(57)【要約】    【課題】  半導体基板のパイロジェニック酸化膜形成において、反応室下部領域など断熱部材に近い部分に設置された半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することを目的としている。    【解決手段】  縦型熱処理装置の反応室２下部で処理中の温度低下を防ぐために用いる断熱部材６として、表面粗さが５μｍ以下の石英断熱部材を使用することにより、断熱部材６に吸着する水分量を低減でき、反応室２下部領域など断熱部材６に近い部分に設置された半導体基板３の酸化膜厚の均一性を向上することが可能となる。また、断熱部材が炭化珪素のＣＶＤ膜でコ−トされている炭化珪素を断熱部材に適用することでも酸化膜均一性をより向上することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を任意の温度に設定可能であり挿入された半導体基板の酸化膜成長を行う反応室と、
前記反応室内に酸化膜を成長させるためのガスを導入する手段と、
１または２以上の前記半導体基板を搭載して前記反応室に挿入するボートと、
前記反応室の前記半導体基板を挿入する入り口を塞ぐキャップと、
前記キャップと前記ボートの間に着設され、表面荒さが５μｍ以下である石英層を表面に有する断熱部材と
を有することを特徴とする酸化膜成長装置。
【請求項２】
前記表面の石英層が透明石英であることを特徴とする請求項１記載の酸化膜成長装置。
【請求項３】
前記表面の石英層の厚さが２〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の酸化膜成長装置。
【請求項４】
内部を任意の温度に設定可能であり挿入された半導体基板の酸化膜成長を行う反応室と、
前記反応室内に酸化膜を成長させるためのガスを導入する手段と、
１または２以上の前記半導体基板を搭載して前記反応室に挿入するボートと、
前記反応室の前記半導体基板を挿入する入り口を塞ぐキャップと、
前記キャップと前記ボートの間に着設され、炭化珪素から成る断熱部材と
を有することを特徴とする酸化膜成長装置。
【請求項５】
前記断熱部材は表面をＣＶＤ法により炭化珪素で被覆されていることを特徴とする請求項４記載の酸化膜成長装置。
【請求項６】
前記ＣＶＤ法による炭化珪素の厚さは５０μｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の酸化膜成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造装置におけるチューブタイプの酸化膜成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱酸化膜の成長は、酸化膜の信頼性向上のため、酸素と水素を混合して生成される水蒸気で酸化するパイロジェニック酸化が主流である。ここで、半導体集積回路に組み込まれる素子のパターン微細化に伴い、膜厚均一性の向上が求められている。
【０００３】
以下に、図９を参照しながら、従来の酸化膜成長装置について説明する。
図９は従来の酸化膜成長装置における縦型拡散炉の構造を説明する図である。
図９において、１はヒ−タ−、２は石英から成る反応室（管）、３は酸化膜を形成する半導体基板、４はプロセスガス導入口、５は半導体基板３を搭載するボ−ト、１４はボート５と炉のキャップ１５とに接続して取り付けられた不透明石英断熱部材、７はプロセスガスの排気口である。
【０００４】
以上のように構成された酸化膜成長装置である縦型拡散炉は以下のように動作する。
まず、図９の不透明石英断熱部材１４上にあるボ−ト５に移載された半導体基板３を、ヒ−タ−１により所定の温度に加熱された反応室２内に挿入するが、このとき、ボート５と不透明石英断熱部材１４が反応室２の方向に上昇し、断熱部材も反応室２の入り口付近の内部に挿入された状態となる。次に、４のガス導入口よりＮ２を流し、反応室２内の温度を７００〜１０００℃まで昇温する。その後、４のガス導入口より酸素ガスを入れ、反応室２内に十分の酸素が満たされた状態で続いて水素ガスを導入し、酸化膜形成を行う。この間、酸化反応に寄与しないガスは、不透明石英断熱部材１４と反応室２の間を通り、７の排気口より排気される（特許文献１，特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０７−３００３２７号公報
【特許文献２】特開平０８−１０４５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、酸化膜形成装置においては、反応室２の下部でキャップ１５と反応室２が密閉されない場合は、反応室２内の熱が外部に逃げやすく、温度が低下しやすいという問題点があった。また、密閉される場合でも、反応室２下部には冷却水が流れており、温度が低下しやすい。このような問題点に対し、反応室下部の断熱効果を上げるために、従来の酸化膜形成装置でも不透明石英部材を用いた不透明石英断熱部材１４をキャップ１５とボート５の間に設置している。
【０００６】
しかしながら、従来の不透明石英断熱部材１４は気泡を大量に含み表面粗さが大きい不透明石英を用いているため、パイロジェニック酸化で発生した水が不透明石英断熱部材１４に多量に吸着し、反応室内下部での水蒸気濃度が高くなるので半導体基板の酸化レ−トを早め、特にゲ−ト工程のような薄膜酸化膜を形成する工程において膜厚均一性に悪影響を与えるという問題点があった。さらに、不透明石英断熱部材１４をフッ酸系の洗浄液で数回洗浄すると表面層の気泡が大気に開放し、表面積が大きくなって水分吸着量がさらに増え、成長する酸化膜の膜厚均一性にさらに悪影響を与えるという問題点があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み本発明の酸化膜成長装置は、反応室下部領域など断熱部材に近い部分に設置された半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の酸化膜成長装置は、内部を任意の温度に設定可能であり挿入された半導体基板の酸化膜成長を行う反応室と、前記反応室内に酸化膜を成長させるためのガスを導入する手段と、１または２以上の前記半導体基板を搭載して前記反応室に挿入するボートと、前記反応室の前記半導体基板を挿入する入り口を塞ぐキャップと、前記キャップと前記ボートの間に着設され、表面荒さが５μｍ以下である石英層を表面に有する断熱部材とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の酸化膜成長装置は、請求項１記載の酸化膜成長装置において、前記表面の石英層が透明石英であることを特徴とする。
請求項３記載の酸化膜成長装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の酸化膜成長装置において、前記表面の石英層の厚さが２〜５ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の酸化膜成長装置は、内部を任意の温度に設定可能であり挿入された半導体基板の酸化膜成長を行う反応室と、前記反応室内に酸化膜を成長させるためのガスを導入する手段と、１または２以上の前記半導体基板を搭載して前記反応室に挿入するボートと、前記反応室の前記半導体基板を挿入する入り口を塞ぐキャップと、前記キャップと前記ボートの間に着設され、炭化珪素から成る断熱部材とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の酸化膜成長装置は、請求項４記載の酸化膜成長装置において、前記断熱部材は表面をＣＶＤ法により炭化珪素で被覆されていることを特徴とする。
請求項６記載の酸化膜成長装置は、請求項５記載の酸化膜成長装置において、前記ＣＶＤ法による炭化珪素の厚さは５０μｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明は上記構成によって、パイロジェニック酸化時、断熱部材に吸着する水分量を低減でき、その結果、反応室下部領域など断熱部材に近い部分に設置された半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明は、縦型熱処理装置の反応室下部で処理中の温度低下を防ぐために用いる断熱部材として、表面粗さが５μｍ以下の石英断熱部材を使用することにより、断熱部材に吸着する水分量を低減でき、反応室下部領域など断熱部材に近い部分に設置された半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することが可能となる。また、断熱部材が炭化珪素のＣＶＤ膜でコ−トされている炭化珪素を断熱部材に適用することでも酸化膜均一性をより向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１における酸化膜成長装置について、図１，図２，図３，図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１における酸化膜成長装置の構成を説明する図であり、従来のものと外見上はほとんど同一である。図２は実施の形態１の酸化膜成長装置における湿度の従来との差異をグラフ化した図，図３は実施の形態１の酸化膜成長装置において成長した酸化膜厚の従来との差異をグラフ化した図，図４は石英断熱部材の構成におけるエッチング回数と表面粗さとの関係をグラフ化した図である。
【００１６】
図１において、１は反応室内部を加熱するヒ−タ−、２は酸化膜を形成する反応室（管）、３は半導体基板、４は酸化膜を成長させるためのガス導入口、５は半導体基板を搭載するボ−ト、６はボート５とキャップ１５に接続された断熱部材、７は酸化プロセスガスの排気口、８は水分測定ポイントであり、この例では自動測定装置は付属せず、この個所に露点計を必要に応じて設置し、マニュアルで測定するための場所である。
【００１７】
断熱部材６は従来のような細かい気泡を多数内蔵する不透明石英の全表面を、ガスバ−ナ−により石英の融点よりも高い温度で表面を焼き仕上げしたものであり、表面に露出している気泡はほとんどこれによってふさがれ、表面は透明石英となっている。本断熱部材６はこうした方法で形成されたもの以外に、不透明石英表面に透明石英を張り合わせたものも用いることができる。要するに、少なくとも表面が凹凸のない滑らかな透明石英になっているものであればよいわけである。
【００１８】
次に、以上のように構成された酸化膜成長装置の動作を説明する。
まず、図１の断熱部材６上にあるボ−ト５に移載された半導体基板３を、ヒ−タ−１により所定の温度に加熱された２の反応室内に挿入すると、断熱部材６も反応室２内部の入り口付近に挿入され、炉口がキャップ１５で閉じられる。次に、４のガス導入口よりＮ２を流し、２の反応室内の温度を７００〜１０００℃まで昇温する。その後、４のガス導入口より酸素ガスを入れ、反応室２内に十分の酸素が満たされた状態で水素ガスを導入し、酸化膜形成を行う。この間、酸化反応に寄与しないガスは、断熱部材６と反応室２内壁の間を通り、７の排気口より排気されている。
【００１９】
図２では、図１に示す本発明の酸化膜成長装置で酸化終了後、ボ−ト５を反応室から取出す途中で測定ポイント８で測定した湿度測定結果を示す。この実験に用いた断熱部材は、表面が５μｍ以下の表面粗さの石英断熱部材であり、表面が透明石英層のものを使用している。図２に示すように、ボ−ト５を反応室２から取り出す時、断熱部材が測定ポイント８を通過するときの湿度は、従来の不透明石英からなる断熱部材を用いたときよりも減少していることから、反応室２内部においてパイロジェニック酸化時に断熱部材６に付着する水分量が減少していることを示している。
【００２０】
このようにして熱酸化中に断熱部材６に吸着する水分量が減少するので、酸化終了後反応室から高温の状態で半導体基板を取り出すとき、断熱部材に近いボートの場所に設置された半導体基板が、高温雰囲気と、取り出し時断熱部材から発する水分とによって過剰に酸化されることは無くなる。
【００２１】
図３は、従来の断熱部材を用いた場合と、本発明の断熱部材を用いた場合において、成長酸化膜厚の反応室位置依存性を示す実験結果であるが、図３に示すように本発明の断熱部材では酸化膜厚均一性を、特に断熱部材に近い反応室下部で向上させることができる。
【００２２】
以上のように断熱部材に石英を用い、表面粗さを５μｍ以下とすることにより、従来の断熱部材よりも表面積を低減し、酸化中の断熱部材の表面に吸着した水分の影響を抑制するため、半導体基板の取り出し時の湿度を外気と同程度に抑制することができるとともに、反応室上部、中部の膜厚と下部の膜厚との差は、一般に高温の炉からボートを引き出したとき、外部の酸素を巻き込んで酸化される膜厚程度に抑制でき、反応室下部領域など断熱部材に近い部分に設置された半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することが可能となる。
【００２３】
なお、この断熱部材の表面を２〜５ｍｍの透明石英層とすることが望ましい。このようにすると、断熱部材のメンテナンス等でフッ酸洗浄を行うが、そのとき、断熱部材の表面でエッチングが進行しても、下層の表面粗さが大きく水分を吸着しやすい不透明層が表面に露出してこなくすることができる。
【００２４】
また、図４は各石英断熱部材にたいするフッ酸エッチング回数と表面粗さの関係を測定した結果であるが、透明石英層の厚さが厚いほど表面粗さが小さくかつ変化せず、メンテナンスに対して優れていることがわかる。
【００２５】
表１は、断熱部材表面粗さと、それを用いて形成した反応室下部に近い場所に設置された半導体基板上の酸化膜厚ばらつきを示すものである。表面粗さが１０μｍのものは従来の断熱部材であり内部に気泡を含有している。従来のものでは膜均一性は±４．８％であり、本発明では表面粗さが５μｍで、膜均一性±２．５％である。このことからも、断熱部材の表面が滑らかなほど酸化膜厚が均一となることがわかる。
【００２６】
【表１】
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（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における酸化膜成長装置について、図５，図６，図７を用いて説明する。
【００２７】
図５は本発明の実施の形態２における酸化膜成長装置の構成を説明する図であり、断熱部材を除いて図１と同様の構成を有する。同図において、１１は最外周が炭化珪素のＣＶＤ膜でコ−トされている炭化珪素製断熱部材である。図１の断熱部材と異なるのは、全体が炭化珪素から作成されている点であり、従来は石英で断熱部材が作成されていたものである。図６は実施の形態２の酸化膜成長装置における湿度の従来との差異をグラフ化した図，図７は実施の形態２の酸化膜成長装置において成長した酸化膜厚の従来との差異をグラフ化した図，図８は断熱部材における熱伝導度を示す図である。
【００２８】
この断熱部材は全体が炭化珪素で構成されているが、とくに最外周あるいは全表面が炭化珪素のＣＶＤ膜でコ−トされていることが特徴である。
図６は、酸化終了後ボートを反応室から取り出すときに図５の測定ポイント８で測定した湿度の時間変化を示す実験結果である。全表面をＣＶＤ炭化珪素にすることで、図６に示すように断熱部材に吸着する水分量を低減でき、放出される水分により湿度が高くなることを抑制していることがわかる。
【００２９】
また、図７は酸化膜の反応室位置による膜厚分布であり、同図からわかるように、本発明の断熱部材では酸化膜厚均一性を、特に断熱部材に近い反応室下部で向上させることができる。
【００３０】
炭化珪素製断熱部材１１は全面をＣＶＤ法による炭化珪素コ−トされているものであるが、これは、図８に示すように、ＣＶＤ炭化珪素膜の熱伝導率が石英と比較して非常に大きく、反応室内の熱が短時間に伝わり断熱部材の温度を高く維持できるため、発生した水分も吸着しにくいということが理由である。
【００３１】
また、炭化珪素のＣＶＤ膜の厚みは５０μｍ以上であることが望ましい。ＣＶＤ炭化珪素膜は高純度であるが、断熱部材の母体となっている焼結した炭化珪素では焼結時に使用する金型に含まれている不純物が炭化珪素に含まれているので、その不純物が半導体基板に拡散するのを防止することができるからである。
【００３２】
この表面が炭化珪素を材料とした断熱部材を用いた酸化膜成長装置による半導体基板の酸化膜均一性の向上効果を表２に示す。表の均一性は半導体基板内、基板間および装置の反応室上部、中部、下部のばらつきを含むものである。また、石英は従来の不透明石英製の断熱部材に対応する。
【００３３】
このように、炭化珪素を材料とした断熱部材を用いることにより、パイロジェニック酸化時、断熱部材に吸着する水分量を低減でき、その結果、反応室下部領域など断熱部材に近い部分に設置された半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することが可能となる。
【００３４】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる酸化膜成長装置は、半導体基板の酸化膜厚の均一性を向上することが可能となる効果を有し、半導体装置の製造装置における酸化膜成長装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における酸化膜成長装置の構成を説明する図
【図２】実施の形態１の酸化膜成長装置における湿度の従来との差異をグラフ化した図
【図３】実施の形態１の酸化膜成長装置において成長した酸化膜厚の従来との差異をグラフ化した図
【図４】石英断熱部材の構成におけるエッチング回数と表面粗さとの関係をグラフ化した図
【図５】本発明の実施の形態２における酸化膜成長装置の構成を説明する図
【図６】実施の形態２の酸化膜成長装置における湿度の従来との差異をグラフ化した図
【図７】実施の形態２の酸化膜成長装置において成長した酸化膜厚の従来との差異をグラフ化した図
【図８】断熱部材における熱伝導度を示す図
【図９】従来の酸化膜成長装置における縦型拡散炉の構造を説明する図
【符号の説明】
【００３７】
１    ヒ−タ−
２    反応室
３    半導体基板
４    ガス導入口
５    ボ−ト
６    断熱部材
７    排気口
８    測定ポイント
１１    炭化珪素製断熱部材
１４    不透明石英断熱部材
１５    キャップ
【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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