(57)【要約】【課題】窒素の外方拡散を抑制しつつ、窒素のリフトアップが可能なシリコン酸窒化膜の形成方法および形成装置を提供する。【解決手段】半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜５１を形成した後、シリコン酸化膜５１に窒素を導入して、半導体ウエハＷ上にシリコン酸窒化膜５２を形成する。次に、シリコン酸窒化膜５２が形成された被処理体を少なくとも９５０℃の温度でアニールする。続いて、半導体ウエハＷとシリコン酸窒化膜５２との界面に酸素を侵入させ、両者の間にシリコン酸化膜５３を形成する。【選択図】図４
2010021378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、
前記シリコン酸化膜に窒素を導入してシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成工程と、
前記シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を少なくとも９５０℃の温度でアニールするアニール工程と、
前記アニールされ、シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化工程と、
を備える、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項２】
前記アニール工程では、前記シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を９５０℃〜１２００℃の温度でアニールする、ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項３】
前記アニール工程では、前記シリコン酸窒化膜に導入された窒素が安定な状態となるように、当該シリコン酸窒化膜中の珪素原子と結合させる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項４】
前記酸化工程では、前記被処理体と前記シリコン酸窒化膜との界面に酸素を侵入させ、前記シリコン酸窒化膜中の窒素をリフトアップさせる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項５】
前記酸化工程では、前記被処理体と前記シリコン酸窒化膜との間にシリコン酸化膜を形成する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項６】
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、
前記反応室内にシリコン酸化膜を成膜する成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸化膜を窒化する窒化用ガスを供給する窒化用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段と、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記成膜用ガス供給手段を制御して前記反応室内に成膜用ガスを供給し、前記被処理体上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記窒化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化用ガスを供給し、前記シリコン酸化膜に窒素を導入することによりシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を少なくとも９５０℃の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、アニールするアニール手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に酸化用ガスを供給し、前記アニールされ、シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化手段と、
を備える、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成装置。
【請求項７】
コンピュータを、
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室内にシリコン酸化膜を成膜する成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段、
前記反応室内にシリコン酸化膜を窒化する窒化用ガスを供給する窒化用ガス供給手段、
前記反応室内にシリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記成膜用ガス供給手段を制御して前記反応室内に成膜用ガスを供給し、前記被処理体上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記窒化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化用ガスを供給し、前記シリコン酸化膜に窒素を導入することによりシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を少なくとも９５０℃の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、アニールするアニール手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に酸化用ガスを供給し、前記アニールされ、シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン酸窒化膜の形成方法および形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のゲート酸化膜製造工程では、被処理体、例えば、半導体ウエハにシリコン酸窒化膜のような薄膜を形成することが行われている。このようなシリコン酸窒化膜の形成においては、例えば、半導体ウエハ上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、形成したシリコン酸化膜を窒化させてＳｉ／ＳｉＯ２界面に窒素を導入した後、さらに再酸化してＳｉ／ＳｉＯ２界面の窒素をその表面付近に移動（リフトアップ）させることが行われている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１４８５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、Ｓｉ／ＳｉＯ２界面の窒素を、よりリフトアップさせるためには、再酸化時間を長くすることが必要である。しかし、再酸化時間を長くすると、膜中の窒素が膜の外に拡散する、いわゆる外方拡散が起こってしまう問題がある。このため、窒素の外方拡散を抑制しつつ、窒素のリフトアップが可能なシリコン酸窒化膜の形成方法および形成装置が求められている。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、窒素の外方拡散を抑制しつつ、窒素のリフトアップが可能なシリコン酸窒化膜の形成方法および形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるシリコン酸窒化膜の形成方法は、
被処理体上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成工程と、
前記シリコン酸化膜に窒素を導入してシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成工程と、
前記シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を少なくとも９５０℃の温度でアニールするアニール工程と、
前記アニールされ、シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化工程と、
を備える、ことを特徴とする。
【０００６】
前記アニール工程では、例えば、前記シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を９５０℃〜１２００℃の温度でアニールする。
前記アニール工程では、例えば、前記シリコン酸窒化膜に導入された窒素が安定な状態となるように、当該シリコン酸窒化膜中の珪素原子と結合させる。
【０００７】
前記酸化工程では、例えば、前記被処理体と前記シリコン酸窒化膜との界面に酸素を侵入させ、前記シリコン酸窒化膜中の窒素をリフトアップさせる。
前記酸化工程では、例えば、前記被処理体と前記シリコン酸窒化膜との間にシリコン酸化膜を形成する。
【０００８】
本発明の第２の観点にかかるシリコン酸窒化膜の形成装置は、
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、
前記反応室内にシリコン酸化膜を成膜する成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸化膜を窒化する窒化用ガスを供給する窒化用ガス供給手段と、
前記反応室内にシリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段と、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記成膜用ガス供給手段を制御して前記反応室内に成膜用ガスを供給し、前記被処理体上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記窒化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化用ガスを供給し、前記シリコン酸化膜に窒素を導入することによりシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を少なくとも９５０℃の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、アニールするアニール手段と、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に酸化用ガスを供給し、前記アニールされ、シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の観点にかかるプログラムは、
コンピュータを、
被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室内にシリコン酸化膜を成膜する成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段、
前記反応室内にシリコン酸化膜を窒化する窒化用ガスを供給する窒化用ガス供給手段、
前記反応室内にシリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給手段、
前記反応室に接続された排気管を有し、前記反応室内のガスを前記排気管から排気して当該反応室内を所定の圧力に設定可能な排気手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記成膜用ガス供給手段を制御して前記反応室内に成膜用ガスを供給し、前記被処理体上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記窒化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に窒化用ガスを供給し、前記シリコン酸化膜に窒素を導入することによりシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を少なくとも９５０℃の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、アニールするアニール手段、
前記加熱部を制御して前記反応室内を所定の温度に設定するとともに、前記排気手段を制御して前記反応室内を所定の圧力に設定した状態で、前記酸化用ガス供給手段を制御して前記反応室内に酸化用ガスを供給し、前記アニールされ、シリコン酸窒化膜が形成された被処理体を酸化する酸化手段、
として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、窒素の外方拡散を抑制しつつ、窒素のリフトアップが可能なシリコン酸窒化膜の形成方法および形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のシリコン酸窒化膜の形成方法および形成装置について説明する。本実施の形態では、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置１を用いた場合を例に本発明を説明する。
【００１２】
図１に示すように、熱処理装置１は、反応室を形成する反応管２を備えている。反応管２は、例えば、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状に形成されている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
【００１３】
反応管２の上端には、上端側に向かって縮径するように略円錐状に形成された頂部３が設けられている。頂部３の中央には反応管２内のガスを排気するための排気口４が設けられ、排気口４には排気管５が気密に接続されている。排気管５には、図示しないバルブ、後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられ、反応管２内を所望の圧力（真空度）に制御する。
【００１４】
反応管２の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体６は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体６が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
【００１５】
蓋体６の上部には、保温筒７が設けられている。保温筒７は、反応管２の炉口部分からの放熱による反応管２内の温度低下を防止する抵抗発熱体からなる平面状のヒータ８と、このヒータ８を蓋体６の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体９とから主に構成されている。
【００１６】
また、保温筒７の上方には、回転テーブル１０が設けられている。回転テーブル１０は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容するウエハボート１１を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル１０の下部には回転支柱１２が設けられ、回転支柱１２はヒータ８の中央部を貫通して回転テーブル１０を回転させる回転機構１３に接続されている。回転機構１３は図示しないモータと、蓋体６の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸１４を備える回転導入部１５とから主に構成されている。回転軸１４は回転テーブル１０の回転支柱１２に連結され、モータの回転力を回転支柱１２を介して回転テーブル１０に伝える。このため、回転機構１３のモータにより回転軸１４が回転すると、回転軸１４の回転力が回転支柱１２に伝えられて回転テーブル１０が回転する。
【００１７】
回転テーブル１０上には、ウエハボート１１が載置されている。ウエハボート１１は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。このため、回転テーブル１０を回転させるとウエハボート１１が回転し、この回転により、ウエハボート１１内に収容された半導体ウエハＷが回転する。ウエハボート１１は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
【００１８】
また、反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１６が設けられている。この昇温用ヒータ１６により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
【００１９】
反応管２の下端近傍の側面には、複数の処理ガス導入管１７が接続されている。なお、図１では処理ガス導入管１７を１つだけ描いている。処理ガス導入管１７は、反応管２の下端近傍の側壁に挿通されている。処理ガス導入管１７には、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、処理ガス供給源が接続されており、処理ガス供給源から所望量の処理ガス、例えば、シリコン酸化膜を成膜する成膜用ガス、成膜されたシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を形成する窒化用ガス、形成されたシリコン酸窒化膜を酸化する酸化用ガス等が処理ガス導入管１７を介して反応管２内に供給される。成膜用ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）がある。窒化用ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）がある。酸化用ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）、酸化窒素（ＮＯ）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）などがある。
【００２０】
また、反応管２の下端近傍の側面には、パージガス供給管１８が挿通されている。パージガス供給管１８には、図示しないＭＦＣ、パージガス供給源が接続されており、パージガス供給源から所望量のパージガス、例えば、窒素ガスがパージガス供給管１８を介して反応管２内に供給される。
【００２１】
また、熱処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等が接続されている。
【００２２】
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
【００２３】
温度センサ（群）１２２は、反応管２内、排気管５内、処理ガス導入管１７内等の各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内、排気管５内、処理ガス導入管１７内等の各部の圧力を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
【００２４】
ヒータコントローラ１２４は、ヒータ８、及び、昇温用ヒータ１６を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、これらに通電してこれらを加熱し、また、これらの消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
【００２５】
ＭＦＣ制御部１２５は、処理ガス導入管１７、及び、パージガス供給管１８に設けられた図示しないＭＦＣを制御して、これらに流れるガスの流量を制御部１００から指示された量にするとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
【００２６】
バルブ制御部１２６は、各管に配置されたバルブの開度を制御部１００から指示された値に制御する。真空ポンプ１２７は、排気管５に接続され、反応管２内のガスを排気する。
【００２７】
ボートエレベータ１２８は、蓋体６を上昇させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体６を下降させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
【００２８】
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
【００２９】
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。熱処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各熱処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、例えば、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
【００３０】
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
【００３１】
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
【００３２】
ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、熱処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ＭＦＣ制御部１２５等に反応管２内、処理ガス導入管１７内、及び、排気管５内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
【００３３】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて、本発明のシリコン酸窒化膜の形成方法について説明する。本発明のシリコン酸窒化膜の形成方法は、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、これを窒化させて膜中に窒素を導入した後、少なくとも９５０℃以上の温度でアニールし、さらに酸化して膜中の窒素を表面付近に移動（リフトアップ）する方法である。図３は、本実施の形態のシリコン酸窒化膜の形成方法を説明するためのレシピを示す図である。また、図４は、本実施の形態のシリコン酸窒化膜の形成方法における半導体ウエハＷの状態を説明する図である。
【００３４】
なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（ヒータ８、昇温用ヒータ１６）、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等を制御することにより、図３に示すレシピに従った条件になる。
【００３５】
まず、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給し、図４（ａ）に示す被処理体としての半導体ウエハＷが収容されているウエハボート１１を蓋体６上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内にロードする（ロード工程）。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、９００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（安定化工程）。
【００３７】
反応管２内が所定の圧力および温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。続いて、処理ガス導入管１７から反応管２内にシリコン酸化膜を成膜する成膜用ガスを所定量供給する。本実施の形態では、例えば、図３（ｄ）に示すように、酸素を１リットル／ｍｉｎ供給するとともに、図３（ｃ）に示すように、窒素を９リットル／ｍｉｎ供給する。反応管２内に成膜用ガスが供給されると、成膜用ガスが反応管２内で加熱され、図４（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷの表面にシリコン酸化膜５１が形成される（酸化膜形成工程）。
【００３８】
半導体ウエハＷの表面に所定厚のシリコン酸化膜５１が形成されると、処理ガス導入管１７からの成膜用ガスの供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、８５０℃〜９００℃に設定する。本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、９００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（パージ・安定化工程）。
【００３９】
反応管２内が所定の圧力および温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。続いて、処理ガス導入管１７から反応管２内にシリコン酸化膜５１を窒化する窒化用ガスを所定量供給する。本実施の形態では、例えば、図３（ｅ）に示すように、アンモニアを０．５リットル／ｍｉｎ供給するとともに、図３（ｃ）に示すように、窒素を３．５リットル／ｍｉｎ供給する。反応管２内に窒化用ガスが供給されると、窒化用ガスが反応管２内で加熱され、シリコン酸化膜５１中に窒素が導入される（窒化工程）。これにより、図４（ｃ）に示すように、半導体ウエハＷの表面にシリコン酸窒化膜５２が形成される。
【００４０】
半導体ウエハＷの表面にシリコン酸窒化膜５２が形成（シリコン酸化膜５１中に所定量の窒素が導入）されると、処理ガス導入管１７からの窒化用ガスの供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する。続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を少なくとも９５０℃に設定する。本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、９５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（パージ・安定化工程）。
【００４１】
反応管２内が所定の圧力および温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。続いて、図３（ｃ）に示すように、処理ガス導入管１７から反応管２内に所定量の窒素を供給した窒素雰囲気下で、シリコン酸窒化膜５２（窒素が導入されたシリコン酸化膜５１）が形成されている半導体ウエハＷを高温加熱する（アニール工程）。
【００４２】
このように、シリコン酸窒化膜５２を形成した後に、反応管２内を少なくとも９５０℃に設定したアニール工程を実施すると、シリコン酸窒化膜５２中の窒素と珪素（Ｓｉ）原子とが結合され、窒素を安定な状態にすることができる。このため、後述する再酸化工程において、窒素がシリコン酸窒化膜５２の外に拡散する、いわゆる外方拡散を抑制することができる。また、窒素のリフトアップが可能になる。なお、アニール工程での反応管２内の温度が９５０℃より低いと、シリコン酸窒化膜５２の窒素と珪素（Ｓｉ）原子とが十分に結合されず、窒素の外方拡散が起こり、また、窒素をリフトアップすることができなくなる。
【００４３】
アニール工程における反応管２内の温度は、９５０℃〜１２００℃とすることが好ましく、９５０℃〜１１００℃とすることがさらに好ましい。１２００℃より高くなると、熱処理装置１を構成する他の部品の劣化（熱劣化）が起こってしまうおそれがあるためである。
【００４４】
アニール工程が終了すると、処理ガス導入管１７からの窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する。続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、９００℃〜９５０℃に設定する。本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、９５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内をこの温度及び圧力で安定させる（パージ・安定化工程）。
【００４５】
反応管２内が所定の圧力および温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止する。続いて、処理ガス導入管１７から反応管２内に酸化用ガスを所定量供給して、シリコン酸窒化膜５２が形成された半導体ウエハＷを再び酸化する。本実施の形態では、例えば、図３（ｄ）に示すように、酸素を１リットル／ｍｉｎ供給するとともに、図３（ｃ）に示すように、窒素を９リットル／ｍｉｎ供給して、シリコン酸窒化膜５２が形成された半導体ウエハＷを再び酸化する（再酸化工程）。
【００４６】
反応管２内に酸化用ガス（酸素）が供給されると、酸素が反応管２内で加熱される。加熱された酸素が界面（Ｓｉ／ＳｉＯＮ界面）に侵入して、図４（ｄ）に示すように、半導体ウエハＷとシリコン酸窒化膜５２との間にシリコン酸化膜５３が形成される。このように、窒素の外方拡散を抑制することができるとともに、窒素のリフトアップが可能になる。
【００４７】
なお、アニール工程での反応管２内の温度が９５０℃より低いと、前述のように、シリコン酸窒化膜５２の窒素と珪素（Ｓｉ）原子とが十分に結合されない。このため、窒素の外方拡散が起こり、シリコン酸窒化膜５２の窒素濃度が低下する。また、図４（ｅ）に示すように、半導体ウエハＷとシリコン酸窒化膜５２との間にシリコン酸化膜５３が形成されず、また、表面側の窒素濃度が低下するため、表面にシリコン酸化膜５４が形成され、窒素をリフトアップすることができなくなる。
【００４８】
続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図３（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、３００℃に設定する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内からアンロードする（アンロード工程）。これにより、シリコン酸窒化膜の形成が終了する。
【００４９】
次に、本実施の形態の効果を確認するため、再酸化時間を１分、５分、及び、１０分間行った場合のＳｉＯＮ膜中の窒素（Ｎ）の濃度（at％）、及び、膜厚を測定した（実施例１）。なお、再酸化時間を変化させた以外は、上記実施の形態と同一の条件で、シリコン酸窒化膜を形成した。また、アニール工程における反応管２内の温度を１０００℃（実施例２）、９００℃（比較例１）と変更した場合についても、同様に、ＳｉＯＮ膜中の窒素（Ｎ）の濃度（at％）、及び、膜厚を測定した。これらの結果を図５に示す。
【００５０】
また、再酸化工程を行わない場合（比較例２）、再酸化工程における反応管２内の温度を８５０℃（比較例３）、１０００℃（実施例２）で１０分間行った場合について、シリコン酸窒化膜の表面からの所定深さの窒素の濃度（at％）を測定した。シリコン酸窒化膜の表面からの深さと窒素の濃度との関係を図６に示す。
【００５１】
図５に示すように、アニール工程における反応管２内の温度を９５０℃以上にすると、ＳｉＯＮ膜中の窒素（Ｎ）の濃度が大きく低下することなく、再酸化による膜厚の増加が確認できた。これは、窒素の外方拡散を抑制することができるとともに、図４（ｄ）に示すシリコン酸化膜５３が形成されているためである。また、図６に示すように、シリコン酸窒化膜に含まれる窒素がその表面方向に移動し、窒素のリフトアップが行われていることが確認できた。このため、反応管２内の温度を９５０℃以上としたアニール工程を行うことにより、窒素の外方拡散を抑制することができるとともに、窒素のリフトアップが可能になることが確認できた。
【００５２】
一方、アニール工程における反応管２内の温度を９５０℃未満（９００℃、８５０℃）にすると、ＳｉＯＮ膜中の窒素（Ｎ）の濃度が低下し、再酸化による膜厚の増加が起こらなくなる。これにより、アニール工程における反応管２内の温度を９５０℃未満にすると、窒素の外方拡散が抑制できず、窒素をリフトアップすることができないことが確認できた。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、反応管２内の温度を９５０℃以上としたアニール工程を行った後、再酸化工程を行うことにより、窒素の外方拡散を抑制することができるとともに、窒素のリフトアップが可能にすることができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００５５】
上記実施の形態では、アニール工程において反応管２内を２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）に減圧した場合を例に本発明を説明したが、反応管２内の圧力は減圧下に限定されるものではなく、例えば、常圧であってもよい。
【００５６】
上記実施の形態では、窒化工程における窒化用ガスとしてアンモニアを用い、反応管２内の温度を９００℃に設定した場合を例に本発明を説明したが、形成されたシリコン酸化膜中に窒素を導入できれば、反応管２内の温度、圧力、窒化用ガスの種類を変更してもよい。
【００５７】
上記実施の形態では、酸化膜形成工程における成膜用ガスとして酸素を用い、反応管２内の温度を９００℃に設定した場合を例に本発明を説明したが、半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜が形成されればよく、例えば、成膜用ガスとしてオゾン（Ｏ３）、Ｈ２Ｏを用いてもよい。また、酸化膜形成工程により形成されるシリコン酸化膜としては、例えば、半導体ウエハＷ上にオゾン含有水や過酸化水素水等の酸化作用を有する化学薬液を使用して成膜する、いわゆるケミカル酸化膜であってもよい。
【００５８】
上記実施の形態では、熱処理装置として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、枚葉式の熱処理装置に本発明を適用することも可能である。
【００５９】
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
【００６０】
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。
【図２】図１の制御部の構成を示す図である。
【図３】シリコン酸窒化膜の形成方法を説明するためのレシピを示す図である。
【図４】シリコン酸窒化膜の形成方法における半導体ウエハの状態を説明する図である。
【図５】シリコン酸窒化膜中の窒素の濃度と膜厚との関係を示す図である。
【図６】シリコン酸窒化膜の表面からの深さと窒素の濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  熱処理装置
２  反応管
３  頂部
４  排気口
５  排気管
６  蓋体
７  保温筒
８  ヒータ
９  支持体
１０  回転テーブル
１１  ウエハボート
１２  回転支柱
１３  回転機構
１４  回転軸
１５  回転導入部
１６  昇温用ヒータ
１７  処理ガス導入管
１８  パージガス供給管
５１  シリコン酸化膜
５２  シリコン酸窒化膜
５３  シリコン酸化膜
１００  制御部
１１１  レシピ記憶部
１１２  ＲＯＭ
１１３  ＲＡＭ
１１４  Ｉ／Ｏポート
１１５  ＣＰＵ
１１６  バス
１２１  操作パネル
１２２  温度センサ
１２３  圧力計
１２４  ヒータコントローラ
１２５  ＭＦＣ制御部
１２６  バルブ制御部
１２７  真空ポンプ
１２８  ボートエレベータ
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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