(57)【要約】【課題】反応ガスが半導体基板以外と接触して分解することなく、また、半導体基板の面と反応する反応ガスの濃度がすべての面で略等しくなるようにする半導体熱処理装置を提供することである。【解決手段】半導体基板表面に対し反応性ガスを均一な濃度で供給すると共に排気するシャワーヘッドにおいて、前記シャワーヘッドに反応ガス供給穴と反応ガス排気穴で構成したガス吸排気単位を等間隔に設け、前記シャワーヘッドに冷却手段を設け、前記シャワーヘッド内に供給ガス蓄積領域と排気ガス蓄積領域とを備え、供給細管により前記供給ガス蓄積領域と前記反応ガス供給穴を結び、排気細管により前記排気ガス蓄積領域と前記反応ガス排気穴を結ぶことを特徴とする。【選択図】　　図１
2004103630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に対し反応性ガスを均一な濃度で供給すると共に排気するシャワーヘッドにおいて、前記シャワーヘッドに反応ガス供給穴と反応ガス排気穴で構成したガス吸排気単位を等間隔に設け、前記シャワーヘッドに冷却手段を設け、前記シャワーヘッド内に供給ガス蓄積領域と排気ガス蓄積領域とを備え、
供給細管により前記供給ガス蓄積領域と前記反応ガス供給穴を結び、排気細管により前記排気ガス蓄積領域と前記反応ガス排気穴を結ぶことを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項２】
前記ガス吸排気単位は前記反応ガス供給穴と前記反応ガス排気穴とをシャワーヘッドの長さ方向に交互に配置する構成としたことを特徴とする請求項１記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記ガス吸排気単位は前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設ける構成としたことを特徴とする請求項１記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記ガス吸排気単位は前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設けた供給穴排気穴対を単位として６角形を形成するように配置し、該６角形を同心状に均等に配置したことを特徴とする請求項３記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
半導体基板表面に対し反応性ガスを均一な濃度で供給すると共に排気するシャワーヘッドにおいて、前記シャワーヘッドに反応ガス供給穴と反応ガス排気穴で構成したガス吸排気単位を等間隔に設け、前記シャワーヘッドに冷却手段を設け、前記シャワーヘッド内に供給ガス蓄積領域と排気ガス蓄積領域とを備え、
供給細管により前記供給ガス蓄積領域と前記反応ガス供給穴を結び、排気細管により排気ガス蓄積領域と前記反応ガス排気穴を結び、反応ガス供給管は前記供給ガス蓄積領域に連通し、反応ガス排気管は前記排気ガス蓄積領域に連通し、前記反応ガス供給管を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項６】
前記ガス吸排気単位は、前記反応ガス供給穴と、前記反応ガス排気穴とを前記シャワーヘッドの長さ方向に交互に配置したことを特徴とする請求項５記載のシャワーヘッド。
【請求項７】
前記ガス吸排気単位は、前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設けたことを特徴とする請求項５記載のシャワーヘッド。
【請求項８】
前記ガス吸排気単位は、前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設けた供給穴排気穴対を単位として６角形を形成するように配置し、該６角形を同心状に均等に配置したことを特徴とする請求項７記載のシャワーヘッド。
【請求項９】
半導体基板表面に反応性ガスを均一な濃度で供給しながら加熱する装置であって、反応性ガスとしてオゾンを含む酸化性ガスを用い、半導体基板を搭載するためのジグと、前記ジグに搭載された前記半導体基板を収納し反応室を構成する筐体と、前記筐体内の半導体基板表面に反応性ガスを供給すると共に反応ガスを排気する前記請求項１乃至８のいずれか１項記載のシャワーヘッドと、筐体内部での反応気体の供給量を制御するための制御手段と、前記半導体基板を加熱する熱源と、からなることを特徴とする半導体熱処理装置。
【請求項１０】
前記ジグと前記筐体と前記シャワーヘッドよって密封空間を形成し、前記密閉空間内に半導体基板が設置され、前記密封空間に前記反応ガス供給穴及び前記反応ガス排気穴を設けたことを特徴とする請求項９記載の半導体熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本技術は半導体素子製造に関し、酸化膜や窒化膜などの形成のための、反応性ガス雰囲気中で半導体基板を加熱処理する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、加熱処理は半導体基板上への酸化膜や窒化膜等の形成に伴って施される重要な技術である。例えば、酸化膜形成工程の場合、シリコン基板を酸素で代表される酸化雰囲気ガス中で加熱処理することにより基板表面に酸化膜を形成している。以下、説明の都合上、前記酸化膜形成工程を例に説明する。
【０００３】
加熱手段としては、従来熱輻射を用いた拡散炉があり、複数の半導体基板を均一に熱処理することができるため、広く一般的に使用されている。図７は従来の熱輻射を用いた拡散炉の構成図である。図７の拡散炉は、複数枚の半導体基板１０２を搭載するためのジグとなるボート１０１と、半導体基板を処理するための反応室となる筺体であるチューブ１０３と、該チューブ１０３の温度を均一に保ち反応室内への重金属の侵入を防止するための均熱管１０４と、前記チューブ１０３を加熱するためのヒータ１０８と、熱伝導媒体を供給する吸気管１１５、使用済み熱伝導媒体の排出を行う排気管１１７、排気装置１１８、吸気装置１１６、ガス導入口１０５構成されている。
【０００４】
半導体基板１０２を装着したボート１０１はチューブ１０３内に収納され、半導体基板１０２はガス導入口１０５からチューブ１０３内に供給された反応ガスによって反応処理される。
吸気装置１１６によって供給された熱伝導媒体は、均熱管１０４を通過しながらヒータ１０８の発熱を均一に伝導し、使用後排気装置１１８によって排気される。
反応ガスはガス導入口１０５から筐体１０３の内部へ導かれ半導体基板１０２の各種処理に用いられる。
【０００５】
このほかの酸素雰囲気中での加熱手段としては、ＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：急速加熱処理）装置が知られている。図８は従来のＲＴＰ装置を示す図である。
図８の場合、半導体基板１０２をボート１０１にのせてチューブ１０３に挿入し、外部からハロゲンランプ１０７で急速に加熱する。このときガス導入口１０５から用途に応じたガスを導入することで短時間に高温度まで加熱することができる。大量の電力をランプに投入するためランプ温度が上昇するので、ときにはランプ冷却用に空気１０９を吹き付ける。
【０００６】
従来のいずれの酸化加熱装置においても、反応ガスとして酸素が主体であった。酸素は、通常酸化に用いる温度（一般には７００〜８００℃以上１１００℃以下）でも分子が分解することがないため、ガスの温度が高温となっても問題とならなかった。むしろいかに酸素温度を高く均一に保つかに留意が払われていた（例えば、特許文献１及び２参照）。
反応性の高いガスを用いれば基板の温度を低くしつつ従来同様の膜質の酸化膜を形成できるが、活性なガスは酸化工程で使用されるような高温度にすると自己分解してしまう。例えば、オゾンは、酸素よりも桁違いに酸化力が強いが、４００℃程度に加熱された壁面にふれると容易に分解して酸素に分解され酸化活性度を失う。そのため、接ガス炉壁面や炉内ガスの温度が高温になるような従来の炉にオゾンガスを導入しても自己分解して本来の酸化速度が得られなかった。
【０００７】
また、図９に示すようなガス供給方式で半導体基板をオゾン雰囲気中で加熱し酸化する場合、半導体基板の直径が１ｃｍを越えると半導体基板表面に形成された酸化膜の厚さにむらが生じることが以下のような理由で避けられなかった。
図９の反応炉は、上方に導管２００を設け、下方に排気口２０３を設け、導管２００から排気口２０３に向かうガス流に対して直行するように半導体基板２０２を配置するようにした筐体２０１であり、オゾンは導管２００を通して筐体２０１に導入され、半導体基板２０２の表面と反応して排気口２０３から排気される。ここでガスの流れをみると、試料の中央には導管からのガスが直接当たる割合が多いが、周辺では基板表面を放射状に横切って流れるガスにさらされる割合が高くなる。オゾンガスは基板と反応すると酸素に変わっていくため、基板周囲でのオゾン濃度は中心部よりも低くなる。そのため、試料の酸化速度は中央部で大きく周辺部では小さくなる。
【０００８】
この図９の反応炉でのオゾン濃度の不均一性を解消するために、上方の開口の下流側にシャワーヘッド２０４を設けるものが図１０に提案されている。このシャワーヘッド２０４は流量を均等にするために、複数の穴が設けられた構造となっている。
図１０の反応炉では、オゾンガスがシャワーヘッド２０４の複数の穴を通ることにより基板の表面に向けて図９の方式よりは少し均一に供給される。しかしながら、これも程度の問題にすぎず、図１０に示す従来シャワーヘッドとよばれている複数の穴からガスを供給する手段を用いても前記オゾン濃度の不均一性の問題は基本的に解決されていない。
【０００９】
すなわち、このシャワーヘッドでは、未だに、均一供給の点で不十分である。それは、半導体基板と接触した後のガスを１つの排出口２０３から排出しているためであり、それによって半導体基板の表面を横切る望ましくない放射状の流れが未だ存在してしまう。よってこの方式でも、図９の方式よりも有効であるとはいえ、周囲部での実効オゾン濃度の減少は避けられなかった。
また、半導体基板は酸化のために７００℃程度以上の高温に保持される。そのため、シャワーヘッド２０４およびシャワーヘッド２０４への反応ガス配管が半導体基板に近い場合には、輻射熱で加熱されてしまう。そのため、供給されるオゾンガスが加熱されたシャワーヘッド２０４および反応ガス配管の内壁にふれて分解され、半導体基板表面に到達するオゾンの実効的な濃度が減少する。
【特許文献１】
特開２０００−３１０７７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２００７５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の加熱炉では、半導体基板をオゾンのような反応性ガス雰囲気中で加熱する場合において、反応ガスが半導体基板表面以外の加熱された箇所と接触して自己分解し、反応性が低下してしまうという問題があった。
また、半導体基板が大面積である場合は、反応性ガスが半導体基板の表面に沿った流れが生じ、反応ガスが基板表面で漸次分解していくため、中心部と外周部とで反応ガス濃度が異なり、半導体基板上への反応ガスの均一供給が阻害されているという問題があった。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、反応ガスが半導体基板以外で加熱され分解されることを抑制し、また、半導体基板の面と反応する反応ガスの濃度がすべての面で略等しくなるようにする半導体熱処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、下記の解決手段を採用する。
（１）　半導体基板表面に対し反応性ガスを均一な濃度で供給すると共に排気するシャワーヘッドにおいて、前記シャワーヘッドに反応ガス供給穴と反応ガス排気穴で構成したガス吸排気単位を等間隔に設け、前記シャワーヘッドに冷却手段を設け、前記シャワーヘッド内に供給ガス蓄積領域と排気ガス蓄積領域とを備え、供給細管により前記供給ガス蓄積領域と前記反応ガス供給穴を結び、排気細管により前記排気ガス蓄積領域と前記反応ガス排気穴を結ぶことを特徴とする。
（２）　上記（１）記載のシャワーヘッドにおいて、前記ガス吸排気単位は前記反応ガス供給穴と前記反応ガス排気穴とをシャワーヘッドの長さ方向に交互に配置する構成としたことを特徴とする請求項１記載のシャワーヘッド。
（３）　上記（１）記載のシャワーヘッドにおいて、前記ガス吸排気単位は前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設ける構成としたことを特徴とする。
【００１２】
（４）　上記（３）記載のシャワーヘッドにおいて、前記ガス吸排気単位は前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設けた供給穴排気穴対を単位として６角形を形成するように配置し、該６角形を同心状に均等に配置したことを特徴とする。
（５）　半導体基板表面に対し反応性ガスを均一な濃度で供給すると共に排気するシャワーヘッドにおいて、前記シャワーヘッドに反応ガス供給穴と反応ガス排気穴で構成したガス吸排気単位を等間隔に設け、前記シャワーヘッドに冷却手段を設け、前記シャワーヘッド内に供給ガス蓄積領域と排気ガス蓄積領域とを備え、供給細管により前記供給ガス蓄積領域と前記反応ガス供給穴を結び、排気細管により排気ガス蓄積領域と前記反応ガス排気穴を結び、反応ガス供給管は前記供給ガス蓄積領域に連通し、反応ガス排気管は前記排気ガス蓄積領域に連通し、前記反応ガス供給管を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
（６）　上記（５）記載のシャワーヘッドにおいて、前記ガス吸排気単位は、前記反応ガス供給穴と、前記反応ガス排気穴とを前記シャワーヘッドの長さ方向に交互に配置したことを特徴とする。
（７）　上記（５）記載のシャワーヘッドにおいて、　前記ガス吸排気単位は、前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設けたことを特徴とする。
（８）　上記（７）記載のシャワーヘッドにおいて、前記ガス吸排気単位は、前記反応ガス供給穴を囲むように前記反応ガス排気穴を設けた供給穴排気穴対を単位として６角形を形成するように配置し、該６角形を同心状に均等に配置したことを特徴とする。
【００１４】
（９）　半導体熱処理装置において、半導体基板表面に反応性ガスを均一な濃度で供給しながら加熱する装置であって、反応性ガスとしてオゾンを含む酸化性ガスを用い、半導体基板を搭載するためのジグと、前記ジグに搭載された前記半導体基板を収納し反応室を構成する筐体と、前記筐体内の半導体基板表面に反応性ガスを供給すると共に反応ガスを排気する前記請求項１乃至８のいずれか１項記載のシャワーヘッドと、筐体内部での反応気体の供給量を制御するための制御手段と、前記半導体基板を加熱する熱源と、からなることを特徴とする。
（１０）　上記（９）記載の半導体熱処理装置において、前記ジグと前記筐体と前記シャワーヘッドよって密封空間を形成し、前記密閉空間内に半導体基板が設置され、前記密封空間に前記反応ガス供給穴及び前記反応ガス排気穴を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下図に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例であるランプ加熱型反応性ガス熱処理装置を示す。
図１（ａ）はランプ加熱型反応性ガス熱処理装置の断面図であり、図１（ｂ）は図中「｛」で示すシャワーヘッド９０の下側外側面を示す図である。
図１の酸化炉は、大きく分けてオゾン接ガス部となるシャワーヘッド９０と筺体を構成するヒータ室筐体９１からなり、これらシャワーヘッド９０とヒータ室筐体９１は冷却能力を上げるために金属、例えばアルミ合金で形成されていることを特徴とする。
また、内部に冷却手段となる流通路８０を設け、該流通路８０に冷却液を通すことでオゾンガスの接する部分が０℃以下となっている。
本実施例では、シャワーヘッドにオゾンガスを供給するための反応ガス供給管が加熱されることはないので、これを冷却する必要がないのが特徴である。
シャワーヘッド９０は、長さ方向に設けた隔壁４０によって供給ガス蓄積領域３４と排気ガス蓄積領域３７の２室に分離され、それぞれの前記領域３４と３７はオゾンガス４を循環させる吸気管と排気管によりシャワーヘッド９０の外へ連通されている。シャワーヘッド９０の底面には、図１（ｂ）に示すようにその長さ方向に連続して壁を貫通する穴４２と４３が複数設けられている。穴４２は前記供給ガス蓄積領域３４に連通している。穴４３は前記排気ガス蓄積領域３７に連通している。
【００１６】
供給ガス蓄積領域３４と排気ガス蓄積領域３７の効果は、複数ある吸気細管３５からの供給オゾン量の均一化、かつ複数ある排気細管３６による排気量の均一化にある。これは、細管のコンダクタンスよりも、それら蓄積領域のコンダクタンスが大きいため、すべての細管の入り口出口の圧力が等しくなることによる。シャワーヘッド９０の前記穴４２と穴４３の間には、図示するように流通路８０が設けられている。流通路８０には例えば、エタノール等の冷却媒体を循環する。このように流通路８０に冷却媒体を流すことにより、反応ガスであるオゾンガスと接するシャワーヘッドの該当部分が０℃以下となる。本例では、オゾンガス接ガス部の材質はアルミ合金である。
一方、ヒータ室筐体９１は、一方側が開口した凹状に形成され、シャワーヘッド９０の前記穴４２と４３を密封状態に覆うように構成されている。ヒータ室筐体９１の前記開口側には支持台を備えた石英製ボート２が搭載される。前記石英製ボート２の支持台上には半導体基板１が設けられる。ヒータ室は気密であり、反応性ガスが侵入することはない。
【００１７】
半導体基板１は、その全体を半導体で構成するか、又はガラス板に半導体を堆積した基板とするか、又はシリコンを基材として構成することができる。
半導体基板１を加熱するためのランプ９は、ヒータ室筐体９１の前記段部により画成される凹部と石英製ボート２との間の空間に、半導体基板１に沿って複数個配置される。ランプ９が前記空間に配置されるので、ランプ９の光が直接シャワーヘッド９０を照射することはない。
供給ガス蓄積領域３４への供給口には流量調節器５が設けられている。半導体基板１が配置されている空間には、圧力測定計３１の測定端が測定可能に露出している。ランプ９に基づく半導体基板１の中央部近傍の放射温度を測定するように放射温度計３０が設けられている。
制御装置１３は、圧力測定計３１の測定圧力と放射温度計３０の測定温度の測定値をもとに、ランプ９と流量調節器５を下記のように制御する。
【００１８】
まず、オゾンガス４の流量を流量調節器５で制御する。オゾンガスの流れは、供給ガス蓄積領域３４及び穴４２を通り、反応ガス反応領域４１中にある半導体基板表面１に吹き付けられ、その後、シャワーヘッド９０の穴４３及び排気ガス蓄積領域３７を介して排気口から排気される。その際、石英製ボート２とシャワーヘッド９０の底面とにより反応領域を画成する。この反応領域に供給されるオゾン４の圧力を流量調節器５で調整する。これによりシャワーヘッド７内の供給ガス反応領域で２０ｈＰａ以下、望ましくは１０ｈＰａ以下、さらに望ましくは５ｈＰａ以下に調節する。オゾン４の圧力と流量は、シャワーヘッド７の反応ガス供給口と反応ガス排出口の直径とそれらの数で調節されるように設計される。また、温度については下記のように制御する。半導体基板１はランプ９からの赤外線で加熱される。このときの半導体基板１の温度は放射温度計３０で加熱中随時測定され、前記放射温度計３０の検出温度に基づいて制御装置１３によりランプ９の入力パワーを制御し、半導体基板１の温度を設定値に保つ。
制御装置１３は加熱中の圧力と温度を常に監視し、各温度における最適な圧力になるように制御するとともに、オゾンの異常燃焼などの以上状態時に警報を与える働きをする。
【００１９】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の第２実施例を示し、本発明のオゾンを反応ガスとする酸化炉（ランプ加熱型反応性ガス熱処理装置）の構成図である。
図２の酸化炉は、半導体基板１、支持台を備えた石英製ボート２、石英製チューブ３、流量調節器５、石英製二重管６，シャワーヘッド７、窒素排気管８，ハロゲンランプ９，オゾン排気管１１、筐体のパージ専用ポート２０、放射温度計３０、圧力測定計３１、放熱温度計３０の測定値に基づいてハロゲンランプ９を制御する制御装置１３からなる。
炉内には、半導体基板１を載置した石英製ボート２を配置し、半導体基板１を収納するようにシャワーヘッド７を配置し、オゾンガスをシャワーヘッド７へ導入するために石英製配管を挿通して設け、炉壁に沿ってハロゲンランプ９を設けてある。また、筐体１４はシャワーヘッド７の外形に対応した形状を有すると共に、シャワーヘッド７に密着する形状を有する。また、筐体１４は半導体基板を収納するように構成されている。シャワーヘッド７から噴出する反応ガスは筐体によって半導体基板に当たるように方向づけされる。
【００２０】
従来の炉と比べ本発明の特徴点は、オゾンガス４を使用すること、およびオゾンガスが接する部分（シャワーヘッドならびにオゾン供給管）を冷却する構造となっていること、半導体基板表面に均一にオゾンガスを照射するためのシャワーヘッドを備えていることである。それらについて以下に詳述する。
まず冷却構造について述べる。
図２における、冷却手段を構成するチューブ３及びシャワーヘッド７は、ハロゲンランプ９の赤外光を吸収しにくい材質（例えば、石英等）で形成されている。そのため加熱されにくい。
【００２１】
さらにオゾン接ガス部である、オゾンを輸送する石英製二重管６およびシャワーヘッドはその外壁を窒素で冷却している。すなわち、冷却窒素ガス１０を石英製二重管６を経てシャワーヘッド７を通過し排気管１１から排出することにより、二重管６の内部管壁およびシャワーヘッド外壁を冷却する。ここで、オゾン４は６０℃から０℃に冷却しただけで自己分解速度が５０分の１以下に抑制されるため接ガス部はできるだけ低温に保つことが望ましい。そのため窒素ガス１０の冷却の効果は、接ガス部の冷却効率を上げることと、オゾンの自己分解抑制のために有効である。冷却窒素ガスの温度は０℃以下、より望ましくは−６０℃以下である。下限は−１６０℃である。
冷却に使用した窒素ガスは排気管１１から排出された後、純化器（図示しない）を経て再利用される。これにより、冷却ガスの効率的利用が可能となる。またクリーンルームの空気を冷却ガスに使う場合に比べて、冷却ガスに含まれる不純物をｐｐｂレベル以下に減少させることができるため、石英製二重管６やシャワーヘッド７内部が汚染されることによって半導体基板１が汚染されてしまう可能性が排除できる。
【００２２】
石英製チューブ３の材質は、合成石英が望ましく、ランプ９の赤外線を吸収しにくい無水合成石英がさらに望ましい。また冷却ガスとしては、窒素以外の気体やさらには水などの液体を使うことももちろん可能である。
オゾンガス４は流量調節器５で制御され、石英製二重管６を通りシャワーヘッド７におくられる。シャワーヘッド７に送られたオゾンガスはシャワーヘッド７底部から半導体基板表面１に吹き付けられ、その後、シャワーヘッド７底部にある排気口から排気される。その際、反応領域を画成する筐体１４によって、オゾンガス４が半導体基板１に供給され、最終的に排気管８から強制排気される。制御装置１３の働きについては、実施例１と同様である。
なお、半導体基板１の設置機構は、図示しないが、半導体基板１の置かれた支持体を上下駆動するものである。
【００２３】
（第３実施例）
図３に本発明の第３実施例であるヒータ加熱型反応性ガス熱処理装置を示す。図３は加熱源としてヒータ１２を用い、これを半導体基板１と直接接触させることで加熱するヒータ加熱方式の酸化炉である。ヒータ１２を使用するため、温度制御性に優れているが、ランプ加熱ほどの急速加熱は困難である。そのため、オゾン酸化工程が終了次第直ちにオゾンを窒素等の不活性ガスに切り替えて酸化が進行するのを抑制することが、プロセス制御上必要となる。
図３の構成において、図２のランプ９を用いた実施例と同じ構成は同じ番号を用いて説明を省略する。
（第４実施例）
図４は本発明の第４実施例であるシャワーヘッド部付近の構成図を示す。
シャワーヘッドは、外筒３８と内筒３８と供給細管３５と排気細管３６とで構成され、内部に供給ガス蓄積領域３４と排気ガス蓄積領域３７を備えている。内筒内部にはオゾンガス４が流れ、冷却手段を構成する外筒内部には冷却用窒素ガス１０が流れる。
【００２４】
供給ガス反応領域４１は、筐体４４と半導体基板１と外容器３８とで囲まれる領域である。半導体基板１は、ジグを構成する石英製ボード２上の支持台５１、５１’に載置される。また、半導体基板１は、筐体４４によって周囲が囲われ、筐体４４と外筒３８と石英製ボード２により密封状態にされる。
外筒３８の一方の外側端板４７には、冷却ガス供給管３３が設けられ、外筒３８の他方の外側端板４９には、冷却ガス排気管４５が設けられている。
内筒３９は外筒３８よりも径が小さく、外筒３８内部に設けられている。内筒３９の一方の内側端板４８には、前記冷却ガス供給管３３内に内挿される反応ガス供給管３２が設けられ，内筒３９の他方の外側端板５０には、前記端板４９を貫通するように反応ガス排気管４６が設けられている。
【００２５】
供給ガス蓄積領域３４と排気ガス蓄積領域３７は内筒３９内に設けられている。供給ガス蓄積領域３４は反応ガス供給管３２に連通しており、排気ガス蓄積領域３７は反応ガス排気管４６に連通している。供給ガス蓄積領域３４排気ガス蓄積領域３７は、隔壁４０によって隔てられている。供給細管３５は、一方の開口を隔壁４０の内筒３９の供給ガス蓄積領域３４に接する側に設け、他方の開口を供給ガス反応領域４１に設けている。
また、排気細管３６は、一方の開口を隔壁４０の排気ガス蓄積領域３７に接する側に設け、他方の開口を供給ガス反応領域４１に設ける。
さらに、供給細管３５と排気細管３６は外容器３８の供給ガス反応領域４１に接する側に交互に設けられている。
【００２６】
オゾンガス４の流路は、反応ガス供給管３２から導入されて供給ガス蓄積領域３４を通り、反応ガス供給穴４２から供給ガス反応領域４１に導かれて半導体基板１に供給される。その後反応ガス供給穴４２の周りに配置された反応ガス排気穴４３を通り、排気ガス蓄積領域３７を経て、反応ガス排気管４６からチャンバー外部に排出される。
供給細管３５の開口６２は複数設けられるがそれらのオゾンガス圧力の均一性は、供給ガス蓄積領域３４内のコンダクタンスが供給細管のコンダクタンスに比べて十分大きいばあいには、保つことができる。同様に排気細管３６の開口６３での圧力均一性は、排気ガス蓄積領域３７が緩衝として作用することで保たれる。これは実施例１と同様の効果である。
冷却ガスとなる窒素ガス１０は、冷却ガス供給管３３から供給され、外筒３８と内筒３９の間を流れ冷却ガス排気管４５からチャンバー外部に排出される。その際冷却ガスは、シャワーヘッド底部、外筒３８と内筒３９の間に設けられた供給細管３５、排気細管３６の周囲を周り、それらを冷却する。
【００２７】
以上まとめると、半導体基板に沿ったガスの流れの抑制と、半導体基板面全面への均等な入力圧力と均等な排気背圧とにより、半導体基板上の任意の箇所でオゾンの供給速度が等価となり、形成酸化膜の成長速度が均一となる。また、冷却構造により、基板までの輸送途中における、オゾンガスの熱分解を抑制することができる。
さらに、オゾンガスの供給と排気が半導体基板上のどの点でも等価に行われる。すなわち、供給口と排気口のガス吸排気単位を繰り返すことにより大面積基板にたいしてどの箇所でも同等のガスの供給と排出がなされるので均一な大面積の成膜が可能となる。また、ガス吸排気単位を繰り返すことにより、原理的に、任意の大面積の基板の成膜に対応できる。
【００２８】
なお、図４は説明のための概略図であり、反応ガス供給穴４２と反応ガス排気穴４３のガス吸排気単位はそれら相互の組み合わせ構造により最適化できる。
図５は本発明の第５実施例である他のシャワーヘッド部付近の構成図である。図５の実施例は、反応ガス排気穴４３の構成を、図４の実施例の独立した穴から、図５に示すように反応ガス供給穴４２の周囲を囲むように同心円状に設けた穴の構成とした点が変更されている。他の構成は変更されていないので、説明を省略する。
図５においてのガス吸排気単位の配置例を図６に示す。これは、シャワーヘッド底部からみた供給穴排気穴対の配置が、隣り合う穴対中心位置までの距離が均等になるように、すなわちある一対の穴の中心に対して周りの対の穴の中心位置を正六角形となるようにしたものである。これは一例であり、その他の配置構造も取ることができる。要は、オゾンガスの供給と排気が半導体基板上のどの位置でも等価になるように配置すればよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、半導体基板を反応性ガス中で熱処理する場合、大面積の半導体基板であっても、基板表面に接触させる反応性ガスの流量を、基板表面のあらゆる部分において等しくし、さらに反応ガスの活性度を最大限に生かせるため、従来よりも低温での熱処理が行え、あるいは従来と同様の温度では従来よりも熱処理時間を短くできるとともに、大面積基板のすべての箇所に均質な膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるランプ加熱型反応性ガス熱処理装置の構成図を示す。
【図２】本発明の第２実施例であるランプ加熱型反応性ガス熱処理装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例であるヒータ加熱型反応性ガス熱処理装置の構成図である。
【図４】本発明の第４実施例であるシャワーヘッド部付近の構成図を示す。
【図５】本発明の第５実施例である他のシャワーヘッド部付近の構成図である。
【図６】図５におけるシャワーヘッドの底部での反応性ガス吸気口・排気口対の配置図である。
【図７】熱輻射を利用した従来の拡散炉の構成図である。
【図８】熱源にランプを利用した従来のＲＴＰ装置の構成図である。
【図９】反応性ガス供給源が一つである従来の熱処理装置の構成図である。
【図１０】反応性ガス供給源がシャワーヘッドを有し、排気口が一つである従来の熱処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１　　半導体基板
２　　ボート
３　　チューブ
４　　オゾンガス
５　　流量調節器
６　　石英製二重管
７　　シャワーヘッド
８　　窒素排気管
９　　ハロゲンランプ
１０　　窒素ガス
１１　　オゾン排気管
１２　　ヒータ
１３　　制御装置
１４　　筐体
２０　　パージ専用ポート
３０　　放熱温度計
３１　　圧力測定計
３２　　反応ガス供給管
３３　　冷却ガス供給管
３４　　供給ガス蓄積領域
３５　　供給細管
３６　　排気細管
３７　　排気ガス蓄積領域
３８　　外筒
３９　　内筒
４０　　隔壁
４１　　供給ガス反応領域
４２　　反応ガス供給穴
４３、４３’　　反応ガス排気穴
４４　　側壁
４５　　冷却ガス排気管
４６　　反応ガス排気管
４７、４９　　外側端板
４８、５０　　内側端板
５１、５１’　基板支持
８０　　冷却液
９０　　シャワーヘッド
９１　　ヒータ室筐体
２００　　導管２００
２０１　　筐体
２０２　　半導体基板
２０３　　排気口
２０４　　シャワーヘッド
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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