JP2000306840A - 半導体の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

半導体の製造方法及び半導体製造装置

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JP2000306840A JP11109965A JP10996599A JP2000306840A JP 2000306840 A JP2000306840 A JP 2000306840A JP 11109965 A JP11109965 A JP 11109965A JP 10996599 A JP10996599 A JP 10996599A JP 2000306840 A JP2000306840 A JP 2000306840A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液体原料をウエハ上に均一に供給し得ると共
に、成膜に必要なガスをも、ウエハ上に均一に供給し得
る半導体の製造装置を実現する。 【解決手段】液体原料27は気化ノズル21の先端から
真空容器5内へ微小な粒径の液滴となって噴出し、サセ
プタ3上のウェハ4からの熱で気化する。液体原料27
が噴出する時には成膜反応に必要なガスが気化ノズル2
1の外周のガス供給管210から真空容器5内へ供給さ
れる。気化ノズル21とガス供給管210とは同心円状
に形成され、液体原料噴射口21aは気化ノズル21の
中心に形成されている。供給管210のガス供給口21
0aは気化ノズル21の外周部に円環状に形成され、噴
射口21a及びガス供給口210aは、その長手方向が
互いに平行となるように形成される。ガス供給口210
aは噴出口21aと同じ又は液体原料供給上流側に配置
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造にお
いて、特に液体原料及び固体原料を液化した液化原料を
用いて半導体用の薄膜を形成する半導体の製造方法及び
半導体の製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術における半導体の薄膜の製造
方法として、液体原料を用いて真空中で液体原料を噴霧
し、噴霧した液体を基板に塗布し、基板を加熱して基板
に塗布された液体中の揮発性の溶媒を揮発させ、薄膜を
成膜する方法がある。この従来技術の例としては、特開
平6−306181号公報に開示された有機光学薄膜の
製造方法とその装置がある。
【0003】図6は、上記公報に開示された装置の構成
図である。図6において、真空容器5は、真空排気部6
により真空排気される。ウェハ4は、サセプタ3上に保
持され加熱されている。有機系光学薄膜材料或は無機系
の光学薄膜材料が揮発性の溶媒に溶かされた液体原料
は、液体原料タンク25内から開閉機構部301を通り
制御ノズル部300から真空容器5内に噴霧される。そ
して、噴霧された液体原料は、真空中で液滴となりサセ
プタ3上に加熱保持されたウェハ4上に液滴のまま到達
しウェハ4上に塗布される。
【0004】次いで、ウェハ4上に液体状態で塗布され
た液体原料は、サセプタ3からの熱及び表面加熱装置3
06により揮発成分が揮発され、固体成分がウェハ4上
に残り膜を形成する。この時、熱により揮発された溶媒
成分は気体となり、真空容器5に放出される。放出され
た気体の一部は真空排気部6により排気されるが、大部
分は低温に冷却されたコールドトラップ304に吸着さ
れ再度凝縮して液体になり所要の真空を維持する。
【0005】なお、図6において、11は真空計、30
2はシャッター、303は基板温度測定装置、305は
ベーキング装置、310は真空ポンプである。また、3
11はマニピュレータ、312は基板導入装置、320
は真空ポンプ、321は質量分析装置、322はイオン
化装置、323はゲート弁である。
【0006】また、他の従来技術としては、特開平9−
36108号公報に記載された半導体の製造方法及び装
置がある。この特開平9−36108号公報では、半導
体の製造方法及び装置において、液体原料の気化効率を
向上して装置内への不必要な膜の形成を防止し、半導体
製造の生産性を向上させることを目的としている。
【0007】そして、上記目的を達成するため、液体原
料を液体原料送出用のガスによって圧送し、気化ノズル
に供給すると共に、キャリアガスや気体原料を上記気化
ノズルに供給するように構成される。この構成により、
気化ノズルからの液体原料はキャリアガス及び気体原料
と衝突し、薄膜の製造される真空容器内で微粒子化さ
れ、効率良く気化され、ウエハ上で薄膜が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体の製
造方法において、成膜に必要なガス、例えば酸素をウエ
ハ上に均一に供給することができれば、成膜できる膜種
を、液体原料のみで成膜できるもの以外に、液体原料と
上記ガスとで成膜できるものにも適用でき、半導体の生
産性を向上することができる。
【0009】しかしながら、上記特開平6−30618
1号公報に記載の従来の技術においては、真空容器内の
ウエハ上に均一に成膜に必要なガスを供給する手段が開
示されていない。このため、液体原料を加熱して薄膜を
堆積させる際に、成膜反応に必要なガスをサセプタ上に
置かれたウェハに供給することができない。
【0010】上記従来技術において、成膜反応にガスが
必要な場合には、別途真空容器に必要なガスを供給する
配管を接続しなければならない。
【0011】しかし、このようにしても、サセプタ上に
置かれたウェハにガスを均一に供給するためのガスの分
散板やシャワーヘッド等が必要となる。そのため、この
装置構成で成膜出来る膜種が大幅に制限されることにな
り、装置の使用が制限され生産性の向上は困難である。
【0012】そこで、特開平9−36108号公報に記
載されているように、液体原料をキャリアガスや気体原
料と共に、気化ノズルに供給することが考えられる。し
かしながら、特開平9−36108号公報記載の技術の
場合は、液体原料の気か効率の向上を目的としているた
め、液体が真空容器に噴霧される前に、ガスを積極的に
液体と衝突させる構成となっている。
【0013】液体を積極的にガスに衝突させると、液滴
とガスとの質量の差からガスの分布が大きく乱れてしま
い、成膜に必要なガスをウエハ上に均一に供給すること
ができない。
【0014】また、液体が真空容器に噴霧される前に、
ガスを液体に積極的に衝突させると、液体の中へのガス
の溶存を促進することになる場合がある。ガスを大量に
溶存した液体を真空中に噴霧すると、液体内部のガスが
激しく気相に出ようとして、泡が多量に形成される。こ
の泡は、液体やガスの真空容器内への供給を阻害するこ
とがあり、成膜に必要なガスをウエハ上に均一に供給す
ることができない。
【0015】本発明の目的は、液体原料をウエハ上に均
一に供給し得ると共に、成膜に必要なガスをも、ウエハ
上に均一に供給し得る半導体の製造方法及び半導体の製
造装置を実現することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 (1)半導体の製造方法において、半導体素子の基板に
形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が
形成される空間で微粒化して、液体原料噴出口から上記
基板に供給する工程と、上記液体原料噴出口の周囲に形
成されたガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体
を上記基板に供給する工程とを備える。
【0017】(2)好ましくは、上記(1)において、
上記ガス供給口は、上記液体原料噴射口と、上記基板に
対してほぼ同一の間隔で配置される、あるいは、上記液
体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置さ
れる。
【0018】(3)また、好ましくは、上記(1)にお
いて、上記気体を断続的に上記基板に供給しながら上記
薄膜を形成する。
【0019】(4)また、好ましくは、上記(1)にお
いて、化学蒸着反応を用いて上記薄膜を形成する。
【0020】(5)また、好ましくは、上記(1)にお
いて、上記液体原料は、固体を液化あるいは固体を溶媒
に溶解させたものである。
【0021】(6)また、半導体の製造装置において、
半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なく
とも一部を、薄膜が形成される空間で微粒化して、上記
基板に供給する液体原料噴出口を有する気化手段と、上
記液体原料噴出口の周囲に形成され、上記薄膜の形成に
必要な気体を上記基板に供給するガス供給口を有するガ
ス供給管とを備える。
【0022】(7)好ましくは、上記(6)において、
上記ガス供給口は、上記液体原料噴射口と、上記基板に
対してほぼ同一の間隔で配置される、あるいは、上記液
体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置さ
れる。
【0023】液体原料噴出口の周囲に、薄膜の形成反応
に必要なガスを供給するための供給口を設ければ、液体
原料の噴射を妨げることなく、かつ、ガスが基板の面で
均一となるように供給することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態
に係る半導体の製造装置の概略構成図である。図1にお
いて、1は気相化学反応装置、2は気化機構、3はサセ
プタ、4はウェハ、5は真空容器、6は真空排気部、7
はガス処理部、8はガス供給部である。
【0025】また、9は予備室、10は壁面温度制御
部、11は真空計、21は気化ノズル、22は液体原料
供給バルブ、23は液体原料供給管、25は液体原料タ
ンク、26は液体原料送出用ガス配管、27は液体原
料、28は液体原料送出用ガス供給部、31はヒータで
ある。
【0026】また、61は真空排気配管、62は真空排
気バルブ、63は排気配管、81はガス供給配管、82
はガス供給バルブ、91はウェハハンドラ、92は予備
室第一ゲートバルブ、93は予備室第二ゲートバルブ、
101は壁面温度制御用第一配管、102は壁面温度制
御用第二配管、210はガス供給管である。
【0027】以下、液体原料を用いた場合の本発明の第
1の実施形態における動作を説明する。なお、本発明の
第1の実施形態では、半導体用の薄膜製造方法として減
圧気相化学蒸着反応を用いた場合を例として説明する。
また、液体原料27は、この実施形態では一種類である
が、複数種の液体原料を用いた場合でも同様の過程を行
うことで成膜(薄膜の形成)を行うことができる。
【0028】まず、真空容器5を真空排気部6にて真空
排気する。次に、ガス供給部8からの不活性ガスをガス
供給配管81、ガス供給バルブ82及びガス供給管21
0を通じて真空容器5に導入する。そして、不活性ガス
の供給を停止して、再度、真空容器5を真空排気部6に
て真空排気する。この真空排気及び不活性ガスの導入を
数回繰り返して、真空容器5内のガス置換を行う。
【0029】次に、予備室9中に保持されたウェハ4を
第一ゲートバルブ92を開いてヒータ31にて加熱され
たサセプタ3上に搬入する。その後、再度、真空容器5
内のガス置換を行う。ガス置換終了後、液体原料27及
び気体原料を供給して成膜を行う。成膜終了後、ガス置
換を行いサセプタ3上のウェハ4を予備室9中に置かれ
たウェハと交換する。以上が、減圧気相化学蒸着装置の
製造のサイクルである。
【0030】次に、成膜に液体原料27とガスとが必要
な場合の動作の詳細を述べる。液体原料27は、液体原
料送出用ガス供給部28から液体原料送出用ガス配管2
6を通して供給される液体原料送出用ガスにて、液体原
料タンク25から圧送される。そして、液体原料タンク
25から圧送された液体原料27は、液体原料供給配管
23を通り、液体原料供給バルブ22を経て気化ノズル
21に供給される。
【0031】液体原料27は、気化ノズル21の先端か
ら真空容器5内へ微小な粒径の液滴となって噴出する。
噴出した液滴はサセプタ3上に置かれたウェハ4からの
熱で気化する。液体原料27が気化ノズル21の先端か
ら噴出する時には、成膜反応に必要なガスは、ガス供給
部8から、ガス供給配管81、ガス供給バルブ82及び
気化ノズル21の外周に設けられたガス供給管210を
通り真空容器5内へ供給される。
【0032】図2は、気化ノズル21及びガス供給管2
10の平面図である。
【0033】図2において、気化ノズル21とガス供給
管210とは同心円状に形成され、液体原料噴射口21
aは、気化ノズル21の中心に形成されている。そし
て、ガス供給管210のガス供給口210aは、気化ノ
ズル21の外周部に円環状に形成されている。また、気
化ノズル21及びガス供給管210は、紙面に対して法
線方向(液体噴射口21a及びガス供給口210aの長
手方向)、つまり、液体原料噴射口21aを含む面の法
線方向に、互いに平行となるように形成される。さら
に、ガス供給口210aは、液体原料噴出口21aと同
じあるいは液体原料が供給される上流側に配置されてい
る(ガス供給口210aは、液体原料噴射口21aと、
基板(ウェハ4)に対してほぼ同一の間隔あるいは液体
原料噴射口21aより液体原料が供給される上流側に配
置される)。
【0034】したがって、成膜に必要なガスは、サセプ
タ3上に置かれたウェハ4上に均一に供給される。ま
た、このとき、供給されるガスは、液体原料27が噴出
するのを妨げることが無い。
【0035】以上のように、本発明の第1の実施形態に
よれば、気化ノズル21とガス供給管210とは同心円
状に形成され、液体原料噴射口21aは、気化ノズル2
1の中心に形成され、ガス供給管210のガス供給口2
10aは、気化ノズル21の外周部に円環状に形成され
ている。
【0036】また、気化ノズル21及びガス供給管21
0は、紙面に対して法線方向、つまり、液体原料噴射口
21aを含む面の法線方向に、互いに平行となるように
形成される。さらに、ガス供給口210aは、液体原料
噴出口21aと同じあるいは液体原料が供給される上流
側に配置されている。
【0037】このため、液体原料をウエハ上に均一に供
給し得ると共に、成膜に必要なガスをも、ウエハ上に均
一に供給し得る半導体の製造方法及び半導体の製造装置
を実現することができる。さらに、本発明の第1の実施
形態においては、ガスが液体原料27の液滴の外側を包
囲しているので、液体原料27が成膜を行う真空容器5
内の壁面へ拡散及び飛散することが無い。このため、真
空容器5内に不要な膜が付着しないという効果がある。
【0038】さらに、ガス供給管210から供給される
ガスの量を調節することで、気化ノズル21から真空容
器5内へ噴出される液体原料27の微粒化した液滴の液
体原料噴出口21aを含む面内の広がりを制御すること
ができるという効果がある。
【0039】図3は、本発明の第2の実施形態に係る半
導体の製造装置における気化ノズル21及びガス供給管
210の平面図である。なお、図3において、図2に示
したものと同等のものには同一の符号を付す。また、成
膜時の全体の手順は、図1の例と全く同じであるため、
ここでは図示及び詳細な説明は省略する。
【0040】図3の例においては、気化ノズル21は図
2の例と同等の形状となっている。そして、ガス供給管
210は、気化ノズル21の周縁に配置された、複数の
管状のガス供給口210aから構成される(図3の例に
おいては、液体噴射口21aを中心として、約90度づ
つ角度が異なる4つの四角形状のガス供給口210aか
ら構成される)。
【0041】これら複数のガス供給口210aと液体原
料噴射口21aは、図2の例と同様に、紙面に対して法
線方向、つまり、液体原料噴射口21aを含む面の法線
方向に、互いに平行となるように形成される。さらに、
ガス供給口210aは、液体原料噴出口21aと同じあ
るいは液体原料が供給される上流側に配置されている。
【0042】以上のように、本発明の第2の実施形態で
は、ガスの供給されるガス供給管210が複数個となっ
ている。このようにしても第1の実施形態と同様な効果
を得ることが出来る。
【0043】なお、図3の例においては、四角形状の4
つのガス供給口210aを形成するようにしたが、ガス
供給管210のガス供給口210aの形状は、図4に示
すように円形等のように他の閉曲線で作られる形状で、
4つ以上(図4の例では8個)でもよい。
【0044】本発明の第2の実施形態においては、上述
したように、第1の実施形態と同様な効果を得ることが
できる他、ガス供給口210aが複数個に分割されてい
るため、各供給口でのガスの量を別途制御できると言う
特徴がある。
【0045】図5は、本発明の第3の実施形態に係る半
導体の製造装置における成膜に必要なガスの供給のタイ
ミングチャートである。なお、この第3の実施形態の装
置構成は、第1の実施形態又は第2の実施形態と同様で
あり、成膜時の全体の手順も、図1に示した例と全く同
じであるため、ここでは省略する。
【0046】この第3の実施形態では、成膜に必要なガ
スを、成膜が行われている間に連続ではなく、液体原料
27が気化ノズル21から断続的に供給されているタイ
ミングに一定の関係を持ち、断続して供給されるように
したものである。
【0047】図5の横軸は時間を示し、縦軸はガスの供
給量を示す。図5において、時刻a1に液体原料27が
気化ノズル21から真空容器5内に噴出される。この時
刻a1の少し前の時間Δt1だけ前に成膜に必要なガス
がガス供給管210から真空容器5内に所定の量Cだけ
供給される。そして、時刻b1に液体原料27の供給が
停止される。この時刻b1の少し後の時間Δt2だけ後
に成膜に必要なガスの供給が停止される。
【0048】同様に、次に、液体原料27が気化ノズル
21から時刻a2に真空容器5内に噴出される。前回と
同様に、時刻a2の少し前の時間Δt1だけ前に成膜に
必要なガスがガス供給管210から真空容器5内に所定
の量Cだけ供給される。そして、時刻b2に液体原料2
7の供給が停止され、この時刻b2の少し後の時間Δt
2だけ後に成膜に必要なガスの供給が停止される。
【0049】以下、この液体原料27の供給停止の過程
が複数回繰り返され成膜が行われる。
【0050】なお、時間Δt1は、ガスと液体原料とが
ウエハにほぼ同時に到達するための時間であり、約1秒
程度であれば充分な時間である。また、時間Δt2は、
液体原料の噴射を停止した後でも、ウエハに到達してい
ない液体原料が残留するため、この残留する液体原料に
対応するガスを噴射するための遅延時間である。時間Δ
t2も、約1秒程度で充分である。これら時間Δt1、
Δt2は、使用される装置毎に設定することも可能であ
る。
【0051】以上のように、本発明の第3の実施形態に
よれば、第1の実施形態で得られる効果の他、成膜に必
要なガスを連続して供給するのでは無く、液体原料が気
化ノズルから断続的に供給されているタイミングに一定
の関係を持ち、断続して供給されるように構成したの
で、成膜に使用されるガスの量を低減することができる
という効果がある。
【0052】以上により、本発明によれば、液体原料2
7とともに成膜に必要なガスが、サセプタ3の上に置か
れたウェハ4の上に均一に供給されるため、成膜できる
膜種が液体原料27のみで成膜出来るもの以外に、液体
原料27とガスとで成膜されるものにも適応できる。そ
のため、装置の適用範囲が拡大し、生産性を向上するこ
とができる。
【0053】なお、ガス供給口210aは、液体原料噴
出口21aと同じあるいは液体原料が供給される上流側
に配置されているように構成したが、液体原料噴出口2
1aからの液体噴射の拡がり角を調整して、ガス供給口
210aからのガスが、液体原料27の噴出を妨げるこ
とが無いようにすれば、ガス供給口210aは、液体原
料噴出口21aより、液体原料が供給される下流側に配
置されるように構成することもできる。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、液体原料をウエハ上に
均一に供給し得ると共に、成膜に必要なガスをも、ウエ
ハ上に均一に供給し得る半導体の製造方法及び半導体の
製造装置を実現することができる。
【0055】したがって、液体原料とともに成膜に必要
なガスが、ウェハの上に均一に供給されるため、成膜で
きる膜種が液体原料のみで成膜出来るもの以外に、液体
原料とガスとで成膜されるものにも適応でき、装置の適
用範囲が拡大され、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体の製造装
置の概略構成図である。
【図2】本発明の気化ノズル及びガス供給管の平面図で
ある。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る気化ノズル及び
ガス供給管の平面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の変形例に係る平面図
である。
【図5】本発明の第3の実施形態に係るタイミングチャ
ートである。
【図6】従来の装置の構成図である。
【符号の説明】
1 気相化学反応装置 2 気化機構 3 サセプタ 4 ウェハ 5 真空容器 6 真空排気部 7 ガス処理部 8 ガス供給部 9 予備室 10 壁面温度制御部 11 真空計 21 気化ノズル 21a 液体原料噴出口 22 液体原料供給バルブ 23 液体原料供給管 25 液体原料タンク 26 液体原料送出用ガス配管 27 液体原料 28 液体原料送出用ガス供給部 31 ヒータ 61 真空排気配管 62 真空排気バルブ 63 排気配管 81 ガス供給配管 82 ガス供給バルブ 91 ウェハハンドラ 92 予備室第一ゲートバルブ 93 予備室第二ゲートバルブ 101 壁面温度制御用第一配管 102 壁面温度制御用第二配管 210 ガス供給管 210a ガス供給口 300 制御ノズル部 301 開閉機構部 302 シャッター 303 基板温度測定装置 304 コールドトラップ 305 ベーキング装置 306 表面加熱装置 311 マニュピュレータ 312 基板導入装置 320 真空ポンプ 321 質量分析装置 322 イオン化装置 323 ゲート弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富岡 秀起 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大川 章 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 安藤 敏夫 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 4K030 CA12 EA05 EA06 KA05 KA23 5F045 AA06 BB08 BB14 EE02 EE11 EE19 EF04 EF08 EF09

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体の製造方法において、 半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なく
    とも一部を、薄膜が形成される空間で微粒化して、液体
    原料噴出口から上記基板に供給する工程と、 上記液体原料噴出口の周囲に形成されたガス供給口か
    ら、上記薄膜の形成に必要な気体を上記基板に供給する
    工程と、 を備えることを特徴とする半導体の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体の製造方法におい
    て、上記ガス供給口は、上記液体原料噴射口と、上記基
    板に対してほぼ同一の間隔で配置される、あるいは、上
    記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配
    置されることを特徴とする半導体の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体の製造方法におい
    て、上記気体を断続的に上記基板に供給しながら上記薄
    膜を形成することを特徴とする半導体の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の半導体の製造方法におい
    て、化学蒸着反応を用いて上記薄膜を形成することを特
    徴とする半導体の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1記載の半導体の製造方法におい
    て、上記液体原料は、固体を液化あるいは固体を溶媒に
    溶解させたものであることを特徴とする半導体の製造方
    法。
  6. 【請求項6】半導体の製造装置において、 半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なく
    とも一部を、薄膜が形成される空間で微粒化して、上記
    基板に供給する液体原料噴出口を有する気化手段と、 上記液体原料噴出口の周囲に形成され、上記薄膜の形成
    に必要な気体を上記基板に供給するガス供給口を有する
    ガス供給管と、 を備えることを特徴とする半導体の製造装置。
  7. 【請求項7】請求項6記載の半導体の製造装置におい
    て、上記ガス供給口は、上記液体原料噴射口と、上記基
    板に対してほぼ同一の間隔で配置される、あるいは、上
    記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配
    置されることを特徴とする半導体の製造装置。
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