JP2010278260A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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。

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。

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）。

特開２００６−２９５０２９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ＩｎｆｒａＲｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：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。 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。

＜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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

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。

（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_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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ＩｎｆｒａＲｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

＜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。

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、Ｈｏｔ Ｗａｌｌ型、Ｃｏｌｄ Ｗａｌｌ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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

好ましくは、前記所定温度を８００℃以下とする。

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。

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。

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

Claims (1)

1. 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、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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