JPH066507Y2 - 減圧酸化ｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、薄い緻密な酸化膜または窒化膜とポリシリ
コン膜などの膜を減圧下で同一炉で成長させる減圧酸
化、ＣＶＤ装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種の装置は第３図(a)に示す減圧ＣＶＤ炉
と、第３図(b)に示す酸化炉に分かれている構造であ
る。

まず、第３図(a)に示す減圧ＣＶＤ炉は炉芯管１の外周
面にヒータ２が配設されており、この炉芯管１内にボー
ト１３にシリコンウエハ１４を装填した後、炉芯管補強
部４を介して減圧炉キャップ３をした後、Ｎ₂配管９、S
iH₄配管１０、マスフロー１１，１２を介して、炉芯管
１にＮ₂，SiH₄を供給するようになっている。

また、炉芯管１は排気トラップ５、メカニカルブースタ
ポンプ６、ロータリポンプ７を通して排気管８により排
気されかつＮ₂配管１９を通してＮ₂ガスを供給して常温
に戻すようになっている。

また、第３図(b)の酸化炉の場合は、炉芯管１ａの外周
面にヒータ２が配設され、炉芯管１の内部にウエハ１４
を装填したボート１３を挿入し、Ｎ₂配管１５、Ｏ₂配管
１７からマスフロー１６，１８を通してＮ₂，Ｏ₂ガスを
炉芯管１ａ内に供給するようにしている。

このような従来の減圧酸化ＣＶＤ装置においては、たと
えば、酸化炉で薄い緻密な酸化膜を得るために、第３図
(b)に示すようにＯ₂配管１７とＮ₂配管１５からそれぞ
れＯ₂ガス、Ｎ₂ガスをマスフロー１６，１８を介して流
し（稀釈酸化）、これをたとえば、ＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタのゲート酸化膜とすると、この後第３図(a)
に示す減圧ＣＶＤ炉で第１ゲート電極としてポリシリコ
ンを成長させる。

この場合、酸化膜を成長させたあと、即ポリシリコンを
成長させることがゲート耐圧を特性よく得る重要なポイ
ントであり、混載炉と称して同一クリーンベンチ内に上
段、下段炉として塔載されている構造がほとんどであっ
た。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の従来の減圧酸化ＣＶＤ装置で
は、同一クリーンベンチ内で酸化膜をつけ、ポリシリコ
ンを成長する処理をするとしても、酸化膜を成長させた
あと、一度炉外に出すため汚染は避けられず、また温度
も室温まで戻すことになり、特に、今後のたとえば、１
ＭビットダイナミックＲＡＭなどのセル容量を得るため
の絶縁膜（酸化膜または窒化膜）は極薄い無欠陥膜が必
要とされ、これを安定して形成できる装置として、技術
的に満足できるものは得られなかった。

特に、薄い酸化膜は酸化炉で酸素と窒素を混ぜ、成長さ
せるには、緻密性と膜厚制御に問題があった。

この考案は、前記従来技術がもっている問題点のうち、
ポリシリコンをつける前の酸化膜または窒化膜などのゲ
ート絶縁膜の汚染および歪による欠陥発生という問題点
について解決した減圧酸化ＣＶＤ装置を提供するもので
ある。

（問題点を解決するための手段） この考案は減圧酸化ＣＶＤ装置において、第１膜と第２
膜を個別に形成するために１個の炉芯管を２分割と連結
する中間開閉弁と、この２分割された炉の減圧を切り替
えるポンプとを設けたものである。

（作用） この考案によれば、以上のように減圧酸化、ＣＶＤ装置
を構成したので、中間開閉弁の昇降作用と２分割された
炉の双方の減圧を同一ポンプで切り替えることにより、
連続して第１膜と第２膜を形成する。

（実施例） 以下、この考案の減圧、酸化ＣＶＤ装置の実施例につい
て図面に基づき説明する。第１図はその一実施例の構成
を示す断面図である。この第１図において、第３図
(a)、第３図(b)と同一部分には同一符号を付してその重
複説明を避け、第３図(a)、第３図(b)とは異なる部分を
主体に述べる。

この第１図を第３図(a)、第３図(b)と比較しても明らか
なように、第１図では符号１，１ａ〜１９で示す部は第
３図(a)、第３図(b)と同様であり、符号２０以降で示す
部分がこの実施例によって新たに付加された部分であ
り、この実施例の特徴をなす部分である。

ただし、同一符号の部分においても、第１図では、炉芯
管は符号１，１ａで示すように２分割されており、炉芯
管１の方は第３図(a)と同様であるが、炉芯管１ａの方
にも炉芯管補強部４を介して減圧炉キャップ３が取り付
けられるようになっており、Ｎ₂配管９、SiH₄配管１０
がマスフロー１１，１２を介して炉芯管１ａに連結され
ている。

また、炉芯管１，１ａはそれぞれストップバルブ２０，
２６を介して排気トラップ５に共通に連結されており、
この排気トラップ５以降の排気管８、Ｎ₂管１９に至る
経路は第３図(a)と同様である。

一方、２３は中間開閉弁であり、炉芯管１と１ａ間に上
下動可能になっている。この中間開閉弁２３は封入管２
１内に収納されており、封入管２１の下端は炉芯管１，
１ａ内において、真空リーク防止壁２２によって封止さ
れ、気密を保持している。ただし、封入管２１は炉芯管
１，１ａ側の側面にそれぞれ開口部を有している。

封入管２１の上端より内部にネジ式上下機構２４が挿入
され、このネジ式上下機構２４の上端には、回転ハンド
ル２５が取り付けられている。また、ネジ式上下機構２
４の外周面は封入管２１の上端に形成された貫通孔の内
面に螺合されている。

これにより、回転ハンドル２５を回転させることにより
上下ネジ式機構２４を介して、中間開閉弁２３が上下動
するようになっている。

なお、回転ハンドル２５に代えてモータを使用し、この
モータを回転させることにより、ネジ式上下機構２４を
介して中間開閉弁２３を上下動させることもできる。

次に、第２図を併用してこの考案の動作について説明す
る。この第２図は炉芯管１，１ａ内にシリコンウエハ１
４を挿入する方法を示すものである。この動作の説明に
際し、薄いゲート絶縁膜を成長させ、ポリシリコンを成
長させることを仮定して述べることにする。

まず、ボート１３にシリコンウエハ１４をセットし、炉
芯管１にソフトランディングローダ２７（第２図）によ
り挿入する。

次に、炉芯管１の減圧炉キャップ３を炉芯管補強部４を
介して取り付け、この炉芯管１を閉じるとともに、ハン
ドル２５の操作を行い、ネジ式上下機構２４を介して中
間開閉弁２３（高温の場合、石英で低温の場合ステンレ
スで可）を下降させる。この中間開閉弁２３が完全に下
降すると、炉芯管１と１ａがこの中間開閉弁２３により
分離される。

この場合、中間開閉弁２３の下降は封入管２１によりガ
イドされることになり、また封入管２１により外気が遮
断されている。

次に、ストップバルブ２０を閉じ、ストップバルブ２６
を開け、排気トラップ５を介して、メカニカルブースタ
ポンプ６とロータリポンプ７で炉芯管１内を減圧にす
る。

このとき、炉芯管１ａの方には、Ｎ₂配管９からＮ₂ガス
をマスフロー１１および減圧炉キャップ３を介して導入
し、炉芯管１ａ内に圧力がかかるようにする。

これにより、中間開閉弁２３は炉芯管１の減圧と炉芯管
１ａへ圧力がかかることにより、封入管２１に密着す
る。このとき、真空リーク防止壁２２は真空濡れ防止の
機能を果している。

次に、Ｎ₂配管１５からマスフロー１６を介し、Ｎ₂ガス
を炉芯管１に流し、また、Ｏ₂配管１７からマスフロー
１８を介してこの炉芯管１内にＯ₂ガスを流す。

この炉芯管１内には、Ｎ₂ガスとＯ₂ガスが導入され、稀
釈減圧酸化が可能となり、所望の酸化膜厚を得るまでボ
ート１３、シリコンウエハ１４をこの炉芯管１内に放置
する。

次に、Ｎ₂ガス、Ｏ₂ガスを切り、メカニカルブースタポ
ンプ６、ロータリポンプ７を切り、ストップバルブ２６
を締め、炉芯管１内を常圧に戻し、炉芯管１側の減圧炉
キャップを開ける。この状態を第２図に示す。

次に、回転ハンドル２５を操作することにより、ネジ式
上下機構２４と連動して中間開閉弁２３を封入管２１を
ガイドとして上昇させる。

次に、ソフトランディングローダ２７を用いてボート１
３とシリコンウエハ１４を炉芯管１ａ内に挿入する（第
２図参照）。

次に、回転ハンドル２５を操作して、中間開閉弁２３を
下降させ、第１図の状態にする。この状態で、ストップ
バルブ２６が閉じられていることを確認し、ストップバ
ルブ２０を開け、排気トラップ５を介してメカニカルブ
ースタポンプ６とロータリポンプ７により炉芯管１ａ内
を減圧にする。

このとき、炉芯管１内には、Ｎ₂ガスをＮ₂配管よりマス
フロー１６を介して流し、中間開閉弁23に圧力がかかる
ようにする。

また、炉芯管１ａ内は減圧されているため、中間開閉弁
２３はより封入管２１に密着する。この状態で、Ｎ₂配
管９を閉じ、SiH₄配管１０からSiH₄をマスフロー１２を
介して炉芯管１ａ内に流すことにより、ポリシリコンが
薄い緻密な酸化膜上に形成できる。

その後、逆の手順で常圧に戻し、ソフトランディングロ
ーダ２７により、ボード１３、シリコンウエハ１４を引
き出す。

（考案の効果） 以上詳細に説明したように、この考案によれば、同一炉
内を２分割して二つの炉芯管を中間開閉弁で連結、分断
し、双方の減圧を同一ポンプで切り替えるようにしたの
で、減圧酸化で極く薄い緻密な酸化膜が得られ、シリコ
ンウエハの温度を低下させることなく、外気にさらさな
いまま即ポリシリコン成長炉にローディングでき、シリ
コンウエハのパーティクルなどの汚染を最小限に防ぐこ
とができ、たとえば、ＭＯＳ型電界効果トランジスタの
第１のゲート絶縁膜形成と第１のゲートポリシリコン電
極に使用すれば、大幅なゲート耐圧の向上が期待でき
る。

また、酸化膜成長の代わりに誘電率の高い窒化膜を成長
させることもでき、この場合はガスをＯ₂とＮ₂の代わり
にSiH₄とNH₃を流すだけで簡単にできる。さらに、膜形
成を行う反応室を減圧した際に膜形成を行わない反応室
を加圧しており、反応室間を封じる封入管に開閉弁が密
着し、膜形成を行っている反応室内を気密に隔離するこ
とができ、緻密な膜形成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の減圧酸化ＣＶＤ装置の一実施例の断
面図、第２図は同上減圧酸化ＣＶＤ装置のシリコンウエ
ハ挿入状態を説明するための断面図、第３図(a)は従来
の減圧酸化ＣＶＤ装置における減圧ＣＶＤ炉の構成を示
す図、第３図(b)は従来の減圧酸化ＣＶＤ装置における
酸化炉の構成を示す図である。 １，１ａ……炉芯管、２……ヒータ、５……排気トラッ
プ、６……メカニカルブースタポンプ、７……ロータリ
ポンプ、９，１５，１９……Ｎ₂配管、１０……SiH₄配
管、１１，１２，１６，１８……マスフロー、１３……
ボート、１４……シリコンウエハ、２０，２６……スト
ップバルブ、２１……封入管、２３……中間開閉弁、２
４……ネジ式上下機構、２５……回転ハンドル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に第１膜を形成する第１の反
   応室と、 前記第１膜上に第２膜を形成する第２の反応室と、 前記第１の反応室に第１の不活性気体を導入する第１の
   導入管と、 前記第２の反応室に第２の不活性気体を導入する第２の
   導入管と、 前記第１の導入管に接続され、前記第１の不活性気体の
   流量を調整する第１の気体流量調整手段と、 前記第２の導入管に接続され、前記第２の不活性気体の
   流量を調整する第２の気体流量調整手段と、 前記第１の反応室と前記第２の反応室との間に設けられ
   た封入管であって、前記第１の反応室側の側面に第１の
   開口部を有し、前記第２の反応室側の側面に第２の開口
   部を有する封入管と、 前記封入管内に昇降可能に収納されている開閉弁であっ
   て、上昇せしめることによって前記第１の反応室と前記
   第２の反応室を連絡し、下降せしめることによって前記
   第１の反応室と前記第２の反応室を分離する開閉弁と、 前記第１膜形成時に前記第１の反応室を減圧状態にし、
   前記第２膜形成時に前記第２の反応室を減圧状態にする
   ポンプ手段 とを有した減圧酸化ＣＶＤ装置において、 前記第１の気体流量調整手段は、前記第２膜形成時に前
   記第２の反応室を減圧状態にする前記ポンプ手段に対応
   して、前記第１の反応室を前記第１の導入管から導入さ
   れた前記第１の不活性気体で加圧する第１の気体流量調
   整手段であり、 前記第２の気体流量調整手段は、前記第１膜形成時に前
   記第１の反応室を減圧状態にする前記ポンプ手段に対応
   して、前記第２の反応室を前記第２の導入管から導入さ
   れた前記第２の不活性気体で加圧する第２の気体流量調
   整手段であり、 前記開閉弁は、前記第１膜形成時に前記第２の気体流量
   調整手段により前記第１の開口部近傍の封入管側面に密
   着する開閉弁であって、前記第２膜形成時に前記第１の
   気体流量調整手段により前記第２の開口部近傍の封入管
   側面に密着する開閉弁であることを特徴とする減圧酸化
   ＣＶＤ装置。