酸化膜形成方法および酸化膜形成装置
【課題】半導体基板に、電気的特性のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる酸化膜形成方法および酸化膜形成装置を提供する。
【解決手段】ボロンをドーピングした半導体基板５４が配置されたプロセスチューブ４８内に、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通して純水を供給する。純水が気化した水蒸気の雰囲気中において半導体基板５４を加熱し、半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成する。次に、純水供給管３３に接続された排出ガス導入部３５に窒素ガスを供給することによって、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に窒素ガスを供給し、管路内に残留する純水をプロセスチューブ４８内に排出する。次に、窒素ガス供給管３４によって形成される管路を通して窒素ガスをプロセスチューブ４８内に供給し、水蒸気を含まない窒素ガスのみの雰囲気中で半導体基板５４を加熱し、ボロンを拡散する。
【解決手段】ボロンをドーピングした半導体基板５４が配置されたプロセスチューブ４８内に、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通して純水を供給する。純水が気化した水蒸気の雰囲気中において半導体基板５４を加熱し、半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成する。次に、純水供給管３３に接続された排出ガス導入部３５に窒素ガスを供給することによって、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に窒素ガスを供給し、管路内に残留する純水をプロセスチューブ４８内に排出する。次に、窒素ガス供給管３４によって形成される管路を通して窒素ガスをプロセスチューブ４８内に供給し、水蒸気を含まない窒素ガスのみの雰囲気中で半導体基板５４を加熱し、ボロンを拡散する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面部に酸化膜を形成する酸化膜形成方法および酸化膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の技術の酸化膜形成装置１の構成を示す模式図である。従来の技術では、半導体基板２を、所定の温度の水蒸気を含む雰囲気に所定の時間さらし、半導体基板２の表面部に酸化膜を形成している。
【０００３】
従来の技術の酸化膜形成装置１は、炉３、純水供給管４、窒素ガス供給管５、酸素ガス供給管６、導入管７、石英ボート８、流量調整手段９、排気部１０および制御部１１を含んで構成される。
【０００４】
炉３は、ヒータ部１２、石英から成るプロセスチューブ１３、および断熱材から成る断熱部１４を含んで構成される。プロセスチューブ１３は、円筒形状を有する。プロセスチューブ１３は、自身の中心軸線が水平となるように設けられる。プロセスチューブ１３の一端部には、側壁部１５が形成されている。ヒータ部１２は、プロセスチューブ１３の外周部を外囲するように設けられる。ヒータ部１２は、制御部１１の指令に基づいて、プロセスチューブ１３内の温度を制御する。断熱部１４は、プロセスチューブ１３の側壁部１５に近接して設けられ、プロセスチューブ１３内の温度を一定に保つ機能を有する。断熱部１４には、貫通孔が形成されている。プロセスチューブ１３の一端の側壁部１５には、断熱部１４の貫通孔を通って、炉３の外に突出する導入管７が設けられる。
【０００５】
石英ボート８は、半導体基板２を複数枚保持する。石英ボート８は、半導体基板２を保持して、プロセスチューブ１３の他端を通って、プロセスチューブ１３内の所定の位置に移動する。または石英ボート８は、半導体基板２を保持して、プロセスチューブ１３内からプロセスチューブ１３の他端を通って、プロセスチューブ１３の外に移動する。これによって、半導体基板２をプロセスチューブ１３内に搬入する、または半導体基板２をプロセスチューブ１３の外に搬出することができる。
【０００６】
流量調整手段９は、純水の単位断面積あたりの流量を調整するニードル弁１６と、純水の単位断面積あたりの流量を計測するフローメータ１７と、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスの単位断面積あたりの流量を調整するマスフローコントローラ（Mass Flow Controller：略称ＭＦＣ）１８と、窒素ガス供給管５および酸素ガス供給管６によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する電磁弁１９とを含んで構成される。流量調整手段９は、純水供給管４、窒素ガス供給管５および酸素ガス供給管６に設けられる。
【０００７】
純水供給管４の一端は、導入管７の他端に接続される。純水供給管４の他端は、純水を供給する純水供給源２０に接続される。純水供給管４のニードル弁１６の設けられる位置から導入管７との接続部までの間には、純水の流れを整流する整流部２１が設けられる。純水供給源２０から供給される純水は、純水供給管４および導入管７によって形成される管路を通ってプロセスチューブ１３内に流入する。
【０００８】
酸素ガス供給管６の一端は、導入管７の他端に接続される。酸素ガス供給管６の他端は、酸素ガスを供給するＯ２ガス供給源２１に接続される。Ｏ２ガス供給源２１から供給される酸素ガスは、酸素ガス供給管６および導入管７によって形成される管路を通ってプロセスチューブ１３内に流入する。
【０００９】
窒素ガス供給管５の一端は、酸素ガス供給管６の電磁弁１９が設けられる位置から導入管７との接続部までの間に接続される。窒素ガス供給管５の他端は、窒素ガスを供給するＮ２ガス供給源２２に接続される。Ｎ２ガス供給源２２から供給される窒素ガスは、窒素ガス供給管５、酸素ガス供給管６の一部および導入管７によって形成される管路を通ってプロセスチューブ１３内に流入する。
【００１０】
排気部１０は、プロセスチューブ１３に接続され、プロセスチューブ１３内のガスを、プロセスチューブ１３の外に排気する。
【００１１】
制御部１１は、ヒータ部１２、排気部１０、石英ボート８および流量調整手段９を制御して、プロセスチューブ１３内の温度、プロセスチューブ１３内のガスおよび水蒸気の量、石英ボート８の移動、ならびにプロセスチューブ１３内に供給する純水などの量を制御する。
【００１２】
図１３は、半導体基板２の表面部に酸化膜を形成する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。まず制御部１１は、流量調整手段９を制御して、時刻ｔ１までプロセスチューブ１３内にＮ２ガスを供給させ、プロセスチューブ１３内を不活性ガスであるＮ２ガスで満たす。
【００１３】
時刻ｔ１では、制御部１１は、ヒータ部１２を制御してプロセスチューブ１３内の温度を８００℃にさせるとともに、流量調整手段９を制御してＯ２ガスをプロセスチューブ１３内に供給させる。また制御部１１は、石英ボート８を制御して、石英ボート８に保持される処理すべき半導体基板２をプロセスチューブ１３内に搬入させる。
【００１４】
時刻ｔ２では、制御部１１は、ヒータ部１２を制御してプロセスチューブ１３内の温度を９００℃に上昇させる。
【００１５】
プロセスチューブ１３内の温度が９００℃に上昇した時刻ｔ３に、制御部１１は、流量調整手段９を制御してプロセスチューブ１３内への酸素の供給を停止させるとともに、純水をプロセスチューブ１３内へ供給させる。この純水は、プロセスチューブ１３内において気化し、水蒸気となる。半導体基板２を水蒸気を含む雰囲気中で３０分間加熱することによって、半導体基板２の表面部に酸化膜が形成される。
【００１６】
時刻ｔ３から３０分経過した時刻ｔ４になると、制御部１１は、流量調整手段９を制御してプロセスチューブ１３内への純水の供給を停止させるとともに、窒素ガスをプロセスチューブ１３内に供給する。時刻ｔ４から３０分間、９００℃のＮ２ガスの雰囲気中において、半導体基板２を熱処理する。
【００１７】
時刻ｔ４から３０分間経過した時刻ｔ５になると、制御部１１は、ヒータ部１２を制御してプロセスチューブ１３内の温度を８００℃に下降させる。
【００１８】
プロセスチューブ１３内の温度が８００℃に下降した時刻ｔ６に、制御部１１は、石英ボート８を制御して、半導体基板２をプロセスチューブ１３から搬出させる。
【００１９】
以上述べた処理を行うことによって、半導体基板２の表面部に酸化膜を形成することができる（たとえば特許文献１および２参照）。
【００２０】
【特許文献１】特開２０００−１２４２１３号公報
【特許文献２】特開平３−１９５０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来の技術の酸化膜形成装置１では、時刻ｔ４においてプロセスチューブ１３内への純水の供給を停止した後も、導入管７および純水供給管４などに純水が残留する。この残留した純水が、時刻ｔ４以後、少しずつ蒸発してプロセスチューブ１３内に流れ込む。したがって、純水供給源２０から純水を供給していないにもかかわらず、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、窒素ガスと水蒸気との雰囲気中で半導体基板２の熱処理を行うことになる。酸化膜と酸化されていない部分との界面の界面準位密度は、熱処理を行うときの半導体基板２の雰囲気中の水蒸気の密度に依存する。従来の技術では、導入管７および純水供給管４から少しずつ水蒸気がプロセスチューブ１３内に流入するので、半導体基板２の雰囲気中の水蒸気の密度を制御することができない。したがって、形成した酸化膜の界面準位密度がばらつくという問題が生じる。
【００２２】
また、半導体基板２にドーピングした不純物を拡散するために熱処理を行う場合、窒素ガスに混入した水蒸気が原因で、不純物の拡散速度がばらつく。不純物の拡散速度がばらつくと、不純物の拡散深さがばらつき、所望する不純物の拡散領域を形成することができないという問題が生じる。
【００２３】
界面準位密度および不純物の拡散領域がばらつくと、たとえば半導体表面の導電型が反転するときのフィールド反転電圧、および半導体基板２に形成するバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅなどの電気的特性がばらつくという問題が生じる。
【００２４】
したがって本発明の目的は、半導体基板に、電気的特性のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる酸化膜形成方法および酸化膜形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める酸化温度にして、前記反応容器に接続される管路を通じて前記反応容器内に水を供給し、この水が気化した水蒸気によって反応容器内を酸化雰囲気にして、前記半導体基板の表面を熱酸化させる熱酸化工程と、
前記管路から反応容器内への水の供給を停止した後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給して、前記管路に残留する水を反応容器内に排出し、反応容器内で気化した水蒸気を反応容器外へ排出する排出工程と、
排出工程を終了させた後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給し、反応容器内の雰囲気を予め定める熱処理温度に保持する熱処理工程とを含むことを特徴とする酸化膜形成方法である。
【００２６】
本発明に従えば、熱酸化工程の後に排出工程を行うことによって、熱酸化工程のときに管路に残留する水を、反応容器内に排出することができる。またこの反応容器内に排出した水が気化した水蒸気は、反応容器外に排出される。熱処理工程において、管路に水が残留していないので、管路から水および水蒸気が反応容器内に流入しない。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理温度で加熱する熱処理工程を行うことができる。
【００２７】
半導体基板を水蒸気を含む雰囲気中で加熱すると、形成された酸化膜の界面準位密度がばらつくが、半導体基板を水蒸気を含まない雰囲気中で加熱処理するので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。界面準位密度がばらつくと、半導体基板の表面部の導電型が反転するときのフィールド反転電圧がばらつくなど、半導体基板に形成する半導体素子の電気的特性がばらつくが、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができるので、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００２８】
また本発明は、前記排出工程および前記熱処理工程に用いられる不活性ガスを、同一のガス供給源から供給することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、同一のガス供給源から、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するので、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するガス供給源を別々に設ける必要がなくなる。
【００３０】
また本発明は、前記排出工程では、前記管路における不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量は、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満に選ばれることを特徴とする。
【００３１】
排出工程において、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が少なく、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満では、水を反応容器内に排出するために要する時間が長くなる。水を反応容器内に排出するために要する時間が長くなると、水蒸気を含む雰囲気において半導体基板を長い時間加熱するので、半導体基板の表面部に形成される酸化膜の界面準位密度がばらつく。また管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量を３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上にするためには、不活性ガスを供給する装置の能力を向上させる、管路の直径を変更させる、および不活性ガスの供給量と排気のバランスを保つために排気装置の排気能力を向上させる必要が生じ、設備が複雑となり、コストが高くなる。さらに、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が多いと、不活性ガスの費用がかさみ、コストが高くなる。本発明に従えば、排出工程において、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であるので、簡易な設備で、短い時間で管路に残留する水を反応容器内に排出し、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。
【００３２】
また本発明は、前記排出工程では、前記反応容器内に１分間以上かつ５分間未満、不活性ガスを供給することを特徴とする。
【００３３】
排出工程において、不活性ガスを反応容器内に供給する時間が短く、１分間未満では、管路に残留する水を十分に反応容器内に排出することができない。したがって、熱処理工程において、管路に残留した水および水蒸気が反応容器内に流入し、水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板の熱処理を行うことになる。また不活性ガスを反応容器内に供給する時間が長く、５分以上の場合、排出工程の最中は反応容器内に水または水蒸気が積極的に排出されるので、水蒸気を含む雰囲気中において半導体基板を長い時間加熱することになる。水蒸気を含む雰囲気において半導体基板を長い時間加熱すると、半導体基板の表面部に形成される酸化膜の界面準位密度がばらつく。特に、熱処理工程に要する時間が短い場合には、半導体基板の表面部に形成される酸化膜の界面準位密度は、排出工程において半導体基板が加熱される時間に大きく依存する。本発明に従えば、排出工程では、反応容器内に１分間以上かつ５分間未満不活性ガスを供給するので、半導体基板を水蒸気を含む雰囲気に長い時間さらすことなく、管路に残留した水を反応容器内に排出することができる。
【００３４】
また本発明は、前記排出工程では、前記管路を通じて前記反応容器内に不活性ガスを断続的に供給することを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、複数回に分けて不活性ガスを管路に流し、管路に残留する水を反応容器内に排出するので、管路に１回だけ不活性ガスを流して管路に残留する水を反応容器内に排出する場合に比べて、効率的に管路に残留する水を排出することができる。また効率的に管路に残留する水を排出することができるので、不活性ガスの流量を抑制することができる。
【００３６】
また本発明は、前記半導体基板には、リンがドーピングされていることを特徴とする。
本発明に従えば、半導体基板にはリンがドーピングされており、このリンが熱処理工程において拡散する。リンの拡散速度は、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度に依存する。したがって、リンの拡散速度を制御するためには、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度を制御する必要がある。本発明では水蒸気を含まない不活性ガスの雰囲気中で半導体基板の熱処理を行うことができるので、水蒸気の密度に関係なくリンの拡散速度を制御することができる。これによって、所望するリンの拡散領域を形成することができる。
【００３７】
また本発明は、前記半導体基板には、ボロンがドーピングされていることを特徴とする。
【００３８】
本発明に従えば、半導体基板にはボロンがドーピングされており、このボロンが熱処理工程において拡散する。ボロンの拡散速度は、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度に依存する。したがって、ボロンの拡散速度を制御するためには、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度を制御する必要がある。本発明では水蒸気を含まない不活性ガスの雰囲気中で半導体基板の熱処理を行うことができるので、水蒸気の密度に関係なくボロンの拡散速度を制御することができる。これによって、所望するボロンの拡散領域を形成することができる。
【００３９】
また本発明は、前記半導体基板には、バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物がドーピングされていることを特徴とする。
【００４０】
本発明に従えば、半導体基板には、バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物がドーピングされており、この不純物が熱処理工程において拡散する。バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物を拡散する工程は、多くの場合、最終の熱処理工程となる。この最終の熱処理工程によって、酸化膜の界面準位密度に依存するバイポーラトランジスタの電気的特性が決定される。本発明では、最終の熱処理工程を、水蒸気を含まない不活性ガスの雰囲気中で行うので、界面準位密度などのばらつきを抑えて、酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを半導体基板に形成することができる。
【００４１】
また本発明は、前記熱処理温度は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれることを特徴とする。
【００４２】
熱処理工程において、７００℃未満の低温で半導体基板を加熱する場合、半導体基板にドーピングされたリンおよびボロンなどの不純物の拡散速度が小さくなり、不純物を拡散するために多くの時間を要する。また１１００℃以上の高温で半導体基板を加熱すると、半導体基板に欠陥が生じたりする。本発明に従えば、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気中で半導体基板を加熱して熱処理を行うので、半導体基板に欠陥を生じさせずに、短い時間で半導体基板にドーピングした不純物を拡散することができる。
【００４３】
また本発明は、前記熱処理工程では、前記管路を通じて反応容器内に酸素ガスを供給することを特徴とする。
【００４４】
本発明に従えば、熱処理工程では、リンおよびボロンなどの不純物をドーピングした半導体基板を、不活性ガスに加えて酸素を含む雰囲気中で加熱する。酸素を含む雰囲気中で半導体基板を加熱すると、不純物の拡散速度の大きい増速拡散が生じる。酸素を含む雰囲気中で半導体基板を加熱するので、不純物の拡散速度が大きくなり、短時間で不純物を拡散することができる。
【００４５】
また本発明は、半導体基板を収容する反応容器と、
半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める温度にする温度調整部と、
反応容器内のガスを反応容器外へ排出する排出部と、
反応容器に接続され、反応容器内に通じる第１管路を形成する第１管路形成体と、
水の供給源から供給される水を、前記第1管路に導く第２管路を形成する第２管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第1管路に導く第３管路を形成する第３管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第２管路に導く第４管路を形成する第４管路形成体と、
第２管路形成体に設けられ、第２管路を流れる水の流量を調整する第１流量調整部と、
第３管路形成体に設けられ、第３管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第２流量調整部と、
第４管路形成体に設けられ、第４管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第３流量調整部と、
予め定める第１の時間、第２管路に水を流すように第１流量調整部を制御し、第２管路に水を流した後、第３管路に不活性ガスを流すように第２流路調整部を制御するとともに、予め定める第２の時間、第４管路に不活性ガスを流すように第３流量調整部を制御する制御部とを含むことを特徴とする酸化膜形成装置である。
【００４６】
本発明に従えば、制御部が第１流量調整部を制御することによって、半導体基板が収容された反応容器内に、第１の時間、第２管路を通って水が供給される。反応容器内に供給された水が気化した水蒸気によって、半導体基板の表面が酸化する。次に制御部が第３流量調整部を制御することによって、予め定める第２の時間、第１管路および第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すとともに、第２流量調整部を制御することによって、不活性ガスを反応容器内に供給し、半導体基板を熱処理する。第４管路に不活性ガスを流すことによって、第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。また反応容器内に排出された水が気化した水蒸気は、排出部によって反応容器外に排出される。第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出して、半導体基板を熱処理するので、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００４７】
また本発明は、前記第２管路形成体には、第１流量調整部と第１管路との間に、液落下ノズル部、および液落下ノズル部の鉛直方向下方で、液落下ノズル部の吐出口から吐出する水を受ける液受部が設けられ、前記第４管路形成体は、第１流量調整部と液落下ノズル部との間で第２管路形成体に接続されることを特徴とする。
【００４８】
本発明に従えば、第４管路形成体は、水が残留し易い液落下ノズル部および液受部よりも上流側の第２管路形成体に接続される。したがって、制御部が第３流量調整部を制御し、予め定める第２の時間、第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すことによって、液落下ノズル部および液受部に残留する水を、反応容器内に排出することができる。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００４９】
また本発明は、前記液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれることを特徴とする。
【００５０】
液落下ノズル部の吐出口の内径が小さく、０．３ｍｍ未満であれば、液落下ノズル部の吐出口から吐出する水の流量が少なく、反応容器内に所望する量の水を供給することができない。反応容器内に所望する量の水を供給することができないので、所望する膜厚の酸化膜を形成することができない。また半導体基板にドーピングした不純物の拡散速度は、水蒸気の密度に依存するので、反応容器内に所望する量の水を供給することができない場合、不純物を所望する領域に拡散することができない。逆に液落下ノズル部の吐出口の内径が大きく、１．０ｍｍ以上であれば、液落下ノズル部の吐出口から過剰に水が吐出し、反応容器内に過剰な量の水が供給される。反応容器内に過剰な量の水が供給されると、半導体基板に水滴の跡が形成されたり、酸化膜の膜厚が厚くなりすぎたりする。本発明に従えば、液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満なので、所望する量の水を反応容器内に供給することができ、所望する膜厚の酸化膜、および所望する不純物の拡散領域を形成することができる。
【００５１】
また本発明は、前記液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するように傾斜することを特徴とする。
【００５２】
本発明に従えば、液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するので、液落下ノズル部から落下する液滴は、液受部の鉛直下方に流れ易くなる。したがって、液受部に水が溜まり難くなり、第２管路に不活性ガスを流すことによって、確実に第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００５３】
また本発明は、前記第１管路形成体は、反応容器から離反するに連れて鉛直方向上方に傾斜することを特徴とする。
【００５４】
本発明に従えば、第１管路形成体は、反応容器に近づくに連れて鉛直方向下方に傾斜するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００５５】
また本発明は、前記第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする。
【００５６】
本発明に従えば、第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、管路に残留した水を反応容器内に排出する排出工程を行うので、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができる。これによって、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。界面準位密度がばらつくと、半導体基板の表面部の導電型が反転するときのフィールド反転電圧がばらつくなど、半導体基板に形成する半導体素子の電気的特性がばらつくが、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができるので、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。これによって、歩留りを向上することができる。
【００５８】
また本発明によれば、同一のガス供給源から、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するので、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するガス供給源を別々に設ける必要がなくなる。したがって、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するガス供給源を別々に設ける場合に比べて、酸化膜を形成するための装置が簡易になる。
【００５９】
また本発明によれば、排出工程において、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であるので、簡易な設備で、短い時間で管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。これによって、簡易な設備かつ短時間で、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００６０】
また本発明によれば、排出工程では、反応容器内に１分間以上かつ５分間未満不活性ガスを供給するので、半導体基板を水蒸気を含む雰囲気に長い時間さらすことなく、管路に残留した水を反応容器内に排出することができる。したがって、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００６１】
また本発明によれば、複数回に分けて不活性ガスを管路に流し、管路に残留する水を反応容器内に排出するので、管路に１回だけ不活性ガスを流して管路に残留する水を反応容器内に排出する場合に比べて、効率的に管路に残留する水を排出することができる。効率的に管路に残留する水を排出することができるので、不活性ガスの流量を抑制することができる。これによって、半導体基板の表面に酸化膜を形成するためのコストを抑制することができる。
【００６２】
また本発明によれば、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができるので、半導体基板にドーピングされたリンの拡散速度を制御することができ、所望するリンの拡散領域を形成することができる。
【００６３】
また本発明によれば、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができるので、半導体基板にドーピングされたボロンの拡散速度を制御することができ、所望するボロンの拡散領域を形成することができる。
【００６４】
また本発明によれば、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができるので、半導体基板にドーピングされたバイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物の拡散速度を制御することができ、所望するエミッタの拡散領域を形成することができる。これによって、電流増幅率Ｈｆｅなどの電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを半導体基板に形成することができる。
【００６５】
またバイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物を拡散する工程は、多くの場合、最終の熱処理工程である。この最終の熱処理工程を、水蒸気を含まない雰囲気中で行うので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。したがって、フィールド反転電圧などの電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを半導体基板に形成することができる。
【００６６】
また本発明によれば、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気で半導体基板を加熱して熱処理を行うので、半導体基板に欠陥を生じさせずに、半導体基板にドーピングした不純物を、短い時間で所望する領域に拡散することができる。
【００６７】
また本発明によれば、熱処理工程では、リンおよびボロンなどの不純物をドーピングした半導体基板を、不活性ガスに加えて酸素を含む雰囲気中で加熱するので、不純物の拡散速度が大きい増速拡散が生じ、所望する不純物の拡散領域を、短時間で形成することができる。
【００６８】
また本発明によれば、制御部が第１流量調整部を制御することによって、半導体基板が収容された反応容器内に、第１の時間、第２管路を通って水が供給される。反応容器内に供給された水が気化した水蒸気によって、半導体基板の表面が酸化する。次に制御部が第３流量調整部を制御することによって、予め定める第２の時間、第１管路および第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すとともに、第２流量調整部を制御することによって、不活性ガスを反応容器内に供給し、半導体基板を熱処理する。第４管路に不活性ガスを流すことによって、第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。また反応容器内に排出された水が気化した水蒸気は、排出部によって反応容器外に排出される。第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出して、半導体基板を熱処理するので、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。これによって、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、フィールド反転電圧などの電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００６９】
また本発明によれば、第４管路形成体は、水が残留し易い液落下ノズル部および液受部よりも上流側の第２管路形成体に接続されるので、第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すことによって、液落下ノズル部および液受部に残留する水を、反応容器内に排出することができる。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７０】
また本発明によれば、液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満なので、所望する量の水を反応容器内に供給することができ、所望する膜厚の酸化膜、および所望する不純物の拡散領域を形成することができる。これによって、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７１】
また本発明によれば、液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するので、液落下ノズル部から落下する液滴は、液受部の鉛直下方に流れ易くなる。したがって、液受部に水が溜まり難くなり、第２管路に不活性ガスを流すことによって、確実に第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７２】
また本発明によれば、第１管路形成体は、反応容器に近づくに連れて鉛直方向下方に傾斜するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７３】
また本発明によれば、第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
図１は、本発明の第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１の構成を示す模式図である。酸化膜形成装置３１は、第１管路形成体である導入管３２、第２管路形成体である純水供給管３３、第３管路形成体である窒素ガス供給管３４、第４管路形成体である排出ガス導入管３５、酸素ガス供給管３６、第１流量調整部である純水量調整部３７、第２流量調整部である窒素ガス量調整部３８、第３流量調整部である排出ガス量調整部４１、酸素ガス量調整部４２、炉４３、石英ボート４４、排出部である排気部４５および制御部４６を含んで構成される。
【００７５】
制御部４６は、制御プログラムが記録された記録部と制御プログラムを実行する中央処理装置（Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）とを含んで構成される。制御部４６は、制御プログラムを実行し、純水量調整部３７、窒素ガス量調整部３８、排出ガス量調整部４１、酸素ガス量調整部４２、石英ボート４４、および排気部４５を制御する。
【００７６】
炉４３は、温度調整部であるヒータ部４７、反応容器であるプロセスチューブ４８、および断熱材から成る断熱部５１を含んで構成される。プロセスチューブ４８は、石英から成る。プロセスチューブ４８は、円筒形状を有する円筒部５２と、円筒部５２の中心軸線Ｌ１の延びる方向の一端部に設けられる側壁部５３と、円筒部５２の他端部に設けられる開閉可能な蓋体とを含んで構成される。プロセスチューブ４８は、円筒部５２の中心軸線Ｌ１が水平となるように設けられる。ヒータ部４７は、プロセスチューブ４８の外周部を外囲するように設けられる。ヒータ部４７は、制御部４６の指令に基づいて、プロセスチューブ４８内の温度を制御する。断熱部５１は、プロセスチューブ４８の側壁部５３に近接して設けられる。断熱部５１は、熱容量が大きく、プロセスチューブ４８内の温度を一定に保つ機能を有する。断熱部５１には、貫通孔が形成されている。
【００７７】
導入管３２の一端は、プロセスチューブ４８の側壁部５３に接続される。導入管３２は、プロセスチューブ４８の側壁部５３から、断熱部５１に形成された貫通孔を通って炉４３の外に突出する。
【００７８】
図２は、導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。導入管３２は、略円筒形状を有する。導入管３２は、プロセスチューブ４８から離反するに連れて鉛直上方に傾斜する。具体的には、導入管３２の中心軸線Ｌ２は、鉛直方向と、プロセスチューブ４８の円筒部５２の中心軸線Ｌ１とを含む仮想一平面内において、中心軸線Ｌ１から予め定める角度θ１傾く。導入管３２の傾きが小さく、予め定める角度θ１が５°未満であれば、導入管３２によって形成される管路内の純水がスムーズにプロセスチューブ４８内に流れ難くなる。また導入管３２の傾きが大きく、予め定める角度が６０°以上であれば、導入管３２とプロセスチューブ４８の側壁部５３との空間が小さくなり、断熱部５１を配置することが困難になる。したがって、予め定める角度θ１は、５°以上かつ６０°未満に選ばれる。
【００７９】
石英ボート４４は、半導体基板５４を複数枚保持する保持部５５と駆動部とを含んで構成される。駆動部は、モータを含んで構成され、制御部４６の指令に基づいて、保持部５５をプロセスチューブ４８の円筒部５２の中心軸線Ｌ１方向に移動させる。制御部４６が駆動部を制御することによって、保持部５５は、プロセスチューブ４８の蓋体を通って、プロセスチューブ４８内の所定の位置に移動する。または制御部４６が駆動部を制御することによって、保持部５５は、プロセスチューブ４８内からプロセスチューブ４８の蓋体を通って、プロセスチューブ４８の外に移動する。これによって、半導体基板５４をプロセスチューブ４８内に搬入する、または半導体基板５４をプロセスチューブ４８の外に搬出することができる。
【００８０】
半導体基板５４は、その厚み方向の表面がプロセスチューブ４８の円筒部５２の中心軸線Ｌ１に対して垂直、または水平になるように、保持部５５に保持される。
【００８１】
純水供給管３３は、プロセスチューブ４８から延びる導入管３２の他端から鉛直方向上方に延びる鉛直部分と、鉛直部分の鉛直方向の上方の一端から水平方向に延びる水平部分とを含んで構成される。
【００８２】
純水供給管３３の鉛直部分には、整流部５８が設けられる。整流部５８は、液落下ノズル部５６と、この液落下ノズル部５６の鉛直方向下方に設けられ、液落下ノズル部５６の吐出口から吐出する純水を受ける液受部５７とを含んで構成される。液落下ノズル部５６の純水が吐出する吐出口の内径φが小さく、０．３ｍｍ未満であれば、吐出口から吐出する純水の流量が小さくなる。また吐出口の内径φが大きく、１．０ｍｍ以上であれば、吐出口から過剰の純水が吐出し、過剰の純水がプロセスチューブ４８内に流れ込むことになる。したがって、液落下ノズル部５６の吐出口の内径φは、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれる。本実施の形態では、液落下ノズル部５６の吐出口の内径φは、０．５ｍｍに選ばれる。
【００８３】
液受部５７の内周面６１は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するように傾斜する。本実施の形態では、液受部５７の内周面６１は、鉛直方向最下部を除いて、頂点が鉛直方向の下方側に位置する半球形状である。したがって、液落下ノズル部５６の吐出口から吐出する純水は、重力によって液受部５７の最下部に流れ込む。これによって、液受部５７に純水が滞留し難くなり、液受部５７に純水が残留し難くなる。
【００８４】
純水を供給する純水供給源６２は、純水供給管３３の他端に接続される。純水供給源６２から供給される純水は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００８５】
純水量調整部３７は、純水供給管３３の水平部分に設けられる。純水量調整部３７は、純水の流量を調整するニードル弁６３と、純水の流量を計測するフローメータ６４とを含んで構成される。フローメータ６４は、ニードル弁６３に対して、純水が流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、純水量調整部３７を制御することによって、フローメータ６４の計測結果に基づいてプロセスチューブ４８内に流入する純水の量を制御する。
【００８６】
窒素ガス供給管３４の一端は、プロセスチューブ４８から延びる導入管３２の他端に接続される。窒素ガスを供給するＮ２ガス供給源６５は、窒素ガス供給管３４の他端に接続される。Ｎ２ガス供給源６５から供給される窒素ガスは、窒素ガス供給管３４および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００８７】
窒素ガス量調整部３８は、窒素ガス供給管３４に設けられる。窒素ガス量調整部３８は、窒素ガスの流量を調整する第１マスフローコントローラ（Mass Flow Controller：略称ＭＦＣ）６６と第１電磁弁６７とを含んで構成される。第１電磁弁６７は、窒素ガス供給管３４によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する。第１ＭＦＣ６６は、第１電磁弁６７に対して、窒素ガスが流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、窒素ガス量調整部３８を制御することによって、プロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの量を調整する。
【００８８】
酸素ガス供給管３６の一端は、窒素ガス供給管３４に接続される。具体的には、酸素ガス供給管３６の一端は、第１電磁弁６７に対して、窒素ガスが流れる方向の下流側に接続される。酸素ガスを供給するＯ２ガス供給源６８は、酸素ガス供給管３６の他端に接続される。Ｏ２ガス供給源６８から供給される酸素は、酸素ガス供給管３６、窒素ガス供給管３４の一部および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００８９】
酸素ガス量調整部４２は、酸素ガス供給管３６に設けられる。酸素ガス量調整部４２は、酸素ガスの流量を調整する第２ＭＦＣ７１と第２電磁弁７２とを含んで構成される。第２電磁弁７２は、酸素ガス供給管３６によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する。第２ＭＦＣ７１は、第２電磁弁７２に対して、酸素ガスが流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、酸素ガス量調整部４２を制御することによって、プロセスチューブ４８内に流入する酸素ガスの量を調整する。
【００９０】
排出ガス導入管３５は、窒素ガス供給管３４から分岐して、純水供給管３３に接続される。具体的には、排出ガス導入管３５の一端は、第２ＭＦＣ７１とＮ２ガス供給源６５との間に接続される。排出ガス導入管３５の他端は、純水供給管３３の水平部分に接続される。より具体的には、排出ガス導入管３５の他端は、ニードル弁６３に対して、純水が流れる方向の下流側に接続される。Ｎ２ガス供給源６５から供給される窒素ガスは、排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００９１】
排出ガス量調整部４１は、排出ガス導入管３５に設けられる。排出ガス量調整部４１は、窒素ガスの流量を調整する第３ＭＦＣ７３と第３電磁弁７４とを含んで構成される。第３電磁弁７４は、排出ガス導入管３５によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する。第３ＭＦＣ７３は、第３電磁弁７４に対して、窒素ガスが流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御することによって、排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの量を調整する。
【００９２】
排気部４５は、制御部４６の指令にしたがって、プロセスチューブ４８内のガスを、プロセスチューブ４８の外へ排出する。
【００９３】
以下不純物がドーピングされた半導体基板５４の表面に酸化膜を形成し、不純物を拡散する手順について説明する。半導体基板５４にドーピングされた不純物は、本実施の形態ではボロンである。
【００９４】
図３は、ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。シーケンス図の横軸は、時間を表す。図４は、ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。制御部４６が窒素ガス量調整部３８を制御して、Ｎ２ガス供給源６５から窒素ガスをプロセスチューブ４８内に流入させるとともに、排気部４５を制御してプロセスチューブ４８内のガスをプロセスチューブ４８外に排気させているときに、時刻ｔ１になると、ステップｓ０からステップｓ１に移る。
【００９５】
ステップｓ１では、制御部４６は、まず窒素ガス量調整部３８を制御して、プロセスチューブ４８内への窒素ガスの供給を停止させる。次に制御部４６は、ヒータ部４７を制御して、プロセスチューブ４８内の温度を予め定める第１の温度Ｔ１にさせる。予め定める温度Ｔ１は、たとえば８００℃に選ばれる。次に制御部４６は、酸素ガス量調整部４２を制御して、プロセスチューブ４８内への酸素ガスの供給を開始させる。次に制御部４６は、石英ボート４４の駆動部を制御して、半導体基板５４が保持部５５に保持された石英ボート４４を、プロセスチューブ４８内に移動させ、半導体基板５４をプロセスチューブ４８内に搬入させる。半導体基板５４がプロセスチューブ４８内に搬入され、時刻ｔ２になると、ステップｓ２に移る。
【００９６】
ステップｓ２では、制御部４６は、ヒータ部４７を制御してプロセスチューブ４８内の温度を酸化温度である予め定める第２の温度Ｔ２にさせる。予め定める第２の温度は、８００℃以上かつ１０５０℃未満に選ばれる。本実施の形態では、予め定める第２の温度Ｔ２は、９００℃に選ばれる。プロセスチューブ４８内が予め定める第２の温度Ｔ２となる時刻ｔ３になると、ステップｓ２からステップｓ３に移る。
【００９７】
ステップｓ３では、熱酸化工程を開始する。制御部４６は、まず酸素ガス量調整部４２を制御して、プロセスチューブ４８内への酸素ガスの供給を停止させる。次に制御部４６は、純水量調整部３７を制御して、プロセスチューブ４８内に純水を供給させる。時刻ｔ３から予め定める第１の時間経過した時刻ｔ４になると、ステップｓ３からステップｓ４に移る。予め定める第１の時間は、たとえば３０分間に選ばれる。
【００９８】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までの３０分間に、プロセスチューブ４８内に供給された純水は、気化して水蒸気となる。半導体基板５４は、この気化した水蒸気の雰囲気中で３０分間、９００℃で加熱される。これによって、半導体基板５４の表面部に酸化膜が形成される。
【００９９】
ステップｓ４では、排出工程を開始する。制御部４６は、まず純水量調整部３７を制御して、プロセスチューブ４８内への純水の供給を停止させる。次に制御部４６は、窒素ガス量調整部３８を制御して、プロセスチューブ４８内に窒素ガスを供給させる。次に制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御して、窒素ガスを排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通してプロセスチューブ４８内に供給させる。この排出ガス導入管３５および純水供給管３３によって形成される管路を通る窒素ガスの単位流路断面積あたりの流量は、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ３以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ３未満に選ばれる。排出ガス導入管３５および純水供給管３３によって形成される管路には、予め定める第２の時間窒素ガスを流し続ける。予め定める第２の時間は、１分間以上かつ５分間未満に選ばれる。本実施の形態では、窒素ガスを１分間、排出ガス導入管３５および純水供給管３３によって形成される管路に流し続ける。時刻ｔ４から１分経過した時刻ｔ５になると、ステップＳ４からステップｓ５に移る。
【０１００】
時刻ｔ４から時刻ｔ５までのの１分間に、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路には、窒素ガスが流れる。これによって、時刻ｔ４に純水の供給を停止したときに純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に残留する純水が、プロセスチューブ４８内に排出される。
【０１０１】
ステップｓ５では、熱処理工程であるドライブイン工程を開始する。時刻ｔ５になると制御部４６は、まずヒータ部４７を制御してプロセスチューブ４８内の温度を熱処理温度である予め定める第３の温度Ｔ３にさせる。予め定める第３の温度Ｔ３は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれる。本実施の形態では、予め定める第３の温度Ｔ３は、たとえば９００℃に選ばれる。次に制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御して、排出ガス導入管３５から純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通してプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの供給を停止させる。時刻ｔ５から予め定める第３の時間経過した時刻ｔ６になると、ステップｓ５からステップｓ６に移る。予め定める第３の時間は、３０分間に選ばれる。
【０１０２】
時刻ｔ５から時刻ｔ６までの３０分間、窒素ガスをプロセスチューブ４８内に供給することによって、半導体基板５４を９００℃の窒素ガスの雰囲気中で３０分間加熱する。プロセスチューブ４８内の窒素ガスの圧力は、たとえば８０ｋＰａ以上かつ３００ｋＰａ未満に選ばれる。排出工程の後にドライブイン工程を行うので、ドライブイン工程を開始する時刻ｔ５には、純水は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に残留していない。したがって、ドライブイン工程の最中に、純水または水蒸気が純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路からプロセスチューブ４８内に流入しない。また排気部４５がプロセスチューブ４８内の水蒸気をプロセスチューブ４８外に排気している。これによって、水蒸気を含まない、９００℃の窒素ガスの雰囲気中で半導体基板５４を３０分間加熱し、ドーピングしたボロンを拡散することができる。
【０１０３】
ステップｓ６では、制御部４６は、ヒータ部４７を制御して、プロセスチューブ４８内を予め定める第４の温度Ｔ４にさせる。予め定める第４の温度Ｔ４は、８００℃に選ばれる。プロセスチューブ４８内の温度が予め定める第４の温度Ｔ４となる時刻ｔ７になると、ステップｓ６からステップｓ７に移る。
【０１０４】
ステップｓ７では、制御部４６は、石英ボート４４の駆動部を制御して、半導体基板５４が保持部５５に保持された石英ボート４４を、プロセスチューブ４８の外に移動させ、半導体基板５４をプロセスチューブ４８から搬出させる。次にステップｓ７に移り、ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理を終了する。
【０１０５】
以上述べたように、ドライブイン工程の前に、排出ガス導入管３５によって形成される管路を通して、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に窒素ガスを流し、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に残留した純水をプロセスチューブ４８内に排出する排出工程を行う。排出工程を行うことによって、ドライブイン工程を開始する時刻ｔ５には、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に純水が残留していない。したがって、ドライブイン工程の最中に、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路から純水および水蒸気がプロセスチューブ４８内に流入しない。これによってドライブイン工程においては、水蒸気を含まない、９００℃の窒素ガスのみの雰囲気中において半導体基板５４を加熱処理することができる。
【０１０６】
窒素ガスに加えて水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板５４を加熱すると、水蒸気の密度に応じて、酸化膜の界面準位密度が変化するが、本実施の形態では、窒素ガスのみの雰囲気中において半導体基板５４を加熱するので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。界面準位密度がばらつくと、半導体基板５４の表面部の導電型が反転するときのフィールド反転電圧がばらつくなど、半導体基板に形成する半導体素子の電気的特性がばらつくが、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができるので、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【０１０７】
また窒素ガスに加えて水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板５４を加熱すると、水蒸気の密度に応じて、半導体基板５４にドーピングされたボロンの拡散速度も変化するが、本実施の形態では、窒素ガスのみの雰囲気中において半導体基板５４を加熱するので、拡散速度のばらつきを小さくすることができる。これによって、所望するボロンの拡散領域を半導体基板５４に形成することができる。
【０１０８】
また本実施の形態では、排出ガス導入管３５の一端を窒素ガス供給管３４に接続するので、１つのＮ２ガス供給源６５から、排出ガス導入管３５および窒素ガス供給管３４によって形成される管路にそれぞれ窒素ガスを供給することができる。したがって、排出ガス導入管３５および窒素ガス導入管３２によって形成される管路に窒素ガスをそれぞれ供給するガス供給源を２つ別々に設ける必要がなくなる。これによって、酸化膜形成装置３１の構造を簡素化することができ、酸化膜形成装置３１を作成するコストを抑制することができる。
【０１０９】
また本実施の形態では、排出工程において、排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの単位断面積あたりの流量を、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満に制御する。排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量を変化させて、１分間窒素ガスを流した後の、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水の状態を目視観察した結果を表１に示す。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
表１において記号「×」は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内に純水が残留していることを表し、記号「△」は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内に純水がほぼ残留していないことを表し、記号「○」は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内に純水が残留していないことを表す。
【０１１２】
実験の結果、排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が少なく、３０００または６０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２であれば、純水をプロセスチューブ４８内に完全に排出することができず、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に純水が残留することがわかった。排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２であれば、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水をほぼ排出することができることがわかった。したがって、排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が少なく、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であれば、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路の純水を排除するために、１分よりもさらに長い時間が必要となる。
【０１１３】
排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が少なく、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に純水が残留してしまうと、ドライブイン工程の最中に、残留した純水が気化して水蒸気になり、プロセスチューブ４８内に流入する。したがって、窒素ガスに加えて水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板５４を加熱することになり、酸化膜の界面準位密度がばらついたり、フィールド反転電圧がばらついたりなどする。
【０１１４】
また排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量を、３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上にするためには、ガスを供給する装置の能力の向上、管路の直径の変更、およびガス供給量と排気のバランスを保つために排気部４５の排出能力の向上などを行う必要が生じ、設備が複雑となり、コストが高くなる。さらに、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が多いと、不活性ガスの費用がかさみ、コストが高くなる。本実施の形態では、排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であるので、簡易な設備で、短い時間で純水をプロセスチューブ４８内に排出することができる。
【０１１５】
また本実施の形態では、排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを１分間以上かつ５分間未満供給する。排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを１分未満の間供給しただけでは、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水を完全にプロセスチューブ４８内に排出することができず、純水が管路内に残留してしまう。この残留した純水がドライブイン工程の最中に気化してプロセスチューブ４８内に流入すると、前述したように酸化膜の界面準位密度がばらついたり、フィールド反転電圧がばらついたりなどする。また５分間以上排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを供給すると、この間中、純水または水蒸気が強制的にプロセスチューブ４８内に排出され、５分以上水蒸気の雰囲気中で半導体基板５４が加熱処理される。長い時間水蒸気の雰囲気中で半導体基板５４を加熱処理すると、酸化膜の界面準位密度がばらついたり、フィールド反転電圧がばらついたりなどする。本実施の形態では、排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを１分間以上かつ５分間未満供給するので、半導体基板５４を長い時間水蒸気の雰囲気にさらすことなく、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水を確実に除去することができる。
【０１１６】
また本実施の形態では、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気中でドライブイン工程を行う。７００℃未満の低温で半導体基板５４を加熱する場合、半導体基板５４にドーピングされたボロンの拡散速度が小さくなり、所望する領域に不純物を拡散するために多くの時間を要する。また１１００℃以上の高温で半導体基板５４を加熱すると、半導体基板に欠陥が生じたりする。本実施の形態では、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気中でドライブイン工程を行うので、半導体基板５４に欠陥を生じさせずに、短い時間でボロンを所望する領域に拡散することができる。
【０１１７】
また本実施の形態では、排出ガス導入管３５の他端は、整流部５８よりも純水が流れる方向の上流側に接続されるので、純水が残留し易い整流部５８に残留する純水を、確実にプロセスチューブ４８内に排出することができる。
【０１１８】
また本実施の形態では、液落下ノズル部５６の純水が吐出する吐出口の内径φは、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれる。液落下ノズル部５６の吐出口の内径φが小さく、０．３ｍｍ未満であれば吐出口から吐出する純水の流量が小さくなり、所望する量の純水をプロセスチューブ４８内に供給することができない。また吐出口の内径φが大きく、１．０ｍｍ以上であれば、吐出口から過剰の純水が吐出し、過剰の純水がプロセスチューブ４８内に流れ込むことになる。過剰の純水がプロセスチューブ４８内に流れ込むと、酸化膜の膜厚が所望する厚さよりも厚くなったり、半導体基板５４の表面に水蒸気の跡が形成されたりする。したがって、本実施の形態では、液落下ノズル部５６の吐出口の内径φは、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれる。これによって、半導体基板５４の表面に水蒸気の跡を付けずに、所望する膜厚の酸化膜を形成することができる。
【０１１９】
また本実施の形態では、液受部５７の内周面６１は、鉛直方向最下部を除いて、頂点が鉛直方向の下方側に位置する半球形状を有する。液落下ノズル部５６の吐出口から吐出する純水は、重力によって液受部５７の最下部に流れ込む。したがって、液受部５７に純水が滞留し難くなり、液受部５７に純水が残留し難くなる。これによって、ドライブイン工程の最中に整流部５８からプロセスチューブ４８内に純水または水蒸気が流れ込まなくなる。
【０１２０】
本実施の形態では、不活性ガスとして窒素ガスを用いるとしたけれども、ＡｒガスおよびＨｅガスなどの反応性に乏しいガスを用いてもよい。
【０１２１】
また本実施の形態では、ボロンがドーピングされた半導体基板５４に酸化膜を形成し、ボロンを拡散するとしたけれども、リンがドーピングされた半導体基板５４に酸化膜を形成し、リンを拡散してもよい。この場合であっても、水蒸気を含まない窒素ガスのみの雰囲気中においてドライブイン工程を行うことができるので、所望するリンの拡散領域を形成したり、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成したりすることができ、前述した効果と同様の効果を得ることができる。またバイポーラトランジスタのベースおよびコレクタを形成する不純物の拡散工程が終わった後、エミッタを形成するための不純物がドーピングされた半導体基板５４に、酸化膜を形成し、このエミッタを形成するための不純物を拡散してもよい。エミッタと酸化膜との界面の界面準位密度のばらつきを抑えてバイポーラトランジスタを半導体基板５４に形成することができるので、界面準位密度に影響されるフィールド反転電圧などの電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１２２】
また本実施の形態では、導入管３２は、略円筒形状を有し、プロセスチューブ４８から離反するに連れて鉛直方向上方に傾斜するとしたけれども、導入管３２の内周面は、純水をプロセスチューブ４８内に流入させ易い形状であればよい。たとえば導入管３２の内周面が、プロセスチューブ４８から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状であってもよい。
【０１２３】
図５は、テーパ形状の内周面７５を有する導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。テーパ角度θ２は、１０°以上かつ１２０°未満に選ばれる。テーパ角度θ２が小さく、１０°未満であれば、導入管３２によって形成される管路内の純水がスムーズにプロセスチューブ内に流入せず、導入管３２によって形成される管路内に純水が残留するおそれがある。またテーパ角度θ２が大きく、１２０°以上であれば、導入管３２とプロセスチューブ４８の側面との空間が小さくなり、断熱部５１を配置することが困難になる。テーパ角度θ２が１０°以上かつ１２０°未満の内周面７５を有する導入管３２をプロセスチューブ４８に接続することによって、断熱部５１を容易に配置することができ、導入管３２によって形成される管路に純水が残留し難くなる。
【０１２４】
また本実施の形態では、排出工程において、排出ガス導入管３５に継続的に窒素ガスを供給するとしたけれども、窒素ガスを複数回に分けて断続的に排出ガス導入管３５に供給するようにしてもよい。複数回に分けて窒素ガスを排出ガス導入管３５に供給し、純水供給管３３および導入管３２に残留する水をプロセスチューブ４８内に排出するので、排出ガス導入管３５に１回だけ窒素ガスを流して純水供給管３３および導入管３２に残留する水をプロセスチューブ４８内に排出する場合に比べて、効率的に純水供給管３３および導入管３２に残留する水を排出することができる。効率的に純水供給管３３および導入管３２に残留する水を排出することができるので、窒素ガスの流量を抑制することができる。これによって、半導体基板５４の表面に酸化膜を形成するためのコストを抑制することができる。
【０１２５】
本発明の第２の実施の形態の酸化膜形成装置３１は、第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１と異なり、ドライブイン工程において、窒素ガスに加えて酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給する。また第２の実施の形態の酸化膜形成装置３１は、バイポーラトランジスタのベースおよびコレクタを形成する不純物が拡散され、エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、エミッタ領域を形成するリンを拡散する。本発明の第２の実施の形態の酸化膜形成装置３１は、前述した第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１と同様の構成である。したがって、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。
【０１２６】
図６は、エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。シーケンス図の横軸は、時間を表す。図７は、エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。
【０１２７】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と、ドライブイン工程が異なる。したがって、図７のフローチャートのステップｕ０〜ステップｕ４は、図４のフローチャートのステップｓ０〜ステップｓ４とそれぞれ同じであり、図７のフローチャートのステップｕ６〜ステップｕ８は、図４のフローチャートのステップｓ６〜ステップｓ８とそれぞれ同じである。
【０１２８】
ステップｕ５では、ドライブイン工程を開始する。時刻ｔ５になると制御部４６は、まずヒータ部４７を制御してプロセスチューブ４８内の温度を予め定める第３の温度Ｔ３にさせる。予め定める第３の温度Ｔ３は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれる。本実施の形態では、予め定める第３の温度Ｔ３は、９００℃に選ばれる。次に制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御して、排出ガス導入管３５から純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通してプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの供給を停止させる。次に制御部４６は、酸素ガス量調整部４２を制御して、プロセスチューブ４８内の酸素ガスを予め定める密度にするように、酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給させる。プロセスチューブ４８内の酸素ガスの予め定める密度は、０．４５ｍｏｌ／ｍ３以上かつ４．５ｍｏｌ／ｍ３未満に選ばれる。時刻ｔ５から予め定める第３の時間経過した時刻ｔ６になると、ステップｕ５からステップｕ６に移る。予め定める第３の時間は、３０分間に選ばれる。
【０１２９】
時刻ｔ４から酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給することによって、窒素ガスおよび酸素ガスを含む雰囲気中において半導体基板５４を加熱し、リンを拡散することができる。
【０１３０】
酸素ガスを含む雰囲気中では、半導体基板５４にドーピングされた不純物が増速拡散する。したがって、不純物の拡散速度が大きくなり、酸素ガスを含まない雰囲気中で不純物を拡散させる場合に比べて、短時間で不純物を所望する領域に拡散することができる。
【０１３１】
またステップｕ０〜ステップｕ８までの処理を行うことによって形成される酸化膜の界面準位密度は、ドライブイン工程における半導体基板５４の雰囲気中の酸素密度に依存する。したがって、界面準位密度に依存するバイポーラドランジスタの電気的な諸特性も、ドライブイン工程における半導体基板５４の雰囲気中の酸素密度に依存する。
【０１３２】
図８は、エミッタ抵抗とドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。縦軸は、エミッタ領域の抵抗値を表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。図８に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、エミッタ抵抗の小さいバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望するエミッタ抵抗を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３３】
図９は、閾値電圧Ｖｔｈとドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。縦軸は、閾値電圧Ｖｔｈを表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。閾値電圧Ｖｔｈは、トランジスタのベースとコレクタとを短絡し、ベースおよびコレクタに対して負の電圧をエミッタに印加したときに、コレクタとエミッタとの間に電流が流れ出すときの電圧のことである。図９に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、閾値電圧Ｖｔｈの高いバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する閾値電圧Ｖｔｈを有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３４】
図１０は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅと、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。縦軸は、電流増幅率Ｈｆｅを表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。図１０に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、電流増幅率Ｈｆｅの高いバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する電流増幅率Ｈｆｅを有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３５】
図１１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅ比と、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。電流増幅率Ｈｆｅ比とは、コレクタに流れる電流が１０μＡのときの電流増幅率Ｈｆｅを、コレクタに流れる電流が１ｍＡのときの電流増幅率Ｈｆｅで除した値である。縦軸は、電流増幅率Ｈｆｅ比を表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。図１１に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、電流増幅率Ｈｆｅ比の低いバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する電流増幅率Ｈｆｅ比を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３６】
以上述べたように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する電気的特性を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。この酸素ガスの密度が小さく、０．４５ｍｏｌ／ｍ３未満であれば、酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給することによってバイポーラトランジスタの電気的特性が変化する効果がほとんど現れない。逆に酸素ガスの密度が大きく、０．４５ｍｏｌ／ｍ３以上にしたとしても、閾値電圧Ｖｔｈは、飽和して変化しなくなるので、酸素ガスの密度をこれ以上高くする効果がない。本実施の形態では、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を、０．４５ｍｏｌ／ｍ３以上かつ４．５ｍｏｌ／ｍ３未満に制御するので、所望する電気的特性を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３７】
また第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１と同様に、水蒸気を含まない雰囲気中でドライブイン工程を行うことができるので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、電気特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを形成することができる。これによって、歩留りを向上することができる。
【０１３８】
本実施の形態では、半導体基板５４にバイポーラトランジスタを形成するとしたけれども、バイポーラトランジスタに限らず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor）およびＪＦＥＴ（Junction Field Effect Transistor）などの電界効果トランジスタを、半導体基板５４に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１の構成を示す模式図である。
【図２】導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。
【図３】ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。
【図４】ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。
【図５】テーパ形状の内周面７５を有する導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。
【図６】エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。
【図７】エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。
【図８】エミッタ抵抗とドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図９】閾値電圧Ｖｔｈとドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図１０】ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅと、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図１１】ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅ比と、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図１２】従来の技術の酸化膜形成装置１の構成を示す模式図である。
【図１３】半導体基板２の表面部に酸化膜を形成する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。
【符号の説明】
【０１４０】
３１ 酸化膜形成装置
３２ 導入管
３３ 純水供給管
３４ 窒素ガス供給管
３４ 排出ガス導入管
３６ 酸素ガス供給管
３７ 純水量調整部
３８ 窒素ガス量調整部
４１ 排出ガス量調整部
４２ 酸素ガス量調整部
４３ 炉
４４ 石英ボート
４５ 排気部
４６ 制御部
４７ ヒータ部
４８ プロセスチューブ
５４ 半導体基板
５６ 液落下ノズル部
５７ 液受部
５８ 整流部
６２ 純水供給源
６３ ニードル弁
６４ フローメータ
６５ Ｎ２ガス供給源
６６ 第１ＭＦＣ
６７ 第１電磁弁
６８ Ｏ２ガス供給源
７１ 第２ＭＦＣ
７２ 第２電磁弁
７３ 第３ＭＦＣ
７４ 第３電磁弁
７５ 導入管の内周面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面部に酸化膜を形成する酸化膜形成方法および酸化膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の技術の酸化膜形成装置１の構成を示す模式図である。従来の技術では、半導体基板２を、所定の温度の水蒸気を含む雰囲気に所定の時間さらし、半導体基板２の表面部に酸化膜を形成している。
【０００３】
従来の技術の酸化膜形成装置１は、炉３、純水供給管４、窒素ガス供給管５、酸素ガス供給管６、導入管７、石英ボート８、流量調整手段９、排気部１０および制御部１１を含んで構成される。
【０００４】
炉３は、ヒータ部１２、石英から成るプロセスチューブ１３、および断熱材から成る断熱部１４を含んで構成される。プロセスチューブ１３は、円筒形状を有する。プロセスチューブ１３は、自身の中心軸線が水平となるように設けられる。プロセスチューブ１３の一端部には、側壁部１５が形成されている。ヒータ部１２は、プロセスチューブ１３の外周部を外囲するように設けられる。ヒータ部１２は、制御部１１の指令に基づいて、プロセスチューブ１３内の温度を制御する。断熱部１４は、プロセスチューブ１３の側壁部１５に近接して設けられ、プロセスチューブ１３内の温度を一定に保つ機能を有する。断熱部１４には、貫通孔が形成されている。プロセスチューブ１３の一端の側壁部１５には、断熱部１４の貫通孔を通って、炉３の外に突出する導入管７が設けられる。
【０００５】
石英ボート８は、半導体基板２を複数枚保持する。石英ボート８は、半導体基板２を保持して、プロセスチューブ１３の他端を通って、プロセスチューブ１３内の所定の位置に移動する。または石英ボート８は、半導体基板２を保持して、プロセスチューブ１３内からプロセスチューブ１３の他端を通って、プロセスチューブ１３の外に移動する。これによって、半導体基板２をプロセスチューブ１３内に搬入する、または半導体基板２をプロセスチューブ１３の外に搬出することができる。
【０００６】
流量調整手段９は、純水の単位断面積あたりの流量を調整するニードル弁１６と、純水の単位断面積あたりの流量を計測するフローメータ１７と、Ｏ２ガスおよびＮ２ガスの単位断面積あたりの流量を調整するマスフローコントローラ（Mass Flow Controller：略称ＭＦＣ）１８と、窒素ガス供給管５および酸素ガス供給管６によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する電磁弁１９とを含んで構成される。流量調整手段９は、純水供給管４、窒素ガス供給管５および酸素ガス供給管６に設けられる。
【０００７】
純水供給管４の一端は、導入管７の他端に接続される。純水供給管４の他端は、純水を供給する純水供給源２０に接続される。純水供給管４のニードル弁１６の設けられる位置から導入管７との接続部までの間には、純水の流れを整流する整流部２１が設けられる。純水供給源２０から供給される純水は、純水供給管４および導入管７によって形成される管路を通ってプロセスチューブ１３内に流入する。
【０００８】
酸素ガス供給管６の一端は、導入管７の他端に接続される。酸素ガス供給管６の他端は、酸素ガスを供給するＯ２ガス供給源２１に接続される。Ｏ２ガス供給源２１から供給される酸素ガスは、酸素ガス供給管６および導入管７によって形成される管路を通ってプロセスチューブ１３内に流入する。
【０００９】
窒素ガス供給管５の一端は、酸素ガス供給管６の電磁弁１９が設けられる位置から導入管７との接続部までの間に接続される。窒素ガス供給管５の他端は、窒素ガスを供給するＮ２ガス供給源２２に接続される。Ｎ２ガス供給源２２から供給される窒素ガスは、窒素ガス供給管５、酸素ガス供給管６の一部および導入管７によって形成される管路を通ってプロセスチューブ１３内に流入する。
【００１０】
排気部１０は、プロセスチューブ１３に接続され、プロセスチューブ１３内のガスを、プロセスチューブ１３の外に排気する。
【００１１】
制御部１１は、ヒータ部１２、排気部１０、石英ボート８および流量調整手段９を制御して、プロセスチューブ１３内の温度、プロセスチューブ１３内のガスおよび水蒸気の量、石英ボート８の移動、ならびにプロセスチューブ１３内に供給する純水などの量を制御する。
【００１２】
図１３は、半導体基板２の表面部に酸化膜を形成する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。まず制御部１１は、流量調整手段９を制御して、時刻ｔ１までプロセスチューブ１３内にＮ２ガスを供給させ、プロセスチューブ１３内を不活性ガスであるＮ２ガスで満たす。
【００１３】
時刻ｔ１では、制御部１１は、ヒータ部１２を制御してプロセスチューブ１３内の温度を８００℃にさせるとともに、流量調整手段９を制御してＯ２ガスをプロセスチューブ１３内に供給させる。また制御部１１は、石英ボート８を制御して、石英ボート８に保持される処理すべき半導体基板２をプロセスチューブ１３内に搬入させる。
【００１４】
時刻ｔ２では、制御部１１は、ヒータ部１２を制御してプロセスチューブ１３内の温度を９００℃に上昇させる。
【００１５】
プロセスチューブ１３内の温度が９００℃に上昇した時刻ｔ３に、制御部１１は、流量調整手段９を制御してプロセスチューブ１３内への酸素の供給を停止させるとともに、純水をプロセスチューブ１３内へ供給させる。この純水は、プロセスチューブ１３内において気化し、水蒸気となる。半導体基板２を水蒸気を含む雰囲気中で３０分間加熱することによって、半導体基板２の表面部に酸化膜が形成される。
【００１６】
時刻ｔ３から３０分経過した時刻ｔ４になると、制御部１１は、流量調整手段９を制御してプロセスチューブ１３内への純水の供給を停止させるとともに、窒素ガスをプロセスチューブ１３内に供給する。時刻ｔ４から３０分間、９００℃のＮ２ガスの雰囲気中において、半導体基板２を熱処理する。
【００１７】
時刻ｔ４から３０分間経過した時刻ｔ５になると、制御部１１は、ヒータ部１２を制御してプロセスチューブ１３内の温度を８００℃に下降させる。
【００１８】
プロセスチューブ１３内の温度が８００℃に下降した時刻ｔ６に、制御部１１は、石英ボート８を制御して、半導体基板２をプロセスチューブ１３から搬出させる。
【００１９】
以上述べた処理を行うことによって、半導体基板２の表面部に酸化膜を形成することができる（たとえば特許文献１および２参照）。
【００２０】
【特許文献１】特開２０００−１２４２１３号公報
【特許文献２】特開平３−１９５０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来の技術の酸化膜形成装置１では、時刻ｔ４においてプロセスチューブ１３内への純水の供給を停止した後も、導入管７および純水供給管４などに純水が残留する。この残留した純水が、時刻ｔ４以後、少しずつ蒸発してプロセスチューブ１３内に流れ込む。したがって、純水供給源２０から純水を供給していないにもかかわらず、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、窒素ガスと水蒸気との雰囲気中で半導体基板２の熱処理を行うことになる。酸化膜と酸化されていない部分との界面の界面準位密度は、熱処理を行うときの半導体基板２の雰囲気中の水蒸気の密度に依存する。従来の技術では、導入管７および純水供給管４から少しずつ水蒸気がプロセスチューブ１３内に流入するので、半導体基板２の雰囲気中の水蒸気の密度を制御することができない。したがって、形成した酸化膜の界面準位密度がばらつくという問題が生じる。
【００２２】
また、半導体基板２にドーピングした不純物を拡散するために熱処理を行う場合、窒素ガスに混入した水蒸気が原因で、不純物の拡散速度がばらつく。不純物の拡散速度がばらつくと、不純物の拡散深さがばらつき、所望する不純物の拡散領域を形成することができないという問題が生じる。
【００２３】
界面準位密度および不純物の拡散領域がばらつくと、たとえば半導体表面の導電型が反転するときのフィールド反転電圧、および半導体基板２に形成するバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅなどの電気的特性がばらつくという問題が生じる。
【００２４】
したがって本発明の目的は、半導体基板に、電気的特性のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる酸化膜形成方法および酸化膜形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める酸化温度にして、前記反応容器に接続される管路を通じて前記反応容器内に水を供給し、この水が気化した水蒸気によって反応容器内を酸化雰囲気にして、前記半導体基板の表面を熱酸化させる熱酸化工程と、
前記管路から反応容器内への水の供給を停止した後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給して、前記管路に残留する水を反応容器内に排出し、反応容器内で気化した水蒸気を反応容器外へ排出する排出工程と、
排出工程を終了させた後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給し、反応容器内の雰囲気を予め定める熱処理温度に保持する熱処理工程とを含むことを特徴とする酸化膜形成方法である。
【００２６】
本発明に従えば、熱酸化工程の後に排出工程を行うことによって、熱酸化工程のときに管路に残留する水を、反応容器内に排出することができる。またこの反応容器内に排出した水が気化した水蒸気は、反応容器外に排出される。熱処理工程において、管路に水が残留していないので、管路から水および水蒸気が反応容器内に流入しない。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理温度で加熱する熱処理工程を行うことができる。
【００２７】
半導体基板を水蒸気を含む雰囲気中で加熱すると、形成された酸化膜の界面準位密度がばらつくが、半導体基板を水蒸気を含まない雰囲気中で加熱処理するので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。界面準位密度がばらつくと、半導体基板の表面部の導電型が反転するときのフィールド反転電圧がばらつくなど、半導体基板に形成する半導体素子の電気的特性がばらつくが、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができるので、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００２８】
また本発明は、前記排出工程および前記熱処理工程に用いられる不活性ガスを、同一のガス供給源から供給することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、同一のガス供給源から、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するので、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するガス供給源を別々に設ける必要がなくなる。
【００３０】
また本発明は、前記排出工程では、前記管路における不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量は、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満に選ばれることを特徴とする。
【００３１】
排出工程において、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が少なく、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満では、水を反応容器内に排出するために要する時間が長くなる。水を反応容器内に排出するために要する時間が長くなると、水蒸気を含む雰囲気において半導体基板を長い時間加熱するので、半導体基板の表面部に形成される酸化膜の界面準位密度がばらつく。また管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量を３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上にするためには、不活性ガスを供給する装置の能力を向上させる、管路の直径を変更させる、および不活性ガスの供給量と排気のバランスを保つために排気装置の排気能力を向上させる必要が生じ、設備が複雑となり、コストが高くなる。さらに、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が多いと、不活性ガスの費用がかさみ、コストが高くなる。本発明に従えば、排出工程において、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であるので、簡易な設備で、短い時間で管路に残留する水を反応容器内に排出し、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。
【００３２】
また本発明は、前記排出工程では、前記反応容器内に１分間以上かつ５分間未満、不活性ガスを供給することを特徴とする。
【００３３】
排出工程において、不活性ガスを反応容器内に供給する時間が短く、１分間未満では、管路に残留する水を十分に反応容器内に排出することができない。したがって、熱処理工程において、管路に残留した水および水蒸気が反応容器内に流入し、水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板の熱処理を行うことになる。また不活性ガスを反応容器内に供給する時間が長く、５分以上の場合、排出工程の最中は反応容器内に水または水蒸気が積極的に排出されるので、水蒸気を含む雰囲気中において半導体基板を長い時間加熱することになる。水蒸気を含む雰囲気において半導体基板を長い時間加熱すると、半導体基板の表面部に形成される酸化膜の界面準位密度がばらつく。特に、熱処理工程に要する時間が短い場合には、半導体基板の表面部に形成される酸化膜の界面準位密度は、排出工程において半導体基板が加熱される時間に大きく依存する。本発明に従えば、排出工程では、反応容器内に１分間以上かつ５分間未満不活性ガスを供給するので、半導体基板を水蒸気を含む雰囲気に長い時間さらすことなく、管路に残留した水を反応容器内に排出することができる。
【００３４】
また本発明は、前記排出工程では、前記管路を通じて前記反応容器内に不活性ガスを断続的に供給することを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、複数回に分けて不活性ガスを管路に流し、管路に残留する水を反応容器内に排出するので、管路に１回だけ不活性ガスを流して管路に残留する水を反応容器内に排出する場合に比べて、効率的に管路に残留する水を排出することができる。また効率的に管路に残留する水を排出することができるので、不活性ガスの流量を抑制することができる。
【００３６】
また本発明は、前記半導体基板には、リンがドーピングされていることを特徴とする。
本発明に従えば、半導体基板にはリンがドーピングされており、このリンが熱処理工程において拡散する。リンの拡散速度は、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度に依存する。したがって、リンの拡散速度を制御するためには、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度を制御する必要がある。本発明では水蒸気を含まない不活性ガスの雰囲気中で半導体基板の熱処理を行うことができるので、水蒸気の密度に関係なくリンの拡散速度を制御することができる。これによって、所望するリンの拡散領域を形成することができる。
【００３７】
また本発明は、前記半導体基板には、ボロンがドーピングされていることを特徴とする。
【００３８】
本発明に従えば、半導体基板にはボロンがドーピングされており、このボロンが熱処理工程において拡散する。ボロンの拡散速度は、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度に依存する。したがって、ボロンの拡散速度を制御するためには、半導体基板の雰囲気中に含まれる水蒸気の密度を制御する必要がある。本発明では水蒸気を含まない不活性ガスの雰囲気中で半導体基板の熱処理を行うことができるので、水蒸気の密度に関係なくボロンの拡散速度を制御することができる。これによって、所望するボロンの拡散領域を形成することができる。
【００３９】
また本発明は、前記半導体基板には、バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物がドーピングされていることを特徴とする。
【００４０】
本発明に従えば、半導体基板には、バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物がドーピングされており、この不純物が熱処理工程において拡散する。バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物を拡散する工程は、多くの場合、最終の熱処理工程となる。この最終の熱処理工程によって、酸化膜の界面準位密度に依存するバイポーラトランジスタの電気的特性が決定される。本発明では、最終の熱処理工程を、水蒸気を含まない不活性ガスの雰囲気中で行うので、界面準位密度などのばらつきを抑えて、酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを半導体基板に形成することができる。
【００４１】
また本発明は、前記熱処理温度は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれることを特徴とする。
【００４２】
熱処理工程において、７００℃未満の低温で半導体基板を加熱する場合、半導体基板にドーピングされたリンおよびボロンなどの不純物の拡散速度が小さくなり、不純物を拡散するために多くの時間を要する。また１１００℃以上の高温で半導体基板を加熱すると、半導体基板に欠陥が生じたりする。本発明に従えば、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気中で半導体基板を加熱して熱処理を行うので、半導体基板に欠陥を生じさせずに、短い時間で半導体基板にドーピングした不純物を拡散することができる。
【００４３】
また本発明は、前記熱処理工程では、前記管路を通じて反応容器内に酸素ガスを供給することを特徴とする。
【００４４】
本発明に従えば、熱処理工程では、リンおよびボロンなどの不純物をドーピングした半導体基板を、不活性ガスに加えて酸素を含む雰囲気中で加熱する。酸素を含む雰囲気中で半導体基板を加熱すると、不純物の拡散速度の大きい増速拡散が生じる。酸素を含む雰囲気中で半導体基板を加熱するので、不純物の拡散速度が大きくなり、短時間で不純物を拡散することができる。
【００４５】
また本発明は、半導体基板を収容する反応容器と、
半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める温度にする温度調整部と、
反応容器内のガスを反応容器外へ排出する排出部と、
反応容器に接続され、反応容器内に通じる第１管路を形成する第１管路形成体と、
水の供給源から供給される水を、前記第1管路に導く第２管路を形成する第２管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第1管路に導く第３管路を形成する第３管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第２管路に導く第４管路を形成する第４管路形成体と、
第２管路形成体に設けられ、第２管路を流れる水の流量を調整する第１流量調整部と、
第３管路形成体に設けられ、第３管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第２流量調整部と、
第４管路形成体に設けられ、第４管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第３流量調整部と、
予め定める第１の時間、第２管路に水を流すように第１流量調整部を制御し、第２管路に水を流した後、第３管路に不活性ガスを流すように第２流路調整部を制御するとともに、予め定める第２の時間、第４管路に不活性ガスを流すように第３流量調整部を制御する制御部とを含むことを特徴とする酸化膜形成装置である。
【００４６】
本発明に従えば、制御部が第１流量調整部を制御することによって、半導体基板が収容された反応容器内に、第１の時間、第２管路を通って水が供給される。反応容器内に供給された水が気化した水蒸気によって、半導体基板の表面が酸化する。次に制御部が第３流量調整部を制御することによって、予め定める第２の時間、第１管路および第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すとともに、第２流量調整部を制御することによって、不活性ガスを反応容器内に供給し、半導体基板を熱処理する。第４管路に不活性ガスを流すことによって、第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。また反応容器内に排出された水が気化した水蒸気は、排出部によって反応容器外に排出される。第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出して、半導体基板を熱処理するので、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００４７】
また本発明は、前記第２管路形成体には、第１流量調整部と第１管路との間に、液落下ノズル部、および液落下ノズル部の鉛直方向下方で、液落下ノズル部の吐出口から吐出する水を受ける液受部が設けられ、前記第４管路形成体は、第１流量調整部と液落下ノズル部との間で第２管路形成体に接続されることを特徴とする。
【００４８】
本発明に従えば、第４管路形成体は、水が残留し易い液落下ノズル部および液受部よりも上流側の第２管路形成体に接続される。したがって、制御部が第３流量調整部を制御し、予め定める第２の時間、第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すことによって、液落下ノズル部および液受部に残留する水を、反応容器内に排出することができる。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００４９】
また本発明は、前記液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれることを特徴とする。
【００５０】
液落下ノズル部の吐出口の内径が小さく、０．３ｍｍ未満であれば、液落下ノズル部の吐出口から吐出する水の流量が少なく、反応容器内に所望する量の水を供給することができない。反応容器内に所望する量の水を供給することができないので、所望する膜厚の酸化膜を形成することができない。また半導体基板にドーピングした不純物の拡散速度は、水蒸気の密度に依存するので、反応容器内に所望する量の水を供給することができない場合、不純物を所望する領域に拡散することができない。逆に液落下ノズル部の吐出口の内径が大きく、１．０ｍｍ以上であれば、液落下ノズル部の吐出口から過剰に水が吐出し、反応容器内に過剰な量の水が供給される。反応容器内に過剰な量の水が供給されると、半導体基板に水滴の跡が形成されたり、酸化膜の膜厚が厚くなりすぎたりする。本発明に従えば、液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満なので、所望する量の水を反応容器内に供給することができ、所望する膜厚の酸化膜、および所望する不純物の拡散領域を形成することができる。
【００５１】
また本発明は、前記液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するように傾斜することを特徴とする。
【００５２】
本発明に従えば、液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するので、液落下ノズル部から落下する液滴は、液受部の鉛直下方に流れ易くなる。したがって、液受部に水が溜まり難くなり、第２管路に不活性ガスを流すことによって、確実に第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００５３】
また本発明は、前記第１管路形成体は、反応容器から離反するに連れて鉛直方向上方に傾斜することを特徴とする。
【００５４】
本発明に従えば、第１管路形成体は、反応容器に近づくに連れて鉛直方向下方に傾斜するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【００５５】
また本発明は、前記第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする。
【００５６】
本発明に従えば、第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。これによって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、管路に残留した水を反応容器内に排出する排出工程を行うので、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができる。これによって、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。界面準位密度がばらつくと、半導体基板の表面部の導電型が反転するときのフィールド反転電圧がばらつくなど、半導体基板に形成する半導体素子の電気的特性がばらつくが、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができるので、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。これによって、歩留りを向上することができる。
【００５８】
また本発明によれば、同一のガス供給源から、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するので、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するガス供給源を別々に設ける必要がなくなる。したがって、排出工程および熱処理工程に用いられる不活性ガスを供給するガス供給源を別々に設ける場合に比べて、酸化膜を形成するための装置が簡易になる。
【００５９】
また本発明によれば、排出工程において、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であるので、簡易な設備で、短い時間で管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。これによって、簡易な設備かつ短時間で、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００６０】
また本発明によれば、排出工程では、反応容器内に１分間以上かつ５分間未満不活性ガスを供給するので、半導体基板を水蒸気を含む雰囲気に長い時間さらすことなく、管路に残留した水を反応容器内に排出することができる。したがって、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００６１】
また本発明によれば、複数回に分けて不活性ガスを管路に流し、管路に残留する水を反応容器内に排出するので、管路に１回だけ不活性ガスを流して管路に残留する水を反応容器内に排出する場合に比べて、効率的に管路に残留する水を排出することができる。効率的に管路に残留する水を排出することができるので、不活性ガスの流量を抑制することができる。これによって、半導体基板の表面に酸化膜を形成するためのコストを抑制することができる。
【００６２】
また本発明によれば、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができるので、半導体基板にドーピングされたリンの拡散速度を制御することができ、所望するリンの拡散領域を形成することができる。
【００６３】
また本発明によれば、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができるので、半導体基板にドーピングされたボロンの拡散速度を制御することができ、所望するボロンの拡散領域を形成することができる。
【００６４】
また本発明によれば、熱処理工程において、水蒸気を含まない雰囲気中で半導体基板を加熱処理することができるので、半導体基板にドーピングされたバイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物の拡散速度を制御することができ、所望するエミッタの拡散領域を形成することができる。これによって、電流増幅率Ｈｆｅなどの電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを半導体基板に形成することができる。
【００６５】
またバイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物を拡散する工程は、多くの場合、最終の熱処理工程である。この最終の熱処理工程を、水蒸気を含まない雰囲気中で行うので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。したがって、フィールド反転電圧などの電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを半導体基板に形成することができる。
【００６６】
また本発明によれば、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気で半導体基板を加熱して熱処理を行うので、半導体基板に欠陥を生じさせずに、半導体基板にドーピングした不純物を、短い時間で所望する領域に拡散することができる。
【００６７】
また本発明によれば、熱処理工程では、リンおよびボロンなどの不純物をドーピングした半導体基板を、不活性ガスに加えて酸素を含む雰囲気中で加熱するので、不純物の拡散速度が大きい増速拡散が生じ、所望する不純物の拡散領域を、短時間で形成することができる。
【００６８】
また本発明によれば、制御部が第１流量調整部を制御することによって、半導体基板が収容された反応容器内に、第１の時間、第２管路を通って水が供給される。反応容器内に供給された水が気化した水蒸気によって、半導体基板の表面が酸化する。次に制御部が第３流量調整部を制御することによって、予め定める第２の時間、第１管路および第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すとともに、第２流量調整部を制御することによって、不活性ガスを反応容器内に供給し、半導体基板を熱処理する。第４管路に不活性ガスを流すことによって、第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。また反応容器内に排出された水が気化した水蒸気は、排出部によって反応容器外に排出される。第１管路および第２管路に残留する水を反応容器内に排出して、半導体基板を熱処理するので、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができる。これによって、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、フィールド反転電圧などの電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００６９】
また本発明によれば、第４管路形成体は、水が残留し易い液落下ノズル部および液受部よりも上流側の第２管路形成体に接続されるので、第２管路に通じる第４管路に不活性ガスを流すことによって、液落下ノズル部および液受部に残留する水を、反応容器内に排出することができる。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７０】
また本発明によれば、液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満なので、所望する量の水を反応容器内に供給することができ、所望する膜厚の酸化膜、および所望する不純物の拡散領域を形成することができる。これによって、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７１】
また本発明によれば、液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するので、液落下ノズル部から落下する液滴は、液受部の鉛直下方に流れ易くなる。したがって、液受部に水が溜まり難くなり、第２管路に不活性ガスを流すことによって、確実に第２管路に残留する水を反応容器内に排出することができる。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７２】
また本発明によれば、第１管路形成体は、反応容器に近づくに連れて鉛直方向下方に傾斜するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【００７３】
また本発明によれば、第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有するので、第１管路内の水は、第１管路内に残留せずに、反応容器内に流入する。したがって、水蒸気を含まない雰囲気中において半導体基板を熱処理することができ、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。これによって、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
図１は、本発明の第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１の構成を示す模式図である。酸化膜形成装置３１は、第１管路形成体である導入管３２、第２管路形成体である純水供給管３３、第３管路形成体である窒素ガス供給管３４、第４管路形成体である排出ガス導入管３５、酸素ガス供給管３６、第１流量調整部である純水量調整部３７、第２流量調整部である窒素ガス量調整部３８、第３流量調整部である排出ガス量調整部４１、酸素ガス量調整部４２、炉４３、石英ボート４４、排出部である排気部４５および制御部４６を含んで構成される。
【００７５】
制御部４６は、制御プログラムが記録された記録部と制御プログラムを実行する中央処理装置（Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）とを含んで構成される。制御部４６は、制御プログラムを実行し、純水量調整部３７、窒素ガス量調整部３８、排出ガス量調整部４１、酸素ガス量調整部４２、石英ボート４４、および排気部４５を制御する。
【００７６】
炉４３は、温度調整部であるヒータ部４７、反応容器であるプロセスチューブ４８、および断熱材から成る断熱部５１を含んで構成される。プロセスチューブ４８は、石英から成る。プロセスチューブ４８は、円筒形状を有する円筒部５２と、円筒部５２の中心軸線Ｌ１の延びる方向の一端部に設けられる側壁部５３と、円筒部５２の他端部に設けられる開閉可能な蓋体とを含んで構成される。プロセスチューブ４８は、円筒部５２の中心軸線Ｌ１が水平となるように設けられる。ヒータ部４７は、プロセスチューブ４８の外周部を外囲するように設けられる。ヒータ部４７は、制御部４６の指令に基づいて、プロセスチューブ４８内の温度を制御する。断熱部５１は、プロセスチューブ４８の側壁部５３に近接して設けられる。断熱部５１は、熱容量が大きく、プロセスチューブ４８内の温度を一定に保つ機能を有する。断熱部５１には、貫通孔が形成されている。
【００７７】
導入管３２の一端は、プロセスチューブ４８の側壁部５３に接続される。導入管３２は、プロセスチューブ４８の側壁部５３から、断熱部５１に形成された貫通孔を通って炉４３の外に突出する。
【００７８】
図２は、導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。導入管３２は、略円筒形状を有する。導入管３２は、プロセスチューブ４８から離反するに連れて鉛直上方に傾斜する。具体的には、導入管３２の中心軸線Ｌ２は、鉛直方向と、プロセスチューブ４８の円筒部５２の中心軸線Ｌ１とを含む仮想一平面内において、中心軸線Ｌ１から予め定める角度θ１傾く。導入管３２の傾きが小さく、予め定める角度θ１が５°未満であれば、導入管３２によって形成される管路内の純水がスムーズにプロセスチューブ４８内に流れ難くなる。また導入管３２の傾きが大きく、予め定める角度が６０°以上であれば、導入管３２とプロセスチューブ４８の側壁部５３との空間が小さくなり、断熱部５１を配置することが困難になる。したがって、予め定める角度θ１は、５°以上かつ６０°未満に選ばれる。
【００７９】
石英ボート４４は、半導体基板５４を複数枚保持する保持部５５と駆動部とを含んで構成される。駆動部は、モータを含んで構成され、制御部４６の指令に基づいて、保持部５５をプロセスチューブ４８の円筒部５２の中心軸線Ｌ１方向に移動させる。制御部４６が駆動部を制御することによって、保持部５５は、プロセスチューブ４８の蓋体を通って、プロセスチューブ４８内の所定の位置に移動する。または制御部４６が駆動部を制御することによって、保持部５５は、プロセスチューブ４８内からプロセスチューブ４８の蓋体を通って、プロセスチューブ４８の外に移動する。これによって、半導体基板５４をプロセスチューブ４８内に搬入する、または半導体基板５４をプロセスチューブ４８の外に搬出することができる。
【００８０】
半導体基板５４は、その厚み方向の表面がプロセスチューブ４８の円筒部５２の中心軸線Ｌ１に対して垂直、または水平になるように、保持部５５に保持される。
【００８１】
純水供給管３３は、プロセスチューブ４８から延びる導入管３２の他端から鉛直方向上方に延びる鉛直部分と、鉛直部分の鉛直方向の上方の一端から水平方向に延びる水平部分とを含んで構成される。
【００８２】
純水供給管３３の鉛直部分には、整流部５８が設けられる。整流部５８は、液落下ノズル部５６と、この液落下ノズル部５６の鉛直方向下方に設けられ、液落下ノズル部５６の吐出口から吐出する純水を受ける液受部５７とを含んで構成される。液落下ノズル部５６の純水が吐出する吐出口の内径φが小さく、０．３ｍｍ未満であれば、吐出口から吐出する純水の流量が小さくなる。また吐出口の内径φが大きく、１．０ｍｍ以上であれば、吐出口から過剰の純水が吐出し、過剰の純水がプロセスチューブ４８内に流れ込むことになる。したがって、液落下ノズル部５６の吐出口の内径φは、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれる。本実施の形態では、液落下ノズル部５６の吐出口の内径φは、０．５ｍｍに選ばれる。
【００８３】
液受部５７の内周面６１は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するように傾斜する。本実施の形態では、液受部５７の内周面６１は、鉛直方向最下部を除いて、頂点が鉛直方向の下方側に位置する半球形状である。したがって、液落下ノズル部５６の吐出口から吐出する純水は、重力によって液受部５７の最下部に流れ込む。これによって、液受部５７に純水が滞留し難くなり、液受部５７に純水が残留し難くなる。
【００８４】
純水を供給する純水供給源６２は、純水供給管３３の他端に接続される。純水供給源６２から供給される純水は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００８５】
純水量調整部３７は、純水供給管３３の水平部分に設けられる。純水量調整部３７は、純水の流量を調整するニードル弁６３と、純水の流量を計測するフローメータ６４とを含んで構成される。フローメータ６４は、ニードル弁６３に対して、純水が流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、純水量調整部３７を制御することによって、フローメータ６４の計測結果に基づいてプロセスチューブ４８内に流入する純水の量を制御する。
【００８６】
窒素ガス供給管３４の一端は、プロセスチューブ４８から延びる導入管３２の他端に接続される。窒素ガスを供給するＮ２ガス供給源６５は、窒素ガス供給管３４の他端に接続される。Ｎ２ガス供給源６５から供給される窒素ガスは、窒素ガス供給管３４および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００８７】
窒素ガス量調整部３８は、窒素ガス供給管３４に設けられる。窒素ガス量調整部３８は、窒素ガスの流量を調整する第１マスフローコントローラ（Mass Flow Controller：略称ＭＦＣ）６６と第１電磁弁６７とを含んで構成される。第１電磁弁６７は、窒素ガス供給管３４によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する。第１ＭＦＣ６６は、第１電磁弁６７に対して、窒素ガスが流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、窒素ガス量調整部３８を制御することによって、プロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの量を調整する。
【００８８】
酸素ガス供給管３６の一端は、窒素ガス供給管３４に接続される。具体的には、酸素ガス供給管３６の一端は、第１電磁弁６７に対して、窒素ガスが流れる方向の下流側に接続される。酸素ガスを供給するＯ２ガス供給源６８は、酸素ガス供給管３６の他端に接続される。Ｏ２ガス供給源６８から供給される酸素は、酸素ガス供給管３６、窒素ガス供給管３４の一部および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００８９】
酸素ガス量調整部４２は、酸素ガス供給管３６に設けられる。酸素ガス量調整部４２は、酸素ガスの流量を調整する第２ＭＦＣ７１と第２電磁弁７２とを含んで構成される。第２電磁弁７２は、酸素ガス供給管３６によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する。第２ＭＦＣ７１は、第２電磁弁７２に対して、酸素ガスが流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、酸素ガス量調整部４２を制御することによって、プロセスチューブ４８内に流入する酸素ガスの量を調整する。
【００９０】
排出ガス導入管３５は、窒素ガス供給管３４から分岐して、純水供給管３３に接続される。具体的には、排出ガス導入管３５の一端は、第２ＭＦＣ７１とＮ２ガス供給源６５との間に接続される。排出ガス導入管３５の他端は、純水供給管３３の水平部分に接続される。より具体的には、排出ガス導入管３５の他端は、ニードル弁６３に対して、純水が流れる方向の下流側に接続される。Ｎ２ガス供給源６５から供給される窒素ガスは、排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する。
【００９１】
排出ガス量調整部４１は、排出ガス導入管３５に設けられる。排出ガス量調整部４１は、窒素ガスの流量を調整する第３ＭＦＣ７３と第３電磁弁７４とを含んで構成される。第３電磁弁７４は、排出ガス導入管３５によって形成される管路を塞ぐか開放するかを制御する。第３ＭＦＣ７３は、第３電磁弁７４に対して、窒素ガスが流れる方向の上流側に設けられる。制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御することによって、排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの量を調整する。
【００９２】
排気部４５は、制御部４６の指令にしたがって、プロセスチューブ４８内のガスを、プロセスチューブ４８の外へ排出する。
【００９３】
以下不純物がドーピングされた半導体基板５４の表面に酸化膜を形成し、不純物を拡散する手順について説明する。半導体基板５４にドーピングされた不純物は、本実施の形態ではボロンである。
【００９４】
図３は、ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。シーケンス図の横軸は、時間を表す。図４は、ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。制御部４６が窒素ガス量調整部３８を制御して、Ｎ２ガス供給源６５から窒素ガスをプロセスチューブ４８内に流入させるとともに、排気部４５を制御してプロセスチューブ４８内のガスをプロセスチューブ４８外に排気させているときに、時刻ｔ１になると、ステップｓ０からステップｓ１に移る。
【００９５】
ステップｓ１では、制御部４６は、まず窒素ガス量調整部３８を制御して、プロセスチューブ４８内への窒素ガスの供給を停止させる。次に制御部４６は、ヒータ部４７を制御して、プロセスチューブ４８内の温度を予め定める第１の温度Ｔ１にさせる。予め定める温度Ｔ１は、たとえば８００℃に選ばれる。次に制御部４６は、酸素ガス量調整部４２を制御して、プロセスチューブ４８内への酸素ガスの供給を開始させる。次に制御部４６は、石英ボート４４の駆動部を制御して、半導体基板５４が保持部５５に保持された石英ボート４４を、プロセスチューブ４８内に移動させ、半導体基板５４をプロセスチューブ４８内に搬入させる。半導体基板５４がプロセスチューブ４８内に搬入され、時刻ｔ２になると、ステップｓ２に移る。
【００９６】
ステップｓ２では、制御部４６は、ヒータ部４７を制御してプロセスチューブ４８内の温度を酸化温度である予め定める第２の温度Ｔ２にさせる。予め定める第２の温度は、８００℃以上かつ１０５０℃未満に選ばれる。本実施の形態では、予め定める第２の温度Ｔ２は、９００℃に選ばれる。プロセスチューブ４８内が予め定める第２の温度Ｔ２となる時刻ｔ３になると、ステップｓ２からステップｓ３に移る。
【００９７】
ステップｓ３では、熱酸化工程を開始する。制御部４６は、まず酸素ガス量調整部４２を制御して、プロセスチューブ４８内への酸素ガスの供給を停止させる。次に制御部４６は、純水量調整部３７を制御して、プロセスチューブ４８内に純水を供給させる。時刻ｔ３から予め定める第１の時間経過した時刻ｔ４になると、ステップｓ３からステップｓ４に移る。予め定める第１の時間は、たとえば３０分間に選ばれる。
【００９８】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までの３０分間に、プロセスチューブ４８内に供給された純水は、気化して水蒸気となる。半導体基板５４は、この気化した水蒸気の雰囲気中で３０分間、９００℃で加熱される。これによって、半導体基板５４の表面部に酸化膜が形成される。
【００９９】
ステップｓ４では、排出工程を開始する。制御部４６は、まず純水量調整部３７を制御して、プロセスチューブ４８内への純水の供給を停止させる。次に制御部４６は、窒素ガス量調整部３８を制御して、プロセスチューブ４８内に窒素ガスを供給させる。次に制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御して、窒素ガスを排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通してプロセスチューブ４８内に供給させる。この排出ガス導入管３５および純水供給管３３によって形成される管路を通る窒素ガスの単位流路断面積あたりの流量は、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ３以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ３未満に選ばれる。排出ガス導入管３５および純水供給管３３によって形成される管路には、予め定める第２の時間窒素ガスを流し続ける。予め定める第２の時間は、１分間以上かつ５分間未満に選ばれる。本実施の形態では、窒素ガスを１分間、排出ガス導入管３５および純水供給管３３によって形成される管路に流し続ける。時刻ｔ４から１分経過した時刻ｔ５になると、ステップＳ４からステップｓ５に移る。
【０１００】
時刻ｔ４から時刻ｔ５までのの１分間に、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路には、窒素ガスが流れる。これによって、時刻ｔ４に純水の供給を停止したときに純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に残留する純水が、プロセスチューブ４８内に排出される。
【０１０１】
ステップｓ５では、熱処理工程であるドライブイン工程を開始する。時刻ｔ５になると制御部４６は、まずヒータ部４７を制御してプロセスチューブ４８内の温度を熱処理温度である予め定める第３の温度Ｔ３にさせる。予め定める第３の温度Ｔ３は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれる。本実施の形態では、予め定める第３の温度Ｔ３は、たとえば９００℃に選ばれる。次に制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御して、排出ガス導入管３５から純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通してプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの供給を停止させる。時刻ｔ５から予め定める第３の時間経過した時刻ｔ６になると、ステップｓ５からステップｓ６に移る。予め定める第３の時間は、３０分間に選ばれる。
【０１０２】
時刻ｔ５から時刻ｔ６までの３０分間、窒素ガスをプロセスチューブ４８内に供給することによって、半導体基板５４を９００℃の窒素ガスの雰囲気中で３０分間加熱する。プロセスチューブ４８内の窒素ガスの圧力は、たとえば８０ｋＰａ以上かつ３００ｋＰａ未満に選ばれる。排出工程の後にドライブイン工程を行うので、ドライブイン工程を開始する時刻ｔ５には、純水は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に残留していない。したがって、ドライブイン工程の最中に、純水または水蒸気が純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路からプロセスチューブ４８内に流入しない。また排気部４５がプロセスチューブ４８内の水蒸気をプロセスチューブ４８外に排気している。これによって、水蒸気を含まない、９００℃の窒素ガスの雰囲気中で半導体基板５４を３０分間加熱し、ドーピングしたボロンを拡散することができる。
【０１０３】
ステップｓ６では、制御部４６は、ヒータ部４７を制御して、プロセスチューブ４８内を予め定める第４の温度Ｔ４にさせる。予め定める第４の温度Ｔ４は、８００℃に選ばれる。プロセスチューブ４８内の温度が予め定める第４の温度Ｔ４となる時刻ｔ７になると、ステップｓ６からステップｓ７に移る。
【０１０４】
ステップｓ７では、制御部４６は、石英ボート４４の駆動部を制御して、半導体基板５４が保持部５５に保持された石英ボート４４を、プロセスチューブ４８の外に移動させ、半導体基板５４をプロセスチューブ４８から搬出させる。次にステップｓ７に移り、ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理を終了する。
【０１０５】
以上述べたように、ドライブイン工程の前に、排出ガス導入管３５によって形成される管路を通して、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に窒素ガスを流し、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に残留した純水をプロセスチューブ４８内に排出する排出工程を行う。排出工程を行うことによって、ドライブイン工程を開始する時刻ｔ５には、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に純水が残留していない。したがって、ドライブイン工程の最中に、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路から純水および水蒸気がプロセスチューブ４８内に流入しない。これによってドライブイン工程においては、水蒸気を含まない、９００℃の窒素ガスのみの雰囲気中において半導体基板５４を加熱処理することができる。
【０１０６】
窒素ガスに加えて水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板５４を加熱すると、水蒸気の密度に応じて、酸化膜の界面準位密度が変化するが、本実施の形態では、窒素ガスのみの雰囲気中において半導体基板５４を加熱するので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができる。界面準位密度がばらつくと、半導体基板５４の表面部の導電型が反転するときのフィールド反転電圧がばらつくなど、半導体基板に形成する半導体素子の電気的特性がばらつくが、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができるので、電気的特性のばらつきの小さい半導体素子を半導体基板に形成することができる。
【０１０７】
また窒素ガスに加えて水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板５４を加熱すると、水蒸気の密度に応じて、半導体基板５４にドーピングされたボロンの拡散速度も変化するが、本実施の形態では、窒素ガスのみの雰囲気中において半導体基板５４を加熱するので、拡散速度のばらつきを小さくすることができる。これによって、所望するボロンの拡散領域を半導体基板５４に形成することができる。
【０１０８】
また本実施の形態では、排出ガス導入管３５の一端を窒素ガス供給管３４に接続するので、１つのＮ２ガス供給源６５から、排出ガス導入管３５および窒素ガス供給管３４によって形成される管路にそれぞれ窒素ガスを供給することができる。したがって、排出ガス導入管３５および窒素ガス導入管３２によって形成される管路に窒素ガスをそれぞれ供給するガス供給源を２つ別々に設ける必要がなくなる。これによって、酸化膜形成装置３１の構造を簡素化することができ、酸化膜形成装置３１を作成するコストを抑制することができる。
【０１０９】
また本実施の形態では、排出工程において、排出ガス導入管３５、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通ってプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの単位断面積あたりの流量を、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満に制御する。排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量を変化させて、１分間窒素ガスを流した後の、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水の状態を目視観察した結果を表１に示す。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
表１において記号「×」は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内に純水が残留していることを表し、記号「△」は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内に純水がほぼ残留していないことを表し、記号「○」は、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内に純水が残留していないことを表す。
【０１１２】
実験の結果、排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が少なく、３０００または６０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２であれば、純水をプロセスチューブ４８内に完全に排出することができず、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に純水が残留することがわかった。排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２であれば、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水をほぼ排出することができることがわかった。したがって、排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が少なく、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であれば、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路の純水を排除するために、１分よりもさらに長い時間が必要となる。
【０１１３】
排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が少なく、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路に純水が残留してしまうと、ドライブイン工程の最中に、残留した純水が気化して水蒸気になり、プロセスチューブ４８内に流入する。したがって、窒素ガスに加えて水蒸気を含む雰囲気中で半導体基板５４を加熱することになり、酸化膜の界面準位密度がばらついたり、フィールド反転電圧がばらついたりなどする。
【０１１４】
また排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量を、３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上にするためには、ガスを供給する装置の能力の向上、管路の直径の変更、およびガス供給量と排気のバランスを保つために排気部４５の排出能力の向上などを行う必要が生じ、設備が複雑となり、コストが高くなる。さらに、管路を流れる不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量が多いと、不活性ガスの費用がかさみ、コストが高くなる。本実施の形態では、排出ガス導入管３５によって形成される管路に供給する窒素ガスの単位断面積あたりの流量が９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満であるので、簡易な設備で、短い時間で純水をプロセスチューブ４８内に排出することができる。
【０１１５】
また本実施の形態では、排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを１分間以上かつ５分間未満供給する。排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを１分未満の間供給しただけでは、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水を完全にプロセスチューブ４８内に排出することができず、純水が管路内に残留してしまう。この残留した純水がドライブイン工程の最中に気化してプロセスチューブ４８内に流入すると、前述したように酸化膜の界面準位密度がばらついたり、フィールド反転電圧がばらついたりなどする。また５分間以上排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを供給すると、この間中、純水または水蒸気が強制的にプロセスチューブ４８内に排出され、５分以上水蒸気の雰囲気中で半導体基板５４が加熱処理される。長い時間水蒸気の雰囲気中で半導体基板５４を加熱処理すると、酸化膜の界面準位密度がばらついたり、フィールド反転電圧がばらついたりなどする。本実施の形態では、排出ガス導入管３５によって形成される管路に窒素ガスを１分間以上かつ５分間未満供給するので、半導体基板５４を長い時間水蒸気の雰囲気にさらすことなく、純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路内の純水を確実に除去することができる。
【０１１６】
また本実施の形態では、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気中でドライブイン工程を行う。７００℃未満の低温で半導体基板５４を加熱する場合、半導体基板５４にドーピングされたボロンの拡散速度が小さくなり、所望する領域に不純物を拡散するために多くの時間を要する。また１１００℃以上の高温で半導体基板５４を加熱すると、半導体基板に欠陥が生じたりする。本実施の形態では、７００℃以上かつ１１００℃未満の雰囲気中でドライブイン工程を行うので、半導体基板５４に欠陥を生じさせずに、短い時間でボロンを所望する領域に拡散することができる。
【０１１７】
また本実施の形態では、排出ガス導入管３５の他端は、整流部５８よりも純水が流れる方向の上流側に接続されるので、純水が残留し易い整流部５８に残留する純水を、確実にプロセスチューブ４８内に排出することができる。
【０１１８】
また本実施の形態では、液落下ノズル部５６の純水が吐出する吐出口の内径φは、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれる。液落下ノズル部５６の吐出口の内径φが小さく、０．３ｍｍ未満であれば吐出口から吐出する純水の流量が小さくなり、所望する量の純水をプロセスチューブ４８内に供給することができない。また吐出口の内径φが大きく、１．０ｍｍ以上であれば、吐出口から過剰の純水が吐出し、過剰の純水がプロセスチューブ４８内に流れ込むことになる。過剰の純水がプロセスチューブ４８内に流れ込むと、酸化膜の膜厚が所望する厚さよりも厚くなったり、半導体基板５４の表面に水蒸気の跡が形成されたりする。したがって、本実施の形態では、液落下ノズル部５６の吐出口の内径φは、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれる。これによって、半導体基板５４の表面に水蒸気の跡を付けずに、所望する膜厚の酸化膜を形成することができる。
【０１１９】
また本実施の形態では、液受部５７の内周面６１は、鉛直方向最下部を除いて、頂点が鉛直方向の下方側に位置する半球形状を有する。液落下ノズル部５６の吐出口から吐出する純水は、重力によって液受部５７の最下部に流れ込む。したがって、液受部５７に純水が滞留し難くなり、液受部５７に純水が残留し難くなる。これによって、ドライブイン工程の最中に整流部５８からプロセスチューブ４８内に純水または水蒸気が流れ込まなくなる。
【０１２０】
本実施の形態では、不活性ガスとして窒素ガスを用いるとしたけれども、ＡｒガスおよびＨｅガスなどの反応性に乏しいガスを用いてもよい。
【０１２１】
また本実施の形態では、ボロンがドーピングされた半導体基板５４に酸化膜を形成し、ボロンを拡散するとしたけれども、リンがドーピングされた半導体基板５４に酸化膜を形成し、リンを拡散してもよい。この場合であっても、水蒸気を含まない窒素ガスのみの雰囲気中においてドライブイン工程を行うことができるので、所望するリンの拡散領域を形成したり、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成したりすることができ、前述した効果と同様の効果を得ることができる。またバイポーラトランジスタのベースおよびコレクタを形成する不純物の拡散工程が終わった後、エミッタを形成するための不純物がドーピングされた半導体基板５４に、酸化膜を形成し、このエミッタを形成するための不純物を拡散してもよい。エミッタと酸化膜との界面の界面準位密度のばらつきを抑えてバイポーラトランジスタを半導体基板５４に形成することができるので、界面準位密度に影響されるフィールド反転電圧などの電気的特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１２２】
また本実施の形態では、導入管３２は、略円筒形状を有し、プロセスチューブ４８から離反するに連れて鉛直方向上方に傾斜するとしたけれども、導入管３２の内周面は、純水をプロセスチューブ４８内に流入させ易い形状であればよい。たとえば導入管３２の内周面が、プロセスチューブ４８から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状であってもよい。
【０１２３】
図５は、テーパ形状の内周面７５を有する導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。テーパ角度θ２は、１０°以上かつ１２０°未満に選ばれる。テーパ角度θ２が小さく、１０°未満であれば、導入管３２によって形成される管路内の純水がスムーズにプロセスチューブ内に流入せず、導入管３２によって形成される管路内に純水が残留するおそれがある。またテーパ角度θ２が大きく、１２０°以上であれば、導入管３２とプロセスチューブ４８の側面との空間が小さくなり、断熱部５１を配置することが困難になる。テーパ角度θ２が１０°以上かつ１２０°未満の内周面７５を有する導入管３２をプロセスチューブ４８に接続することによって、断熱部５１を容易に配置することができ、導入管３２によって形成される管路に純水が残留し難くなる。
【０１２４】
また本実施の形態では、排出工程において、排出ガス導入管３５に継続的に窒素ガスを供給するとしたけれども、窒素ガスを複数回に分けて断続的に排出ガス導入管３５に供給するようにしてもよい。複数回に分けて窒素ガスを排出ガス導入管３５に供給し、純水供給管３３および導入管３２に残留する水をプロセスチューブ４８内に排出するので、排出ガス導入管３５に１回だけ窒素ガスを流して純水供給管３３および導入管３２に残留する水をプロセスチューブ４８内に排出する場合に比べて、効率的に純水供給管３３および導入管３２に残留する水を排出することができる。効率的に純水供給管３３および導入管３２に残留する水を排出することができるので、窒素ガスの流量を抑制することができる。これによって、半導体基板５４の表面に酸化膜を形成するためのコストを抑制することができる。
【０１２５】
本発明の第２の実施の形態の酸化膜形成装置３１は、第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１と異なり、ドライブイン工程において、窒素ガスに加えて酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給する。また第２の実施の形態の酸化膜形成装置３１は、バイポーラトランジスタのベースおよびコレクタを形成する不純物が拡散され、エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、エミッタ領域を形成するリンを拡散する。本発明の第２の実施の形態の酸化膜形成装置３１は、前述した第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１と同様の構成である。したがって、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。
【０１２６】
図６は、エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。シーケンス図の横軸は、時間を表す。図７は、エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。
【０１２７】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と、ドライブイン工程が異なる。したがって、図７のフローチャートのステップｕ０〜ステップｕ４は、図４のフローチャートのステップｓ０〜ステップｓ４とそれぞれ同じであり、図７のフローチャートのステップｕ６〜ステップｕ８は、図４のフローチャートのステップｓ６〜ステップｓ８とそれぞれ同じである。
【０１２８】
ステップｕ５では、ドライブイン工程を開始する。時刻ｔ５になると制御部４６は、まずヒータ部４７を制御してプロセスチューブ４８内の温度を予め定める第３の温度Ｔ３にさせる。予め定める第３の温度Ｔ３は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれる。本実施の形態では、予め定める第３の温度Ｔ３は、９００℃に選ばれる。次に制御部４６は、排出ガス量調整部４１を制御して、排出ガス導入管３５から純水供給管３３および導入管３２によって形成される管路を通してプロセスチューブ４８内に流入する窒素ガスの供給を停止させる。次に制御部４６は、酸素ガス量調整部４２を制御して、プロセスチューブ４８内の酸素ガスを予め定める密度にするように、酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給させる。プロセスチューブ４８内の酸素ガスの予め定める密度は、０．４５ｍｏｌ／ｍ３以上かつ４．５ｍｏｌ／ｍ３未満に選ばれる。時刻ｔ５から予め定める第３の時間経過した時刻ｔ６になると、ステップｕ５からステップｕ６に移る。予め定める第３の時間は、３０分間に選ばれる。
【０１２９】
時刻ｔ４から酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給することによって、窒素ガスおよび酸素ガスを含む雰囲気中において半導体基板５４を加熱し、リンを拡散することができる。
【０１３０】
酸素ガスを含む雰囲気中では、半導体基板５４にドーピングされた不純物が増速拡散する。したがって、不純物の拡散速度が大きくなり、酸素ガスを含まない雰囲気中で不純物を拡散させる場合に比べて、短時間で不純物を所望する領域に拡散することができる。
【０１３１】
またステップｕ０〜ステップｕ８までの処理を行うことによって形成される酸化膜の界面準位密度は、ドライブイン工程における半導体基板５４の雰囲気中の酸素密度に依存する。したがって、界面準位密度に依存するバイポーラドランジスタの電気的な諸特性も、ドライブイン工程における半導体基板５４の雰囲気中の酸素密度に依存する。
【０１３２】
図８は、エミッタ抵抗とドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。縦軸は、エミッタ領域の抵抗値を表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。図８に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、エミッタ抵抗の小さいバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望するエミッタ抵抗を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３３】
図９は、閾値電圧Ｖｔｈとドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。縦軸は、閾値電圧Ｖｔｈを表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。閾値電圧Ｖｔｈは、トランジスタのベースとコレクタとを短絡し、ベースおよびコレクタに対して負の電圧をエミッタに印加したときに、コレクタとエミッタとの間に電流が流れ出すときの電圧のことである。図９に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、閾値電圧Ｖｔｈの高いバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する閾値電圧Ｖｔｈを有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３４】
図１０は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅと、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。縦軸は、電流増幅率Ｈｆｅを表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。図１０に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、電流増幅率Ｈｆｅの高いバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する電流増幅率Ｈｆｅを有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３５】
図１１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅ比と、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。電流増幅率Ｈｆｅ比とは、コレクタに流れる電流が１０μＡのときの電流増幅率Ｈｆｅを、コレクタに流れる電流が１ｍＡのときの電流増幅率Ｈｆｅで除した値である。縦軸は、電流増幅率Ｈｆｅ比を表し、横軸は、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を表す。図１１に示すように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を高くすると、電流増幅率Ｈｆｅ比の低いバイポーラトランジスタが形成される。したがって、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する電流増幅率Ｈｆｅ比を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３６】
以上述べたように、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を制御することによって、所望する電気的特性を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。この酸素ガスの密度が小さく、０．４５ｍｏｌ／ｍ３未満であれば、酸素ガスをプロセスチューブ４８内に供給することによってバイポーラトランジスタの電気的特性が変化する効果がほとんど現れない。逆に酸素ガスの密度が大きく、０．４５ｍｏｌ／ｍ３以上にしたとしても、閾値電圧Ｖｔｈは、飽和して変化しなくなるので、酸素ガスの密度をこれ以上高くする効果がない。本実施の形態では、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度を、０．４５ｍｏｌ／ｍ３以上かつ４．５ｍｏｌ／ｍ３未満に制御するので、所望する電気的特性を有するバイポーラトランジスタを形成することができる。
【０１３７】
また第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１と同様に、水蒸気を含まない雰囲気中でドライブイン工程を行うことができるので、界面準位密度のばらつきの小さい酸化膜を形成することができ、電気特性のばらつきの小さいバイポーラトランジスタを形成することができる。これによって、歩留りを向上することができる。
【０１３８】
本実施の形態では、半導体基板５４にバイポーラトランジスタを形成するとしたけれども、バイポーラトランジスタに限らず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor）およびＪＦＥＴ（Junction Field Effect Transistor）などの電界効果トランジスタを、半導体基板５４に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の酸化膜形成装置３１の構成を示す模式図である。
【図２】導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。
【図３】ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。
【図４】ボロンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、ボロンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。
【図５】テーパ形状の内周面７５を有する導入管３２とプロセスチューブ４８とが接続される部分を模式的に示す断面図である。
【図６】エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。
【図７】エミッタ領域を形成するリンがドーピングされた半導体基板５４の表面部に酸化膜を形成し、リンを拡散する処理を行うときに、制御部４６が行う処理を表すフローチャートである。
【図８】エミッタ抵抗とドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図９】閾値電圧Ｖｔｈとドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図１０】ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅと、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図１１】ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタの電流増幅率Ｈｆｅ比と、ドライブイン工程中のプロセスチューブ４８内の酸素ガスの密度との関係を表すグラフである。
【図１２】従来の技術の酸化膜形成装置１の構成を示す模式図である。
【図１３】半導体基板２の表面部に酸化膜を形成する処理の時間的流れを表すシーケンス図である。
【符号の説明】
【０１４０】
３１ 酸化膜形成装置
３２ 導入管
３３ 純水供給管
３４ 窒素ガス供給管
３４ 排出ガス導入管
３６ 酸素ガス供給管
３７ 純水量調整部
３８ 窒素ガス量調整部
４１ 排出ガス量調整部
４２ 酸素ガス量調整部
４３ 炉
４４ 石英ボート
４５ 排気部
４６ 制御部
４７ ヒータ部
４８ プロセスチューブ
５４ 半導体基板
５６ 液落下ノズル部
５７ 液受部
５８ 整流部
６２ 純水供給源
６３ ニードル弁
６４ フローメータ
６５ Ｎ２ガス供給源
６６ 第１ＭＦＣ
６７ 第１電磁弁
６８ Ｏ２ガス供給源
７１ 第２ＭＦＣ
７２ 第２電磁弁
７３ 第３ＭＦＣ
７４ 第３電磁弁
７５ 導入管の内周面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める酸化温度にして、前記反応容器に接続される管路を通じて前記反応容器内に水を供給し、この水が気化した水蒸気によって反応容器内を酸化雰囲気にして、前記半導体基板の表面を熱酸化させる熱酸化工程と、
前記管路から反応容器内への水の供給を停止した後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給して、前記管路に残留する水を反応容器内に排出し、反応容器内で気化した水蒸気を反応容器外へ排出する排出工程と、
排出工程を終了させた後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給し、反応容器内の雰囲気を予め定める熱処理温度に保持する熱処理工程とを含むことを特徴とする酸化膜形成方法。
【請求項２】
前記排出工程および前記熱処理工程に用いられる不活性ガスを、同一のガス供給源から供給することを特徴とする請求項１記載の酸化膜形成方法。
【請求項３】
前記排出工程では、前記管路における不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量は、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満に選ばれることを特徴とする請求項１または２記載の酸化膜形成方法。
【請求項４】
前記排出工程では、前記反応容器内に１分間以上かつ５分間未満、不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項５】
前記排出工程では、前記管路を通じて前記反応容器内に不活性ガスを断続的に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項６】
前記半導体基板には、リンがドーピングされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項７】
前記半導体基板には、ボロンがドーピングされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項８】
前記半導体基板には、バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項９】
前記熱処理温度は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項１０】
前記熱処理工程では、前記管路を通じて反応容器内に酸素ガスを供給することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項１１】
半導体基板を収容する反応容器と、
半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める温度にする温度調整部と、
反応容器内のガスを反応容器外へ排出する排出部と、
反応容器に接続され、反応容器内に通じる第１管路を形成する第１管路形成体と、
水の供給源から供給される水を、前記第１管路に導く第２管路を形成する第２管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第1管路に導く第３管路を形成する第３管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第２管路に導く第４管路を形成する第４管路形成体と、
第２管路形成体に設けられ、第２管路を流れる水の流量を調整する第１流量調整部と、
第３管路形成体に設けられ、第３管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第２流量調整部と、
第４管路形成体に設けられ、第４管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第３流量調整部と、
予め定める第１の時間、第２管路に水を流すように第１流量調整部を制御し、第２管路に水を流した後、第３管路に不活性ガスを流すように第２流路調整部を制御するとともに、予め定める第２の時間、第４管路に不活性ガスを流すように第３流量調整部を制御する制御部とを含むことを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項１２】
前記第２管路形成体には、第１流量調整部と第１管路との間に、液落下ノズル部、および液落下ノズル部の鉛直方向下方で、液落下ノズル部の吐出口から吐出する水を受ける液受部が設けられ、前記第４管路形成体は、第１流量調整部と液落下ノズル部との間で第２管路形成体に接続されることを特徴とする請求項１１記載の酸化膜形成装置。
【請求項１３】
前記液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれることを特徴とする請求項１２記載の酸化膜形成装置。
【請求項１４】
前記液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するように傾斜することを特徴とする請求項１２または１３記載の酸化膜形成装置。
【請求項１５】
前記第１管路形成体は、反応容器から離反するに連れて鉛直方向上方に傾斜することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の酸化膜形成装置。
【請求項１６】
前記第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の酸化膜形成装置。
【請求項１】
半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める酸化温度にして、前記反応容器に接続される管路を通じて前記反応容器内に水を供給し、この水が気化した水蒸気によって反応容器内を酸化雰囲気にして、前記半導体基板の表面を熱酸化させる熱酸化工程と、
前記管路から反応容器内への水の供給を停止した後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給して、前記管路に残留する水を反応容器内に排出し、反応容器内で気化した水蒸気を反応容器外へ排出する排出工程と、
排出工程を終了させた後、前記管路を通じて反応容器内に不活性ガスを供給し、反応容器内の雰囲気を予め定める熱処理温度に保持する熱処理工程とを含むことを特徴とする酸化膜形成方法。
【請求項２】
前記排出工程および前記熱処理工程に用いられる不活性ガスを、同一のガス供給源から供給することを特徴とする請求項１記載の酸化膜形成方法。
【請求項３】
前記排出工程では、前記管路における不活性ガスの単位流路断面積あたりの流量は、９０００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２以上かつ３００００Ｌ／ｓｅｃ・ｍ２未満に選ばれることを特徴とする請求項１または２記載の酸化膜形成方法。
【請求項４】
前記排出工程では、前記反応容器内に１分間以上かつ５分間未満、不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項５】
前記排出工程では、前記管路を通じて前記反応容器内に不活性ガスを断続的に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項６】
前記半導体基板には、リンがドーピングされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項７】
前記半導体基板には、ボロンがドーピングされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項８】
前記半導体基板には、バイポーラトランジスタのエミッタを形成するための不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項９】
前記熱処理温度は、７００℃以上かつ１１００℃未満に選ばれることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項１０】
前記熱処理工程では、前記管路を通じて反応容器内に酸素ガスを供給することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の酸化膜形成方法。
【請求項１１】
半導体基板を収容する反応容器と、
半導体基板が収容される反応容器内の雰囲気を予め定める温度にする温度調整部と、
反応容器内のガスを反応容器外へ排出する排出部と、
反応容器に接続され、反応容器内に通じる第１管路を形成する第１管路形成体と、
水の供給源から供給される水を、前記第１管路に導く第２管路を形成する第２管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第1管路に導く第３管路を形成する第３管路形成体と、
不活性ガスの供給源から供給される不活性ガスを前記第２管路に導く第４管路を形成する第４管路形成体と、
第２管路形成体に設けられ、第２管路を流れる水の流量を調整する第１流量調整部と、
第３管路形成体に設けられ、第３管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第２流量調整部と、
第４管路形成体に設けられ、第４管路を流れる不活性ガスの流量を調整する第３流量調整部と、
予め定める第１の時間、第２管路に水を流すように第１流量調整部を制御し、第２管路に水を流した後、第３管路に不活性ガスを流すように第２流路調整部を制御するとともに、予め定める第２の時間、第４管路に不活性ガスを流すように第３流量調整部を制御する制御部とを含むことを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項１２】
前記第２管路形成体には、第１流量調整部と第１管路との間に、液落下ノズル部、および液落下ノズル部の鉛直方向下方で、液落下ノズル部の吐出口から吐出する水を受ける液受部が設けられ、前記第４管路形成体は、第１流量調整部と液落下ノズル部との間で第２管路形成体に接続されることを特徴とする請求項１１記載の酸化膜形成装置。
【請求項１３】
前記液落下ノズル部の吐出口の内径は、０．３ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ未満に選ばれることを特徴とする請求項１２記載の酸化膜形成装置。
【請求項１４】
前記液受部の内周面は、鉛直方向下方に向かうに連れて近接するように傾斜することを特徴とする請求項１２または１３記載の酸化膜形成装置。
【請求項１５】
前記第１管路形成体は、反応容器から離反するに連れて鉛直方向上方に傾斜することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の酸化膜形成装置。
【請求項１６】
前記第１管路形成体の内周面は、中心軸が水平方向に延び、反応容器から離反するに連れて内径が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の酸化膜形成装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−４２９３７（Ｐ２００７−４２９３７Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２６７６５（Ｐ２００５−２２６７６５）
【出願日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月４日（２００５．８．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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