JP2007005481A - 被処理体の処理方法、処理装置、薄膜形成方法、薄膜形成装置及びプログラム - Google Patents

被処理体の処理方法、処理装置、薄膜形成方法、薄膜形成装置及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 被処理体に形成された自然酸化膜を除去することができる被処理体の処理方法、処理装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】 熱処理装置１の制御部１００は、自然酸化膜が形成された半導体ウエハＷを収容した反応管２内を４００℃に加熱する。反応管２内が４００℃に加熱されると、制御部１００は、処理ガス導入管１７から、塩素を含む処理ガスを供給することにより処理ガスに含まれる塩素を活性化させる。この活性化された塩素が半導体ウエハＷに供給されることにより、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜が除去される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理体の処理方法、処理装置、薄膜形成方法、薄膜形成装置及びプログラムに関する。
半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハにポリシリコン膜、シリコン酸化膜等の薄膜を形成することが広く行われている。このような薄膜を形成する工程では、半導体ウエハ上や形成した薄膜上に自然酸化膜が形成されてしまう場合があり、係る場合、形成された自然酸化膜を除去する必要がある。
自然酸化膜を除去する方法としては種々の方法が提案されており、例えば、特許文献１には、半導体基板を反応チャンバ内に入れ、フッ化水素酸ガスを導入して自然酸化膜を除去した後、フッ化塩素ガスを導入し、紫外線を照射してエッチングを行い、さらに水素ガスを導入し、紫外線を照射して塩化物を除去する方法が提案されている。
特開平５−２１７９６８号公報
しかし、特許文献１の方法では、フッ化水素酸ガスを導入して自然酸化膜を除去しているので、導入したフッ化水素酸ガスにより、チャンバを構成する部材、例えば、石英がエッチングされてしまう。また、このエッチングにより、水や酸素が発生するので、この水や酸素によって自然酸化膜が成長し、自然酸化膜を完全に除去することが困難になってしまう。
チャンバを構成する石英のエッチングを防止しつつ自然酸化膜を除去する方法としては、例えば、チャンバ外で被処理体をウエット洗浄する方法が考えられるが、ウエット洗浄により被処理体に形成された自然酸化膜を除去しても、チャンバ内に被処理体を搬送する間に自然酸化膜が形成されてしまうおそれがある。また、チャンバ内に持ち込まれた酸素、水分、有機物等によっても自然酸化膜が成長してしまう。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被処理体に形成された自然酸化膜を除去することができる被処理体の処理方法、処理装置及びプログラムを提供することを目的とする。
また、本発明は、自然酸化膜の付着していない被処理体に薄膜を形成することができる薄膜形成方法、薄膜形成装置及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる被処理体の処理方法は、
被処理体を収容する反応室内を、前記被処理体に形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱されている反応室に収容された被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給して、前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去する除去工程と、
を備える、ことを特徴とする。
前記被処理体は、半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜の少なくとも１つを含み、
前記自然酸化膜は、前記半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜上に形成されていてもよい。
前記被処理体は、少なくともその表面に、ポリシリコン膜またはシリコン膜を有し、当該ポリシリコン膜またはシリコン膜上に前記自然酸化膜が形成されており、
前記除去工程では、前記自然酸化膜を、当該自然酸化膜が接するポリシリコン膜またはシリコン膜の表面とともに除去してもよい。
前記加熱工程では、前記反応室内を５００℃以下に加熱することが好ましい。
前記加熱工程では、前記反応室内を塩素が活性化可能な温度に加熱してもよい。この場合、前記除去工程では、前記加熱工程で加熱された反応室内に塩素を含む処理ガスを供給することにより処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を前記被処理体に供給する。
前記除去工程では、塩素を含む処理ガスに、紫外線、プラズマ、または、触媒活性により処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を前記被処理体に供給してもよい。
本発明の第２の観点にかかる処理装置は、
被処理体を収容する反応室内を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記反応室内に収容されている被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給する供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記加熱手段を制御して前記反応室内を被処理体に形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に維持した状態で、当該反応室内に収容された被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給して前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去するように前記供給手段を制御する、ことを特徴とする。
前記被処理体は、半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜の少なくとも１つを含み、
前記自然酸化膜は、前記半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜上に形成されていてもよい。
前記被処理体は、少なくともその表面に、ポリシリコン膜またはシリコン膜を有し、当該ポリシリコン膜上またはシリコン膜上に、自然酸化膜が形成されており、
前記制御手段は、前記供給手段を制御して前記自然酸化膜を当該自然酸化膜が接する、ポリシリコン膜またはシリコン膜の表面とともに除去してもよい。
前記制御手段は、前記加熱手段を制御して前記反応室内を５００℃以下に維持することが好ましい。
前記制御手段は、前記加熱手段を制御して前記反応室内を塩素が活性化可能な温度に加熱させ、前記供給手段を制御して前記加熱した反応室内に塩素を含む処理ガスを供給させることにより処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を前記被処理体に供給させてもよい。
前記制御手段は、前記供給手段を制御して塩素を含む処理ガスに、紫外線、プラズマ、または、触媒活性により処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を被処理体に供給させてもよい。
本発明の第３の観点にかかる薄膜形成方法は、
本発明の第１の観点にかかる被処理体の処理方法により、前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去する処理工程と、
前記処理工程により自然酸化膜が除去された被処理体に成膜ガスを供給して、当該被処理体に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
を備える、ことを特徴とする。
本発明の第４の観点にかかる薄膜形成装置は、
本発明の第２の観点にかかる処理装置と、
反応室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給手段と、
前記加熱手段を制御して前記反応室内を所定の温度に加熱させるとともに、前記成膜ガス供給手段を制御して前記自然酸化膜が除去された被処理体に前記成膜ガスを供給して、当該被処理体に薄膜を形成させる成膜制御手段と、
を備える、ことを特徴とする。
本発明の第５の観点にかかるプログラムは、
コンピュータに、
被処理体を収容する反応室内を、前記被処理体に形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱する加熱手順、
前記加熱手順で自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱されている反応室に収容された被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給して、前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去する除去手順、
を実行させることを特徴とする。
さらに、コンピュータに、
前記除去手順により自然酸化膜が除去された被処理体に成膜ガスを供給して、当該被処理体に薄膜を形成する薄膜形成手順、
を実行させてもよい。
本発明によれば、被処理体に形成された自然酸化膜を除去することができる。
以下、本発明の実施の形態にかかる被処理体の処理方法、処理装置、薄膜形成方法、薄膜形成装置及びプログラムについて説明する。本実施の形態では、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置１を用いて被処理体を処理し、成膜する場合を例に説明する。
図１に示すように、処理装置及び薄膜形成装置としての熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
反応管２の上端には、上端側に向かって縮径するように略円錐状に形成された頂部３が設けられている。頂部３の中央には反応管２内のガスを排気するための排気口４が設けられ、排気口４には排気管５が気密に接続されている。排気管５には図示しないバルブ、後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられ、反応管２内を所望の圧力（真空度）に制御する。
反応管２の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体６は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体６が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
蓋体６の上部には、保温筒７が設けられている。保温筒７は、反応管２の炉口部分からの放熱による反応管２内の温度低下を防止する抵抗発熱体からなる平面状のヒータ８と、このヒータ８を蓋体６の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体９とから主に構成されている。
また、保温筒７の上方には、回転テーブル１０が設けられている。回転テーブル１０は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容するウエハボート１１を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル１０の下部には回転支柱１２が設けられ、回転支柱１２はヒータ８の中央部を貫通して回転テーブル１０を回転させる回転機構１３に接続されている。回転機構１３は図示しないモータと、蓋体６の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸１４を備える回転導入部１５とから主に構成されている。回転軸１４は回転テーブル１０の回転支柱１２に連結され、モータの回転力を回転支柱１２を介して回転テーブル１０に伝える。このため、回転機構１３のモータにより回転軸１４が回転すると、回転軸１４の回転力が回転支柱１２に伝えられて回転テーブル１０が回転する。
ウエハボート１１は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。ウエハボート１１は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート１１は、回転テーブル１０上に載置されている。このため、回転テーブル１０を回転させるとウエハボート１１が回転し、この回転により、ウエハボート１１内に収容された半導体ウエハＷが回転する。
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１６が設けられている。この昇温用ヒータ１６により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
反応管２の下端近傍の側面には、反応管２内に処理ガスを導入する処理ガス導入管１７が挿通されている。反応管２内に導入する処理ガスとしては、例えば、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜を除去（エッチング）するための除去用ガスや半導体ウエハＷに薄膜を形成するための成膜用ガスがある。除去用ガスは、塩素（Ｃｌ２）を含むガスから構成され、本実施の形態では、塩素と希釈ガスとしての窒素との混合ガスから構成されている。成膜用ガスは、半導体ウエハＷに成膜する薄膜の種類に応じた各種のガスが用いられる。
処理ガス導入管１７は、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２５を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。なお、図１では処理ガス導入管１７を一つだけ描いているが、反応管２内に導入するガスの種類に応じ、複数本の処理ガス導入管１７が挿通されている。本実施の形態では、除去用ガスを導入する処理ガス導入管と、成膜用ガスを導入する処理ガス導入管との、２本の処理ガス導入管１７が反応管２の下端近傍の側面に挿通されている。
また、反応管２の下端近傍の側面には、パージガス供給管１８が挿通されている。パージガス供給管１８には、後述するＭＦＣ１２５を介して図示しないパージガス供給源に接続されており、所望量のパージガス、例えば、窒素ガスが反応管２内に供給される。
また、熱処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等が接続されている。
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ（群）１２２は、反応管２内及び排気管５内の各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内及び排気管５内の各部の圧力を測定し、測定値を制御部１００に通知する。
ヒータコントローラ１２４は、ヒータ８及び昇温用ヒータ１６を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、ヒータ８、昇温用ヒータ１６に通電してこれらを加熱し、また、ヒータ８、昇温用ヒータ１６の消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
ＭＦＣ１２５は、処理ガス導入管１７、パージガス供給管１８等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１００から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
バルブ制御部１２６は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１００から指示された値に制御する。真空ポンプ１２７は、排気管５に接続され、反応管２内のガスを排気する。
ボートエレベータ１２８は、蓋体６を上昇させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体６を下降させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。熱処理装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各熱処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みのウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、熱処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ＭＦＣ１２５等に反応管２内及び排気管５内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて、被処理体を処理する被処理体の処理方法、及び、被処理体の処理方法により処理した被処理体に薄膜を形成する薄膜形成方法について説明する。本実施の形態では、被処理体、例えば、半導体ウエハＷ上に形成された自然酸化膜を除去し、この半導体ウエハＷに薄膜、例えば、ポリシリコン膜を形成する場合を例に、被処理体の処理方法及び薄膜形成方法を図３に示すレシピを参照して説明する。
なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（ヒータ８、昇温用ヒータ１６）、ＭＦＣ１２５（処理ガス導入管１７、パージガス供給管１８）、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等を制御することにより、図３に示すレシピに従った条件になる。
まず、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、例えば、３００℃に設定する。また、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給した後、自然酸化膜が形成された半導体ウエハＷが収容されているウエハボート１１を蓋体６上に載置し、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、ウエハボート１１を反応管２内にロードする（ロード工程）。
次に、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度に設定する。反応管２内の温度は、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度、例えば、５００℃以下、好ましくは４００℃以下に設定する。本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、４００℃に加熱する。このように、反応管２内の温度が半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に設定されているので、自然酸化膜の成長が抑制され、後述する除去工程において自然酸化膜の除去が可能になる。
また、反応管２内の温度は、後述する除去工程で反応管２内に供給される除去用ガスとしての塩素（Ｃｌ２）を活性化可能な温度であることが好ましく、例えば、３５０℃以上であることが好ましい。このため、反応管２内の温度としては、３５０℃〜５００℃に設定することが好ましい。ただし、反応管２内の温度が３５０℃より低くしても、塩素を反応管２内の熱以外の方法で活性化させることも可能であり、反応管２内の温度を３５０℃より低くしてもかまわない。
また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図３（ｂ）に示すように、１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２の温度及び圧力操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス導入管１７から塩素を含むガスからなる除去用ガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、塩素を所定量、例えば、図３（ｄ）に示すように、０．２５リットル／ｍｉｎと、希釈ガスとしての窒素を所定量、例えば、図３（ｃ）に示すように、３リットル／ｍｉｎとからなる除去用ガスを反応管２内に導入する。
ここで、反応管２内の温度は、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に設定されている。このため、反応管２内に収容されている半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜の成長が抑制され、半導体ウエハＷの表面に薄い自然酸化膜が形成された状態を維持する。
反応管２内に導入された除去用ガスは反応管２内で加熱され、除去用ガスに含まれる塩素が活性化する。活性化された塩素は、この薄い自然酸化膜を通過して半導体ウエハＷの表面をエッチングする。また、半導体ウエハＷの表面が露出している場合には、活性化された塩素は、この露出した半導体ウエハＷの表面をエッチングする。このように、半導体ウエハＷの表面がエッチングできるのは、反応管２内の温度を半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に設定し、半導体ウエハＷの表面に薄い自然酸化膜が形成された状態を維持しているためである。
半導体ウエハＷの表面がエッチングされると、エッチングされた半導体ウエハＷの表面に形成された自然酸化膜が半導体ウエハＷから除去される。これにより、半導体ウエハＷの表面が自然酸化膜ごと均一にエッチングされる。この結果、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜が除去される（除去工程）。このように、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜が完全な酸化膜になる前に、除去用ガスを反応管２内に導入することにより、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜を除去することができる。
ここで、自然酸化膜の除去に活性化された塩素を用いているので、石英をほとんどエッチングしない。このため、除去工程において、反応管２等の部材がエッチングされることがなくなる。また、エッチングにより水や酸素が発生しないので、自然酸化膜が除去された半導体ウエハＷに再び自然酸化膜が形成されることがなくなる。また、反応管２等の部材に水を起因とする錆の発生を防止することができる。
除去工程での反応管２内の圧力は、１３３Ｐａ〜２６．６ｋＰａ（１Ｔｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。
塩素の流量は、０．０５リットル／ｍｉｎ〜１リットル／ｍｉｎであることが好ましい。
窒素の流量は、０．６リットル／ｍｉｎ〜３リットル／ｍｉｎであることが好ましい。
また、塩素と窒素との流量比は、１：１〜１：１２であることが好ましい。
半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜が除去されると、処理ガス導入管１７からの除去用ガスの導入を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
次に、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図３（ａ）に示すように、６００℃に加熱する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力に減圧する。そして、反応管２の温度及び圧力操作を、反応管２が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（パージ・安定化工程）。
反応管２が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス導入管１７から成膜用ガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図３（ｅ）に示すように、所定量のモノシラン（ＳｉＨ４）と、図３（ｃ）に示すように、希釈ガスとしての所定量の窒素とからなる成膜用ガスを反応管２内に導入する。成膜用ガスが反応管２内に導入されると、モノシランが分解、堆積し、半導体ウエハＷの表面にポリシリコン膜が形成される（成膜工程）。このように、同一の反応管２内で除去工程を行った後に成膜工程を行っているので、自然酸化膜の付着していない半導体ウエハＷにポリシリコン膜を形成することができる。
半導体ウエハＷの表面に所定厚のポリシリコン膜が形成されると、処理ガス導入管１７からの成膜用ガスの導入を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する（パージ工程）。
そして、図３（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図３（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。最後に、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、アンロードする（アンロード工程）。
以上説明したように、本実施の形態によれば、反応管２内の温度を半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に設定した状態で、除去用ガスを反応管２内に導入しているので、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜を除去することができる。
本実施の形態によれば、同一の反応管２内で除去工程を行った後に成膜工程を行っているので、自然酸化膜の付着していない半導体ウエハＷにポリシリコン膜を形成することができる。
本実施の形態によれば、自然酸化膜の除去に活性化された塩素を用いているので、反応管２等の部材がエッチングされることがなくなる。また、エッチングにより水や酸素が発生しない。このため、自然酸化膜が除去された半導体ウエハＷに再び自然酸化膜が形成されることがなくなる。また、反応管２等の部材に水を起因とする錆の発生を防止することができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
上記実施の形態では、塩素が活性化可能な温度に加熱された反応管２内に塩素を含む処理用ガスを供給して、処理用ガス中の塩素を活性化させる場合を例に本発明を説明したが、例えば、図４に示すように、処理ガス導入管１７に活性化手段３１を設け、活性化された塩素を含むガスを反応管２内に供給してもよい。この場合、除去工程における反応管２内の温度を低くしても活性化された塩素を半導体ウエハＷに供給することができるので、除去工程の低温化を図ることができる。活性化手段３１としては、プラズマ発生手段、紫外線発生手段、触媒活性化手段等がある。
上記実施の形態では、半導体ウエハＷに形成された自然酸化膜を除去する場合を例に本発明を説明したが、例えば、シリコン膜やポリシリコン膜、タングステン（Ｗ）のような金属膜上に形成された自然酸化膜を除去する場合であってもよい。また、被処理体は半導体ウエハＷに限定されるものではなく、例えば、ＬＣＤ用のガラス基板等にも適用することも可能である。
例えば、ポリシリコン膜上に形成された自然酸化膜を除去する場合、上記実施の形態と同様の手順により活性化された塩素（塩素ラジカル）が供給されると、供給された塩素は、ポリシリコン膜上に形成された薄い自然酸化膜を透過し、この自然酸化膜が接するポリシリコン膜の表面をエッチングする。これは、活性化された塩素は、薄い自然酸化膜を透過することができるとともに、ポリシリコン膜との選択比が高く、ポリシリコン膜の表面を選択的にエッチングすることができるためである。このエッチングにより、自然酸化膜が接するポリシリコン膜の表面が除去され、結果的に、ポリシリコン膜上に形成された自然酸化膜も除去される。この結果、ポリシリコン膜上に形成された自然酸化膜を除去することができる。また、シリコン膜や金属膜上に形成された自然酸化膜についても同様である。
上記実施の形態では、処理用ガスに塩素と窒素との混合ガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、塩素を含むガスであればよい。また、希釈ガスとしての窒素ガスを含む場合を例に本発明を説明したが、希釈ガスを含まなくてもよい。ただし、希釈ガスを含ませることにより処理時間等の設定が容易になることから、希釈ガスを含ませることが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素ガスの他に、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）が適用できる。
上記実施の形態では、反応管２及び蓋体６が石英により形成されている場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、蓋体６がＳＵＳにより形成されていてもよい。
上記実施の形態では、処理ガスの種類毎に処理ガス導入管１７が設けられている場合を例に本発明を説明したが、例えば、塩素導入管、窒素導入管のように、処理ガスを構成するガスの種類毎に処理ガス導入管１７を設けてもよい。さらに、複数本から同種類のガスが導入されるように、反応管２の下端近傍の側面に、複数本の処理ガス導入管１７が挿通されていてもよい。この場合、複数本の処理ガス導入管１７から反応管２内に処理ガスが供給され、反応管２内に処理ガスをより均一に導入することができる。
上記実施の形態では、熱処理装置として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、枚葉式の熱処理装置に本発明を適用することも可能である。
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の薄膜形成装置の洗浄方法を説明するための洗浄処理のレシピを示した図である。 本発明の他の実施の形態の熱処理装置を示す図である。
符号の説明
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ 頂部
４ 排気口
５ 排気管
６ 蓋体
７ 保温筒
８ ヒータ
９ 支持体
１０ 回転テーブル
１１ ウエハボート
１２ 回転支柱
１３ 回転機構
１４ 回転軸
１５ 回転導入部
１６ 昇温用ヒータ
１７ 処理ガス導入管
１８ パージガス供給管
１００ 制御部
１１１ レシピ記憶部
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ Ｉ／Ｏポート
１１５ ＣＰＵ
１１６ バス
１２１ 操作パネル
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力計
１２４ ヒータコントローラ
１２５ ＭＦＣ
１２６ バルブ制御部
１２７ 真空ポンプ
１２８ ボートエレベータ
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (16)

  1. 被処理体を収容する反応室内を、前記被処理体に形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱する加熱工程と、
    前記加熱工程で自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱されている反応室に収容された被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給して、前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去する除去工程と、
    を備える、ことを特徴とする被処理体の処理方法。
  2. 前記被処理体は、半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜の少なくとも１つを含み、
    前記自然酸化膜は、前記半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜上に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体の処理方法。
  3. 前記被処理体は、少なくともその表面に、ポリシリコン膜またはシリコン膜を有し、当該ポリシリコン膜またはシリコン膜上に前記自然酸化膜が形成されており、
    前記除去工程では、前記自然酸化膜を、当該自然酸化膜が接するポリシリコン膜またはシリコン膜の表面とともに除去する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の被処理体の処理方法。
  4. 前記加熱工程では、前記反応室内を５００℃以下に加熱する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被処理体の処理方法。
  5. 前記加熱工程では、前記反応室内を塩素が活性化可能な温度に加熱し、
    前記除去工程では、前記加熱工程で加熱された反応室内に塩素を含む処理ガスを供給することにより処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を前記被処理体に供給する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被処理体の処理方法。
  6. 前記除去工程では、塩素を含む処理ガスに、紫外線、プラズマ、または、触媒活性により処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を前記被処理体に供給する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被処理体の処理方法。
  7. 被処理体を収容する反応室内を所定の温度に加熱する加熱手段と、
    前記反応室内に収容されている被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給する供給手段と、
    装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記加熱手段を制御して前記反応室内を被処理体に形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に維持した状態で、当該反応室内に収容された被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給して前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去するように前記供給手段を制御する、ことを特徴とする処理装置。
  8. 前記被処理体は、半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜の少なくとも１つを含み、
    前記自然酸化膜は、前記半導体ウエハ、シリコン膜、ポリシリコン膜、または、金属膜上に形成されている、ことを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
  9. 前記被処理体は、少なくともその表面に、ポリシリコン膜またはシリコン膜を有し、当該ポリシリコン膜上またはシリコン膜上に、自然酸化膜が形成されており、
    前記制御手段は、前記供給手段を制御して前記自然酸化膜を当該自然酸化膜が接する、ポリシリコン膜またはシリコン膜の表面とともに除去する、ことを特徴とする請求項７または８に記載の処理装置。
  10. 前記制御手段は、前記加熱手段を制御して前記反応室内を５００℃以下に維持する、ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の処理装置。
  11. 前記制御手段は、前記加熱手段を制御して前記反応室内を塩素が活性化可能な温度に加熱させ、前記供給手段を制御して前記加熱した反応室内に塩素を含む処理ガスを供給させることにより処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を前記被処理体に供給させる、ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の処理装置。
  12. 前記制御手段は、前記供給手段を制御して塩素を含む処理ガスに、紫外線、プラズマ、または、触媒活性により処理ガスに含まれる塩素を活性化させ、該活性化した塩素を被処理体に供給させる、ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の処理装置。
  13. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被処理体の処理方法により、前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去する処理工程と、
    前記処理工程により自然酸化膜が除去された被処理体に成膜ガスを供給して、当該被処理体に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
    を備える、ことを特徴とする薄膜形成方法。
  14. 請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の処理装置と、
    反応室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給手段と、
    前記加熱手段を制御して前記反応室内を所定の温度に加熱させるとともに、前記成膜ガス供給手段を制御して前記自然酸化膜が除去された被処理体に前記成膜ガスを供給して、当該被処理体に薄膜を形成させる成膜制御手段と、
    を備える、ことを特徴とする薄膜形成装置。
  15. コンピュータに、
    被処理体を収容する反応室内を、前記被処理体に形成された自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱する加熱手順、
    前記加熱手順で自然酸化膜の成長を抑制する温度に加熱されている反応室に収容された被処理体に、少なくとも活性化された塩素を供給して、前記被処理体に形成された自然酸化膜を除去する除去手順、
    を実行させるためのプログラム。
  16. さらに、コンピュータに、
    前記除去手順により自然酸化膜が除去された被処理体に成膜ガスを供給して、当該被処理体に薄膜を形成する薄膜形成手順、
    を実行させるための請求項１５に記載のプログラム。
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