(57)【要約】【課題】  等方性酸化を複数枚の基板に対して実施する場合に、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造する。【解決手段】  反応管と、反応管内を加熱する加熱源と、反応管内で複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、基板配列領域よりも上流側から反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、基板配列領域に対応する領域の複数箇所から反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、反応管内を排気する排気ラインと、反応管内を排気ラインを介して真空引きする真空ポンプと、反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御部と、を有し、水素含有ガス供給ラインは長さの異なる複数本の独立したノズルを含み、複数本のノズルのそれぞれには、少なくとも２つ以上のガス噴出孔が設けられる。【選択図】  図１
2009245984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を処理する反応管と、
前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱する加熱源と、
前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、
前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、
前記複数枚の基板が配列される領域に対応する領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、
前記反応管内を排気する排気ラインと、
前記反応管内を前記排気ラインを介して真空引きする真空ポンプと、
前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御部と、を有し、
前記水素含有ガス供給ラインは長さの異なる複数本の独立したノズルを含み、前記複数本のノズルのそれぞれには、少なくとも２つ以上のガス噴出孔が設けられることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち１つは前記ノズル先端で開放しており、該ノズル先端で開放しているガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向と平行な方向に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記複数本のノズルのそれぞれの先端は閉塞しており、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔は前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、基板に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記複数本のノズルのそれぞれの先端は閉塞しており、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔は前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、前記反応管内側面に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち１つは前記ノズル先端で開放しており、該ノズル先端で開放しているガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向と平行な方向に向かって開口しており、前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち残りは前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、基板に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち１つは前記ノズル先端で開放しており、該ノズル先端で開放しているガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向と平行な方向に向かって開口しており、前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち残りは前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、前記反応管内側面に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記水素含有ガス供給ラインは、前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に水素含有ガスを供給するようにも構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項８】
複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、
前記反応管内を加熱した状態で、かつ、前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記反応管内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を処理する工程と、
処理後の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記酸素含有ガスを前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に供給すると共に、前記水素含有ガスを前記複数枚の基板が配列される領域に対応する領域の複数箇所から長さの異なる複数本の独立したノズルを介して前記反応管内に供給するようにし、前記複数本のノズルを通った前記水素含有ガスは、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられた少なくとも２つ以上のガス噴出孔より前記反応管内に供給される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、基板を処理する基板処理装置及び該基板処理装置を用いて基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に、基板の表面を酸化処理する酸化装置及び該酸化装置を用いて基板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ものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（デバイス）の製造プロセスの途中過程において形成される、異なるＳｉ結晶面が露出したＳｉ基板（ウエハ）表面を直接酸化反応させる工程において、従来の酸化技術においては、結晶面に依存して酸化速度が異なる結果、基板上にて異なる膜厚の酸化膜が形成され、基板上の場所により、特性がバラツクという問題があった。
【０００３】
異なるＳｉ結晶面が基板上に露出する工程には、例えばＳｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ＳＴＩ）として知られる素子間分離や、Ｓｉ基板を掘り込んだ縦型のＭＯＳトランジスタの形成工程があり、Ｓｉ基板上にドライエッチングにより溝を形成することにより、溝の側面と底面にて異なる面方位が露出される。また、ＳＴＩ工程においては、酸化工程にて、Ｓｉ３Ｎ４も基板表面に露出しており、Ｓｉ３Ｎ４上の酸化速度をＳｉ基板上の酸化速度に近くして、極力同じ酸化膜厚としたいプロセス要求がある。
【０００４】
従来の酸化方法には、反応室内の雰囲気を常圧、若しくは減圧として、酸素単独もしくは、Ｎ２、Ａｒ等により酸素分圧が調節された雰囲気で基板の酸化処理を行うドライ酸化と、酸素と水素を反応室の前段にて混合させることにより形成される水分を利用して基板の酸化処理を行うウェット酸化がある。水素と酸素の混合により水分を形成する方法には、抵抗加熱、及びランプ集光加熱により水素、酸素の着火温度以上に昇温、燃焼させる方法と、着火温度以下で触媒作用により水素、酸素を反応させる方法が、広く利用されてきている（特許文献１参照）。
【０００５】
従来の酸化方法では、異なるＳｉ基板の面方位間、例えば（１００）面と（１１０）面では、Ｓｉ基板表面のＳｉ原子面密度に依存して、よりＳｉ原子面密度の大きい（１１０）面の酸化速度が（１００）面のそれより、薄膜酸化領域においておよそ２倍となる。また、Ｓｉ３Ｎ４上では通常、耐酸化性が高く、Ｓｉ３Ｎ４は酸化に対するバリア層として使用されることもあり、ほとんど酸化が進行しない。
【０００６】
これに対し、減圧雰囲気とした反応室に、それぞれ独立したガス供給系より酸素、水素を導入する方法では、水分を形成する前に基板との反応が進行するため、酸化初期の成長速度が速く、異なるＳｉ基板の面方位間、Ｓｉ３Ｎ４上における成長速度差が小さくなる結果、膜厚差を著しく小さくすることができ、等方性酸化が可能であることが知られている（特許文献２参照）。
【０００７】
等方性酸化を、複数枚の基板を多段に配列した状態で一括処理する縦型半導体製造装置にて実施する場合、通常、ガスの供給箇所は被処理物である基板の上流のみであることから、垂直方向に多段に配置された各基板配置場所により、反応室内にて水素濃度が異なる結果、形成される酸化膜厚が大きく変動してしまう問題がある。
【０００８】
縦型半導体製造装置における等方性酸化は、酸素と水素が基板と直接反応し、且つその成膜速度が水素の供給律速反応であることが知られており、垂直方向多段に配置された各基板上の成膜速度を一定とするために、反応室への水素供給系路を２系統以上の複数本とし、反応室の上流より供給された水素が、同じく反応室の上流より供給された酸素と基板直上にて反応消費されることによる、反応室内部のガス流れ下流方向における水素濃度の減衰を無くすことで、複数枚の基板上における酸化膜厚の均一性を向上できることが知られている（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２０４５１１号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０２０３０９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、反応室内に垂直方向多段に配置される各種処理基板の、基板表面に露出する半導体デバイスを構成する材質の違い、基板表面の表面積の大きさに依存して、基板表面での酸化反応での酸素と水素の消費量が異なる結果、反応管内に配置された基板の下流に行くに従い発生する、水素の欠損に伴う基板表面に生成される酸化膜厚に差が生じる現象がある。
【００１１】
基板表面での酸化反応による酸素と水素の消費量の大きな基板を垂直方向多段に配置し等方性酸化を行う際は、反応室内に垂直方向多段に配置される基板領域に設置された２系統以上の水素供給経路より供給される水素流量の調整により、反応管内に配置された基板の下流に行くに従い発生する、水素の欠損に伴う基板表面に生成される酸化膜厚差を小さくすることが出来る。しかしながら、設置された２系統以上の水素供給経路のそれぞれの水素供給箇所の間において発生する、基板表面反応による水素と酸素の消費量が大きくなり、途中供給の各水素供給箇所間の膜厚を十分に補正することが出来なくなる。
【００１２】
また、基板表面での酸化反応による酸素と水素の消費量の大きな基板を垂直方向多段に配置し等方性酸化を行う際は、途中供給の各水素供給箇所間で、基板表面反応に必要な水素が不足するため、各基板の中心方向への反応ガスの拡散が支配的となり、基板中心部に行くに従い酸化膜厚が薄くなる、基板面内における膜厚バラツキの問題も顕著となる。
【００１３】
図１１に示される、既知である複数枚の基板１が存在する領域に対応する途中の複数箇所から水素を供給する独立した水素供給ライン９１、９２、９３、９４、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の数を出来るだけ多くすることにより、各水素供給箇所の間において発生する水素の欠損を補い、ガス供給下流方向に対して発生する膜厚低下、及び基板中心部に行くに従い酸化膜厚が薄くなる、基板面内における膜厚バラツキの問題を解決できると考えられる。しかしながら、処理室４内部に設置出来るノズル本数の設置スペースの制約があり、基板表面での酸化反応による酸素と水素の消費量の大きな基板を垂直方向多段に配置した際に発生する、基板間の膜厚バラツキ及び基板面内における膜厚バラツキを補正するに十分な数のノズル配置が困難であった。
【００１４】
また、同じく既知である図１２に示される、縦型半導体製造装置における等方性酸化における基板間の膜厚バラツキ及び基板面内における膜厚バラツキを補正する構造として、酸素と水素の反応消費により基板配列領域下流で発生する水素の欠損を補う、側面に少なくとも２つ以上の孔１３１が設けられた多孔ノズル１３が知られている。しかしながら、基板配列領域に対して水素を供給する水素供給ライン９が１系統であるため、複数枚の基板が存在する領域に対応する途中に供給される水素流量は、多孔ノズル１３に設けられたそれぞれの孔１３１の孔径により決まるため、酸素と水素の反応消費量の異なるそれぞれの基板毎に多孔ノズル１３に設けられる孔１３１の数や孔１３１の口径を変える必要があり、半導体製造装置としての汎用性が小さくなる。
【００１５】
本発明の主な目的は、等方性酸化を、複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、水素供給ノズルとして複数本のノズルを用いる場合、また、１本の多孔ノズルを用いる場合に生じる上述の問題を解消しつつ、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造することが出来る半導体装置の製造方法及びそのために好適に使用できる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様によれば、複数枚の基板を処理する反応管と、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱する加熱源と、前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、前記複数枚の基板が配列される領域に対応する領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、前記反応管内を排気する排気ラインと、前記反応管内を前記排気ラインを介して真空引きする真空ポンプと、前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御部と、を有し、前記水素含有ガス供給ラインは長さの異なる複数本の独立したノズルを含み、前記複数本のノズルのそれぞれには、少なくとも２つ以上のガス噴出孔が設けられる基板処理装置が提供される。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、前記反応管内を加熱した状態で、かつ、前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記反応管内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を処理する工程と、処理後の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程では、前記酸素含有ガスを前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に供給すると共に、前記水素含有ガスを前記複数枚の基板が配列される領域に対応する領域の複数箇所から長さの異なる複数本の独立したノズルを介して前記反応管内に供給するようにし、前記複数本のノズルを通った前記水素含有ガスは、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられた少なくとも２つ以上のガス噴出孔より前記反応管内に供給されることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、等方性酸化を、複数枚の基板が積層して配置された装置にて実施する場合に、水素供給ノズルとして複数本のノズルを用いる場合、また、１本の多孔ノズルを用いる場合に生じる上述の問題を解消しつつ、基板配置場所により水素濃度が異なり酸化膜厚が大きく変動するのを抑制し、高品質な半導体装置を製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
発明者等は、独立した複数の水素供給ラインにそれぞれ設置される、長さの異なる複数本の独立したノズルのそれぞれの先端及び側面の少なくとも一方の、少なくとも２箇所以上に、水素ガスが処理室内に導入されるためのガス噴出孔を設けることにより、従来構造の問題点であった、基板表面での酸化反応による酸素と水素の消費量の大きな基板を垂直方向多段に配置した際における、基板間における膜厚バラツキや基板面内における膜厚バラツキを著しく改善出来ることを見出した。以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１〜図４を参照して、本実施例における基板処理装置としてのバッチ式縦型半導体製造装置（酸化装置）を説明する。反応炉２０は、反応管２１を有し、この反応管２１により形成される反応室（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。保持具としてのボート２は、複数枚の基板としての半導体ウエハ（シリコンウエハ）１を略水平状態で所定の隙間（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。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。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。ボート２の下部には、複数枚の断熱板２９が搭載されている。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。
【００２１】
反応管２１には、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを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）ガスを供給する水素供給ライン９１、９２、９３、９４が接続されている。酸素供給ライン７は、ウエハ１が配列される領域（ウエハ配列領域）よりも上流側から反応管２１（処理室４）内に酸素ガスを供給するように構成されており、水素供給ライン９１、９２、９３、９４は、ウエハ１が配列される領域よりも上流側およびウエハ１が配列される領域に対応する領域における複数箇所から反応管２１内に水素ガスを供給するように構成されている。酸素供給ライン７は酸素ガス供給源４１に接続され、水素供給ライン９１、９２、９３、９４は水素ガス供給源４２に接続されている。酸素供給ライン７および水素供給ライン９１、９２、９３、９４には、電磁バルブ６およびマスフローコントローラ１２がそれぞれ設置されている。
【００２２】
反応管２１の天井壁３１にはシャワー板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。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の上側を延在してバッファ室４３に連通している。本実施例では、最上流のシャワー板４４からはＯ２のみが導入される。
【００２３】
水素供給ライン９１、９２、９３、９４はそれぞれ独立しており、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４にそれぞれ接続されている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、反応管２１下部の側壁３２を貫通して設けられている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は反応管２１内を反応管２１の側壁３２の内壁に沿って立ち上がっているが、長さがそれぞれ異なっている。このように、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、ウエハ配列方向に対して長さがそれぞれ異なり、Ｈ２はウエハ配列領域よりも上流側およびウエハ配列領域の複数箇所から供給され、ウエハ配列方向（垂直方向）の反応室４内の水素濃度を調節することが可能となっている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４は、ウエハ１よりも、反応管２１の側壁３２の内壁に近い側に内壁に沿って設けられている（図２、３参照）。
【００２４】
水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の先端はそれぞれ開放されており、この開放部がそれぞれ第１ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４となっている。水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番長いノズル１０１のガス噴出口１１１は、シャワー板４４から離間した位置であって、ウエハ配列領域の上端（最上流のウエハ）に対応する位置よりも若干上流側にある。すなわち、ガス噴出口１１１は、Ｈ２をウエハ配列領域よりも上流側から供給し、ガス噴出口１１２、１１３、１１４は、Ｈ２をウエハ配列領域の複数箇所から供給するよう構成されている。
【００２５】
また、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の側面には、第２ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａがそれぞれ設けられている。ガス噴出口１１１ａは、ガス噴出口１１１とガス噴出口１１２との中間位置に設けられ、ガス噴出口１１２ａは、ガス噴出口１１２とガス噴出口１１３との中間位置に設けられ、ガス噴出口１１３ａはガス噴出口１１３とガス噴出口１１４との中間位置に設けられている。ガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａは、例えば、それぞれが等間隔となるように設けられている。このように、従来設けられていた第１ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４の他に、第２ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａを設けたことで、ウエハ配列方向においてきめ細かく制御されたＨ２を供給することが可能となっている。なお、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番短いノズル１０４のガス噴出口１１４ａは、設けなくてよい場合もある。
【００２６】
図３、４を参照すれば、水素供給ノズル１０１の先端は斜めにカットされており、ガス噴出口１１１は反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている。また、ガス噴出口１１１ａも、反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている。これにより、水素供給ノズル１０１より供給するＨ２を反応管２１の側壁３２の内壁２１１に向けて噴出させることができ、ヒータ５により加熱された側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を効率的に反応させることができる。このように反応管２１の側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を反応させるようにすると、側壁３２近傍で反応種が生成され、生成された反応種を安定した状態でウエハ１に供給することができ、膜厚均一性を向上させることができる。
【００２７】
このように、本実施例は、側壁３２近傍でＨ２とＯ２を反応させており、ウエハ１の熱により、ウエハ近傍でＨ２とＯ２を反応させるやり方とは異なっている。ウエハ１近傍でＨ２とＯ２を反応させるようにすると、反応初期に生じる不安定な反応種がウエハ１の処理に影響を与え、膜厚均一性に影響を及ぼす可能性があると考えられる。なお、上記では、水素供給ノズル１０１について説明したが、水素供給ノズル１０２、１０３、１０４についても同じである。
【００２８】
反応管２１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には圧力制御部３７および真空排気ポンプ３が接続されている。ウエハ処理中、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、この圧力制御は圧力制御部３７およびコントローラ２４により行う。なお、コントローラ２４は、酸化装置を構成する各部の動作を所望のタイミングにて制御するように構成されている。
【００２９】
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、基板に酸化処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、酸化装置を構成する各部の動作はコントローラ２４により制御される。
【００３０】
１バッチ分のウエハ１をボート２に移載すると、ヒータ５により加熱状態を維持された反応炉２０の処理室４内に複数枚のウエハ１を装填したボート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。次に、真空ポンプ３により反応管２１内を真空引きし、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制御する。回転機構２７によりボート２が所定の回転速度で回転するようにする。また、炉内温度を昇温させ、炉内温度が所定の処理温度となるよう制御する。その後、酸素供給ライン７より処理室４内にＯ２を供給すると共に、水素供給ライン９１、９２、９３、９４より処理室４内にＨ２を供給する。これにより、Ｏ２とＨ２とがヒータ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エハ１に酸化処理が施される。処理温度としては、５００〜１０００℃、処理圧力としては、１〜１０００Ｐａ、酸素ガス供給流量としては、１〜２０Ｌ／ｍｉｎ、水素ガス供給流量（総流量）としては、０．５〜１０Ｌ／ｍｉｎが例示される。
【００３１】
ウエハ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内から搬出（アンロード）し、ボート２に支持された全てのウエハ１が冷えるまで、ボート２を所定位置で待機させる。待機させたボート２に保持されたウエハ１が所定温度まで冷却されると、基板移載機等によりウエハ１を回収する。
【００３２】
本実施例によれば、様々な半導体ウエハのプロセス工程で形成されるウエハ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（処理ウエハの面方位依存性を小さくすることができ）、加えて、縦型半導体製造装置にて複数枚のウエハを処理する際に、各ウエハ上における水素濃度、すなわち反応種のバラツキに伴う、酸化膜厚のバラツキを抑えることが可能となる。なお、本実施例は、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シリコンであるか、ＣＶＤによる多結晶シリコン、またはシリコン窒化物をはじめとするシリコン含有材料を有する場合に特に有効となる。また、本実施例によれば、基板表面での酸化反応による酸素と水素の消費量の大きな基板を垂直方向多段に配置した際における、基板間における膜厚バラツキや基板面内における膜厚バラツキを著しく改善することが出来る。
【００３３】
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）ガスおよび亜酸化窒素（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。
【実施例２】
【００３４】
次に図５を参照して、実施例２における基板処理装置としての酸化装置について詳述する。
上記実施例では、Ｏ２のみを最上流のシャワー板４４から反応室４内に供給しているが、本実施例では、バッファ室４３において、Ｈ２とＯ２を混合し、Ｈ２とＯ２の混合ガスを最上流のシャワー板４４より反応室４内に導入するようにした。このようにＯ２とＨ２とを事前混合した後に反応室４内に導入した場合であっても、Ｏ２やＨ２Ｏよりも反応性の高い反応種が生成される。
【００３５】
図５を参照すれば、本実施例における酸化装置においては、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がさらに設けられ、この水素供給ライン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の上側を延在してバッファ室４３に連通しており、バッファ室４３にてＨ２とＯ２を混合した後に、Ｈ２とＯ２の混合ガスを反応室４内に供給するようにした点が実施例１とは異なる。
【００３６】
また、本実施例における酸化装置においては、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４のうち一番長いノズル１０１のガス噴出口１１１が、シャワー板４４から離間した位置であってウエハ配列領域の上端（最上流のウエハ）に対応する位置よりも下方にあり、Ｈ２をウエハ配列領域の一端側からではなくウエハ配列領域に対応する領域の途中箇所から流すように構成した点が実施例１とは異なる。また、本実施例における酸化装置においては、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の先端の上面が閉塞しており、ノズル先端部側面に第１ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が設けられ、これらガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている点が実施例１とは異なる。他の点は実施例１と同じである。なお、図５において、図１〜４で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
本実施例における酸化装置においても、実施例１における酸化装置と同様な作用効果が得られる。
【実施例３】
【００３８】
次に図６を参照して、実施例３における基板処理装置としての酸化装置について詳述する。
上記実施例では、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４に設けられたガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａが、反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側を向くように構成されている例について説明したが、本実施例では、ガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａは反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍で、内壁２１１側とは異なる方向を向くように構成されている。
【００３９】
図６を参照すれば、本実施例における酸化装置においては、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４に設けられた第１ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１、１１２、１１３、１１４が、ウエハ配列方向と平行な方向すなわち上方に向かって開口しており、第２ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａが、ウエハ配列方向と直交する方向であってウエハ１側に向かって開口している点が、実施例２とは異なる。他の点は実施例２と同じである。なお、図６において、図１〜５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
本実施例のように、ガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａが、反応管２１の側壁３２の内壁２１１側を向くように構成されていなくとも、ガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａは反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍に設けられるため、ヒータ５により加熱された側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を効率的に反応させることができる。すなわち、本実施例における酸化装置においても、実施例１や実施例２における酸化装置と同様な作用効果が得られる。
【実施例４】
【００４１】
次に図７を参照して、実施例３における基板処理装置としての酸化装置について詳述する。
上記実施例では、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４に設けられた第２ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａが、ウエハ１側に向かって開口している例について説明したが、本実施例では、ガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａはウエハ１側とは異なる方向であって、かつ、反応管２１の側壁３２の内壁２１１側とは異なる方向を向くように構成されている。
【００４２】
図７を参照すれば、本実施例における酸化装置においては、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４に設けられた第２ガス噴出孔としてのガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａが、ウエハ配列方向と直交する方向であって、水素供給ノズル１０１、１０２、１０３、１０４の中心とウエハ１の中心とを結ぶ直線と垂直な方向に向かって開口している点が、実施例３とは異なる。また、ガス噴出口１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａがそれぞれ２つずつ設けられている点も実施例３とは異なる。他の点は実施例３と同じである。なお、図７において、図１〜６で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
本実施例のように、ガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａが、反応管２１の側壁３２の内壁２１１側を向くように構成されていなくとも、ガス噴出口１１１、１１１ａ、１１２、１１２ａ、１１３、１１３ａ、１１４、１１４ａは反応管２１の側壁３２の内壁２１１近傍に設けられるため、ヒータ５により加熱された側壁３２の熱により側壁３２近傍でＨ２とＯ２を効率的に反応させることができる。すなわち、本実施例における酸化装置においても、実施例１〜３における酸化装置と同様な作用効果が得られる。
【実施例５】
【００４４】
図８〜図１０を参照して、本発明に係る実験結果、考察等について説明する。
【００４５】
図８を用いて、本発明に係る多孔ノズルと、多段供給の組み合わせによる、ウエハ配列領域の途中より水素ガスを供給した際の、酸化膜厚のバラツキを抑えるメカニズムを説明する。図８の横軸は、ウエハポジションを示しており、縦軸は、各ポジションに配置されたウエハに形成された酸化膜の膜厚を示している。図中、三角（△）で示される膜厚データ群は、従来技術である水素ガスの多段供給を用いて得られたものである。Ｎｚｌ▽で表される符号は、ノズル先端（ガス噴出孔）の位置を示している。各ノズルより途中供給される水素ガスは、上流より供給される酸素ガスと反応し、新たに反応種を生成することにより、ウエハ配列の上流ウエハで消費され下流に向けて発生する反応種欠損による膜厚低下を補っている。酸化処理されるウエハ表面には、半導体製造工程において様々な材料の露出、形状の違いにより、各ウエハにおける酸化処理に寄与する反応種の消費量が異なっており、反応種の消費量が大きなウエハを酸化処理する場合に、ノズル先端（ガス噴出孔）とそれに隣接するノズル先端（ガス噴出孔）の間（隣り合うノズル先端間）に設置されたウエハに形成される酸化膜厚が、水素ガスを供給しているノズル先端近傍に配置されたウエハに比べて、著しく低下することになり、補正することが難しい。
【００４６】
これに対し、図中、四角（□）で示される膜厚データ群は、本発明の実施例３に係る、多孔ノズルと、多段供給の組み合わせによるもので、ウエハ配列領域の途中より水素ガスを供給する経路を増やすことにより得られたものである。Ｎｚｌ△で表される符号は、ノズル先端の第１ガス噴出孔の位置を示しており、Ｈｏｌｅ△で表される符号は、ノズル側面の第２ガス噴出孔の位置を示している。隣接するノズル先端開放孔（第１ガス噴出孔）間の距離の中間位置に、横孔（第２ガス噴出孔）を設置することにより、従来技術で補正の出来なかったノズル先端間領域に水素ガスを供給することが可能となり、新たに反応種を生成することにより、この領域における膜厚低下を抑えることが出来る。本発明により、バッチ内における酸化膜厚のバラツキを従来手法に比較し、１／３程度に抑えることが出来る。
【００４７】
図９は、ウエハ表面の材質が異なる際に発生する、反応種の消費量の差に起因した、酸化膜厚の違いを比較した実験値である。図９の横軸は、ウエハポジションを示しており、縦軸は、各ポジションに配置されたウエハに形成された酸化膜の膜厚を示している。菱形（◇）と直線で示される膜厚データ群は、ＳｉＯ２ウエハに形成された酸化膜の膜厚を示しており、菱形（◇）（直線なし）で示される膜厚データ群は、ベアシリコンウエハに形成された酸化膜の膜厚を示している。同一酸化条件においては、シリコン上での反応種の酸化処理に伴う消費量が、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）上より大きいため、図中右側となるウエハ配列の下流に掛けて、反応種の欠損による膜厚低下が確認出来る。
【００４８】
図１０は、本発明と、従来技術である水素ガスの多段供給方法により酸化処理を実施した、成膜実験値の比較である。図１０（ａ）の横軸は、ウエハポジションを示しており、縦軸は、各ポジションに配置されたウエハに形成された酸化膜の膜厚値（Å）を示している。図１０（ｂ）の横軸は、ウエハポジションを示しており、縦軸は、各ポジションに配置されたウエハに形成された酸化膜の膜厚面内均一性（±％）を示している。本発明としては、実施例３に係る酸化装置を用いて酸化処理を行った。図１０より、本発明により、多段ノズルの中間にも水素ガスを供給し、反応種濃度をバッチ内で均一にすることにより、バッチ内の酸化膜厚バラツキのみならず、各処理ウエハにおける面内膜厚バラツキも著しく改善できることが確認された。
【００４９】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５０】
本発明の一態様によれば、複数枚の基板を処理する反応管と、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱する加熱源と、前記反応管内で前記複数枚の基板を配列させて保持する保持具と、前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、前記複数枚の基板が配列される領域に対応する領域の複数箇所から前記反応管内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ラインと、前記反応管内を排気する排気ラインと、前記反応管内を前記排気ラインを介して真空引きする真空ポンプと、前記反応管内の圧力が大気圧よりも低い圧力となるように制御する圧力制御部と、を有し、前記水素含有ガス供給ラインは長さの異なる複数本の独立したノズルを含み、前記複数本のノズルのそれぞれには、少なくとも２つ以上のガス噴出孔が設けられる基板処理装置が提供される。
【００５１】
好ましくは、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち１つは前記ノズル先端で開放しており、該ノズル先端で開放しているガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向と平行な方向に向かって開口している。
【００５２】
好ましくは、前記複数本のノズルのそれぞれの先端は閉塞しており、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔は前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、基板に向かって開口している。
【００５３】
好ましくは、前記複数本のノズルのそれぞれの先端は閉塞しており、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔は前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、前記反応管内側面に向かって開口している。
【００５４】
好ましくは、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち１つは前記ノズル先端で開放しており、該ノズル先端で開放しているガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向と平行な方向に向かって開口しており、前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち残りは前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、基板に向かって開口している。
【００５５】
好ましくは、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられる前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち１つは前記ノズル先端で開放しており、該ノズル先端で開放しているガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向と平行な方向に向かって開口しており、前記少なくとも２つ以上のガス噴出孔のうち残りは前記ノズル側面に設けられており、該ノズル側面に設けられたガス噴出孔は、前記複数枚の基板が配列される方向とは直交する方向であって、前記反応管内側面に向かって開口している。
【００５６】
好ましくは、前記水素含有ガス供給ラインは、前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に水素含有ガスを供給するようにも構成されている。
【００５７】
本発明の他の態様によれば、複数枚の基板を反応管内に搬入する工程と、前記反応管内を加熱した状態で、かつ、前記反応管内の圧力を大気圧よりも低くした状態で、前記反応管内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して前記複数枚の基板を処理する工程と、処理後の前記複数枚の基板を前記反応管内より搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程では、前記酸素含有ガスを前記複数枚の基板が配列される領域よりも上流側から前記反応管内に供給すると共に、前記水素含有ガスを前記複数枚の基板が配列される領域に対応する領域の複数箇所から長さの異なる複数本の独立したノズルを介して前記反応管内に供給するようにし、前記複数本のノズルを通った前記水素含有ガスは、前記複数本のノズルのそれぞれに設けられた少なくとも２つ以上のガス噴出孔より前記反応管内に供給される半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略横断面図である。
【図３】図１のＢ部の部分拡大概略縦断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線概略横断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図８】本発明に係る多孔ノズルと、多段供給の組み合わせによる、ウエハ配列領域の途中より水素ガスを供給した際の、酸化膜厚のバラツキを抑えるメカニズムを説明するための図である。
【図９】ウエハ表面の材質が異なる際に発生する、反応種の消費量の差に起因した、酸化膜厚の違いを比較した実験値を表す図である。
【図１０】本発明と、従来技術である水素ガスの多段供給方法により酸化処理を実施した、成膜実験値の比較である。
【図１１】従来技術に係る基板処理装置（多段供給）を説明するための概略縦断面図である。
【図１２】従来技術に係る基板処理装置（多孔ノズル）を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    ウエハ
２    ボート
３    真空ポンプ
４    処理室
５    ヒータ
７    酸素供給ライン
８    水素供給ライン
２１  反応管
２３  排気ライン
３７  圧力制御部
９１  水素供給ライン
９２  水素供給ライン
９３  水素供給ライン
９４  水素供給ライン
１０１  水素供給ノズル
１０２  水素供給ノズル
１０３  水素供給ノズル
１０４  水素供給ノズル
１１１  ガス噴出口
１１２  ガス噴出口
１１３  ガス噴出口
１１４  ガス噴出口
１１１ａ  ガス噴出口
１１２ａ  ガス噴出口
１１３ａ  ガス噴出口
１１４ａ  ガス噴出口
【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】
2009245984.tif 000011
【図１０】
2009245984.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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