JP2001250818A

JP2001250818A - 酸化処理装置及びそのクリーニング方法

Info

Publication number: JP2001250818A
Application number: JP2000401828A
Authority: JP
Inventors: Asami Suemura; 麻美末村; Kimiya Aoki; 公也青木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン層とタングステンとを有する被処理
体のシリコン層を減圧雰囲気中で選択的に酸化処理可能
な酸化処理装置を効率良くクリーニングする。【解決手段】シリコン層とタングステン層との積層構
造を有する電極のシリコン層の側壁を選択的に酸化する
選択酸化装置の反応管内及びダミーウエハに付着した金
属をクリーニングするため、クリーニングガス導入ポー
ト４３より反応管１１内にＨＣｌ等のハロゲン系のガス
と酸素を供給して、反応管１１の内面、ウエハボート３
１及びダミーウエハに付着したタングステン及びタング
ステン化合物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クリーニング機能
を備える酸化処理装置及びそのクリーニング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱に対して安定でかつゲート抵抗の小さ
いＭＯＳ構造として、図６（ａ）に示すように、ポリシ
リコン１０１と金属１０３との積層構造からなるポリ−
メタル電極を備えるＭＯＳトランジスタが提案されてい
る。ポリメタル電極構造を備えるＭＯＳトランジスタ
は、以下のようにして、形成される。

【０００３】まず、ゲート酸化膜１０５、ポリシリコン
層１０１、タングステンナイトライド層１１３、タング
ステン層１０３、シリコンナイトライド層１１１をシリ
コン基板１０９上に積層する。続いて、シリコンナイト
ライド層１１１、タングステン層１０３、タングステン
ナイトライド層１１３、ポリシリコン層１０１を順次パ
ターニングして、図６（ｂ）に示す電極構造を形成す
る。

【０００４】次に、シリコン層１０１とゲート酸化膜１
０５との間のストレスを抑えるため、ＭＯＳトランジス
タをウエット酸化処理装置に収容し、水蒸気と水素との
分圧比を、図７に斜線を付して示す選択酸化エリア内に
維持して、酸化処理を行う。

【０００５】この選択酸化処理により、化学式１に示す
反応が起こり、シリコン層１０１の側壁が酸化される。
一方、タングステン層１０３に関しても、化学式２に示
す酸化反応が起こるが、化学式３に示す還元反応によ
り、タングステンに復帰する。このため、シリコン層１
０１の側壁のみにサイドウオール酸化膜１０７が形成さ
れる。形成されたサイドウオール酸化膜１０７により、
シリコン層１０１とゲート酸化膜１０５との間のストレ
スが緩和される。

【０００６】

【化１】Ｓi＋２Ｈ_２Ｏ → ＳiＯ_２＋２Ｈ_２

【化２】Ｗ＋３Ｈ_２Ｏ → ＷＯ_３＋３Ｈ_２

【化３】Ｗ＋３Ｈ_２Ｏ ← ＷＯ_３＋３Ｈ_２

【０００７】続いて、ゲート電極１０１，１１３，１０
３及びサイドウオール酸化膜１０７をマスクとして、ゲ
ート酸化膜１０５を介してシリコン基板１０９中に不純
物イオンを注入し、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄを自
己整合的に形成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】高スループットで酸化
膜を形成するためには、上述の酸化処理をバッチ炉で行
うことが望ましい。バッチ炉では、ウエハボートに処理
対象の多数のウエハを載置して処理を行う。この際、温
度分布や気流などによるウエハ間の処理条件の不均一性
を避けるため、ウエハボートの一部にダミーウエハを配
置する。ダミーウエハは高価であり、繰り返して使用さ
れる。

【０００９】バッチ式酸化処理装置を使用して、ウエッ
ト酸化処理を行うと、形成される酸化膜の厚さがウエハ
の中央部と端部とで異なってしまう場合がある。

【００１０】本願発明者の検討によれば、酸化膜厚の面
内ばらつきが発生する原因の一つは次のように考えられ
る。タングステンは、比較的安定な物質であるが、減圧
及び高温での酸化処理の際、一部が気化し、気化したタ
ングステンと水蒸気が直接反応して、化学式４に示す反
応が起こる。

【００１１】

【化４】Ｗ＋４Ｈ_２Ｏ（ｇ） → Ｈ_２ＷＯ_４（ｇ）＋３Ｈ_２この化学反応により、水蒸気が消費されてしまう。この
ため、ウエハボートに積層されて配置されているウエハ
のセンタ部分に水蒸気が届きにくくなり、ウエハの中央
部で、酸化膜が薄くなってしまう。

【００１２】さらに、化学式２に示す反応により生成さ
れたＷＯ_３と水蒸気とが反応し、化学式５に示す反応が
起こり、水蒸気が消費され、センタ部分に水蒸気が届き
にくくなり、ウエハの中央部で、酸化膜が薄くなってし
まう。

【００１３】

【化５】ＷＯ_３＋Ｈ_２Ｏ（ｇ） → Ｈ_２ＷＯ_４（ｇ）

【００１４】気化したタングステンは反応管内に拡散
し、反応管の内壁やダミーウエハに付着する。また、化
学式４及び５によって生成されたＨ_２ＷＯ_４（ＷＯ_３・
Ｈ_２Ｏ（テトラオキソタングステン酸ガス））も、水蒸
気に溶解して、反応管内に拡散し、反応管の内壁やダミ
ーウエハに付着する。

【００１５】ダミーウエハは、繰り返して使用される。
このため、前回の酸化処理までにダミーウエハに付着・
蓄積したタンスグテンやＨ_２ＷＯ_４は、今回の酸化処理
でも拡散し、水蒸気と反応して、シリコンと酸素との結
合を抑制してしまう。結果として、ウエハの中央部と端
部では、形成される酸化膜の厚さが異なってしまうとい
う上述の問題が発生する。

【００１６】酸化処理毎にダミーウエハを交換すること
により、この問題を低減できるが、コストが増加する。
また、反応管１１の内面に付着したタングステンによる
問題は依然として発生してしまう。

【００１７】ＣＶＤ装置などの成膜装置では、反応生成
物が反応管の内面に多量に堆積するため、フッ化物系ガ
スなどを用いて装置を分解することなく、クリーニング
する方法も提案されている（例えば、特公平６−６３０
９７）。しかし、金属性の反応生成物が発生しないはず
の、酸化処理装置では、この種のクリーニング技術は未
だ提案されていない。

【００１８】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、高品質の酸化膜を形成することを目的とする。ま
た、本発明は、酸化処理装置を効率良くクリーニングす
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる酸化処理装置は、シ
リコン層と金属層とを有する被処理体のシリコン層を所
定の減圧雰囲気中で選択的に酸化処理可能な酸化処理装
置であって、被処理体を収納可能な反応管と、前記反応
管内を加熱する加熱手段と、前記反応管内を所定の減圧
雰囲気に制御可能な排気手段と、前記反応管内に、酸化
処理を施すための処理ガスを供給可能な酸化処理ガス供
給手段と、前記酸化処理の際、被処理体中の金属層より
脱離し、前記反応管内に付着した金属または金属化合物
を除去するためのクリーニングガスを前記反応管内に供
給可能なクリーニングガス供給手段と、を備えることを
特徴とする。

【００２０】この構成によれば、酸化処理装置の反応管
内にクリーニングガスを導入することにより、反応管内
の金属または金属化合物の付着物を比較的容易に除去で
きる。従って、反応管に付着した金属または金属化合物
により、酸化能力の低下や酸化膜厚のばらつきを抑える
ことも可能である。この酸化処理装置がバッチ式の場合
には、ダミーウエハを反応管内に収納した状態でクリー
ニングすることにより、繰り返して使用されるダミーウ
エハに付着した金属または金属化合物を除去し、ダミー
ウエハに付着した金属または金属化合物に起因する酸化
能力の低下や酸化膜厚のばらつきを抑えることも可能で
ある。

【００２１】なお、ここでいう、反応管に、通常の意味
での反応管（二重管構造の場合には、アウター、インタ
ーチューブ）と共に反応管内に収納されるウエハボート
などの石英治具等を含んで考えても良い。

【００２２】前記加熱手段と前記酸化処理ガス供給手段
との制御を行う制御手段を配置してもよい。この制御手
段は前記酸化処理の際、前記シリコン層を酸化し、か
つ、前記金属層の酸化を抑制するように、供給する酸化
処理ガス中の水と水素との分圧比と温度とを制御する。

【００２３】例えば、前記シリコン層は、ポリシリコン
から構成され、前記金属層は、タングステンなどの高融
点金属から構成され、前記酸化処理ガスは、水蒸気から
構成され、前記クリーニングガスは、少なくとも塩素ま
たはフッ素を含んだ化合物ガスから構成される。クリー
ニングガスとして塩素系ガスを使用する場合には、酸素
ガスを追加することにより、クリーニングを適切に行う
ことが可能である。

【００２４】前記クリーニング時に、反応管内の圧力を
１２０Ｐａ〜２８０Ｐａに維持する圧力コントローラを
配置してもよい。さらに、反応管内にクリーニングガス
を行き渡らせるため、クリーニング時に、反応管内の圧
力を変動させてもよい。

【００２５】また、この発明の第２の観点にかかるクリ
ーニング方法は、酸化処理装置の反応管内に付着した金
属又は金属化合物を除去するクリーニング方法であっ
て、反応管内にシリコン層と金属層とを有する被処理体
を収納した状態で酸化処理ガスを供給し、前記シリコン
層を選択的に酸化処理する工程と、反応管内に、前記酸
化処理の際、被処理体中の金属層より脱離し、前記反応
管内に付着した金属又は金属化合物を除去するためのク
リーニングガスを供給し、クリーニング処理する工程
と、を備えることを特徴とする。

【００２６】この構成によっても、反応管内にクリーニ
ングガスを導入することにより、反応管内の金属または
金属化合物の付着物を除去できる。従って、反応管の内
面等に付着した金属により酸化能力が低下したり、酸化
膜の膜厚がばらつく事態を防止できる。

【００２７】また、この発明の第３の観点にかかるクリ
ーニング方法は、酸化処理装置の反応管内に付着した金
属又は金属化合物を除去するクリーニング方法であっ
て、反応管内にシリコン層と金属層とを有する被処理体
と、ダミー基板とを収納した状態で酸化処理ガスを供給
し、前記シリコン層を選択的に酸化処理する工程と、前
記酸化処理の際、被処理体中の金属層より脱離し、前記
反応管内及びダミー基板に付着した金属又は金属化合物
を除去するためのクリーニングガスを、ダミー基板を収
納した状態の反応管内に供給し、クリーニング処理する
工程と、を備えたことを特徴とする。

【００２８】この酸化処理装置がバッチ式の場合、被処
理対象であるウエハと共にダミーウエハを反応管内に収
納した状態で酸化処理を行うことがある。この場合に
は、反応管内にダミーウエハを収納した状態で、クリー
ニングすることにより、ダミーウエハに付着した金属ま
たは金属化合物をも除去し、反応管だけでなく、ダミー
ウエハに付着した金属または金属化合物に起因する酸化
能力の低下や酸化膜厚のばらつきを抑えることも可能で
ある。

【００２９】前記酸化処理工程の際には、前記シリコン
層を酸化し、かつ前記金属層の酸化を抑制するように、
供給する酸化処理ガス中の水と水素との分圧比及び温度
とを制御する。

【００３０】例えば、前記シリコン層はポリシリコンか
ら構成され、前記金属層は高融点金属から構成され、前
記酸化処理ガスは水蒸気を含む水素ガスから構成され、
前記クリーニングガスは塩素またはフッ素を含んだ化合
物ガスから構成される。クリーニングガスとして塩素系
ガスを使用する場合には、酸素ガスを追加することによ
り、クリーニングを適切に行うことが可能である。前記
クリーニング工程の際には、反応管内の圧力を１２０Ｐ
ａ〜２８０Ｐａとすることが望ましい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。（第１の実施の形態）図１は、この発明の第１の実施の
形態にかかるバッチ式の縦型酸化処理装置の構成を示
す。

【００３２】この縦型酸化処理装置は、図１に示すよう
に、長手方向が垂直方向に向けられた有天井円筒状の反
応管（反応室）１１を備えている。反応管１１は、耐熱
材料、例えば、石英より構成される。この反応管１１
は、アウターチューブとインナーチューブとを備える二
重管構造のものでも、単管構造のものでもよい。

【００３３】反応管１１の周辺部には、図２に示すよう
に、反応管１１を囲むように形成され、反応管１１内を
急速に昇温する能力を有するヒータ１２が配置されてい
る。

【００３４】反応管１１の下部には、ステンレス、Ｓｉ
Ｏ_２、ＳｉＣ等から構成されたマニホールド１３が設け
られている。マニホールド１３の一側面部には、酸化処
理ガス導入ポート４１とクリーニングガス導入ポート４
３が形成され、他側面部には、排気ポート４５が接続さ
れている。

【００３５】マニホールド１３の下方には、円盤状の蓋
体２１が反応管１１を気密封止可能に設けられている。
蓋体２１の上面には保温筒２３が配置され、保温筒２３
の上にウエハボート３１が載置されている。保温筒２３
は、回転部２５（図２参照）により、所定の速度で回転
される。蓋体２１は、昇降するボートエレベータ２７に
取り付けられている。

【００３６】被処理体用の保持具であるウエハボート
（熱処理用ボート）３１は、石英等より構成される。ウ
エハボート３１には、被処理体としてのウエハ（半導体
基板）Ｗが垂直方向に所定の間隔で積層されて収容され
ている。処理対象のウエハＷには、図６（ａ）に示す状
態の電極構造を有するＭＯＳトランジスタが形成されて
いる。ウエハボート３１は、ボートエレベータ２７の上
昇により、反応管１１内に収容され、また、ボートエレ
ベータ２７の下降により、反応管１１から搬出される。

【００３７】図２は、この実施の形態の縦型酸化処理装
置全体のシステム構成を示す。図示するように、マニホ
ールド１３の一側面部に接続された酸化処理ガス導入ポ
ート４１には、水蒸気を発生する水蒸気発生装置５１
が、酸化処理ガス供給管６１及びバルブＶＢ１を介して
接続されている。水蒸気発生装置５１には、ガス供給源
より水素（Ｈ_２）ガスと酸素（Ｏ_２）ガスと窒素
（Ｎ_２）ガスが供給され、水素（Ｈ_２）ガスと酸素（Ｏ
_２）ガスとの触媒反応により水蒸気を発生し、発生した
水蒸気を、窒素ガスをキャリアとして反応管１１内に供
給する。なお、水蒸気発生装置５１には、水素（Ｈ_２）
ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとの燃焼反応により水蒸気を発
生するものであってもよい。酸化ガス供給管６１の周囲
には、発生した水蒸気が冷却して凝結又は結露すること
を防止するためのヒータ５３が配置されている。

【００３８】クリーニングガス導入ポート４３には、ク
リーニングガス供給管６３が接続されている。このクリ
ーニングガス供給管６３には、塩化水素（ＨＣｌ）のガ
ス供給源と酸素のガス供給源と窒素のガス供給源とが、
バルブＶＢ２，ＶＢ３、ＶＢ４を介して接続されてい
る。

【００３９】マニホールド１３の他側面部に形成され
た、排気ポート４５には、排気管６５が接続されてい
る。排気管６５は、バルブなどを介してダクト６７に接
続される。ダクト６７には、凝結した水蒸気（水）を排
出するドレイン６９と、排気管７１とが接続されてい
る。排気管７１は、複合機能バルブＣＶ１とＣＶ２を介
して、常圧系の管路７３と減圧系の管路７５の２つに分
岐する。常圧系の管路７３はバルブＶＢ５を介して工場
排気に接続される。一方、減圧系の管路７５は真空ポン
プ７７に接続される。

【００４０】複合機能バルブＣＶ１，ＣＶ２は、反応管
１１内の圧力を自動制御するためのものであり、バルブ
と、バルブ制御部と、圧力検出部とを備える。バルブ制
御部は、圧力検出部が検出した圧力が所定の値に収束す
るようにバルブの開度を調整する。このような動作によ
り、複合機能バルブＣＶ１は、０〜−１０００Ｐａ（大
気圧から大気圧より１０００Ｐａ低い範囲）で圧力を調
整し、複合機能バルブＣＶ２は、１３３Ｐａ〜１０１ｋ
Ｐａ（１〜７６０Ｔｏｒｒ）の範囲で圧力を調整する。

【００４１】なお、配管６５，７１、７５及びダクト６
７等は、塩化水素による腐食を防止するため、石英又は
テフロン（登録商標）、あるいはテフロンを内面にコー
トした金属パイプなどから構成されることが好適であ
る。

【００４２】真空ポンプ７７は、ドライポンプなどから
構成され、１５０００〜２００００リットル／分程度の
排気容量を有する。真空ポンプ７７の排気管７８は可燃
ガス用の工場排気系（図示せず）に接続されており、酸
化処理時に発生する排気ガス（水を含む）は、この排気
管７８を介して、図示しない可燃ガス用の工場排気系へ
と排出される。

【００４３】水蒸気発生装置５１、バルブＶＢ１〜ＶＢ
５、ボートエレベータ２７及び真空ポンプ７７には、コ
ントローラ９１が接続されている。コントローラ９１
は、この縦型酸化処理装置の各部の温度、圧力等をセン
サにより測定し、以下に説明する一連の処理を、各部に
制御信号等を供給することにより、自動的に制御する。

【００４４】次に、この縦型酸化処理装置の動作を、図
６（ｂ）に示すＭＯＳトランジスタのゲート電極のポリ
シリコン層１０１の側壁を選択的に酸化する場合を例と
し、図３を参照して説明する。

【００４５】なお、以下に説明する一連の処理は、コン
トローラ９１により自動制御されて実行される。まず、
処理対象のウエハＷを、ウエハボート３１に載置する。
この際、ウエハボート３１の適当な位置にダミーウエハ
を載置する。ウエハＷが載置されたウエハボート３１
が、保温筒２３の上に載置される。ボートエレベータ２
７を上昇させ、反応管１１内をヒータ１２により４００
℃〜５００℃程度まで加熱して（ステップＡ１）、ウエ
ハボート３１を反応管１１内にロードする。

【００４６】ロードが完了し、マニホールド１３と蓋体
２１が気密に係合すると、複合機能バルブＣＶ２を全閉
状態として、真空ポンプ７７を動作させる。そして、複
合機能バルブＣＶ２の開度を制御してスロー排気（ウエ
ハＷの動きや反応管１１内での反応生成物の巻上が起き
ないような速度での排気）を行い、反応管１１内を所定
圧力、例えば、１０Ｔｏｒｒまで減圧する。この間、反
応管１１内をヒータ１２により、６００℃〜１０００℃
程度（望ましくは８００℃程度）まで加熱する（ステッ
プＡ２）。

【００４７】反応管１１内の圧力及び温度が所定値に達
すると、水素ガス及び酸素ガスを水蒸気発生装置５１に
供給を開始し、バルブＶＢ１を開く。水蒸気発生装置５
１は、水素ガスと酸素ガスとの触媒反応あるいは燃焼反
応により、水蒸気を含む水素ガスを生成し、生成した水
蒸気を含む水素ガスにキャリアガスである窒素ガスを追
加して、酸化処理ガス供給管６１を介して、反応管１１
内に供給する。この際、水蒸気が結露しないように、管
路ヒータ５３により酸化処理ガス供給管６１を加熱す
る。

【００４８】複合機能バルブＣＶ２の開度を制御して、
反応管１１内の圧力を２５Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒ程度
に制御した状態で排気を続けながら、酸化処理ガスの供
給を所定時間継続する（ステップＡ３）。

【００４９】この間、反応管１１内では、水蒸気と水素
との分圧比及び全体の温度が、図７に示す選択酸化を起
こす領域に保持される。この結果、図６（ｂ）に示す電
極構造のうち、シリコン層１０１の側壁部分のみが酸化
され、タングステン層１０３は実質的に酸化されない、
といった選択酸化が行われる。なお、水蒸気と水素との
分圧比、温度、圧力などは、センサなどにより常時モニ
タされ、測定値が目的値に一致するように、常時制御さ
れる。この酸化処理の間、排気ガスは、真空ポンプ７７
により吸気され、排気管７８を介して可燃ガス用の工場
排気系へと排出される。

【００５０】酸化処理完了後、水蒸気発生装置５１の動
作を停止すると共にバルブＶＢ１を閉じ、反応管１１内
にパージガスを供給して、反応管１１内を常圧状態に戻
す（ステップＡ４）。この後、ヒータ１２の動作を停止
し、所定の時間放置して冷却する（ステップＡ５）。

【００５１】冷却後、ボートエレベータ２７を降下し
て、ウエハボート３１をアンロードする（ステップＡ
６）。次に、ウエハＷが搭載されたウエハボート３１を
ボートエレベータ２７から取り外して、ウエハボート３
１上のウエハＷをカセットなどに移載する。ただし、ダ
ミーウエハは、次回の酸化処理でも使用するため、ウエ
ハボート３１上に残される。なお、処理によっては、ダ
ミーウエハもウエハＷとは別のカセットなどに移載し、
図示しないカセットストッカへ搬送した後、所定の間保
管し、必要に応じて使用するようにしてもよい。

【００５２】以上で、一バッチ分の酸化処理が完了す
る。

【００５３】このような酸化処理を繰り返すうちに、従
来技術で説明したように、反応管１１、マニホールド１
３、ウエハボート３１、ダミーウエハ等には、気化した
タングステンや反応副生成物であるＷＯ_３が付着する。
付着したタングステンやＷＯ _３は、次回の酸化工程中
に、水蒸気を消費し、酸化膜厚のばらつき等を引き起こ
してしまう。

【００５４】この問題を解決するため、この酸化処理装
置は、定期的に又は適宜、クリーニング処理を行う。こ
のクリーニング処理を図４を参照して説明する。

【００５５】まず、ダミーウエハを載置したウエハボー
ト３１を、保温筒２３上に載置し、ボートエレベータ２
７を上昇させて、マニホールド１３と蓋体２１とを気密
に係合する。

【００５６】次に、複合機能バルブＣＶ２を全閉状態と
し、複合機能バルブＣＶ１を制御して、反応管１１内を
大気圧より１８０Ｐａ程度（例えば、１００Ｐａ〜３０
０Ｐａの範囲）低い圧力にまで減圧する。また、ヒータ
１２により、反応管１１内を６００〜９００℃（望まし
くは８００℃程度）に加熱する。また、バルブＶＢ４と
ＶＢ３を開き、窒素を１１．５ＳＬＭ、酸素を１ＳＬＭ
（０．３〜３ＳＬＭ）程度反応管１１に供給する。さら
に、回転部２５により、保温筒２３を１分間に３回程度
回転する（ステップＢ１）。続いて、ヒータ１２によ
り、１分間に８℃程度（５〜１０℃）の上昇率で、反応
管炉１１の温度を上昇する。このとき、酸素の流量を
０．１ＳＬＭ程度（０．０５〜１ＳＬＭ）で抑える（ス
テップＢ２）。

【００５７】反応管１１内が１０００℃（９５０〜１１
００℃）に達すると、窒素を１．５ＳＬＭ、酸素を２Ｓ
ＬＭ程度流す状態を１時間程度維持し、反応管１１内を
パージする（ステップＢ３）。続いて、バルブＶＢ２を
開いて、ＨＣｌガスを０．５ＳＬＭ程度（０．１〜３Ｓ
ＬＭ）流す。この状態を６〜１６時間維持する（ステッ
プＢ４）。ＨＣｌガス中のＣｌ原子は、熱により活性化
されており、反応管１１（二重管構造の場合には、イン
ナー／アウターチューブの管壁）やマニホールド１３の
内面やウエハボート３１及びダミーウエハに付着してい
るタングステンやＷＯ_３と反応して、これらのタングス
テンやＷＯ_３をガス状態の反応生成物へと変化させる。
この反応生成物はガス流に乗って排気される。排気ガス
は、排気ポート４５から排気管６５、７１、７５を通っ
て、真空ポンプ７７を介して排気管７８を介して可燃ガ
ス用の工場排気系へと排出される。

【００５８】ＨＣｌガスの供給を６〜１０時間継続した
後、ＨＣｌガスの供給を停止し、反応管１１内に残留し
ているＨＣｌガスを１時間程度でパージする（ステップ
Ｂ５）。さらに、パージ後、ヒータ１２を制御し、徐々
に８００℃程度まで５０分程度（例えば、−４℃／分の
ペースで）で冷却する（ステップＢ６）。その後は、他
の処理に移る（ステップＢ７）。

【００５９】このようにして、この実施の形態に係る縦
型酸化処理装置によれば、装置を分解・脱着することな
く、装置内（反応管内壁面、ウエハボート及びダミーウ
エハなど）に付着したタングステン及びタングステン化
合物を除去することができる。従って、酸化処理中に、
装置内に蓄積されたタングステンやＷＯ_３が水蒸気と結
合して酸化処理が妨害され膜厚のばらつきを引き起こ
す、という事態を防止できる。従って、この酸化処理装
置の利用効率を向上し、トランジスタの維持コストを低
減することが可能である。しかも、高品質の半導体装置
を製造することができる。また、クリーニング処理の
間、反応管１１内に酸素を供給し続けている。この酸素
により、クリーニングが促進される。

【００６０】（第２の実施の形態）図８は、この発明の
第２の実施の形態にかかる縦型酸化処理装置全体のシス
テム構成を示す。図示するように、この酸化処理装置の
構成は、複合機能バルブＣＶ１及び常圧系の管路７３を
備えず、トラップ７９、第１の排気口８１、第２の排気
口８３、バルブＶＢ６及びＶＢ７を備えている点を除
き、図２に示す第１の実施の形態の構成と実質的に同一
である。

【００６１】図８の構成において、排気管７１は、複合
機能バルブＣＶ２を介して減圧系の管路７５に接続さ
れ、反応管１１から排気される排気ガスはもっぱら真空
ポンプへと導かれる。真空ポンプ７７の排気は、トラッ
プ７９を介して第１の排気口８１及び第２の排気口８３
に分岐している。

【００６２】第１の排気口８１は、酸化処理の際の排気
ガスを排出するためのものであり、第２の排気口８３
は、クリーニングに使用したハロゲン系ガスを排出する
ためのものであり、排気ガスは、バルブＶＢ６、ＶＢ７
により選択された排気口から排出される。第１の排気口
８１には、ウエット酸化時に発生するガスを無害化する
スクラバーが配置され、第２の排気口８３には、塩化水
素を無害化するスクラバーが配置されている。トラップ
７９は、排気ガス中の反応生成物を除去する。なお、配
管８３等は、塩化水素による腐食を防止するため、石英
又はテフロン、あるいはテフロンを内面にコートした金
属パイプなどから構成されることが好適である。

【００６３】バルブＶＢ６及びＶＢ７にもコントローラ
９１が接続されており、バルブＶＢ６及びＶＢ７は、コ
ントローラ９１により以下説明する通り制御される。

【００６４】この縦型酸化処理装置を用いて、図６
（ｂ）に示すＭＯＳトランジスタのゲート電極のポリシ
リコン層１０１の側壁を選択的に酸化する場合は、図３
に示した第１の実施の形態における処理と実質的に同一
の酸化処理を行えばよい。ただし、コントローラ９１
は、この酸化処理を行う間、バルブＶＢ６を開き、バル
ブＶＢ７を閉じるものとする。こうすることにより、排
気ガスが第１の排気口８１から、第１のスクラバーを通
って排出されるように流路を選択する。この酸化処理の
間、排気ガスは、真空ポンプ７７により吸気され、トラ
ップ７９により反応生成物が除去され、スクラバーによ
り無害化されて、第１の排気口８１から排出される。

【００６５】また、この縦型酸化処理装置の内部に蓄積
されたタングステンやタングステン化合物を除去するに
は、図４に示した第１の実施の形態における処理と実質
的に同一のクリーニング処理を行えばよい。ただし、コ
ントローラ９１は、このクリーニング処理を行う間、バ
ルブＶＢ６を閉じ、バルブＶＢ７を開くものとする。こ
の結果、排気ガスは、排気ポート４５から排気管６５、
７１、７５を通って、真空ポンプ７７を介してトラップ
７９で反応生成物が除去され、バルブＶＢ７により選択
されている第２の排気口８３から、第２のスクラバーに
より無害化されて排気される。

【００６６】上記実施の形態では、酸化処理時用とクリ
ーニング処理時用とで、異なる排気口８１，８３から専
用のスクラバーを介して排気を行うので、環境を汚染す
ることなく、酸化処理及びクリーニング処理を行うこと
ができる。

【００６７】この酸化処理装置においては、反応管１１
にＨＣｌを供給してクリーニングする際に、第１の実施
の形態の場合と同様に、反応管１１内を大気圧よりも１
８０Ｐａ程度低い圧力に維持して行うことができる。圧
力をほぼ一定値に維持した状態では、コンダクタンスが
低い部分やガスの流れの淀んだ部分（デッドスペース）
に塩化水素が到達しにくく、付着金属が除去されずに残
留する可能性がある。例えば、マニホールド１７には凹
凸部や接続部分が多く、塩化水素ガスが浸透しにくい。
しかし、この酸化処理装置がクリーニング処理を行うと
きの反応管１１内の圧力の許容幅は広く、１３３Ｐａ〜
１０１ｋＰａ（１〜７６０Ｔｏｒｒ）程度の範囲で任意
であるため、例えば、クリーニングの際、反応管１１内
の圧力を繰り返し変動させることにより、この問題を容
易に解決できる。具体的には、例えば図４のステップＢ
４で、真空ポンプ７７を起動した状態で、複合機能バル
ブＣＶ２を制御して、反応管１１内の圧力を、例えば、
１ｋＰａ〜１００ｋＰａ程度の間に設定するとともに、
この圧力範囲で変動させるようにすればよい。

【００６８】なお、この発明は上記実施の形態に限定さ
れず、種々の変形及び応用が可能である。まず、図１に
示す酸化処理装置の構成や、図２や図８に示す酸化処理
装置全体のシステム構成は、いずれも一例にすぎず、そ
の構成を適宜変更できる。例えば、図２に示すシステム
構成を有する酸化処理装置が更に図８に示すトラップ７
９、第１の排気口８１、第２の排気口８３、バルブＶＢ
６及びＶＢ７を備えていてもよい。また、水蒸気発生装
置５１は、触媒を用いて水蒸気を発生するものに限定さ
れず、酸素と水素との燃焼反応により、水蒸気を生成す
るタイプのものでもよい。また、図１の酸化処理装置で
酸化される対象は、図６（ａ）に示すような、ポリ−金
属ゲート電極のポリシリコンに限定されず、ポリシリコ
ンと金属を含む被処理体のポリシリコンを選択的に酸化
する多くの場合に適用可能である。さらに、酸化対象の
シリコンはポリシリコンに限定されず、単結晶シリコン
やアモルファスシリコンでもよい。また、金属も、タン
グステンに限定されず、チタン、モリブデン等の、他の
高融点金属（耐火金属）でもよい。さらに、クリーニン
グの手順も、図４に示す手順に限定されず、種々の変形
が可能である。

【００６９】クリーニングガスは、ＨＣｌに限定され
ず、他のハロゲンを含むガス、例えば、ＨＦガス、Ｃｌ
Ｆ_３ガス、Ｃｌ_２ガス、ＮＦ_３ガスなどを使用すること
も可能である。さらに、上述の例では、クリーニング時
にウエハボート３１にダミーウエハが載置された状態で
クリーニング処理を行ったが、ウエハボート３１からウ
エハＷ及びダミーウエハが取り外され、ダミーウエハを
含むウエハが載置されていない状態のウエハボート３１
が保温筒２３上に載置された状態でクリーニング処理を
行うようにしてもよい。

【００７０】

【実施例】図１に示す酸化処理装置を用いて、３０回の
選択酸化処理に使用したダミーウエハを上述の手法によ
り６時間クリーニングし、クリーニングの前後で表面に
付着しているタングステンの濃度を測定した。この結果
を図５に示す。図示するように、クリーニング前は、ダ
ミーウエハのエッジからセンタに向かって増加するよう
に、タングステンが検出された。これに対し、クリーニ
ング後は、ダミーウエハ上のどの位置でもタングステン
が検出されていない。この実験により、ＨＣｌガスと酸
素ガスとを使用したクリーニングがタングステンの除去
に非常に有効であることが確認された。

【００７１】さらに、クリーニングを行わない酸化処理
装置及びダミーウエハを使用して形成された酸化膜と比
較すると、クリーニングを行った酸化処理装置及びダミ
ーウエハを使用して形成された酸化膜の方が、面内（ウ
エハ内）の均一性が高いことが確認された。

【００７２】また、クリーニング時に、ＨＣｌガスと共
に酸素ガスを供給することにより、ＨＣｌガスを単独で
供給する場合よりも、クリーニング力が向上することが
確認された。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、酸化処理装置を効率良くクリーニングすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる縦型酸化処
理装置の反応管近傍の構造を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる縦型酸化処
理装置の全体の構造を示す図である。

【図３】ＭＯＳトランジスタのゲート電極のポリシリコ
ン層の側壁を選択的に酸化する手順を示す図である。

【図４】図１に示す縦型酸化処理装置をクリーニングす
る際の手順を示す図である。

【図５】クリーニング前後における、ダミーウエハ上の
タングステンの濃度を示すグラフである。

【図６】ポリ−タングステン電極とその製造方法を説明
するための図である。

【図７】反応管内の水蒸気と水素の分圧比及び温度と、
酸化される対象との関係を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる縦型酸化処
理装置の全体の構造を示す図である。

【符号の説明】

１１反応管（反応室）１３マニホールド２１蓋体２３保温筒２７ボートエレベータ４１酸化用処理ガス導入ポート４３クリーニングガス導入ポート４５排気ポート５１水蒸気発生装置５３ヒータ６１〜７５配管７７真空ポンプ７９トラップ９１コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン層と金属層とを有する被処理体の
シリコン層を選択的に酸化処理可能な酸化処理装置であ
って、被処理体を収納可能な反応管と、前記反応管内を加熱する加熱手段と、前記反応管内を所定の減圧雰囲気に制御可能な排気手段
と、前記反応管内に、酸化処理を施すための処理ガスを供給
可能な酸化処理ガス供給手段と、前記酸化処理の際、被処理体中の金属層より脱離し、前
記反応管内に付着した金属または金属化合物を除去する
ためのクリーニングガスを前記反応管内に供給可能なク
リーニングガス供給手段と、を備えた酸化処理装置。
【請求項２】前記加熱手段と前記酸化処理ガス供給手段
との制御を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記酸化処理の際、前記シリコン層を
酸化し、かつ、前記金属層の酸化を抑制するように、供
給する酸化処理ガス中の水と水素との分圧比と温度とを
制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の酸化処理
装置。
【請求項３】前記シリコン層は、ポリシリコンから構成
され、前記金属層は、高融点金属から構成され、前記酸化処理ガスは、少なくとも水蒸気と水素とから構
成され、前記クリーニングガスは、少なくとも塩素またはフッ素
を含んだ化合物ガスから構成される、ことを特徴とする
請求項１又は２に記載の酸化処理装置。
【請求項４】前記クリーニングガスは、塩素を含んだ化
合物ガスと酸素ガスとから構成される、ことを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化処理装置。
【請求項５】酸化処理装置の反応管内に付着した金属又
は金属化合物を除去するクリーニング方法であって、反応管内にシリコン層と金属層とを有する被処理体を収
納した状態で酸化処理ガスを供給し、前記シリコン層を
選択的に酸化処理する工程と、反応管内に、前記酸化処理の際、被処理体中の金属層よ
り脱離し、前記反応管内に付着した金属又は金属化合物
を除去するためのクリーニングガスを供給し、クリーニ
ング処理する工程と、を備えたことを特徴とするクリー
ニング方法。
【請求項６】酸化処理装置の反応管内に付着した金属又
は金属化合物を除去するクリーニング方法であって、反応管内にシリコン層と金属層とを有する被処理体と、
ダミー基板とを収納した状態で酸化処理ガスを供給し、
前記シリコン層を選択的に酸化処理する工程と、前記酸化処理の際、被処理体中の金属層より脱離し、前
記反応管内及びダミー基板に付着した金属又は金属化合
物を除去するためのクリーニングガスを、ダミー基板を
収納した状態の反応管内に供給し、クリーニング処理す
る工程と、を備えたことを特徴とするクリーニング方
法。
【請求項７】前記酸化処理工程の際、前記シリコン層を
酸化し、かつ前記金属層の酸化を抑制するように、供給
する酸化処理ガス中の水と水素との分圧比及び温度とを
制御することを特徴とする請求項５又は６に記載のクリ
ーニング方法。
【請求項８】前記シリコン層は、ポリシリコンから構成
され、前記金属層は、高融点金属から構成され、前記酸化処理ガスは、少なくとも水蒸気と水素とから構
成され、前記クリーニングガスは、少なくとも塩素またはフッ素
を含んだ化合物ガスから構成される、ことを特徴とする
請求項５、６又は７に記載のクリーニング方法。
【請求項９】前記クリーニングガスは、塩素を含んだ化
合物ガスと酸素ガスとから構成される、ことを特徴とす
る請求項５乃至８のいずれか１項に記載のクリーニング
方法。
【請求項１０】前記クリーニング工程の際、反応管内の
圧力を１３３Ｐａ〜１０１ｋＰａとする、ことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載
のクリーニング方法。