JP2010278260A

JP2010278260A - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP2010278260A
Application number: JP2009129558A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mekawa; 靖浩女川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】処理室内の温度を８００℃以下に保持しつつ酸化膜の窒化速度を向上させると共に、酸化膜と基板との界面付近における窒素原子の局在を抑制する。
【解決手段】表面に酸化膜が形成された基板を処理室内に搬入する搬入工程と、加熱手段により処理室内を所定温度に加熱しつつ、ガス供給手段により処理室内にＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを供給して酸化膜を窒化させる窒化工程と、処理後の基板を処理室内から搬出する搬出工程と、を有する。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the nitriding rate of an oxide film while maintaining the temperature in a processing chamber at 800 ° C. or lower and suppress the localization of nitrogen atoms in the vicinity of the interface between the oxide film and the substrate.
SOLUTION: A carrying-in process for carrying a substrate having an oxide film formed on the surface thereof into a processing chamber, and heating and heating the processing chamber to a predetermined temperature by a heating unit, and NO gas and N ₂ O gas in the processing chamber by a gas supply unit. And a nitriding step for nitriding the oxide film, and a carrying-out step for carrying out the processed substrate from the processing chamber.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of processing a substrate.

従来、基板上に形成した酸化膜の電流リーク耐性を向上させたり、該酸化膜の不純物拡散や酸化に対する阻止力を向上させたりする目的で、該酸化膜中に数原子％の窒素を混入させて窒化させる基板処理工程が、半導体装置の製造工程の一工程として行われてきた。例えば、酸化膜を窒化させることで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ電極に添加したボロンが酸化膜を突き抜けてしまう現象を抑制できる。 Conventionally, several atomic percent of nitrogen is mixed in the oxide film for the purpose of improving the current leakage resistance of the oxide film formed on the substrate or improving the resistance to impurity diffusion and oxidation of the oxide film. The substrate processing step for nitriding has been performed as one step of the semiconductor device manufacturing process. For example, by nitriding the oxide film, the phenomenon that boron added to the Poly-Si electrode penetrates the oxide film can be suppressed.

酸化膜の窒化は、表面に酸化膜が形成された基板を処理室内に搬入し、前記処理室内の前記基板を所定温度に加熱しつつ、前記処理室内に酸化窒素（ＮＯ）ガス或いは亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス等の窒化ガスを供給することで行うことが可能である。（例えば特許文献１参照）。 Nitriding of the oxide film is performed by carrying a substrate having an oxide film formed on the surface thereof into a processing chamber, heating the substrate in the processing chamber to a predetermined temperature, and in the processing chamber, nitrogen oxide (NO) gas or nitrous oxide. It can be performed by supplying a nitriding gas such as (N ₂ O) gas. (For example, refer to Patent Document 1).

特開２００６−２９５０２９号公報JP 2006-295029 A

しかしながら、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いると、処理室内が例えば８００〜１０００℃の範囲になるように加熱しないと、酸化膜中への窒素原子の導入量が少なくなり、酸化膜の窒化速度が遅くなってしまう場合があった。 However, if N ₂ O gas is used alone as the nitriding gas, the amount of nitrogen atoms introduced into the oxide film is reduced unless the processing chamber is heated to a temperature in the range of 800 to 1000 ° C., for example. In some cases, the nitriding rate was slow.

また、窒化ガスとしてＮＯガスを単体で用いると、酸化膜と基板との界面付近に窒素原子が局在する場合があった。 Further, when NO gas is used alone as the nitriding gas, nitrogen atoms may be localized near the interface between the oxide film and the substrate.

上記の課題を解決するために、本発明は、処理室内の温度を８００℃以下に保持しつつ酸化膜の窒化速度を向上させると共に、酸化膜と基板との界面付近における窒素原子の局在を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention improves the nitriding rate of the oxide film while maintaining the temperature in the processing chamber at 800 ° C. or lower, and also localizes nitrogen atoms in the vicinity of the interface between the oxide film and the substrate. It is an object to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be suppressed.

本発明の一態様によれば、表面に酸化膜が形成された基板を処理室内に搬入する搬入工程と、加熱手段により前記処理室内を所定温度に加熱しつつ、ガス供給手段により前記処理室内にＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを供給して前記酸化膜を窒化させる窒化工程と、処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する搬出工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a substrate having an oxide film formed on the surface thereof is carried into the processing chamber, and the heating chamber is heated to a predetermined temperature by the heating unit, and the gas supply unit is disposed in the processing chamber. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a nitriding step of nitriding the oxide film by supplying NO gas and N ₂ O gas; and an unloading step of unloading the processed substrate from the processing chamber.

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、処理室内の温度を８００℃以下に保持しつつ酸化膜の窒化速度を向上させると共に、酸化膜と基板との界面付近における窒素原子の局在を抑制することが可能となる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the nitriding rate of the oxide film is improved while maintaining the temperature in the processing chamber at 800 ° C. or lower, and the localization of nitrogen atoms in the vicinity of the interface between the oxide film and the substrate It becomes possible to suppress.

本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の処理炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the processing furnace of the substrate processing apparatus used suitably in one Embodiment of this invention. Ｎ_２Ｏガスが供給された処理室内からの排気ガスについてのＦＴ−ＩＲ（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｎｆｒａＲｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：フーリエ変換赤外光度分光計）によるスペクトルデータのグラフ図である。N ₂ O gas FT-IR for the exhaust gas from a processing chamber which is supplied: a graphic representation of the spectral data by (Fourier Transform InfraRed spectrometer Fourier transform infrared photometer spectrometer). 処理室内にＮ_２Ｏガスを単体で供給して酸化膜を窒化処理した際の、酸化膜の深さ方向における窒素原子濃度分布（窒素原子プロファイル）を示すグラフ図である。When the N _{2 O} gas into the processing chamber was fed alone by nitriding the oxide film is a graph showing nitrogen concentration distribution in the depth direction of the oxide film (nitrogen atoms profile).

＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について説明する。 <One Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.

（１）基板処理装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の処理炉２０２の縦断面図である。 (1) Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a processing furnace 202 of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present invention.

図１に示されているように、処理炉２０２は、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１と、この処理室２０１内にＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを供給する後述のガス供給手段と、処理室２０１内のウエハ２００を加熱する後述の加熱手段と、ガス供給手段及び加熱手段を制御する制御部としてのコントローラ２４０と、を主に有して構成されている。 As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 includes a processing chamber 201 for processing a wafer 200 as a substrate, and a gas supply unit to be described later for supplying NO gas and N ₂ O gas into the processing chamber 201. A heating unit described later for heating the wafer 200 in the processing chamber 201 and a controller 240 as a control unit for controlling the gas supply unit and the heating unit are mainly configured.

（処理室）
処理室２０１は、反応管２０４内に設けられている。反応管２０４は上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０４は、例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱性材料により構成されている。反応管２０４の筒中空部には、処理室２０１が形成されている。この処理室２０１は、後述するボート２１７によってウエハ２００を水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。 (Processing room)
The processing chamber 201 is provided in the reaction tube 204. The reaction tube 204 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. The reaction tube 204 is made of a heat resistant material such as quartz (SiO ₂ ). A processing chamber 201 is formed in the cylindrical hollow portion of the reaction tube 204. The processing chamber 201 is configured to be able to accommodate the wafers 200 in a state where the wafers 200 are aligned in a vertical direction in a horizontal posture by a boat 217 described later.

反応管２０４の外側には、均熱管２０５が設けられている。均熱管２０５は、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状に形成されている。均熱管２０５は、反応管２０４と同心円状に配設される。均熱管２０５は、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されている。 A soaking tube 205 is provided outside the reaction tube 204. The soaking tube 205 is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. The soaking tube 205 is arranged concentrically with the reaction tube 204. The soaking tube 205 is made of a heat resistant material such as silicon carbide (SiC).

（ベース及びシールキャップ）
反応管２０４の下端部には、反応管２０４の下端開口を気密に閉塞可能な保持体としてのベース２５７と、炉口蓋体としてのシールキャップ２１９とが設けられている。 (Base and seal cap)
At the lower end of the reaction tube 204, a base 257 as a holding body capable of hermetically closing the lower end opening of the reaction tube 204 and a seal cap 219 as a furnace port lid are provided.

ベース２５７は、円盤状に形成されている。ベース２５７は、例えばステンレス等の金属により構成されている。ベース２５７の上面には、反応管２０４の下端に当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。ベース２５７の下には、シールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属により構成されている。 The base 257 is formed in a disc shape. The base 257 is made of a metal such as stainless steel. On the upper surface of the base 257, an O-ring 220 as a seal member that abuts the lower end of the reaction tube 204 is provided. A seal cap 219 is provided below the base 257. The seal cap 219 is formed in a disc shape. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel.

なお、シールキャップ２１９は、ボートエレベータ１１５により後述するボート２１７を処理室２０１内に搬入する際に、ベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０４の下端を気密に閉塞するように構成されている。 The seal cap 219 is configured to hermetically close the lower end of the reaction tube 204 via the base 257 and the O-ring 220 when a boat 217 described later is carried into the processing chamber 201 by the boat elevator 115. Yes.

（回転機構）
シールキャップ２１９の下側中心付近には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５は、シールキャップ２１９とベース２５７とを貫通して、後述する断熱筒２１８を介してボート２１７に接続されている。 (Rotating mechanism)
A rotation mechanism 254 for rotating the boat 217 is installed near the lower center of the seal cap 219. A rotating shaft 255 of the rotating mechanism 254 passes through the seal cap 219 and the base 257 and is connected to the boat 217 via a heat insulating cylinder 218 described later.

（断熱筒及びボート）
ボート２１７は、基板保持具として複数枚のウエハ２００を保持して処理室２０１内に収納可能となっている。ボート２１７は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成されている。ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するようになっている。 (Insulated cylinder and boat)
The boat 217 holds a plurality of wafers 200 as a substrate holder and can be stored in the processing chamber 201. The boat 217 is made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide (SiC). The boat 217 holds a plurality of wafers 200 aligned in a horizontal posture with their centers aligned.

ボート２１７の下方には、断熱部材としての断熱筒２１８がボート２１７を支持可能に設けられている。断熱筒２１８は、円筒形状に形成されている。断熱筒２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料により構成されている。断熱筒２１８は、断熱部材として後述するヒータ２０６からの熱を反応管２０４の下端側に伝達し難くしている。断熱筒２１８は、回転機構２５４の回転軸２５５に取り付けられている。これにより、ボート２１７は、断熱筒２１８と共に回転機構２５４により回転されることで複数枚のウエハ２００を保持しつつ回転させることが可能になっている。 Below the boat 217, a heat insulating cylinder 218 as a heat insulating member is provided so as to support the boat 217. The heat insulation cylinder 218 is formed in a cylindrical shape. The heat insulation cylinder 218 is made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide. The heat insulating cylinder 218 makes it difficult to transfer heat from a heater 206 described later as a heat insulating member to the lower end side of the reaction tube 204. The heat insulation cylinder 218 is attached to the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 254. Thus, the boat 217 can be rotated while holding the plurality of wafers 200 by being rotated by the rotation mechanism 254 together with the heat insulating cylinder 218.

（エレベータ）
シールキャップ２１９の下側周縁は、昇降機構であるボートエレベータ１１５のアームに連結されている。ボートエレベータ１１５は、反応管２０４の外部に垂直に設置されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を垂直方向に昇降させるように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、処理室２０１内に対してボート２１７を搬入搬出可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５は、後述するコントローラ２４０の駆動制御部２３７に電気的に接続されている。 (elevator)
The lower peripheral edge of the seal cap 219 is connected to the arm of the boat elevator 115 which is a lifting mechanism. The boat elevator 115 is vertically installed outside the reaction tube 204. The boat elevator 115 is configured to raise and lower the seal cap 219 in the vertical direction. That is, the boat elevator 115 can carry the boat 217 into and out of the processing chamber 201. The rotation mechanism 254 and the boat elevator 115 are electrically connected to a drive control unit 237 of a controller 240 described later.

（ガス供給系）
反応管２０４の下端部には、ガス導入部２３０が設けられている。ガス導入部２３０の下流端には、細管２３４が接続されている。細管２３４は、反応管２０４の下方から反応管２０４の天井部２３３に至るまで反応管２０４の外壁に沿って垂直に設けられている。細管２３４の下流端は、反応管２０４の天井部２３３内に開口している。反応管２０４の天井部２３３には、複数のガス導入口２３３ａが形成されている。これにより、ガス導入部２３０から導入されたガスは、細管２３４内を流通して天井部２３３に至り、ガス導入口２３３ａから処理室２０１内に導入されるようになっている。 (Gas supply system)
A gas introduction unit 230 is provided at the lower end of the reaction tube 204. A narrow tube 234 is connected to the downstream end of the gas introduction unit 230. The narrow tube 234 is provided vertically along the outer wall of the reaction tube 204 from the lower side of the reaction tube 204 to the ceiling 233 of the reaction tube 204. The downstream end of the thin tube 234 opens into the ceiling 233 of the reaction tube 204. A plurality of gas inlets 233 a are formed in the ceiling 233 of the reaction tube 204. As a result, the gas introduced from the gas introduction unit 230 flows through the narrow tube 234 to reach the ceiling 233 and is introduced into the processing chamber 201 from the gas introduction port 233a.

ガス導入部２３０の上流側には、ガス供給管２３２が接続されている。このガス供給管２３２の上流側には、ＮＯガス供給管３０１、Ｎ_２Ｏガス供給管３０２、不活性ガス供給管３０３及び酸化ガス供給管３０４がそれぞれ接続されている。 A gas supply pipe 232 is connected to the upstream side of the gas introduction unit 230. An upstream side of the gas supply pipe 232 is connected to an NO gas supply pipe 301, an N ₂ O gas supply pipe 302, an inert gas supply pipe 303, and an oxidizing gas supply pipe 304.

（ＮＯガス供給系）
ＮＯガス供給管３０１には、上流方向から順に、ＮＯガス供給源であるＮＯガスボンベ３０１ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０１ｂ、及び開閉弁であるバルブ３０１ｃが設けられている。 (NO gas supply system)
The NO gas supply pipe 301 is provided with an NO gas cylinder 301a as a NO gas supply source, a mass flow controller 301b as a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 301c as an on-off valve in this order from the upstream direction.

ＮＯガスボンベ３０１ａから供給されるＮＯガスは、マスフローコントローラ３０１ｂにより所定の流量に調整され、バルブ３０１ｃの開動作によりＮＯガス供給管３０１内を流通し、ガス供給管２３２を介してガス導入部２３０に供給されるようになっている。そして、ガス供給管２３２からのＮＯガスは、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。 The NO gas supplied from the NO gas cylinder 301a is adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 301b, circulates in the NO gas supply pipe 301 by opening the valve 301c, and is supplied to the gas introduction unit 230 via the gas supply pipe 232. It comes to be supplied. The NO gas from the gas supply pipe 232 is introduced into the processing chamber 201 through the gas introduction part 230, the narrow pipe 234, the ceiling part 233, and the gas introduction port 233a.

主に、ＮＯガスボンベ３０１ａ、マスフローコントローラ３０１ｂ、バルブ３０１ｃ、ＮＯガス供給管３０１、ガス供給管２３２、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａにより、本実施形態に係るＮＯガス供給系が構成されている。 The NO gas according to the present embodiment is mainly constituted by the NO gas cylinder 301a, the mass flow controller 301b, the valve 301c, the NO gas supply pipe 301, the gas supply pipe 232, the gas introduction part 230, the narrow pipe 234, the ceiling part 233, and the gas introduction port 233a. A supply system is configured.

（Ｎ_２Ｏガス供給系）
Ｎ_２Ｏガス供給管３０２には、上流方向から順に、Ｎ_２Ｏガス供給源であるＮ_２Ｏガスボンベ３０２ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０２ｂ、及び開閉弁であるバルブ３０２ｃが設けられている。 (N ₂ O gas supply system)
The N ₂ O gas supply pipe 302 includes, in order from the upstream direction, an N ₂ O gas cylinder 302a that is an N ₂ O gas supply source, a mass flow controller 302b that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 302c that is an on-off valve. Is provided.

Ｎ_２Ｏガスボンベ３０２ａから供給されるＮ_２Ｏガスは、マスフローコントローラ３０２ｂにより所定の流量に調整され、バルブ３０２ｃの開動作によりＮ_２Ｏガス供給管３０２内を流通し、ガス供給管２３２を介してガス導入部２３０に供給されるようになっている。そして、ガス供給管２３２からのＮ_２Ｏガスは、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。 _{N 2} O gas supplied from N ₂ O gas cylinder 302a is adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 302b, and flows through the _{N 2} O gas supply pipe 302 by an opening operation of the valve 302c, via the gas supply pipe 232 Then, the gas is supplied to the gas introduction unit 230. The N ₂ O gas from the gas supply pipe 232 is introduced into the processing chamber 201 via the gas introduction part 230, the narrow pipe 234, the ceiling part 233, and the gas introduction port 233a.

主に、Ｎ_２Ｏガスボンベ３０２ａ、マスフローコントローラ３０２ｂ、バルブ３０２ｃ、Ｎ_２Ｏガス供給管３０２、ガス供給管２３２、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａにより、本実施形態に係るＮ_２Ｏガス供給系が構成される。 This embodiment mainly includes an N ₂ O gas cylinder 302a, a mass flow controller 302b, a valve 302c, an N ₂ O gas supply pipe 302, a gas supply pipe 232, a gas introduction part 230, a narrow pipe 234, a ceiling part 233, and a gas introduction port 233a. _{N 2} O gas supply system is configured according to.

（不活性ガス供給系）
不活性ガス供給管３０３には、上流方向から順に、不活性ガス供給源である不活性ガスボンベ３０３ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０３ｂ、及び開閉弁であるバルブ３０３ｃが設けられている。 (Inert gas supply system)
The inert gas supply pipe 303 is provided with an inert gas cylinder 303a that is an inert gas supply source, a mass flow controller 303b that is a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 303c that is an on-off valve in order from the upstream direction. ing.

不活性ガスボンベ３０３ａから供給される不活性ガスは、マスフローコントローラ３０３ｂにより所定の流量に調整され、バルブ３０３ｃの開動作により不活性ガス供給管３０３内を流通し、ガス供給管２３２を介してガス導入部２３０に供給されるようになっている。そして、ガス供給管２３２からの不活性ガスは、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に導入される。 The inert gas supplied from the inert gas cylinder 303 a is adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 303 b, flows through the inert gas supply pipe 303 by opening the valve 303 c, and introduces gas through the gas supply pipe 232. The unit 230 is supplied. Then, the inert gas from the gas supply pipe 232 is introduced into the processing chamber 201 through the gas introduction part 230, the narrow pipe 234, the ceiling part 233, and the gas introduction port 233a.

主に、不活性ガスボンベ３０３ａ、マスフローコントローラ３０３ｂ、バルブ３０３ｃ、不活性ガス供給管３０３、ガス供給管２３２、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａにより、本実施形態に係る不活性ガス供給系が構成される。 The present embodiment mainly includes an inert gas cylinder 303a, a mass flow controller 303b, a valve 303c, an inert gas supply pipe 303, a gas supply pipe 232, a gas introduction unit 230, a narrow tube 234, a ceiling part 233, and a gas introduction port 233a. An inert gas supply system is configured.

なお、本実施形態では、不活性ガスとしてＡｒを用いているが、例えばＨｅを用いても構わない。また、本実施形態では、不活性ガスを酸化ガス、ＮＯガス、Ｎ_２Ｏガスのキャリアガスとしても用いると共に、パージガスとしても用いる構成としている。つまり、不活性ガス供給系は、パージガス供給系及びキャリアガス供給系を兼用している。なお、それぞれ別個にパージガス供給系及びキャリアガス供給系を設けてもよい。 In the present embodiment, Ar is used as the inert gas, but for example, He may be used. In this embodiment, the inert gas is used as a purge gas as well as a carrier gas for oxidizing gas, NO gas, and N ₂ O gas. That is, the inert gas supply system serves as both a purge gas supply system and a carrier gas supply system. A purge gas supply system and a carrier gas supply system may be provided separately.

（酸化ガス供給系）
酸化ガス供給管３０４には、上流方向から順に、酸化ガス供給源である酸化ガス発生装置３０４ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ３０４ｂ、及び開閉弁であるバルブ３０４ｃが設けられている。 (Oxidation gas supply system)
The oxidizing gas supply pipe 304 is provided with an oxidizing gas generator 304a as an oxidizing gas supply source, a mass flow controller 304b as a flow rate controller (flow rate control means), and a valve 304c as an on-off valve in order from the upstream direction. Yes.

酸化ガス発生装置３０４ａから供給される酸化ガスは、マスフローコントローラ３０４ｂにより所定の流量に調整され、バルブ３０４ｃの開動作により酸化ガス供給管３０４内を流通し、ガス供給管２３２を介してガス導入部２３０に供給されるようになっている。そして、ガス供給管２３２からの酸化ガスは、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。 The oxidizing gas supplied from the oxidizing gas generator 304a is adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 304b, circulates in the oxidizing gas supply pipe 304 by opening the valve 304c, and passes through the gas supply pipe 232 to the gas introduction section. 230 is supplied. The oxidizing gas from the gas supply pipe 232 is introduced into the processing chamber 201 through the gas introduction part 230, the narrow pipe 234, the ceiling part 233, and the gas introduction port 233a.

主に、酸化ガス発生装置３０４ａ、マスフローコントローラ３０４ｂ、バルブ３０４ｃ
、酸化ガス供給管３０４、ガス供給管２３２、ガス導入部２３０、細管２３４、天井部２３３、ガス導入口２３３ａにより、本実施形態に係る酸化ガス供給系が構成される。なお、酸化ガス発生装置３０４ａはウエハに酸化膜を形成するための酸化ガス（酸素含有ガス）を供給する酸化ガス供給源であり、後述する酸化工程にて例えばスチーム酸化、パイロジェニック酸化を行う場合には水蒸気を供給し、後述する酸化工程にてドライ酸化を行う場合には酸素（Ｏ_２）ガスやオゾン（Ｏ_３）ガスを供給するように構成されている。 Mainly, oxidizing gas generator 304a, mass flow controller 304b, valve 304c
The oxidizing gas supply pipe 304, the gas supply pipe 232, the gas introduction part 230, the narrow pipe 234, the ceiling part 233, and the gas introduction port 233a constitute an oxidizing gas supply system according to this embodiment. The oxidizing gas generator 304a is an oxidizing gas supply source that supplies an oxidizing gas (oxygen-containing gas) for forming an oxide film on the wafer, and performs, for example, steam oxidation and pyrogenic oxidation in an oxidation process described later. Is supplied with water vapor, and oxygen (O ₂ ) gas or ozone (O ₃ ) gas is supplied when dry oxidation is performed in an oxidation step described later.

また、マスフローコントローラ３０１ｂ〜３０４ｂ及びバルブ３０１ｃ〜３０４ｃは、それぞれ後述するコントローラ２４０のガス流量制御部２３５に電気的に接続されている。 The mass flow controllers 301b to 304b and the valves 301c to 304c are electrically connected to a gas flow rate control unit 235 of the controller 240 described later.

以上、主に、上述した４つのガス供給系（ＮＯガス供給系、Ｎ_２Ｏガス供給系、不活性ガス供給系及び酸化ガス供給系）により、本実施形態に係るガス供給系が構成されている。 As described above, the gas supply system according to the present embodiment is mainly configured by the above-described four gas supply systems (NO gas supply system, N ₂ O gas supply system, inert gas supply system, and oxidizing gas supply system). Yes.

（排気系）
また、反応管２０４の下端部には、ガス導入部２３０と対極する位置に反応管２０４（処理室２０１）内のガス（雰囲気）を排気口２３１ａから排気するガス排気部２３１が設けられている。ガス排気部２３１には、ガス排気管２２９が接続されている。ガス排気管２２９には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、圧力調整装置２４２及び真空ポンプである排気装置２４６が接続されている。圧力センサ２４５は、排気口２３１ａ、ガス排気部２３１及びガス排気管２２９を介して処理室２０１内の圧力を検出するようになっている。圧力調整装置２４２は、内部に設けた図示しないバルブ等の開度を調整し、排気口２３１ａを介して処理室２０１内から排気装置２４６の駆動により排気されるガスの流量調整を行うことで、処理室２０１内を所定の圧力に調整保持するようになっている。 (Exhaust system)
In addition, a gas exhaust unit 231 that exhausts the gas (atmosphere) in the reaction tube 204 (processing chamber 201) from the exhaust port 231a is provided at the lower end of the reaction tube 204 at a position opposite to the gas introduction unit 230. . A gas exhaust pipe 229 is connected to the gas exhaust unit 231. A pressure sensor 245 as a pressure detector, a pressure adjusting device 242 and an exhaust device 246 as a vacuum pump are connected to the gas exhaust pipe 229 in order from the upstream side. The pressure sensor 245 detects the pressure in the processing chamber 201 through the exhaust port 231a, the gas exhaust unit 231 and the gas exhaust pipe 229. The pressure adjusting device 242 adjusts the opening of a valve (not shown) provided therein, and adjusts the flow rate of the gas exhausted by driving the exhaust device 246 from the processing chamber 201 through the exhaust port 231a. The inside of the processing chamber 201 is adjusted and held at a predetermined pressure.

主に、排気口２３１ａ、ガス排気部２３１、ガス排気管２２９、圧力センサ２４５、圧力調整装置２４２及び排気装置２４６により、本実施形態に係る排気系が構成されている。圧力センサ２４５及び圧力調整装置２４２は、後述するコントローラ２４０の圧力制御部２３６に電気的に接続されている。 The exhaust system according to the present embodiment is mainly configured by the exhaust port 231a, the gas exhaust unit 231, the gas exhaust pipe 229, the pressure sensor 245, the pressure adjusting device 242 and the exhaust device 246. The pressure sensor 245 and the pressure adjusting device 242 are electrically connected to a pressure control unit 236 of the controller 240 described later.

（加熱手段）
均熱管２０５の下端部にはヒータベース２５１が設けられている。ヒータベース２５１は、加熱手段としてのヒータ２０６を下方から支持している。ヒータ２０６は、円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、ヒータベース２５１に支持されて垂直に据え付けられ、均熱管２０５の外側に同心円状に配設されている。ヒータ２０６からの熱は、均熱管２０５及び反応管２０４を介して、処理室２０１内のウエハ２００を加熱するようになっている。 (Heating means)
A heater base 251 is provided at the lower end of the heat equalizing tube 205. The heater base 251 supports a heater 206 as a heating unit from below. The heater 206 is formed in a cylindrical shape. The heater 206 is supported by the heater base 251 and installed vertically, and is disposed concentrically outside the heat equalizing tube 205. The heat from the heater 206 heats the wafer 200 in the processing chamber 201 via the soaking tube 205 and the reaction tube 204.

また、均熱管２０５と反応管２０４との間には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６は、温度センサ２６３の温度情報に基づき制御されるようになっている。ヒータ２０６及び温度センサ２６３は、後述するコントローラ２４０の温度制御部２３８に電気的に接続されている。 Further, a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed between the soaking tube 205 and the reaction tube 204. The heater 206 is controlled based on temperature information from the temperature sensor 263. The heater 206 and the temperature sensor 263 are electrically connected to a temperature control unit 238 of the controller 240 described later.

（制御系）
制御部としてのコントローラ２４０は、駆動制御部２３７、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、温度制御部２３８、及びこれらを制御して基板処理装置全体を制御する主制御部２３９を備えている。また、コントローラ２４０は、操作部及び入出力部（共に図示しない）を更に備えている。次に各制御部について説明する。 (Control system)
The controller 240 as a control unit includes a drive control unit 237, a gas flow rate control unit 235, a pressure control unit 236, a temperature control unit 238, and a main control unit 239 that controls them to control the entire substrate processing apparatus. . The controller 240 further includes an operation unit and an input / output unit (both not shown). Next, each control unit will be described.

駆動制御部２３７は、上述したように回転機構２５４及びボートエレベータ１１５に電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４の回転軸２５５を所定の回転数で回転するよう制御することにより、ボート２１７に所定のタイミングにて所定の回転を行わせるようにしている。また、駆動制御部２３７は、ボートエレベータ１１５を昇降するよう制御することにより、処理室２０１内にボート２１７の搬入搬出を所定のタイミングにて行わせるようにしている。 The drive control unit 237 is electrically connected to the rotation mechanism 254 and the boat elevator 115 as described above. The drive control unit 237 controls the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 254 to rotate at a predetermined rotation speed, thereby causing the boat 217 to perform a predetermined rotation at a predetermined timing. The drive control unit 237 controls the boat elevator 115 to move up and down so that the boat 217 is carried into and out of the processing chamber 201 at a predetermined timing.

ガス流量制御部２３５は、上述したようにマスフローコントローラ３０１ｂ〜３０４ｂ及びバルブ３０１ｃ〜３０４ｃに電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、それぞれマスフローコントローラ３０１ｂ〜３０４ｂを流量制御しつつ、それぞれバルブ３０４ａ〜３０４ｃの開閉制御することにより、処理室２０１内に所定のタイミングにて所定のガス流量を供給するにようにしている。 As described above, the gas flow rate control unit 235 is electrically connected to the mass flow controllers 301b to 304b and the valves 301c to 304c. The gas flow rate control unit 235 controls the flow rate of the mass flow controllers 301b to 304b and controls the opening and closing of the valves 304a to 304c to supply a predetermined gas flow rate into the processing chamber 201 at a predetermined timing. I have to.

圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２を所定のタイミングにより制御し、処理室２０１内が所定の圧力となるようにしている。温度制御部２３８は、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合を調整制御することにより、処理室２０１内が所定のタイミングにて所定の温度分布となるようにし、結果として処理室２０１内のウエハ２００に対して所定の温度となるようにしている。 The pressure control unit 236 controls the pressure adjusting device 242 at a predetermined timing based on pressure information detected by the pressure sensor 245 so that the inside of the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure. The temperature controller 238 adjusts and controls the power supply to the heater 206 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the processing chamber 201 has a predetermined temperature distribution at a predetermined timing. As a result, the wafer 200 in the processing chamber 201 is set to a predetermined temperature.

なお、本実施形態に係るコントローラ２４０は、加熱手段であるヒータ２０６により処理室２０１内を所定温度に加熱しつつ、ガス供給手段である４つのガス供給系（ＮＯガス供給系、Ｎ_２Ｏガス供給系、不活性ガス供給系及び酸化ガス供給系）により処理室２０１内にＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを供給して、ウエハ２００表面に形成されている酸化膜（ＳｉＯ_２）を窒化させる窒化工程を実施するように構成している。 Note that the controller 240 according to the present embodiment uses four gas supply systems (NO gas supply system, N ₂ O gas) as gas supply means while the inside of the processing chamber 201 is heated to a predetermined temperature by the heater 206 as heating means. Nitriding for nitriding an oxide film (SiO ₂ ) formed on the surface of the wafer 200 by supplying NO gas and N ₂ O gas into the processing chamber 201 by a supply system, an inert gas supply system, and an oxidizing gas supply system). It is comprised so that a process may be implemented.

（２）基板処理工程
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ウエハ２００表面に形成した酸化膜を窒化させる基板処理工程について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により全体的に制御される。 (2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step of nitriding an oxide film formed on the surface of the wafer 200 as one step of the semiconductor device manufacturing process using the processing furnace 202 having the above configuration will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is entirely controlled by the controller 240.

（搬入工程）
先ず、ボート２１７に複数枚のウエハ２００を装填（ウエハチャージ）する。次に、コントローラ２４０（駆動制御部２３７）の制御に基づいてボートエレベータ１１５を駆動し、ボート２１７を上昇させる。これにより、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７が処理室２０１内に搬入（ボートローディング）される。このとき、シールキャップ２１９は、ベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０４の下端を閉塞する。これにより、処理室２０１は気密に封止される。 (Import process)
First, a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge). Next, the boat elevator 115 is driven based on the control of the controller 240 (drive control unit 237), and the boat 217 is raised. As a result, as shown in FIG. 1, the boat 217 holding a plurality of wafers 200 is loaded into the processing chamber 201 (boat loading). At this time, the seal cap 219 closes the lower end of the reaction tube 204 via the base 257 and the O-ring 220. Thereby, the processing chamber 201 is hermetically sealed.

また、ボート２１７の搬入時において、処理室２０１内にはパージガスとして不活性ガスを流すようにしている。具体的には、マスフローコントローラ３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０３ｃを開とし、処理室２０１内に不活性ガスをシャワー状に導入する。これにより、ボート２１７の搬送時における処理室２０１内へのパーティクル侵入抑制等の効果が得られる。 Further, when the boat 217 is carried in, an inert gas is allowed to flow as a purge gas in the processing chamber 201. Specifically, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 303b, the valve 303c is opened, and an inert gas is introduced into the processing chamber 201 in a shower shape. Thereby, effects such as suppression of particle intrusion into the processing chamber 201 when the boat 217 is conveyed can be obtained.

（圧力調整工程及び昇温工程）
処理室２０１内へのボート２１７の搬入が完了したら、処理室２０１内が所定の圧力となるよう処理室２０１内の雰囲気を排気する。具体的には、排気装置２４６により排気し
つつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内を所定の圧力とする。また、処理室２０１内が所定温度となるようヒータ２０６によって加熱する。具体的には、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を制御して、処理室２０１内を所定の温度とする。そして、回転機構２５４を作動させ、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の回転を開始する。なお、ウエハ２００の回転は、後述する窒化工程が終了するまで継続する。 (Pressure adjustment process and temperature rise process)
When the loading of the boat 217 into the processing chamber 201 is completed, the atmosphere in the processing chamber 201 is exhausted so that the processing chamber 201 has a predetermined pressure. Specifically, while the exhaust device 246 is exhausting, the valve opening of the pressure adjusting device 242 is feedback controlled based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 so that the inside of the processing chamber 201 is set to a predetermined pressure. Further, the inside of the processing chamber 201 is heated by the heater 206 so as to reach a predetermined temperature. Specifically, the degree of energization to the heater 206 is controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, and the inside of the processing chamber 201 is set to a predetermined temperature. Then, the rotation mechanism 254 is activated to start the rotation of the wafer 200 carried into the processing chamber 201. Note that the rotation of the wafer 200 is continued until a nitriding step described later is completed.

（酸化工程）
酸化工程では、酸化ガス供給系から処理室２０１内に酸化ガス（酸素含有ガス）として水蒸気、酸素ガス、オゾンガスのいずれかを導入し、ウエハ２００の表面に酸化膜を形成する。 (Oxidation process)
In the oxidation process, water vapor, oxygen gas, or ozone gas is introduced as an oxidizing gas (oxygen-containing gas) from the oxidizing gas supply system into the processing chamber 201 to form an oxide film on the surface of the wafer 200.

具体的には、マスフローコントローラ３０４ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０４ｃを開とし、処理室２０１内に酸化ガスをシャワー状に供給する。処理室２０１内に供給された酸化ガスは、ウエハ２００の表面に接触してウエハ２００の表面を酸化させる。その結果、ウエハ２００の表面にＳｉＯ_２からなる酸化膜が形成される。その後、処理室２０１内に導入された酸化ガスは、処理室２０１内を流下し、ガス排気部２３１から排気される。ここで、マスフローコントローラ３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０３ｃを開とし、処理室２０１内にキャリアガスとしての不活性ガス（Ａｒガス）をシャワー状に供給することで、処理室２０１内に酸化ガスを効率よく拡散させることができる。 Specifically, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 304b, the valve 304c is opened, and the oxidizing gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape. The oxidizing gas supplied into the processing chamber 201 comes into contact with the surface of the wafer 200 and oxidizes the surface of the wafer 200. As a result, an oxide film made of SiO ₂ is formed on the surface of the wafer 200. Thereafter, the oxidizing gas introduced into the processing chamber 201 flows down in the processing chamber 201 and is exhausted from the gas exhaust unit 231. Here, while adjusting the flow rate by the mass flow controller 303b, the valve 303c is opened, and an inert gas (Ar gas) as a carrier gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape, thereby oxidizing gas into the processing chamber 201. Can be diffused efficiently.

所定時間（酸化工程時間）が経過し、ウエハ２００上に所望の膜厚、例えば７０Åの膜厚の酸化膜が形成されたら、バルブ３０４ｃを閉とし、処理室２０１内への酸化ガスの供給を停止する。なお、バルブ３０４ｃを閉とした後、バルブ３０３ｃを開のままとし、処理室２０１内にパージガスとしての不活性ガス（Ａｒガス）をシャワー状に供給することで、処理室２０１内に残留している酸化ガスを効率よく排気させることができる。 When a predetermined time (oxidation process time) elapses and an oxide film having a desired thickness, for example, 70 mm, is formed on the wafer 200, the valve 304c is closed to supply the oxidizing gas into the processing chamber 201. Stop. Note that after the valve 304c is closed, the valve 303c is kept open, and an inert gas (Ar gas) as a purge gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape, thereby remaining in the processing chamber 201. The oxidizing gas that is present can be exhausted efficiently.

（窒化工程）
窒化工程では、ＮＯガス供給系及びＮ_２Ｏガス供給系から窒化ガス（窒素含有ガス）としてＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを処理室２０１内に同時に導入し、上述の酸化工程にてウエハ２００表面に形成した酸化膜を窒化させる。なお、本実施形態では、窒化ガスとしてＮＯガスを単体で用いたり、或いは窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いたりするのではなく、ＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしている。 (Nitriding process)
In the nitriding process, NO gas and N ₂ O gas are simultaneously introduced into the processing chamber 201 as a nitriding gas (nitrogen-containing gas) from the NO gas supply system and the N ₂ O gas supply system. The oxide film formed in this step is nitrided. In the present embodiment, it is assumed that both NO gas and N ₂ O gas are used instead of using NO gas alone as the nitriding gas or N ₂ O gas alone as the nitriding gas. Yes.

具体的には、マスフローコントローラ３０１ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０１ｃを開とし、処理室２０１内にＮＯガスをシャワー状に供給する。また同時に、マスフローコントローラ３０２ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０２ｃを開とし、処理室２０１内にＮ_２Ｏガスをシャワー状に供給する。処理室２０１内に供給されたＮＯガス及びＮ_２Ｏガスは、天井部２３３内及び処理室２０１内で混合し、ウエハ２００表面に形成されている酸化膜に接触し、該酸化膜を窒化させる。その後、処理室２０１内に導入されたＮＯガス及びＮ_２Ｏガスは、処理室２０１内を流下し、排気部２３１から排気される。ここで、マスフローコントローラ３０３ｂにより流量調整しつつ、バルブ３０３ｃを開とし、処理室２０１内にキャリアガスとしての不活性ガス（Ａｒガス）をシャワー状に供給することで、処理室２０１内に窒化ガスを効率よく拡散させることができる。 Specifically, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 301b, the valve 301c is opened, and NO gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape. At the same time, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 302 b, the valve 302 c is opened, and N ₂ O gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape. The NO gas and the N ₂ O gas supplied into the processing chamber 201 are mixed in the ceiling portion 233 and the processing chamber 201, come into contact with the oxide film formed on the surface of the wafer 200, and nitride the oxide film. . Thereafter, NO gas and N ₂ O gas introduced into the processing chamber 201 flow down in the processing chamber 201 and are exhausted from the exhaust unit 231. Here, while adjusting the flow rate by the mass flow controller 303b, the valve 303c is opened, and an inert gas (Ar gas) as a carrier gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape, so that the nitriding gas is supplied into the processing chamber 201. Can be diffused efficiently.

所定時間（窒化工程時間）が経過し、ウエハ２００表面に形成されている酸化膜の窒化が完了したら、バルブ３０１ｃを閉とし、処理室２０１内へのＮＯガスの供給を停止すると共に、バルブ３０２ｃを閉とし、処理室２０１内へのＮ_２Ｏガスの供給を停止する。なお、バルブ３０１ｃ，バルブ３０２ｃを閉とした後、バルブ３０３ｃを開のままとし、処
理室２０１内にパージガスとしての不活性ガス（Ａｒガス）をシャワー状に供給することで、処理室２０１内に残留しているＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを効率よく排気させることができる。 When the nitridation of the oxide film formed on the surface of the wafer 200 is completed after a predetermined time (nitriding process time) has elapsed, the valve 301c is closed, the supply of NO gas into the processing chamber 201 is stopped, and the valve 302c Is closed, and the supply of the N ₂ O gas into the processing chamber 201 is stopped. In addition, after closing the valve 301c and the valve 302c, the valve 303c is kept open, and an inert gas (Ar gas) as a purge gas is supplied into the processing chamber 201 in a shower shape. The remaining NO gas and N ₂ O gas can be efficiently exhausted.

なお、窒化工程においては、Ｎ_２Ｏガスの流用に対するＮＯガスの流量の比率は、例えば１０％以上２０％以下とする。また、処理室２０１内の圧力を例えば４００〜７３０Ｔｏｒｒとする。また、処理室２０１内の温度が例えば８００℃以下となるようにする。また、窒化工程時間は、例えば３５分間とする。 In the nitriding step, the ratio of the flow rate of NO gas to the diversion of N ₂ O gas is, for example, 10% or more and 20% or less. Further, the pressure in the processing chamber 201 is set to 400 to 730 Torr, for example. Further, the temperature in the processing chamber 201 is set to be 800 ° C. or lower, for example. The nitriding process time is, for example, 35 minutes.

（大気圧復帰工程及び降温工程）
窒化工程が完了したら、ボート２１７の回転を停止させてウエハ２００の回転を停止する。そして、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を降温させる。具体的には、バルブ３０３ｃを開のままとして処理室２０１内に不活性ガスを供給しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２０６への通電量を制御して、ウエハ２００の温度を降温させる。 (Atmospheric pressure recovery process and cooling process)
When the nitriding process is completed, the rotation of the boat 217 is stopped and the rotation of the wafer 200 is stopped. Then, the temperature of the wafer 200 is lowered while returning the pressure in the processing chamber 201 to atmospheric pressure. Specifically, the valve opening of the pressure adjusting device 242 is feedback controlled based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 while supplying the inert gas into the processing chamber 201 with the valve 303c open. The pressure in the processing chamber 201 is increased to atmospheric pressure. Then, the amount of power supplied to the heater 206 is controlled to lower the temperature of the wafer 200.

（搬出工程）
その後、上述の搬入工程を逆の手順により表面の酸化膜が窒化されたウエハ２００を処理室２０１内から搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。 (Unloading process)
Thereafter, the wafer 200 having the nitrided surface oxide film is carried out of the processing chamber 201 by reversing the above-described loading process, and the substrate processing process according to the present embodiment is completed.

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。 (3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.

（ａ）本実施形態に係る窒化工程では、ＮＯガス供給系及びＮ_２Ｏガス供給系から窒化ガス（窒素含有ガス）としてＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを処理室２０１内に同時に導入することとしている。すなわち、本実施形態に係る窒化工程では、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いるのではなく、ＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしている。これにより、処理室２０１内におけるＮＯ成分の比率が高まり、酸化膜中への窒素原子導入が比較的低い温度で可能となり、窒化工程時の処理室内の温度を低温にすることができると共に、酸化膜の窒化速度を向上させることが可能となる。 (A) In the nitriding step according to the present embodiment, NO gas and N ₂ O gas are simultaneously introduced into the processing chamber 201 as a nitriding gas (nitrogen-containing gas) from the NO gas supply system and the N ₂ O gas supply system. Yes. That is, in the nitriding step according to the present embodiment, N ₂ O gas is not used alone as the nitriding gas, but both NO gas and N ₂ O gas are used. As a result, the ratio of the NO component in the processing chamber 201 is increased, nitrogen atoms can be introduced into the oxide film at a relatively low temperature, the temperature in the processing chamber during the nitriding step can be lowered, and oxidation can be performed. It is possible to improve the nitriding rate of the film.

なお、図２及び図３は、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガス単体を処理室内に供給した際の参考例である。 2 and 3 are reference examples when a single N ₂ O gas is supplied as a nitriding gas into the processing chamber.

図２は、Ｎ_２Ｏガスが供給された処理室内からの排気ガスについてのＦＴ−ＩＲ（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｎｆｒａＲｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：フーリエ変換赤外光度分光計）によるスペクトルデータのグラフ図である。図２の横軸は排気ガスに照射した赤外線の波数（ｃｍ^−１）を示し、縦軸は排気ガスにより吸収された赤外線の吸光度（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）を示している。図２においては、処理室内に窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを供給しつつ、キャリアガスとしてＮ_２ガスを供給した。その際、Ｎ_２Ｏガスの流量を２ｓｌｍとし、処理室内に供給したキャリアガス（Ｎ_２）の流量を１０ｓｌｍとした。そして、処理室内の温度を室温から９００℃まで変化させつつ、処理室内からの排気ガスに赤外線を照射して排気ガス中の成分を分析した。 FIG. 2 is a graph of spectral data obtained by FT-IR (Fourier Transform Infrared spectrometer) for the exhaust gas from the processing chamber supplied with N ₂ O gas. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the wave number (cm ⁻¹ ) of infrared rays irradiated to the exhaust gas, and the vertical axis indicates the absorbance (absorbance) of infrared rays absorbed by the exhaust gas. In Figure 2, while supplying the N _{2 O} gas as nitriding gas in the treatment chamber was supplied with N ₂ gas as a carrier gas. At that time, the flow rate of N ₂ O gas was set to ₂ slm, and the flow rate of the carrier gas (N ₂ ) supplied into the processing chamber was set to 10 slm. Then, while changing the temperature in the processing chamber from room temperature to 900 ° C., the exhaust gas from the processing chamber was irradiated with infrared rays to analyze the components in the exhaust gas.

図２に示すように、処理室内の温度が８００℃を超えた付近からＮ_２Ｏガスが分解してＮＯ分子及びＮＯ_２分子が生成され始め、９００℃においてはほぼＮＯ分子及びＮＯ_２分子のみとなっていることが分かる。酸化膜中への窒素原子の導入に寄与するのは主にＮＯ分子であると推測されることから、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガス単体を処理室内に供給する場合には、処理室内を８００℃以上に加熱することが必要であることが分かる。 As shown in FIG. 2, the temperature of the processing chamber starts to be generated NO molecules and NO ₂ molecules decompose _{N 2} O gas from the nearby exceeds 800 ° C., only approximately NO molecules and NO ₂ molecules in the 900 ° C. It turns out that it is. Since it is presumed that it is mainly NO molecules that contribute to the introduction of nitrogen atoms into the oxide film, when supplying N ₂ O gas alone as a nitriding gas into the processing chamber, the processing chamber is heated to 800 ° C. It turns out that it is necessary to heat above.

また、図３は、処理室内にＮ_２Ｏガスを単体で供給して酸化膜を窒化処理した際の、酸化膜の深さ方向における窒素原子濃度分布（窒素原子プロファイル）を示すグラフ図である。図３の横軸は、酸化膜の表面からの深さ（ｎｍ）を示し、縦軸は酸化膜中の窒素原子の濃度（ａｔｏｍｉｃ％）を示している。なお、図３では、窒化対象である酸化膜の厚さを７０Åとし、窒化工程時間を３５分としている。処理室内の温度を９００℃〜１０００℃まで変化させた。 FIG. 3 is a graph showing a nitrogen atom concentration distribution (nitrogen atom profile) in the depth direction of the oxide film when the oxide film is nitrided by supplying N ₂ O gas alone into the processing chamber. . The horizontal axis in FIG. 3 indicates the depth (nm) from the surface of the oxide film, and the vertical axis indicates the concentration (atomic%) of nitrogen atoms in the oxide film. In FIG. 3, the thickness of the oxide film to be nitrided is 70 mm, and the nitriding process time is 35 minutes. The temperature in the processing chamber was changed from 900 ° C to 1000 ° C.

図３に示すように、処理室内を９００℃から１０００℃に上昇させるにつれて、酸化膜中の窒素原子の濃度が増大していることがわかる。これは、処理室内の温度を上昇させることによりＮ_２Ｏガスの分解が進み、処理室内のＮＯ分子の量が増大し、酸化膜中への窒素の導入が促進されていることが一要因と考えられる。 As shown in FIG. 3, it can be seen that the concentration of nitrogen atoms in the oxide film increases as the temperature in the processing chamber is increased from 900 ° C. to 1000 ° C. One reason for this is that the decomposition of the N ₂ O gas proceeds by increasing the temperature in the processing chamber, the amount of NO molecules in the processing chamber increases, and the introduction of nitrogen into the oxide film is promoted. Conceivable.

以上、図２、図３から、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガス単体を処理室内に供給する場合には、処理室内を８００℃以上、好ましくは９００℃〜１０００℃の範囲に加熱することが必要であることが分かる。これに対して本実施形態においては、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いるのではなく、ＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしている。これにより、処理室２０１内におけるＮＯ成分の比率を高め、酸化膜中への窒素原子導入が比較的低い温度で可能となり、窒化工程時の処理室内の温度を低温にすることができると共に、酸化膜の窒化速度を向上させることが可能となる。 As described above, from FIG. 2 and FIG. 3, when supplying N ₂ O gas alone as the nitriding gas into the processing chamber, it is necessary to heat the processing chamber to 800 ° C. or higher, preferably 900 ° C. to 1000 ° C. I know that there is. On the other hand, in this embodiment, N ₂ O gas is not used alone as the nitriding gas, but both NO gas and N ₂ O gas are used. As a result, the ratio of the NO component in the processing chamber 201 is increased, nitrogen atoms can be introduced into the oxide film at a relatively low temperature, the temperature in the processing chamber during the nitriding step can be lowered, and oxidation can be performed. It is possible to improve the nitriding rate of the film.

（ｂ）また、本実施形態に係る窒化工程では、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いるのではなく、ＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしている。ＮＯガスはＮ_２Ｏガスに比べて酸化力が小さいため、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いる場合と比較して、窒化工程を実施する際における酸化膜の膜厚増加を抑制することが出来る。 (B) In the nitriding step according to this embodiment, N ₂ O gas is not used alone as the nitriding gas, but both NO gas and N ₂ O gas are used. Since NO gas has a smaller oxidizing power than N ₂ O gas, it suppresses an increase in the thickness of the oxide film during the nitriding step as compared with the case where N ₂ O gas is used alone as the nitriding gas. I can do it.

（ｃ）また、本実施形態に係る窒化工程では、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いるのではなく、ＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしている。このため、窒化ガスとしてＮ_２Ｏガスを単体で用いる場合と比較して、ウエハ２００面内、ウエハ間のいずれにおいても酸化膜の窒化をより均一に行うことが出来る。 (C) Further, in the nitriding step according to the present embodiment, N ₂ O gas is not used alone as the nitriding gas, but both NO gas and N ₂ O gas are used. For this reason, compared with the case where N ₂ O gas is used alone as the nitriding gas, the oxide film can be nitrided more uniformly both within the wafer 200 and between the wafers.

（ｄ）また、本実施形態に係る窒化工程では、窒化ガスとしてＮＯガスを単体で用いるのではなく、ＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしている。これにより、酸化膜とウエハ２００との界面付近に窒素原子が局在することを抑制できる。すなわち、窒化ガスとしてＮＯガスを単体で用いると、酸化膜とウエハ２００との界面付近に窒素原子が局在する場合がある。これに対し、本実施形態によれば、窒化ガスとしてＮＯガスとＮ_２Ｏガスとの両方を用いることとしているため、酸化膜とウエハ２００との界面付近への窒素原子の局在を抑制することができ、酸化膜中への窒素の導入を促進させることが出来る。 (D) Further, in the nitriding step according to the present embodiment, NO gas is not used alone as the nitriding gas, but both NO gas and N ₂ O gas are used. Thereby, it is possible to suppress nitrogen atoms from being localized near the interface between the oxide film and the wafer 200. That is, when NO gas is used alone as the nitriding gas, nitrogen atoms may be localized near the interface between the oxide film and the wafer 200. On the other hand, according to the present embodiment, since both the NO gas and the N ₂ O gas are used as the nitriding gas, the localization of nitrogen atoms in the vicinity of the interface between the oxide film and the wafer 200 is suppressed. And the introduction of nitrogen into the oxide film can be promoted.

（ｅ）また、本実施形態に係る窒化工程では、Ｎ_２Ｏガスの流用に対するＮＯガスの流量の比率を制御することにより、酸化膜中の深さ方向における窒素原子濃度分布（窒素原子プロファイル）を容易に制御することができる。例えば、Ｎ_２Ｏガスの流用に対するＮＯガスの流量の比率を大きくすることで、酸化膜とウエハ２００との界面付近に窒素原子を局在させることができる。また、Ｎ_２Ｏガスの流用に対するＮＯガスの流量の比率を小さくすることで、酸化膜とウエハ２００との界面付近における窒素原子の局在を抑制し、酸化膜中への窒素原子の導入を促進させることができる。そして、例えば、Ｎ_２Ｏガスの流用に対するＮＯガスの流量の比率を１０％以上２０％に制御することにより、所望の窒素原子濃度分布（窒素原子プロファイル）を得ることが可能となる。 (E) Further, in the nitriding step according to the present embodiment, the nitrogen atom concentration distribution (nitrogen atom profile) in the depth direction in the oxide film is controlled by controlling the ratio of the flow rate of NO gas to the diversion of N ₂ O gas. Can be easily controlled. For example, by increasing the ratio of the flow rate of NO gas to diversion of N ₂ O gas, nitrogen atoms can be localized near the interface between the oxide film and the wafer 200. Further, by reducing the ratio of the flow rate of NO gas to the diversion of N ₂ O gas, localization of nitrogen atoms in the vicinity of the interface between the oxide film and the wafer 200 is suppressed, and introduction of nitrogen atoms into the oxide film is suppressed. Can be promoted. For example, a desired nitrogen atom concentration distribution (nitrogen atom profile) can be obtained by controlling the ratio of the flow rate of NO gas to diversion of N ₂ O gas to 10% or more and 20%.

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 <Other Embodiments of the Present Invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various changes are possible in the range which does not deviate from the summary.

例えば、本発明は、本実施形態にかかる縦型の処理炉を備えた基板処理装置に限らず、枚葉式、ＨｏｔＷａｌｌ型、ＣｏｌｄＷａｌｌ型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。 For example, the present invention is not limited to the substrate processing apparatus provided with the vertical processing furnace according to the present embodiment, but can be suitably applied to a substrate processing apparatus having a single wafer type, a Hot Wall type, or a Cold Wall type processing furnace. it can.

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。 <Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、
表面に酸化膜が形成された基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
加熱手段により前記処理室内を所定温度に加熱しつつ、ガス供給手段により前記処理室内にＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを供給して前記酸化膜を窒化させる窒化工程と、
処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する搬出工程と、を有する基板処理方法が提供される。 According to one aspect of the invention,
A loading step of loading a substrate having an oxide film formed on the surface thereof into the processing chamber;
A nitriding step of nitriding the oxide film by supplying NO gas and N ₂ O gas into the processing chamber by a gas supply unit while heating the processing chamber to a predetermined temperature by a heating unit;
There is provided a substrate processing method including an unloading step of unloading the processed substrate from the processing chamber.

好ましくは、前記窒化工程では、前記所定温度を８００℃以下とする。 Preferably, in the nitriding step, the predetermined temperature is set to 800 ° C. or less.

好ましくは、前記窒化工程では、ＮＯ_２ガスの流量に対するＮＯガスの流量の比率を所定範囲内とする。 Preferably, in the nitriding step, the ratio of the NO gas flow rate to the NO ₂ gas flow rate is set within a predetermined range.

好ましくは、ＮＯ_２ガスの流量に対するＮＯガスの流量の比率を１０％以上２０％以下とする。 Preferably, the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of NO ₂ gas is 10% or more and 20% or less.

本発明の他の態様によれば、
表面に酸化膜が形成された基板を処理する処理室と、
前記処理室内にＮＯガス及びＮ_２Ｏガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内の前記基板を加熱する加熱手段と、
前記ガス供給手段及び前記加熱手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記加熱手段により前記処理室内を所定温度に加熱しつつ、前記ガス供給手段により前記処理室内に前記ＮＯガス及び前記Ｎ_２Ｏガスを供給して前記酸化膜を窒化させる
基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the invention,
A processing chamber for processing a substrate having an oxide film formed on the surface;
Gas supply means for supplying NO gas and N ₂ O gas into the processing chamber;
Heating means for heating the substrate in the processing chamber;
A control unit for controlling the gas supply means and the heating means,
The controller is
Provided is a substrate processing apparatus in which the NO gas and the N ₂ O gas are supplied into the processing chamber by the gas supply unit and the oxide film is nitrided while the processing chamber is heated to a predetermined temperature by the heating unit. .

好ましくは、前記所定温度を８００℃以下とする。 Preferably, the predetermined temperature is 800 ° C. or lower.

好ましくは、前記制御部は、前記ＮＯ_２ガスの流量に対する前記ＮＯガスの流量の比率を所定範囲内とする。 Preferably, the control unit sets a ratio of the flow rate of the NO gas to the flow rate of the NO ₂ gas within a predetermined range.

１１５ボートエレベータ
２００ウエハ（基板）
２０１処理室
２０２処理炉
２０６ヒータ
２４０コントローラ 115 Boat elevator 200 Wafer (substrate)
201 processing chamber 202 processing furnace 206 heater 240 controller

Claims

A loading step of loading a substrate having an oxide film formed on the surface thereof into the processing chamber;
A nitriding step of nitriding the oxide film by supplying NO gas and N ₂ O gas into the processing chamber by a gas supply unit while heating the processing chamber to a predetermined temperature by a heating unit;
An unloading step of unloading the substrate after processing from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: