(57)【要約】【課題】エッチング耐性を向上させるとともにデバイス性能に悪影響を与えないシリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置を提供する。【解決手段】シリコン酸化膜の形成方法は、被処理体が収容された反応室内に塩素原子を含むシリコンソースを供給して、被処理体にシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を備えている。成膜工程では、反応室内に水素ガスを供給して当該反応室内を水素雰囲気下とする。これにより、形成されるシリコン酸化膜のエッチング耐性を向上させることができ、デバイス性能に悪影響を与えなくなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の被処理体が収容された反応室内に塩素原子を含むシリコンソースを供給して、前記複数枚の被処理体にシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を備え、
前記成膜工程では、前記反応室内に水素ガスを供給して当該反応室内を水素雰囲気下とする、ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項２】
前記塩素原子を含むシリコンソースに、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノクロロシラン、ヘキサクロロジシランのいずれかを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項３】
前記成膜工程における反応室内の温度を６００℃〜１０００℃に維持する、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化膜の形成方法。
【請求項４】
前記反応室内に供給する水素ガスを、前記塩素原子を含むシリコンソースの供給量の０．５倍〜５倍供給する、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化膜の形成方法。
【請求項５】
複数枚の被処理体が収容された反応室内に塩素原子を含むシリコンソースを有する成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に水素ガスを供給する水素供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記水素供給手段を制御して、前記反応室内に水素ガスを供給させ、当該反応室内を水素雰囲気下とするとともに、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することにより前記複数枚の被処理体にシリコン酸化膜を成膜する、ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成装置。
【請求項６】
前記塩素原子を含むシリコンソースは、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノクロロシラン、ヘキサクロロジシランのいずれかである、ことを特徴とする請求項５に記載のシリコン酸化膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハにシリコン酸化膜等の薄膜を形成する薄膜形成処理が行われている。このような薄膜形成処理では、高温で成膜することにより、膜中の不純物濃度が低減し、膜質が良好となると考えられており、例えば、特許文献１には、ＣＶＤ法により８００℃付近の高温でシリコン酸化膜（ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜）を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８５３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜では、ＤＨＦ（希フッ酸）耐性を大きく向上させるために、シリコン酸化膜中に、例えば、Ｃ２Ｈ４、ＮＨ３などの不純物をドープすることが行われている。
【０００５】
しかしながら、シリコン酸化膜中にＣ２Ｈ４、ＮＨ３などの不純物をドープすると、他の薬品に対する耐性、例えば、Ｈ３ＰＯ４に対するエッチング耐性を損ねたり、デバイス性能に悪影響を与えたりしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、エッチング耐性を向上させるとともにデバイス性能に悪影響を与えないシリコン酸化膜の形成方法およびその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】
【０００７】
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化膜の形成方法は、
複数枚の被処理体が収容された反応室内に塩素原子を含むシリコンソースを供給して、前記複数枚の被処理体にシリコン酸化膜を成膜する成膜工程を備え、
前記成膜工程では、前記反応室内に水素ガスを供給して当該反応室内を水素雰囲気下とする、ことを特徴とする。
【０００８】
前記塩素原子を含むシリコンソースには、例えば、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノクロロシラン、ヘキサクロロジシランのいずれかが用いられる。
前記成膜工程における反応室内の温度を６００℃〜１０００℃に維持することが好ましい。
前記反応室内に供給する水素ガスを、前記塩素原子を含むシリコンソースの供給量の０．５倍〜５倍供給することが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の観点にかかるシリコン酸化膜の形成装置は、
複数枚の被処理体が収容された反応室内に塩素原子を含むシリコンソースを有する成膜用ガスを供給する成膜用ガス供給手段と、
前記反応室内に水素ガスを供給する水素供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記水素供給手段を制御して、前記反応室内に水素ガスを供給させ、当該反応室内を水素雰囲気下とするとともに、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することにより前記複数枚の被処理体にシリコン酸化膜を成膜する、ことを特徴とする。
【００１０】
前記塩素原子を含むシリコンソースは、例えば、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン、モノクロロシラン、ヘキサクロロジシランのいずれかである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エッチング耐性を向上させるとともにデバイス性能に悪影響を与えないシリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】本実施の形態のシリコン酸化膜の形成方法を説明するレシピを示した図である。
【図４】ＤＨＦに対するウエットエッチングレートを示す図である。
【図５】シリコン酸化膜中に含まれる水素濃度、及び、塩素濃度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のシリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置について説明する。本実施の形態では、シリコン酸化膜の形成装置として、図１に示すバッチ式の縦型の熱処理装置を用いた場合を例に説明する。
【００１４】
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、内管３と、内管３を覆うとともに内管３と一定の間隔を有するように形成された有天井の外管４とから構成された二重管構造を有する。内管３及び外管４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。
【００１５】
外管４の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置されている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁から突出するとともに、マニホールド５と一体に形成された支持リング６に支持されている。
【００１６】
マニホールド５の下方には蓋体７が配置され、ボートエレベータ８により蓋体７は上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ８により蓋体７が上昇すると、マニホールド５の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ８により蓋体７が下降すると、マニホールド５の下方側（炉口部分）が開口される。
【００１７】
蓋体７には、例えば、石英からなるウエハボート９が載置されている。ウエハボート９は、被処理体、例えば、半導体ウエハ１０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。
【００１８】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように断熱体１１が設けられている。断熱体１１の内壁面には、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられている。この昇温用ヒータ１２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１０が所定の温度に加熱される。
【００１９】
マニホールド５の側面には、複数の処理ガス導入管１３が挿通（接続）されている。なお、図１では処理ガス導入管１３を１つだけ描いている。処理ガス導入管１３は、内管３内を臨むように配設されている。例えば、図１に示すように、処理ガス導入管１３は、支持リング６より下方（内管３の下方）のマニホールド５の側面に挿通されている。
【００２０】
処理ガス導入管１３は、図示しないマスフローコントローラ等を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。このため、処理ガス供給源から処理ガス導入管１３を介して所望量の処理ガスが反応管２内に供給される。処理ガス導入管１３から供給される処理ガスとしては、例えば、シリコン酸化膜を成膜する成膜用ガス、成膜時における反応管２内を水素（Ｈ２）雰囲気下にする水素ガス等が挙げられる。成膜用ガスは、塩素原子を含むシリコンソースと酸化剤とを含んでいる。塩素原子を含むシリコンソースとしては、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ジクロロシラン（ＤＣＳ）、モノクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）等が挙げられる。酸化剤としては、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、オゾン（Ｏ３）等が挙げられる。
【００２１】
マニホールド５の側面には反応管２内のガスを排気するための排気口１４が設けられている。排気口１４は支持リング６より上方に設けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形成された空間に連通する。そして、内管３で発生した排ガス等が内管３と外管４との間の空間を通って排気口１４に排気される。
【００２２】
マニホールド５の側面の排気口１４の下方には、パージガス供給管１５が挿通されている。パージガス供給管１５には、図示しない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パージガス供給管１５を介して所望量のパージガス、例えば、窒素ガスが反応管２内に供給される。
【００２３】
排気口１４には排気管１６が気密に接続されている。排気管１６には、その上流側から、バルブ１７と、真空ポンプ１８とが介設されている。バルブ１７は、排気管１６の開度を調整して、反応管２内の圧力を所定の圧力に制御する。真空ポンプ１８は、排気管１６を介して反応管２内のガスを排気するとともに、反応管２内の圧力を調整する。
【００２４】
なお、排気管１６には、図示しないトラップ、スクラバー等が介設されており、反応管２から排気された排ガスを、無害化した後、熱処理装置１外に排気するように構成されている。
【００２５】
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等が接続されている。
【００２６】
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。
【００２７】
温度センサ（群）１２２は、反応管２内、処理ガス導入管１３内、排気管１６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、処理ガス導入管１３内、排気管１６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。
【００２８】
ヒータコントローラ１２４は、昇温用ヒータ１２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。
【００２９】
ＭＦＣ制御部１２５は、処理ガス導入管１３、及び、パージガス供給管１５に設けられた図示しないマスフローコントローラ（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。
【００３０】
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。
【００３１】
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５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。
【００３２】
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１０のロードから、処理済みの半導体ウエハ１０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。
【００３３】
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、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。
【００３４】
Ｉ／Ｏポート１１４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等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
【００３５】
ＣＰＵ１１５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１３内、及び、排気管１６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。
【００３６】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いたシリコン酸化膜の形成方法について説明する。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（昇温用ヒータ１２）、ＭＦＣ制御部１２５、バルブ制御部１２６等を制御することにより、例えば、図３に示すようなレシピに従った条件に設定される。
【００３７】
まず、図３（ａ）に示すように、反応管２（内管３）内を所定の温度に設定する。また、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１５から内管３（反応管２）内に所定量の窒素を供給する。次に、半導体ウエハ１０が収容されているウエハボート９を蓋体７上に載置する。そして、ボートエレベータ８により蓋体７を上昇させ、半導体ウエハ１０（ウエハボート９）を反応管２内にロードする（ロード工程）。
【００３８】
続いて、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１５から内管３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、７８０℃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、２５０Ｐａ（１．８８Ｔｏｒｒ）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）。
【００３９】
成膜工程における反応管２内の温度は、６００℃〜１０００℃であることが好ましく、７００℃〜９００℃であることがさらに好ましい。また、反応管２内の圧力は、１．３３Ｐａ〜１３３０Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）であることが好ましく、１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒ）であることがさらに好ましい。反応管２内の温度及び圧力をかかる範囲にすることにより、シリコン酸化膜をより均一に成膜することができるためである。
【００４０】
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１５からの窒素の供給を停止する。そして、図３（ｄ）に示すように、処理ガス導入管１３から反応管２内に所定量の成膜用ガス、例えば、図３（ｄ）に示すように、シリコンソースとしてのＤＣＳを０．１７５ｓｌｍ供給するとともに、図３（ｅ）に示すように、酸化剤としてのＮ２Ｏを０．１７５ｓｌｍ供給する。さらに、図３（ｆ）に示すように、水素（Ｈ２）ガスを０．３５ｓｌｍ供給する（成膜工程）。これにより、半導体ウエハ１０の表面にシリコン酸化膜（ＨＴＯ膜）が形成される。
【００４１】
ここで、成膜工程において、水素ガスを供給し、反応管２内を水素雰囲気下（Ｈ２雰囲気下）にしているので、半導体ウエハ１０の表面に形成されるシリコン酸化膜中に水素原子や塩素原子が含まれにくくなる。このため、シリコン酸化膜のエッチング耐性を向上させるとともにデバイス性能に悪影響を与えなくなる。
【００４２】
水素ガスの供給量は、ＤＣＳ（シリコンソース）の供給量の０．５倍〜１０倍であることが好ましく、０．８倍〜５倍であることがさらに好ましい。水素ガスの供給量をかかる範囲にすることにより、形成されるシリコン酸化膜中に水素原子や塩素原子が含まれにくくなり、シリコン酸化膜のエッチング耐性をより向上させるとともにデバイス性能に悪影響を与えなくなるためである。水素ガスの供給量は、ＤＣＳの供給量の１倍〜２．５倍であることが最も好ましい。水素ガスの供給量を多くすると膜中の塩素原子を低減可能であるが、ＨＴＯ膜の成膜レートが低下してしまうおそれがあるためである。
【００４３】
半導体ウエハ１０に所定量のシリコン酸化膜が形成されると、処理ガス導入管１３からの成膜用ガス及び水素ガスの供給を停止する。次に、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１５から内管３内に所定量の窒素を供給するとともに、図３（ａ）に示すように、反応管２内を所定の温度に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を常圧に戻す（パージ工程）。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。そして、ボートエレベータ８により蓋体７を下降させることにより、半導体ウエハ１０（ウエハボート９）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、シリコン酸化膜の形成が終了する。
【００４４】
次に、本発明のシリコン酸化膜の形成方法の効果を確認するため、図３に示すレシピに沿って半導体ウエハ１０にシリコン酸化膜（ＨＴＯ膜）を形成した後、５０％ＤＨＦ（希フッ酸）：ＤＩＷ（純水）＝１：２００の割合で調合したＤＨＦにおけるＨＴＯ膜のウエットエッチングレートを測定した（実施例１）。また、成膜工程における水素（Ｈ２）ガスの供給量を０．１７５ｓｌｍとした場合についても、同様にＤＨＦにおけるＨＴＯ膜のウエットエッチングレートを測定した（実施例２）。なお、比較のため、成膜工程において水素（Ｈ２）ガスを供給しない場合についても同様に、ＤＨＦにおけるＨＴＯ膜のウエットエッチングレートを測定した（比較例１）。結果を図４に示す。
【００４５】
図４に示すように、成膜工程において水素ガスを供給することにより、ＤＨＦにおけるＨＴＯ膜のウエットエッチングレートが１０％以上低下し、ＤＨＦ耐性が向上することが確認できた。
【００４６】
また、実施例１、比較例１について、シリコン酸化膜中に含まれる水素濃度（水素原子数）、及び、塩素濃度（塩素原子数）を測定した。結果を図５に示す。図５に示すように、実施例１では、水素濃度、及び、塩素濃度ともに減少していることが確認できた。このため、成膜工程において水素ガスを供給することにより、形成されるシリコン酸化膜中の水素濃度、及び、塩素濃度が減少することが確認できた。
【００４７】
したがって、成膜工程において水素ガスを供給することにより、エッチング耐性を向上させることができるとともに、デバイス性能に悪影響を与えなくなることが確認できた。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、シリコン酸化膜を成膜する成膜工程において水素ガスを供給しているので、エッチング耐性を向上させるとともにデバイス性能に悪影響を与えなくなる。
【００４９】
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。
【００５０】
上記実施の形態では、成膜用ガスとしてＤＣＳを用いた場合を例に本発明を説明したが、塩素原子を含むシリコンソースであればよく、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）であってもよい。また、酸化剤として、酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、オゾン（Ｏ３）を用いてもよい。
【００５１】
上記実施の形態では、熱処理装置として、二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置を用いた場合を例に本発明を説明したが、例えば、本発明を単管構造のバッチ式熱処理装置に適用することも可能である。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、シリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１  熱処理装置
２  反応管
３  内管
４  外管
５  マニホールド
６  支持リング
７  蓋体
８  ボートエレベータ
９  ウエハボート 
１０  半導体ウエハ
１１  断熱体
１２  昇温用ヒータ
１３  処理ガス導入管
１４  排気口
１５  パージガス供給管
１６  排気管
１７  バルブ
１８  真空ポンプ
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
【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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