(57)【要約】【課題】フレームフリー湿式酸化を提供すること。【解決手段】半導体表面の湿式酸化で用いるための水は、超純粋水素および超純粋酸素を火炎を生じることなく反応させることによって生成することができる。火炎を用いないので、“トーチ”の石英成分に影響を与える火炎による混入は問題ではない。水のフレームフリー生成は、水素および酸素を、発火させない条件下で反応させることによって行なう。これは、水素分子が貴ガスまたは窒素などの希釈剤と混合されている希薄水素流を与えることによって行なうことができる。この希薄水素の使用は、爆発の危険も減少させるしまたはなくする。これは、複雑なインターロック、火炎検出器等の必要性をなくすことにより、装置設計を簡単にすることができる。【選択図】図２
2010171442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体表面上に酸素含有層を形成する方法であって、
（ａ）気体水素および気体酸素を火炎を生じることなく反応させることによって水蒸気を形成させ；そして
（ｂ）該水蒸気を、半導体表面上に酸素含有層を形成する条件下で該半導体表面と接触させることを含み、
気体水素を水素分子および不活性希釈剤の混合物として与え、
水素分子が混合物中に約１０容量％以下の濃度で存在する、方法。
【請求項２】
半導体表面上に酸素含有層を形成する方法であって、
（ａ）気体水素および気体酸素を火炎を生じることなく反応させることによって水蒸気を形成させ；そして
（ｂ）該水蒸気を、半導体表面上に酸素含有層を形成する条件下で該半導体表面と接触させることを含み、
気体水素および気体酸素の反応混合物を、少なくとも約４：６容量である水素分子対酸素分子の比率で形成することを更に含む、方法。
【請求項３】
半導体表面上に酸素含有層を形成する方法であって、
（ａ）気体水素および気体酸素を火炎を生じることなく反応させることによって水蒸気を形成させ；そして
（ｂ）該水蒸気を、半導体表面上に酸素含有層を形成する条件下で該半導体表面と接触させることを含み、
水蒸気を、単一反応器中で形成させ且つ半導体表面と反応させる、方法。
【請求項４】
半導体表面上に酸素含有層を形成する装置であって、
（ａ）流動性気体酸素および流動性気体水素を、火炎を生じることなく反応させ、水蒸気を生じさせる反応器手段；
（ｂ）気体酸素を該反応器手段に流動させる手段；
（ｃ）希薄気体水素であって、水素分子を不活性希釈剤中に約１０容量％以下の濃度で含む該希薄気体水素を該反応器手段に流動させる手段；
（ｄ）該反応器手段を加熱し、それによって水素と酸素との反応を活性化させて水蒸気を生じるための手段；および
（ｅ）半導体ウェファーを該水蒸気と接触した状態で保持して、酸素含有層を形成させるウェファー担体手段
を含み、
気体酸素を流動させる手段および希薄気体水素を流動させる手段が一緒になって、反応器手段への環状入口を含み、該環状入口が、流動性希薄気体水素を中心部分を介しておよび流動性気体酸素を該中心部分の周りの周辺部分を介して与える、装置。
【請求項５】
半導体表面上に酸素含有層を形成する装置であって、
（ａ）流動性気体酸素および流動性気体水素を、火炎を生じることなく反応させ、水蒸気を生じさせる反応器手段；
（ｂ）気体酸素を該反応器手段に流動させる手段；
（ｃ）希薄気体水素であって、水素分子を不活性希釈剤中に約１０容量％以下の濃度で含む該希薄気体水素を該反応器手段に流動させる手段；
（ｄ）該反応器手段を加熱し、それによって水素と酸素との反応を活性化させて水蒸気を生じるための手段；および
（ｅ）半導体ウェファーを該水蒸気と接触した状態で保持して、酸素含有層を形成させるウェファー担体手段
を含み、
ウェファー担体手段が、反応器手段内に与えられている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェファーの湿式酸化を行なうための方法および装置に関する。より詳しくは、本発明は、湿式酸化によって高級酸化物を形成する安全な方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湿式および乾式酸化法は、現在、ゲート酸化物および半導体表面上の単離酸化物などの酸化物層を形成するための半導体産業によって用いられている。乾式酸化法は、典型的に、酸素分子、亜酸化窒素、酸化窒素またはそれらのいくつかの組合せを半導体基体表面と反応させるのに用い、半導体酸化物の層を生じる。窒素含有種は、例えば、硬化したゲート酸化物の場合のように、それが若干の窒素を酸化物に与えることが望まれる場合に用いることができる。乾式酸化は、湿式酸化法と比較して比較的遅いので、それは、典型的に、比較的薄い酸化物薄膜の形成に制限される。
【０００３】
湿式酸化は、本発明の主題である。湿式酸化は、超純水を半導体表面と反応させて酸化物層を形成させることを行なう。典型的には、水蒸気とケイ素基体とを７００摂氏度付近の温度で反応させて、厚さ約５０−６０００オングストロームの酸化物層を形成させる。超純水は、典型的に、超純粋気体水素を超純粋気体酸素と反応させて水を生じる反応器である“トーチ”によって製造される。
【０００４】
図１は、湿式酸化システム１０の横断面図を示す。システム１０は、“トーチ”１１および“加熱炉”１３を含む（工業用語）。述べられているように、水素および酸素はトーチ内で反応して水を形成する。トーチ１１からの水を加熱炉１３に管で送り、そこで、それを多重ウェファー上のケイ素と反応させて酸化ケイ素層を形成させる。
【０００５】
トーチ１１は、トーチ室壁１５を含有し、これは、典型的に、石英から製造される。室壁１５は、約２″−１２″の直径および約１２″−２０″の高さを有する概して“ジョッキ形”形状をとりうる。概して、そのトーチは、加熱炉より実質的に小さい。トーチ１１および加熱炉１３が図１において縮尺で示されていないことに留意されたい。
【０００６】
超純粋な水素および酸素を、環状配置の石英管によってトーチ１１の内部に導入する。水素入口１７は、トーチ室壁１５の底部を介して与えられる。石英入口は、水素入口管１７の周辺を取り囲んでいる環状管１９によって画成される。入口１７を介する水素流は、石英入口管１７の末端の狭窄部であってよいオリフィス２１の寸法によって調節される。
【０００７】
トーチ１１は、部分石英容器１５を被覆するヒーター２３も含む。ヒーター２３は、一つの実施態様において、簡単なコイルヒーターであってよい。それは、トーチ１１の内部で水−酸素火炎２５を発しさせるのに必要なエネルギーを与える。多くの設計において、トーチ１１の内部は、約５４０−７００摂氏度の温度で維持されている。発火には、大気圧で約５４０摂氏度の温度が必要である。水素−酸素反応は極めて発熱性であり、５０００摂氏度付近の火炎温度を生じる。火炎２５での水素および酸素の反応によって生じる水は、管２７を介して加熱炉１３の底部に向かう。そこで、水は、典型的には加熱炉の中心に垂直に配向された中空石英管である注入管２９を通って上る。
【０００８】
加熱炉１３は、石英から製造されてよい容器壁３１も含む。それは、概して円筒形であり、約１０″の直径および約４５″の高さを有する。壁３１は、酸化反応を駆動させる充分なエネルギーを供給する極めて精密なヒーター３３によって被覆されている。加熱炉１３内の温度を注意深く調節するために、多数のサーモカップルをウェファー３５にごく接近して与えることができる。他のサーモカップルはヒーター３３に与えられる。典型的に、加熱炉内部は、約７００摂氏度またはそれ以上の温度で維持される。注水カラム２９からの水は、加熱炉１３の内部中に分散し、石英ボート３７上に担持されたウェファー３５に接触する。石英ボート３７は、３本またはそれ以上の垂直レールによって区切られたまたは適所に保持された梯子状配置の水平石英ウェファー担体構造である。典型的な設計において、石英ボート３７は１００−２００個のウェファーを保持してよい。その水は、ウェファー３５上に暴露されたケイ素と反応して酸化ケイ素層を生じる。排出口３９は、任意の気体キャリヤーおよび反応生成物と一緒に過剰の水を加熱炉１３から抜取る。
【０００９】
この設計には、いくつかの欠点がある。これら欠点の大部分は、水素−酸素火炎が生じることに由来する。この火炎が石英トーチ容器壁１５または入口管１７若しくは１９に接触しないようにその位置を注意深く調節することは臨界的に重要である。したがって、トーチ反応器は、概して、火炎２５に接触しないと考えられるジョッキ形または他の何等かの形状をとるべきである。更に、オリフィス２１の寸法は、水素流量が、石英入口管１７または１９に火炎を接触させないように充分に多量であるように注意深く調節されるべきである。火炎が本明細書中で記載の石英成分のいずれかに接触するならば、石英は失透し且つ気化する。これは、超純水源に粒状物および他の混入物をもたらし、それによって高級酸化物の生成が妨げられる。
【００１０】
また更に、水素爆発が起こらないことを確実にするために多数の予防措置を取る必要がある。典型的な安全機構には、酸素がトーチ１１中に流動しなけば水素も流動しないことを確実にするインターロックが含まれる。更に、水素対酸素の比率が常に２：１容量未満の状態であることを確実にする追加のインターロックが与えられる。典型的に、水素対酸素比は約１．９−１容量である。また更に、トーチは、しばしば、図１で示される火炎検出器４１のような火炎検出器を含む。このような火炎検出器は、水素および酸素が実際に反応していることを確かめる。火炎が存在しないならば、爆発性混合物をトーチ内、加熱炉内またはどこか他で形成させてよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上の欠点のために、改良された湿式酸化システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、湿式酸化を行なう方法および装置を提供する。本発明によって行なわれる湿式酸化は、火炎を用いない。したがって、トーチの石英成分に影響を与える火炎による混入は問題ではない。水のフレームフリー（ｆｌａｍｅ−ｆｒｅｅ）生成は、水素および酸素を、発火させない条件下で反応させることによって行なわれる。好ましい実施態様において、これは、水素分子が貴ガスまたは窒素などの希釈剤と混合されている希薄水素流を与えることによって行なわれる。この希薄水素の使用は、爆発の危険も減少させるしまたはなくする。これは、複雑なインターロック、火炎検出器等の必要性をなくすことにより、装置設計を極めて簡単にすることができる。
【００１３】
本発明の一つの態様は、半導体表面上に酸素含有層を形成する方法を提供する。その方法は、次の順序、（ａ）気体水素および気体酸素を火炎を生じることなく反応させることによって水蒸気を形成させ；そして（ｂ）その水蒸気を、半導体表面上に酸素含有層を形成する条件下でその半導体表面と接触させることを含むと特徴付けることができる。その酸化物は、例えば、酸化ケイ素層または窒素含有酸化ケイ素層であってよい。その水蒸気は、半導体デバイス組立て産業の必要条件を満たすように充分に純粋であるべきである。概して、これは、気体水素および気体酸素がそれぞれ、少なくとも約９９．９９９容量％の純度を有するということを意味する。
【００１４】
水蒸気が火炎を生じることなく形成されることを確認する一つの技法は、気体水素を水素分子および不活性希釈剤の混合物として与えることを含む。好ましくは、水素分子は、その混合物中に約１０容量％以下の濃度で存在する。好ましくは、その希釈剤は、窒素分子またはアルゴンなどの貴ガスである。
【００１５】
水蒸気が火炎を生じることなく形成されることを確認するもう一つの技法は、化学量論的な２：１モル比をはるかに越えて水素を有する水素−酸素混合物を用いることを含む。この技法は、気体水素および気体酸素の反応混合物を、少なくとも約４：６容量である水素分子対酸素分子の比率で形成することを含む。水蒸気を形成する反応後に存在する過剰の水素は全て、それをフラッシュさせることによってまたは他の適当な技法によって除去される。
【００１６】
水蒸気を加熱炉とは別の反応器中で形成させる場合、水蒸気は、それが形成される反応器から、それを半導体基体に接触させる第二の反応器（例えば、加熱炉）に輸送されなければならない。或いは、水蒸気を一つの反応器中で形成させ且つ半導体表面と反応させてよい。若干の実施態様において、その反応器は、熱充填材料を充填された注入カラムを含み、そこを反応体水素および酸素ガスが通過する。その熱充填材料は、水素および酸素のフレームレス反応のための活性化エネルギーをあたえる。
【００１７】
本発明のもう一つの態様は、半導体表面上に酸素含有層を形成する装置を提供する。その装置は、少なくとも次の特徴、（ａ）流動性気体酸素源；（ｂ）水素分子を不活性希釈剤中に約１０容量％以下の濃度で含む流動性希薄気体水素源；（ｃ）流動性気体酸素および流動性気体水素を反応器に入れる１個またはそれ以上の入口を有する反応器；（ｄ）その反応器に熱を与え、それによって水素と酸素との反応を活性化させて水蒸気を生じる熱源；および（ｅ）半導体ウェファーを水蒸気と接触した状態で保持して、酸素含有層を形成させるウェファー担体を含むと特徴付けることができる。
【００１８】
ウェファー担体が別のシステム中に置かれている場合、その装置は、通常、反応器中で形成される水蒸気を加熱炉に輸送するための導管を含む。或いは、ウェファー担体は、水蒸気が形成される反応器中に置かれている。その装置は、述べられているように、反応器内に配置され且つ充填材料を充填された注入カラムも含んでいてよい。この設計の場合、１個またはそれ以上の入口は、流動性気体水素および流動性気体酸素を注入カラムに通過させ、そこでそれらを反応させて水蒸気を形成させるようにその注入カラムに関して配置されている。
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付される図面と一緒に、以下に更に詳細に記載されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、水を生じるためのトーチおよびその水を半導体ウェファーと反応させて酸化物薄膜を生じるための加熱炉を含めた湿式酸化装置の図である。
【図２】図２は、本発明の一つの実施態様による水のフレームレス生成のための流線形トーチの図である。
【図３】図３は、本発明のもう一つの実施態様による、水を形成させるし、半導体ウェファーと反応させて酸化物層も生じさせる加熱炉の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、火炎を必要とすることなく水蒸気を生じる方法および装置を提供する。そのように生じる水蒸気は、半導体ウェファーまたは他の基体に与えられ、それが反応して酸素含有層を形成する。典型的に、その酸素含有層は、酸化ケイ素などの半導体酸化物である。反応条件および反応物組成によって、その酸素含有層は窒素などの他の元素を含んでもよい。窒素は、例えば、硬化したゲート酸化物が形成される場合、望ましい成分でありうる。
【００２１】
水素と酸素とのフレームレス（ｆｌａｍｅｌｅｓｓ）反応を生じさせる一つの技法は、作業条件下で爆発性（引火性）でない反応混合物を用いることを含む。多数の温度／圧力組合せにおいて、不活性希釈剤中に約１０容量％以下の水素分子の水素源ガスは、酸素分子中で燃焼することはない。いくつかの用途のために、水素源ガス中の水素分子の濃度は、約５容量％以下であるべきである。若干の場合、希釈剤中で約０．５％程度に低いまたはそれよりなお低い水素濃度にするのが望ましいことがありうる。これは、極めて薄い酸化物の調節された生長に適している極めて低い部分圧の水蒸気を生じるあろう。
【００２２】
希薄水素流を酸素流と混合することによって生じる水素−酸素混合物中において、酸素は、２：１の水素対酸素モル比を与えるように水素の約半分のモル量で存在してよい。好ましい実施態様では、そのモル比が２：１より僅かに大きくあるように、僅かに過剰の水素を用いる。
【００２３】
別の実施態様において、フレームレス水素／酸素混合物は、（存在する希釈剤とは無関係に）少なくとも約４：６容量の水素対酸素の比率を有する。このような混合物は、商業的に重要な多数の温度／圧力で燃焼することはない。これらの高い水素対酸素比率では、水素の濃度がこの比率より有意に低く、爆発性である点まで低下しないことを確認するように注意する必要がある。更に、未反応の水素は全て、排気ガスを反応器からフラッシュ除去することによるように適切に処理する必要がある。
【００２４】
希薄水素を用いる場合、水素と一緒に用いるのに好ましい希釈剤には、半導体基体、気体水素、気体酸素または反応器成分自体を含めたシステム成分のいずれとも反応しない任意のガスが含まれる。例には、貴ガスおよび窒素が含まれる。極めて純粋な酸化物薄膜が望まれる場合、貴ガスはどの成分とも反応することが窒素より少ないと考えられるので、貴ガスが好ましい。特に好ましい貴ガスはアルゴンである。どんな不活性希釈ガスが選択されるとしても、それは、間近の具体的な用途のための水の純度要件を満たすために超純粋であるべきである。概して、これは、希釈剤が少なくとも９９．９９５容量％（より好ましくは、少なくとも約９９．９９９７容量％）の純度を有するべきであることを意味する。同様に、気体反応物として用いられる水素分子および酸素分子源ガスは超純粋であるべきであり、両者とも少なくとも約９９．９９９容量％純度であるべきである。より好ましくは、それら水素分子および酸素源ガスは少なくとも約９９．９９９７容量％であるべきである。本発明がこれら純度基準に制限されないということは理解されるべきである。比較的低い純度の水を用いてよい用途には、気体反応物および希釈剤は、ここで示唆されるほど純粋である必要はない。
【００２５】
上述の希釈剤の一つを流動性気体水素流中で用いる場合、その濃度は少なくとも約９０容量％、より好ましくは、少なくとも約９２容量％であるべきである。しかしながら、本発明が水素分子および不活性希釈剤の二成分混合物に制限されないということは理解されるべきである。若干の場合、酸素、ゲッター物質（例えば、塩化水素）および／または酸化物層に導入される不純物（例えば、酸化窒素または亜酸化窒素からの窒素）などの使用できる量の第三成分を含むのが望ましいことがありうる。
【００２６】
上の希薄水素濃度または水素対酸素比率を用いる一つの実施例において、これら組成物が入っている反応器は、約８００−１トルの圧力および約７００−１．２５０摂氏度の温度で作業してよい。より好ましくは、その反応器は、約２００−８００トルの圧力および約７００−１．０００摂氏度の温度で作業される。一つの具体的な実施態様において、それら反応条件には、大気圧および約７００摂氏度温度が含まれる。
【００２７】
従来のトーチの場合、水素対酸素の比率は２：１未満で維持される。これは、未反応になる過剰の水素が存在しないことを確実にする。その比率を化学量論的２：１に設定することは難しいので、あるシステムをその比率で作業するように設計した場合、時々、僅かに過剰の水素が存在すると考えられる。化学量論的比率を越えるこのような超過量は、反応することなくトーチを通過するであろう。これは、潜在的な爆発の危険を示している。したがって、湿式酸化装置は、水素対酸素の２：１の化学量論的比率より低い比率で作業するように設計される。本発明は、希薄な非引火性水素を用いるので、その装置は、正確に２：１の化学量論的比率で作業するように設計することができる。僅かに過剰の水素が存在するとしても、それが危険をもたらすことはない。
【００２８】
図２は、図１で示されるトーチの代わりに用いることができる反応室の例を示す。図２で示されるように、反応器２０１には、例えば、円筒形であってよいハウジング２０３が含まれる。長方形、正方形、他の多角形などの他の適当な形状および図１のトーチで示されるジョッキ形も用いることができる。好ましくは、不可欠ではないが、反応器ハウジング２０３は石英から製造される。ハウジング２０３に適当な他の材料には、ガラスまたは石英上の化学蒸着炭化ケイ素、多ケイ素、タンタルおよびステンレス鋼（反応混合物中に塩化水素が用いられていないと仮定すると）が含まれる。それは、Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ製であってもよく、反応器２０１の寸法は従来のトーチの寸法と同様である。例えば、それは、約１０インチ−約５０インチの高さおよび約１０ｍｍ−約１２インチの主横断面寸法を有してよい。
【００２９】
反応器２０１には、流動性気体水素入口２０５および流動性気体酸素入口２０７が含まれる。これらは、図１で示されるような同心入口として与えられてよいしまたは、トーチ成分に影響を与えると考えられうる火炎の位置を正確に調節する必要がもはやないので、それらは非同心であってよい。入口２０５および２０７は、気体水素源２１３および気体酸素源２１５から気体反応物を反応器２０１へ与える。気体水素は超純粋であるが、上記のように超純粋不活性希釈剤で適当なレベルまで希釈されるべきである。気体酸素は、好ましくは、超純粋酸素分子であるべきである。気体反応物は反応器２０１に流入し、そこでそれらは、適当な温度まで加熱された場合、火炎を形成することなく反応する。その温度は、約５８０−７００摂氏度が好ましい。水素および酸素のフレームレス反応を促進するのに必要な活性化エネルギーを与えるのに必要な熱は、複数の加熱コイルなどの熱源２０９によって与えられてよい。熱源２０９は、上に規定された範囲内の温度を与えるように調節されて、水素と酸素との反応を確実にするべきである。
【００３０】
反応器２０１中のフレームレス反応によって生じる水蒸気は、出口２１１から出て、適当な導管を介し、図１に関して記載の従来の加熱炉のような加熱炉に達する。その加熱炉では、反応器２０１中で生じた水蒸気が暴露された反応性表面（例えば、半導体表面）と反応して、高級酸化物層を生じる。
【００３１】
第二の実施態様の場合、本発明を実施するのに適した装置は図３で示される。図３で示される装置は、図１で示される加熱炉１３の変形である。この場合、加熱炉は、気体の水素および酸素流が反応して水蒸気を形成する反応区域を加熱炉内に含むように変更されている。この実施態様において、トーチは必要がない。反応器寸法は、上記のような従来の加熱炉で用いられる寸法と同様である。図３で示されるように、加熱炉３０１は、図１の加熱炉で確認されたのと同様の成分を多数含む。それら成分は、図１および３で同様の参照番号で示される。
【００３２】
示されるように、反応器３０１は、流動性気体水素流入口３０３および流動性気体酸素流入口３０５を加熱炉ハウジング３１の底部に含む。適当に希釈された水素混合物は、希薄水素源３０７から入口３０３へ与えられる。酸素分子は、酸素源３０９から入口３０５へ与えられる。それら入口は、反応器３０１に入る気体の水素および酸素流が中空垂直インジェクター管３１１中へ通過するように加熱炉ハウジング３１に関して配置されている。示されるように、管３１１は、好ましくは、反応器３０１の内部に配置されている。したがって、管３１１の温度は、加熱炉の残りの部分とほぼ同様の温度、すなわち、典型的には、少なくとも約７００摂氏度であろう。
【００３３】
管３０１内で、水素および酸素は火炎を生じることなく反応して水蒸気を生じ、引続き、これがウェファー３５の暴露された反応性表面と反応して所望の酸素含有層を生じる。インジェクター管３１１中での水素および酸素の反応を促進するために、その管には、石英、ビーズまたはボールなどの高表面積充填材料３１３を充填してよい。この充填材料はヒーター３３によって加熱されて、水素および酸素の反応を駆動させるのに必要な活性化エネルギーを与える。その充填材料の寸法は、カラム３１１内で過度の圧力低下が起こらないように選択されるべきである。更に、その充填材料は、加熱炉内に粒子を入れないような位置に固定された状態であるべきである。具体的な実施態様において、その充填材料には、約２−３ｍｍ直径の丸形石英物体（例えば、球体）が含まれる。明らかに、充填材料の寸法は、カラム３１１の直径、並びに反応器３０１に入る気体の水素および酸素流の流量に依るであろう。充填材料の形状は、単位圧低下および反応条件に備えて変更することもできる。
【００３４】
本発明によって形成される酸化物層は、典型的に、半導体デバイス上に形成される高級酸化物であろう。形成される層の例には、ゲート酸化物、フィールド単離酸化物、トレンチ単離酸化物、ＤＲＡＭコンデンサー誘電体等が含まれる。このような酸化物は、通常、酸化ケイ素などの高純度半導体酸化物である。それらは、酸化ケイ素、窒化ケイ素および／またはオキシ窒化ケイ素のそれぞれ１層またはそれ以上の層を含めた積重ねゲート誘導体などの誘電スタックの下層として形成されてよい。その酸化物層が金属酸化物などの非半導体酸化物であることも可能である。
【００３５】
本発明によって生じる酸化物層の厚さは、用途によって約１０−５００オングストロームであってよい。その厚さは、半導体ウェファーが水蒸気に暴露される時間を制限することによって、反応温度を調節することによって、反応性水蒸気の部分圧を調節すること等によって容易に調節することができる。酸化速度は、酸化種（すなわち、水）の部分圧に正比例する。極めて薄いゲート誘電体または下層には、希釈剤中の極めて低濃度（例えば、約１容量％未満）の水素を用いてよい。概して、ゲート誘電体（またはスタック中のゲート誘電下層）およびコンデンサー誘電体は、約１０−１５オングストローム厚さのように極めて薄い。概して、フィールド単離酸化物は、実質的に、約２００−５，０００オングストロームのように一層厚い。
【００３６】
本発明をいくつか好ましい実施態様について記載してきたが、その変更、修正、変形および同等物は、明細書の解釈および図面の検討で当業者に明らかになると考えられる。したがって、請求の範囲には、本発明の真の精神および範囲の範囲内にあるこのような変更、修正、変形および同等物が全て含まれると考える。
本発明は以下の態様を含む。
[１]  半導体表面上に酸素含有層を形成する方法であって、
（ａ）気体水素および気体酸素を火炎を生じることなく反応させることによって水蒸気を形成させ；そして
（ｂ）該水蒸気を、半導体表面上に酸素含有層を形成する条件下で該半導体表面と接触させることを含む上記方法。
[２]  気体水素および気体酸素がそれぞれ、少なくとも約９９．９９９容量％の純度を有する[１]に記載の方法。
[３]  気体水素を水素分子および不活性希釈剤の混合物として与える[１]に記載の方法。
[４]  水素分子が混合物中に約１０容量％以下の濃度で存在する[３]に記載の方法。
[５]  希釈剤が窒素分子または貴ガスである[３]に記載の方法。
[６]  希釈剤がアルゴンである[５]に記載の方法。
[７]  気体水素および気体酸素の反応混合物を、少なくとも約４：６容量である水素分子対酸素分子の比率で形成することを更に含む[１]に記載の方法。
[８]  水蒸気を、それが形成される第一反応器から、それを半導体基体に接触させる第二反応器へと輸送することを更に含む[１]に記載の方法。
[９]  水蒸気を、単一反応器中で形成させ且つ半導体表面と反応させる[１]に記載の方法。
[１０]  反応器が、水素および酸素の反応に活性化エネルギーを与える熱充填材料を充填された注入カラムを含む[１]に記載の方法。
[１１]  酸素含有層が酸化ケイ素層である[１]に記載の方法。
[１２]  酸素含有層が窒素含有酸化ケイ素層である[１]に記載の方法。
[１３]  半導体表面上に酸素含有層を形成する装置であって、
（ａ）流動性気体酸素源；
（ｂ）水素分子を不活性希釈剤中に約１０容量％以下の濃度で含む流動性希薄気体水素源；
（ｃ）該流動性気体酸素および該流動性気体水素を反応器に入れる１個またはそれ以上の入口を有する反応器；
（ｄ）該反応器に熱を与え、それによって水素と酸素との反応を活性化させて水蒸気を生じる熱源；および
（ｅ）半導体ウェファーを該水蒸気と接触した状態で保持して、酸素含有層を形成させるウェファー担体
を含む上記装置。
[１４]  気体水素が、約７００摂氏度の温度で酸素分子と組合せて爆発しない[１３]に記載の装置。
[１５]  流動性気体水素中の希釈剤の濃度が少なくとも約９０容量％である[１３]に記載の装置。
[１６]  ウェファー担体が置かれている加熱炉；および
反応器中で形成される水蒸気を該加熱炉に輸送するための導管
を更に含む[１３]に記載の装置。
[１７]  水蒸気が反応器中で形成され、そして酸素含有層も該反応器中で形成されるように、ウェファー担体が該反応器中に置かれている[１３]に記載の装置。
[１８]  反応器内に配置され且つ充填材料を充填された注入カラムを更に含み、ここにおいて、１個またはそれ以上の入口が、流動性気体水素および流動性気体酸素を該注入カラムに通過させ、そこでそれらを反応させて水蒸気を形成させるように該注入カラムに関して配置されている[１７]に記載の装置。
[１９]  半導体表面上に酸素含有層を形成する装置であって、
（ａ）流動性気体酸素および流動性気体水素を、火炎を生じることなく反応させ、水蒸気を生じさせる反応器手段；
（ｂ）気体酸素を該反応器手段に流動させる手段；
（ｃ）希薄気体水素であって、水素分子を不活性希釈剤中に約１０容量％以下の濃度で含む該希薄気体水素を該反応器手段に流動させる手段；
（ｄ）該反応器手段を加熱し、それによって水素と酸素との反応を活性化させて水蒸気を生じるための手段；および
（ｅ）半導体ウェファーを該水蒸気と接触した状態で保持して、酸素含有層を形成させるウェファー担体手段
を含む上記装置。
[２０]  気体酸素を流動させる手段が、気体酸素源および反応器手段への酸素入口を含み、そして希薄気体水素を流動させる手段が、気体水素源および反応器手段への水素入口を含む[１９]に記載の装置。
[２１]  気体酸素を流動させる手段および希薄気体水素を流動させる手段が一緒になって、反応器手段への環状入口を含み、該環状入口が、流動性希薄気体水素を中心部分を介しておよび流動性気体酸素を該中心部分の周りの周辺部分を介して与える[１９]に記載の装置。
[２２]  気体酸素を流動させる手段および希薄気体水素を流動させる手段が一緒になって、反応器手段への別々の非同心入口を含む[１９]に記載の装置。
[２３]  ウェファー担体手段が、水蒸気を流動させる導管によって反応器手段と連通される加熱炉手段中に与えられている[１９]に記載の装置。
[２４]  ウェファー担体手段が、反応器手段内に与えられている[１９]に記載の装置。
[２５]  反応器手段が、気体水素および気体酸素を反応させて水蒸気を生じさせる注入カラムを含み、該注入カラムに、気体酸素を流動させる手段から流動性気体酸素を与え、希薄気体水素を流動させる手段から流動性気体水素を与える[１９]に記載の装置。
[２６]  注入カラムに、気体酸素および気体水素に熱を伝達する充填材料を充填してその反応を活性化させて水蒸気を生じさせる[２５]に記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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