(57)【要約】【課題】装置の複雑化を抑制しつつ、自然酸化膜が除去された半導体基板上に熱酸化膜を成膜する。【解決手段】半導体ウェハＷ上の自然酸化膜８を除去するエッチングガスＧ１を石英管１内に導入し、半導体ウェハＷ上の自然酸化膜８を除去した後、酸化性ガスＧ２を石英管１内に導入し、半導体ウェハＷ上に熱酸化膜９を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを挿入可能な石英管と、
前記石英管内を加熱する加熱手段と、
前記ウェハ上の酸化膜を除去するエッチングガスを前記石英管内に導入するエッチングガス導入手段と、
前記石英管内に酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段とを備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記石英管内に導入されたエッチングガスを不活性ガスで置換する置換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記エッチングガスは弗酸水蒸気であることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
石英管内にウェハを挿入する工程と、
前記石英管内を加熱しながら、前記ウェハ上の自然酸化膜をエッチングするエッチングガスを前記石英管内に導入することにより、前記ウェハ上の自然酸化膜を除去する工程と、
前記石英管内を加熱しながら、前記石英管内に酸化性ガスを導入することにより、前記自然酸化膜が除去されたウェハ上に熱酸化膜を形成する工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項５】
前記ウェハ上の自然酸化膜が除去された後、前記石英管内に不活性ガスを導入することにより、前記石英管内を前記不活性ガスで置換する工程をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特に、熱酸化膜の形成方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、半導体基板上に生成された自然酸化膜を除去してから、半導体基板上に薄膜を成膜することにより、半導体基板上に成膜される薄膜の膜質を向上させることが行われている。
ここで、自然酸化膜が除去された半導体基板が大気に晒されて、半導体基板上に自然酸化膜が再び生成されることを防止するため、例えば、特許文献１に開示されているように、自然酸化膜が除去された半導体基板を大気に晒すことなく、半導体基板上に薄膜を成膜する方法が行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、反応炉内に還元性ガスとしてＨ２ガスを導入し、Ｈ２ガスをＲＦプラズマ放電させて基板の自然酸化膜および不純物を除去した後、基板を反応炉から取り出すことなく、反応炉内に酸化ガスとしてＯ２ガスを導入し、Ｏ２ガスをＲＦプラズマ放電させて基板に熱酸化膜を形成する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−４９４２８号公報
【特許文献２】
特開平４−２５５２２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、半導体基板を大気に晒すことなく、自然酸化膜を除去するための前処理用チャンバから薄膜を成膜するための薄膜形成用チャンバに半導体基板を移し変えることが必要になり、装置構成が複雑化するという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された方法では、半導体基板上の自然酸化膜を除去するために、還元性ガスをプラズマ化する必要があり、半導体基板の表面がダメージを受け易くなるとともに、装置構成が複雑化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、装置構成の複雑化を抑制しつつ、自然酸化膜が除去された半導体基板上に熱酸化膜を成膜することが可能な薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る薄膜形成装置によれば、ウェハを挿入可能な石英管と、前記石英管内を加熱する加熱手段と、前記ウェハ上の酸化膜を除去するエッチングガスを前記石英管内に導入するエッチングガス導入手段と、前記石英管内に酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、石英管内に導入されるガスを交換することで、半導体基板上の自然酸化膜を除去することが可能となるとともに、自然酸化膜が除去された半導体基板を大気に晒すことなく、自然酸化膜が除去された半導体基板上に熱酸化膜を形成することが可能となる。このため、装置の複雑化を抑制しつつ、半導体基板上に形成される熱酸化膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となるとともに、ウェハを移し変えることなく、自然酸化膜が除去された半導体基板上に熱酸化膜を形成することが可能となり、生産効率を向上させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成装置によれば、前記石英管内に導入されたエッチングガスを不活性ガスで置換する置換手段をさらに備えることを特徴とする。
これにより、石英管内に導入されたエッチングガスを効率よく追い出すことが可能となり、生産効率の劣化を抑制しつつ、石英管内に酸化性ガスを導入することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成装置によれば、前記エッチングガスは弗酸水蒸気であることを特徴とする。
これにより、自然酸化膜のエッチングレートを容易に調整することが可能となり、自然酸化膜の厚みが薄い場合においても、自然酸化膜を制御よく除去することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、石英管内にウェハを挿入する工程と、前記石英管内を加熱しながら、前記ウェハ上の自然酸化膜をエッチングするエッチングガスを前記石英管内に導入することにより、前記ウェハ上の自然酸化膜を除去する工程と、前記石英管内を加熱しながら、前記石英管内に酸化性ガスを導入することにより、前記自然酸化膜が除去されたウェハ上に熱酸化膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、ウェハを石英管内に挿入したままの状態で、自然酸化膜が除去された半導体基板上に熱酸化膜を形成することが可能となり、半導体基板上に形成される熱酸化膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となるとともに、生産効率を向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、前記ウェハ上の自然酸化膜が除去された後、前記石英管内に不活性ガスを導入することにより、前記石英管内を前記不活性ガスで置換する工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、石英管内に導入されたエッチングガスを効率よく追い出すことが可能となり、生産効率の劣化を抑制しつつ、石英管内に酸化性ガスを導入することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置および薄膜形成方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜形成方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、石英管１の先端には、石英管１内にガスＧ１、Ｇ２を導入するガス導入管２が設けられるとともに、石英管１の後部には、石英管１内に導入されたガスＧ１、Ｇ２を排出するガス排出管３が設けられている。また、石英管１の周囲には、石英管１内を加熱するハロゲンランプ４が配置されるとともに、石英管１内には、半導体ウェハＷを石英管１内で保持するピン５が設けられている。また、石英管１の後端には、石英管１内に半導体ウェハＷを搬送するローダ６が設けられ、ローダ６には、半導体ウェハＷを保持するウェハ保持部７が設けられている。
【００１５】
そして、半導体ウェハＷに熱酸化膜９を形成する場合、半導体ウェハＷを石英管１内に搬入し、半導体ウェハＷをピン５上に載置する。ここで、半導体ウェハＷを石英管１内に搬入する場合、半導体ウェハＷが大気中に晒されることにより、半導体ウェハＷ上に自然酸化膜８が形成される。
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体ウェハＷがピン５上に載置されると、ハロゲンランプ４により石英管１内を加熱しながら、半導体ウェハＷ上の自然酸化膜８を除去するエッチングガスＧ１を石英管１内に導入する。そして、半導体ウェハＷの表面をエッチングガスＧ１に晒すことにより、半導体ウェハＷ上の自然酸化膜８を除去する。なお、エッチングガスＧ１としては、例えば、ＨＦとＨ２Ｏとの混合ガスからなる弗酸水蒸気を用いることができる。ここで、弗酸水蒸気におけるＨＦの濃度は数％程度に設定し、エッチング時間は１０秒以上に設定することができる。これにより、自然酸化膜８のエッチングレートを容易に調整することが可能となり、自然酸化膜８の厚みが数１０Å程度と薄い場合においても、自然酸化膜８を制御よく除去することが可能となる。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体ウェハＷ上の自然酸化膜８が除去されると、ハロゲンランプ４により石英管１内を加熱しながら、酸化性ガスＧ２を石英管１内に導入する。そして、半導体ウェハＷの表面を酸化性ガスＧ２に晒しながら、半導体ウェハＷの熱処理を行うことにより、半導体ウェハＷ上に熱酸化膜９を形成する。なお、酸化性ガスＧ２としては、例えば、Ｏ２ガス、Ｈ２ＯガスまたはＨＣｌガスなどを用いることができる。また、自然酸化膜８を除去する温度と熱酸化膜９を形成する温度とは、４００〜１１００℃の範囲内で一定に保つことができる。
【００１７】
これにより、石英管４内に導入されるガスＧ１、Ｇ２を交換することで、半導体ウェハＷ上の自然酸化膜８を除去することが可能となるとともに、自然酸化膜８が除去された半導体ウェハＷを大気に晒すことなく、自然酸化膜８が除去された半導体ウェハＷ上に熱酸化膜９を形成することが可能となる。このため、装置の複雑化を抑制しつつ、半導体ウェハＷ上に形成される熱酸化膜９の膜厚の均一性を向上させることが可能となるとともに、半導体ウェハＷを移し変えることなく、自然酸化膜８が除去された半導体ウェハＷ上に熱酸化膜９を形成することが可能となり、生産効率を向上させることが可能となる。
【００１８】
なお、酸化性ガスＧ２を石英管１内に導入する前に、エッチングガスＧ１が導入された石英管１内をＮ２などの不活性ガスで置換するようにしてもよい。これにより、石英管１内に導入されたエッチングガスＧ１を効率よく追い出すことが可能となり、生産効率の劣化を抑制しつつ、石英管１内に酸化性ガスＧ２を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  石英管、２  ガス導入管、３  ガス排出管、４  ハロゲンランプ、５  ピン、６  ローダ、７  ウェハ保持部、８  自然酸化膜、９  熱酸化膜、Ｗ  半導体ウェハ、Ｇ１  エッチングガス、Ｇ２  酸化性ガス
【図１】
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