(57)【要約】【課題】基板を収容するスペースを十分に確保でき、ガスの混合を十分に行うことができ、且つ基板の温度分布に悪影響を与えることを防止または抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１を処理室４内に搬入する工程と、処理室４内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して基板１の表面を酸化処理する工程と、酸化処理後の基板１を処理室４より搬出する工程と、を有し、酸化処理工程では、処理室４内の圧力を大気圧未満の圧力とした状態で、少なくとも酸素含有ガスを処理室４内の一端側からシャワー状に供給してその反対側に向けて流す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記基板の表面を酸化処理する工程と、
酸化処理後の前記基板を前記処理室より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理工程では、前記処理室内の圧力を大気圧未満の圧力とした状態で、少なくとも前記酸素含有ガスを前記処理室内の一端側からシャワー状に供給してその反対側に向けて流すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体ウェーハ等の基板表面を酸化処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスで必要とされるＳｉ基板（ウェーハ）を直接酸化反応させる工程では、減圧雰囲気の処理室に、互いに独立したガス供給系より酸素、水素をそれぞれ導入し、被処理物である基板近傍で直接反応させる方法がある（特開２００２−１７６０５２号公報参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７６０５２号公報
【０００３】
このプロセスでは、酸素と水素の処理室内に対する導入位置は、処理ウェーハ配列領域よりも１００ｍｍ以上隔離された位置とする必要があった。
これは、導入したガスがウェーハ配列領域の温度分布に悪影響を与えないで、なお且つガスの混合を十分に行い得るためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガスの導入位置をウェーハ配列領域から１００ｍｍ以上離すようにすると、処理室内において、ウェーハを収容するスペースが縮小され、一度に処理するウェーハ処理枚数が減少してしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するものであり、ウェーハ等の基板を収容するスペースを十分に確保でき、ガスの混合を十分に行うことができ、なお且つウェーハ等の基板の温度分布に悪影響を与えることを防止または抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記基板の表面を酸化処理する工程と、
酸化処理後の前記基板を前記処理室より搬出する工程と、を有し、
前記酸化処理工程では、前記処理室内の圧力を大気圧未満の圧力とした状態で、少なくとも前記酸素含有ガスを前記処理室内の一端側からシャワー状に供給してその反対側に向けて流すことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
好ましくは、前記酸化処理工程では、前記水素含有ガスを、前記酸素含有ガスとは異なる供給口より供給する。
【０００８】
また、好ましくは、前記酸化処理工程では、前記処理室内に複数枚の基板を収容し、前記酸素含有ガスを前記処理室内の前記一端側からシャワー状に供給しつつ、前記水素含有ガスを前記処理室内の前記一端側から供給すると共に、前記基板の配列領域の複数箇所からも供給する。
【０００９】
また、好ましくは、前記酸化処理工程では、前記酸素含有ガスの流量Ａに対する前記水素含有ガスの流量Ｂの流量比Ｂ／Ａを０.１〜０.５とする。
【００１０】
また、好ましくは、前記酸化処理工程では、前記酸素含有ガスを前記水素含有ガスよりも先行して導入する。
【００１１】
また、本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の一端側から前記処理室内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給口と、
前記処理室内のすくなくとも一端側から前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給口と、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記排気ラインに接続され前記処理室内を真空引きする真空ポンプと、
前記処理室内の圧力を大気圧よりも低い圧力となるように制御する制御手段とを有し、
少なくとも前記酸素含有ガス供給口はガスをシャワー状に供給するように構成されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記酸素含有ガス供給口は複数のガス噴出口を有するシャワー板をさらに備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ウェーハ等の基板を収容するスペースを十分に確保でき、ガスの混合を十分に行うことができ、なお且つウェーハ等の基板の温度分布に悪影響を与えることを防止または抑制できる半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
図１は、本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を示す概略断面図であり、バッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明するためのものである。図２は、本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置におけるシャワー板を下から見た図である
【００１５】
バッチ式縦型半導体製造装置は、反応炉２０を備えている。この反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１および後述するシールキャップ２２により形成される処理室４内に基板保持具としてのボート２が挿入される。
【００１６】
ボート２は、複数枚の基板としての半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）１を水平状態で隙間（基板ピッチ間隔）をもって複数段に保持するように構成されている。
ボート２の下部には、複数の断熱板２９が搭載されている。
【００１７】
反応管２１の下方は、ボート２を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ２２により密閉されるようにしてある。
【００１８】
ボート２はボート受け２８上に搭載され、ボート受け２８は回転軸２６を介して回転機構２７に取り付けられている。
【００１９】
反応管２１の周囲には加熱源としての抵抗加熱ヒータ５が配置されている。
【００２０】
反応管２１には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する酸素供給ライン７と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを基板１の上流側から基板１に対して供給する水素供給ライン８と、水素ライン８とは独立した水素供給ライン９１、９２、９３、９４が接続されている。
【００２１】
水素供給ライン９１、９２、９３、９４は、処理室４内を反応管２１の側壁３２の内壁に沿って立ち上がる長さの異なる複数のノズル１０１、１０２、１０３、１０４にそれぞれ接続されており、この開放端部がそれぞれガス噴出口となっている。
【００２２】
水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、ウェーハ配列方向に対して長さが異なり、Ｈ２はウェーハ配列領域の複数箇所（本実施形態では４箇所）から供給され、ウェーハ配列方向（本実施例では垂直方向）の処理室４の水素濃度を調節することが可能となっている。
【００２３】
反応管２１の天井壁３１には複数のガス噴出口としての孔４４ａを有するシャワー板４４が取り付けられ、天井壁３１とシャワー板４４とによりバッファ室４３が形成されている。
【００２４】
酸素供給ライン７は酸素供給管７２に接続されており、酸素供給管７２は、反応管２１の下部より反応管２１の側壁３２の外側を延在し、その後反応管２１の天井壁３１の上側を延在し天井壁３１の中心もしくは中心付近からバッファ室４３に連通している。
【００２５】
水素供給ライン９１、９２、９３、９４とは独立した水素供給ライン８は水素供給管８２に接続され、水素供給管８２は、反応管２１の下部より反応管２１の側壁３２の外側を延在し、その後反応管２１の天井壁３１の上側を延在し、天井壁３１の中心もしくは中心付近からバッファ室４３を貫通するように鉛直方向下向きに延びシャワー板４４下部の処理室４に直接連通している。
【００２６】
すなわち、図２に示すように、水素供給管８２のガス噴出口８２ａはシャワー板４４の中心、もしくは中心付近に配置されることとなる。
【００２７】
各供給ライン７、８、９１、９２、９３、９４には、流量の調整が可能なマスフローコントローラ（流量制御装置）１２がそれぞれ設置されており酸素流量、水素流量を調節することができる。
【００２８】
各供給ライン７、８、９１、９２、９３、９４にはガスの供給および供給停止を行うための電磁バルブ６が設けられている。
【００２９】
反応管の下部に設けられた排気管３６には、処理ガスを排気する排気ライン２３が接続されており、この排気ライン２３には圧力制御手段３７および真空排気ポンプ３が接続されている。
【００３０】
抵抗加熱ヒータ５、マスフローコントローラ１２、電磁バルブ６、圧力制御手段３７、真空排気ポンプ３は制御手段２４により制御される。
【００３１】
ウェーハ処理中、反応管２１内は真空ポンプ３により大気圧よりも低い所定の圧力（減圧）とされるが、この圧力調整は圧力制御手段３７および制御手段２４により行う。
【００３２】
次に、上述の酸化装置を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板１に酸化処理を施す方法について説明する。
なお以下の説明において、酸化装置を構成する各部の動作は、制御手段２４によりコントロールされる。
【００３３】
１バッチ分のウェーハ１をボート２に移載すると、加熱源５により加熱状態を維持された反応管２１の処理室４内に複数枚のウェーハ１を充填した保持具２を装入（ロード）し、シールキャップ２２により反応管２１内を密閉する。
【００３４】
その後、処理室２１内を真空ポンプ３により真空引きし、制御手段２４および圧力制御手段３７により炉内圧力が大気圧よりも低い所定の処理圧力となるように制御する。
【００３５】
回転機構２７によりボート２を回転させ、ボート２が所定の回転速度で回転するように制御手段２４により制御する。
【００３６】
また制御手段２４により、炉内温度が所定の処理温度となるように制御する。
【００３７】
その後、酸素供給ラインにより処理室４内に酸素を供給すると共に、水素ライン８、９１、９２、９３、９４により処理室４内に水素ガスを供給する。
【００３８】
これにより、酸素ガスと水素ガスとが加熱源５により加熱された雰囲気内で反応して反応種が生成され、この反応種によりウェーハ１に酸化処理が施される。
【００３９】
処理温度は５００℃〜９５０℃、処理圧力は数Ｐａ〜１０００Ｐａとするのが好ましい。
処理温度については、少なくともＨ２、Ｏ２の発火点（４８０℃）以上程度ないと、反応自体が起こらない可能性があるので、５００℃以上は必要と考えられる。
また９５０℃を超えると高温、減圧下で石英反応管の強度がもたないと考えられる。
【００４０】
処理圧力については、均一性を重視すると圧力を下げることとなり、成長速度を重視すると圧力を上げることとなる。
成長速度と均一性の両方を考慮すると圧力は数Ｐａ以上が好ましいと考えられる。
【００４１】
またＨ２流量は１０ｃｃｍ〜２０００ｃｃｍ、Ｏ２流量は２０ｃｃｍ〜５０００ｃｃｍ、Ｈ２／Ｏ２流量比は０.１〜０.５とし、酸素リッチ条件とするのが好ましい。
イオン等の反応種により酸化初期の速度が非常に速くなり、Ｈ２濃度が高いほど成長速度が速くなるが、成長速度が速くなると、均一性は悪くなる方向となる。
均一性を考慮すると、Ｈ２濃度を低くし酸素リッチとする（Ｈ２流量＜Ｏ２流量）のが好ましく、その場合のＨ２／Ｏ２流量比は０.１〜０.５が好ましいと考えられる。
【００４２】
ウェーハ１の酸化処理が終了すると、真空引き、不活性ガスによるパージ等により炉内の残留ガスを除去し、炉内温度を所定の温度まで降温した後、ボート２を反応炉２０からアンロードし、ボート２に支持された全てのウェーハ１が冷えるまで、ボート２を所定位置で待機させる。
【００４３】
待機させたボート２に保持されたウェーハ１が所定温度まで冷却されると、基板移載機等（図示せず）によりウェーハ１を回収する。
【００４４】
本実施例によれば、様々な半導体ウェーハのプロセス工程で使用されるウェーハ基板上の異なる面方位のシリコン表面において、酸化膜の成長速度差を従来の酸化方法に比較して著しく小さくすることができ、その結果、処理ウェーハの面方位依存性を小さくすることができる。加えて、縦型半導体製造装置にて複数枚のウェーハを処理する際に、各ウェーハ上における水素濃度のバラツキに伴う、酸化膜厚バラツキを抑えることが可能となる。
【００４５】
なお、本発明は、酸化処理を行う基板の表面が、異なる結晶方位面を有するか、ＣＶＤによる多結晶シリコン、またはシリコン窒化物を有する場合に特に有効となる。
【００４６】
なお、上記実施例では、酸素含有ガスとして酸素ガスを用いる場合について、水素含有ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ２）および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガスおよびメタン（ＣＨ４）ガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。
【００４７】
本実施例では、水素と比較して大流量の酸素（水素流量の２〜１０倍の流量の酸素）を、酸素供給管７２より天井壁３１の中心もしくは中心付近からバッファ室４３に供給することにより、バッファ室全体に均一に酸素を供給することができる。
【００４８】
また、バッファ室全体に均一に供給した酸素をシャワー板４４を介して処理室に導入することで、酸素を処理室全体に分散させて供給することができる。
【００４９】
一方、酸素と比較して小流量の水素（酸素流量の０.１〜０.５倍の流量の水素）は、水素供給管８２よりシャワー板４４の中心もしくは中心付近から、また、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４より、ウェーハ配列領域の複数箇所から、直接処理室４内に供給している。
【００５０】
すなわち、処理室４内全体に比較的大流量の酸素を十分に拡散させた状態で、比較的小流量の水素を処理室４内の異なる複数箇所から導入するようにしている。
【００５１】
これにより処理室４内に酸素と水素を供給すると供給箇所付近において両ガスが速やかに、また均一に混合され、処理室全体で均一に反応させることができ、酸化膜の面内の均一性の向上が図れる。
【００５２】
なお、この効果をより十分なものにするには、水素よりも先行して酸素を導入し、処理室４内に十分酸素を拡散させてから水素を導入するのが好ましい。
【００５３】
また流量の大きい酸素をシャワー板４４を介して処理室に分散して供給することで、ガスのウェーハ処理領域における温度分布への悪影響を小さくすることができる。
【００５４】
その結果、従来に比べ、ガス導入位置とウェーハ配列領域との間の距離を短くすることができることからウェーハ処理領域を反応管の上部に確保でき、ウェーハ処理枚数を多く確保することができる。
【００５５】
本発明の好ましい実施例によれば、ガスの導入位置をウェーハ配列領域から、それ程遠ざけなくてもガスの混合を十分に行うことができ、なお且つウェーハ配列領域の温度分布に悪影響を与えることがないので、ウェーハに対する処理の質を維持しつつ、一度に処理するウェーハ枚数を従来よりも増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例に係る基板処理装置におけるシャワー板を下から見た図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）
２…ボート
３…真空排気ポンプ
４…処理室
５…抵抗加熱ヒータ
６…電磁バルブ
７…酸素供給ライン
８、９１、９２、９３、９４…水素供給ライン
１２…マスフローコントローラ（流量制御装置）
２０…反応炉
２１…反応管
２２…シールキャップ
２３…排気ライン
２４…制御手段
２６…回転軸
２７…回転機構
２８…ボート受け
２９…断熱板
３１…天井壁
３２…側壁
３６…排気管
３７…圧力制御手段
４３…バッファ室
４４…シャワー板
４４ａ…孔
７２…酸素供給管
８２…水素供給管
８２ａ…ガス噴出口
１０１、１０２、１０３、１０４…ノズル
【図１】
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【図２】
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