JPH0424920A - 湿式熱酸化装置及び湿式熱酸化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体ウェハの酸化膜を形成する湿式熱酸化
装置に関する。

［従来の技術］ 半導体集積回路素子製造においては、高集積化傾向にあ
り、成膜にあたっては高品質化が望まれている。酸化膜
形成ではシリコン基板を直接酸化させる熱酸化装置と、
シリコン基板上に酸化膜を堆積させる堆積装置がある。

このうち熱酸化装置は、８００〜１２００℃の雰囲気を
作る電気炉内で加熱処理を行なうもので、生成したＳｉ
Ｏ□膜とＳｉの界面での整合性がよい、雰囲気ガスや反
応管に高純度のものが使用できるため清浄な膜か得られ
る、数１０〜数１００枚の半導体ウェハを一括処理でき
膜厚バラツキも比較的少ない等の点から素子分離膜やゲ
ート膜、層間絶縁膜等の形成に広く使われている。熱酸
化装置としては高圧酸化装置及び常圧酸化装置があるか
、前者はランニングコストか高くなるため、常圧酸化装
置か実用的に用いられる。

［発明が解決しようとする課題］ 常圧酸化装置には、乾式と湿式かあり、このうち乾式は
、０２ガスをＮ２ガスをキャリアとして流量を調整しな
がら供給し、酸化速度をコントロールして酸化させるの
であるか、酸化速度が遅く、基板の歪が生じやすかった
。酸化速度を速く基板の歪を無くするには水蒸気存在下
で０２ガスを供給して酸化させる湿式が知られている。

湿式酸化を行うためには、Ｈ２ガス及び０゜ガスを供給
し、外部燃焼装置により反応させて水蒸気を発生させ、
水蒸気の分圧を０２ガスとＨ２ガスの流量により制御し
て行ったり、また、純水製造装置で作られｔこ純水を加
熱して発生した水蒸気の分圧を純水の水温と、０□、Ｎ
　２、Ａ　ｒガス等のキャリアガスでコントロールして
行っている（電子材料に記載あり）。

しかし、前者の０゜ガスとＨ２ガスを反応させて水蒸気
を製造する外部燃焼装置は非常に大掛かりであり、安全
上の問題もあった。また、後者の純水を蒸発させて水蒸
気を製造する場合、水蒸気の供給量は純水の水温とキャ
リアガスでコントロールしても過不足なく一定量を供給
することは困難であってそのため過剰に水蒸気を供給す
るため不経済であった。

上記の欠点を解消するため、本発明は効率よく酸化を行
うことができ、経済的でしかも基板に歪が生じず、高品
位な酸化膜が得られる湿式熱酸化装置を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達成するためになされたものであ
って、本発明の湿式熱酸化装置は、酸素ガスと、超純水
から発生させた水蒸気とから半導体ウェハ上に酸化膜を
形成する湿式熱酸化装置において、前記超純水の供給路
に設けられた冷却部と、前記冷却部に設けられた質量流
量計と、前記質量流量計により一定量計量された前記超
純水を蒸発させる加熱装置とを有する水蒸気供給系を備
えたものである。

［作用］ 超純水から過不足なく水蒸気を製造し、これを反応管に
供給するにあたり、超純水製造装置から製造される超純
水を質量流量計で正確に計り、これを加熱装置で加熱し
蒸発させる。加熱装置に供給される純水の量は加熱装置
の仕事効率に見合った量なので過不足なく水蒸気になる
。供給量を制御されて製造された水蒸気を一定量反応管
に供給してｏ２ガスと供に基板の酸化反応が進行される
。

このため酸化速度が速くしかも均一な酸化膜が得られ、
高品位な半導体ウエノ１の製造が可能である。

［実施例］ 本発明の湿式熱酸化装置の一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図に示す湿式熱酸化装置Ｏは、石英等から成る支持
体１例えば石英ボートに互に所定間隔て多数例えば１５
０枚支持された半導体ウニ／Ｘ２か挿入口３から搬入、
配置される石英製の反応管４か設けられる。反応管３の
外周には半導体ウニ／）配列雰囲気に均熱ゾーンを形成
するようにヒータ５か３ゾーンあるいは５ゾーンに分割
されて設けられ、反応管内部を８００〜１５００’Ｃに
加熱できるようになっている。さらにヒータ５の外周は
アルミナ等の断熱材で被覆され、ヒータ５の熱か効率的
に反応管４内半導体ウエノ１列を加熱できる構造となっ
ている。さらに反応管４の挿入口３近傍には、反応ガス
の流入口６が設けられ、流入口６には０２ガス供給体７
と、水蒸気供給系８とが超純水の供給路である配管工５
を介して接続される。水蒸気供給系８には超純水製造装
置９がフィルタ１０を介して質量流量計１１に接続され
て設けられ、質量流量計１１により計測された超純水が
供給されるバルブ１２が自動開閉するコントローラ１３
に接続されて備えられる。質量流量計１１の先方には、
一定量供給される超純水を加熱するテープヒータ等の加
熱装置１４か配管１５に取着される。さらに、反応管４
の挿入口３の反対側には反応ガスの流入口６から反応管
４に流入される反応ガスか排気される排気口１６が排気
系（図示せず）に接続されて設けられる。

以上のような構成の湿式熱酸化装置Ｏの水蒸気供給系８
に備えられる質量流量計１１は第２図に示すように流体
の流路１８に接触して設けられる温度コントロール可能
な電子冷却素子１７と、電子冷却素子１７の手前、電子
冷却素子１７中の流路１８の内部あるいは流路１８の外
周及び冷却素子表面の位置にそれぞれ設けられる３ケの
温度センサ１９．２０．２１とから構成されている。電
子冷却素子１７は半導体のＰ型、ｎ型の素子を交互に組
合せた素子で、電極間に電圧を加えると片面で吸熱、も
う一方の面で発熱が起こる。吸熱面が冷却部として使用
でき、印加電圧を変えることにより、吸熱面の温度を自
由にコントロールできるようになっている。液温を検出
する温度センサ１９の信号と、電子冷却素子１７中の温
度センサ２０からの信号が一定差になるよう、つまり一
定温度差に冷却するよう電子冷却素子１７をコントロー
ルする。この状態で第３図に示すように液体の流れがな
い場合流路１８の温度は質量流量計１１の幅ｄでは冷却
され実線で示す温度となり、温度センサ２０からの信号
と冷却素子１７の表面の温度センサ２１からの信号は等
しくなるが、流体の流れかあると流路１８の温度は点線
で示すような温度となり、流路１８と電子冷却素子１７
との間で熱交換が生じ、流路１８の温度が上昇する。

その時温度センサ２０と温度センサ２１の信号の差を次
式で示す出力Ｑから流量換算して質量流量が求められる
。

Ｑ＝−Ｋ・−ｄ２・ρ・Ｃｐ−Ｕｍ・△θｍ但し にコ冷却素子表面上の熱伝導等を 含めた係数 ｄ：流路径 ρ：密度 Ｃｐ：定圧比熱 Ｕｍ：平均流速 Δθｍ：冷却部での液温の差 前記式でρ・−ｄ２・Ｕｍは質量流量である。

このような冷却素子を用いた質量流量計を採用するため
、加熱による質量流量計のようにセンサー部で気泡発生
が生じることなく、精密に質量流量を行い、この計量に
従い、加熱装置１４に供給する純水量を加熱装置１４の
能力に応した量にコントロールして供給できる。そのた
め完全に純水を水蒸気に変換して、この水蒸気と供給量
をコントロールされた０２ガスとを混合して反応管４に
供給する。

以上のような質量流量計を備えた湿式熱酸化装置の動作
について説明する。

支持体１に載置された複数の半導体ウェハ２を反応管４
の挿入口３から搬入する。反応管４内はヒータ５により
例えば９５０℃に加熱される。超純水製造装置９により
作られた超純水がフィルタ１０を通過して質量流量計１
１の流路１８に押出される。質量流量計１１により超純
水の所定の流量を検出するとコントローラ１３がバルブ
１２を開き、加熱装置１４に超純水を供給する。超純水
はここで流速に従って加熱装置１４を通過すると完全に
水蒸気となり、併流量をコントロールされて０２ガス供
給系７から供給される０２と配管１５内で混合され流入
口６から反応管４に供給される。

そして半導体ウェハ２が０２ガスと水蒸気により２０〜
３０人／ｍｉｎと迅速な酸化処理され、余剰の気体が排
気口１６から排気され、排気系により排気ガスの排気処
理がなされる。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明の湿式熱酸
化装置によれば、流量を正確に計量された一定量の超純
水を加熱装置に供給し、ここで過不足なく効率よく水蒸
気にするため、０２ガスと水蒸気か常に一定割合で供給
され均一な酸化膜か迅速に得られる。装置も大規模な燃
焼装置も不必要であり、安全でかつ安価であって非常に
経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の湿式熱酸化装置の一実施例の構成図、
第２図は第１図に示す一実施例の要部を示す図、第３図
は第２図の要部の説明図である。 １・・・・・・半導体ウェハ ８・・・・・・水蒸気供給系 １１・・・・・・質量流量系 １４・・・・・・加熱装置 １５・・・・・・配管（超純水の供給路）Ｏ・・・・・
・・・湿式熱酸化装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　酸素ガスと、超純水から発生させた水蒸気とから半導
   体ウェハ上に酸化膜を形成する湿式熱酸化装置において
   、前記超純水の供給路に設けられた冷却部と、前記冷却
   部に設けられた質量流量計と、前記質量流量計により一
   定量計量された前記超純水を蒸発させる加熱装置とを有
   する水蒸気供給系を備えたことを特徴とする湿式熱酸化
   装置。