(57)【要約】【課題】  形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を改善することが可能な被処理体の酸化方法を提供する。【解決手段】  所定のピッチで配列された複数枚の被処理体Ｗを収容する真空引き可能になされた処理容器２２内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした被処理体の酸化方法において、前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域Ｓを流れるガス流の少なくとも上流域Ｓ１と下流域Ｓ３と中流域Ｓ２とに噴射して供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした被処理体の酸化方法において、
前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたことを特徴とする被処理体の酸化方法。
【請求項２】
前記酸化性ガスは、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに噴射して供給されることを特徴とする請求項１記載の被処理体の酸化方法。
【請求項３】
前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項１または２記載の被処理体の酸化方法。
【請求項４】
所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するに際して、
前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたステップを有するように被処理体の酸化装置を制御するソフトウエアを含むことを特徴とする記録媒体。
【請求項５】
前記ステップでは、前記酸化性ガスは、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに噴射して供給されることを特徴とする請求項４記載の記録媒体。
【請求項６】
前記ステップでは、前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項４または５記載の記録媒体。
【請求項７】
所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、
前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、
前記被処理体を加熱するための加熱手段と、
前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
を備え、
前記酸化性ガス供給手段と前記還元性ガス供給手段の内の少なくともいずれか一方が、前記被処理体の配列された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とにガス噴射口を有することを特徴とする被処理体の酸化装置。
【請求項８】
前記酸化性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに前記ガス噴射口の形成された酸化性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする請求項７記載の被処理体の酸化装置。
【請求項９】
前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域に沿って延在する少なくとも１本の還元性ガス噴射ノズルを有し、前記還元性ガス噴射ノズル全体として少なくとも前記収容領域を流れるガス流の上流域と下流域と中流域とに前記ガス噴射口を有することを特徴とする請求項７又は８記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１０】
還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域にガス噴射口が形成された第１の還元性ガス噴射ノズルと、中流域と下流域とにガス噴射口が形成された第２の還元性ガス噴射ノズルとを有することを特徴とする請求項９記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１１】
前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の略全域に亘ってその長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする請求項９記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１２】
前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域に沿ってガス流の上流域から下流域まで延びると共に下流域で折り返されて上流域に延びるように成形され、前記折り返されて延びる部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする請求項９記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１３】
前記還元性ガス供給手段は、
前記収容領域を流れるガス流の略全域に亘ってその長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルと、
前記記収容領域に沿ってガス流の上流域から下流域まで延びると共に下流域で折り返されて上流域に延びるように成形され、前記折り返されて延びる部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルと、
を有することを特徴とする請求項９記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１４】
前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに前記ガス噴射口の形成された還元性ガス噴射ノズルを有することを特徴とする請求項７記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１５】
前記酸化性ガス供給手段は、前記収容領域に沿って延在する少なくとも１本の酸化性ガス噴射ノズルを有し、前記酸化性ガス噴射ノズル全体として少なくとも前記収容領域を流れるガス流の上流域と下流域と中流域とに前記ガス噴射口を有することを特徴とする請求項７又は８記載の被処理体の酸化装置。
【請求項１６】
前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含むことを特徴とする請求項７乃至１５のいずれかに記載の被処理体の酸化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に対して酸化処理を施す被処理体の酸化方法及び酸化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。上記各種の処理の中で、例えば酸化処理を例にとれば、この酸化処理は、単結晶或いはポリシリコン膜の表面等を酸化する場合、金属膜を酸化処理する場合等が知られており、特に、ゲート酸化膜やキャパシタ等の絶縁膜を形成する時に主に用いられる。
【０００３】
この酸化処理を行なう方法には、圧力の観点からは、略大気圧と同等の雰囲気下の処理容器内で行なう常圧酸化処理方法と真空雰囲気下の処理容器内で行なう減圧酸化処理方法とがあり、また、酸化に使用するガス種の観点からは、例えば水素と酸素とを外部燃焼装置にて燃焼させることによって水蒸気を発生させてこの水蒸気を用いて酸化を行なうウェット酸化処理方法（例えば特許文献１等）と、オゾンのみ、或いは酸素のみを処理容器内へ流すなどして水蒸気を用いないで酸化を行なうドライ酸化処理方法（例えば特許文献２等）とが存在する。
【０００４】
ところで、絶縁膜としては耐圧性、耐腐食性、信頼性等の膜質特性を考慮すると、一般的には、ドライ酸化処理により形成された物よりも、ウェット酸化処理により形成された物の方が比較的優れている。また、形成される酸化膜（絶縁膜）の成膜レートやウエハ面内の均一性の観点からは、一般的には、常圧のウェット酸化処理により形成された物は、酸化レートは大きいが、膜厚の面内均一性に劣り、減圧のウェット酸化処理により形成された物は、逆に酸化レートは小さいが膜厚の面内均一性に優れている、という特性を有している。
【０００５】
従来にあっては、半導体集積回路のデザインルールがそれ程厳しくなかったことから、酸化膜が適用される用途やプロセス条件、装置コスト等を適宜勘案して、上述したような種々の酸化方法が用いられていた。しかしながら、最近のように線幅や膜厚がより小さくなってデザインルールが厳しくなると、それに従って、膜質の特性や膜厚の面内均一性等がより高いものが要求されるようになってきており、酸化処理方法では、この要求に十分に対応することができない、といった問題が発生してきた。
【０００６】
また、ウェット酸化処理方法の例として例えば特許文献３に示すように、縦型の石英反応管内の下端にＨ２ ガスとＯ２ ガスとを別個に導入し、これを石英キャップ内に設けた燃焼部にて燃焼させて水蒸気を発生し、この水蒸気をウエハの配列方向に沿って上昇させつつ酸化処理を行なうようにした酸化装置も提案されている。しかし、この場合には、上記した燃焼部にてＨ２ ガスを燃焼させるようにしているので、例えば処理容器の下端では水蒸気リッチになり、そして、水蒸気が上昇するに従ってこれが消費されて処理容器の上端では逆に水蒸気不足の傾向となるので、ウエハ面上に形成される酸化膜の厚さがウエハの支持位置により大きく異なる場合が生じ、この酸化膜の厚さの面間均一性が劣化する場合もあった。
【０００７】
また、他の装置例として例えば特許文献４に開示されているように、横型のバッチ式の反応管内に複数の半導体ウエハを並べて設置し、この反応管の一端側より、Ｏ２ ガスを導入したり、或いはＯ２ ガスとＨ２ ガスとを同時に導入したりして、減圧雰囲気化にて酸化膜を生成するようにした酸化装置も提示されている。しかし、この従来装置例の場合には、水素燃焼酸化法を用いて比較的高い圧力雰囲気下にて成膜を行っていることから、水蒸気成分が反応の主体となり、上述したように処理容器内のガス流の上流側と下流側との間での水蒸気の濃度差が大きくなり過ぎ、酸化膜の厚さの面間均一性が劣化する恐れがあった。
また更に、他の装置例として例えば特許文献５に開示されているように、ランプ加熱による枚葉式のプロセスチャンバ内に酸素ガスと水素ガスとを供給し、これらの両ガスをプロセスチャンバ内に設置した半導体ウエハ表面の近傍にて反応させて水蒸気を生成し、この水蒸気でウエハ表面のシリコンを酸化させて酸化膜を形成するようにした装置が示されている。
【０００８】
しかし、この装置例の場合には、ウエハから２０〜３０ｍｍ程度だけ離れたガス入口から酸素ガスと水素ガスとをプロセスチャンバ内に導入し、半導体ウエハ表面の近傍にてこれらの酸素ガスと水素ガスとを反応させて水蒸気を発生させて、しかもプロセス圧力も比較的高い領域で行うことから、膜厚の面内均一性に劣る恐れが生ずる、といった問題があった。
そこで、本出願人は、上記各問題点を解決するために特許文献６において、Ｏ２ などの酸化性ガスとＨ２ などの還元性ガスとを、それぞれ処理チャンバの上部と下部とに同時に供給して真空雰囲気下で反応させて酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気を形成し、この雰囲気中でシリコンウエハ等を酸化させる酸化方法を開示した。
【０００９】
この酸化方法を図４を参照して簡単に説明する。図４は従来の酸化装置を示す概略構成図である。図４に示すように、この酸化装置２は外側周囲に抵抗加熱ヒータ４を配置した縦型の筒体状の処理容器６を有している。この処理容器６内には、その下方より昇降可能にロード・アンロードされるウエハボート８が設置されており、このウエハボート８にシリコン基板等よりなる半導体ウエハＷが多段に載置して保持されている。この処理容器６の下部側壁側には、Ｈ２ ガスを供給するＨ２ ガスノズル１０とＯ２ ガスを供給するＯ２ ガスノズル１２とが設けられており、処理容器６の上部には、図示しない真空ポンプ等に連結される排気口１４が設けられる。
上記両ノズル１０、１２より上記処理容器６内の下部に導入されたＨ２ ガスとＯ２ ガスの両ガスは、この処理容器６内で例えば１３３Ｐａ未満の圧力下で反応しつつ酸素活性種と水酸基活性種とを発生し、これらの活性種は処理容器６内を上昇しつつウエハＷの表面と接触してその表面を酸化することになる。
【００１０】
【特許文献１】特開平３−１４０４５３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１２３２号公報
【特許文献３】特開平４−１８７２７号公報
【特許文献４】特開昭５７−１２３２号公報
【特許文献５】米国特許第６０３７２７３号明細書
【特許文献６】公開２００２−１７６０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記した特許文献１〜６に開示された酸化方法によれば、膜質特性が良好な酸化膜を形成でき、しかも、酸化膜の膜厚の面内均一性も高く維持することができた。しかしながら、ウエハ間の膜厚差の程度を示す膜厚の面間均一性がかなり劣ってしまう、という問題があった。この理由は、ガス流の上流側では活性種の濃度が高いが下流側では低くなるからであると考えられる。特に、上記膜厚の面間均一性の問題は、半導体素子のデザインルールがより厳しくなって更なる細幅の微細化及び薄膜化が要請されている今日において早期の解決が望まれている。
【００１２】
この場合、配列されているウエハの温度にその配列方向に沿って僅かずつ温度差をつけ（いわゆる、温度チルト制御と称される）、膜厚を均一化させることも考えられる。しかしながら、この場合には、ウエハボート上に載置されるウエハ位置によってウエハの温度が僅かずつ異なることになることから、ウエハ自体の熱履歴がウエハ毎に異なったものとなってしまい、このために膜質特性に悪影響を与えるので、採用することはできない。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を改善することが可能な被処理体の酸化方法及び酸化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するようにした被処理体の酸化方法において、前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたことを特徴とする被処理体の酸化方法である。
【００１４】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記酸化性ガスは、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに噴射して供給される。
また例えば請求項３に規定するように、前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含む。
【００１５】
請求項４に係る発明は、所定のピッチで配列された複数枚の被処理体を収容する真空引き可能になされた処理容器内に酸化性ガスと還元性ガスとを供給して、前記両ガスを反応させることによって発生した酸素活性種と水酸基活性種とを有する雰囲気中で前記被処理体の表面を酸化するに際して、前記酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、前記被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたステップを有するように被処理体の酸化装置を制御するソフトウエアを含むことを特徴とする記録媒体である。
【００１６】
この場合、請求項５に規定するように、前記ステップでは、前記酸化性ガスは、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに噴射して供給される。
また例えば、請求項６に規定するように、前記ステップでは、前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含む。
【００１７】
請求項７に係る発明は、所定のピッチで複数枚の被処理体を支持する保持手段と、前記被処理体に酸化処理を施すために前記保持手段を収容することができると共に真空引き可能になされた所定の長さの処理容器と、前記被処理体を加熱するための加熱手段と、前記処理容器内の雰囲気を真空引きする真空排気系と、前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、を備え、前記酸化性ガス供給手段と前記還元性ガス供給手段の内の少なくともいずれか一方が、前記被処理体の配列された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とにガス噴射口を有することを特徴とする被処理体の酸化装置である。
【００１８】
この場合、例えば請求項８に規定するように、前記酸化性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに前記ガス噴射口の形成された酸化性ガス噴射ノズルを有する。
また例えば請求項９に規定するように、前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域に沿って延在する少なくとも１本の還元性ガス噴射ノズルを有し、前記還元性ガス噴射ノズル全体として少なくとも前記収容領域を流れるガス流の上流域と下流域と中流域とに前記ガス噴射口を有する。
また例えば請求項１０に規定するように、還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域にガス噴射口が形成された第１の還元性ガス噴射ノズルと、中流域と下流域とにガス噴射口が形成された第２の還元性ガス噴射ノズルとを有する。
【００１９】
また例えば請求項１１に規定するように、前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の略全域に亘ってその長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルを有する。
また例えば請求項１２に規定するように、前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域に沿ってガス流の上流域から下流域まで延びると共に下流域で折り返されて上流域に延びるように成形され、前記折り返されて延びる部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルを有する。
【００２０】
また例えば請求項１３に規定するように、前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の略全域に亘ってその長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルと、前記記収容領域に沿ってガス流の上流域から下流域まで延びると共に下流域で折り返されて上流域に延びるように成形され、前記折り返されて延びる部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口が形成された還元性ガス噴射ノズルと、を有する。
また例えば請求項１４に規定するように、前記還元性ガス供給手段は、前記収容領域を流れるガス流の上流域のみに前記ガス噴射口の形成された還元性ガス噴射ノズルを有する。
【００２１】
また例えば請求項１５に規定するように、前記酸化性ガス供給手段は、前記収容領域に沿って延在する少なくとも１本の酸化性ガス噴射ノズルを有し、前記酸化性ガス噴射ノズル全体として少なくとも前記収容領域を流れるガス流の上流域と下流域と中流域とに前記ガス噴射口を有する。
また例えば請求項１６に規定するように、前記酸化性ガスはＯ２ とＮ２ ＯとＮＯとＮＯ２ とＯ３ よりなる群から選択される１つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはＨ２ とＮＨ３ とＣＨ４ とＨＣｌと重水素よりなる群から選択される１つ以上のガスを含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、酸化性ガスと還元性ガスの内の少なくともいずれか一方のガスを、被処理体が収容された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とに噴射して供給するようにしたので、形成される酸化膜の膜厚の面間均一性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る被処理体の酸化方法及び酸化装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するための酸化装置の第１実施例を示す構成図である。まずこの酸化装置について説明する。図示するように、この酸化装置２０は下端が開放された円筒体状になされた縦型の処理容器２２を有している。この処理容器２２は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
この処理容器２２の天井部には、開口された排気口２４が設けられると共に、この排気口２４に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ライン２６が連設されている。そして、この排気ライン２６には、途中に圧力制御弁２８や真空ポンプ３０等が介設された真空排気系３２が接続されており、上記処理容器２２内の雰囲気を真空引きして排気できるようになっている。
【００２４】
上記処理容器２２の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド３４によって支持されており、このマニホールド３４の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート３６が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器２２の下端と上記マニホールド３４の上端との間には、Ｏリング等のシール部材３８が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート３６には、例えば５０枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
【００２５】
このウエハボート３６は、石英製の保温筒４０を介してテーブル４２上に載置されており、このテーブル４２は、マニホールド３４の下端開口部を開閉する蓋部４４を貫通する回転軸４６の上端部に支持される。そして、この回転軸４６の貫通部には、例えば磁性流体シール４８が介設され、この回転軸４６を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部４４の周辺部とマニホールド３４の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材５０が介設されており、処理容器２２内の気密性を保持している。
上記した回転軸４６は、例えばボートエレベータ等の昇降機構５２に支持されたアーム５４の先端に取り付けられており、ウエハボート３６及び蓋部４４等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル４２を上記蓋部４４側へ固定して設け、ウエハボート３６を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２６】
上記処理容器２２の側部には、これを取り囲むようにしてた例えば特開２００３−２０９０６３号公報に記載されたようなカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段５６が設けられており、この内側に位置する処理容器２２及びこの中の上記半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。このカーボンワイヤヒータは清浄なプロセスが実現でき、且つ昇降温特性に優れている。またこの加熱手段５６の外周には、断熱材５８が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド３４には、各種のガスをこの処理容器２２内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
【００２７】
具体的には、このマニホールド３４には、上記処理容器２２内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段６０と、処理容器２２内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段６２とがそれぞれ設けられている。上記ガス供給手段６０、６２は、上記マニホールド３４の側壁を貫通させてその先端部を処理容器２２内に挿入して臨ませて設けた酸化性ガス噴射ノズル６４及び還元性ガス噴射ノズル６６をそれぞれ有している。そして、各噴射ノズル６４、６６から延びるガス通路６８、７０の途中にはマスフローコントローラのような流量制御器７２、７４がそれぞれ介設されており、マイクロコンピュータ等よりなる主制御部７６により上記各流量制御器７２、７４をそれぞれ制御して各ガス流量を制御し得るようになっている。ここで、この主制御部７６は、この酸化装置２０の全体の動作も制御するものであり、それため、この主制御部７６はフロッピ等の記録媒体７７を有しており、この記録媒体７７には後述するように本発明方法を実施するようにこの酸化装置２０を制御するソフトウエア（プログラム）が記憶されている。
【００２８】
そして、本発明の特徴とする構成として、上記酸化性ガス供給手段６０と上記還元性ガス供給手段６２の内の少なくともいずれか一方が、上記被処理体Ｗの配列された収容領域を流れるガス流の少なくとも上流域と下流域と中流域とにガス噴射口を有する。
【００２９】
ここで、上記処理容器２２内のウエハＷが収容される空間を収容領域Ｓとしており、図示例では処理容器２２内へ導入されたガスは、この導入された位置より収容領域Ｓ内を上方向に向かって流れて上端部に設けた排気口２４から排出される。そして、この収容領域Ｓは、ウエハボート３６の長さよりも僅かに上下方向に広く設定されており、ガスの流れ方向に沿って便宜上、３つの領域、すなわち上流域Ｓ１（図中において下部の領域）、中流域Ｓ２（図中において中央の領域）、下流域Ｓ３（図中において上部の領域）に区分されている。
【００３０】
この第１実施例では、上記酸化性ガス供給手段６０は１本の酸化性ガス噴射ノズル６４を有しており、そのガス噴射口６４Ａを上流域Ｓ１に位置させている。より詳しくは、このガス噴射口６４Ａは、ウエハボート３６の下端部よりもある程度の距離だけ下方に位置させるのがよい。この場合、酸化性ガス噴射ノズル６４をストレートに形成して水平方向へガスを噴射するようにしてもよいし、更にはノズル先端部をＬ字状に上方へ屈曲成形して上方向へガスを噴射するようにしてもよい。
【００３１】
また還元性ガス供給手段６２は、１本の還元性ガス噴射ノズル６６を有しており、この還元性ガス噴射ノズル６６は収容領域Ｓに沿って延在しており、この全領域をカバーできるようになっている。そして、この還元性ガス噴射ノズル６６には、その長手方向に沿って略所定のピッチで複数のガス噴射口６６Ａが形成されており、収容領域Ｓの全領域（上流域Ｓ１、中流域Ｓ２、下流域Ｓ３）に対して水平方向に向けて還元性ガスを噴射して供給できるようになっている。このようなノズルを「分散型ノズル」とも称す。この場合、この還元性ガス噴射ノズル６６の上端部にもガス噴射口を設けて、これより上方へ向けてガスを噴射できるようにしてもよい。尚、還元性ガス噴射ノズル６６を複数本設けて、全体として収容領域Ｓの全領域に還元性ガスを供給できるようにしてもよく、この点については後述する他の実施例で説明する。
【００３２】
ここで上記各ノズル６４、６６の内径は略１〜４ｍｍ程度であり、ガス噴射口６６Ａのピッチは１０〜２０ｍｍ程度であり、例えばウエハＷの収容ピッチと略同程度に設定する。またガス噴射口６６Ａの数は１５〜２５個程度である。ここでは一例として酸化性ガスとしてはＯ２ ガスが用いられ、還元性ガスとしてはＨ２ ガスが用いられている。また図示されてないが、必要に応じてＮ２ ガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段も設けられている。
【００３３】
次に、以上のように構成された酸化装置２０を用いて行なわれる酸化方法について説明する。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハＷがアンロード状態で酸化装置２０が待機状態の時には、処理容器２２はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば５０枚のウエハＷが載置された状態のウエハボート３６をホットウォール状態になされた処理容器２２内にその下方より上昇させてロードし、蓋部４４でマニホールド３４の下端開口部を閉じることにより処理容器２２内を密閉する。
【００３４】
そして、処理容器２２内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段５６への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させて酸化処理用のプロセス温度まで昇温して安定させ、その後、酸化処理工程を行なうに必要とされる所定の処理ガス、すなわちここではＯ２ ガスとＨ２ ガスとを流量制御しつつ各ガス供給手段６０、６２の酸化性ガス噴射ノズル６４及び還元性ガス噴射ノズル６６からそれぞれ処理容器２２内へ供給する。
この両ガスは処理容器２２内を上昇しつつ真空雰囲気下にて反応して水酸基活性種と酸素活性種とが発生し、この雰囲気が回転しているウエハボート３６に収容されているウエハＷと接触してウエハ表面に対して酸化処理が施されることになる。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器２２の天井部の排気口２４から系外へ排気されることになる。
【００３５】
この時のガス流量はＨ２ ガスが２００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内で、例えば６００ｓｃｃｍ、Ｏ２ ガスが２００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内で、例えば１２００ｓｃｃｍである。
上記酸化処理の具体的な流れは、上述のように、処理容器２２内へ別々に導入されたＯ２ ガスとＨ２ ガスは、ホットウォール状態となった処理容器２２内を上昇しつつウエハＷの直近で水素の燃焼反応を介して酸素活性種（Ｏ＊）と水酸基活性種（ＯＨ＊）とを主体とする雰囲気が形成されて、これらの活性種によってウエハＷの表面が酸化されてＳｉＯ２ 膜が形成される。この時のプロセス条件は、ウエハ温度が４００〜１０００℃の範囲内、例えば９００℃、圧力は１３．３〜１３３０Ｐａの範囲内、例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）である。また、処理時間は例えば１０分である。
【００３６】
ここで上記した活性種の形成過程は、次のように考えられる。すなわち、減圧雰囲気下にて水素と酸素とを別々にホットウォール状態の処理容器２２内へ導入することにより、ウエハＷの直近にて以下のような水素の燃焼反応が進行すると考えられる。尚、下記の式中において＊印を付した化学記号はその活性種を表す。
Ｈ２ ＋Ｏ２   →  Ｈ＊＋ＨＯ２
Ｏ２ ＋Ｈ＊  →  ＯＨ＊＋Ｏ＊
Ｈ２ ＋Ｏ＊  →  Ｈ＊＋ＯＨ＊
Ｈ２ ＋ＯＨ＊  →  Ｈ＊＋Ｈ２ Ｏ
【００３７】
このように、Ｈ２ 及びＯ２ を別々に処理容器２２内に導入すると、水素の燃焼反応過程中においてＯ＊（酸素活性種）とＯＨ＊（水酸基活性種）とＨ２ Ｏ（水蒸気）が発生し、これらによりウエハ表面が酸化されてＳｉＯ２ 膜が形成される。この時、特に上記Ｏ＊とＯＨ＊の両活性種が大きく作用するものと考えられる。ここで、本発明では、還元性ガス噴射ノズル６６としてその長手方向に沿って複数のガス噴射口６６Ａを有する、いわゆる分散型ノズルを用いているので、収容領域Ｓの全領域（上流域Ｓ１、中流域Ｓ２、下流域Ｓ３を含む）に対してＨ２ ガスが供給されており、このＨ２ ガスが下方向より上昇してくるＯ２ ガスと順次反応して上記のような酸素活性種や水酸基活性種が作られる。従って、面間方向（高さ方向）においてウエハＷのどの高さ位置においても過不足のない活性種が存在するような状態となって活性種の濃度を均一にでき、酸化膜の膜厚の面間均一性を向上させることができる。
【００３８】
このような酸化処理を行ったところ、膜厚の面間均一性は±２．８９％であり、図４において説明した従来装置を用いた場合の面間均一性である±５．４１％より大幅に改善できることが確認できた。尚、この時、膜厚の面内均一性については、ウエハ位置によってある程度異なっているが、±０．６５〜±０．７８の範囲内であり、良好な範囲内であった。
この第１実施例で、Ｏ２ ガスを供給する酸化性ガス噴射ノズル６４についても、いわゆる分散型ノズルを用いてもよいが、酸素濃度は、収容領域Ｓ内のガス流れ方向における濃度変化がＨ２ ガスと比較して少ないので、酸化性ガス噴射ノズル６４に関しては分散型ノズルを用いなくてもよい、と考えられる。
【００３９】
次に、酸化性ガス噴射ノズル６４及び還元性ガス噴射ノズル６６の種々の形態について評価を行ったので、その評価結果について図２も参照して説明する。
図２は各噴射ノズルの形態を模式的に示す模式図である。尚、この図２における各実施例のプロセス条件であるプロセス温度、プロセス圧力、各ガスの流量は全て図１において説明した場合と同様である。
図２（Ａ）は図１に示す第１実施例の装置例を模式的に示した図であり、この場合には、前述したように膜厚の面間均一性は±２．８９％であった。
【００４０】
図２（Ｂ）は第２実施例の装置例を模式的に示す図である。この第２実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル８０は、図２（Ａ）に示す第１実施例の酸化性ガス噴射ノズル６４と同様な構造のノズルを用いており、還元性ガス噴射ノズルとしては、２本の還元性ガス噴射ノズル８２、８４を用いている。この内、一方の第１の還元性ガス噴射ノズル８２は、酸化性ガス噴射ノズル８０と同様な構造のノズルを用いており、そのガス噴射口８２Ａを上流域Ｓ１に位置させている。また他方の第２の還元性ガス噴射ノズル８４は、長さ形状に関しては図２（Ａ）に示す第１実施例の還元性ガス噴射ノズル６６と同様な構造のノズルを用いており、ウエハボート８の高さ方向に沿って設けられているがガス噴射口に関しては、中流域Ｓ２、下流域Ｓ３内の下方側及び下流域Ｓ３内の上方側にそれぞれ１つずつで合計３つのガス噴射口８４Ａを設けており、それぞれ水平方向へＨ２ ガスを噴射し得るようになっている。尚、最上端のガス噴射口８４Ａを上方に臨ませるようにして設け、これより上方に向けてガスを噴射させるようにしてもよい。
【００４１】
すなわち還元性ガス噴射ノズル８２、８４を全体として見た場合に、ガス噴射口８２Ａ、８４Ａは上流域Ｓ１と中流域Ｓ２と下流域Ｓ３とにそれぞれ対応させて設けられている。尚、下流域Ｓ３に設けるガス噴射口８４Ａをこの噴射ノズル８４の最上端に設けて上方向へＨ２ ガスを噴射させるようにしてもよい。また図２（Ｂ）中の点Ｐ１の位置が、図３中の点Ｐ１の位置に対応している。
この第２実施例の場合には、還元性ガス噴射ノズル８４のガス噴射口８４Ａは、図２（Ａ）に示す場合と比較してかなり偏在させて設けられているが、Ｈ２ ガスの質量は非常に軽いことからその拡散速度が非常に大きく、ガス噴射口８４Ａが偏在させて設けられているにもかかわらず、他方の還元性ガス噴射ノズル８２からのＨ２ ガスと相まって収容領域Ｓの全体に亘ってＨ２ ガスを拡散させることができる。この第２実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±０．９％であり、非常に良好な結果を得ることができた。尚、膜厚の面内均一性は±１％の範囲内で良好であった。
【００４２】
ここで図３を参照して、この第２実施例と従来の装置例との酸化処理について比較する。図３は本発明の第２実施例と従来の装置例を用いた時の酸化処理のＳｉＯ２ （酸化膜）の膜厚を比較するためのグラフである。図示するように、ここでは５０枚をウエハに対して酸化処理を行っている。このグラフから明らかなように、従来の装置例の場合は、ウエハ位置によってＳｉＯ２ 膜の膜厚は大きく変動しているが、これに対して、本発明の第２実施例の場合には、ＳｉＯ２ 膜の膜厚の変動は非常に少なくなっており、結果的に膜厚の面間均一性を大幅に向上できることが確認できる。
【００４３】
また図２に戻って、図２（Ｃ）は第３実施例の装置例を模式的に示す図である。この第３実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル８６は、図２（Ａ）に示す第１実施例の酸化性ガス噴射ノズル６４と同様な構造のノズルを用いている。また還元性ガス噴射ノズル８８は、ガス流の上流域Ｓ１から下流域Ｓ３まで延びると共に、下流域Ｓ３にて折り返されて上流域Ｓ１までまた延びるように屈曲成形されている。そして、その折り返された部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで、すなわち図２（Ａ）に示す還元性ガス噴射ノズル６６と同様に複数のガス噴射口８８Ａが形成されており、収容領域Ｓの全領域に向けて水平方向にＨ２ ガスを噴射するようになっている。この場合には、Ｈ２ ガスが長い還元性ガス噴射ノズル８８内を流れる時にＨ２ ガス自体が予備加熱されるために、その分、Ｏ２ ガスとの反応を促進させることができる。この第３実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±１．５％であり、良好な結果を得ることができた。尚、膜厚の面内均一性は±１．０％の範囲内で良好であった。
【００４４】
図２（Ｄ）は第４実施例の装置例を模式的に示す図である。この第４実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル９０は、図２（Ａ）に示す第１実施例の酸化性ガス噴射ノズル６４と同様な構造のノズルを用いており、還元性ガス噴射ノズルとしては、２本の還元性ガス噴射ノズル９２、９４を用いている。この内、一方の第１の還元性ガス噴射ノズル９２は、図２（Ａ）に示す第１実施例の還元性ガス噴射ノズル６６Ａと同様にウエハボート８に沿って延びる長い構造のノズルを用いており、その長手方向に沿って所定のピッチで複数のガス噴射口９２Ａが形成されて、収容領域Ｓの全領域に水平方向にＨ２ ガスを噴射するようになっている。
【００４５】
また他方の第２の還元性ガス噴射ノズル９４は、図２（Ｃ）中の還元性ガス噴射ノズル８８と同様に構成されており、ガス流の上流域Ｓ１から下流域Ｓ３まで延びると共に、下流域Ｓ３にて折り返されて上流域Ｓ１までまた延びるように屈曲成形されている。そして、その折り返された部分に、その長さ方向に沿って所定のピッチで、すなわち図２（Ａ）に示す還元性ガス噴射ノズル６６と同様に複数のガス噴射口９４Ａが形成されており、収容領域Ｓの全領域に向けて水平方向にＨ２ ガスを噴射するようになっている。
【００４６】
一般に、長尺の噴射ノズルに多数のガス噴射口を配列させて設けると、この噴射ノズル内のガス流の上流側に位置するガス噴射口程より多量のガスが噴射され、下流側に位置するガス噴射口からのガス噴射量は少なくなるが、上記第４実施例の場合には、２本の長い還元性ガス噴射ノズル９２、９４を設けて、各ノズル内のガス流の方向が互いに上下逆になるように設定しているので、収容領域Ｓのどの位置でも略均等にＨ２ ガスを噴射させて供給することができる。この第４実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±１．５％であり、非常に良好な結果を得ることができた。尚、膜厚の面内均一性は±１％の範囲内で良好であった。
【００４７】
図２（Ｅ）は第５実施例の装置例を模式的に示す図である。この第５実施例の場合は、酸化性ガス噴射ノズル９６と還元性ガス噴射ノズル９８の各構造を、図２（Ａ）に示す第１実施例の場合とは全く逆に設定している。すなわち、この酸化性ガス噴射ノズル９６は、図２（Ａ）に示す第１実施例の還元性ガス噴射ノズル６６と同様な構造のノズルを用いており、等ピッチでガス噴射口９６Ａが形成されている。上記還元性ガス噴射ノズル９８は、第１実施例の酸化性ガス噴射ノズル６４と同様な構造のノズルを用いており、先端にガス噴射口９８Ａを有している。この第５実施例の場合には、膜厚の面間均一性は±１．８７％であり、特に良好な結果を得ることができた。但し、膜厚の面内均一性は、許容範囲内であるが±２．５８％程度まで低下しており、他の第１〜第４実施例と比較してかなり低かった。
【００４８】
上記実施例においては、各噴射ノズルのガス噴射口の口径が全て同一の場合を例にとって説明したが、これに限定されない。例えば１本の噴射ノズルにその長手方向に沿って複数のガス噴射口を設ける場合には、ノズル内のガス流の上流側から下流側へ行くに従ってガス噴射口の内径を順次少しずつ大きくなるように設定し、各ガス噴射口より噴射されるガス流量を略均一化させるようにしてもよい。
また、上記各実施例では酸化性ガスとしてＯ２ ガスを用いたが、これに限定されず、Ｎ２ Ｏガス、ＮＯガス、ＮＯ２ ガス等を用いてもよい。また上記各実施例では還元性ガスとしてＨ２ ガスを用いたが、これに限定されず、ＮＨ３ ガスやＣＨ４ ガスやＨＣｌガスを用いてもよい。
また、本発明は、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明方法を実施するための酸化装置の第１実施例を示す構成図である。
【図２】各噴射ノズルの形態を模式的に示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施例と従来の装置例を用いた時の酸化処理のＳｉＯ２ （酸化膜）の膜厚を比較するためのグラフである。
【図４】従来の酸化装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
２０  酸化装置
２２  処理容器
３４  ウエハボート（保持手段）
５６  加熱手段
６０  酸化性ガス供給手段
６２  還元性ガス供給手段
６４  酸化性ガス噴射ノズル
６４Ａ  ガス噴射口
６６  還元性ガス噴射ノズル
６６Ａ  ガス噴射口
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
2005175441.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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