KR100935260B1 - 피처리체의 산화 방법, 산화 장치 및 기억 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 표면에 노출되어 있는 이종(異種) 재료의 표면에 대해 충분한 선택 산화 처리를 행할 수 있고, 게다가 그 막 두께의 면간 균일성도 높게 유지하는 것이 가능한 피처리체의 산화 방법을 제공하는 것이다.

소정의 길이를 갖는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기(22) 내에 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체(W)를 복수매 수용하고, 상기 처리 용기 내에 산화성 가스와 환원성 가스를 공급하여 상기 양 가스를 반응시킴으로써 발생된 산소 활성종과 수산기 활성종을 갖는 분위기 중에서 상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화하도록 한 피처리체의 산화 방법에 있어서, 상기 산화성 가스와 상기 환원성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 공급하는 동시에, 상기 산화성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급한다.

처리 용기, 피처리체, 웨이퍼 보트, 가열 수단, 산화 장치

Description

피처리체의 산화 방법, 산화 장치 및 기억 매체{OXIDIZATION METHOD AND OXIDIZATION APPARATUS FOR OBJECT TO BE PROCESSED AND STORAGE MEDIUM}

도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 산화 장치의 일례를 도시한 구성도.

도2는 H₂ 가스 농도와 SiN면/Si면 상의 산화막의 두께와의 관계를 나타낸 그래프.

도3은 도2 중의 Si면 상의 산화막의 두께가 7 nm일 때의 H₂ 가스 농도와 막 두께의 비(선택비)와의 관계를 나타낸 그래프.

도4는 H₂ 가스 농도와 막 두께의 면간 균일성과의 관계를 나타낸 그래프.

도5는 웨이퍼 보트 내의 각 위치에 있어서의 막 두께를 나타낸 그래프.

도6은 H₂ 가스 농도에 대한 SiO₂막의 막 두께의 의존성을 나타낸 그래프.

도7은 웨이퍼 보트의 각 위치에 있어서의 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께의 변화를 나타낸 그래프.

도8은 O₂ 가스의 보조적인 공급 형태를 최적화하였을 때의 웨이퍼 보트의 각 위치에 있어서의 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께의 변화를 나타낸 그래프.

도9는 보조 노즐의 변형예를 도시한 도면.

도10은 산화 장치의 변형예를 도시한 개략 구성도.

도11은 종래의 산화 장치를 도시한 개략 구성도.

도12는 ONO막으로 이루어지는 게이트 구조를 갖는 반도체 집적 회로의 제조 공정의 일부를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 산화 장치

22 : 처리 용기

36 : 웨이퍼 보트(보유 지지 수단)

56 : 가열 수단

60 : 주산화성 가스 공급 수단

62 : 보조 산화성 가스 공급 수단

64 : 환원성 가스 공급 수단

66 : 산화성 가스 분사 노즐

68 : 환원성 가스 분사 노즐

80A 내지 80C : 보조 노즐

88A 내지 88C : 가스 분사구

110 : 기억 매체

W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

[문헌 1]

JP 3-140453 A

[문헌 2]

JP 57-1232 A

[문헌 3]

JP 4-18727 A

[문헌 4]

US 6037273 A

[문헌 5]

JP 2002-176052 A

[문헌 6]

JP 2003-209063 A

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 표면에 대해 산화 처리를 실시하는 피처리체의 산화 방법, 산화 장치 및 이 산화 장치를 제어하는 프로그램을 기억하는 기억 매체에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대해, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질 처리 등의 각종 처리가 행해진다. 상기 각종 처리 중에서, 예를 들어 산화 처 리를 예로 들면, 이 산화 처리는 단결정 혹은 폴리실리콘막의 표면 등을 산화하는 경우, 금속막을 산화 처리하는 경우 등이 알려져 있고, 특히 게이트 산화막이나 캐패시터 등의 절연막을 형성할 때에 주로 이용된다.

이 산화 처리를 행하는 방법에는, 압력의 관점에서는 대략 대기압과 동등한 분위기 하의 처리 용기 내에서 행하는 상압 산화 처리 방법과 진공 분위기 하의 처리 용기 내에서 행하는 감압 산화 처리 방법이 있고, 또한 산화에 사용하는 가스 종류의 관점에서는 예를 들어 수소와 산소를 외부 연소 장치에서 연소시킴으로써 수증기를 발생시키고 이 수증기를 이용하여 산화를 행하는 습윤 산화 처리 방법(예를 들어, 문헌 1 등)과, 오존만을 혹은 산소만을 처리 용기 내로 흐르게 하는 등 수증기를 이용하지 않고 산화를 행하는 드라이 산화 처리 방법(예를 들어, 문헌 2 등)이 존재한다.

그런데, 절연막으로서는 내압성, 내부식성, 신뢰성 등의 막질 특성을 고려하면, 일반적으로는 드라이 산화 처리에 의해 형성된 것보다도, 습윤 산화 처리에 의해 형성된 것 쪽이 비교적 우수하다. 또한, 형성되는 산화막(절연막)의 성막율이나 웨이퍼면 내의 균일성의 관점에서는, 일반적으로는 상압의 습윤 산화 처리에 의해 형성된 것은 산화율은 크지만 막 두께의 면내 균일성이 떨어지고, 감압의 습윤 산화 처리에 의해 형성된 것은 반대로 산화율은 작지만 막 두께의 면내 균일성이 우수하다고 하는 특성을 갖고 있다.

종래에 있어서는, 반도체 집적 회로의 디자인 룰이 그 정도로 엄격하지 않았으므로, 산화막이 적용되는 용도나 프로세스 조건, 장치 비용 등을 적절하게 감안 하여 상술한 바와 같은 여러 산화 방법이 이용되고 있었다. 그러나, 최근과 같이 선 폭이나 막 두께가 보다 작아져 디자인 룰이 엄격해지면, 그에 따라서 막질의 특성이나 막 두께의 면내 균일성 등이 보다 높은 것이 요구되도록 되어 왔고, 산화 처리 방법에서는 이 요구에 충분히 대응할 수 없는 등의 문제가 발생되어 왔다.

또한, 습윤 산화 처리 방법의 예로서 예를 들어 문헌 3에 개시한 바와 같이, 종형의 석영 반응관 내의 하단부에 H₂ 가스와 O₂ 가스를 별개로 도입하고, 이것을 석영 캡 내에 설치한 연소부에서 연소시켜 수증기를 발생하고, 이 수증기를 웨이퍼의 배열 방향을 따라 상승시키면서 산화 처리를 행하도록 한 산화 장치도 제안되어 있다. 그러나 이 경우에는, 상기한 연소부에서 H₂ 가스를 연소시키도록 하고 있으므로, 예를 들어 처리 용기의 하단부에서는 수증기가 많아지고, 수증기가 상승함에 따라서 이것이 소비되어 처리 용기의 상단부에서는 반대로 수증기 부족의 경향이 되므로, 웨이퍼면 상에 형성되는 산화막의 두께가 웨이퍼의 지지 위치에 따라 크게 다른 경우가 발생되어 이 산화막 두께의 면간 균일성이 열화되는 경우도 있었다.

또한, 다른 장치예로서 예를 들어 문헌 4에 개시되어 있는 바와 같이 횡형의 배치(batch)식 반응관 내에 복수의 반도체 웨이퍼를 나란히 설치하고, 이 반응관의 일단부측으로부터 O₂ 가스를 도입하거나, 혹은 O₂ 가스와 H₂ 가스를 동시에 도입하거나 하여, 감압 분위기 하에서 산화막을 생성하도록 한 산화 장치도 제시되어 있다. 그러나, 이 종래 장치예의 경우에는 수소 연소 산화법을 이용하여 비교적 높은 압력 분위기 하에서 성막을 행하고 있으므로, 수증기 성분이 반응의 주체가 되 어 상술한 바와 같이 처리 용기 내의 가스류의 상류측과 하류측 사이에서의 수증기의 농도차가 지나치게 커져, 산화막의 두께의 면간 균일성이 열화될 우려가 있었다.

게다가 또한, 다른 장치예로서 예를 들어 문헌 5에 개시되어 있는 바와 같이 램프 가열에 의한 낱장식 프로세스 챔버 내에 산소 가스와 수소 가스를 공급하고, 이들 양 가스를 프로세스 챔버 내에 설치한 반도체 웨이퍼 표면의 근방에서 반응시켜 수증기를 생성하고, 이 수증기로 웨이퍼 표면의 실리콘을 산화시켜 산화막을 형성하도록 한 장치가 개시되어 있다.

그러나, 본 장치예의 경우에는 웨이퍼로부터 20 내지 30 mm 정도만큼 떨어진 가스 입구로부터 산소 가스와 수소 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하고 반도체 웨이퍼 표면의 근방에서 이들 산소 가스와 수소 가스를 반응시켜 수증기를 발생시키고, 게다가 프로세스 압력도 비교적 높은 영역에서 행하므로 막 두께의 면내 균일성이 열화될 우려가 발생되는 등의 문제가 있었다.

그래서 본 출원인은, 상기 각 문제점을 해결하기 위해 문헌 6에 있어서 O₂ 등의 산화성 가스와 H₂ 등의 환원성 가스를 각각 처리 챔버의 상부와 하부에 동시에 공급하여 진공 분위기 하에서 반응시켜 산소 활성종과 수산기 활성종을 주체로 하는 분위기를 형성하고, 이 분위기 중에서 실리콘 웨이퍼 등을 산화시키는 산화 방법을 개시하였다.

이 산화 방법을 도11을 참조하여 간단히 설명한다. 도11은 종래의 산화 장 치를 도시한 개략 구성도이다. 도11에 도시한 바와 같이, 이 산화 장치(2)는 외측 주위에 저항 가열 히터(4)를 배치한 종형의 통체(筒體) 형상의 처리 용기(6)를 갖고 있다. 이 처리 용기(6) 내에는 그 하방으로부터 승강 가능하게 로드·언로드되는 웨이퍼 보트(8)가 설치되어 있고, 이 웨이퍼 보트(8)에 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼(W)가 다단으로 적재되어 보유 지지되어 있다. 이 처리 용기(6)의 하부 측벽측에는, H₂ 가스를 공급하는 H₂ 가스 노즐(10)과 O₂ 가스를 공급하는 O₂ 가스 노즐(12)이 설치되어 있고, 처리 용기(6)의 상부에는 도시하지 않은 진공 펌프 등에 연결되는 배기구(14)가 마련된다.

상기 양 노즐(10, 12)로부터 상기 처리 용기(6) 내의 하부로 도입된 H₂ 가스와 O₂ 가스의 양 가스는, 이 처리 용기(6) 내에서 예를 들어 133 Pa 미만의 압력 하에서 반응하면서 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키고, 이들 활성종은 처리 용기(6) 내를 상승하면서 웨이퍼(W)의 표면과 접촉하여 그 표면을 산화하게 된다.

상기한 바와 같은 문헌 1 내지 6에 개시된 산화 방법에 따르면, 막질 특성이 양호한 산화막을 형성할 수 있고, 게다가 산화막의 막 두께의 면내 균일성도 높게 유지할 수 있었다. 그런데, 최근에는 반도체 웨이퍼의 표면에 이종의 재료가 노출되어 있는 경우, 이 웨이퍼 표면에 상기한 바와 같은 막질 특성이 양호한 산화막을 선택적으로 형성하는 것이 요청되는 경우가 발생하고 있다. 예를 들어 플래시 메모리와 같이 ONO막의 게이트 구조를 포함하는 반도체 집적 회로를 제조하는 경우에 는, 반도체 웨이퍼의 표면에 실리콘층과 실리콘 질화층이 함께 노출된 상태에 있어서, 실리콘 질화층 상에는 SiO₂의 산화막을 가능한 한 형성하지 않고 특히 실리콘층에 상기한 바와 같은 막질 특성이 양호한 산화막을 선택적으로 형성할 필요가 있다. 이러한 경우, 전술한 바와 같은 산소 활성종과 수산기 활성종을 단순히 이용한 성막 방법에서는, 산화력이 강하므로 실리콘층 상뿐만 아니라 산화를 하기 어려운 실리콘 질화층 상도 상당한 두께로 SiO₂막으로 이루어지는 산화막이 형성되어 충분한 선택 산화 처리를 실시할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

이 점에 대해 도12를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도12는 ONO막으로 이루어지는 게이트 구조를 갖는 반도체 집적 회로의 제조 공정의 일부를 도시한 도면으로, 예를 들어 플래시 메모리용 게이트 구조에 있어서는 실리콘 기판(100) 상에 게이트 산화막(102)을 거쳐서 예를 들어 다결정 실리콘으로 이루어지는 제1 게이트 전극(104)을 형성하고, 이 제1 게이트 전극(104) 상에 실리콘 산화막(106), 실리콘 질화막(108) 및 실리콘 산화막(110)의 3층 구조로 이루어지는 ONO막을 갖고 있다[도12의 (a) 참조].

그리고, 이 소자의 형성 도중에 있어서 주변 회로 소자의 게이트 산화막(112)[도12의 (b) 참조]을 형성하는 경우에는, 상기 게이트 산화막(112)의 형성을 위해 산화 처리를 행한다. 그리고, 그 후에 전극 형성 처리를 행하여 도12의 (c)에 도시한 바와 같이, 플래시 메모리용 제2 게이트 전극(114)을 형성하는 동시에 주변 회로 소자용 게이트 전극(116)을 형성한다. 여기서 도12의 (b)에 도시한 공 정에서 산화 처리를 행하는 경우, 산소 활성종과 수산기 활성기를 단순히 이용한 종래의 저수소 농도의 저압 활성종 산화 방법에서는, ONO막의 최상부 실리콘 산화막(110)이 이 기초 실리콘 질화막(108)으로부터 실리콘 원자를 빨아올려 산화막이 증대하므로, 실리콘 질화막(110)이 얇아져 설계대로의 0NO막 구조를 얻을 수 없게 되는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 표면에 노출되어 있는 이종 재료의 표면에 대해 충분한 선택 산화 처리를 행할 수 있고, 게다가 그 막 두께의 면간 균일성도 높게 유지하는 것이 가능한 피처리체의 산화 방법, 산화 장치 및 기억 매체를 제공하는 데 있다.

본 발명자는 산소 활성종과 수산기 활성종을 이용한 저압의 선택 산화 처리에 대해 예의 연구한 결과, 산화성 가스인 산소 가스의 공급을 반응 도중에서 보급하고, 또한 환원성 가스인 수소 가스의 농도를 최적화함으로써 선택 산화가 가능해지고, 게다가 막 두께의 면간 균일성도 높게 유지할 수 있다고 하는 지견을 얻음으로써 본 발명에 이른 것이다.

청구항 1에 관한 발명은, 소정의 길이를 갖는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체를 복수매 수용하고, 상기 처리 용기 내에 산화성 가스와 환원성 가스를 공급하여 상기 양 가스를 반응시킴으로써 발생된 산소 활성종과 수산기 활성종을 갖는 분위기 중에서 상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화하도록 한 피처리체의 산화 방법에 있어서, 상기 산화성 가스와 상기 환원성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 각각 공급하는 동시에, 상기 산화성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 피처리체의 산화 방법이다.

이와 같이, 산화성 가스와 환원성 가스를 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 각각 공급하는 동시에, 산화성 가스를 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급하도록 하였으므로, 실리콘층과 실리콘 질화층의 이종 재료가 표면에 노출되어 있는 피처리체에 대해 충분한 선택 산화 처리를 행할 수 있고, 게다가 형성되는 산화막 두께의 면간 균일성도 높게 유지할 수 있다.

이 경우, 예를 들어 청구항 2에 규정한 바와 같이 상기 양 가스에 대한 상기 환원성 가스의 농도는 50 ％ 내지 100 ％ 미만이다.

또한 예를 들어 청구항 3에 규정한 바와 같이, 상기 처리 용기 내의 피처리체의 수용 영역은 그 길이 방향에 있어서 적어도 3개의 영역으로 구획되어 있고, 상기 각 영역마다 상기 산화성 가스가 보조적으로 공급된다.

또한 예를 들어 청구항 4에 규정한 바와 같이, 상기 각 영역마다 보조적으로 공급되는 산화성 가스는 공급의 정지를 포함하여 유량이 독립적으로 제어된다.

또한 예를 들어 청구항 5에 규정한 바와 같이, 상기 산화성 가스는 O₂와 N₂O와 NO와 NO₂와 O₃으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함하 고, 상기 환원성 가스는 H₂와 NH₃과 CH₄와 HCl과 중수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함한다.

청구항 6에 관한 발명은, 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체를 소정의 피치로 복수매 지지하는 보유 지지 수단과, 상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화 처리하기 위해 상기 보유 지지 수단을 수용할 수 있도록 소정의 길이를 갖는 동시에 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 피처리체를 가열하기 위한 가열 수단과, 상기 처리 용기 내의 일단부측으로 산화성 가스를 공급하는 주산화성 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내의 일단부측으로 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내의 길이 방향의 도중에 산화성 가스를 공급하는 보조 산화성 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 산화 장치이다.

이 경우, 예를 들어 청구항 7에 규정한 바와 같이 상기 보조 산화성 가스 공급 수단은, 상기 처리 용기의 길이 방향의 다른 위치에 그 선단부의 가스 분사구가 위치하는 복수의 보조 노즐을 갖는다.

이 경우, 예를 들어 청구항 8에 규정한 바와 같이 상기 각 보조 노즐로부터의 가스 공급량은, 공급 정지를 포함하여 독립적으로 제어 가능하게 이루어져 있다.

이 경우, 예를 들어 청구항 9에 규정한 바와 같이 상기 보조 산화성 가스 공급 수단은 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 소정의 피치로 복수의 가스 분사구 가 형성된 보조 노즐을 갖고 있다.

이 경우, 예를 들어 청구항 10에 규정한 바와 같이 상기 가스 분사구는 상기 처리 용기 내의 피처리체의 수용 영역을 그 길이 방향에 있어서 적어도 3개의 영역으로 구획한 각 영역에 대응하도록 위치되어 있다.

이 경우, 예를 들어 청구항 11에 규정한 바와 같이 상기 산화성 가스는 O₂와 N₂O와 NO와 NO₂와 O₃으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함하고, 상기 환원성 가스는 H₂와 NH₃와 CH₄와 HCl과 중수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함한다.

청구항 12에 관한 발명은, 소정의 길이를 갖는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체를 복수매 수용하고, 상기 처리 용기 내에 산화성 가스와 환원성 가스를 공급하여 상기 양 가스를 반응시킴으로써 발생된 산소 활성종과 수산기 활성종을 갖는 분위기 중에서 상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화하도록 한 산화 장치를 이용하여 피처리체의 산화를 행할 때에, 상기 산화성 가스와 상기 환원성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 공급하는 동시에, 상기 산화성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급하도록 상기 산화 장치를 제어하는 프로그램을 기억하는 것을 특징으로 하는 기억 매체이다.

이하에, 본 발명에 관한 피처리체의 산화 방법, 산화 장치 및 기억 매체의 일실시예를 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술한다.

도1은 본 발명 방법을 실시하기 위한 산화 장치의 일례를 도시한 구성도이다. 우선, 이 산화 장치에 대해 설명한다. 도시한 바와 같이, 이 산화 장치(20)는 하단부가 개방되어 상하 방향으로 소정의 길이를 갖고 원통체 형상으로 이루어진 종형의 처리 용기(22)를 갖고 있다. 이 처리 용기(22)는, 예를 들어 내열성이 높은 석영을 이용할 수 있다.

이 처리 용기(22)의 천정부에는 개구된 배기구(24)가 마련되는 동시에, 이 배기구(24)에 예를 들어 직각으로 횡방향으로 굴곡된 배기 라인(26)이 연속 설치되어 있다. 그리고, 이 배기 라인(26)에는 도중에 압력 제어 밸브(28)나 진공 펌프(30) 등이 개재 설치된 진공 배기계(32)가 접속되어 있어, 상기 처리 용기(22) 내의 분위기를 진공화하여 배기할 수 있도록 되어 있다.

상기 처리 용기(22)의 하단부는, 예를 들어 스테인레스 스틸제의 통체 형상의 매니폴드(34)에 의해 지지되어 있고, 이 매니폴드(34)의 하방으로부터 다수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 다단으로 소정의 피치로 적재한 보유 지지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(36)가 승강 가능하게 삽입 탈거 가능하게 이루어져 있다. 상기 처리 용기(22)의 하단부와 상기 매니폴드(34)의 상단부 사이에는, O링 등의 밀봉 부재(38)가 개재되어 이 부분의 기밀성을 유지하고 있다. 본 실시예의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(36)에는 예를 들어 50매 정도의 직경이 300 ㎜인 웨이퍼(W)를 대략 같은 피치로 다단으로 지지할 수 있도록 되어 있다.

이 웨이퍼 보트(36)는 석영제의 보온통(40)을 거쳐서 테이블(42) 상에 적재되어 있고, 이 테이블(42)은 매니폴드(34)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개부(44) 를 관통하는 회전축(46)의 상단부에 지지된다. 그리고, 이 회전축(46)의 관통부에는 예를 들어 자성 유체 밀봉부(48)가 개재 설치되어, 이 회전축(46)을 기밀하게 밀봉하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(44)의 주변부와 매니폴드(34)의 하단부에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(50)가 개재 설치되어 있어, 처리 용기(22) 내의 기밀성을 유지하고 있다.

상기한 회전축(46)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(52)에 지지된 아암(54)의 선단부에 부착되어 있고, 웨이퍼 보트(36) 및 덮개부(44) 등을 일체적으로 승강할 수 있도록 이루어져 있다. 또한, 상기 테이블(42)을 상기 덮개부(44)측에 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(36)를 회전시키는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 된다.

상기 처리 용기(22)의 측부에는, 이를 둘러싸도록 하고 있던 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-209063호 공보에 기재된 카본 와이어제 히터로 이루어지는 가열 수단(56)이 설치되어 있어, 이 내측에 위치하는 처리 용기(22) 및 이 중 상기 반도체 웨이퍼(W)를 가열할 수 있도록 되어 있다. 이 카본 와이어 히터는 청정한 프로세스가 실현되고, 또한 승강온 특성이 우수하다. 또한 이 가열 수단(56)의 외주에는 단열재(58)가 설치되어 있으며, 이 열적 안정성을 확보하도록 되어 있다. 그리고, 상기 매니폴드(34)에는 각종 가스를 이 처리 용기(22) 내로 도입하여 공급하기 위한 각종 가스 공급 수단이 설치되어 있다.

구체적으로는, 이 매니폴드(34)에는 상기 처리 용기(22) 내로 산화성 가스를 공급하는 주산화성 가스 공급 수단(60) 및 보조 산화성 가스 공급 수단(62)과, 처 리 용기(22) 내로 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급 수단(64)이 각각 설치되어 있다. 우선, 상기 주산화성 가스 공급 수단(60)과 환원성 가스 공급 수단(64)은 상기 매니폴드(34)의 측벽을 관통시켜 그 선단부를 처리 용기(22) 내의 일단부측인 하부에 삽입하여 향하게 한 산화성 가스 분사 노즐(66) 및 환원성 가스 분사 노즐(68)을 갖고 있다. 그리고, 각 분사 노즐(66, 68)로부터 연장되는 가스 통로(70, 72)의 도중에는 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기(74, 76)가 각각 개재 설치되어 있고, 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는 주제어부(78)에 의해 상기 각 유량 제어기(74, 76)를 각각 제어하여 각 가스 유량을 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 주제어부(78)는 이 산화 장치(20)의 전체의 동작도 제어하는 것이며, 후술하는 이 산화 장치(20)의 동작은 이 주제어부(78)로부터의 지령에 의해 행해진다. 이 주제어부(78)는 그 동작 제어를 행하기 위한 프로그램이 미리 기억되어 있는 플로피 디스크나 플래시 메모리 등의 기억 매체(100)를 갖고 있다.

또한, 본 발명의 특징으로 하는 보조 산화성 가스 공급 수단(62)은 처리 용기(22)의 길이 방향의 도중에 산화성 가스를 보조적으로 공급하는 것이며, 도시예에서는 상기 매니폴드(34)의 측벽을 관통시켜 그 선단부측을 L자 형상으로 굴곡시켜 상방으로 연장시킨 복수개, 예를 들어 3개의 보조 노즐(80A, 80B, 80C)을 갖고 있다. 상기 각 보조 노즐(80A 내지 80C)로부터 연장되는 가스 통로(82A, 82B, 82C)의 도중에는, 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기(84A, 84B, 84C) 및 개폐 밸브(86A, 86B, 86C)가 각각 개재 설치되어 있어, 상기 주제어부(78)에 의해 보조적으로 공급하는 산화성 가스의 공급량을, 공급의 정지도 포함하여 독립적으로 제 어할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 각 보조 노즐(80A 내지 80C)의 선단부는 가스 분사구(88A, 88B, 88C)로서 형성되어 있고, 각 가스 분사구(88A 내지 88C)는 상기 처리 용기(22)의 길이 방향(상하 방향)의 도중에 있어서 다른 위치에 설치되어 있다. 여기서는 처리 용기(22) 내의 웨이퍼(W)가 배열된 수용 영역(S)을 가스의 유동 방향을 따라 예를 들어 3개의 영역, 즉 상류 영역(S1)과 중류 영역(S2)과 하류 영역(S3)으로 구획하고, 각 유동 영역(S1 내지 S3)에 상기 가스 분사구(88A 내지 88C)를 위치시키고 있다.

구체적으로는, 상기 처리 용기(22) 내의 웨이퍼(W)가 수용되는 공간을 수용 영역(S)으로 하고 있고, 도시예에서는 처리 용기(22) 내로 도입된 가스는 이 도입된 위치로부터 수용 영역(S) 내를 상부 방향을 향해 흘러 상단부에 마련한 배기구(24)로부터 배출된다. 그리고, 이 수용 영역(S)은 웨이퍼 보트(36)의 길이보다도 약간 상하 방향으로 넓게 설정되어 있고, 가스의 유동 방향을 따라 편의상 3개의 영역, 즉 상류 영역(S1)(도면 중에 있어서 하부 영역), 중류 영역(S2)(도면 중에 있어서 중앙 영역), 하류 영역(S3)(도면 중에 있어서 상부 영역)으로 구분되어 있다. 예를 들어, 가장 짧은 보조 노즐(80A)의 가스 분사구(88A)를 상류 영역(S1)에 위치시키고 있다. 보다 상세하게는, 이 가스 분사구(88A)는 웨이퍼 보트(36)의 하단부 근방에 위치시키는 것이 좋다.

또한 보조 노즐(80B)의 가스 분사구(88B)는 중류 영역(S2)의 대략 중앙부에 위치시키고, 가장 긴 보조 노즐(80C)의 가스 분사구(88C)는 하류 영역(S3)이며 웨이퍼 보트(36)의 상단부보다도 근소한 거리만큼 하방으로 위치시키는 것이 좋다. 또한, 이들 각 영역의 구획은 단순한 일례이며, 이보다도 적거나 혹은 많이 구획하도록 하여 각각의 영역에 대응시켜 보조 노즐을 설치하도록 해도 된다. 여기서는, 일례로서 산화성 가스로서는 O₂ 가스가 이용되고, 환원성 가스로서는 H₂ 가스가 이용되어 있다. 또한 도시되어 있지 않지만, 필요에 따라서 N₂ 가스 등의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단도 설치되어 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 산화 장치(20)를 이용하여 행해지는 산화 방법에 대해 설명한다. 이하에 설명하는 산화 장치(20)의 동작은, 상술한 바와 같이 기억 매체(100)에 기억되어 있는 프로그램을 기초로 하여 동작하는 주제어부(100)로부터의 지령에 의해 행해진다.

우선, 예를 들어 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 반도체 웨이퍼(W)가 언로드 상태이고 산화 장치(20)가 대기 상태일 때에는, 처리 용기(22)는 프로세스 온도보다 낮은 온도로 유지되어 있고, 상온의 다수매, 예를 들어 50매의 웨이퍼(W)가 적재된 상태의 웨이퍼 보트(36)를 고온벽 상태로 이루어진 처리 용기(22) 내에 그 하방으로부터 상승시켜서 로드하고, 덮개부(44)에서 매니폴드(34)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 처리 용기(22) 내를 밀폐한다. 이 반도체 웨이퍼(W)의 표면에는, 상술한 바와 같이 실리콘층과 실리콘 질화층이 미리 패턴화되어 함께 노출되어 있다. 또한, 실리콘층과는 실리콘 기판의 표면 자체도 포함하는 것으로 한다.

그리고, 처리 용기(22) 내를 진공화하여 소정의 프로세스 압력으로 유지하는 동시에, 가열 수단(56)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써 웨이퍼 온도를 상승시켜 산화 처리용 프로세스 온도까지 승온하여 안정시키고, 그 후 산화 처리 공정을 행하는 데 필요해지는 소정의 처리 가스, 즉 여기서는 O₂ 가스와 H₂ 가스를 유량 제어하면서 각 가스 공급 수단(60, 62, 64)의 산화성 가스 분사 노즐(66), 보조 노즐(80A 내지 80C) 및 환원성 가스 분사 노즐(68)로부터 각각 처리 용기(22) 내로 공급한다.

이 양 가스는 처리 용기(22) 내를 상승하면서 진공 분위기 하에서 반응하여 수산기 활성종과 산소 활성종이 발생되고, 이 분위기가 회전하고 있는 웨이퍼 보트(36)에 수용되어 있는 웨이퍼(W)와 접촉하여 웨이퍼 표면에 대해 선택적으로 산화 처리가 실시되게 된다. 즉, 실리콘층 상에는 두껍게 SiO₂의 산화막이 형성되고, 실리콘 질화층 상에는 얇게 SiO₂의 산화막이 형성된다. 그리고, 이 처리 가스 혹은 반응에 의해 생성된 가스는 처리 용기(22)의 천정부 배기구(24)로부터 시스템 밖으로 배기되게 된다.

이 때의 가스 유량은 H₂ 가스가 200 내지 5000 sccm의 범위 내에서, 예를 들어 1800 sccm, O₂ 가스가 50 내지 10000 sccm의 범위 내에서, 예를 들어 400 sccm이다.

상기 산화 처리의 구체적인 흐름은, 상술한 바와 같이 처리 용기(22) 내로 각각 도입된 O₂ 가스와 H₂ 가스는, 고온벽 상태가 된 처리 용기(22) 내를 상승하면서 웨이퍼(W)의 측근에서 수소의 연소 반응을 거쳐서 산소 활성종(O*)과 수산기 활 성종(OH*)을 주체로 하는 분위기가 형성되고, 이들 활성종에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 산화되어 SiO₂막이 형성된다. 이 때의 프로세스 조건은, 웨이퍼 온도가 400 내지 1000 ℃의 범위 내, 예를 들어 900 ℃, 압력은 13.3 내지 1330 Pa의 범위 내, 예를 들어 133 Pa(1 Torr)이다. 또한, 처리 시간은 형성해야 할 막 두께에도 의하지만, 예를 들어 10 내지 30분 정도이다.

여기서 상기한 활성종의 형성 과정은, 다음과 같이 생각할 수 있다. 즉, 감압 분위기 하에서 수소와 산소를 각각 고온벽 상태의 처리 용기(22) 내로 도입함으로써, 웨이퍼(W)의 측근에서 이하와 같은 수소의 연소 반응이 진행될 것이라 생각할 수 있다. 또한, 하기의 식 중에 있어서 *를 붙인 화학 기호는 그 활성종을 나타낸다.

H₂ + O₂→ H* + HO₂

O₂+ H* → OH* + O*

H₂+ O* → H* + OH*

H₂+ OH* → H* + H₂O

이와 같이, H₂ 및 O₂를 각각 처리 용기(22) 내로 도입하면 수소의 연소 반응 과정 중에 있어서 O*(산소 활성종)과 OH*(수산기 활성종)과 H₂O(수증기)가 발생되고, 이들에 의해 웨이퍼 표면이 산화되어 SiO₂막이 상술한 바와 같이 선택적으로 형성된다. 이 때, 특히 상기 O*과 OH*의 양 활성종이 크게 작용하는 것이라 생각할 수 있다. 여기서, 본 발명에서는 각 보조 노즐(80A 내지 80C)을 이용하여 수용 영역(S)의 각 영역, 즉 상류 영역(S1), 중류 영역(S2), 하류 영역(S3)에 대해 O₂ 가스를 필요량만큼 공급하고 있고, 이 O₂ 가스가 하부 방향으로부터 상승해 오는 H₂ 가스와 차례로 반응하여 소비되거나, 혹은 활성을 잃고 부족해질 경향이 있는 산소 활성종이나 수산기 활성종이 이들을 보충하도록 만들어진다. 따라서, 면간 방향(높이 방향)에 있어서 웨이퍼(W)의 어떤 높이 위치에 있어서도 과부족이 없는 활성종이 존재하는 상태가 되어 활성종의 농도를 균일하게 할 수 있고, 실리콘층의 표면에 선택적으로 형성된 산화막의 막 두께의 면간 균일성을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 도12에 도시한 ONO막의 게이트 구조에 있어서, 실리콘 질화막(108)이 박막화되는 것을 방지할 수 있어, 설계대로의 ONO막 구조를 얻을 수 있다.

다음에, Si면(실리콘층)과 SiN(실리콘 질화층)이 표면에 노출되어 있는 실리콘 기판의 웨이퍼에 대해 실제로 선택 산화 처리를 실시하고, 그 때의 수소 가스 농도나 O₂ 가스의 공급 형태의 평가를 행하였으므로 그 평가 결과에 대해 설명한다.

<평가 1>

우선 평가 1로서, 보조 산화성 가스 공급 수단(62)을 이용하지 않고(O₂ 가스의 공급은 0), 주산화성 가스 공급 수단(50)으로부터 O₂ 가스를 공급하고, 환원성 가스 공급 수단(64)으로부터 H₂ 가스를 공급하여 전체 가스 유량에 대한 H₂ 가스 농도를 변화시켰을 때의 산화막의 두께의 관계를 검토하였다. 도2 및 도3은 그 결과 를 나타내고, 도2는 H₂ 가스 농도와 SiN면/Si면 상의 산화막의 두께와의 관계를 나타낸 그래프, 도3은 도2 중의 Si면 상의 산화막의 두께가 7 nm일 때의 H₂ 가스 농도와 막 두께의 비(선택비)와의 관계를 나타낸 그래프이다.

도2에 있어서, 횡축은 Si면(실리콘층) 상의 SiO₂막의 두께를 나타내고, 종축은 SiN면(실리콘 질화층) 상의 SiO₂막의 두께를 나타낸다. 도3에 있어서, 횡축은 H₂ 가스 농도[H₂/(H₂+ O₂)]를 나타내고, 종축은 산화막의 막 두께비(SiN면 상/Si면 상)를 나타낸다. 이 때의 프로세스 조건은 프로세스 온도가 900 ℃, 프로세스 압력이 47 Pa(0.35 torr), H₂+ O₂= 2.0 Slm[스탠다드 ℓ/분](전체 가스량)이다. H₂ 가스 농도는 5 ％ 내지 90 ％까지 변화시키고 있다.

이 그래프로부터 명백한 바와 같이, H₂ 가스 농도가 낮을 때, 예를 들어, 5 ％ 정도일 때라도 산화되기 쉬운 Si면 상에 의해 선택적으로 산화막(SiO₂)이 많이 형성되어 있지만, H₂ 가스 농도를 높게 함에 따라서 도2 중의 직선의 기울기가 점차 작아져 Si면 상에 의해 많은 SiO₂가 형성되어 있어, 선택비가 대폭 향상되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 도3에 나타낸 바와 같이 막 두께비(선택비의 역수)를 0.55 이하로 하기 위해서는, H₂ 가스 농도를 50 ％ 이상으로 설정하는 것이 좋은 것을 확인할 수 있었다. 이 경우, H₂ 가스 농도가 100 ％인 경우에는 웨이퍼 표면 은 산화되지 않으므로 그 상한은 100 ％ 미만이다. 그리고 실제로는, 산화율을 기초로 한 처리량을 고려하면, H₂ 가스 농도는 바람직하게는 66 ％ 내지 90 ％의 범위 내가 좋고, 이 범위에서는 높은 선택비를 유지하면서 게다가 높은 작업 처리량을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

그러나, 상기한 산화 처리시의 경우에는 선택비나 처리량은 충분히 높게 할 수 있지만 산화막의 면간 균일성은 상당히 낮으며, 도4 및 도5는 그 면간 균일성에 대해 나타낸 그래프이다. 도4 및 도5는 상기한 산화 처리시에 있어서의 산화막의 면간 균일성을 나타낸 그래프이고, 도4는 H₂ 가스 농도와 막 두께의 면간 균일성과의 관계를 나타낸 그래프, 도5는 웨이퍼 보트 내의 각 위치에 있어서의 막 두께를 나타낸 그래프이다.

도4의 횡축은 H₂ 가스 농도를 나타내고, 종축은 막 두께의 면간 균일성을 나타낸다. 도4 중에는 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께와 SiN면 상의 SiO₂막의 막 두께가 각각 나타나 있고, H₂ 가스 농도가 70 ％ 이하까지는 막 두께의 면간 균일성은 모두 8 ％ 이하를 유지하고 있었지만, H₂ 가스 농도가 70 ％ 이상에서는 막 두께의 면간 균일성은 모두 대폭 향상되어 열화되어 있고, 특히 H₂ 가스 농도가 90 ％에서는 Si면 상의 SiO₂막의 면간 균일성은 20 ％ 정도까지 상승하고, 또한 SiN면 상의 SiO₂막의 면간 균일성은 32 ％ 정도까지 상승하여 그 특성이 매우 열화되어 있다. 도5는 도4 중의 H₂ 가스 농도가 90 ％일 때의 웨이퍼 보트 중의 "BTM"(하부), "CTR"(중앙), "TOP"(상부)의 각 위치의 각 막 두께의 실제의 값을 나타내고 있다. 또한, "BTM", "CTR" 및 "TOP"은 도1 중의 웨이퍼 보트(36)의 하부 위치, 중앙 위치, 상부 위치를 각각 대표하고 있다.

도5에 나타낸 바와 같이, "BTM", "CTR", "TOP"의 각 위치에서 각각 막 두께가 실제로 크게 다르며, 막 두께의 면간 균일성이 크게 열화되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이 막 두께의 면간 균일성을 개선시키기 위해서는, "TOP" 부분의 막 두께를 크게 할 필요가 있는 것을 인식할 수 있다.

<평가 2>

상기 도5에 나타낸 결과로부터, 막 두께의 면간 균일성의 향상을 도모하기 위해서는 상술한 바와 같이 가스류의 하류측인 "TOP" 부분의 막 두께를 증가시키면 되는 것이 판명되어, 다음에 그를 위한 대책에 대해 검토하였다.

여기서는 H₂ 가스 농도에 대한 SiO₂막의 막 두께의 의존성을 검토하였다. 도6은 H₂ 가스 농도에 대한 SiO₂막의 막 두께의 의존성을 나타낸 그래프이다. 이 때의 프로세스 조건은 H₂ 가스 농도를 5 ％ 내지 90 ％까지 변화시키고 있고, 각각 20분간의 산화 처리를 행하였을 때의 SiO₂막의 막 두께를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, Si면 상의 SiO₂ 및 SiN면 상의 SiO₂는 모두 H₂ 가스 농도가 50 ％ 이상인 영역(도6 중에서 파선으로 둘러싸 나타냄)에서는, H₂ 가스 농도가 높아질수록 막 두께가 점차 작아지고 있고, 따라서 H₂ 가스 농도가 50 ％ 이상의 영역에서는 H₂ 가스 농도가 낮을수록 막 두께는 크고, 즉 산화율은 높아진다. 이 결과, 막 두께를 높이고자 하는 영역에 O₂ 가스를 공급하여 H₂ 가스 농도를 낮추면 되는 것을 인식할 수 있다.

<평가 3>

도6에서 나타낸 바와 같이, 막 두께를 높이기 위해서는 막 두께를 높이고자 하는 영역에 O₂ 가스를 공급하여 그 영역의 H₂ 가스 농도를 낮추면 되는 것을 인식할 수 있으므로, 여기서는 도5에 있어서 막 두께가 작은 부분, 즉 "TOP"의 영역[가스류의 하류 영역(S3)]에 보조적으로 O₂ 가스를 공급하여 그 때의 막 두께의 변화를 평가 검토하였다. 이 검토 결과를 도7에 나타낸다.

도7은 웨이퍼 보트의 각 위치에 있어서의 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께의 변화를 나타낸 그래프이다. 도7 중에 있어서, 체크 무늬 부분은 기준치(도5 중의 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께)를 나타내고, 사선 부분은 금회의 O₂ 가스를 보조적으로 공급한 산화 처리의 산화막의 막 두께를 나타낸다. 이 평가의 산화 처리시에는, 도1 중에 있어서 노즐(66, 68)로부터 O₂및 H₂ 가스를 각각 공급하는 동시에, 막 두께를 크게 하고자 하는 영역인 하류 영역(S3)("TOP")에 보조 노즐(80C)로부터 O₂ 가스를 공급하고 있다. 이 때의 프로세스 조건은, 프로세스 압력 및 프로세스 온도 는 도5에 나타낸 경우와 동일하며, 가스 유량에 관해서는 H₂ 가스 유량이 1.8 slm, O₂ 가스 유량이 노즐(66)로부터 0.2 slm, 보조 노즐(80C)로부터 0.2 slm이다. 따라서, H₂ 가스 농도는 82 ％이다.

도7로부터 명백한 바와 같이, "TOP"의 영역에 O₂ 가스를 보조적으로 공급한 것만으로 이 부분에 있어서의 막 두께는 "2.53 nm"로부터 "8.70 nm"로 약 3.4배나 증가되어 있고, 따라서 이 부분에 약간의 O₂ 가스를 보조적으로 공급하는 것만으로 막 두께의 면간 균일성을 개선할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 여기서 주목해야 할 점은, "TOP"의 영역에 O₂ 가스를 보조적으로 공급하면 이 부분보다도 가스류의 상류측인 "CTR"이나 "BTM"의 부분도 막 두께가 어느 정도 커져 있다. 이 이유는, O₂ 가스가 처리 용기 내의 가스류의 흐름에 반대로 역확산되어 행한 것이라 생각할 수 있다.

이상의 결과로부터, 노즐(66, 68)로부터 O₂ 가스 및 H₂ 가스를 각각 공급하는 동시에, 처리 용기(22) 내의 가스류 방향의 도중에 있어서 적어도 1 부위로부터 O₂ 가스를 공급함으로써, 바람직하게는 막 두께가 가장 작아지는 영역의 부분에 O₂가스를 공급함으로써 막 두께의 면간 균일성을 개선시킬 수 있는 것이 판명되었다.

<평가 4>

그런데, 이상과 같이 처리 용기(22) 내의 가스 유동 방향의 도중에 O₂ 가스 를 보조적으로 공급함으로써 막 두께의 면간 균일성을 개선할 수 있는 것이 판명되었으므로, 여기서는 O₂ 가스의 공급 형태의 최적화를 도모하는 검토를 행하였다. 이 공급 형태의 검토에서는, 앞서 설명한 도1에 도시한 산화 장치를 이용하고 있고, 이 검토 결과를 도8에 나타낸다. 도8은 O₂ 가스의 보조적인 공급 형태를 최적화하였을 때의 웨이퍼 보트의 각 위치에 있어서의 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께의 변화를 나타낸 그래프이다. 도8 중에 있어서, 체크 무늬 부분은 기준치(도5 중의 Si면 상의 SiO₂막의 막 두께)를 나타내고, 사선 부분은 금회의 O₂ 가스를 보조적인 공급을 최적화한 산화 처리의 산화막의 막 두께를 나타낸다. 이 평가의 산화 처리시에는, 도1 중에 있어서 노즐(66, 68)로부터 O₂ 및 H₂ 가스를 각각 공급하는 동시에, 각 보조 노즐(80A 내지 80C)로부터 소정의 유량으로 O₂ 가스를 공급하고 있다. 이 때의 프로세스 조건은, 프로세스 압력 및 프로세스 온도는 도5 및 도7에 나타낸 경우와 동일하며, 가스 유량에 관해서는 H₂ 가스 유량이 1.8 slm, 노즐(66)로부터는 0.2 slm이며, 이 점은 도7에 나타낸 경우이고 또한 O₂ 가스를 각 보조 노즐(80A, 80B, 80C)로부터 0.03 slm, 0.01 slm, 0.01 slm의 유량으로 각각 공급하고 있다. 따라서 H₂ 가스 농도는 88 ％이다.

도8로부터 명백한 바와 같이, "BTM", "CTR" 및 "TOP"의 전체 영역에 있어서 막 두께는 4.11 내지 4.12 nm의 범위 내로 되어 있어, 산화막의 막 두께의 면간 균 일성을 대폭 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 여기서, 가스류의 최하류인 "TOP"의 영역에 주노즐(66)로부터의 1/20의 유량인 0.2 slm이라는 근소한 유량의 O₂ 가스를 가해도 막 두께의 면간 균일성을 향상시킬 수 있는 것은, 도7에 있어서 설명한 바와 같다. 또한, 각 보조 노즐(80A 내지 80C)로부터의 O₂ 가스의 공급량은, 공급의 정지도 포함하여 독립적으로 제어할 수 있어 웨이퍼(W)의 표면 상태에 따라 적절하게 증감한다. 여기서 설명한 각 평가에 있어서의 산화 처리에서는 간단한 패턴의 웨이퍼를 이용하였지만, 실제의 제품 웨이퍼에서는 표면에 다양한 패턴이 형성되어 있으므로 그 표면적이 매우 커져 활성종의 소비도 그 만큼 많아진다. 또한, 산화 처리해야 할 웨이퍼 매수도 달라 활성종의 소비량도 변화하는 경우도 있다. 이와 같이 처리 용기(22) 내에 수용된 웨이퍼의 전체 표면적의 차이에 따라서, 즉 로딩 효과의 차이에 따라서 각 보조 노즐(80A 내지 80C)로부터 공급하는 O₂ 가스의 유량을 최적화하여 공급한다.

상기 실시예에서는, O₂ 가스를 보조적으로 공급하는 보조 노즐로서는 3개의 보조 노즐(80A 내지 80C)을 이용하였지만 이에 한정되지 않으며, 처리 용기(22) 내의 웨이퍼 보트(36)의 대략 전체 길이를 커버할 수 있는 길이로 설정된, 도9에 도시한 바와 같은 1개의 보조 노즐(80)을 설치하고, 이 보조 노즐(80)에 소정의 피치로 복수의 가스 분사구(88)를 분산시켜 설치하고, 상류 영역(S1) 내지 하류 영역(S3)의 전체 유동 영역에 걸쳐 O₂ 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 해도 좋다. 이러한 분산형 보조 노즐(80)을 이용한 경우에는, 예를 들어 상기 각 흐름 영역(S1 내지 S3)에 대응시켜 가스 분사구(88)의 각 입구 직경을 다르게 함으로써, 각 유동 영역마다의 O₂ 가스의 유량을 다르게 할 수 있다.

또한 도1에 도시한 장치예에 있어서는, 주된(메인) O₂ 가스 및 H₂ 가스는 처리 용기(22)의 하부측으로부터 공급하고, 이 처리 용기(22) 내에서 상방을 향하는 가스류를 형성하여 이 용기의 천정부의 배기구(24)로부터 용기 밖으로 배출하도록 한 구조로 되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 도10에 도시한 바와 같은 구조로 해도 좋다. 도10은 산화 장치의 변형예를 도시한 개략 구성도이다. 즉, 도10에 도시한 경우에는 주된 O₂ 가스 및 H₂ 가스를 공급하는 노즐(66, 68)을 각각 처리 용기(22)의 내벽을 따라 상방을 향해 배치하고, 각 가스 분사구를 용기 천정부에 배치하고 있다. 그리고, 배기구(24)를 용기 천정부가 아닌 용기 하부의 측벽에 마련하여, 도1의 경우와는 반대로 처리 용기(22) 내에 상방으로부터 하방을 향하는 가스류를 형성하도록 되어 있다.

이 도10에 도시한 경우에는, 도1 중에서 도시한 상류 영역(S3)과 하류 영역(S1)과의 관계가 상하 반대가 되고, 또한 각 보조 노즐(80A 내지 80C)로부터의 가스 공급 형태는 도1 중에서 도시한 경우와는 상하 반대가 되는 것은 물론이다.

또한, 상기 실시예에서는 산화성 가스로서 O₂ 가스를 이용하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, N₂O 가스, NO 가스, NO₂ 가스 등을 이용해도 좋다. 또한, 상 기 실시예에서는 환원성 가스로서 H₂ 가스를 이용하였지만 이에 한정되지 않으며, NH₃ 가스나 CH₄ 가스나 HCl 가스를 이용해도 좋다.

또한 본 발명은, 피처리체로서는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않으며, LCD 기판 및 유리 기판 등에도 적용할 수 있다.

본 발명의 피처리체의 산화 방법, 산화 장치 및 기억 매체에 따르면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

산화성 가스와 환원성 가스를 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 공급하는 동시에, 산화성 가스를 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급하도록 하였으므로, 실리콘층과 실리콘 질화층의 이종 재료가 표면에 노출되어 있는 피처리체에 대해 충분한 선택 산화 처리를 행할 수 있고, 게다가 형성되는 산화막 두께의 면간 균일성도 높게 유지할 수 있다.

Claims (12)

1. 소정의 길이를 갖는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체를 복수매 수용하고, 상기 처리 용기 내에 산화성 가스와 환원성 가스를 공급하여 상기 양 가스를 반응시킴으로써 발생된 산소 활성종과 수산기 활성종을 갖는 분위기 중에서 상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화하도록 한 피처리체의 산화 방법에 있어서,

   상기 산화성 가스와 상기 환원성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 각각 공급하는 동시에, 상기 산화성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급하고,

   상기 양 가스에 대한 상기 환원성 가스의 농도는 50 ％ 내지 100 ％ 미만인 것을 특징으로 하는 피처리체의 산화 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기 내의 피처리체의 수용 영역은 그 길이 방향에 있어서 적어도 3개의 영역으로 구획되어 있고, 상기 각 영역마다 상기 산화성 가스가 보조적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 피처리체의 산화 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 각 영역마다 보조적으로 공급되는 산화성 가스는 각각 공급의 정지를 포함하여 유량이 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 피처리체의 산화 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 산화성 가스는 O₂와 N₂O와 NO와 NO₂와 O₃으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함하고, 상기 환원성 가스는 H₂와 NH₃과 CH₄와 HCl과 중수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 피처리체의 산화 방법.
6. 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체를 소정의 피치로 복수매 지지하는 보유 지지 수단과,

   상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화 처리하기 위해 상기 보유 지지 수단을 수용할 수 있도록 소정의 길이를 갖는 동시에 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기와,

   상기 피처리체를 가열하기 위한 가열 수단과,

   상기 처리 용기 내의 일단부측으로 산화성 가스를 공급하는 주산화성 가스 공급 수단과,

   상기 처리 용기 내의 일단부측으로 환원성 가스를 공급하는 환원성 가스 공급 수단과,

   상기 처리 용기 내의 길이 방향의 도중에 산화성 가스를 공급하는 보조 산화성 가스 공급 수단을 구비하고,

   상기 양 가스에 대한 상기 환원성 가스의 농도는 50 ％ 내지 100 ％ 미만인 것을 특징으로 하는 산화 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 보조 산화성 가스 공급 수단은 상기 처리 용기의 길이 방향의 다른 위치에 그 선단부의 가스 분사구가 위치하는 복수의 보조 노즐을 갖는 것을 특징으로 하는 산화 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 각 보조 노즐로부터의 가스 공급량은 공급 정지를 포함하여 각각 독립적으로 제어 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 산화 장치.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 산화성 가스 공급 수단은 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 소정의 피치로 복수의 가스 분사구가 형성된 보조 노즐을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 산화 장치.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 가스 분사구는 상기 처리 용기 내의 피처리체의 수용 영역을 그 길이 방향에 있어서 적어도 3개의 영역으로 구획한 각 영역에 대응하도록 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 산화 장치.
11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화성 가스는 O₂와 N₂O와 NO와 NO₂와 O₃으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함하고, 상기 환원성 가스는 H₂와 NH₃과 CH₄와 HCl과 중수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 장치.
12. 소정의 길이를 갖는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 실리콘층과 실리콘 질화층이 표면에 노출되어 있는 피처리체를 복수매 수용하고, 상기 처리 용기 내에 산화성 가스와 환원성 가스를 공급하여 상기 양 가스를 반응시킴으로써 발생된 산소 활성종과 수산기 활성종을 갖는 분위기 중에서 상기 피처리체의 표면을 선택적으로 산화하도록 한 산화 장치를 이용하여 피처리체의 산화를 행할 때에,

    상기 산화성 가스와 상기 환원성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 일단부측으로부터 각각 공급하는 동시에, 상기 산화성 가스를 상기 처리 용기의 길이 방향의 도중에 보조적으로 공급하고,

    상기 양 가스에 대한 상기 환원성 가스의 농도는 50 ％ 내지 100 ％ 미만인 상기 산화 장치를 제어하는 프로그램을 기억하는 것을 특징으로 하는 기억 매체.

Images