JP2004335994A - 高融点金属側壁の代わりにシリコン側壁を酸化させてゲート導体の側壁表面を選択的に酸化する炉システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリティカルな処理ステップ中に、周囲空気が炉システムの加熱されたチャンバに入るのを最小限にする改良された炉システムおよび方法を提供する。
【解決手段】本炉システムは酸化ステップで使用する。この酸化ステップでは、温度のランプ・アップやランプ・ダウン中、および温度安定化および酸素ガスの導入の前のクリティカルな瞬間に、基本的に窒素のような不活性ガスで漏れの可能性がある部分をパージして、酸素を含む周囲空気が大気圧チューブに入らないようにする。チューブ内に酸素がなければ、酸化前後のクリティカルな瞬間に、例えば、ゲート導体のタングステン側壁表面が偶然に酸化されることはない。しかし、水蒸気が存在すれば、この場合、酸素と一緒に水素が使用可能なので、上のタングステンではなくて、下のポリシリコンの側壁表面だけが酸化される。不活性ガスで充填された容器は、チューブだけでなく、加熱されたガスをチューブ中に送り込むためのトーチの漏れの可能性のある部分に後付けされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路の製造に関し、より詳細には、高融点金属の層と多結晶シリコン（「ポリシリコン」）の層を有するゲート導体の選択酸化に関する。選択酸化は改良された大気圧炉を使用して行い、閉じられ水素のような酸化物還元ガスが存在していない間に、この炉の中への酸素の漏れを最小にするように炉のクリティカルな領域に室素を流すことによって、高融点金属側壁の酸化が最小になるが、それでもポリシリコン側壁の酸化を可能とする。

次の記述および例は、この項に含まれるという理由で先行技術であると認められない。

集積回路の製造は、多くのステップを含んでいる。例えば、ゲート導体は、前に半導体トポグラフィ全体にわたって堆積されたポリシリコンを選択的に除去して形成される。その後で、残っているポリシリコンは、下の基板中に接合領域を形成するときに、マスクとして使用することができる。したがって、ポリシリコン・ゲートは、下の接合の間に位置合わせされ、「自己整合ゲート」と呼ばれることがある。

多くの現代のゲート構造は、チャネル領域の上に誘電的に間隔を空けて配置された単純なポリシリコン層だけではなく多層を含むことが多い。例えば、ゲート導体は、パターン形成されたポリシリコンの上に整列された高融点金属層を有することがある。高融点金属は、基本的にｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリコンの間の接合を短絡する低抵抗平形導線として作用する。相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイスに応用可能な平形導線領域だけに高融点金属を配置するのではなく、必要であれば、高融点金属は、ポリシリコン配線全体に沿って延びてポリシリコン・ゲートの実効シート抵抗を下げ、さらに、集積回路の大部分にわたって延びる上側の金属配線に対するポリシリコンの付着力を高めることができる。

積層されたポリシリコンと高融点金属のゲート導体に起因する問題は、酸化ステップの作用を受けるときに、各々の層が異なった反応を示すことである。例えば、よく知られている低ドープ・ドレイン（ＬＤＤ）技術を使用して傾斜接合を形成するために、ゲート導体の側壁表面を酸化することが必要である。酸化ステップは、ゲート導体の側壁表面にスペーサを形成するだけでなく、前のエッチング・ステップの結果としてポリシリコンに生じた損傷を回復させるのにも役立つ。回復プロセスは、アニール・ステップで行われることが多い。ポリシリコンに存在しているかもしれないどんな損傷もアニールするために、ゲート導体は比較的高い温度にさらされ、アモルファス・シリコンをより安定なポリシリコン構成に変換する。

ポリシリコン・ゲートの露出された側壁表面が高温で酸素にさらされるといつでも、スペーサの形でそのポリシリコンに酸化物が成長する。同じく酸化環境にさらされる上側の高融点金属の側壁表面についても、同じことが言える。高融点金属とその高融点金属が高温で酸素にさらされる条件に依存して、高融点金属は、酸素によって完全に消耗されるこもあり、また一部分だけ消耗されることもある。最悪のシナリオでは、高融点金属は完全に消耗され、また、ゲート導体の上のキャップ層がゲート導体自体から剥がれるほどに、高融点金属の構造が危険にさらされるようになるかもしれない。最悪とは言えないシナリオでも、高融点金属は側壁表面が一部分だけ消耗され、ゲート導体に、ヒロック、バンプ、またはゲート導体から横方向に外側に向かって延びるウィスカが現れる。

ゲート導体の側壁表面を酸化することは有利であるが、その表面だけを選択的に酸化することが遥かに重要である。言い換えれば、ポリシリコン側壁表面だけを選択的に酸化し、高融点金属側壁表面を酸化させないプロセスを導入することが望ましい。したがって、酸化プロセスを実施する酸化チューブのクリティカルな加熱中に、酸素の導入を基本的に最小限にする酸化プロセスの改良が必要である。多くの従来の方法は、酸化プロセスを行う特別に設計された低圧炉またはチューブ、または、ウェーハがチューブに押し込まれた後まで比較的低温であり、その後でチューブが酸化温度に加熱されるようなチューブの使用を教示している。高融点金属が比較的低い温度で酸化しないことは比較的知られているが、比較的低温の低圧炉を使用し、それから酸化温度を達成するように温度をランプ・アップしなければならいという概念は、酸化プロセスの処理能力を著しく落とす。したがって、ウィスカが生じないで処理能力が悪くならない方法で、高融点金属を酸化しないポリシリコンの選択酸化が行われなければならない。

上で略述した問題は、改良された炉および改良された炉を使用するプロセス方法によって大部分解決することができる。改良された炉は、好ましくは比較的高い温度に予備加熱されるチューブを含む。ボート内に複数のウェーハが整列させられて配置され、そのウェーハを含むボートはロード・ロック領域に維持される。ロード・ロック領域すなわちボート取扱い領域は、基本的に、窒素のような不活性ガスだけを含む。その後、ボートは予備加熱されたチューブ中に挿入され、チューブが密閉される。

チューブに挿入した後でチューブを密閉しても、チューブの中への出し入れ口またはそのまわりに、さらには、チューブへの入口管路またはチューブからの排気管路に発生する不慮の漏れがあるかもしれない。これらの漏れの可能性のある部分の各々のまわりに、好ましくは囲いが配置される。この囲いは、漏れの可能性のある部分のまわりのチューブの外側表面に好ましくは取り付けられる開口部を有する、例えば箱として構成することができる。また、囲いは、窒素のような不活性ガスを囲い中に導入することができる入口を有する。不活性ガスは、囲いの中で漏れ部分のまわりを循環し、それによって、その後の酸化を実施するために行われなければならないクリティカルな温度ランプ・アップの瞬間に、酸素のような周囲空気がチューブに入らないようにすることができる。

ボート取扱い領域から酸素をパージし、チューブを予備過熱している間に、水素のような酸化物還元ガスが存在しない状態で不慮の漏れ部分を通って入る酸素が、残念ながら、高融点金属を酸化する。酸化が行われるとき、水素と酸素の両方が水蒸気の形で存在すべきである。酸化前のクリティカルな瞬間に、不活性ガス、水素、または不活性ガスと水素の組合せのいずれかが存在し、酸素は存在しない。温度のランプ・アップおよびランプ・ダウン中に不活性ガスと水素は、水素よりも多くの不活性ガスが存在する状態で維持されることが望ましい。本明細書では水素を加えた不活性ガスを「フォーミング・ガス」と呼ぶ。温度ランプ・アップ後でランプ・ダウン前に、不活性ガスを、より多くの水素と酸素に置き換えて、水蒸気を形成する。また、水蒸気を「酸化ガス」と呼ぶ。水蒸気は、ポリシリコン側壁表面を酸化するだけでなく、高融点金属側壁表面も部分的に酸化する。しかし、水蒸気環境内の水素は、高融点金属側壁表面に生じるどんな酸化でも還元するので、結果として、高融点金属側壁に酸化成長が起こるとしても、基本的に僅かである。

低圧の種類の比較的低温のチューブを使用するのではなく、本チューブは、処理能力を高めるように予備加熱され、かつ、意図的に大気圧のチューブまたは炉とする。大気圧酸化炉は、トーチを使用して、チューブに導入されるフォーミング・ガスを予備加熱する。フォーミング・ガスは、可燃性条件を防ぐためにチューブが密閉された後で生じたチューブ中に存在する水素とともに大気圧でチューブ中に入れられる。

一実施態様では大気圧炉が提供される。この炉はチューブと囲いを含む。囲いはチューブの外側表面に取り付けるられる。囲いの一部に外側表面に接する開口部を形成し、その開口部でチューブ中への開口、クラック、穴、または漏れを取り囲む。したがって、開口部は漏れ部分と呼ばれる。囲いはその漏れ部分を覆い、囲いで受け取られる不活性ガスを漏れ部分に制限する。これによって、クリティカルな酸化前および酸化後に、酸素を含む大量の周囲空気が漏れ部分に入るのを基本的に防ぐことができる（窒素で充填された囲いが無いとき、漏れ部分に入ってくる酸素に比べて）。

開口すなわち漏れ穴は、設計によって意図的には存在しない。しかし、例えば、入口管路、出口管路、またはチューブのドアの封止材またはヒンジが漏れるようなことがあれば、チューブ中への開口すなわち漏れ穴が発生するであろう。囲いはチューブ内の漏れを覆うように使用されることに加えて、また、囲いは、チューブの外にありチューブから分離した加熱チャンバまたはトーチ内の漏れを覆うように使用することもできる。大気圧炉では、チューブ中に導入されるガスを予備加熱するためにトーチが必要である。チューブと同様に、加熱チャンバにも不慮の漏れが生じることがある。囲いは、加熱チャンバ全体を完全に囲繞するか部分的に囲繞するかどちらかである。

他の実施態様によれば装置が提供される。本装置は、入口および開口部を有する囲いを備える。入口は、囲いの中への不活性ガスを受け取るように働き、開口部は、チューブまたは加熱チャンバ（トーチ）のような容器の外側領域に接して配列される。したがって、囲いの開口部は、容器の漏れ部分のまわりで安全であるように構成される。

さらに他の実施態様によれば方法が提供される。この方法は、出し入れ口を通して加熱されるチューブの中にウェーハを押し込み、それから出し入れ口を閉じる。そして、フォーミング・ガスの存在する状態で、チューブの温度を上昇させる。そのようなガスは、大部分（６０％よりも遥かに多い）が窒素で少量（４０％より遥かに少ない）が水素である。その後で、窒素を取り除き、酸素と共に水素の流れを増加させて、水蒸気を形成させ、それと同時に一方で、漏れを含んでいるかもしれない、または、含んでいないかもしれないチューブの外側表面の選択部分に不活性ガスが維持されている。しかし、万一漏れが発生すれば、その近くに不活性ガスが存在していることが望ましい。

本発明の他の目的および有利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照するときに、明らかになるであろう。

ここで図面に注意を向けると、図１は、集積回路の製造で使用することができる炉１０を示す。炉１０は３つの構成部分を含む。すなわち、カセット・ステージング領域（cassette staging area）１２、ボート取扱いユニット１４、チューブ領域１６である。カセット・ステージング領域１２は、ウェーハ製造領域からウェーハ・ステージング領域１２への出し入れ口１９を通してウェーハが充填されたカセット１８を挿入させられる。そして、適切な数のウェーハ充填カセットが炉１０に挿入された後で、出し入れ口１９を密閉する。

密閉されると、カセット保管領域１２とボート取扱いユニット１４に室素のような不活性ガスを充填する。図示しないが、出し入れ口が開き、ロボット・アームがウェーハ・カセット１８を領域１２からボート取扱いユニット１４に移す間を除いて、領域１２は、ボート取扱いユニット１４の領域から密閉されるのが望ましい。領域１２と１４から全ての他の非不活性ガスをパージして、後で領域１２と１４が領域１６内の加熱されたチューブにさらされたときに、ウェーハの酸化を防ぐようにする。ロボット・アームを使用して、ボート２０に入れるべきウェーハをカセット１８から取り出すことができる。矢印２２は、ロボット・アーム（図示しない）の動きを示す。

領域１２に持ってこられたウェーハが領域１４のボート２０に入れられるとすぐに、ボートはチューブ２４に挿入する準備ができる。しかし、ウェーハ充填ボート２０を挿入する前に、領域１６への出し入れ口を開けなければならない。それから、ボート２０を矢印２６に沿って上に向けてチューブ２４の開口の中に持ち上げる。好ましくは、チューブ２４は、石英チューブ内側ライニングを囲繞するヒータ要素２８により予備加熱される。また、チューブ２４内の環境は、領域１２および１４の中の不活性環境と同様な不活性環境であることが望ましい。これによって、適切なフォーミング・ガスがチューブに存在するようになる時間まで、不慮の酸化成長が防止される。不活性環境が存在しなければ、ウェーハは酸化性の高温にさられるかもしれないので、酸化物が成長するであろう。

領域１６は、領域１２、１４のように、不活性ガスが充填された領域である必要はない。代わりに、領域１６は、製造施設内の周囲空気を含む。したがって、チューブ２４の外側表面のまわりに、特に入口チューブ３０や出口チューブ３２のまわりに周囲空気が存在する。同様に、周囲空気は出し入れ口が閉まった後に出し入れ口のまわりにも存在する。さらに、加熱チャンバすなわちトーチ４０、そのトーチ４０に入って行く入口管路３４、そのトーチ４０から出て行く出口管路３６のまわりにも周囲空気が存在する。トーチ４０は、チューブ２４から独立し分離しており、加熱されたチューブにガスを挿入する前に、ガスを前もって加熱する。ガスが加熱されないで、低温の供給ガスが加熱された石英チューブ中に送り込まれると、石英はひびが入るか粉々に砕けるかもしれない。したがって、トーチ４０は、チューブが比較的高温に加熱されなければならない酸化ステップで有益である。

チューブ２４の入口管路と出口管路および出し入れ口と同様に、トーチ４０は好ましくは囲い４２ａで囲繞され（部分的にまたは完全に）る。この囲い４２ａは、チューブ２４の領域を部分的にまたは完全に囲繞する囲い４２ｂや４２ｃと同様である。囲い４２の目的は、トーチ４０かチューブ２４かいずれかの範囲内の漏れの可能性のある部分を取り囲むことである。漏れ部分は通常は存在しないが、ただ、時間が経って、入口管路や出口管路、密閉された出し入れ口のまわりのシールが機能しなくなって、外部（非不活性）の周囲空気がトーチ４０またはチューブ２４に入ってくるようになる。各囲い４２は、漏れの可能性のある部分を囲繞するだけでなく、図示のように入口４４ａ、４４ｂ、４４ｃを有する。これらの入口によって、窒素のような不活性ガスが送られてそれぞれの囲い４２に入るので、その結果、漏れ部分は周囲空気ではなくて不活性ガスにさらされる。

チューブ２４は、異なる向きの非常に多くの方法で構成することができる。図１に示す例は、垂直形チューブであるチューブ２４を示し、この場合、ボート２０は、垂直方向に上向きにチューブ２４の開口に挿入される。しかし、ちょうど同じように、チューブ２４を水平に配置することができ、個々のウェーハまたはウェーハ充填カセットは、例えば様々なカンチレバーおよびソフトランディング・システムを使用して、チューブの水平軸に沿って吊るされる。チューブ２４とトーチ４０の両方は、１つまたは複数の入口管路および１つまたは複数の出口管路を持つことができる。

大気圧チューブは、トーチ４０で生成された加熱ガスを受け取る。チューブ２４が低圧チューブである場合、大抵の低圧酸化システムはバブラを含み、そのシステムでは、水で部分的に満たされた加熱された囲いから水蒸気が引き出される。チューブがより低い圧力であるために、水蒸気はチューブ中に引き込まれる。これに対して、大気圧チューブは、低圧チューブと同じようには水蒸気を引き込むことはできない。その代わりに、大気圧チューブはトーチを含み、このトーチが、加熱された水素と酸素を混合して水蒸気を形成し、この水蒸気が、トーチによって強制的にチューブに入れられる。トーチが低圧炉で使用されると、チューブの圧力がより低いために、トーチとより低い圧力のチューブの圧力差によって、トーチの炎は実質的に消える。したがって、低圧炉は一般にバブラを伴うが、一方で、大気圧炉は一般にトーチを伴う。また、水素のような爆発しやすいガスを使用する大気圧チューブに関連して、燃焼ボックスおよび／またはスクラバ５０がある。スクラバ５０によって、水素は、加熱されたとき、製造施設内に可燃性状態を引き起こさないことが保証される。それによって、水素が出口管路３２から放出されるときに、燃焼ボックスにより水素が燃え尽きる。

図２は、トーチ４０およびチューブ２４の漏れの可能性のある部分のまわりに配置された囲い４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄをより詳細に示す。各囲い４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは、対応する入口５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄおよび開口部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄを含む。入口は導管５６を受け取るように構成されている。導管５６は、好ましくは、窒素のような不活性ガスを含む。トーチ４０、チューブ２４、またはトーチ４０またはチューブ２４の中に入っていく多数の入口管路またはそこから出てくる多数の出口管路の様々な外側表面に接触するような、またはその外側表面のまわりで安全になるような寸法に開口部５４が作られる。これらの開口部は、漏れ部分または漏れの可能性のある部分のまわりで実質的に封止するように配列される。もっと具体的に言えば、開口を包んで囲い４２が漏れ部分を囲繞する。このようにして、漏れが存在するようなことになっても、入口５２に導入される不活性ガス（矢印Ａで示すような）は、強制的に周囲空気が漏れ部分に入らないようにする（矢印Ｂで示す）。したがって、開口部５４が、チューブ２４、トーチ４０、またはそれらと関連した管路の外面に完全には封止されていなくても、開口部５４を通って囲いの中に漏れるかもしれない周囲空気は、囲い中に送り込まれる不活性ガスのために漏れ部分から実質的に追い返される。

主な漏れ部分は、チューブ２４の出し入れ口、入口／出口管路、およびトーチ４０の入口／出口管路のまわりの領域であるが、漏れが存在するかもしれない他の領域があるかもしれない。囲い４２は、不活性ガスを受け取り、そして、その不活性ガスを、上で示した例の領域だけでなく、理想的には密閉されたチャンバであるべきものの任意の漏れ部分に配置させることができる任意の囲いと考えることができる。示したように、理想的に密閉されたトーチ４０およびチューブ２４が酸化環境で使用可能であり、酸素および水素が混合され加熱されて水蒸気を形成する限り、トーチ４０およびチューブ２４は、示した例示の構成を超えて異なった構成に配列することができる。

図３は、酸化プロセスの１つの例を示す。しかし、留意すべき重要なことであるが、酸化は、集積回路製造プロセス全体の中の多数のプロセス・ステップで適用することができる。側壁酸化物を生成する例としての単一酸化ステップは、改良された炉が使用される１つの例に過ぎない。図３は、半導体基板６２に形成された酸化物６０の一様な層を有する半導体トポグラフィの断面を示す。酸化物６０の上に、アモルファス・シリコン６４の層が形成される。アモルファス・シリコン６４の上に、高融点金属室化物６６のようなバリア層がある。一般的なバリア層は、例えば、室化タングステンである。バリア層６６の上に、タングステン６８のような高融点金属層がある。その後で、多層６０、６４、６６、６８は室化物層７０でキャップされる。その後、硬化フォトレジスタ７２のようなパターン形成されたマスク層を使用して、多層構造全体をフォトリソグラフィにかける。

図４は、図３のステップに続くプロセス・ステップを示す。このステップでは、様々なよく知られている異方性または等方性エッチングおよび洗浄シーケンスを使用して、前のマスク層７２によって、露出された多層６４〜７０を除去する。除去される上にある層に加えて、酸化物層６０の少なくとも１部も除去される。その後で、パターン形成されたフォトレジスト層を除去し、多層ゲート７６を残す。ゲート７６は、その後に基板６２の中に形成されるチャネル領域の上に誘電的に離して配置された層６４〜７０を含む。

図５は、傾斜した接合８０ａと８０ｂの対の間に、基板６２の中に形成されたチャネル領域７８を示す。傾斜接合は、ポリシリコン層６４の側壁表面へのスペーサ形成と組み合わされた自己整合ゲート・マスク技術を使用して形成される。図１および２の改良された炉の中で行われる選択酸化プロセスを使用して、スペーサ８２ａ、８２ｂがポリシリコン６４の両側壁表面から外に向かって成長するが、上にある高融点金属からは成長しない。このプロセスをさらに図６で述べる。スペーサ８２に加えて、スペーサ８２から外に広がるスペーサ８３は、傾斜接合を拡張するように、また、例えば層間誘電体から下の側壁表面を密封するように、すなわち「キャップ」するように使用できる。キャップ・スペーサ８３は堆積させることができ、室化シリコンで作ることができる。

図６は、例えば上にある高融点金属の側壁表面ではなくて、ポリシリコン側壁表面を選択酸化させるのに使用される処理シーケンスを示す。前のエッチング・ステップで生じた損傷をアニールしながら、ポリシリコンの側壁表面を酸化するプロセスは、チューブを開き、ウェーハが充填されたボートを、窒素環境だけを含むボート取扱い領域（図１）からチューブの中に押し込むことで始まる。このように、以下で説明するように、チューブは最初に窒素を含むように準備されているので、押込みステップ８４は、窒素環境の中で行うことができる。ボートがチューブ中に置かれるとすぐに、チューブまたは炉のドアを閉じ（８６）、炉を閉じる前か炉のドアが閉まったときかいずれかに、漏れ部分のまわりの囲いも窒素パージ・ガスを受け取る（８８）。チューブが密閉され、漏れ部分が周囲空気を窒素でパージしているときに、ステップ９０で示すように、チューブの温度は、例えば約５００〜６５０℃からおおよそ７００〜８５０℃、より好ましくは約６００℃から７５０℃の酸化温度に上昇させる。たとえ囲いが漏れの可能性のある部分およびそのまわりで窒素を受け取っても、いくらかの酸素が外部環境からチューブ中に偶然にもれることは起こり得る。しかし、酸素漏れは、窒素パージ囲いが使用されない場合よりも２から３桁少なくなる。ランプ・アップ手順中の高融点金属の消耗および／またはウィスカ形成を防ぐために、チューブのドアが閉まるとすぐに、窒素ガスと共に水素ガスをチューブの中に導入する。水素ガスは窒素ガスと混合し、フォーミング・ガスになり、このフォーミング・ガスはランプ・アップのステップ９０全体にわたって存在する。したがって、このプロセスは、純粋な窒素ガスから窒素と水素の組合せ、好ましくは窒素に対してほぼ１〜１０％の水素、より好ましくは５％の水素への切換えを含む。温度が安定したときに、水素の流れを増加させ、そして、ステップ９２で示すように、基本的にチューブ内で水素が窒素に置き換わる。

留意すべき重要なことであるが、水素を入れる前に、チューブはほぼもっぱら窒素または任意の他の不活性型環境だけを含んでいた。特に、水素の導入前に、チューブは酸素を含むべきでなく、したがって、チューブがパージされているとき、および、チューブがパージされたときと、ウェーハがチューブに押し込まれその後で出し入れ口が密閉されるときとの間の時間全体にわたって、漏れ部分を囲繞する囲いは、窒素でパージしなければならない。水素の導入前に、なぜか酸素がチューブ中に漏れた場合には、酸化を無くする水素のような還元剤がないので、酸素は例えばタングステンの側壁表面を酸化する。したがって、囲いの窒素パージが有益である酸化ステップ中のクリティカルな瞬間は、チューブがパージされるときと密閉されたチューブに水素が導入されるときとの間のステップである。たとえ水素が充填された囲いがそのような漏れを軽減しても、不慮の酸素漏れを無くすために、水素還元剤が窒素パージ・ガスと共に使用される。水素の爆発性の特質（加熱されたとき）が密閉環境以外では有害なので、水素は密閉された囲い中に導入しなければならない。

水素がチューブに導入されているとき、チューブの温度は酸化温度に安定し（９４）、その後で、ステップ９６で、トーチ４０によって、酸素がチューブ中に導入される。高温Ｈ₂Ｏ（水蒸気）環境は、シリコンを酸化するだけでなく、水蒸気の水素成分が高融点金属の酸化を実質的に防ぎ、同時に、高温環境で、ポリシリコンにもたらされた前のエッチングの損傷がアニールされる。水蒸気によるシリコンの酸化およびアモルファス・シリコンのポリシリコンへの変換は、ステップ９８に示される。

適切なスペーサ厚さが達成されるとすぐに、ステップ１００で酸素の流れが終わるが、水素の流れは継続して、高融点金属１０２の側壁表面に形成されたかもしれない酸化物を還元する。水素の流れの継続時間は、どのくらいの還元が必要であるかに依存して調整することができる。その後で、温度がランプ・ダウンされる前に、またはランプ・ダウンされている間に、ステップ１０４で、チューブ内に窒素を導入する。ランプ・ダウン・ステップ１０６は、好ましくは、水素と窒素のフォーミング・ガス内で行われ、この場合、たとえ水素で充填された囲いが存在していて、なぜか依然として存在するかもしれない酸素の漏れを水素が軽減する。いったんチューブ内の温度が十分に下がるとすぐに、炉またはチューブのドアが開かれ（１０８）、そして、ステップ１１０で、囲いの窒素パージは終了する。その後で、窒素環境中でチューブからウェーハが引き出される（１１２）。

この開示の恩恵を受ける当業者には正しく理解されるであろうが、このプロセス・ステップおよび漏れ回避対策は、どのような高温炉にも応用することができ、単に酸化炉だけではなく、まして垂直酸化炉だけではない。本プロセス・ステップおよび漏れ回避対策の主要な目的は、炉動作のクリティカルな瞬間の間に炉内の処理環境にとって有害である周囲空気を、完全に無くしないとしても、実質的に最小限にすることである。以上で説明した例は酸化に応用することができ、この酸化においては、高融点金属側壁表面が水素の無い状態で高温にさられる間中、酸素を含む周囲空気は回避されることになる。このように、水素がチューブ中に導入されるまで、漏れ部分が十分に窒素でパージされることを保証してチューブから酸素を無くすべきである。漏れ部分を囲繞する各囲い中へのおおよそ５〜１０リットル／分の窒素流量は、酸素を含む周囲空気が漏れ部分を通ってチューブまたはトーチに入るのを防ぐのに十分であるように思われる。次の特許請求の範囲は全てのそのような利益、特徴、修正および変化を含むように解釈されることを意図している。したがって、明細書および図面は、限定する意味ではなくて例示の意味で考えられるべきである。

カセット保管領域、ボート取扱い領域および加熱チューブを備える生産炉を示す透視部分切取り図である。 トーチから送られる加熱されたフォーミング・ガスを受け取るように結合されたチューブを示す側面正面図であり、チューブとトーチの両方が、漏れ部分を横切る不活性ガスの流れを受け取るそれぞれの囲いで囲繞されたチューブの入口管路、排気管路、およびドアに近接した漏れ部分を有する。 多層の上層に配置された、パターン形成されたマスク層を備える半導体トポグラフィを示す部分断面図である。 パターン形成されたマスク層で覆われていない多層を除去して多層ゲート導体を形成した後の図３の半導体トポグラフィを示す部分断面図である。 図１および２の改良された大気圧炉を使用して、ゲート導体内の高融点金属層の側壁表面の代わりに、ゲート導体内のポリシリコン層の側壁表面を選択的に酸化した後の図４の半導体トポグラフィを示す部分断面図である。 図１および２の改良された大気圧炉で行われる選択酸化プロセスを示す流れ図である。

符号の説明

１０ 炉、２４ チューブ、１９ 出し入れ口、２０ ボート、２８ ヒータ要素、４０ トーチ、３４ 入口管路、３６ 出口管路、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 囲い、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ 入口、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ 開口、６２ 半導体基板、６４ アモルファス・シリコン、６６ 高融点金属室化物、６８ タングステン、７６ 多層ゲート、８２ａ、８２ｂ スペーサ

Claims (21)

1. チューブと、
   前記チューブの外側表面に近接して配置され、かつ前記チューブの中への開口を囲繞する囲いであって、不活性ガスで充填された前記囲いが存在しなければ前記開口を通るかもしれない周囲空気の代わりに、前記囲いおよび前記開口の中に供給される不活性ガスを受け取るための囲いとを備える大気圧炉。
2. 前記チューブが、フォーミング・ガスに続いて酸化ガスを前記チューブ中に送り込むように構成された入口管路を備え、前記開口部が、前記入口管路の外側表面と前記チューブの間に延びる請求項１に記載の炉。
3. 前記フォーミング・ガスが、水素および窒素を含み、さらに前記酸化ガスが水蒸気を含む請求項２に記載の炉。
4. 前記チューブが前記チューブからの排気ガスを送るように構成された出口管路を備え、さらに前記開口が、前記出口管路の外側表面と前記チューブの間に延びている請求項１に記載の炉。
5. 前記チューブが、前記チューブ中に半導体ウェーハを受け取るように構成された出し入れ口を備え、前記開口が、前記出し入れ口とその出し入れ口に取り付けられたドアとの間に延びている請求項１に記載の炉。
6. さらに、
   前記チューブの外にあり、かつ前記チューブから分離された加熱チャンバと、
   前記加熱チャンバの外側表面を部分的に囲繞し、かつ前記加熱チャンバの中への第２の開口を少なくとも部分的に囲繞する第２の囲いであって、実質的に空気の代わりに、前記第２の囲いおよび前記第２の開口の中に供給される不活性ガスを受け取るための第２の囲いとをさらに備える請求項１に記載の炉。
7. 前記加熱チャンバが、フォーミング・ガスに続いて酸化ガスを受け取るように構成された入口管路を備え、前記第２の開口が、前記入口管路の外側表面と前記加熱チャンバの間に延びている請求項６に記載の炉。
8. 前記フォーミング・ガスが、水素および窒素を含み、さらに前記酸化ガスが水蒸気を含む請求項７に記載の炉。
9. 前記加熱チャンバが、加熱された前記フォーミング・ガスおよび前記酸化ガスを受け取るように構成された出口管路を備え、さらに前記第２の開口が、前記出口管路の外側表面と前記加熱チャンバの間に延びる請求項６に記載の炉。
10. 前記フォーミング・ガスが、おおよそ１〜１０％の水素および９０〜９９％の窒素を含む請求項２に記載の炉。
11. 前記フォーミング・ガスが、おおよそ５％の水素および９５％の窒素を含む請求項２に記載の炉。
12. 前記開口は、前記囲いがなければ不適切な周囲空気を前記チューブ中に迎え入れる不慮の開口すなわち漏れ穴である請求項１に記載の炉。
13. 入口および開口部を有する囲いを備える装置であって、
    前記入口が前記囲いの第１の部分を通って延びさらに前記開口部が前記囲いの第２の部分を通って形成され、不活性ガスを受け取るように構成されるとともに、前記開口部が容器の漏れ部分または漏れの可能性のある部分のまわりに取り付けられる装置。
14. 前記容器が加熱チューブかトーチかいずれかである請求項１３に記載の装置。
15. 前記容器は前記漏れ部に対して密封され、さらに前記開口部は、前記漏れ部を覆うために前記容器の外側表面に取り付けられるように構成されている請求項１３に記載の装置。
16. 前記漏れ部分が、前記容器または前記容器に近接する封止材を通って延びる請求項１３に記載の装置。
17. 酸化物を選択的に成長させる方法であって、
    漏れ部分または漏れの可能性のある部分を有するチューブの外側表面に不活性ガスを流しながら、出し入れ口を通って加熱された前記チューブの中にウェーハを押し込むステップと、
    前記チューブの出し入れ口を閉じ前記チューブの温度を上昇させるステップと、
    加熱された水素と酸素を前記チューブの中に流し込んで水蒸気を形成するステップと
    を含む方法。
18. 加熱された水素と酸素を流す前記ステップが、前記チューブの中に水素を導入し、その後で、酸素を導入することを含む請求項１７に記載の方法。
19. 加熱された水素と酸素を流す前記ステップが、トーチで水素を加熱し、続いて、トーチで酸素を加熱し、その後で、前記チューブに前記加熱された水素を送り、続いて、前記加熱された酸素を送ることを含む請求項１７に記載の方法。
20. 前記上昇させるステップが、水素と窒素の存在する状態で、おおよそ５００〜６５０℃からおおよそ７００〜８５０℃まで前記チューブ内の温度をランプアップすることを含む請求項１７に記載の方法。
21. 前記不活性ガスを流すステップが、前記チューブの入口ガス管路の封止材、前記チューブの排気ガス管路の封止材、または前記チューブの出し入れ口に取り付けられたドアの封止材のまわりに取り付けられた囲いの中に窒素を導入することを含む請求項１７に記載の方法。

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