(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上に薄膜酸化膜を形成する方法であって、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物を第１の配管およびバーナーを介し、且つ第２不活性ガス（前記第１不活性ガスと第２不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム及びこれらの混合物よりなる群から選ばれるものである）を前記第１の配管とは別個の第２の配管を介して、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハが入っている反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第１温度に維持する段階（第１温度安定化段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第２ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第２温度に上昇させる段階（温度上昇段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第３ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記温度を維持する段階（第２温度安定化段階）と、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して前記反応炉に流入させつつ、熱分解性(pyrogenic)水蒸気を含有する第４ガス混合物を用いて湿式酸化反応を行って前記酸化膜を形成する段階（湿式酸化段階）と、
前記第１不活性ガスを前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の温度を維持する段階（第３温度安定化段階）と
を含むことを特徴とする湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項２】
前記第１温度安定化段階及び温度上昇段階において、前記第１不活性ガスと第２不活性ガスの体積比が、略１：１であることを特徴とする請求項１に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項３】
前記湿式酸化段階は、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介し、且つ酸素を前記第１の配管を介して前記反応炉に流入させつつ、第１燃焼工程を行う段階と、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介し、且つ酸素と水素の反応により生成された前記熱分解性水蒸気を含有するガス混合物を前記反応炉に流入させつつ、第２燃焼工程を行う段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項４】
前記第１燃焼工程は、１分乃至２分間行われることを特徴とする請求項３に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項５】
前記第２燃焼工程は、約１分間行われることを特徴とする請求項３に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項６】
前記湿式酸化段階は、８００℃乃至９００℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項７】
５００Å未満の厚さを有する酸化膜を形成するに適切に適用できることを特徴とする請求項１に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項８】
半導体ウェーハ上に薄膜酸化膜を形成する方法であって、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物を第１の配管およびバーナーを介し、且つ第２不活性ガスを前記第１の配管とは別個の第２の配管を介して、流入させつつ（前記第１不活性ガスと第２不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム及びこれらの混合物よりなる群から選ばれるものである）、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハを反応炉にローディングする段階（ウェーハローディング段階）と、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハが入っている反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第１温度に維持する段階（第１温度安定化段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第２ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第２温度に上昇させる段階（温度上昇段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第３ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記温度を維持する段階（第２温度安定化段階）と、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して前記反応炉に流入させつつ、熱分解性(pyrogenic)水蒸気を含有する第４ガス混合物を用いて湿式酸化反応を行って前記酸化膜を形成する段階（湿式酸化段階）と、
前記第１不活性ガスを前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の温度を維持する段階（第３温度安定化段階）と
を含むことを特徴とする湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項９】
前記第１温度安定化段階及び温度上昇段階において、前記第１不活性ガスと第２不活性ガスの体積比が、略１：１であることを特徴とする請求項８に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項１０】
前記湿式酸化段階は、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介し、且つ酸素を前記第１の配管およびバーナーを介して、前記反応炉に流入させつつ、第１燃焼工程を行う段階と、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介し、且つ酸素と水素の反応により生成された前記熱分解性水蒸気を含有するガス混合物を、前記反応炉に流入させつつ、第２燃焼工程を行う段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項１１】
前記第１燃焼工程は、１分乃至２分間行われることを特徴とする請求項１０に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項１２】
前記第２燃焼工程は、約１分間行われることを特徴とする請求項１０に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項１３】
前記湿式酸化段階は、８００℃乃至９００℃の温度で行われることを特徴とする請求項８に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【請求項１４】
５００Å未満の厚さを有する酸化膜を形成するに適切に適用できることを特徴とする請求項８に記載の湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板又はウェーハに酸化膜を形成させる方法に関し、より詳細には、湿式酸化工程時に不活性ガスを注入することにより、酸化膜の厚さ及び成長時間を調節することができる、湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置が高集積化するに応じて、半導体装置を構成する素子のサイズが微細化されており、これにより、ウェーハ製造工程も一層複雑になっている。特に、ウェーハの大口径化に従って、ウェーハに酸化膜を形成するための拡散炉の口径も増大している反面、拡散炉で成長させる酸化膜は、薄膜化及び高品質化が要求されている。
【０００３】
半導体産業において、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜（以下、酸化膜という）は、非常に多様な用途に使用されている。例えば、酸化膜は、各素子を電気的に絶縁するフィールド酸化膜として使用され、ゲート酸化膜として使用され、又は金属配線を絶縁し且つ外部環境から半導体装置を保護するパッシベーション層として使用される。
【０００４】
酸化膜は、酸素を用いた乾式方法又は酸化剤として水蒸気を用いた湿式方法で形成することができる。その中、湿式酸化法は、酸化膜の成長速度が早いので、主に厚膜酸化膜を形成するに使用されている。しかしながら、最近、湿式方法は、厚さが約３００Å以下の薄膜酸化膜を形成するにも使用されている。これは、湿式酸化法は、乾式酸化法に比べて酸化膜の成長速度が早く、高品質の酸化膜が得られるからである。
【０００５】
湿式酸化法による酸化膜の形成方法及び特徴は、例えば、Silicon Processing For The VLSI Era, Volume 1、ＵＳＰ第5,244,834号及びＵＳＰ第5,210,056号に詳細に記述されている。
【０００６】
従来の湿式酸化法について図６及び図７を参照として説明する。
【０００７】
図６は、従来の湿式酸化工程に使用される反応炉（ヒーター）の模式図であり、図７は、時間の経過に関連して従来の湿式酸化工程に使用されたガスの種類及び温度の範囲を示すグラフである。
【０００８】
図６を参照すると、酸化工程を進行するためのウェーハ（図示せず）が積層されているウェーハ積層部８０が、反応炉１００内に密封されて位置している。反応炉１００の上部には、ガス入口７０が形成されており、ガス入口７０には、配管６０を介してバーナー５０が連結されている。反応炉１００にガスを供給するためのガス供給配管について詳細に説明すると、窒素ガス、酸素ガス及び水素ガスが、各々供給配管１０、１２及び１４を介して反応炉１００に供給される。また、これらの供給配管には、各々反応炉１００に供給されるガスの量を調節するための質量流れ調節器(mass flow controller;ＭＦＣ)４０及びガスの流れを遮断するためのエア弁３０が装着されている。
【０００９】
ＭＦＣ４０及びエア弁３０を通過したガスは、バーナー５０及び供給配管６０を介して反応炉１００内に導入される。これらのガスのうち、酸素ガス及び窒素ガスは、各々エア弁３０を通過した後、１つの配管２０でまとめられてバーナー５０に導入され、水素ガスは、別に配管２２を介してバーナー５０に導入される。
【００１０】
ウェーハ積層部８０に保持されたシリコンウェーハが反応炉にローディングされる際、窒素ガスが配管１０を介して反応炉内に流入される。反応炉１００の内部温度は、約６００℃−６５０℃に維持される。また、反応路の周辺に設置されたヒーターにより約５分間一定の温度に維持させながら（初期温度安定化工程）、窒素ガスが反応炉内部に続いて流れるようにする。
【００１１】
次に、酸素ガスを反応炉内部に導入しつつ、反応炉の温度を約８５０℃−１０００℃に上昇させる。そうすると、ウェーハのシリコン表面と酸素とが反応して、ウェーハ上に初期酸化膜を形成することになる。反応炉の内部温度が所定の温度に到達すると、温度を安定化させる工程を進行する。この所定の温度は、酸化工程条件によって異なり、約８５０℃−約１０００℃の温度範囲を有する。反応炉の内部温度が安定化されると、水素及び酸素ガスを同時に流入させて、湿式酸化膜を成長させる湿式酸化工程を進行する。この際、酸素及び水素ガスは、バーナー５０でお互いに化学反応をし、水蒸気状態で反応炉１００に供給される。
【００１２】
湿式酸化工程が完了された後、反応炉の内部に窒素ガスだけを流入させつつ、後期温度安定化工程を進行する。その後、反応炉の温度を下降させ、ウェーハを反応炉１００からアンローディングする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、湿式酸化を進行する反応炉は、湿式酸化を進行するため、酸素ガスと水素ガスをバーナーで熱反応させ、この熱反応により発生した水蒸気を拡散炉に注入させることにより、シリコンウェーハに酸化膜を成長させている。しかしながら、このような工程では、酸化膜の成長が早いので、酸化膜の厚さ及び品質を調節することが難しい。かかる問題を解決するため、バーナーに不活性ガスを注入することを提案することができる。ところが、この場合、不活性ガスが、水素と酸素ガスの熱反応を阻害して水蒸気を発生することができなくなり、これにより、湿式酸化を行うことができない。
【００１４】
また、大口径ウェーハの湿式酸化において、水蒸気の分圧を低めるに限界があり、よって、酸化膜の厚さを調節することが困難である。
【００１５】
従って、本発明は、湿式酸化工程を適用してウェーハに酸化膜を形成する際、酸化膜の厚さを調節しがたいという従来の欠点を克服するためになされたものであって、本発明の目的は、湿式酸化膜の成長厚さを調節することができる湿式酸化膜を用いた薄膜酸化膜の形成方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によると、半導体ウェーハ上に薄膜酸化膜を形成する方法であって、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物を第１の配管およびバーナーを介し、且つ第２不活性ガス（前記第１不活性ガスと第２不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム及びこれらの混合物よりなる群から選ばれるものである）を前記第１の配管とは別個の第２の配管を介して、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハが入っている反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第１温度に維持する段階（第１温度安定化段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第２ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第２温度に上昇させる段階（温度上昇段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第３ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記温度を維持する段階（第２温度安定化段階）と、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して前記反応炉に流入させつつ、熱分解性(pyrogenic)水蒸気を含有する第４ガス混合物を用いて湿式酸化反応を行って前記酸化膜を形成する段階（湿式酸化段階）と、
前記第１不活性ガスを前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の温度を維持する段階（第３温度安定化段階）とを含む
を含む方法が提供される。
【００１７】
また、本発明によると、半導体ウェーハ上に薄膜酸化膜を形成する方法であって、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物を第１の配管およびバーナーを介し、且つ第２不活性ガスを前記第１の配管とは別個の第２の配管を介して、流入させつつ（前記第１不活性ガスと第２不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム及びこれらの混合物よりなる群から選ばれるものである）、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハを反応炉にローディングする段階（ウェーハローディング段階）と、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハが入っている反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第１温度に維持する段階（第１温度安定化段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第２ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第２温度に上昇させる段階（温度上昇段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第３ガス混合物を前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記温度を維持する段階（第２温度安定化段階）と、
前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して前記反応炉に流入させつつ、熱分解性(pyrogenic)水蒸気を含有する第４ガス混合物を用いて湿式酸化反応を行って前記酸化膜を形成する段階（湿式酸化段階）と、
前記第１不活性ガスを前記第１の配管およびバーナーを介し、且つ前記第２不活性ガスを前記第２の配管を介して、前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の温度を維持する段階（第３温度安定化段階）と
を含むことを特徴とする方法が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明を要約すると、半導体ウェーハ上に薄膜酸化膜を形成する方法であって、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物、及び第２不活性ガスを流入させつつ（前記第１不活性ガスと第２不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム及びこれらの混合物よりなる群から選ばれるものである）、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハを反応炉にローディングする段階（ウェーハローディング段階）と、
第１不活性ガスと酸素を含有する第１ガス混合物、及び第２不活性ガスを、薄膜酸化膜を形成しようとする半導体ウェーハが入っている反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第１温度に維持する段階（第１温度安定化段）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第２ガス混合物、及び前記第２不活性ガスを前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の内部温度を所定の第２温度に上昇させる段階（温度上昇段階）と、
前記第１不活性ガスと酸素を含有する第３ガス混合物、及び前記第２不活性ガスを前記反応炉に流入させつつ、前記温度を維持する段階（第２温度安定化段階）と、
前記第２不活性ガスを前記反応炉に流入させつつ、熱分解性(pyrogenic)水蒸気を含有する第４ガス混合物を用いて湿式酸化反応を行って前記酸化膜を形成する段階（湿式酸化段階）と、
前記第１不活性ガス及び前記第２不活性ガスを前記反応炉に流入させつつ、前記反応炉の温度を維持する段階（第３温度安定化段階）と
を含むことを特徴とする湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法である。
【００１９】
以下、図面を参照として本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明による湿式酸化工程に使用される反応炉にガスを供給するための配管を示す模式図であり、図２は、本発明による湿式酸化工程においてキャリアとして不活性ガスを用いた酸化膜形成工程を示す流れ図であり、図３は、時間の経過に関連して本発明による湿式酸化工程に使用されたガスの種類及び温度の範囲を示すグラフである。
【００２１】
図１を参照すると、不活性ガス供給配管１０の第１不活性ガス及び酸素ガス供給配管１２の酸素ガスは、各々質量流れ調節器(mass flow controller;ＭＦＣ)４２及びエア弁３２を介して、そして単一配管２５を介してバーナー５２に供給される。ここで、ＭＦＣ４２は、ガスの流れを調節する役割をし、エア弁３２は、ガスの流れを遮断する役割をする。水素ガス供給配管１４の水素ガスは、別個の配管２７を介してバーナー５２に供給される。第１不活性ガス供給配管１０は、分岐配管６５を有する。分岐配管６５には、ＭＦＣ４５が形成されており、バーナー５２に連結されることなく、反応炉１０２のヘッド７２に直接的に連結される。即ち、ＭＦＣ４５を通過した不活性ガスは、バーナー５２に導入されない。以下、バーナー５２を通過する不活性ガスを第１不活性ガスと言い、バーナー５２を通過することなく、直接的に反応炉のヘッドに供給される不活性ガスを第２不活性ガスと言う。第１及び第２不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム又はこれらの混合物よりなる群から選ばれる。図１において、不活性ガスは、窒素を示す。
【００２２】
本発明の特徴によると、第２不活性ガスは、湿式酸化工程を含む全工程にわたって別個の配管を介して反応炉に導入される。
【００２３】
本発明の工程では、まず、酸化膜を形成するためのウェーハが、反応炉１０２にローディングされる（ステップ１）。次いで、第１温度安定化工程が進行される（ステップ２）。この際、反応炉１０２の温度は、約５分乃至約７分間約６５０℃に維持されており、同時に、第１不活性ガス（純粋窒素ガス）と少量の酸素ガスが反応炉１０２に流入される。より詳細には、５Ｌ／min乃至１０Ｌ／minの第１不活性ガスと５００ml／minの酸素ガスを含む第１ガス混合物を、配管６２を介して流入させ、５Ｌ／min乃至１０Ｌ／minの第２不活性ガスを配管６５を介して流入させる。第１不活性ガスと第２不活性ガスを合した総体積に対する酸素の体積比は、約２．５−５％の範囲に設定することができる。
【００２４】
第１温度安定化工程後、反応炉の周辺にあるヒーターコイル（図示せず）を加熱することにより、反応炉１０２の内部温度を上昇させる温度上昇工程が引き続く（ステップ３）。この際、温度上昇工程では、反応炉の温度を約８００−９００℃に上昇させつつ、第２ガス混合物及び第２不活性ガスを各々配管６２及び６５を介して反応炉１０２に流入させる。第２ガス混合物は、第１温度安定化工程で使用された第１ガス混合物と同様の組成を有する。温度上昇工程は、約２０分乃至約３０分間行われる。
【００２５】
温度上昇工程時において、反応炉の内部に積層されたウェーハの表面が、窒素ガスに含まれた少量の酸素ガスと反応することになり、これにより、ウェーハ上に約５Å乃至３０Åの厚さを有する酸化膜が形成される。反応炉内の圧力は、常圧の雰囲気に維持される。
【００２６】
温度上昇工程後、第２温度安定化工程が引き続く（ステップ４）。第２温度安定化工程は、第３ガス混合物及び第２不活性ガスを各々配管６２及び６５を介して反応炉１０２に流入させつつ、温度を一定に維持する工程である。第３ガス混合物は、第１温度安定化工程で使用された第１ガス混合物と同様の組成を有する。この工程は、約７分乃至約９分間行われる。
【００２７】
第２温度安定化工程は、湿式酸化工程を進行する前に、反応炉の温度分布を一定に維持するために行われる。従って、温度上昇工程で上昇させた反応炉の温度が、第２温度安定化工程により安定的に維持されることができる。もし、反応炉の温度が不安定な状態で、湿式酸化工程を進行する場合、ウェーハ上に成長される酸化膜の成長速度及び品質を調節することが困難になる。
【００２８】
第２温度安定化工程後、湿式酸化工程が進行される（ステップ５）。湿式酸化工程は、第１燃焼工程と第２燃焼工程を含む。第１燃焼工程では、図１のバーナー５２を通過する第１不活性ガスの流れは中断させ、約５Ｌ／min乃至１０Ｌ／minの第２不活性ガスを配管６５を介して反応炉１０２に流入させ、約３Ｌ／minの酸素を配管６２を介して反応炉１０２に流入させる。第１燃焼工程は、約１分乃至２分間実施し、反応炉内部では酸素の分圧が高まって酸化膜の形成が活発になされるようにする。
【００２９】
第２燃焼工程では、第１燃焼工程と同様の条件下に約３Ｌ／minの水素をバーナー５２を介して反応炉１０２に流入する。そうすると、酸素と水素がバーナー５２で混合されることになり、バーナー５２に加えられた熱により酸素と水素がお互いに化学反応をして熱分解性(pyrogenic)水蒸気が形成される。第２燃焼工程は、約１分間行われ、湿式酸化膜を形成するための初期水蒸気を形成する役割をする。
【００３０】
続けて、湿式酸化工程が約２０分乃至約３０分間一定の温度で進行される。この工程で流入される第２不活性ガスの量は、湿式酸化工程の温度、時間、所望の酸化膜の厚さ等によって広い範囲で選択することができる。例えば、後述する表１、図４及び図５に示すように、湿式酸化温度と第２不活性ガスの量を多様に変化させて湿式酸化工程を進行して得られたデータを参照として決定することができる。具体的な例を挙げると、約２．５−１０Ｌ／minの第２不活性ガス、及び約２−５Ｌ／minの酸素と約３−７．５Ｌ／minの水素の化学的反応により発生する熱分解性水蒸気を含むガス混合物を、各々配管６２及び６５を介して反応炉１０２に流入させつつ、湿式酸化工程を進行する。この際、第１不活性ガスは、バーナー５２に流入されないので、酸素と水素の反応を妨害しない。バーナー５２で発生した水蒸気と第２不活性ガスは、反応炉のヘッド７２で混合されて反応炉１０２に流入される。第２不活性ガスは、酸化膜の形成に参与しない。かえって、反応炉内部の分圧を一定に維持させ、酸化膜の成長速度を緩める役割をする。これは、酸化膜の厚さを容易に調節することができることを意味する。
【００３１】
ここで、不活性ガス希釈湿式酸化(inert gas dilution for wet oxidation)の理論的背景について説明する。
【００３２】
シリコンの高温酸化についてはいろいろの理論があるが、それらのうち、DEAL-GROVEの理論では、シリコン基板上に酸化膜が成長する過程を次のように説明している。
【００３３】
段階１：気相状態の酸化剤（水蒸気又は酸素）が酸化膜の表面に吸着する段階。
【００３４】
段階２：酸化膜が拡散により移動する段階。
【００３５】
段階３：シリコンと酸化膜間の界面で反応して新たな酸化膜を成長させる段階。
【００３６】
段階１において、酸化剤の酸化膜表面への吸着は、Henryの法則により酸化剤の分圧に比例する。したがって、湿式酸化工程の際、反応炉内部の酸化剤の分圧を低下させるため、適当量の不活性ガスを一緒に注入するものである。反応炉内部における酸化剤の分圧を低減するため、酸化剤の流量を減少させる方法も使用し得る。しかるに、酸化剤の拡散速度が遅くなり、反応炉内部を湿式酸化工程を行うに適切な雰囲気に作るに時間が増加する。このため、ウェーハ内の酸化膜の散布及びウェーハとウェーハ間の酸化膜の散布が不良になり、均一の製品を製造することができない。
【００３７】
しかしながら、酸化剤の流量は少なく注入した状態で、不活性ガスを適当量反応炉に流入すると、反応炉内で不活性ガスがキャリア役割をして、酸化剤の拡散速度を増加させ、ウェーハ内及びウェーハ間に気相状態の酸化剤が均一に吸着できるようにする。さらに、不活性ガスは、酸化剤の分圧を低減して、酸化膜表面に吸着する酸化剤の濃度を減少させ、よって酸化膜の成長速度を減少させる。これにより、ウェーハ内及びウェーハ間において酸化膜の散布が良好な製品を製造することができる。
【００３８】
すなわち、本発明では、ウェーハのシリコン基板上に成長される酸化膜の厚さを制御することができるだけでなく、均一の酸化膜を成長させることができ、且つ酸化膜の品質を向上させることができる。
【００３９】
湿式酸化工程後、酸素と水素の供給を中断し、第１、第２不活性ガスを反応炉に流入する第３温度安定化工程が引き続く（ステップ６）。第３温度安定化工程は、ウェーハ上に成長された湿式酸化膜を物理的に安定化させるための工程であって、湿式酸化工程と同様の温度条件で約１０分間実施する。第３温度安定化工程時において、約１０Ｌ／minの第１不活性ガスと約５Ｌ／minの第２不活性ガスが反応炉に流入される。
【００４０】
次に、温度下降工程を約４０分乃至６０分間実施して反応炉の温度を約６５０℃に低める（ステップ７）。温度下降工程後、湿式酸化膜が形成されたウェーハを反応炉からアンローディングするアンローディング工程を進行する（ステップ８）。温度下降工程及びアンローディング工程時において、第１、第２不活性ガスが前述の第３温度安定化工程と同様の量で反応炉に流入される。
【００４１】
図４及び図５は、本発明による湿式酸化法で成長させた酸化膜の厚さ及び結果を示すグラフである。このグラフは、湿式酸化工程時に時間により成長される酸化膜の厚さを示したものであり、初期酸化膜の厚さが２５Åであることは、前述の温度上昇工程時に成長された初期酸化膜の厚さである。
【００４２】
図４及び図５において、ライン１は、従来の技術による湿式酸化膜の成長速度曲線を示し、ライン２、３、４及び５は、本発明による湿式酸化膜の成長曲線である。ライン２、３、４及び５は、各々第２不活性ガスを約５Ｌ／min、１０Ｌ／min、１２．５Ｌ／min及び１５Ｌ／minの量で反応炉に流入する場合の酸化膜の成長速度を示すものである。これらのグラフから、希釈される第２不活性ガスの量が増加するほど、湿式酸化膜の成長速度が減少することがわかる。
【００４３】
また図４は、８２０℃で湿式酸化工程を進行した結果を示すグラフであり、図５は、８５０℃で湿式酸化工程を進行した結果を示すグラフである。ここでは、９００℃で湿式酸化を進行したグラフは、省略した。図４、図５の結果及び９００℃での結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
表１は、各湿式酸化温度による湿式酸化膜の成長速度を示すものである。
【００４６】
従来のように、第２不活性ガスを流入することなく、８５０℃の温度で湿式酸化を進行する場合、酸化膜は、分当たり約１４．５８Åの厚さに成長される。
【００４７】
これに対して、本発明では、８５０℃で湿式酸化工程を進行する場合、使用された第２不活性ガスの流量により酸化膜の成長速度が３．８４Å／min乃至７．３７Å／minの範囲で変化する。これは、本発明の方法が酸化膜の厚さを広い範囲で調節することができることを意味する。
【００４８】
また、図５を参照すると、従来の湿式酸化膜の形成方法により約１００Åの酸化膜を成長させるためには、約６分がかかる。これに対して、本発明による湿式酸化方法では、１０Ｌ／minの第２不活性ガスを反応炉に流入しつつ、湿式酸化工程を進行すると、約１００Åの酸化膜を得るに約１５分がかかる。これは、所望の厚さを有する酸化膜を成長させるに必要な時間を容易に調整することができることを意味する。品質に優れる薄膜酸化膜を得るためには、十分な成長温度と酸化時間が必要である。さらに、酸化膜が成長する酸化温度（８００−９００℃）の安定は、酸化膜の品質に影響を及ぼす。従って、湿式酸化膜の成長時間の増加は、酸化膜の品質を一層高めることができることを意味する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による湿式酸化を用いた薄膜酸化膜の形成方法によると、不活性ガスを用いて湿式酸化膜の成長速度を調節することができ、湿式方法で成長される酸化膜の厚さを容易に調節することができるばかりでなく、形成される酸化膜の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による湿式酸化工程に使用される反応炉にガスを供給するための配管を示す模式図である。
【図２】本発明による湿式酸化工程においてキャリアとして不活性ガスを用いた酸化膜形成工程を示す流れ図である。
【図３】時間の経過に関連して本発明による湿式酸化工程に使用されたガスの種類及び温度の範囲を示すグラフである。
【図４】本発明による湿式酸化法の結果を示すグラフである。
【図５】本発明による湿式酸化法の結果を示すグラフである。
【図６】従来の湿式酸化工程に使用される反応炉の模式図である。
【図７】時間の経過に関連して従来の湿式酸化工程に使用されたガスの種類及び温度の範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…不活性ガス供給配管
１２…酸素ガス供給配管
１４…水素ガス供給配管
２５、２７、６２、６５…配管
３２…弁
４２、４５…質量流れ調節器
５２…バーナー
７２…ヘッド
８２…ウェーハ積層部
１０２…反応炉
【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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