511A (en) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | Formation apparatus for silicon thermal oxidation film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11204511A true JPH11204511A (en) | 1999-07-30 |
Family
ID=11517716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP202298A Withdrawn JPH11204511A (en) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | Formation apparatus for silicon thermal oxidation film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11204511A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7211295B2 (en) | 2000-05-29 | 2007-05-01 | Tokyo Electron Limited | Silicon dioxide film forming method |
| US7534730B2 (en) | 2003-08-26 | 2009-05-19 | Hitachi Kokusai Electric In. | Producing method of semiconductor device and substrate processing apparatus |
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| DE10119741B4 (en) * | 2001-04-23 | 2012-01-19 | Mattson Thermal Products Gmbh | Method and apparatus for treating semiconductor substrates |
| JP2016154234A (en) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Material processing for realizing sub 10 nm patterning |
-
1998
- 1998-01-08 JP JP202298A patent/JPH11204511A/en not_active Withdrawn
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