JP2001185492A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JP2001185492A
JP2001185492A JP36727599A JP36727599A JP2001185492A JP 2001185492 A JP2001185492 A JP 2001185492A JP 36727599 A JP36727599 A JP 36727599A JP 36727599 A JP36727599 A JP 36727599A JP 2001185492 A JP2001185492 A JP 2001185492A
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JP
Japan
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liquid
source
flow rate
reaction chamber
gas
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JP36727599A
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Toshihiko Yoneshima
利彦 米島
Yoshihiro Inaizumi
吉洋 稲泉
Koichi Honda
剛一 本田
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Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体ソースの流量制御、安定供給を可能と
し、コンパクト化、低コスト化を実現する。 【解決手段】 被処理物に成膜を施す反応室に、成膜用
の液体ソースを導入するソース供給配管33が設けられ
る。このソース供給配管33に、成膜用の液体ソースの
流量を計測する液体流量計34と、液体ソースを瞬時に
ガス化するベーパコントローラ35とを設ける。さらに
ベーパコントローラ35によりガス化したソース流量が
前記液体流量計34の計測値により一定量となるように
フィードバック制御するフィードバック制御系36を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に係
り、特に液体ソースを気化して反応室へ供給する液体ソ
ース供給装置を改善したものに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造装置の反応室でSiウェハに
成膜するには、反応室にソースを一定量連続して供給す
る必要がある。このソースにはガスと液体との2種があ
る。液体ソースの場合はガスソースと異なり、そのまま
の状態で供給できないから気化する必要がある。従来の
液体ソース供給装置にはバブリング方式とベーキング方
式とがあり、これらは反応室の圧力条件や液体ソースの
蒸気圧により使い分けられる。
【0003】バブリング方式は、熱CVD装置を示す図
6を用いて説明すれば次の通りである。左側の半分はソ
ース供給ラインで、CVDソースとなるものである。ソ
ースが気体の場合、ガスボンベに入ったソースは純化装
置1で純化後、流量制御装置(MFC)2で所定の流量
に制御され反応室3に導かれる。ソースが液体の場合
(例えばSiCl4、キャリアガスH2)、液体ソース5
はバブラ4とMFC2を通して反応室3へ導かれる。バ
ブラ4は、泡を出し、その中に液体ソース5を蒸気とし
て含ませる機器である。反応室3に空気が入っている場
合など置換ガスを用いて置換し、ついでソースガスを導
入する。液体ソース5の温度(符号Tは温度センサ)・
バブリングガスの流量およびバブラ4内の圧力を制御
し、液体ソース5の蒸発流量をコントロールする。
【0004】ベーキング方式は、TiCl4を液体ソー
スとするプラズマCVD装置を示す図7を用いて説明す
れば次の通りである。左側はソース供給ラインで、CV
Dソースとなるものである。ソースが気体(SiH4
2、H2)の場合、ソースは流量制御装置(MFC)1
2で所定の流量に制御され反応室13に導かれる。ソー
スが液体(TiCl4)の場合、高温(75℃)の加熱
タンク11に入れて気化させ、ガス化したソースガスを
高温(80℃)に保った制御室14に導き、MFC12
を通して反応室13へ導かれる。制御室14から反応室
13にガスを導くガス供給管15を、テープヒータ16
により液化温度よりも高い温度に加熱して、TiCl4
ガスを気体状態で反応室13に導入する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来のバブリング方式とベーキング方式とには、次のよ
うな問題がある。
【0006】(1)バブリング方式 制御因子(キャリアガス流量、温度、気圧等)が多いた
め安定制御が難しく、ソースの消費量により定量再現性
に問題が生じる。また、供給系が複雑である。
【0007】(2)ベーキング方式 加熱タンクが必要となるのでコストが高くシステムが大
型化する。また、低蒸気圧材料への対応が困難である。
高温(600℃以上)に耐えられない既存の膜の上に窒
化膜を生成する場合に、成膜温度の低い窒化膜材料が要
請される。窒化膜材料としてチクロールシランでは成膜
温度が800℃近くになるが、BTBAS(ビスターシ
ャルブチルアミノシラン)を用いれば500〜600℃
という低い成膜温度が得られる。しかし、BTBASは
低蒸気圧材料であるため、ベーキング方式が使えない。
【0008】本発明の課題は、液体ソース供給装置にお
いて上述した従来技術の問題点を解消して、液体ソース
の流量制御、安定供給を可能とし、コンパクト化、低コ
スト化を実現した半導体製造装置を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、被処理物に成
膜を施す反応室と、前記反応室へ成膜用の液体ソースを
導入するソース供給ラインと、前記ソース供給ラインに
流れる成膜用の液体ソースを流量制御する液体流量制御
装置と、前記液体流量制御装置で流量制御された液体ソ
ースをガス化する蒸気圧制御装置とを備えた半導体製造
装置である。
【0010】被処理物は半導体ウェハ特にシリコンウェ
ハであるが、ガラス基板等であってもよい。液体流量制
御装置は、液体の流量を一定に制御する機能を有し、一
般にはマスフローコントローラと呼ばれている。蒸気圧
制御装置は、液体を瞬時に気化させる機能を有し、一般
にはベーパコントローラと呼ばれている。
【0011】ソース供給ラインに流れる成膜用の液体ソ
ースは液体流量制御装置によってその流量が制御され
る。流量制御された液体ソースは蒸気圧制御装置に供給
されると瞬時に気化する。このため液体ソースは、液体
からダイレクトにガス化されて流量制御された状態で反
応室に導入されることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の縦型半導体製造装
置に係る実施の形態を説明する。図4は実施の形態によ
る熱CVD装置の概略図を示す。左側の半分はソース供
給ライン21でCVDソースとなるものであり、右側は
反応室22で、基板例えばSiウェハの表面に窒化膜を
形成するものである。窒化膜用のソースには気体、図示
例ではN2、GAS1(所定のガス種)、NH3、NF3
と、液体、図示例ではBTBAS(ビスターシャルブチ
ルアミノシラン)とがある。
【0013】ソースが気体の場合、気体ソースは純化装
置(図示略)で純化後、ガスソース供給ライン21の途
中に設けられた流量制御装置(MFC)23で所定の流
量に制御され、反応室22に導かれる。
【0014】ソースが液体の場合、液体ソースは液体ソ
ース供給ライン24の途中に設けられた液体流量制御装
置(LF)25と蒸気圧制御装置(VC)26を通して
反応室22へ導かれる。蒸気圧制御装置(VC)26か
ら反応室22に至るガスソース供給ライン27の外周囲
にはヒータ28が設けられ、ガス化した液体ソースが再
び液化しないように加熱し、気体状態で反応室22に供
給されるようにしてある。なお、図中、ラインに設けら
れた黒丸印はバルブを示す。上記液体ソース供給ライン
24、液体流量制御装置(LF)25、蒸気圧制御装置
(VC)26、ガスソース供給ライン27およびヒータ
28は、液体を気化して反応室22に供給する液体供給
装置を構成している。
【0015】液体ソース供給装置は図1の詳細図に示す
ように、液体ソースを溜めるソースタンク31と、ソー
ス供給ラインである複数のバルブ32を設けた液体ソー
ス供給配管33と、液体流量制御装置である流量制御及
び安定供給を行うための液体流量計(リキッドマスフロ
ーメータ(LFM))34と、蒸気圧制御装置である液
体を瞬時に気化させるためのベーパコントローラ(V
C)35と、ベーパコントローラ35と液体流量計34
とを関連づけるフィードバック制御系36と、ベーパコ
ントローラ35と反応室をつなぐ区間のガスソース供給
配管37に巻装されたテープヒータ38とで構成され
る。上記液体ソース供給配管33及びガスソース供給配
管37はSUS配管などで構成される。
【0016】液体流量計34は、液体の流通管の一部を
冷却し液体の流れによる熱供与を測定し、これを流量換
算することを計測原理としている。供与される熱量は液
体の比熱と質量流量に関連したファクタで表わせ、例え
ば0.01〜5ml/minの流量を例えば精度±2%
F.S.で計測している。冷却方式の実現により低沸点
液体の流量計測を可能にする他、溶存ガスの放出も抑え
られ、低ノイズ、高安定性が得られている。液体流量計
34の内部容積は例えば約0.02mlで、スルーフロ
ー(非分流、単一流路)構造である。液溜まりがなく置
換特性に優れており、仮に液中に気泡が存在しても簡単
に内部を抜ける点が特長である。さらに、スルーフロー
では分流方式で起こるサーマルサイフォニングによる傾
斜影響が現れず、取り付けの方向・姿勢も自由である。
液体流量計34にはVCコントロールバルブの比較制御
及び駆動回路が内蔵されており、VCとの信号接続はコ
ネクタにて行う。
【0017】ベーパコントローラ35も公知のものが使
われる。ここではノンキャリアガスタイプのベーパコン
トローラ(VC)の内部構造を図2に示す。(a)は平
面図、(b)は縦断面図である。ステンレス製のブロッ
ク体41に液流路42が形成されており、導入された液
体はオリフィス部43を通過しダイアフラム部44のダ
イアフラム面との隙間を経由し外部に導出される。オリ
フィスフラット面とダイアフラムフラット面との間が気
化部48となる。気化部48を加熱すると、導出側圧力
が加えられた熱量に対応する液体ソースの蒸気圧より低
い場合には、ソースは連続的に気化されていく。気化流
量(液体流量)の制御は、気化部48の開度を駆動体で
あるピエゾスタック(圧電素子積層体)45にて調整す
ることにより行う。加熱にはカートリッジヒータ46を
用い、近傍に位置する熱電対47よりフィードバック制
御する。
【0018】図3に気化部48の概略を示す。(a)は
平面図、(b)は縦断面図である。オリフィス部43の
オリフィスセンタから導出された液体は、ダイアフラム
部44のダイアフラム面との間に形成された隙間を、オ
リフィス外周溝49に向い放射状に拡がって行く。拡が
った液体は、隙間での急激な圧力降下によるキャビテー
ション効果とヒータ46から与えられる熱効果により、
外周溝49へ到達するまでに連続的に気化する。気化の
安定性は、気化部48の構造条件の他に、液体の導入圧
力(一次側圧力)が気化する際に生ずる液体の蒸気圧よ
り高いこと、外周溝49の圧力が蒸気圧より低く凝縮を
起こさないこと、気化に対し充分な熱量を加えることが
ポイントになる。
【0019】ベーパコントローラ35は単体では気化制
御バルブであるので、定流量のソース供給には液体流量
計34からのフィードバックが必要になる。そのフィー
ドバック制御系36は図1に示す通り、液体流量計34
の流量信号をベーパコントローラ35にフィードバック
し、流量を安定供給する。液体流量のフィードバックに
は液体流量計34が使用される。フィードバック制御系
36はベーパコントローラ35以降の2次側圧力損失が
低減できることより低蒸気圧ソースの気化制御に有効で
ある。
【0020】上述したように本実施の形態ではペーパコ
ントローラ35を用いたダイレクトインジェクション方
式を採用している。半導体製造装置外(例えば客先設
備)より圧送される液体ソースは、半導体製造装置内の
ソース供給配管33内を通り液体流量計34で液体流量
を計測されベーパコントローラ35で気化される。この
とき液体流量計34の流量信号をベーパコントローラ3
5にフィードバックし、常に目的の流量を安定供給する
ようコントロールが行われる。したがって気化された液
体ソースを反応室へ一定量連続して安定供給できる。こ
のように実施の形態によればダイレクトインジェクショ
ン方式(VC+LF)を採用したので、流量制御、安定
供給、コンパクト化、低コスト化を改善することができ
た。また500〜600℃という低温での成膜が可能な
低蒸気圧の液体ソース、例えばBTBASも使用可能で
ある。
【0021】なお、上記の実施の形態では、液体ソース
を気化して反応室へ一定量連続して供給する方法とし
て、液体の流量を制御してから液体を気化するようにし
たが、反対に、液体を気化してから気化ガスの流量を制
御するようにしてもよい。すなわち、図5に示すよう
に、ベーパコントローラ35の下流側にガス流量計39
を設けて、液体をガス化した後、その供給量を気化ガス
の流量で制御する。
【0022】ガス流量計39には、例えば高温対応自己
加熱型マスフローメータ(MFM)が使用される。小型
形状でベーパコントローラ35との直接結合が可能であ
る。内部構成はセンサ部、バイパス部、本体ブロック、
継手部、ヒータ、および熱電対からなり、分流比を調整
することにより、例えば10〜5000CCM(N2
量換算)の流量範囲を例えば±1%F.S.の精度で対
応している。センサは流通管にコイルを巻いた加熱方式
を使用しており、ガス流が生じた際の熱バランス変化を
測定し流量換算している。電気回路は本体と別置きで
(本体を加熱温調するため)、VCコントロールバルブ
駆動用の比較制御回路が内蔵されている。
【0023】MFM39で検出したガス流量の測定結果
をベーパコントローラ35に返すフィードバック制御系
40は、ガス流量としての確実なモニタによりベーキン
グシステムと同一感覚での使用が可能となる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、液体流量制御装置と蒸
気圧制御装置とを設けるだけの簡単な構造で、従来のよ
うなバブリング方式やベーキング方式を用いずに、液体
ソースを気化して反応室へ一定量連続して安定供給する
ことができる。その結果、小型かつ低コストで成膜性能
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態による液体ソース供給装置の構成図
である。
【図2】実施の形態によるベーパコントローラ(VC)
の内部構造を示す図で、(a)は平面図、(b)は縦断
面図である。
【図3】実施形態による気化部の概略を示す図で、
(a)は平面図、(b)は縦断面図である。
【図4】実施の形態による熱CVD装置の概略図であ
る。
【図5】他の実施の形態による液体ソース供給装置の構
成図である。
【図6】従来のバブリング方式による液体ソース供給装
置の構成図である。
【図7】従来のベーキング方式による液体ソース供給装
置の構成図である。
【符号の説明】
31 ソースタンク 33 液体ソース供給配管 34 液体流量計 35 ベーパコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 剛一 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA06 AA09 AA13 AA18 BA40 CA04 CA06 EA01 FA10 KA41 LA15 5F045 AA03 AB33 AC07 AC12 AD09 AD10 AF03 AF07 BB08 EC07 EC09 EE02 EE04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理物に成膜を施す反応室と、 前記反応室へ成膜用の液体ソースを導入するソース供給
    ラインと、 前記ソース供給ラインに流れる成膜用の液体ソースを流
    量制御する液体流量制御装置と、 前記液体流量制御装置で流量制御された液体ソースをガ
    ス化する蒸気圧制御装置とを備えた半導体製造装置。
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