JP2004063715A

JP2004063715A - 半導体装置の製造方法および基板処理装置

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Publication number: JP2004063715A
Application number: JP2002219154A
Authority: JP
Inventors: Sadayoshi Horii; 堀井　貞義; Masaki Matsushima; 松島　正樹; Harunobu Sakuma; 佐久間　春信; Takaharu Yamamoto; 山本　隆治; Tetsuya Wada; 和田　哲也
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】安定した気化特性を得るとともに、気化器のつまりを防止し、メンテナンスサイクルを長くできるようにする。
【解決手段】気化器３の本体の温度を、第１の加熱手段６を用いて液体原料の気化温度よりも低い温度に設定する。液体原料と希釈ガスとを気化器３に供給する。液体原料は、搬送気体を原料タンク８に導入して圧送することにより供給する。希釈ガスは、気化器３の本体において液体原料と混合させたときに液体原料が気化する程度の温度に、第２の加熱手段７で加熱して供給する。気化器３に供給される液体原料を、加熱された希釈ガスと混合加熱させることにより気化する。気化した液体原料ガスを成膜室５に供給しつつ排気してウェーハ上の成膜に寄与させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に係り、特に液体原料を気化したガスを用いて基板を処理する半導体装置の製造方法および基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板処理装置、例えば基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置では、成膜原料として液体原料を用いることがある。液体原料はそのままでは使えないため、気化器で気化してから用いる。従来の気化器は、液体原料を加熱して気化させる気化器本体と、気化器本体への液体原料の供給を制御するバルブとを備える。液体原料の加熱は、気化器本体を液体原料の気化温度に常時加熱することで行なっている。気化ガスを用いて基板上の成膜に寄与させるには、バルブを開いて液体原料を気化器に供給して気化器本体の熱により気化させ、気化したガスを成膜室に供給する。気化ガスの基板上への成膜の寄与を止めるには、バルブを閉じて気化すべき液体原料の気化器本体への供給を停止する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の気化器を備えた基板処理装置では、液体原料を気化する気化器の本体が、常に液体原料の気化温度に加熱されているため、気化器本体で液体原料が自己分解して成膜されてしまい、バルブを閉じても液体原料を完全に封止できなくなったり、更には気化器が詰まってしまう場合がある。また、連続して気化させていると、気化器本体から気化熱が奪われ、液体原料が気化できなくなってしまうこともある。
【０００４】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、安定した気化特性が得られるとともに、気化器が詰まりにくく、メンテナンスサイクルの長い半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、液体原料を気化させたガスを用いて基板を処理する半導体装置の製造方法であって、基板を処理室に搬入する工程と、前記液体原料を希釈ガスと混合させて気化させる気化器の温度を前記液体原料の気化温度よりも低い温度に設定する工程と、前記液体原料を前記気化器に供給する工程と、前記希釈ガスを、前記気化器において前記液体原料と混合させたときに前記液体原料が気化する程度の温度に加熱して前記気化器に供給する工程と、前記気化器において前記液体原料を加熱された希釈ガスと混合させて加熱することにより気化させる工程と、液体原料を気化させたガスを処理室内の基板に供給する工程と、処理後の基板を処理室から搬出する工程と、を有することを特徴とする。ここで、気化器において液体原料と混合させたときに液体原料が気化する程度の温度とは、気化器自体や液体原料自体によって希釈ガスが熱を奪われても、液体原料を気化させることが可能な温度である。
【０００６】
液体原料を希釈するための希釈ガスを利用し、この希釈ガスを加熱して液体原料と混合させるだけで、液体原料を気化させることができる。この際、気化器の温度を液体原料の気化温度よりも低い温度に設定しているので、従来のように気化器を気化温度に加熱し、加熱した気化器で液体原料を気化させているものと比べて、液体原料が自己分解して気化器内で成膜されて、バルブの閉まりが悪くなったり、気化器が詰まったりすることがない。また、希釈ガスによって液体原料を気化させているので、液体原料の連続供給により気化器から気化熱が奪われても、液体原料を気化させることができる。
【０００７】
第２の発明は、液体原料と希釈ガスとが供給され供給される液体原料を前記希釈ガスと混合させて気化させる気化器と、前記気化器で液体原料を気化したガスを用いて基板を処理する処理室と、前記液体原料を希釈ガスと混合させる気化器の温度が前記液体原料の気化温度よりも低い温度となるよう加熱する第１の加熱手段と、前記気化器において前記液体原料を希釈ガスと混合させたときに前記液体原料が気化する程度の温度に、前記気化器に供給される希釈ガスを加熱する第２の加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
気化器は、第１の加熱手段によって、液体原料の気化温度よりも低い温度に加熱される。このような温度に加熱された気化器に、液体原料が供給される。また、希釈ガスが、第２の加熱手段によって液体原料が気化する程度の温度に加熱されて気化器に供給される。気化器に液体原料と希釈ガスが供給されると、気化器で液体原料と希釈ガスとが混合される。この混合により液体原料は希釈ガスで加熱されて気化する。気化した液体原料ガスは処理室内に供給されて基板が処理される。
【０００９】
気化器を加熱する第１の加熱手段については、気化器の温度を液体原料の気化温度よりも低い温度に下げるだけであり、従来と比べて基本的な構成上の変更点はない。変更点は、液体原料を希釈するための希釈ガスを、液体原料が気化する程度の温度に加熱する第２の加熱手段を設けた点である。したがって、第２の加熱手段を追加するという簡単な構成で液体原料を安定して気化できる。
【００１０】
第３の発明は、第１及び第２の発明において、前記気化器は、気化器に供給される液体原料と希釈ガスとを混合させて液体原料を希釈する混合容器と、希釈された液体原料を霧化し希釈ガスと混合させて気化させる気化容器とを有し、前記混合容器に前記加熱した希釈ガスを導入するようにしたものである。
【００１１】
加熱した希釈ガスを混合容器に導入すると、液体原料は加熱された希釈ガスとともに混合されて混合容器から気化容器に送り出される。液体原料は混合容器内では液体状態にあるため、希釈ガスが液体原料を気化する程度の温度に加熱されていても、容易には気化しない。希釈ガスによって混合されて希釈された液体原料は気化容器に送り出される際、霧化される。霧化された液体原料は、液体原料とともに送り出された希釈ガスと混合され、希釈ガスに加熱されて容易に気化する。
【００１２】
第４の発明は、第１及び第２の発明において、前記気化器本体は、気化器に供給される液体原料と希釈ガスとを混合させる混合容器と、希釈された液体原料を霧化し希釈ガスと混合させて気化させる気化容器とを有し、前記混合容器に加熱しない希釈ガスを導入し、前記気化容器に前記加熱した希釈ガスを導入するようにしたものである。
【００１３】
混合容器で液体原料と混合させる希釈ガスは加熱しないで混合容器に導入する。加熱したガスは気化容器に導入する。液体原料は、加熱していない希釈ガスで希釈されて気化容器に霧状に導入される。ここで、液体原料が霧状に導入された気化容器に加熱した希釈ガスを導入すると、霧化した液体原料が加熱したガスと混合されて気化温度に加熱されて気化する。加熱した希釈ガスを気化容器に導入すると、加熱した希釈ガスを混合容器に導入する場合と比べて、混合容器内で成膜が生じたり、混合容器から気化容器への流路が塞がれたりすることが大幅に低減する。
【００１４】
第５の発明は、第１及び第２の発明において、前記気化器は、気化器に供給される液体原料と希釈ガスとを混合させる混合容器と、希釈された液体原料を霧化し希釈ガスと混合させて気化させる気化容器とを有し、加熱した希釈ガスを前記混合容器、及び前記気化容器のそれぞれに導入し、その際、気化容器に導入する希釈ガスの温度を液体原料が気化する程度の温度にし、混合容器に導入する希釈ガスの温度を気化容器に導入する希釈ガスの温度より低くしたものである。
【００１５】
気化容器における霧化後の希釈ガスによる液体原料の加熱の前に、混合容器における霧化前の液体原料が加熱されているので、気化容器内の霧化後の気化効率が向上する。また、混合容器に導入する希釈ガスの温度を液体原料が気化する程度の温度よりも低くしたので、混合容器内で成膜されたり、混合容器から気化容器への流路が塞がれたりすることが大幅に低減する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、基板処理装置としてのウェーハ上に薄膜を形成する薄膜製造装置の構成図を示す。薄膜製造装置は、液体原料供給配管１と、希釈ガス供給配管２と、気化器３と、原料ガス供給配管４と、処理室としての成膜室５と、第１の加熱手段６と、第２の加熱手段７とを主に備えて構成される。
【００１８】
液体原料供給配管１は、液体原料を収容した原料タンク８に連結され、搬送気体の導入により原料タンク８から圧送される液体原料を気化器３に供給する。液体原料としては、例えば、Ｈｆ［ＯＣ（ＣＨ_３）_２ＣＨ_２ＯＣＨ_３］_４（以下、Ｈｆ−（ＭＭＰ）_４と略す）、Ｔａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５（ペンタエトキシタンタル、以下ＰＥＴと略す）、ＴＥＯＳ、Ｈｆ［ＯＣ（ＣＨ_３）_３］_４（以下、Ｈｆ−（ＯｔＢｕ）_４と略す）、Ｚｒ（ＯｔＢｕ）、ＴＤＥＡＨｆ（テトラキスジエチルアミドハフニウム）等がある。搬送気体としては不活性ガス、例えばＮ_２ガスなどがあるが、後述する希釈ガスと同種のガスを使用できる。液体原料供給配管１にはヒータ９が設けられ、必要に応じてヒータ９で配管１を保温し、内部を搬送される液体原料の温度が低下して固まらないように加熱する。融点が低い原料は加熱する必要はないが、融点が室温よりも高いものは、加熱する必要がある。また、固まらなくても粘度の高い液体原料、例えばＨｆ−（ＭＭＰ）_４などは加熱する必要がある。
【００１９】
希釈ガス供給配管２は、液体原料を希釈するための希釈ガスを気化器３に供給する。希釈ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、Ｎ_２等がある。希釈ガス供給配管２にはヒータ１０が設けられ、ヒータ１０で配管２を保温し、内部を搬送される希釈ガスの温度が低下しないように加熱する。
【００２０】
気化器３は、液体原料供給配管１及び希釈ガス供給配管２からそれぞれ供給される液体原料と希釈ガスとを混合させ、加熱して液体原料を気化させる。気化器３としては、例えば液体原料を希釈ガスでオリフィスへ押し出して霧状に噴出させ、加熱して気化させるオリフィス型が用いられる。また、オリフィス型ではなく、ノズルから噴出する液体原料を、ノズル外周から高速で流す希釈ガスによって微粒化させ、気化器の内壁に衝突させて瞬時に気化させるノズル型を用いてもよい。オリフィスから噴出される液体原料の微粒化度の高いオリフィス型と比べて、ノズル型はノズルから噴出される液体原料の微粒化度が低いため、「液体原料と希釈ガスとを混合させて加熱することにより気化させる」ためには、気化器３としてはノズル型よりもオリフィス型が好ましい。
【００２１】
原料ガス供給配管４は、気化器３で気化した液体原料ガスを成膜室５に供給する。原料ガス供給配管４にはヒータ１１が設けられ、ヒータ１１で配管４を保温し、供給される気化ガスの温度が低下しないように内部を加熱する。
【００２２】
処理室としての成膜室５は、成膜室５内に搬送したウェーハ上に気化ガスを用いて薄膜を形成するために使用される。成膜室５には液体原料を気化した原料ガスを供給する原料ガス供給配管４が接続される。また成膜室５には排気ポンプ１３に通じて成膜室５内の雰囲気を排気する排気配管１２が接続される。
【００２３】
第１の加熱手段６は、液体原料と希釈ガスとが混合される気化器３を液体原料の気化温度よりも低い温度に設定して加熱する。ここで、「気化温度」は原料によって異なるが、例えばＰＥＴ、Ｈｆ（ＭＭＰ）_４では１８０℃、ＴＤＥＡＨｆでは１２０℃である。また、「気化温度よりも低い温度」としては、例えば気化温度よりも５０℃くらい低い温度である。
【００２４】
第２の加熱手段７は、気化器３に供給される希釈ガスを加熱する熱交換器で構成される。熱交換器は、気化器３において希釈ガスを液体原料と混合させたときに液体原料が気化する程度の温度となるように希釈ガスを加熱する。「液体原料が気化する程度の温度」は、液体原料を気化させるのに最適な温度であり、その温度としては、液体原料種、気化器３の形状や熱容量でも異なるが、途中で奪われる熱を補うために、例えば気化温度よりも１０〜２０℃程度高い温度である。加熱された希釈ガスは希釈ガス供給配管２に送られる。第２の加熱手段７は冷媒を使った本格的な熱交換器を用いても良いが、ヒータ線で網を構成し、網目に希釈ガスを通すようにした簡単なものでもよい。
【００２５】
上記のような構成において、搬送気体を原料タンク８に供給することにより、原料タンク８内の液体原料が加圧され、必要に応じて保温された液体原料供給配管１を通して気化器３に供給される。また液体原料を希釈する希釈ガスは第２の加熱手段７で加熱され、保温された希釈ガス供給配管２を通して気化器３に供給される。気化器３に供給された液体原料と希釈ガスとは気化器３で混合されて、加熱されて気化する。気化した原料ガスは気化器３から保温された原料ガス供給配管４を通って成膜室５に供給されつつ排気される。このとき、気化ガスは基板上の成膜に寄与する。
【００２６】
図２は、上述した薄膜製造装置で用いられる第１の実施の形態による気化器３の縦断面図を示す。気化器３は気化器本体３０と、液体原料の供給を制御するバルブ２０とを有する。
【００２７】
気化器本体３０は、液体原料を混合希釈して霧化させたうえ、混合加熱して気化させる。気化器本体３０は金属製の円柱状ブロックで構成される。その材料には、例えば、ステンレスや、これにテフロン（登録商標）コートを施したものなどが用いられる。気化器本体３０の上面に液体充てん容器３１と混合容器３２とが設けられる。
【００２８】
液体充てん容器３１は、バルブ２０の閉時に液体原料が溜められ、バルブ２０の開時に溜められた液体原料を混合容器３２へ、その混合容器３２の外周から均一に送り込むために設けられる。そのために液体充てん容器３１は、気化器本体３０の上面をリング状に凹ませて形成してある。液体充てん容器３１の底部は、気化器本体３０内に設けた液体原料導入路３３を介して気化器本体３０側面に設けた液体導入口３４に通じている。バルブ２０が閉じているとき、液体充てん容器３１に液体原料が溜められ、バルブ２０が開になると、液体充てん容器３１と混合容器３２とが連通されて、液体充てん容器３１に溜められた液体原料が混合容器３２に送り込まれる。
【００２９】
混合容器３２は、液体充てん容器３１から送り込まれた液体原料を希釈ガスと混合させて希釈し、混合容器３２の底部に設けたオリフィス３６から押し出す量を調節して、液体原料を気化させやすくするために設けられる。また、混合容器３２を設けることで、バルブ２０が閉の状態でも、この混合容器を中継させることで、気化器本体３０内に常時希釈ガスが流れるようにしている。ここで、バルブ２０が閉のときでも気化器本体３０内に希釈ガスを流すのは、バルブ２０が閉のとき、混合容器３２および気化容器３５から残留液体原料を排除するとともに、希釈ガスを常時流すことにより気化ガスの供給→停止、および気化ガスの停止→供給の切替え速度を高めるためである。
【００３０】
混合容器３２は、リング状の液体充てん容器３１の内側に、液体充てん容器３１と同様に気化器本体３０上面４２を凹ませて形成してある。混合容器３２の底部は、気化器本体３０内に設けた希釈ガス導入路３７を介して気化器本体３０の側面に設けた希釈ガス導入口３８に通じている。希釈ガス導入路３７は途中から導入路を絞って混合容器３２に通じている。希釈ガス導入路３７を途中で絞っているのは、希釈ガスの流速を上げて液体原料をオリフィス３６から押し出すためである。
【００３１】
また、混合容器３２の底部は、オリフィス３６を介して気化容器３５と通じている。気化容器３５はオリフィス３６から霧状に噴出される液体原料を希釈ガスと混合して気化させるために設けられる。混合容器３２と同様に気化容器３５における混合も必須要件である。霧状に噴出された液体原料を、加熱された希釈ガスと混合しなければ、液体原料は十分に気化しないからである。気化容器３５は、気化器本体３０の厚さ方向に形成され、気化器本体３０下面に設けた原料ガス導出口３９と通じている。気化容器３５は、オリフィス３６を頂部とすると、頂部から下方に向けて漸次拡径する肩部と、この肩部と連続する同一径の胴部とを有する。
【００３２】
気化器本体３０内に第１の加熱手段６としてのヒータ４０が埋め込まれ、気化器本体３０を液体原料の気化温度よりも低い温度に加熱するようになっている。ここで、気化温度よりも低い温度とは、気化温度よりも低いが、気化器本体の壁面に液体原料が吸着せず、壁面から脱離するような温度である。気化器本体３０を加熱するのは、気化器本体３０内に導入される液体原料や希釈ガスを保温するためである。また、気化器本体３０を気化温度よりも低い温度に加熱するのは、気化器本体３０内に導入される液体原料が、気化器本体３０の熱によって自己分解し、気化器本体に成膜しないようにするためである。ヒータ４０は、気化器本体３０を均一に加熱できるように設けられることが好ましい。図示例では、ヒータ４０は、絞り込んだ希釈ガス流路３７の下流側と気化容器３５のオリフィス３６近傍側とをリング状に囲むように設けられる。また、気化器本体３０の温度を液体原料の気化温度よりも低い温度に設定できるようにするために、気化器本体３０に、気化器本体温度を測定する温度センサ４１、例えば熱電対が設けられる。なお、ヒータ４０は気化器本体３０内に設ける代りに、気化器本体３０の外周に設けても良い。
【００３３】
バルブ２０は、気化器本体３０の表面を封止、又はその封止を解除することにより気化器本体３０への液体原料の供給を制御する。バルブ２０は、シリンダ型をしており、液体充てん容器３１および混合容器３２の上部開口を覆うように、気化器本体３０の上面４２に気密に取り付けられる。バルブ２０は、シリンダ２１と、弁体としてのピストン２２と、ピストンロッド２３と、アクチュエータ２４とを備える。シリンダ２１は、気化器本体３０上面４２であって、リング状の液体充てん容器３１の外周に、液体充てん容器３１を取り囲むように気密に載置される。シリンダ２１内に昇降自在にピストン２２が嵌合される。シリンダ２１内をピストン２２が上昇して気化器本体３０の上面４２から離れて、空間２５が形成されると、その空間２５を介して液体充てん容器３１と混合容器３２とが連通して、液体充てん容器３１の封止が解除される。ピストン２２が下降して気化器本体３０の上面４２に圧接されると、液体充てん容器３１と混合容器３２との連通は断たれて、液体充てん容器３１は封止される。白抜き矢印で示すピストン２２の昇降動作は、アクチュエータ２４によってなされる。なお、バルブ２０は、一般的に使用されるシリンダ型を採用しているが、シリンダ型以外のバルブを採用してもよい。
【００３４】
図３に、バルブを取り除いた気化器本体３０の平面図を示す。混合容器３２の平面形状は、希釈ガス導入路３７の混合容器底部開口とオリフィス３６間を結ぶ直線に長軸が沿う長円形になっている。これは、希釈ガス導入路３７の混合容器底部開口からオリフィス３６への流路が最短距離をとれるようにしているためであるが、混合容器３２の平面形状は円形としてもよい。
【００３５】
気化器本体３０及び希釈ガスの温度を制御する制御系は図４に示すようになっている。気化器本体３０の温度制御は、温度センサ４１で検出した気化器本体３０の検出温度と、予め設定した設定温度とを温度コントローラ５０で比較し、電力制御器５１を介してヒータ４０の通電を調節することにより行なっている。また、希釈ガスの温度制御は、温度センサ５３で検出した希釈ガスの検出温度と、予め設定した設定温度とを温度コントローラ５０で比較し、電力制御器５２を介して熱交換器を調節することにより行なっている。
【００３６】
上述した気化器３を製造するには、例えば金属製インゴットから円柱状のブロックを切り出し、研削加工して液体充てん容器３１、混合容器３２、オリフィス３６及び気化容器３５を形成する。また、液体原料導入路３３、希釈ガス導入路３７およびヒータ埋込み穴を設けて、そこにヒータ４０を埋め込む。本体側面に液体導入口３４、希釈ガス導入口３８を、本体下面に原料ガス導出口３９をそれぞれ設ける。温度センサ取付穴を設けて、そこに温度センサ４１を挿入固定して、気化器本体３０を構成する。気化器本体３０の上面４２にバルブ２０を密着固定する。なお、気化器本体３０は分割型としてもよい。
【００３７】
次に上述した構成の作用について説明する。バルブ２０は閉じてピストン２２が下降して点線位置にあり、液体充てん容器３１は封止されている。液体原料は、液体導入口３４から気化器本体３０内に圧入され、液体原料導入路３３を通って封止された液体充てん容器３１に溜められている。液体原料をオリフィス３６から噴出するには、ピストン２２を実線位置まで上昇させて液体充てん容器３１の封止を解除し、シリンダ２１内の気化器本体３０上面４２に空間２５を形成して、この空間２５を介して液体充てん容器３１と混合容器３２とを連通させる。この連通により液体充てん容器３１に溜められた液体原料は、混合容器３２に流れ込む。
【００３８】
一方、熱交換器などの第２の加熱手段７によって加熱された希釈ガスは、バルブ２０の開閉にかかわらず、常時、気化器本体３０に供給されている。すなわち、希釈ガスは、希釈ガス導入口３８から希釈ガス導入路３７を通り、途中で流速を高められて、混合容器３２に流入し、流入後、オリフィス３６を経て気化容器３５から原料ガス導出口３９を介して排出されている。
【００３９】
したがって、バルブ２０が開き、液体充てん容器３１と混合容器３２とが連通して、混合容器３２に液体原料が流れ込むと、液体原料は流速の高められた希釈ガスと混合容器３２で直ちに混合される。混合された液体原料は気化しやすい量となるように希釈され、希釈ガスによりオリフィス３６から気化容器３５へ押し出される。このとき液体原料はオリフィス３６から気化容器３５へ霧状に噴出されて、気化容器３５で液体原料と一緒に押し出された希釈ガスと混合される。液体原料は細かい霧状となっているので、液体原料は加熱された希釈ガスによって気化温度にまで高められて一瞬のうちに気化する。気化した原料ガスは、原料ガス導出口３９から矢印に示すように排出される。
【００４０】
上述したように気化器３により気化された液体原料ガスは、保温された原料ガス供給配管４を通して成膜室５に供給されて、ウェーハ上の成膜に寄与する。成膜の寄与を止めるためには、液体原料の気化器本体３０への供給をバルブ２０によって停止させる。液体原料の供給をバルブ２０によって停止させるには、アクチュエータ２４によってピストン２２を本体上面４２位置まで下げる。これにより液体充てん容器３１と混合容器３２との連通が断たれて、液体充てん容器３１が封止され、気化器３への液体原料の供給が停止する。
【００４１】
上述したように本実施の形態によれば、気化容器３５内に霧状に噴出された液体原料を、加熱した希釈ガスによって混合加熱しているので、液体原料を瞬時に気化させることができる。この際、希釈ガスの温度は、気化容器３５において液体原料と混合させたときに液体原料が気化する程度の温度、例えば気化温度よりも１０〜２０℃高い温度となるように余裕をもって加熱してある。したがって、気化温度よりも低い温度、例えば５０℃低い温度に設定した気化器本体３０等で熱を奪われても、熱不足により液体原料の気化が阻まれるようなことはない。
【００４２】
また、本実施の形態では気化器本体３０の温度を、気化温度よりも低い温度に設定しているが、従来では気化器本体３０は、常に液体原料の気化温度に加熱されていた。気化器本体３０が、常に液体原料の気化温度に加熱されていると、液体充てん容器３１に溜まっている液体原料は封止されている状態でも、常に気化温度にさらされる。このため図６に示すように、液体充てん容器３１の液溜りで液体原料が自己分解して４３に示すように成膜されてしまい、その膜厚が厚くなると、バルブ２０によって液体原料を完全に封止できなくなる。液体原料を完全に封止できなくなると、バルブ２０を閉じても、気化器３から気化ガスが成膜室５に漏れて、膜厚を制御できなくなる。この点で、実施の形態では、気化器本体３０の加熱温度は、図４に示す制御系によるフィードバック制御によって、液体原料の気化温度よりも低い温度に設定されている。このために気化器本体３０からの加熱によって、液体充てん容器３１の液溜りで液体原料が自己分解して成膜されるようなことが大幅に低減する。したがって、液体充てん容器３１の液溜りでの膜厚が厚くなるのを大幅に引き延ばすことができ、気化器本体３０内での液体原料の成膜に起因して生じる液体封止の不具合がなくなり、膜厚の制御を維持できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、加熱された希釈ガスは混合容器３２内でも液体原料と混合するが、混合容器３２の段階では、原料はまだ液体状態であるため、希釈ガスの熱によっては自己分解して成膜されることはない。
【００４４】
また、混合容器３２およびオリフィス３６の部分では、封止後も希釈ガスが流れつづけるが、従来のように気化器本体３０が液体原料の気化温度に加熱されていると、それらの壁面４５、４４は気化温度になっているため、噴出後に付着した液体原料が壁面４５、４４から脱離する前に分解、成膜されて、最終的にはオリフィス３６を塞いでしまう場合がある。この点で実施の形態では、気化器本体３０の温度は気化温度よりも低く、液体が吸着せず壁面から脱離するような温度に設定してあるため、混合容器３２およびオリフィス３６の壁面部分での成膜反応を抑えることができる。また、壁面に付着した脱離する前の液体原料は、希釈ガスから気化温度に近い熱を受けるが、液体状態であるため、脱離前に成膜されにくい。したがって、壁面に付着した液体原料によってオリフィス３６が塞がれるようなことがない。
【００４５】
また、従来のように気化器本体３０が、液体原料の気化温度に加熱されていた場合に、オリフィス３６から液体原料を連続して噴出しつづけていると、オリフィス３６および気化容器３５の壁面４４から気化熱が奪われ、それらの壁面４４の温度が低下して、液体原料が気化できなくなってしまうことがある。この点でも、実施の形態では、液体原料を気化する気化熱は希釈ガスから与えているので、たとえオリフィス３６および気化容器３５の壁面４４の温度が低下するようなことがあっても、液体原料の気化を維持できる。
【００４６】
このように希釈ガスによって液体原料を加熱して気化させる実施形態のものは、気化器本体によって液体原料を加熱して気化させる従来のものと比べて、気化器の故障時間間隔を大幅に延長させることができ、薄膜製造装置のメンテナンスサイクルを長くできる。
【００４７】
つぎに、第１の実施形態の気化器を備えた薄膜製造装置を用いてＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜例を具体的に説明する。ＡＬＤ法では、液体原料供給サイクルとオゾンサイクルとを繰り返して、ウェーハ表面に一原子層ずつ吸着反応させながら成膜が進む。ここでは容量絶縁膜となるＨｆＯ_２膜を例にとって説明する。
【００４８】
ウェーハを成膜室５に搬入し、ウェーハ温度を３５０℃に昇温するとともに、成膜室内圧力を所定の圧力とする。その後下記工程に入る。
【００４９】
▲１▼実施形態の気化器３のバルブ２０を開けて気化器３から成膜室５に、液体原料Ｈｆ−ＭＭＰ_４を気化したガスを流量０．１ｇ／ｍｉｎで１秒間供給して、ウェーハ上にＨｆ−ＭＭＰ_４を気化させたガスを吸着させ、バルブ２０を閉じて供給を止める。
【００５０】
▲２▼Ｎ_２ガスを図示しないＮ_２供給配管から成膜室５に１秒間供給し、成膜室５内に残存している液体原料気化ガスを排気する。
【００５１】
▲３▼引続き成膜室５に図示しないオゾン供給配管からオゾンを１秒間供給して、ウェーハ上に吸着したＨｆ−ＭＭＰ_４原料と酸化反応させてウェーハ上にＨｆＯ_２膜を１原子層だけ成膜させる。
【００５２】
▲４▼成膜後、反応室にＮ_２ガスを１秒間供給して、成膜室５内に残存しているオゾンを排気する。
【００５３】
上記▲１▼〜▲４▼の工程を所望の膜厚になるまで繰り返す。成膜終了後、成膜室５内をＮ_２ガスを用いてパージし、残留ガスを除去した後、成膜終了後のウェーハを成膜室５から搬出する。この具体例では、液体原料を気化する気化器に第１の実施の形態の気化器を用いたので、▲１▼の工程の気化ガス供給、停止を繰り返しても、長期間気化器の機能を維持でき、その間、オリフィスが塞がれることもなく、気化できなくなることもない。したがって、ＡＬＤ法のように、気化ガスの供給、停止を何回も繰り返して、ＨｆＯ_２膜のような薄膜を成膜する場合に、気化器の故障に至る期間が延びるので、特にメリットが大きい。
【００５４】
ところで、上述した第１の実施の形態では、加熱した希釈ガスを混合容器３２に導入しているが、気化効率に改善の余地がある。また、混合容器３２では原料が液体状態なので、加熱した希釈ガスを導入しても、原料は分解して成膜されることはないが、液体充てん容器３１が封止されているときに、混合容器３２内で残存した液体原料と加熱ガスとが混合されるので、液体原料といえども分解して成膜するおそれもある。このような気化効率の改善、及び成膜のおそれを排除したのが、次に説明する第２の実施の形態である。
【００５５】
図５に、第２の実施の形態による気化器３の縦断面図を示す。図２に示す第１の実施の形態と異なる点は、気化容器３５に加熱した第２の希釈ガスを導入し、その希釈ガスの熱で液体原料を気化させるようにした点である。具体的には、混合容器３２に通じる希釈ガス導入路３７を第１の希釈ガス導入路とすると、オリフィス３６と気化容器３５との間に、気化容器３５に通じる第２の希釈ガス導入路４６を追加する。この第２の希釈ガス導入路４６は、気化器本体３０の側面に設けた第２のガス導入口４７に連結されている。第２の希釈ガス導入路４６は、第１の希釈ガス導入路３７と同様に途中から導入路を絞られ、流速を上げたガスを気化容器３５内に導入できるようになっている。気化容器３５内に導入する第２の希釈ガスは、気化容器３５において霧化した液体原料と混合させたときに液体原料が気化する程度の温度に加熱される。この加熱は、気化器本体３０に供給する前に、第２の加熱手段７と同様に、熱交換器（図示せず）で行なう。第２の希釈ガスを液体原料が気化する程度の温度に加熱する代りに、第１の希釈ガス導入路３７から混合容器３２に導入する第１の希釈ガスの温度は、第２の希釈ガス導入路４６から気化容器３５に導入する第２の希釈ガスの温度より低くする。例えば、気化温度に対して５０℃くらい低い温度にするとよい。
【００５６】
第２の実施の形態の気化器を備えた薄膜製造装置によれば、混合容器３２で霧化前の液体原料を第１の希釈ガスで気化温度の手前の温度に予備加熱したうえで、気化容器３５で霧化後の液体原料を第２の希釈ガスで気化温度に本加熱するようにしたので、混合容器で霧化前の液体原料を希釈ガスで気化温度程度に加熱しただけのものと比べて、気化容器内の霧化後の気化効率を促進させることができる。また、混合容器３２に導入する第１の希釈ガスの温度を液体原料が気化する程度の温度よりも低くしたので、液体充てん容器３１が封止状態のときに混合容器３２内で成膜されたり、混合容器３２から気化容器３５へ通じるオリフィス３６が塞がれたりすることがなくなる。
【００５７】
なお、第２の実施の形態の変形例として、混合容器３１に導入する第１の希釈ガスを加熱しないで室温のまま導入することも可能である。
【００５８】
また、実施の形態では基板処理装置として、薄膜製造装置の場合について説明したが、本発明は液体原料を用いる半導体製造装置やＬＣＤ製造装置と言った基板処理装置や、ＤＲＡＭなどの半導体装置の製造方法に広く適用できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、安定した気化特性を得るとともに、気化器のつまりを防止し、その装置のメンテナンスサイクルを長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による半導体製造装置の構成図である。
【図２】第１の実施の形態による気化器の縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態による気化器の要部平面図である。
【図４】第１の実施の形態によるヒータ等の加熱手段を制御する制御系のブロック図である。
【図５】第２の実施の形態による気化器の縦断面図である。
【図６】液体充てん容器に好ましくない成膜が形成された状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　液体原料供給配管
２　　希釈ガス供給配管
３　　気化器
４　　原料ガス供給配管
５　　成膜室（処理室）
６　　第１の加熱手段
７　　第２の加熱手段

Claims

液体原料を気化させたガスを用いて基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
基板を処理室に搬入する工程と、
前記液体原料を希釈ガスと混合させて気化させる気化器の温度を前記液体原料の気化温度よりも低い温度に設定する工程と、
前記液体原料を前記気化器に供給する工程と、
前記希釈ガスを、前記気化器において前記液体原料と混合させたときに前記液体原料が気化する程度の温度に加熱して前記気化器に供給する工程と、
前記気化器において前記液体原料を加熱された希釈ガスと混合させて加熱することにより気化させる工程と、
液体原料を気化させたガスを処理室内の基板に供給する工程と、
処理後の基板を処理室から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
液体原料と希釈ガスとが供給され、供給される液体原料を前記希釈ガスと混合させて気化させる気化器と、
前記気化器で液体原料を気化したガスを用いて基板を処理する処理室と、
前記液体原料を希釈ガスと混合させる気化器の温度が前記液体原料の気化温度よりも低い温度となるよう加熱する第１の加熱手段と、
前記気化器において前記液体原料を希釈ガスと混合させたときに前記液体原料が気化する程度の温度に、前記気化器に供給される希釈ガスを加熱する第２の加熱手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。