JPH10209141A - 半導体製造装置及び膜形成方法 - Google Patents

半導体製造装置及び膜形成方法

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JPH10209141A
JPH10209141A JP9012187A JP1218797A JPH10209141A JP H10209141 A JPH10209141 A JP H10209141A JP 9012187 A JP9012187 A JP 9012187A JP 1218797 A JP1218797 A JP 1218797A JP H10209141 A JPH10209141 A JP H10209141A
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JP
Japan
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pressure
reaction
film
substrate
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP9012187A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihisa Harada
佳尚 原田
Masaaki Niwa
正昭 丹羽
Teruto Onishi
照人 大西
Takeshi Idota
健 井戸田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造装置に使用される酸化炉による膜
形成において、基板表面全面に均一に膜形成行うことを
目的とする。 【解決手段】 基板を内部に収納し得る反応容器2と、
反応容器2を収納しうる耐圧容器1と、基板を加熱する
ための赤外線ランプ4と、ガス導入及び排出する手段7
及び8と、ガス導入、排出手段に設置された流量調節弁
10、11とを備えた半導体製造装置とし、この装置を
使用して、膜形成にあたっては反応原料ガスの導入を停
止し後、加熱を行いながら膜形成を行う。従って、膜形
成中の基板上のガス流れを無くすことにより、均一な膜
形成を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明に属する技術分野】本発明は、半導体製造装置及
び膜形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来MOS型半導体装置のゲート酸化膜
は次のような工程を経て形成を行っていた。すなわち、
まず、アンモニア水と過酸化水素水と純水の混合溶液を
用いたRCA洗浄によりシリコン基板表面に付着したパ
ーティクル、金属、有機物等の不純物を除去して表面の
清浄化を行う。そしてその後、酸素元素、窒素元素、水
素元素等を含むガス中で熱酸化や熱窒化を行い、ゲート
酸化膜を形成する。
【0003】一方で、熱酸化により極薄ゲート酸化膜を
形成するために、赤外線ランプにより急速に基板温度を
上昇させ、短時間で酸化膜を形成する高速酸化技術が利
用されており、また、大口径の基板を小さい加圧スペー
スで加熱し高圧酸化を行う半導体製造高圧酸化炉も考え
られている。
【0004】そこで以下では図面を参照しながら、上記
した従来の高圧酸化炉とそれを用いた酸化膜形成方法の
一例について説明する。なお、この技術は例えば、特開
平5−74754号公報に記載されたものが知られてい
る。
【0005】図3は上記した従来の高圧酸化炉の断面図
を示したものである。図3に示すように、基板3は水平
な基板ホルダー9により保持されている。そしてこの基
板3と基板ホルダー9は石英製の反応容器2内に設置さ
れ、反応容器2には反応ガス導入口7と反応ガス排気口
8が接続されており、酸化膜を形成するのに必要なガス
が上記の反応ガス導入口7から導入される。また、反応
容器2の周囲には加熱用の赤外線ランプ4が配列されて
おり、上記の装置全体が耐圧容器1内に設置された構成
となっている。なお、耐圧容器1にはN2ガス導入口5
とN2ガス排気口6が接続されている。
【0006】以上のように構成された高圧酸化炉につい
て、以下では酸化膜の形成方法について説明する。
【0007】まず、耐圧容器1内の石英製の反応容器2
内の基板ホルダー9上に基板3を水平に設置して保持す
る。次にN2ガス導入口5よりN2ガスを導入して高圧状
態にするとともに、赤外線ランプ4によって加熱を行
い、さらにO2又はH2O反応ガスを反応ガス導入口7よ
り反応容器2内に導入し、高圧状態で酸化膜を基板3上
に形成する。
【0008】ここで、大口径化した基板の酸化膜厚の膜
厚制御性、均一性、再現性を高めるために、基板3はガ
スの流れに対して水平になるように設置している。ま
た、加熱処理時間を短縮するために、急加熱および急冷
却のできる赤外線ランプを上記のように加熱源として使
用している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、ガス導入口から流入した反応ガス
はガス排出口へ排出されるまでの間に、熱による反応ガ
ス成分の分解や、大口径化した基板表面で徐々に反応し
ていくため、ガスの流れ方向に対してガスの濃度、温
度、速度の分布が発生してしまい状態が基板(ウエハ)
面内で不均一となってしまう。従って、基板表面での膜
形成時の膜厚、膜密度、膜中の欠陥密度、または界面で
の界面準位等の膜の特性に不均一が発生し、結果として
ゲート酸化膜の絶縁耐圧やしきい値電圧の素子特性にバ
ラツキを引き起こすという問題点が発生する。
【0010】また、反応容器内を加圧したり減圧したり
することにより、反応容器の内壁と外壁間の圧力差が生
じ、それが応力の限界を超えた場合には反応容器が破損
してしまう可能性がある。
【0011】そこで本発明は上記問題点に鑑み、今後大
口径化する基板上に酸化膜や窒化膜を均一に形成するの
可能な、または反応容器の破損の発生しない半導体製造
装置及び膜形成方法を提供することを主たる目的とする
ものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体製造装置は、基板を内部に収納する
反応容器と、反応容器を収納する耐圧容器と、基板を加
熱する手段と、膜形成用の反応ガスを反応容器内に導入
する手段と、反応ガスを前記反応容器内から排出する手
段と、反応ガスを導入または排出する手段に備えられた
反応ガス流量調節手段とを備えた構成となっており、こ
の構成により、基板面内で均一な膜を形成することがで
きる。
【0013】また本発明の半導体製造装置は、基板を内
部に収納する反応容器と、反応容器を収納する耐圧容器
と、基板を加熱する手段と、膜形成用の反応ガスを反応
容器内に導入する手段と、反応ガスを反応容器内から排
出する手段と、反応容器内の圧力を制御する手段と、耐
圧容器内の圧力を制御する手段とを備えた構成となって
おり、この構成により、反応容器の破損を防止すること
ができる。
【0014】さらに本発明の膜形成方法は、内部に基板
の設置された反応容器内に膜形成用の反応ガスを導入
し、反応ガスにより基板上に膜を形成する膜形成方法で
あって、反応容器内に前記反応ガスを導入した後、反応
ガスを反応容器内に導入することを停止した状態で膜形
成を行うことを特徴とする構成となっており、この構成
により、基板面内で均一な膜を形成することができる。
【0015】また本発明の膜形成方法は、内部に基板の
設置された反応容器内に膜形成用の反応ガスを導入し、
反応ガスにより基板上に膜を形成する膜形成方法であっ
て、反応容器が耐圧容器内に設置され、反応容器と耐圧
容器内の圧力を同じにした状態で膜形成を行うことを特
徴とする構成となっており、この構成により、反応容器
の破損を防止することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
半導体製造装置及び膜形成方法について、図面を参照し
ながら説明する。
【0017】(実施の形態1)図1は本発明実施の形態
1における膜形成を行う半導体製造装置である酸化炉の
断面図を示したものである。
【0018】図1において、基板3は水平な基板ホルダ
ー9により保持されている。この基板3と基板ホルダー
9は石英製の反応容器2内に設置され、反応容器2には
膜形成用の反応ガスを導入する手段としての反応ガス導
入口7と、反応ガスを排出する手段としての反応ガス排
気口8が接続されている。また、反応容器2の周囲には
基板3を加熱する手段としての加熱用の赤外線ランプ4
が配列されており、上記の装置全体が耐圧容器1内に設
置されている。なお、耐圧容器1の内壁には、上記の赤
外線ランプ2から放出されるエネルギーを効率的に利用
するためのランプ光反射板12が形成されている。
【0019】また図1において、耐圧容器1にはN2
ス導入口5とN2ガス排気口6が接続されており、さら
に、反応ガス導入口7と反応ガス排気口8には、各々反
応ガスの流量を制御する手段としての流量調節弁10、
11が設置されている。
【0020】以上のように構成された半導体製造装置で
ある酸化炉を用いた膜の形成方法について図1を参照し
ながらその動作を説明する。
【0021】まず、石英製の反応容器2内の基板ホルダ
ー9上に基板3を水平に保持する。次にN2ガス導入口
5よりN2ガスを導入して耐圧容器1内部を所定の圧力
状態にすると同時に、流量調節弁10を開き、膜形成の
ために必要な反応ガスを反応ガス導入口7より導入し、
反応容器2内部を耐圧容器1と同程度の圧力状態にす
る。
【0022】そして反応ガス導入口7に接続された流量
調節弁10を閉じ、反応容器2内のガスの流れを止め
る。その後、赤外線ランプ4によって反応容器2内を加
熱し、酸化膜を基板3上に形成する。膜が形成された後
は、反応ガス排気口8に接続された流量調節弁11を開
き反応ガス排気口8より、排気を行う。
【0023】以上のように本実施の形態は、反応ガス導
入口7及び反応ガス排出口8に流量調節弁10、11を
設け、さらに膜形成前に反応原料ガスの導入を止めた
後、加熱を行いながら膜形成を行うことを特徴としてい
る。従って、赤外線ランプ4により加熱を行って実際に
膜を形成する際には、反応容器2内のガス流動が無いこ
とになり、結果としてガスの濃度、温度、速度等の分布
が膜を形成する対象である基板3上で均一となり、基板
表面に成膜される膜の膜厚や膜質を基板表面全面で均一
とすることができる。
【0024】なお、本実施の形態においては、N2ガス
導入口5よりN2ガスを導入し耐圧容器1内部を所定の
圧力状態した構成の例で説明したが、N2ガスはArガ
ス等の不活性ガスとしても同様な効果を得ることが可能
である。また、膜形成中に反応ガス排気口8に接続され
た流量調節弁11を開放したままでも同様の効果を得る
ことができる。
【0025】(実施の形態2)以下本発明の実施の形態
2おける半導体製造装置及び膜形成方法について図面を
参照しながら説明する。本実施の形態は、反応容器内の
圧力を制御する手段と、耐圧容器内の圧力を制御する手
段とを有し、これらによってそれぞれの容器内の圧力を
同じに保つものである。具体的には、上記の手段とし
て、圧力センサーや加圧装置などが用いられる。
【0026】図2は、本実施の形態における半導体製造
装置である酸化炉の断面図を示したものである。
【0027】図2に示すように、本実施の形態の構成で
は、上記した図1に示す実施の形態1に対して、基板を
内部に収納し得る反応容器2に反応容器内圧力センサー
19が接続されているとともに、耐圧容器1に耐圧容器
内圧力センサー20が接続されている点が主な特徴であ
る。そして、反応ガス導入口7には反応容器内部の加圧
装置15が接続されているとともに、反応ガス排気口8
には反応容器2内の減圧装置16が接続されている。ま
た、N2ガス導入口5には耐圧容器1内の加圧装置17
が接続されており、N2ガス排気口6には耐圧容器1内
の減圧装置18が接続されている。
【0028】以上のように構成された本実施の形態にお
ける半導体製造装置である酸化炉を用いた膜形成方法に
ついて説明する。
【0029】まず、耐圧容器1内の石英製の反応容器2
内の基板ホルダー9上に基板3を水平に保持する。次に
反応容器2内部圧力を加圧する場合は、N2ガス導入口
5より導入したN2ガスを加圧装置17により大気圧以
上にし、流量調節弁13を開き、耐圧容器1内部に導入
すると同時に、反応ガス導入口7からの反応ガスを加圧
装置15により大気圧以上にし、流量調節弁10を開け
た後、反応容器2内に導入する。その後、反応容器2に
設置された圧力センサー19により反応容器2の内部圧
力をモニターしながら、反応ガス導入口7及び反応ガス
排出口8に接続された流量調節弁10、11を調節し、
反応容器2内部を耐圧容器1と同程度の大気圧以上の圧
力状態にし、反応容器2内のガス圧力を一定に保つ。そ
して、赤外線ランプ4によって反応容器2内を加熱し、
酸化膜を基板3上に形成する。
【0030】一方、反応容器2内部圧力を減圧する場合
は、減圧装置16で反応容器内の大気を排気しながら、
反応容器内圧力センサー19により圧力を測定し、この
圧力と耐圧容器内圧力が同程度になるようにN2ガス導
入口から減圧装置18により排気を行う。以下の動作に
ついては、加圧する場合と同様である。
【0031】基板及び反応容器の急激な温度の上昇及び
下降に伴う内部の圧力の増加及び減少や、加圧装置15
や減圧装置16を使用した反応容器内の圧力の増加及び
減少に対しては、耐圧容器1のN2ガス導入口5やN2
ス排出口6に接続された流量調節弁13、14の開閉
や、加圧装置17及び減圧装置18の使用を行うことで
耐圧容器内圧力を反応容器内圧力と等しくする。
【0032】以上のように本実施の形態によれば、反応
容器2内及び耐圧容器1内に圧力センサー19、20
と、N2ガス導入口5とN2ガス排出口6と反応ガス導入
口7と反応ガス排出口8に接続された流量調節弁13、
14、10、11と、加圧装置15、17及び減圧装置
16、18を設け、常時反応容器2内及び耐圧容器1内
の圧力を調節し、同程度の圧力に設定することにより、
反応容器2と耐圧容器1間の大気圧力差による急激な応
力の発生がなく容器の破損を防ぎながら、反応容器2内
圧力を加圧及び減圧にすることが可能となる。
【0033】また、本実施の形態では、膜形成中反応ガ
スの流れを停止しなかった構成としたが、流量調節弁1
1を閉じガス導入を停止した場合も、反応容器2の内圧
に対し耐圧容器1内圧を等しく調節して実施可能であ
り、この場合上記の実施の形態1と同様の効果を得るこ
とができる。また、反応ガスを高圧にすることで、膜形
成に十分な原料ガスを供給することができる。また、反
応ガスの圧力や原料ガスの分圧を変化されることで、膜
形成速度を制御できる。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明は、反応ガス導入調
節弁を設けた半導体製造装置を使用し、膜形成中反応原
料ガスの導入を停止することを特徴とする膜形成方法を
設けることにより、基板表面に成膜される膜の膜厚、膜
質が基板表面全面で均一とすることができる。
【0035】また本発明は、圧力センサーにより常時ガ
ス圧を監視し、ガス調節弁と加圧装置と減圧装置により
ガス圧力を調節し保持しながら、膜形成を行うことを特
徴とする半導体製造装置を設けることにより、反応容器
と耐圧容器間の大気圧力差による急激な応力の発生がな
く容器の破損を防ぎながら、反応容器内圧力を加圧及び
減圧にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における半導体製造装置
の断面図
【図2】本発明の実施の形態2における半導体製造装置
の断面図
【図3】従来の高圧酸化炉の断面図
【符号の説明】
1 耐圧容器 2 反応容器 3 基板 4 赤外線ランプ 5 N2ガス導入口 6 N2ガス排出口 7 反応ガス導入口 8 反応ガス排出口 9 基板ホルダー 10,11,13,14 流量調節弁 12 ランプ光反射板 15,17 加圧装置 16,18 減圧装置 19 反応容器内圧力センサー 20 耐圧容器内圧力センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井戸田 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板を内部に収納する反応容器と、前記反
    応容器を収納する耐圧容器と、前記基板を加熱する手段
    と、膜形成用の反応ガスを前記反応容器内に導入する手
    段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段
    と、反応ガスを導入または排出する手段に備えられた反
    応ガス流量調節手段とを備えた半導体製造装置。
  2. 【請求項2】基板を内部に収納する反応容器と、前記反
    応容器を収納する耐圧容器と、前記基板を加熱する手段
    と、膜形成用の反応ガスを前記反応容器内に導入する手
    段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段
    と、前記反応容器内の圧力を制御する手段と、前記耐圧
    容器内の圧力を制御する手段とを備えた半導体製造装
    置。
  3. 【請求項3】内部に基板の設置された反応容器内に膜形
    成用の反応ガスを導入し、前記反応ガスにより前記基板
    上に膜を形成する膜形成方法であって、前記反応容器内
    に前記反応ガスを導入した後、前記反応ガスを前記反応
    容器内に導入することを停止した状態で膜形成を行うこ
    とを特徴とする膜形成方法。
  4. 【請求項4】内部に基板の設置された反応容器内に膜形
    成用の反応ガスを導入し、前記反応ガスにより前記基板
    上に膜を形成する膜形成方法であって、前記反応容器が
    耐圧容器内に設置され、前記反応容器と前記耐圧容器内
    の圧力を同じにした状態で膜形成を行うことを特徴とす
    る膜形成方法。
JP9012187A 1997-01-27 1997-01-27 半導体製造装置及び膜形成方法 Pending JPH10209141A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003080192A (ja) * 2001-09-11 2003-03-18 Toden Kogyo Co Ltd 機器又は配管の洗浄方法
KR101420712B1 (ko) * 2013-04-23 2014-07-22 주식회사 나래나노텍 개선된 기판 열처리용 챔버 및 이를 구비한 기판 열처리 장치
KR101484553B1 (ko) * 2013-10-24 2015-01-20 주식회사 테라세미콘 클러스터형 기판처리 장치

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