(57)【要約】【課題】オゾンガスの酸化力低下を防止し、効率的に基板の酸化処理を行うことができるようにすることにある。【解決手段】基板処理装置は、ウエハ２００を収容する処理室２０１と、処理室２０１内に設けられ、噴出孔２４８ｂを有するノズル２３３ｂと、ノズル２３３ｂの内側であって噴出孔２４８ｂの近傍に設けられる貴金属系触媒１０４と、ノズル２３３ｂにオゾンガスを供給するオゾンガス供給系２５２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、噴出孔を有するノズルと、
前記ノズルの内側であって前記噴出孔の近傍に設けられる貴金属系触媒と、
前記ノズルにオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、を備える基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、酸化膜の形成は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２その他の酸化剤を用いて行うのが一般的である。このとき少なくとも処理室内を８００℃以上として熱処理を行う必要がある。
【０００３】
最近ではＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のメモリセルの微細化に伴い酸化処理の低温化及び薄膜化が求められているため、基板の酸化処理にオゾンガスを用いることが考えられる。オゾンガスは高濃度で供給すれば（例えば、十数ｖｏｌ／Ｎｍ３）、処理室内温度を低温（〜３５０℃）にしても十分な酸化力を発揮できるためである。また、オゾンガスを用いた酸化処理によって得られる酸化膜の絶縁破壊特性も従来の酸化方式と同等以上である。これらはオゾンが極めて短時間で酸素へと自己分解し、安定する特性があり、分解直後に生成されるＯ（原子状酸素）が極めて大きな酸化力（塩素の数倍）をもつことによる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の基板処理装置においては、オゾンガス発生器からウエハ到達まで１５ｍ程度の距離があり、これを通過する間にオゾンガスが自己分解して、十分な酸化力を得られないという問題があった。
【０００５】
そこで本発明の課題は、オゾンガスの酸化力低下を防止し、効率的に基板の酸化処理を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、噴出孔を有するノズルと、
前記ノズルの内側であって前記噴出孔の近傍に設けられる貴金属系触媒と、
前記ノズルにオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、を備える基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
ノズル内に設けられた貴金属系触媒の触媒作用により、オゾンガスの酸化力の低下を防止し、基板の酸化処理の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の切断線II-IIに沿った矢視断面図である。
【図３】ノズルの概略縦断面図及び概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態に限定するものではない。
【００１０】
図１は、本実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理装置２０２の概略構成図である。図２は図１の切断線II-IIに沿った矢視断面図である。
【００１１】
反応管２０３は円筒形状に形成され、反応管２０３はその軸線が上下方向になるよう立てられ、反応管２０３の上端部が閉塞し、反応管２０３の下端部が開口している。反応管２０３の外周部には加熱装置（加熱手段）としてのヒータ２０７が配設されている。
【００１２】
反応管２０３の下方にはマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９はステンレスその他の金属材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端と反応管２０３の下端が気密部材としてのＯリング２２０ａを介して接続されており、マニホールド２０９が反応管２０３を支持するように設けられている。
【００１３】
マニホールド２０９の下端は、Ｏリング２２０ｂを介して蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に閉塞されている。これにより反応管２０３、マニホールド２０９及びシールキャップ２１９により処理室２０１が形成される。
【００１４】
シールキャップ２１９の上にはボート支持台２１８を介して基板保持部材（基板保持手段）であるボート２１７が立設されている。ボート２１７には１バッチ分のウエハ２００が水平姿勢で上下方向に多段状に積載されている。
【００１５】
シールキャップ２１９の下には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。また、シールキャップ２１９の下方には図示しないボートエレベータ機構が設けられ、ボートエレベータ機構によりシールキャップ２１９は上下方向に昇降可能に構成されている。これによりシールキャップ２１９に立設されたボート２１７及びボート支持台２１８が反応管２０３内を昇降可能となっている。
【００１６】
またマニホールド２０９の側壁には、処理室２０１内を排気するガス排気管２３１が連結されている。ガス排気管２３１の下流側には、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２４４及び排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６が接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている。
この基板処理装置２０２に設けられたガス供給装置２３０について説明する。
ガス供給装置２３０においては、処理室２０１内へ処理ガスを供給する供給経路としてのガス供給管２３２ａ，２３２ｂが処理室２０１の外から処理室２０１内にかけて配管されている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂは、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにしてマニホールド２０９に取り付けられている。
【００１７】
処理室２０１の外では、ガス供給管２３２ａの上流側から順に、流量制御装置（流量制御手段）としての液体マスフローコントローラ２４０、気化器２４２及び開閉弁としてのバルブ２４３ａがガス供給管２３２ａに設けられている。バルブ２４３ａより下流には、キャリアガス供給管２３４ａが接続されている。キャリアガス供給管２３４ａには上流側から順に、流量制御装置（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｂ及び開閉弁としてのバルブ２４３ｃが設けられ、キャリアガス供給管２３４ａがバルブ２４３ｃよりも下流側においてガス供給管２３２ａと接続されている。なお、ガス供給管２３２ａに気体原料を流す場合には、液体マスフローコントローラ２４０を気体用のマスフローコントローラに交換し、気化器２４２を取り外す。
ガス供給管２３２ａの下流側は処理室２０１内に配置され、その下流側先端にはノズル２３３ａが連結されている。ノズル２３３ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に配置され、反応管２０３の内壁に沿うとともにウエハ２００の積載方向に沿って、ガス供給管２３２ａの下流側先端から上に延在する。ノズル２３３ａの側面には複数の噴出孔２４８ａが設けられ、これらノズル２３３ａ内のガスが噴出孔２４８ａを通って処理室２０１内に噴出される。これらの噴出孔２４８ａは、それぞれ同一面積を有し、等間隔に上下方向に配列されている。
【００１８】
処理室２０１の外側では、ガス供給管２３２ｂの上流から順に、オゾン発生器１、流量制御装置（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁としてのバルブ２４３ｂがガス供給管２３２ｂに設けられている。オゾン発生器１は、オゾン発生器１内に供給されるＯ２ガスからＯ３ガスを生成する装置である。バルブ２４３ｂより下流には、キャリアガス供給管２３４ｂが接続されている。キャリアガス供給管２３４ｂには上流側から順に、流量制御装置（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｃ及び開閉弁としてのバルブ２４３ｄが設けられ、キャリアガス供給管２３４ｂがバルブ２４３ｄよりも下流側においてガス供給管２３２ｂと接続されている。キャリアガス供給管２３４ｂ、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｄ及びガス供給管２３２ｂにより、不活性ガス供給系２５１が構成される。
ガス供給管２３２ｂの下流側先端は処理室２０１内に配置され、ノズル２３３ｂが連結されている。ノズル２３３ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に配置され、反応管２０３の内壁に沿うとともにウエハ２００の積載方向に沿って、ガス供給管２３２ｂの下流側先端から上に延在する。ガス供給管２３２ｂ、オゾン発生器１、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ｂ及びノズル２３３ｂにより、オゾンガス供給系２５２が構成される。
【００１９】
ここで、図３を参照してノズル２３３ｂの構造について説明する。図３（ａ）はノズル２３３ｂの概略縦断面図であり、図３（ｂ）はノズル２３３ｂの概略横断面図である。
【００２０】
ノズル２３３ｂの側面には、中空錐台状の複数の突出部２４８ｃが形成され、これら突出部２４８ｃはノズル２３３ｂの側面から処理室２０１内のボート２１７に向けて突出している。突出部２４８ｃが先細りしているとともに、突出部２４８ｃの中空も先細りしている。その突出部２４８ｃの中空に通じ、突出部２４８ｃの突端に噴出孔２４８ｂが開口し、ノズル２３３ｂ内のガスが噴出孔２４８ｂを通じて処理室２０１内に噴出される。突出部２４８ｃが先細りとなっているから、ガスの噴出流速が高まる。これら噴出孔２４８ｂの開口面積は何れも等しく、これら噴出孔２４８ｂが等間隔に上下方向に配列されている。
ノズル２３３ｂの内側には棒状のヒータ１０１が挿通し、ヒータ１０１は複数の噴出孔２４８ｂの近傍に配設されている。ヒータ１０１の表面にはメッキ等により貴金属系触媒１０４が担持されており、ノズル２３３ｂ内のガスが貴金属系触媒１０４に接触するように構成されている。貴金属系触媒１０４は白金その他の貴金属からなる。ヒータ１０１には熱電対１０５が内蔵されており、ヒータ１０１及び貴金属系触媒１０４の温度に応じた起電力が熱電対１０５に発生する。
また、ノズル２３３ｂの下端は内部で二股に分かれており、ノズル下部１０６，１０７が構成されている。ノズル下部１０６はガス供給管２３２ｂに接続されている。そしてノズル下部１０７には、ヒータリード線１０２及びＴＣリード線１０３が通っており、ヒータリード線１０２を介してヒータ１０１がコントローラ２８０に電気的に接続されている。ＴＣリード線１０３を介して熱電対１０５がコントローラ２８０に電気的に接続されている。また、ヒータ１０１の下端部はノズル下部１０７に固定されている。なお、温度センサとして、起電力により温度を検出する熱電対１０５を用いたが、他の種類の温度センサをヒータ１０１に内蔵してもよい。
【００２１】
制御部（制御手段）としてのコントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ２４０、マスフローコントローラ２４１ａ〜２４１ｃ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、ＡＰＣバルブ２４４、ヒータ２０７、ヒータ１０１、熱電対１０５、真空ポンプ２４６、回転機構２６７及び図示しないボート昇降機構に接続されており、液体マスフローコントローラ２４０、マスフローコントローラ２４１ａ〜２４１ｃの流量調整、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７、ヒータ１０１及び熱電対１０５による温度制御、真空ポンプ２４６の起動・停止、回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御が行われる。
【００２２】
次に上述の半導体製造装置を用いて、半導体デバイス（半導体装置）の製造工程の一工程としてのＡＬＤ法による成膜処理方法について説明する。本実施形態では、ＴＥＭＡＨ（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５）］４、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム）及びＯ３を用いてＨｆＯ２膜を成膜する例について説明する。
【００２３】
ＣＶＤ法の一つであるＡＬＤ法は、所定の成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる少なくとも２種類の原料となる反応性ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は反応性ガスを供給するサイクル数によって行う（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、２０サイクル行う）。ＡＬＤ法によれば、１８０〜２５０℃の温度条件で、ＴＥＭＡＨとＯ３から高品質のＨｆＯ２膜を得ることができる。
【００２４】
以下に示す基板処理装置２０２の各部の動作順序は、コントローラ２８０によってなされる。つまり、コントローラ２８０がシーケンス制御を行うことによって、基板処理装置２０２の各部が以下の順序で動作する。
まず、ウエハ２００をボート２１７に装填し、これを図示しないボートエレベータ機構により処理室２０１内に搬入する。搬入後、後述する３つのステップを順次実行する。なお、各ステップでヒータ１０１，２０７は継続して加熱する。ヒータ１０１の設定温度は１５０〜２５０℃の温度範囲内であり、コントローラ２８０が熱電対１０５による検出温度をフィードバックして、ヒータ１０１の温度を設定温度に保つようにヒータ１０１の供給電力をフィードバック制御する。これにより貴金属系触媒１０４を加熱して、貴金属系触媒１０４の失活を防止している。
【００２５】
（ステップ１）
バルブ２４３ｂを閉じ、バルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄ及びＡＰＣバルブ２４４を開放し、ガス供給管２３２ａにＴＥＭＡＨ、キャリアガス供給管２３４ａ，２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２ガス）を流す。ガス供給管２３２ａの上流から供給されるＴＥＭＡＨは、液体マスフローコントローラ２４０により流量調整され、気化器２４２により気化される。キャリアガス供給管２３４ａの上流から供給されるキャリアガスは、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。気化したＴＥＭＡＨガスは、流量調整されたキャリアガスとガス供給管２３２ａ内で混合されて、ノズル２３３ａの噴出孔２４８ａから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。これにより、ＴＥＭＡＨガスがウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
また、ＴＥＭＡＨガスを処理室２０１内に供給するときには、キャリアガス供給管２３４ｂから供給されるキャリアガスをノズル２３３ｂに供給するが、Ｏ３ガスの供給は行わない。これによりＯ３ガスの供給を必要としないときでも、ノズル２３３ｂ内に処理ガスが流入しないため、貴金属系触媒１０４の失活を防止できる。
【００２６】
液体マスフローコントローラ２４０で制御するＴＥＭＡＨの供給量は、例えば０．０１〜０．１ｇ／ｍｉｎの範囲内の流量とする。ＴＥＭＡＨガスにウエハ２００を晒す時間は、例えば３０〜１８０秒間の範囲内の時間とする。ウエハ２００の温度は１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば２２０℃となるようにヒータ２０７の温度を設定する。
【００２７】
（ステップ２）
バルブ２４３ａを閉じ、ＴＥＭＡＨの供給を停止する。このときＡＰＣバルブ２４４は開放したままとし、処理室２０１内の圧力が２０Ｐａ以下となるまで真空ポンプ２４６により処理室２０１内を排気し、系内に残留するＴＥＭＡＨガスを処理室２０１内から排除する。このときＮ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ガスを排除する効果が高まる。
【００２８】
（ステップ３）
バルブ２４３ｂ，２４３ｄを開放し、ガス供給管２３２ｂにＯ３ガス、キャリアガス供給管２３４ｂにキャリアガス（Ｎ２ガス）を流す。キャリアガスは、キャリアガス供給管２３４ｂから供給され、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。Ｏ３ガスは、オゾン発生器１から供給され、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＯ３ガスは、流量調整されたキャリアガスとガス供給管２３２ａ内で混合されて、ノズル２３３ｂの噴出孔２４８ｂから処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。ここで、オゾン発生器１から放出されたＯ３ガスの一部は、ウエハ２００に到達するまでの間にＯ２ガスへと自己分解する。自己分解したＯ２ガスはノズル２３３ｂを通過する際に貴金属系触媒１０４に接触し、Ｏ２ガスは貴金属系触媒により解離吸着される。これにより活性酸素（原子状酸素を含む）が生成され、それらのガスが処理室２０１内に供給される。Ｏ３ガスとウエハ２００の表面に化学吸着したＴＥＭＡＨとが表面反応し、ウエハ２００上にＨｆＯ２膜が成膜される。
【００２９】
Ｏ３ガスにウエハ２００を晒す時間は例えば１０〜１２０秒間の範囲内の時間とする。このときのウエハ２００の温度は、ステップ１のＴＥＭＡＨガスの供給時と同じく１８０〜２５０℃の範囲であって、例えば２２０℃となるようにヒータ２０７の温度を設定する。
【００３０】
ＨｆＯ２膜成膜後、バルブ２４３ｂ，２４３ｄを閉じ、処理室２０１内へのＯ３ガス及びキャリアガスの供給を停止する。真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、残留するＯ３ガスの成膜に寄与した後のガスを排除する。このとき、Ｎ２ガス等の不活性ガスを反応管２０３内に供給すると、更に残留するＯ３ガスの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。
【００３１】
上述したステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ２００上に所定の膜厚のＨｆＯ２膜を成膜することができる。
所定の膜厚のＨｆＯ２膜を成膜したら、ボートエレベータ機構によりボート２１７を下降させて処理室２０１から搬出し、ウエハ２００をボート２１７から取り出す。
【００３２】
以上の発明によれば、オゾンガスの自己分解により発生した酸素ガスをウエハ近傍の貴金属系触媒に解離吸着させることで酸素ガスをより酸化力の強い活性酸素へ生成できるので、オゾンガスによる酸化処理の酸化力の低下を防止でき、基板の酸化処理の効率を高めることができる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の第１の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、噴出孔を有するノズルと、
前記ノズルの内側であって前記噴出孔の近傍に設けられる貴金属系触媒と、
前記ノズルにオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、を備える基板処理装置が提供される。
【００３４】
好ましくは、前記第１の態様において、
前記ノズルの内側に設けられ、前記貴金属系触媒を加熱するヒータを更に備える。
【００３５】
好ましくは、前記第１の態様において、
前記ノズルに不活性ガスを供給する不活性ガス供給系を更に備える。
【００３６】
好ましくは、前記第１の態様において、
前記オゾンガス供給系によって前記ノズルにオゾンガスが供給されていないときには、前記不活性ガス供給系によって前記ノズルに不活性ガスが供給されている。
【００３７】
本発明の第２の態様によれば、
噴出孔を有するノズルと、
前記ノズルの内側であって前記噴出孔の近傍に設けられる貴金属系触媒と、
前記ノズルにオゾンガスを供給するオゾンガス供給系と、を備えるガス供給装置が提供される。
【００３８】
好ましくは、前記第２の態様において、
前記ノズルの内側に設けられ、前記貴金属系触媒を加熱するヒータを更に備える。
【００３９】
好ましくは、前記第２の態様において、
前記ノズルに不活性ガスを供給する不活性ガス供給系を更に備える。
【００４０】
好ましくは、前記第２の態様において、
前記オゾンガス供給系によって前記ノズルにオゾンガスが供給されていないときには、前記不活性ガス供給系によって前記ノズルに不活性ガスが供給されている。
【符号の説明】
【００４１】
１  オゾン発生器
１０１  ヒータ
１０４  貴金属系触媒
２００  ウエハ
２０１  処理室
２０２  基板処理装置
２０３  反応管
２０７  ヒータ
２０９  マニホールド
２１７  ボート
２３０  ガス供給装置
２３１  ガス排気管
２３３ａ  ノズル
２３３ｂ  ノズル
２３４ａ  キャリアガス供給管
２３４ｂ  キャリアガス供給管
２４８ａ  噴出孔
２４８ｂ  噴出孔
２５１  不活性ガス供給系
２５２  オゾンガス供給系
【図１】
2010225887.tif 000003
【図２】
2010225887.tif 000004
【図３】
2010225887.tif 000005