[发明专利]半导体装置的制造方法及衬底处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理衬底的衬底处理装置及半导体装置的制造方法，该方法包括使用上述衬底处理装置处理衬底的工序，本发明特别涉及一种氧化处理衬底表面的氧化装置及IC等半导体装置的制造方法，该方法包括使用上述氧化装置氧化处理衬底的工序。

背景技术

图1表示作为现有的衬底处理装置的半导体装置(设备)的制造装置(半导体制造装置)的整体图。现有的装置由以下部分构成：搭载晶片盒的盒式储料器1’、舟皿3’、在搭载于盒式储料器1’上的晶片盒与舟皿3’之间进行晶片移载的晶片移载工具(移载机)2’、将舟皿3’插入及拉出热处理炉5’的舟皿升降工具(舟皿升降机)4’、及具有加热装置(加热器)的热处理炉5’。

以具有图2之类的结构的半导体制造装置的热处理炉5’为例，来说明现有技术。图2所示装置由以下部分构成：承载100～150片左右层叠的晶片6’的舟皿3’、主喷嘴7’、于多层处设置的辅助喷嘴8’、加热器9’、反应管10’、及气体排气口11’。使用上述装置，例如在850～950℃左右的温度、0.5Torr(67Pa)左右的低压环境下，从主喷嘴7’供给数千sccm的O₂气体和比O₂气体流量少的例如数百sccm的H₂气体，另外为了在整个层叠晶片上都形成均匀的氧化膜，通过同时从辅助喷嘴8’辅助供给较小流量的H₂气体，可以在硅晶片等的晶片6’上形成作为氧化膜的硅氧化膜。需要说明的是，图3所示的结构具有喷淋板12’。但是，由于供给氢的喷嘴形成能够贯通喷淋板12’直接将氢供给至反应管10’内的结构，所以图3所示的结构实质上与图2所示的结构相同(例如参见专利文献1)。

通常认为在氧化膜的成长中O₂是必须的，但在50Pa左右的低压环境下使用O₂单体的原料气体，氧化膜的成长速度是极其缓慢的，通过向其中添加H₂气体，可以使氧化膜的成长速度加快(例如参见专利文献2)。另外，使用H₂单体不能形成氧化膜。即，氧化膜的成长，总体而言依赖于O₂和H₂两者的浓度(或者是流量，或者是分压)。

专利文献1：日本特开2007-81147号公报

专利文献2：国际公开WO2005/020309说明书

发明内容

图4表示在现有装置中最具特征的膜厚分布。它是在上述的压力·温度范围内，只从主喷嘴7’供给作为原料气体的数千sccm的O₂气体和数百sccm的H₂气体时在晶片上形成的氧化膜的膜厚分布。根据图4的曲线图可知，从上层(顶部)到下层(底部)，形成在晶片上的氧化膜的膜厚变薄。如本申请人在已经申请的日本特愿2008-133772号的说明书中所述，作为中间产物的原子氧O有助于氧化膜的成长。从主喷嘴7’供给的O₂气体和H₂气体呈现如下状态：在上层区域瞬间达到接近于化学平衡的状态，之后各中间产物的摩尔分数保持一定，以此状态落入晶片周边部位和反应管内壁之间。

此时，原料气体和中间产物的混合气体由于受到流动阻力，所以上层的混合气体的密度变高，下层的混合气体的密度变低，伴随与此，原子氧O的摩尔密度在上下层发生变化。由此，晶片上形成的氧化膜的膜厚在上下层产生了差别。

另外，氧化膜形成时，晶片表面主要消耗原子氧O。每1片晶片均消耗氧化膜成长所必须的定量的原子氧O。例如层叠100片左右的晶片时，如上所述，由于由主喷嘴7’供给的O₂气体和H₂气体流到晶片6’周边部位和反应管10’内壁之间，所以原子氧O由于晶片6’表面的消耗，其浓度从上层到下层累积减少。

如上所述，由流动阻力而产生的上下方向的总压差导致原子氧O的浓度差，且由晶片表面的消耗对从上层到下层的原子氧O的浓度直接影响，由于上述两个原因，如图4所示在曲线图区域的上层和下层产生较大的膜厚差。该现象被称作负载效应(loading effect)，即使是如图3之类的具有喷淋板12’的结构也同样地产生该效应。现有结构中，为了消除负载效应，在多层处设置供给H₂气体用的辅助喷嘴8’(图2、3为4层)，通过对各辅助喷嘴8’独立地进行控制的质量流控制器，供给适量的H₂气体，校正晶片6’间的膜厚均匀性(例如参见上述专利文献2)。