半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
【課題】等方性酸化を複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、複数枚の半導体ウエハ１を処理室４内に搬入する工程と、処理室４内を加熱するとともに圧力を大気圧よりも低くした状態で、酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して半導体ウエハ１を酸化処理する工程と、複数枚の半導体ウエハ１を処理室４内より搬出する工程とを有し、酸化処理する工程では、水素含有ガスを、複数枚の半導体ウエハ１が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の半導体ウエハ１が配列される方向における複数箇所から供給することで、酸素含有ガスと水素含有ガスとを基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、酸化処理を行う。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、複数枚の半導体ウエハ１を処理室４内に搬入する工程と、処理室４内を加熱するとともに圧力を大気圧よりも低くした状態で、酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して半導体ウエハ１を酸化処理する工程と、複数枚の半導体ウエハ１を処理室４内より搬出する工程とを有し、酸化処理する工程では、水素含有ガスを、複数枚の半導体ウエハ１が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の半導体ウエハ１が配列される方向における複数箇所から供給することで、酸素含有ガスと水素含有ガスとを基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、酸化処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置に関し、特に、半導体ウエハ等の基板の表面を酸化処理する工程を有する半導体装置の製造方法、基板処理方法およびそのために好適に使用される基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスの途中過程において形成される、異なるＳｉ結晶面が露出したＳｉ基板（ウエハ）上を直接酸化反応させる工程において、従来の酸化技術においては、結晶面に依存して酸化速度が異なる結果、基板上にて異なる膜厚の酸化膜が形成され、基板上の場所により特性がバラツクという問題があった。
【０００３】
異なるＳｉ結晶面が基板上に露出する工程には、例えばShallow Trench Isolation（ＳＴＩ）として知られる素子間分離や、Ｓｉ基板を掘り込んだ縦型のＭＯＳトランジスタの形成工程があり、Ｓｉ基板上にドライエッチングにより溝を形成することにより、溝の側面と底面にて異なる面方位が露出される。また、ＳＴＩ工程においては、酸化工程にて、Ｓｉ３Ｎ４も基板表面に露出しており、Ｓｉ３Ｎ４上の酸化速度をＳｉ基板上の酸化速度に近くして、極力同じ酸化膜厚としたいプロセス要求がある。
【０００４】
従来の酸化方法には、反応室の雰囲気を常圧、若しくは減圧として、酸素単独もしくは、Ｎ２、Ａｒ等により酸素分圧が調節された雰囲気にて基板の酸化処理を行うドライ酸化と、酸素と水素を反応室の前段にて混合することにより形成される水分を利用して基板の酸化処理を行うウェット酸化とがある。水素と酸素の混合により水分を形成する方法には、抵抗加熱やランプ集光加熱等により水素、酸素の着火温度以上に昇温、燃焼させる方法と、着火温度以下で触媒作用により水素、酸素を反応させる方法が、広く利用されてきている（日本国特開平１１−２０４５１１号参照）。
【０００５】
従来の酸化方法では、異なるＳｉ基板の面方位間、例えば（１００）面と（１１０）面では、Ｓｉ基板表面のＳｉ原子面密度に依存して、よりＳｉ原子面密度の大きい（１１０）面の酸化速度が（１００）面のそれより、薄膜酸化領域においておよそ２倍となる。また、Ｓｉ３Ｎ４上では通常、耐酸化性が高く、Ｓｉ３Ｎ４が酸化に対するバリア層として使用されることもあり、ほとんど酸化が進行しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これに対し、減圧雰囲気とした反応室に、独立したガス供給系より酸素、水素をそれぞれ導入するようにすると、酸化初期の成長速度が速く、異なるＳｉ基板の面方位間における成長速度差や、Ｓｉ基板とＳｉ３Ｎ４上における成長速度差が小さくなる結果、膜厚差を著しく小さくすることができ、等方性酸化が可能であることが分かった。
【０００７】
しかしながら等方性酸化を、バッチ式の縦型装置にて実施する場合、ガスの供給箇所を被処理物である基板の上流である上部からのみとすると、垂直方向に多段に配置された各基板配置場所により、水素濃度が異なってしまい、形成される酸化膜厚が大きく変動してしまう問題があることを見いだした。
【０００８】
本発明の主な目的は、等方性酸化を複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法およびそのために好適に使用できる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１１】
本発明の更に他の態様によれば、
複数枚の基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱源と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を垂直方向に積層して保持する保持具と、
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ラインと、
前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の複数箇所から前記処理室内に前記水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインと、
前記処理室内の圧力制御を行う圧力制御装置と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理するようにし、その際、前記水素含有ガスを、前記基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うように前記加熱源、前記圧力制御装置、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御する制御装置と、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、等方性酸化を複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の実施例４に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の実施例５に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図６】本発明の実施例６に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施例７に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図８】本発明の実施例７に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図９】本発明の実施例７に係る実験結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例８に係る実験結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施例９に係る実験結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１０に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図１３】図１２のＡＡ線概略横断面図である。
【図１４】図１２のＢ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１５】図１４のＣＣ線概略横断面図である。
【図１６】本発明の実施例１１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図１７】図１６のＤＤ線概略横断面図である。
【図１８】図１６のＥ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１９】図１８のＦＦ線概略横断面図である。
【図２０】本発明の実施例１２に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２１】図２０のＧＧ線概略横断面図である。
【図２２】図２０のＨ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図２３】本発明の実施例１３により作成したウエハの構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２４】本発明の実施例１３により作成したウエハを説明するための概略縦断面図である。
【図２５】本発明の実施例１３により作成したウエハの透過電子顕微鏡像である。
【図２６】比較例により作成したウエハを説明するための概略縦断面図である。
【図２７】比較例により作成したウエハの透過電子顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、減圧雰囲気とした反応室内に酸素と水素を導入すると、等方性酸化が可能となり、且つその成膜速度が水素の供給律速反応であることを見出し、垂直方向多段に配置された各基板上の成膜速度を一定とするために、反応室への水素供給系路を２系統以上の複数本とすることを考案した。これにより、反応室の上流より供給された水素が、同じく反応室の上流より供給された酸素と反応消費されることによる、反応室内部のガス流れ下流方向における水素濃度の減衰を無くすことができ、バッチ式の縦型装置を用いて等方性酸化を行う場合において、複数枚の基板上における酸化膜厚の均一性を向上することに成功した。
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１を参照して、本実施例における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１により形成される反応室（処理室）４内に基板保持具としてのボート２が挿入される。保持具２は、複数枚の基板としての半導体ウエハ（シリコンウエハ）１を略水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段に保持するように構成されている。反応管２１の下方は、保持具２を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ２２により密閉されるようにしてある。保持具２は断熱キャップ２５上に搭載され、断熱キャップ２５は回転軸２６を介して回転機構２７に取り付けられている。反応管２１の周囲には加熱源としての抵抗加熱ヒータ５が配置されている。反応管２１には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する酸素供給ライン７と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する水素供給ライン８と、複数枚の基板１が存在する領域に対応する途中箇所から水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを基板１に対して供給する水素供給ライン９が接続されている。水素供給ライン９は、複数設けられることが好ましい。酸素供給ライン７は酸素ガス供給源４１に接続され、水素供給ライン８、９は水素ガス供給源４２に接続されている。酸素供給ライン７と水素供給ライン８は、反応管２１の天井壁３１を貫通して設けられている。ガス噴出口は下方を向いており下方に向けて酸素ガスおよび水素ガスをそれぞれ噴出する。水素供給ライン９は、反応管２１の側壁３２を貫通して設けられている。ガス噴出口は水平方向を向いており、ウエハ方向に向けて水素ガスを噴出する。各供給ライン７、８、９にはガスの供給および供給停止を行うための電磁バルブ６が設けられている。また、反応管２１には処理ガスを排気する排気ライン２３が接続されており、この排気ライン２３には真空排気ポンプ３が接続されている。基板処理中、反応管２１内は真空ポンプ３により大気圧よりも低い所定の圧力（減圧）とされるが、この圧力制御は制御手段２４により行う。
【００１７】
次に、上述の酸化装置を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板に酸化処理を施す方法について説明する。
【００１８】
１バッチ分のウエハ１を保持具２に移載すると、加熱源５により加熱状態を維持された反応炉２０の処理室４内に複数枚のウエハ１を装填した保持具２を装入（ロード）し、シールキャップ２２により反応管２１内を密閉する。次に、真空ポンプ３により反応管２１内を真空引きし、制御手段２４により炉内圧力が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるよう制御する。回転機構２７によりボート２が所定の回転速度で回転するようにする。また、炉内温度を昇温させ、制御手段２４により炉内温度が所定の処理温度となるよう制御する。その後、酸素供給ライン７より処理室４内に酸素を供給すると共に、水素供給ライン８、水素供給ライン９より処理室４内に水素ガスを供給する。これにより、酸素ガスと水素ガスとが加熱源５により加熱された雰囲気内で反応して反応種が生成され、この反応種によりウエハ１に酸化処理が施される。処理温度としては、５００〜１０００℃、処理圧力としては１〜１０００Ｐａが例示される。
【００１９】
ウエハ１の酸化処理が終了すると、真空引き、不活性ガスによるパージ等により炉内の残留ガスを除去し、炉内温度を所定の温度まで降温した後、保持具２を反応炉２０からアンロードし、保持具２に支持された全てのウエハ１が冷えるまで、保持具２を所定位置で待機させる。待機させた保持具２に保持されたウエハ１が所定温度まで冷却されると、基板移載機等によりウエハを回収する。
【００２０】
本実施例によれば、様々な半導体ウエハのプロセス工程で形成されるウエハ基板上の異なる面方位のシリコン表面において、酸化膜の成長速度差を、従来の酸化方法に比較して著しく小さくすることができ（処理ウエハの面方位依存性を小さくすることができ）、加えて、縦型半導体製造装置にて複数枚のウエハを処理する際に、各ウエハ上における水素濃度のバラツキに伴う、酸化膜厚のバラツキを抑えることが可能となる。なお、本発明は、酸化処理を行う基板の表面が、異なる結晶方位面を有するか、ＣＶＤによる多結晶シリコン、またはシリコン窒化物を有する場合に特に有効となる。
【００２１】
なお、上記実施例では、酸素含有ガスとして酸素ガスを用いる場合について、水素含有ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスおよび亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガスおよびメタン（ＣＨ４）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。
【実施例２】
【００２２】
次に図２を参照して、実施例２における基板処理装置について詳述する。
真空排気ポンプ３を介して減圧雰囲気とした反応室４に、それぞれ独立した、酸素供給ライン７と、水素供給ノズル８が接続されており、酸素ガスと水素ガスとが、反応室４に供給される前に混合されることがなく、加熱源５により加熱された雰囲気内にて、活性な水素と酸素の反応が起こるため、酸化初期における酸化速度を大きくすることが出来る。
【００２３】
酸化速度の加速は、ウエハ近傍の水素濃度に依存しており、ウエハ１の配列の上流より、水素供給ライン８を介してのみ水素ガスの供給を実施する構成においては、ウエハ配列の下流方向に向い、水素ガスが酸化反応に寄与することにより消費され、水素ガス濃度がウエハ配置位置により異なる結果、膜厚均一性を著しく悪くしてしまう。
【００２４】
そこで、水素の供給ラインとして、水素供給ライン８とは別に、酸化反応にて消費され、下流で欠乏した水素ガスを補うために、水素供給ライン９１、９２、９３を複数本設けている。これにより、複数枚のウエハ1が存在する領域の途中の複数箇所から基板に対して水素ガスを供給でき、ウエハ1が存在する領域の途中において欠乏した水素ガスを補うことができるので、反応室４に配置された複数のウエハ1の膜厚均一性を向上させることが可能となる。水素供給ライン９１、９２、９３は、それぞれ独立しており、反応管２１の側壁３２を貫通して設けられている。水素供給ライン９１、９２、９３のガス噴出口はそれぞれウエハ方向を向いており（ウエハ１と対向しており）、ウェハ近傍に水素を供給することが可能である。水素供給ライン９１、９２、９３より供給される水素は、ウエハ配列の上流に接続される酸素供給ライン７より供給される酸素とウエハ１近傍で混合されることになる。なお、酸素供給ライン７と水素供給ライン８は、反応管２１の天井壁３１を貫通して設けられている。ガス噴出口は下方を向いており下方に向けて酸素ガスおよび水素ガスをそれぞれ噴出する。
【実施例３】
【００２５】
次に図３を参照して、実施例３における基板処理装置について詳述する。
反応室４の天井壁３１に、酸素供給ライン７とは独立した水素供給ライン８が接続されている点は実施例２と同様である。実施例２と異なるのは、水素供給ライン８とは独立した水素供給ライン９１、９２、９３が、反応室４内を反応管２１の側壁３２の内壁に沿って立ち上がる長さの異なる複数（多系統）のノズル１０１、１０２、１０３にそれぞれ接続されている点である。具体的には、水素供給ライン９１、９２、９３は、ウエハ配列方向に対し長さが異なる、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３にそれぞれ接続されており、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。なお、それぞれのノズルの先端は開放されており、この開放部がガス噴出口となっている。このガス噴出口は反応室４上方を向いており、ウエハ１の方向を向いていないが、実施例２のようにウエハの方向を向く（ウエハ１と対向する）ようにしてもよい。
【実施例４】
【００２６】
次に図４を参照して、実施例４における基板処理装置について詳述する。
反応室４に、酸素供給ライン７とは独立した水素供給ライン８が接続され、水素供給ライン８とは別に、酸化反応にて消費され、下流で欠乏した水素ガスを補うために、水素供給ライン９１、９２、９３およびノズル１０１、１０２、１０３が設けられている点は実施例３と同様である。実施例３と異なるのは、酸素供給ライン７、水素供給ライン８、水素供給ライン９１、９２、９３のそれぞれに、流量の調整が可能なマスフローコントローラ（流量制御装置）１２がそれぞれ設置されている点である。これにより、それぞれの供給ラインに流れる酸素流量、水素流量を調節することができ、反応室内の水素濃度を細かく制御することが可能となっている。
【実施例５】
【００２７】
次に図５を参照して、実施例５における基板処理装置について詳述する。
反応室４に、酸素供給ライン７とは独立した水素供給ライン８が接続されている点は実施例２と同様である。実施例２と異なるのは、水素供給ライン８とは独立して設けられた反応室内の水素濃度調整用の途中供給ノズルである水素供給ライン９１、９２、９３の代わりに、多孔ノズル１３を設けた点である。この多孔ノズル１３は、ノズル先端が封止されており、且つノズル側面方向に少なくとも２個以上の小孔１３１を有しており、複数の水素ラインを用いることなく、反応室内の水素濃度を制御することが可能となっている。多孔ノズル１３の側面には、直径すなわち開口面積が異なる少なくとも２種類以上の小孔１３１を設けるようにしてもよい。すなわち小孔の孔径が、少なくとも二種類以上設置されていてもよい。これにより、それぞれの小孔より流出する水素流量を細かく制御することが可能となる。なお、本実施例では、後述する理由により、多孔ノズル１３のガス噴出口を形成する小孔１３１は、ウエハ側ではなく、反応管２１の側壁３２の内壁側と対向するように設けられており、途中供給する水素が反応管２１の側壁３２の内壁に向かって供給されるようになっている。
【実施例６】
【００２８】
次に図６を参照して、実施例６における基板処理装置について詳述する。
実施例６は、実施例１〜５とは反応室４内におけるガス流方向が異なる実施例である。実施例１〜５の場合、反応室４内においてガスは基本的には上方から下方に向かって流れるが、本実施例の場合、反応室４内においてガスは下方から上方に向かって流れる。酸素供給ライン７と水素供給ライン８は、反応管２１の下部の側壁３２を貫通して水平に設けられている酸素供給ノズル７１と水素供給ノズル８１にぞれぞれ接続されている。酸素供給ノズル７１と水素供給ノズル８１のガス噴出口は水平方向を向いている。反応室４の構成において、アウターチューブ（反応管）２１内にインナーチューブ１４を有しており、これを介して反応室４内が区分けされており、反応ガスである酸素と水素が、酸素供給ノズル７１および水素供給ノズル８１によりそれぞれ反応室下部よりインナーチューブ１４の内側に供給され、途中供給用の水素供給ノズルもインナーチューブ１４の内側に垂直に立ちあがっており、反応後のガスや未反応のガスは、インナーチューブ１４の外側（インナーチューブ１４とアウターチューブ２１との間の空間）を通り、排気ライン２３、真空ポンプ３を介して排気される構造となっている。
【実施例７】
【００２９】
次に図７、８を参照して、実施例７における基板処理装置について詳述する。
実施例７は、水素含有ガス供給ラインとしてのＨ２ガスラインを多数本（多系統）にし、かつそれぞれのガスラインのＨ２流量を異ならせ最適化することによりウエハ間膜厚均一性を向上させるものである。この基板処理装置は縦型炉と呼ばれるものであり、基板に対する減圧酸化処理を行う反応炉２０と、反応炉下方のウエハを移載する移載室３５から構成されている。酸化処理をする際には複数枚のウエハ１を装填したボート２を移載室３５から反応炉２０へと入炉する方式をとる。図７は移載室３５内でボート２にウエハ１を装填した状態を示している。また、図８はウエハ１を装填したボート２を反応炉２０にロードした状態を示している。反応炉２０の構成は、実施例６と同様となっており、反応室４内においてガスは下方から上方に向かって流れる。なお、ボート２が移載室３５内にある間は、反応室４下部の炉口フランジ３３の下端の開口は、炉口ゲートバルブ３４によって閉塞されている。
【００３０】
反応室４の構成も実施例６と同様となっており、アウターチューブ（反応管）２１内にインナーチューブ１４を有しており、これにより反応室４内が区分けされている。基板１に対する減圧酸化処理時には、反応ガスである酸素含有ガスとしてのＯ２および水素含有ガスとしてのＨ２は、それぞれ反応室４下部の炉口フランジ３３に設けられた酸素含有ガス供給ライン７および酸素含有ガス供給ノズル７１ならびに水素含有ガス供給ライン８および水素含有ガス供給ノズル８１を介して、ウエハ配列の上流側より、減圧とされたインナーチューブ１４の内側にそれぞれ供給される。水素濃度調整用の途中供給用ライン（ノズル）である水素含有ガス供給ライン９１（ノズル１０１）、水素含有ガス供給ライン９２（ノズル１０２）は、インナーチューブ１４内側に垂直に立ちあがっている。これらの水素含有ガス供給ノズル１０１、水素含有ガス供給ノズル１０２は、実施例３と同様に構成、配置されている。水素含有ガス供給ノズル１０１、水素含有ガス供給ノズル１０２を介して、複数枚のウエハ1が存在する領域の途中の複数箇所から基板１に対して水素ガスが供給される。このようにＯ２は一系統のライン（ノズル）から導入されるが、Ｈ２は多数本（多系統）のライン（ノズル）から導入されることとなる。このＨ２ラインのそれぞれには、流量を調整するためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１２が設置されている。Ｏ２ラインにもＭＦＣ（マスフローコントローラ）１２が設置されている。各ラインに設けられたＭＦＣは制御手段２４により制御される。反応後のガスや未反応のガスは、インナーチューブ１４の外側（インナーチューブ１４とアウターチューブ２１との間の空間）を通り、排気ライン２３、真空ポンプ３を介して排気される。
【００３１】
本発明者らが、この基板処理装置を用いて、基板に対して減圧酸化処理を行う実験を行ったところ、各Ｈ２ラインのそれぞれのＨ２流量を変更させることにより、ウエハ間の膜厚均一性が大きく変化することを見出した。その実験結果を図９に示す。図９は、各Ｈ２ノズルからのＨ２流量変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚結果を示すものである。横軸はボートポジション（最下部のスロットを基準としたスロット番号）を表しており、縦軸は膜厚を表している。図中のＨ２（短／中／長）とは、Ｈ２ノズル８１、１０２、１０１のことを表しており、Ｈ２（短／中／長）＝２２０／１４５／１３５ｃｃとは、Ｈ２ノズル８１、Ｈ２ノズル１０２、Ｈ２ノズル１０１の設定流量が、それぞれ２２０ｓｃｃｍ、１４５ｓｃｃｍ、１３５ｓｃｃｍであることを示している。なお、Ｏ２ノズル７１は１系統のみで、流量は２５００ｓｃｃｍ一定とした。図９より、各Ｈ２ノズルのＨ２流量は、各ラインで一定とするよりも、各ラインで異ならせるようにした方が膜厚均一性は向上することが分かる。なお、膜厚均一性が最も良くなるのは、Ｈ２（短／中／長）＝２２０／１４５／１３５ｃｃの場合である。これより、各ラインから供給するＨ２の流量は、上流に行くほど大きくする（下流に行くほど小さくする）のが好ましいと言える。なおこの結果はウエハ１７２枚同時処理の結果であり、炉内温度８５０℃、圧力３５Ｐａ、またＨ２ライン３系統の結果であるが、処理枚数が増減したり、またＨ２ラインが２系統および４系統以上であっても同様の傾向を示すことは言うまでもない。また本結果はＣＶＤ構成の二重反応管タイプの炉体を使用しているが、拡散炉のようなインナーチューブのない構造であっても同様の効果があると言える。この結果より、各ラインからのＨ２流量を最適化させることにより、ウエハ間の膜厚均一性が改善されることが分かる。
【００３２】
炉内で生じる反応がＨ２の供給律速であるため、排気方向に向ってガスの欠乏が起こりウェハ面間均一性がとれなくなるが、途中供給するＨ２はガスの欠乏を補う流量のみでよいため、結果的に最上流が最も多くなっている。
【実施例８】
【００３３】
次に図１０を参照して、実施例８について詳述する。
実施例８は、実施例７の基板処理装置を用いて行った実験結果に関する。
図１０は、処理（成膜）圧力変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚分布を示すものである。Ｏ２は１系統（Ｏ２ノズル７１）のみで流量は２５００ｃｃ一定とした。Ｈ２は３系統（Ｈ２ノズル８１、１０２、１０１）で流量は短／中／長＝２４０／１４５／１３５ｃｃとした。図１０より、処理圧力は３５Ｐａ以下の範囲内の圧力とすることが好ましいことが分かる。また、圧力を高くするほどウエハ間の膜厚分布は悪くなっていくことも分かる。これより、処理圧力によっても、Ｈ２ノズル流量およびその系統数を最適化することが好ましいと言える。
【実施例９】
【００３４】
次に図１１を参照して、実施例９について詳述する。
実施例９は、実施例７の基板処理装置を用いて行った実験結果に関する。
図１１は、処理（成膜）温度変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚分布を示すものである。Ｏ２は１系統（Ｏ２ノズル７１）のみで流量は２５００ｃｃ一定とした。Ｈ２も１系統（Ｈ２ノズル８１）のみで流量は２４０ｃｃとした。図１０より、処理温度は、７００℃以下の範囲内の温度とすることが好ましいことが分かる。また、低温にする程その膜厚分布が改善され、高温にするほど膜厚分布が悪化するのが分かる。これより上記実施例８同様、処理温度によってもＨ２ノズル流量およびその系統数を最適化することが好ましいと言える。
なお、本実施例９においては、７００℃以下でボート上各ポジションでのウエハ膜厚均一性が良くなっているが、これは、Ｈ２の供給をＨ２ノズル８１のみで行っておりＨ２ノズル１０１、１０２による炉内の流量調整が実施されていないことによる結果である。本プロセス、すなわち減圧雰囲気とした反応室内にＯ２とＨ２を導入するプロセスでは、Ｈ２がガス上流にて消費されるために、下流にてＨ２のガス不足が発生するが、処理温度が低い程、上流でのＨ２の消費量が減るので、下流側でのガス不足が起こりにくくなる。この結果として、７００℃以下ではボート上各ポジションでのウエハ膜厚均一性が良くなり、ノズルの流量調整が簡単になる。また、本実施例では、ＳｉＯ２ダミーウエハを入れているが、ＳｉＯ２ダミーウエハをＳｉ基板とすると、Ｈ２消費量が大きく変動することとなり、低温であっても、Ｈ２ノズル１０１、１０２による炉内の流量調整が必要となる。
【実施例１０】
【００３５】
上記実施例１〜７では、Ｈ２を途中供給すると共に上流からも供給しているが、本実施例では、上流からの供給は行わず、途中供給だけ行うようにした。
【００３６】
図１２〜図１５を参照すれば、本実施例の基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）においては、反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１により形成される反応室（処理室）４内に基板保持具としてのボート２が挿入される。ボート２は、複数枚の半導体ウエハ１を略水平状態で所定隙間をもって保持するように構成されている。反応管２１の下方は、ボート２を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ２２により密閉されるようにしてある。ボート２はボート受け２８上に搭載され、ボート受け２８は回転軸２６を介して回転機構２７に取り付けられている。ボート２の下部には、複数の断熱板２９が搭載されている。反応管２１の周囲には加熱源としての抵抗加熱ヒータ５が配置されている。
【００３７】
反応管２１には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを供給する酸素供給ライン７と水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素供給ライン９１、９２、９３、９４が接続されている。酸素供給ライン７は酸素ガス供給源４１に接続され、水素供給ライン９１、９２、９３、９４は水素ガス供給源４２に接続されている。酸素供給ライン７および水素供給ライン９１、９２、９３、９４には、電磁バルブ６およびマスフローコントローラ１２がそれぞれ設置されている。
【００３８】
反応管２１の天井壁３１にはシャワー板４４が取り付けられ、天井壁３１とシャワー板４４とによりバッファ室４３を形成している。酸素供給ライン７は酸素供給管７２に接続されており、酸素供給管７２は、反応管２１の下部より側壁３２の外側を延在し、その後反応管２１の天井壁３１の上側を延在してバッファ室４３に連通している。本実施例では、最上流のシャワー板４４からはＯ２のみ導入する。
【００３９】
水素供給ライン９１、９２、９３、９４はそれぞれ独立しており、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４にそれぞれ接続されている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、反応管２１の側壁３２を貫通して設けられている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は反応管２１内を反応管２１の側壁３２の内壁に沿って立ち上がっているが、立ち上がっている長さが異なっている。このように、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４はウエハ配列方向に対して長さが異なり、Ｈ２はウェハ配列領域の複数箇所（実施例では４箇所）から供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。但し、Ｈ２はシャワー板４４からは供給しない。
【００４０】
水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、ウエハ１よりも、反応管２１の側壁３２の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のノズルの先端は開放されており、この開放部がそれぞれガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４となっている。
【００４１】
水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番長いノズル１０１のガス噴出口１１１は、シャワー板４４から離間した位置であって、ウエハ配列領域の上端（最上流のウエハ）に対応する位置にある。
【００４２】
図１４、１５を参照すれば、水素供給ノズル１０１の先端は斜めにカットされており、ガス噴出口１１１は反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている。これにより、途中供給するＨ２を反応管２１の側壁３２の内壁２１１に向けて噴出させることができ、ヒータ５により加熱された側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を効率的に反応させることができる。このように反応管２１の側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を反応させるようにすると、側壁３２近傍で反応種が生成され、生成された反応種を安定した状態でウエハ１に供給することができ、膜厚均一性を向上させることができる。
【００４３】
このように、本実施例は、側壁３２近傍でＨ２とＯ２を反応させており、ウエハ１のの熱により、ウエハ近傍でＨ２とＯ２を反応させるやり方とは異なっている。なお、ウエハ１近傍でＨ２とＯ２を反応させるようにすると、反応初期に生じる不安定な反応種がウエハ１の処理に影響を与え、膜厚均一性に影響を及ぼす可能性があると考えられる。
【００４４】
なお、上記では、水素供給ノズル１０１について説明したが、水素供給ノズル１０２、１０３、１０４についても同じである。
【００４５】
反応管２１の下部に設けられた排気管３６には、処理ガスを排気する排気ライン２３が接続されており、この排気ライン２３には圧力制御手段３７および真空排気ポンプ３が接続されている。ウエハ処理中、反応管２１内は真空ポンプ３により大気圧よりも低い所定の圧力（減圧）とされるが、この圧力制御は圧力制御手段３７および制御手段２４により行う。
【実施例１１】
【００４６】
上記実施例１〜７では、最上流において、Ｈ２とＯ２をそれぞれ別のノズルで反応室４内に供給しているが、本実施例では、最上流のバッファ室４３において、Ｈ２とＯ２を混合し、Ｈ２とＯ２の混合ガスを最上流のシャワー板４４より反応室４内に導入するようにした。このようにＯ２とＨ２とを事前混合した後に反応室４内に導入した場合であっても、Ｏ２やＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種が生成される。
【００４７】
図１６〜図１９を参照すれば、水素供給ライン９１、９２、９３、９４とは独立の水素供給ライン８をさらに設け、この水素供給ライン８は水素供給管８２に接続され、水素供給管８２は、反応管２１の下部より側壁３２の外側を延在し、その後反応管２１の天井壁３１の上側を延在してバッファ室４３に連通しており、バッファ室４３にてＨ２とＯ２を混合した後に反応室４内に供給するようにした点、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番長いノズル１０１のガス噴出口１１１は、シャワー板４４から離間した位置であってウエハ配列領域の上端（最上流のウエハ）に対応する位置よりも下方にあり、Ｈ２をウエハ配列領域の一端側からではなく配列領域の途中から流すように構成した点、および水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の上面は閉じておりノズル先端部側面にガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が設けられ、これらガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている点で本実施例は、実施例１１と異なるが、他の点は同じである。
【実施例１２】
【００４８】
本実施例においても、Ｈ２とＯ２の混合ガスを最上流のシャワー板４４より反応室４内に導入するようにしている。実施例１１では、バッファ室４３にてＨ２とＯ２を混合したが、本実施例では、酸素供給管７２と水素供給管８２とをバッファ室４３よりも上流側で接続し、Ｏ２とＨ２とをバッファ室４３ではなく、それよりも上流側の配管内で混合するようにした点が実施例１１と異なるが他の点は同じである。
【実施例１３】
【００４９】
本発明による等方性酸化を物理的に確認するために、本発明が好適に適用される、STI(Shallow Trench Isolation)構造のウエハを準備して、その断面構造のTEM 観察を実施した。
【００５０】
図２３を参照すれば、本実施例において作成したウエハは、シリコン基板５１の表面にパッドシリコン酸化膜５２を形成し、その上にＳｉ３Ｎ４膜５３を形成した後、溝６０を形成し、その後、酸化膜５４を形成し、その上にノンドープポリシリコン膜５５を形成し、その上に酸化膜５６を形成し、さらにその上にノンドープポリシリコン膜５７を形成している。
【００５１】
Ｈ２を４９４ｓｃｃｍ、Ｏ２を２０００ｓｃｃｍ流してＨ２の濃度を１９．８％とし、温度９５０℃、圧力４０．３Ｐａで４２分間酸化を行って、酸化膜５４および酸化膜５６をそれぞれ形成した。
【００５２】
図２４は本実施例により作成したウエハの概略縦断面図であり、図２５は本実施例により作成したウエハのＴＥＭ像である。
【００５３】
比較のために、Ｈ２を３０００ｓｃｃｍ、Ｏ２を３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２を２００００ｓｃｃｍ流してＨ２の濃度１１．５％とし、温度９５０℃、大気圧下で８．５分間ウエット酸化を行って、酸化膜５８および酸化膜５９をそれぞれ形成した。
【００５４】
図２６は比較例により作成したウエハの概略縦断面図であり、図２７は比較例により作成したウエハのＴＥＭ像である。
【００５５】
溝６０の底面６０１および側面６０２では、露出するシリコンの面方位が異なるので、通常の酸化では酸化速度が異なると考えられ、また、Ｓｉ３Ｎ４膜５３は酸化されにくいので、溝６０の底面６０１、溝６０の側面６０２およびＳｉ３Ｎ４膜５３上に形成される酸化膜は、通常の酸化では、膜厚が異なると考えられる。なお、ノンドープポリシリコン膜５５上に形成した酸化膜にはそのような膜厚の差は通常の酸化の場合でも見られないと考えられる。
【００５６】
図２６、２７を参照すれば、従来方法であるウェット酸化では、溝６０の底面６０１上の酸化膜５８１の膜厚Ｄ（＝１６ｎｍ）に比べ、溝６０の側面６０２上の酸化膜５８２の膜厚Ｂ（＝２６ｎｍ）が厚く、シリコン基板５１の結晶面方位に依存した酸化速度の違いが明確に見えている。すなわち異方性を明確に示している。また、Ｓｉ３Ｎ４膜５３上の酸化膜５８３の膜厚Ａ（＝１．７ｎｍ）が膜厚Ｂ（＝２６ｎｍ）、Ｄ（＝１６ｎｍ）に比べ小さく、酸化の進行が遅く、Ｓｉ３Ｎ４膜５３の耐酸化性を示している。
【００５７】
これに対して、図２４、２５を参照すれば、本発明により処理した本実施例のウエハでは、溝６０の底面６０１上の酸化膜５４１の膜厚Ｄ（＝１６ｎｍ）と溝６０の側面６０２上の酸化膜５４２の膜厚Ｂ（＝１６．５ｎｍ）がほぼ同じであり、酸化速度がシリコン基板５１の結晶面方位に依存しないことが分かる。すなわち、等方性酸化を明確に示している。また、Ｓｉ３Ｎ４膜５３上の酸化膜５４３の膜厚Ａが１３ｎｍであり、シリコン基板５１の酸化膜５４の膜厚Ｂ（＝１６．５ｎｍ）、Ｄ（＝１６ｎｍ）とほぼ同じ膜厚の酸化が確認でき、ウェット酸化に対しては高い耐酸化性を見せたＳｉ３Ｎ４膜５３上においても酸化の進行が見られた。
【００５８】
ウェット酸化が、Ｈ２Ｏガスの膜中拡散に依存しているのに対し、本発明ではＯ２とＨ２との反応により生成される反応種の高いエネルギーにより酸化の進行が起こっているために見える差異であると考えられる。
【００５９】
なお、ノンドープポリシリコン膜５５上に形成した酸化膜５６の膜厚Ｅはウェット酸化の場合に１５．５ｎｍであり、本発明により処理した本実施例のウエハでは１６ｎｍであり、成長膜厚に大きな差は見られない。また、場所によるばらつきもウエット酸化および本発明の方法による場合のいずれの場合も小さかった。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発明の好ましい処理温度は、５００℃から９５０℃であり、好ましい処理圧力は、数Ｐａ〜１０００Ｐａである。処理温度については、少なくともＨ２、Ｏ２の発火点（４８０℃）以上程度ないと、反応自体が起こらない可能性があるので、５００℃以上は必要と考えられる。また、９５０℃を超えると高温、減圧下で石英反応管の強度がもたないと考えられる。以上のことから処理温度としては５００℃以上、９５０℃以下が好ましいと考えられる。処理圧力については、均一性を重視すると圧力を下げることとなり、成長速度を重視すると圧力を上げることとなる。成長速度と均一性の両方を考慮すると圧力は、数Ｐａ以上１０００Ｐａ以下が好ましいと考えられる。
【００６１】
好ましいＨ２の流量は１０ｓｃｃｍから２０００ｓｃｃｍであり、好ましいＯ２の流量は２０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍである。
【００６２】
好ましいＨ２／Ｏ２流量比は０．１〜０．５である。イオン等の反応種により酸化初期の速度が非常に速くなり、Ｈ２の濃度が高いほど成長速度が速くなるが、成長速度が速くなると、均一性は悪くなる方向となる。均一性を考慮すると、Ｈ２濃度を低くし酸素リッチとする（Ｈ２流量＜Ｏ２流量）のが好ましいと言え、その場合のＨ２／Ｏ２流量比は、現状では５０％程度までと考えられており、１０％〜５０％（０．１〜０．５）が好ましいと考えられる。Ｈ２／Ｏ２流量比が０．５を超えると実用レベルの均一性が得られなくなる。
【００６３】
また、本発明において、Ｈ２は、次のようにして消費されていると考えられる。すなわち、Ｈ２、Ｏ２を供給し、常圧で発火点以上に加熱すると燃焼し、その結果Ｈ２Ｏを発生して反応熱を発生する。しかしながら本発明者らが実験を行ったところ、減圧酸化における排気のＱ−ＭＡＳＳ（四重極質量分析）測定ではＨ２Ｏが観測されず、反応室内の局部温度上昇が見られなかった。これらのことから、反応室内においてはＨ２Ｏは形成されておらず、基本的にはＯ２、Ｈ２が排気されていると考えられる。よって、減圧の反応室内で酸素と水素の反応によりイオン等の反応種が生成され、これらにより加速酸化が起き、排気にて速やかにＨ２、Ｏ２に戻っていると推測される。
【００６４】
また、本発明において、ドライ酸化のようにＯ２のみ流しても、また、ウェット酸化のようにＨ２Ｏを流しても本発明のような酸化の加速は起きないため、酸化にはＯ２やＨ２Ｏよりも反応性の高いイオン等の反応種が圧倒的に効いていると考えられる。そして、Ｈ２を流した時に、誘発される形でＯ２やＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種が形成されていると考えられる。
【００６５】
本発明において、複数枚の基板が存在する領域に対応する途中にＨ２を供給することで、次のような効果があると考えられる。
（１）途中で消費され欠乏したＨ２を補給できる。
（２）基板配列領域に直接Ｈ２を供給でき、途中段階で水（Ｈ２Ｏ）が生成され難くなる。（上流１箇所からＨ２を大量に流すようにすると途中段階で水（Ｈ２Ｏ）が生成され易くなる。）
（３）Ｏ２にＨ２をぶつけることができ、イオン等の反応種が生成され易くなる。
【００６６】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００３年８月２６日提出の日本国特許出願２００３−３０１９８２号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００６７】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明の好ましい形態によれば、様々な半導体ウエハのプロセス工程で形成されるシリコン基板上の異なる面方位のシリコン表面において、酸化膜の成長速度差を、従来の酸化方法に比較して著しく小さくすることができる。また、バッチ式の縦型装置にて複数枚の基板を処理する際に、各基板上における水素濃度のバラツキに伴う酸化膜厚のバラツキを抑制でき、高品質な半導体装置を製造することができる。
その結果、本発明は、半導体シリコンウエハを用いる半導体装置の製造方法およびそのために好適に使用される基板処理装置に特に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 半導体ウエハ（基板）
２ ボート（保持具）
３ 真空ポンプ
４ 反応室（処理室）
５ 加熱ヒータ（加熱源）
６ 電磁バルブ
７ 酸素供給ライン
８，９ 水素供給ライン
１２ マスフローコントローラ
１３ 多孔ノズル
１４ インナーチューブ
２０ 反応炉
２１ 反応管
２２ シールキャップ
２３ 排気ライン
２４ 制御手段
２５ 断熱キャップ
２６ 回転軸
２７ 回転機構
３１ 天井壁
３２ 側壁
３３ 炉口フランジ
３４ 炉口ゲートバルブ
３６ 排気管
３７ 圧力制御手段
４１ 酸素供給源
４２ 水素供給源
４３ バッファ室
４４ シャワー板
５１ シリコン基板
５２ パッドシリコン酸化膜
５３ Ｓｉ３Ｎ４膜
５４，５６ 酸化膜
５５，５７ ノンドープポリシリコン膜
５８，５９ 酸化膜
７１ 酸素供給ノズル
７２ 酸素供給管
８１ 水素供給ノズル
８２ 水素供給管
９１，９２，９３，９４ 水素供給ライン
１０１，１０２，１０３，１０４ ノズル
１１１，１１２，１１３，１１４ ガス噴出口
１３１ 小孔
２１１ 内壁
５４１，５４２，５４３ 酸化膜
５８１，５８２，５８３ 酸化膜
６０１ 底面
６０２ 側面
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 膜厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置に関し、特に、半導体ウエハ等の基板の表面を酸化処理する工程を有する半導体装置の製造方法、基板処理方法およびそのために好適に使用される基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスの途中過程において形成される、異なるＳｉ結晶面が露出したＳｉ基板（ウエハ）上を直接酸化反応させる工程において、従来の酸化技術においては、結晶面に依存して酸化速度が異なる結果、基板上にて異なる膜厚の酸化膜が形成され、基板上の場所により特性がバラツクという問題があった。
【０００３】
異なるＳｉ結晶面が基板上に露出する工程には、例えばShallow Trench Isolation（ＳＴＩ）として知られる素子間分離や、Ｓｉ基板を掘り込んだ縦型のＭＯＳトランジスタの形成工程があり、Ｓｉ基板上にドライエッチングにより溝を形成することにより、溝の側面と底面にて異なる面方位が露出される。また、ＳＴＩ工程においては、酸化工程にて、Ｓｉ３Ｎ４も基板表面に露出しており、Ｓｉ３Ｎ４上の酸化速度をＳｉ基板上の酸化速度に近くして、極力同じ酸化膜厚としたいプロセス要求がある。
【０００４】
従来の酸化方法には、反応室の雰囲気を常圧、若しくは減圧として、酸素単独もしくは、Ｎ２、Ａｒ等により酸素分圧が調節された雰囲気にて基板の酸化処理を行うドライ酸化と、酸素と水素を反応室の前段にて混合することにより形成される水分を利用して基板の酸化処理を行うウェット酸化とがある。水素と酸素の混合により水分を形成する方法には、抵抗加熱やランプ集光加熱等により水素、酸素の着火温度以上に昇温、燃焼させる方法と、着火温度以下で触媒作用により水素、酸素を反応させる方法が、広く利用されてきている（日本国特開平１１−２０４５１１号参照）。
【０００５】
従来の酸化方法では、異なるＳｉ基板の面方位間、例えば（１００）面と（１１０）面では、Ｓｉ基板表面のＳｉ原子面密度に依存して、よりＳｉ原子面密度の大きい（１１０）面の酸化速度が（１００）面のそれより、薄膜酸化領域においておよそ２倍となる。また、Ｓｉ３Ｎ４上では通常、耐酸化性が高く、Ｓｉ３Ｎ４が酸化に対するバリア層として使用されることもあり、ほとんど酸化が進行しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これに対し、減圧雰囲気とした反応室に、独立したガス供給系より酸素、水素をそれぞれ導入するようにすると、酸化初期の成長速度が速く、異なるＳｉ基板の面方位間における成長速度差や、Ｓｉ基板とＳｉ３Ｎ４上における成長速度差が小さくなる結果、膜厚差を著しく小さくすることができ、等方性酸化が可能であることが分かった。
【０００７】
しかしながら等方性酸化を、バッチ式の縦型装置にて実施する場合、ガスの供給箇所を被処理物である基板の上流である上部からのみとすると、垂直方向に多段に配置された各基板配置場所により、水素濃度が異なってしまい、形成される酸化膜厚が大きく変動してしまう問題があることを見いだした。
【０００８】
本発明の主な目的は、等方性酸化を複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法およびそのために好適に使用できる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする基板処理方法が提供される。
【００１１】
本発明の更に他の態様によれば、
複数枚の基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱源と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を垂直方向に積層して保持する保持具と、
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ラインと、
前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の複数箇所から前記処理室内に前記水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインと、
前記処理室内の圧力制御を行う圧力制御装置と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理するようにし、その際、前記水素含有ガスを、前記基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うように前記加熱源、前記圧力制御装置、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御する制御装置と、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、等方性酸化を複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の実施例４に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図５】本発明の実施例５に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図６】本発明の実施例６に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施例７に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図８】本発明の実施例７に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図９】本発明の実施例７に係る実験結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例８に係る実験結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施例９に係る実験結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１０に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図１３】図１２のＡＡ線概略横断面図である。
【図１４】図１２のＢ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１５】図１４のＣＣ線概略横断面図である。
【図１６】本発明の実施例１１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図１７】図１６のＤＤ線概略横断面図である。
【図１８】図１６のＥ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図１９】図１８のＦＦ線概略横断面図である。
【図２０】本発明の実施例１２に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２１】図２０のＧＧ線概略横断面図である。
【図２２】図２０のＨ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図２３】本発明の実施例１３により作成したウエハの構造を説明するための概略縦断面図である。
【図２４】本発明の実施例１３により作成したウエハを説明するための概略縦断面図である。
【図２５】本発明の実施例１３により作成したウエハの透過電子顕微鏡像である。
【図２６】比較例により作成したウエハを説明するための概略縦断面図である。
【図２７】比較例により作成したウエハの透過電子顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、減圧雰囲気とした反応室内に酸素と水素を導入すると、等方性酸化が可能となり、且つその成膜速度が水素の供給律速反応であることを見出し、垂直方向多段に配置された各基板上の成膜速度を一定とするために、反応室への水素供給系路を２系統以上の複数本とすることを考案した。これにより、反応室の上流より供給された水素が、同じく反応室の上流より供給された酸素と反応消費されることによる、反応室内部のガス流れ下流方向における水素濃度の減衰を無くすことができ、バッチ式の縦型装置を用いて等方性酸化を行う場合において、複数枚の基板上における酸化膜厚の均一性を向上することに成功した。
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１を参照して、本実施例における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１により形成される反応室（処理室）４内に基板保持具としてのボート２が挿入される。保持具２は、複数枚の基板としての半導体ウエハ（シリコンウエハ）１を略水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段に保持するように構成されている。反応管２１の下方は、保持具２を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ２２により密閉されるようにしてある。保持具２は断熱キャップ２５上に搭載され、断熱キャップ２５は回転軸２６を介して回転機構２７に取り付けられている。反応管２１の周囲には加熱源としての抵抗加熱ヒータ５が配置されている。反応管２１には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する酸素供給ライン７と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する水素供給ライン８と、複数枚の基板１が存在する領域に対応する途中箇所から水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを基板１に対して供給する水素供給ライン９が接続されている。水素供給ライン９は、複数設けられることが好ましい。酸素供給ライン７は酸素ガス供給源４１に接続され、水素供給ライン８、９は水素ガス供給源４２に接続されている。酸素供給ライン７と水素供給ライン８は、反応管２１の天井壁３１を貫通して設けられている。ガス噴出口は下方を向いており下方に向けて酸素ガスおよび水素ガスをそれぞれ噴出する。水素供給ライン９は、反応管２１の側壁３２を貫通して設けられている。ガス噴出口は水平方向を向いており、ウエハ方向に向けて水素ガスを噴出する。各供給ライン７、８、９にはガスの供給および供給停止を行うための電磁バルブ６が設けられている。また、反応管２１には処理ガスを排気する排気ライン２３が接続されており、この排気ライン２３には真空排気ポンプ３が接続されている。基板処理中、反応管２１内は真空ポンプ３により大気圧よりも低い所定の圧力（減圧）とされるが、この圧力制御は制御手段２４により行う。
【００１７】
次に、上述の酸化装置を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板に酸化処理を施す方法について説明する。
【００１８】
１バッチ分のウエハ１を保持具２に移載すると、加熱源５により加熱状態を維持された反応炉２０の処理室４内に複数枚のウエハ１を装填した保持具２を装入（ロード）し、シールキャップ２２により反応管２１内を密閉する。次に、真空ポンプ３により反応管２１内を真空引きし、制御手段２４により炉内圧力が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるよう制御する。回転機構２７によりボート２が所定の回転速度で回転するようにする。また、炉内温度を昇温させ、制御手段２４により炉内温度が所定の処理温度となるよう制御する。その後、酸素供給ライン７より処理室４内に酸素を供給すると共に、水素供給ライン８、水素供給ライン９より処理室４内に水素ガスを供給する。これにより、酸素ガスと水素ガスとが加熱源５により加熱された雰囲気内で反応して反応種が生成され、この反応種によりウエハ１に酸化処理が施される。処理温度としては、５００〜１０００℃、処理圧力としては１〜１０００Ｐａが例示される。
【００１９】
ウエハ１の酸化処理が終了すると、真空引き、不活性ガスによるパージ等により炉内の残留ガスを除去し、炉内温度を所定の温度まで降温した後、保持具２を反応炉２０からアンロードし、保持具２に支持された全てのウエハ１が冷えるまで、保持具２を所定位置で待機させる。待機させた保持具２に保持されたウエハ１が所定温度まで冷却されると、基板移載機等によりウエハを回収する。
【００２０】
本実施例によれば、様々な半導体ウエハのプロセス工程で形成されるウエハ基板上の異なる面方位のシリコン表面において、酸化膜の成長速度差を、従来の酸化方法に比較して著しく小さくすることができ（処理ウエハの面方位依存性を小さくすることができ）、加えて、縦型半導体製造装置にて複数枚のウエハを処理する際に、各ウエハ上における水素濃度のバラツキに伴う、酸化膜厚のバラツキを抑えることが可能となる。なお、本発明は、酸化処理を行う基板の表面が、異なる結晶方位面を有するか、ＣＶＤによる多結晶シリコン、またはシリコン窒化物を有する場合に特に有効となる。
【００２１】
なお、上記実施例では、酸素含有ガスとして酸素ガスを用いる場合について、水素含有ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスおよび亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガスおよびメタン（ＣＨ４）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。
【実施例２】
【００２２】
次に図２を参照して、実施例２における基板処理装置について詳述する。
真空排気ポンプ３を介して減圧雰囲気とした反応室４に、それぞれ独立した、酸素供給ライン７と、水素供給ノズル８が接続されており、酸素ガスと水素ガスとが、反応室４に供給される前に混合されることがなく、加熱源５により加熱された雰囲気内にて、活性な水素と酸素の反応が起こるため、酸化初期における酸化速度を大きくすることが出来る。
【００２３】
酸化速度の加速は、ウエハ近傍の水素濃度に依存しており、ウエハ１の配列の上流より、水素供給ライン８を介してのみ水素ガスの供給を実施する構成においては、ウエハ配列の下流方向に向い、水素ガスが酸化反応に寄与することにより消費され、水素ガス濃度がウエハ配置位置により異なる結果、膜厚均一性を著しく悪くしてしまう。
【００２４】
そこで、水素の供給ラインとして、水素供給ライン８とは別に、酸化反応にて消費され、下流で欠乏した水素ガスを補うために、水素供給ライン９１、９２、９３を複数本設けている。これにより、複数枚のウエハ1が存在する領域の途中の複数箇所から基板に対して水素ガスを供給でき、ウエハ1が存在する領域の途中において欠乏した水素ガスを補うことができるので、反応室４に配置された複数のウエハ1の膜厚均一性を向上させることが可能となる。水素供給ライン９１、９２、９３は、それぞれ独立しており、反応管２１の側壁３２を貫通して設けられている。水素供給ライン９１、９２、９３のガス噴出口はそれぞれウエハ方向を向いており（ウエハ１と対向しており）、ウェハ近傍に水素を供給することが可能である。水素供給ライン９１、９２、９３より供給される水素は、ウエハ配列の上流に接続される酸素供給ライン７より供給される酸素とウエハ１近傍で混合されることになる。なお、酸素供給ライン７と水素供給ライン８は、反応管２１の天井壁３１を貫通して設けられている。ガス噴出口は下方を向いており下方に向けて酸素ガスおよび水素ガスをそれぞれ噴出する。
【実施例３】
【００２５】
次に図３を参照して、実施例３における基板処理装置について詳述する。
反応室４の天井壁３１に、酸素供給ライン７とは独立した水素供給ライン８が接続されている点は実施例２と同様である。実施例２と異なるのは、水素供給ライン８とは独立した水素供給ライン９１、９２、９３が、反応室４内を反応管２１の側壁３２の内壁に沿って立ち上がる長さの異なる複数（多系統）のノズル１０１、１０２、１０３にそれぞれ接続されている点である。具体的には、水素供給ライン９１、９２、９３は、ウエハ配列方向に対し長さが異なる、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３にそれぞれ接続されており、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。なお、それぞれのノズルの先端は開放されており、この開放部がガス噴出口となっている。このガス噴出口は反応室４上方を向いており、ウエハ１の方向を向いていないが、実施例２のようにウエハの方向を向く（ウエハ１と対向する）ようにしてもよい。
【実施例４】
【００２６】
次に図４を参照して、実施例４における基板処理装置について詳述する。
反応室４に、酸素供給ライン７とは独立した水素供給ライン８が接続され、水素供給ライン８とは別に、酸化反応にて消費され、下流で欠乏した水素ガスを補うために、水素供給ライン９１、９２、９３およびノズル１０１、１０２、１０３が設けられている点は実施例３と同様である。実施例３と異なるのは、酸素供給ライン７、水素供給ライン８、水素供給ライン９１、９２、９３のそれぞれに、流量の調整が可能なマスフローコントローラ（流量制御装置）１２がそれぞれ設置されている点である。これにより、それぞれの供給ラインに流れる酸素流量、水素流量を調節することができ、反応室内の水素濃度を細かく制御することが可能となっている。
【実施例５】
【００２７】
次に図５を参照して、実施例５における基板処理装置について詳述する。
反応室４に、酸素供給ライン７とは独立した水素供給ライン８が接続されている点は実施例２と同様である。実施例２と異なるのは、水素供給ライン８とは独立して設けられた反応室内の水素濃度調整用の途中供給ノズルである水素供給ライン９１、９２、９３の代わりに、多孔ノズル１３を設けた点である。この多孔ノズル１３は、ノズル先端が封止されており、且つノズル側面方向に少なくとも２個以上の小孔１３１を有しており、複数の水素ラインを用いることなく、反応室内の水素濃度を制御することが可能となっている。多孔ノズル１３の側面には、直径すなわち開口面積が異なる少なくとも２種類以上の小孔１３１を設けるようにしてもよい。すなわち小孔の孔径が、少なくとも二種類以上設置されていてもよい。これにより、それぞれの小孔より流出する水素流量を細かく制御することが可能となる。なお、本実施例では、後述する理由により、多孔ノズル１３のガス噴出口を形成する小孔１３１は、ウエハ側ではなく、反応管２１の側壁３２の内壁側と対向するように設けられており、途中供給する水素が反応管２１の側壁３２の内壁に向かって供給されるようになっている。
【実施例６】
【００２８】
次に図６を参照して、実施例６における基板処理装置について詳述する。
実施例６は、実施例１〜５とは反応室４内におけるガス流方向が異なる実施例である。実施例１〜５の場合、反応室４内においてガスは基本的には上方から下方に向かって流れるが、本実施例の場合、反応室４内においてガスは下方から上方に向かって流れる。酸素供給ライン７と水素供給ライン８は、反応管２１の下部の側壁３２を貫通して水平に設けられている酸素供給ノズル７１と水素供給ノズル８１にぞれぞれ接続されている。酸素供給ノズル７１と水素供給ノズル８１のガス噴出口は水平方向を向いている。反応室４の構成において、アウターチューブ（反応管）２１内にインナーチューブ１４を有しており、これを介して反応室４内が区分けされており、反応ガスである酸素と水素が、酸素供給ノズル７１および水素供給ノズル８１によりそれぞれ反応室下部よりインナーチューブ１４の内側に供給され、途中供給用の水素供給ノズルもインナーチューブ１４の内側に垂直に立ちあがっており、反応後のガスや未反応のガスは、インナーチューブ１４の外側（インナーチューブ１４とアウターチューブ２１との間の空間）を通り、排気ライン２３、真空ポンプ３を介して排気される構造となっている。
【実施例７】
【００２９】
次に図７、８を参照して、実施例７における基板処理装置について詳述する。
実施例７は、水素含有ガス供給ラインとしてのＨ２ガスラインを多数本（多系統）にし、かつそれぞれのガスラインのＨ２流量を異ならせ最適化することによりウエハ間膜厚均一性を向上させるものである。この基板処理装置は縦型炉と呼ばれるものであり、基板に対する減圧酸化処理を行う反応炉２０と、反応炉下方のウエハを移載する移載室３５から構成されている。酸化処理をする際には複数枚のウエハ１を装填したボート２を移載室３５から反応炉２０へと入炉する方式をとる。図７は移載室３５内でボート２にウエハ１を装填した状態を示している。また、図８はウエハ１を装填したボート２を反応炉２０にロードした状態を示している。反応炉２０の構成は、実施例６と同様となっており、反応室４内においてガスは下方から上方に向かって流れる。なお、ボート２が移載室３５内にある間は、反応室４下部の炉口フランジ３３の下端の開口は、炉口ゲートバルブ３４によって閉塞されている。
【００３０】
反応室４の構成も実施例６と同様となっており、アウターチューブ（反応管）２１内にインナーチューブ１４を有しており、これにより反応室４内が区分けされている。基板１に対する減圧酸化処理時には、反応ガスである酸素含有ガスとしてのＯ２および水素含有ガスとしてのＨ２は、それぞれ反応室４下部の炉口フランジ３３に設けられた酸素含有ガス供給ライン７および酸素含有ガス供給ノズル７１ならびに水素含有ガス供給ライン８および水素含有ガス供給ノズル８１を介して、ウエハ配列の上流側より、減圧とされたインナーチューブ１４の内側にそれぞれ供給される。水素濃度調整用の途中供給用ライン（ノズル）である水素含有ガス供給ライン９１（ノズル１０１）、水素含有ガス供給ライン９２（ノズル１０２）は、インナーチューブ１４内側に垂直に立ちあがっている。これらの水素含有ガス供給ノズル１０１、水素含有ガス供給ノズル１０２は、実施例３と同様に構成、配置されている。水素含有ガス供給ノズル１０１、水素含有ガス供給ノズル１０２を介して、複数枚のウエハ1が存在する領域の途中の複数箇所から基板１に対して水素ガスが供給される。このようにＯ２は一系統のライン（ノズル）から導入されるが、Ｈ２は多数本（多系統）のライン（ノズル）から導入されることとなる。このＨ２ラインのそれぞれには、流量を調整するためのＭＦＣ（マスフローコントローラ）１２が設置されている。Ｏ２ラインにもＭＦＣ（マスフローコントローラ）１２が設置されている。各ラインに設けられたＭＦＣは制御手段２４により制御される。反応後のガスや未反応のガスは、インナーチューブ１４の外側（インナーチューブ１４とアウターチューブ２１との間の空間）を通り、排気ライン２３、真空ポンプ３を介して排気される。
【００３１】
本発明者らが、この基板処理装置を用いて、基板に対して減圧酸化処理を行う実験を行ったところ、各Ｈ２ラインのそれぞれのＨ２流量を変更させることにより、ウエハ間の膜厚均一性が大きく変化することを見出した。その実験結果を図９に示す。図９は、各Ｈ２ノズルからのＨ２流量変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚結果を示すものである。横軸はボートポジション（最下部のスロットを基準としたスロット番号）を表しており、縦軸は膜厚を表している。図中のＨ２（短／中／長）とは、Ｈ２ノズル８１、１０２、１０１のことを表しており、Ｈ２（短／中／長）＝２２０／１４５／１３５ｃｃとは、Ｈ２ノズル８１、Ｈ２ノズル１０２、Ｈ２ノズル１０１の設定流量が、それぞれ２２０ｓｃｃｍ、１４５ｓｃｃｍ、１３５ｓｃｃｍであることを示している。なお、Ｏ２ノズル７１は１系統のみで、流量は２５００ｓｃｃｍ一定とした。図９より、各Ｈ２ノズルのＨ２流量は、各ラインで一定とするよりも、各ラインで異ならせるようにした方が膜厚均一性は向上することが分かる。なお、膜厚均一性が最も良くなるのは、Ｈ２（短／中／長）＝２２０／１４５／１３５ｃｃの場合である。これより、各ラインから供給するＨ２の流量は、上流に行くほど大きくする（下流に行くほど小さくする）のが好ましいと言える。なおこの結果はウエハ１７２枚同時処理の結果であり、炉内温度８５０℃、圧力３５Ｐａ、またＨ２ライン３系統の結果であるが、処理枚数が増減したり、またＨ２ラインが２系統および４系統以上であっても同様の傾向を示すことは言うまでもない。また本結果はＣＶＤ構成の二重反応管タイプの炉体を使用しているが、拡散炉のようなインナーチューブのない構造であっても同様の効果があると言える。この結果より、各ラインからのＨ２流量を最適化させることにより、ウエハ間の膜厚均一性が改善されることが分かる。
【００３２】
炉内で生じる反応がＨ２の供給律速であるため、排気方向に向ってガスの欠乏が起こりウェハ面間均一性がとれなくなるが、途中供給するＨ２はガスの欠乏を補う流量のみでよいため、結果的に最上流が最も多くなっている。
【実施例８】
【００３３】
次に図１０を参照して、実施例８について詳述する。
実施例８は、実施例７の基板処理装置を用いて行った実験結果に関する。
図１０は、処理（成膜）圧力変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚分布を示すものである。Ｏ２は１系統（Ｏ２ノズル７１）のみで流量は２５００ｃｃ一定とした。Ｈ２は３系統（Ｈ２ノズル８１、１０２、１０１）で流量は短／中／長＝２４０／１４５／１３５ｃｃとした。図１０より、処理圧力は３５Ｐａ以下の範囲内の圧力とすることが好ましいことが分かる。また、圧力を高くするほどウエハ間の膜厚分布は悪くなっていくことも分かる。これより、処理圧力によっても、Ｈ２ノズル流量およびその系統数を最適化することが好ましいと言える。
【実施例９】
【００３４】
次に図１１を参照して、実施例９について詳述する。
実施例９は、実施例７の基板処理装置を用いて行った実験結果に関する。
図１１は、処理（成膜）温度変更に伴うボート上各ポジションでのウエハ膜厚分布を示すものである。Ｏ２は１系統（Ｏ２ノズル７１）のみで流量は２５００ｃｃ一定とした。Ｈ２も１系統（Ｈ２ノズル８１）のみで流量は２４０ｃｃとした。図１０より、処理温度は、７００℃以下の範囲内の温度とすることが好ましいことが分かる。また、低温にする程その膜厚分布が改善され、高温にするほど膜厚分布が悪化するのが分かる。これより上記実施例８同様、処理温度によってもＨ２ノズル流量およびその系統数を最適化することが好ましいと言える。
なお、本実施例９においては、７００℃以下でボート上各ポジションでのウエハ膜厚均一性が良くなっているが、これは、Ｈ２の供給をＨ２ノズル８１のみで行っておりＨ２ノズル１０１、１０２による炉内の流量調整が実施されていないことによる結果である。本プロセス、すなわち減圧雰囲気とした反応室内にＯ２とＨ２を導入するプロセスでは、Ｈ２がガス上流にて消費されるために、下流にてＨ２のガス不足が発生するが、処理温度が低い程、上流でのＨ２の消費量が減るので、下流側でのガス不足が起こりにくくなる。この結果として、７００℃以下ではボート上各ポジションでのウエハ膜厚均一性が良くなり、ノズルの流量調整が簡単になる。また、本実施例では、ＳｉＯ２ダミーウエハを入れているが、ＳｉＯ２ダミーウエハをＳｉ基板とすると、Ｈ２消費量が大きく変動することとなり、低温であっても、Ｈ２ノズル１０１、１０２による炉内の流量調整が必要となる。
【実施例１０】
【００３５】
上記実施例１〜７では、Ｈ２を途中供給すると共に上流からも供給しているが、本実施例では、上流からの供給は行わず、途中供給だけ行うようにした。
【００３６】
図１２〜図１５を参照すれば、本実施例の基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）においては、反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１により形成される反応室（処理室）４内に基板保持具としてのボート２が挿入される。ボート２は、複数枚の半導体ウエハ１を略水平状態で所定隙間をもって保持するように構成されている。反応管２１の下方は、ボート２を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ２２により密閉されるようにしてある。ボート２はボート受け２８上に搭載され、ボート受け２８は回転軸２６を介して回転機構２７に取り付けられている。ボート２の下部には、複数の断熱板２９が搭載されている。反応管２１の周囲には加熱源としての抵抗加熱ヒータ５が配置されている。
【００３７】
反応管２１には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを供給する酸素供給ライン７と水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素供給ライン９１、９２、９３、９４が接続されている。酸素供給ライン７は酸素ガス供給源４１に接続され、水素供給ライン９１、９２、９３、９４は水素ガス供給源４２に接続されている。酸素供給ライン７および水素供給ライン９１、９２、９３、９４には、電磁バルブ６およびマスフローコントローラ１２がそれぞれ設置されている。
【００３８】
反応管２１の天井壁３１にはシャワー板４４が取り付けられ、天井壁３１とシャワー板４４とによりバッファ室４３を形成している。酸素供給ライン７は酸素供給管７２に接続されており、酸素供給管７２は、反応管２１の下部より側壁３２の外側を延在し、その後反応管２１の天井壁３１の上側を延在してバッファ室４３に連通している。本実施例では、最上流のシャワー板４４からはＯ２のみ導入する。
【００３９】
水素供給ライン９１、９２、９３、９４はそれぞれ独立しており、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４にそれぞれ接続されている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、反応管２１の側壁３２を貫通して設けられている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は反応管２１内を反応管２１の側壁３２の内壁に沿って立ち上がっているが、立ち上がっている長さが異なっている。このように、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４はウエハ配列方向に対して長さが異なり、Ｈ２はウェハ配列領域の複数箇所（実施例では４箇所）から供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。但し、Ｈ２はシャワー板４４からは供給しない。
【００４０】
水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、ウエハ１よりも、反応管２１の側壁３２の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のノズルの先端は開放されており、この開放部がそれぞれガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４となっている。
【００４１】
水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番長いノズル１０１のガス噴出口１１１は、シャワー板４４から離間した位置であって、ウエハ配列領域の上端（最上流のウエハ）に対応する位置にある。
【００４２】
図１４、１５を参照すれば、水素供給ノズル１０１の先端は斜めにカットされており、ガス噴出口１１１は反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている。これにより、途中供給するＨ２を反応管２１の側壁３２の内壁２１１に向けて噴出させることができ、ヒータ５により加熱された側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を効率的に反応させることができる。このように反応管２１の側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を反応させるようにすると、側壁３２近傍で反応種が生成され、生成された反応種を安定した状態でウエハ１に供給することができ、膜厚均一性を向上させることができる。
【００４３】
このように、本実施例は、側壁３２近傍でＨ２とＯ２を反応させており、ウエハ１のの熱により、ウエハ近傍でＨ２とＯ２を反応させるやり方とは異なっている。なお、ウエハ１近傍でＨ２とＯ２を反応させるようにすると、反応初期に生じる不安定な反応種がウエハ１の処理に影響を与え、膜厚均一性に影響を及ぼす可能性があると考えられる。
【００４４】
なお、上記では、水素供給ノズル１０１について説明したが、水素供給ノズル１０２、１０３、１０４についても同じである。
【００４５】
反応管２１の下部に設けられた排気管３６には、処理ガスを排気する排気ライン２３が接続されており、この排気ライン２３には圧力制御手段３７および真空排気ポンプ３が接続されている。ウエハ処理中、反応管２１内は真空ポンプ３により大気圧よりも低い所定の圧力（減圧）とされるが、この圧力制御は圧力制御手段３７および制御手段２４により行う。
【実施例１１】
【００４６】
上記実施例１〜７では、最上流において、Ｈ２とＯ２をそれぞれ別のノズルで反応室４内に供給しているが、本実施例では、最上流のバッファ室４３において、Ｈ２とＯ２を混合し、Ｈ２とＯ２の混合ガスを最上流のシャワー板４４より反応室４内に導入するようにした。このようにＯ２とＨ２とを事前混合した後に反応室４内に導入した場合であっても、Ｏ２やＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種が生成される。
【００４７】
図１６〜図１９を参照すれば、水素供給ライン９１、９２、９３、９４とは独立の水素供給ライン８をさらに設け、この水素供給ライン８は水素供給管８２に接続され、水素供給管８２は、反応管２１の下部より側壁３２の外側を延在し、その後反応管２１の天井壁３１の上側を延在してバッファ室４３に連通しており、バッファ室４３にてＨ２とＯ２を混合した後に反応室４内に供給するようにした点、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番長いノズル１０１のガス噴出口１１１は、シャワー板４４から離間した位置であってウエハ配列領域の上端（最上流のウエハ）に対応する位置よりも下方にあり、Ｈ２をウエハ配列領域の一端側からではなく配列領域の途中から流すように構成した点、および水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の上面は閉じておりノズル先端部側面にガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が設けられ、これらガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている点で本実施例は、実施例１１と異なるが、他の点は同じである。
【実施例１２】
【００４８】
本実施例においても、Ｈ２とＯ２の混合ガスを最上流のシャワー板４４より反応室４内に導入するようにしている。実施例１１では、バッファ室４３にてＨ２とＯ２を混合したが、本実施例では、酸素供給管７２と水素供給管８２とをバッファ室４３よりも上流側で接続し、Ｏ２とＨ２とをバッファ室４３ではなく、それよりも上流側の配管内で混合するようにした点が実施例１１と異なるが他の点は同じである。
【実施例１３】
【００４９】
本発明による等方性酸化を物理的に確認するために、本発明が好適に適用される、STI(Shallow Trench Isolation)構造のウエハを準備して、その断面構造のTEM 観察を実施した。
【００５０】
図２３を参照すれば、本実施例において作成したウエハは、シリコン基板５１の表面にパッドシリコン酸化膜５２を形成し、その上にＳｉ３Ｎ４膜５３を形成した後、溝６０を形成し、その後、酸化膜５４を形成し、その上にノンドープポリシリコン膜５５を形成し、その上に酸化膜５６を形成し、さらにその上にノンドープポリシリコン膜５７を形成している。
【００５１】
Ｈ２を４９４ｓｃｃｍ、Ｏ２を２０００ｓｃｃｍ流してＨ２の濃度を１９．８％とし、温度９５０℃、圧力４０．３Ｐａで４２分間酸化を行って、酸化膜５４および酸化膜５６をそれぞれ形成した。
【００５２】
図２４は本実施例により作成したウエハの概略縦断面図であり、図２５は本実施例により作成したウエハのＴＥＭ像である。
【００５３】
比較のために、Ｈ２を３０００ｓｃｃｍ、Ｏ２を３０００ｓｃｃｍ、Ｎ２を２００００ｓｃｃｍ流してＨ２の濃度１１．５％とし、温度９５０℃、大気圧下で８．５分間ウエット酸化を行って、酸化膜５８および酸化膜５９をそれぞれ形成した。
【００５４】
図２６は比較例により作成したウエハの概略縦断面図であり、図２７は比較例により作成したウエハのＴＥＭ像である。
【００５５】
溝６０の底面６０１および側面６０２では、露出するシリコンの面方位が異なるので、通常の酸化では酸化速度が異なると考えられ、また、Ｓｉ３Ｎ４膜５３は酸化されにくいので、溝６０の底面６０１、溝６０の側面６０２およびＳｉ３Ｎ４膜５３上に形成される酸化膜は、通常の酸化では、膜厚が異なると考えられる。なお、ノンドープポリシリコン膜５５上に形成した酸化膜にはそのような膜厚の差は通常の酸化の場合でも見られないと考えられる。
【００５６】
図２６、２７を参照すれば、従来方法であるウェット酸化では、溝６０の底面６０１上の酸化膜５８１の膜厚Ｄ（＝１６ｎｍ）に比べ、溝６０の側面６０２上の酸化膜５８２の膜厚Ｂ（＝２６ｎｍ）が厚く、シリコン基板５１の結晶面方位に依存した酸化速度の違いが明確に見えている。すなわち異方性を明確に示している。また、Ｓｉ３Ｎ４膜５３上の酸化膜５８３の膜厚Ａ（＝１．７ｎｍ）が膜厚Ｂ（＝２６ｎｍ）、Ｄ（＝１６ｎｍ）に比べ小さく、酸化の進行が遅く、Ｓｉ３Ｎ４膜５３の耐酸化性を示している。
【００５７】
これに対して、図２４、２５を参照すれば、本発明により処理した本実施例のウエハでは、溝６０の底面６０１上の酸化膜５４１の膜厚Ｄ（＝１６ｎｍ）と溝６０の側面６０２上の酸化膜５４２の膜厚Ｂ（＝１６．５ｎｍ）がほぼ同じであり、酸化速度がシリコン基板５１の結晶面方位に依存しないことが分かる。すなわち、等方性酸化を明確に示している。また、Ｓｉ３Ｎ４膜５３上の酸化膜５４３の膜厚Ａが１３ｎｍであり、シリコン基板５１の酸化膜５４の膜厚Ｂ（＝１６．５ｎｍ）、Ｄ（＝１６ｎｍ）とほぼ同じ膜厚の酸化が確認でき、ウェット酸化に対しては高い耐酸化性を見せたＳｉ３Ｎ４膜５３上においても酸化の進行が見られた。
【００５８】
ウェット酸化が、Ｈ２Ｏガスの膜中拡散に依存しているのに対し、本発明ではＯ２とＨ２との反応により生成される反応種の高いエネルギーにより酸化の進行が起こっているために見える差異であると考えられる。
【００５９】
なお、ノンドープポリシリコン膜５５上に形成した酸化膜５６の膜厚Ｅはウェット酸化の場合に１５．５ｎｍであり、本発明により処理した本実施例のウエハでは１６ｎｍであり、成長膜厚に大きな差は見られない。また、場所によるばらつきもウエット酸化および本発明の方法による場合のいずれの場合も小さかった。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発明の好ましい処理温度は、５００℃から９５０℃であり、好ましい処理圧力は、数Ｐａ〜１０００Ｐａである。処理温度については、少なくともＨ２、Ｏ２の発火点（４８０℃）以上程度ないと、反応自体が起こらない可能性があるので、５００℃以上は必要と考えられる。また、９５０℃を超えると高温、減圧下で石英反応管の強度がもたないと考えられる。以上のことから処理温度としては５００℃以上、９５０℃以下が好ましいと考えられる。処理圧力については、均一性を重視すると圧力を下げることとなり、成長速度を重視すると圧力を上げることとなる。成長速度と均一性の両方を考慮すると圧力は、数Ｐａ以上１０００Ｐａ以下が好ましいと考えられる。
【００６１】
好ましいＨ２の流量は１０ｓｃｃｍから２０００ｓｃｃｍであり、好ましいＯ２の流量は２０ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍである。
【００６２】
好ましいＨ２／Ｏ２流量比は０．１〜０．５である。イオン等の反応種により酸化初期の速度が非常に速くなり、Ｈ２の濃度が高いほど成長速度が速くなるが、成長速度が速くなると、均一性は悪くなる方向となる。均一性を考慮すると、Ｈ２濃度を低くし酸素リッチとする（Ｈ２流量＜Ｏ２流量）のが好ましいと言え、その場合のＨ２／Ｏ２流量比は、現状では５０％程度までと考えられており、１０％〜５０％（０．１〜０．５）が好ましいと考えられる。Ｈ２／Ｏ２流量比が０．５を超えると実用レベルの均一性が得られなくなる。
【００６３】
また、本発明において、Ｈ２は、次のようにして消費されていると考えられる。すなわち、Ｈ２、Ｏ２を供給し、常圧で発火点以上に加熱すると燃焼し、その結果Ｈ２Ｏを発生して反応熱を発生する。しかしながら本発明者らが実験を行ったところ、減圧酸化における排気のＱ−ＭＡＳＳ（四重極質量分析）測定ではＨ２Ｏが観測されず、反応室内の局部温度上昇が見られなかった。これらのことから、反応室内においてはＨ２Ｏは形成されておらず、基本的にはＯ２、Ｈ２が排気されていると考えられる。よって、減圧の反応室内で酸素と水素の反応によりイオン等の反応種が生成され、これらにより加速酸化が起き、排気にて速やかにＨ２、Ｏ２に戻っていると推測される。
【００６４】
また、本発明において、ドライ酸化のようにＯ２のみ流しても、また、ウェット酸化のようにＨ２Ｏを流しても本発明のような酸化の加速は起きないため、酸化にはＯ２やＨ２Ｏよりも反応性の高いイオン等の反応種が圧倒的に効いていると考えられる。そして、Ｈ２を流した時に、誘発される形でＯ２やＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種が形成されていると考えられる。
【００６５】
本発明において、複数枚の基板が存在する領域に対応する途中にＨ２を供給することで、次のような効果があると考えられる。
（１）途中で消費され欠乏したＨ２を補給できる。
（２）基板配列領域に直接Ｈ２を供給でき、途中段階で水（Ｈ２Ｏ）が生成され難くなる。（上流１箇所からＨ２を大量に流すようにすると途中段階で水（Ｈ２Ｏ）が生成され易くなる。）
（３）Ｏ２にＨ２をぶつけることができ、イオン等の反応種が生成され易くなる。
【００６６】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００３年８月２６日提出の日本国特許出願２００３−３０１９８２号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００６７】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明の好ましい形態によれば、様々な半導体ウエハのプロセス工程で形成されるシリコン基板上の異なる面方位のシリコン表面において、酸化膜の成長速度差を、従来の酸化方法に比較して著しく小さくすることができる。また、バッチ式の縦型装置にて複数枚の基板を処理する際に、各基板上における水素濃度のバラツキに伴う酸化膜厚のバラツキを抑制でき、高品質な半導体装置を製造することができる。
その結果、本発明は、半導体シリコンウエハを用いる半導体装置の製造方法およびそのために好適に使用される基板処理装置に特に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 半導体ウエハ（基板）
２ ボート（保持具）
３ 真空ポンプ
４ 反応室（処理室）
５ 加熱ヒータ（加熱源）
６ 電磁バルブ
７ 酸素供給ライン
８，９ 水素供給ライン
１２ マスフローコントローラ
１３ 多孔ノズル
１４ インナーチューブ
２０ 反応炉
２１ 反応管
２２ シールキャップ
２３ 排気ライン
２４ 制御手段
２５ 断熱キャップ
２６ 回転軸
２７ 回転機構
３１ 天井壁
３２ 側壁
３３ 炉口フランジ
３４ 炉口ゲートバルブ
３６ 排気管
３７ 圧力制御手段
４１ 酸素供給源
４２ 水素供給源
４３ バッファ室
４４ シャワー板
５１ シリコン基板
５２ パッドシリコン酸化膜
５３ Ｓｉ３Ｎ４膜
５４，５６ 酸化膜
５５，５７ ノンドープポリシリコン膜
５８，５９ 酸化膜
７１ 酸素供給ノズル
７２ 酸素供給管
８１ 水素供給ノズル
８２ 水素供給管
９１，９２，９３，９４ 水素供給ライン
１０１，１０２，１０３，１０４ ノズル
１１１，１１２，１１３，１１４ ガス噴出口
１３１ 小孔
２１１ 内壁
５４１，５４２，５４３ 酸化膜
５８１，５８２，５８３ 酸化膜
６０１ 底面
６０２ 側面
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 膜厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反応種は、Ｈ２Ｏよりも反応性の高い反応種であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化処理する工程では、前記各供給箇所から供給する前記水素含有ガスの流量をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記水素含有ガスは、長さの異なる複数本のノズルを介して供給されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記水素含有ガスは、側面に少なくとも２つ以上の孔が設けられた多孔ノズルを介して供給されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化処理する工程では、処理温度を５００〜１０００℃、処理圧力を１〜１０００Ｐａとすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
複数枚の基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱源と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を垂直方向に積層して保持する保持具と、
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ラインと、
前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の複数箇所から前記処理室内に前記水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインと、
前記処理室内の圧力制御を行う圧力制御装置と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理するようにし、その際、前記水素含有ガスを、前記基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うように前記加熱源、前記圧力制御装置、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御する制御装置と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記反応種としてＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種を生成するよう前記加熱源、前記圧力制御装置、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御するように構成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記水素含有ガス供給ラインは、複数の独立した供給ラインを含み、
前記各供給ラインにはそれぞれマスフローコントローラが設けられ、
前記制御装置はさらに、前記複数箇所から供給する前記水素含有ガスの流量をそれぞれ異ならせるよう前記各マスフローコントローラを制御するように構成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記水素含有ガス供給ラインは、長さの異なる複数本のノズルを含むことを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記水素含有ガス供給ラインは、側面に少なくとも２つ以上の孔が設けられた多孔ノズルを含むことを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１】
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反応種は、Ｈ２Ｏよりも反応性の高い反応種であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化処理する工程では、前記各供給箇所から供給する前記水素含有ガスの流量をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記水素含有ガスは、長さの異なる複数本のノズルを介して供給されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記水素含有ガスは、側面に少なくとも２つ以上の孔が設けられた多孔ノズルを介して供給されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化処理する工程では、処理温度を５００〜１０００℃、処理圧力を１〜１０００Ｐａとすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
複数枚の基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後の前記複数枚の基板を前記処理室内より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理する工程では、前記水素含有ガスを、前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記処理室内に供給された前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
複数枚の基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱源と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を垂直方向に積層して保持する保持具と、
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ラインと、
前記処理室内の前記複数枚の基板が垂直方向に積層されて配列される基板配列領域に対応する領域の複数箇所から前記処理室内に前記水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記処理室内に供給されたガスを排気する排気ラインと、
前記処理室内の圧力制御を行う圧力制御装置と、
前記処理室内を加熱するとともに前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を酸化処理するようにし、その際、前記水素含有ガスを、前記基板配列領域に対応する領域の前記複数枚の基板が配列される方向における複数箇所から供給することで、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを、前記基板配列領域に対応する領域の複数箇所で反応させて反応種を生成し、この反応種により前記酸化処理を行うように前記加熱源、前記圧力制御装置、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御する制御装置と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記反応種としてＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種を生成するよう前記加熱源、前記圧力制御装置、前記酸素含有ガス供給ラインおよび前記水素含有ガス供給ラインを制御するように構成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記水素含有ガス供給ラインは、複数の独立した供給ラインを含み、
前記各供給ラインにはそれぞれマスフローコントローラが設けられ、
前記制御装置はさらに、前記複数箇所から供給する前記水素含有ガスの流量をそれぞれ異ならせるよう前記各マスフローコントローラを制御するように構成されることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記水素含有ガス供給ラインは、長さの異なる複数本のノズルを含むことを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記水素含有ガス供給ラインは、側面に少なくとも２つ以上の孔が設けられた多孔ノズルを含むことを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２６】
【図２５】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２６】
【図２５】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−１５５３６（Ｐ２０１２−１５５３６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３８１４（Ｐ２０１１−１８３８１４）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【分割の表示】特願２００９−６６０３２（Ｐ２００９−６６０３２）の分割
【原出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【分割の表示】特願２００９−６６０３２（Ｐ２００９−６６０３２）の分割
【原出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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