JP2004087707A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】化学気相成長法による成膜におけるパーティクルの発生を抑制しうる半導体装置の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】ウェハ１８を収容した反応室１０内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するインラインフィルタ３４を介して導入し、原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室１０内に導入し、化学気相成長法によりウェハ１８上に膜を形成する半導体装置の製造方法において、インラインフィルタ３４を介して原料ガスを反応室１０内に導入していないときに、反応性ガスをインラインフィルタ３４に流す。
【選択図】 図１
【解決手段】ウェハ１８を収容した反応室１０内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するインラインフィルタ３４を介して導入し、原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室１０内に導入し、化学気相成長法によりウェハ１８上に膜を形成する半導体装置の製造方法において、インラインフィルタ３４を介して原料ガスを反応室１０内に導入していないときに、反応性ガスをインラインフィルタ３４に流す。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相成長法により成膜を行う半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のメモリセルに蓄える電荷の確保が困難となってきている等の問題が生じている。このような問題に対処するため、高い誘電率を有する材料からなるキャパシタ膜が求められている。中でも特に、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ：（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）膜や、チタン酸ストロンチウム（ＳＴ：ＳｒＴｉＯ３）膜が、半導体デバイスの高集積化に対応しうる高誘電体膜として大きな注目を集めている。
【０００３】
また、集積度が高くなるにつれて、高誘電体膜材料を用いた場合でも立体構造を有するキャパシタが必要となってくる。したがって、上記の高誘電体膜を形成する方法としては、段差被覆性に優れた化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法が有力視されている。さらに、一度の工程で多数のウェハ上に成膜することができるバッチ式のＣＶＤ法が開発されつつある。
【０００４】
ＢＳＴ膜やＳＴ膜の形成には、有機金属（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ；ＭＯ）原料を用いた有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）法が用いられている。ここで、従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置について図４を用いて説明する。図４は従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【０００５】
従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置は、膜形成が行われる反応室１００と、膜の原料となる有機金属（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ；ＭＯ）原料を気化して反応室１００内に導入する気化器１０２とを有している。
【０００６】
反応室１００内には、複数枚のウェハ１０８が成膜面を上にしてほぼ水平に保持され、ウェハ面に垂直な方向に所定の間隔をあけて配列されている。
【０００７】
反応室１００内には、気化されたＭＯ原料をウェハ１１２表面近傍へ導入するためのＭＯ原料導入用ノズル１１０と、ＭＯ原料と反応する酸化ガスをウェハ１１２表面近傍へ導入するための酸化ガス導入用ノズル１１２が設けられている。
【０００８】
ＭＯ原料導入用ノズル１１０には、ＭＯ原料を気化する気化器１０２が配管１２０を介して接続されている。気化器１０２には、有機溶媒に溶解されたＭＯ原料を気化器１０２に供給するための配管１２４が接続されている。また、気化器１０２には、気化されたＭＯ原料を反応室１０内へと送るキャリアガスを導入するための配管１２８が接続されている。また、酸化ガス導入用ノズル１１２には、酸化ガスを導入するための配管１３２が接続されている。
【０００９】
ＭＯ原料導入用ノズル１１０と酸化ガス導入用ノズル１１２からそれぞれ反応室１００内に導入されたＭＯ原料と酸化ガスとが反応することにより、各ウェハ１８上にＢＳＴ膜又はＳＴ膜等の膜が形成される。
【００１０】
上記従来のＭＯＣＶＤ装置において、ＭＯ原料は、気化器１０２により気化された後、キャリアガスとともに配管１２０を介して反応室１００内に導入される。ＢＳＴ膜やＳＴ膜等の成膜に用いられるＭＯ原料は一般に低温では凝縮するため、気化されたＭＯ原料が通過する配管１２０を含む気化器１０２から反応室１００までの間を２５０℃以上に加熱し、ＭＯ原料が凝縮するのを防止していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＯＣＶＤ装置において、気化されたＭＯ原料が通過する配管やバルブ類を２５０℃以上の温度に維持することは非常に困難であった。このため、気化されたＭＯ原料は配管内等で凝縮することがある。このＭＯ原料の凝縮が、反応室内のウェハに付着するパーティクルの発生要因の一つとなっていた。
【００１２】
かかるパーティクルの発生のため、例えば、従来のＭＯＣＶＤ装置によりＢＳＴ膜やＳＴ膜を形成する場合には、キャパシタ膜として電気特性に優れた膜を得ることが困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、化学気相成長法による成膜におけるパーティクルの発生を抑制しうる半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するフィルタを介して導入し、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入し、化学気相成長法により前記基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記フィルタを介して前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、反応性ガスを前記フィルタに流すことを特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【００１５】
また、上記目的は、化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造装置であって、前記基板を収容する反応室と、前記膜の原料であって、常温で固体又は液体のものを気化して原料ガスとする原料気化手段と、前記原料気化手段と前記反応室とを接続し、前記原料ガスが通過する第１の配管と、前記第１の配管に設けられ、異物を捕捉するフィルタとを有し、前記原料ガスを前記反応室内に導入する原料ガス導入手段と、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入する反応性ガス導入手段と、前記第１の配管の前記原料気化手段と前記フィルタとの間から分岐し、反応性ガスが導入される第２の配管とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置により達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法及び製造装置について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態による半導体装置の製造装置の構造を示す概略図、図２は本実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シーケンスを示す図、図３は本実施形態による半導体装置の製造方法によるパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフである。
【００１７】
〔１〕半導体装置の製造装置
まず、本実施形態による半導体装置の製造装置について図１を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態による半導体装置の製造装置は、ＢＳＴ膜やＳＴ膜等の形成に用いられる縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置であり、成膜が行われる反応室１０と、膜の原料となる常温で固体又は液体のＭＯ原料を気化して反応室１０内に導入する気化器１２とを有している。
【００１９】
反応室１０は、下端に開口部を有するアウターチューブ１４と、アウターチューブ１４の下端開口部を塞いで支持するマニホールド１６とから構成されている。アウターチューブ１４の側壁近傍には、成膜時に反応室１０を加熱するヒーター（図示せず）が配置されている。
【００２０】
反応室１０内には、複数枚のウェハ１８が成膜面を上にしてほぼ水平に保持され、ウェハ面に垂直な方向に所定の間隔をあけて配列されている。
【００２１】
また、反応室１０内のマニホールド１６上には、複数枚のウェハ１８の配列方向に略平行に設けられ、ＭＯ原料をウェハ１８表面近傍へ導入するためのＭＯ原料導入用ノズル２０と、複数枚のウェハ１８の配列方向に略平行に設けられ、酸化ガスをウェハ１１２表面近傍へ導入するための酸化ガス導入用ノズル２２が設けられている。また、マニホールド１６には、反応室１０内にパージ用の不活性ガスを導入するための配管２４が接続されている。配管２４には、不活性ガスの流量を調節するバルブ２６ａ、２６ｂが設けられている。さらに、マニホールド１６には、排気口２８が設けられている。排気口２８には、反応室１０内を減圧するための真空ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００２２】
ＭＯ原料導入用ノズル２０には、ＭＯ原料を気化する気化器１２が配管３０を介して接続されている。配管３０には、反応室１０内に導入されるＭＯ原料の流量を調節するバルブ３２と、配管３０内を通過するパーティクル等の異物を捕捉するインラインフィルタ３４が設けられている。
【００２３】
配管３０のバルブ３２とインラインフィルタ３４との間には、酸化ガスを導入するための配管３６が分岐している。配管３６には、酸化ガスの流量を調節するバルブ３８ａ、３８ｂが設けられている。
【００２４】
気化器１２には、有機溶媒に溶解されたＭＯ原料を気化器１２に供給するための配管４０が接続されている。配管４０には、気化器１２に供給される有機溶媒に溶解されたＭＯ原料の流量を調節するためのバルブ４２が設けられている。また、気化器１２には、気化されたＭＯ原料を反応室１０内へと送るキャリアガスを導入するための配管４４が接続されている。配管４４には、キャリアガスの流量を調節するためのバルブ４６が設けられている。
【００２５】
酸化ガス導入用ノズル２２には、酸化ガスを導入するための配管４８が接続されている。配管４８には、酸化ガスの流量を調節するためのバルブ５０が設けられている。
【００２６】
本実施形態による半導体装置の製造装置は、常温で固体又は液体のＭＯ原料を気化する気化器１２とＭＯ原料導入用ノズル２０とを接続する配管３０に、パーティクル等の異物を捕捉するインラインフィルタ３４が設けられていることに主たる特徴の一つがある。配管３０等の温度変動に起因してＭＯ原料の凝縮した場合であっても、このインラインフィルタ３４により、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルを捕捉してから気化したＭＯ原料を反応室１０内へ導入することができる。これにより、ウェハ１８上に付着するパーティクルを低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態による半導体装置の製造装置は、インラインフィルタ３４に対して、配管３０から分岐した配管３６により酸化ガスを単独で流すことができることにも特徴がある。
【００２８】
製造装置を稼働して成膜を続けていくと、インラインフィルタ３４には、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクル等の異物が付着してゆく。インラインフィルタ３４へのパーティクルの付着量が増大していくと、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離しやすくなる。この結果、インラインフィルタ３４から脱離したパーティクルが反応室１０内に送られ、成膜すべきウェハ１８にパーティクルが付着してしまうことがある。
【００２９】
そこで、本実施形態による半導体装置の製造装置では、成膜を行っていないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流す。例えば、製造装置のアイドリング時や反応室１０内へのウェハ１８の搬入出時等のＭＯ原料を気化器１２に供給していないときに、インラインフィルタ３４に対して酸化ガスを流す。
【００３０】
インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルは、配管３６から流された酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着することとなる。この結果、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができる。これにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００３１】
以下に、本実施形態による半導体装置の製造装置の各構成部分について詳述する。
【００３２】
本実施形態による半導体装置の製造装置による成膜は、排気口２８に接続された真空ポンプによって反応室１０内を減圧した状態で行われる。このため、反応室１０は、気密性を有し減圧に耐えうる構造となっている。気密性を確保するために、例えばマニホールド１６とアウターチューブ１４相互間にＯリングが挟み込まれている。
【００３３】
また、配管２４からアルゴン等の不活性ガスを導入することにより反応室１０内のパージを行うことができる。
【００３４】
気化器１２は、常温で固体又は液体のＭＯ原料を、配管４４から気化器１２に導入されるアルゴン等のキャリアガスによるバブリングや加熱等によって気化するものである。
【００３５】
常温で固体又は液体のＭＯ原料は、有機溶媒に溶解された状態で配管４０から供給される。ＢＳＴ膜の形成には、ＭＯ原料として例えばＢａ（ＤＰＭ）２、Ｓｒ（ＤＰＭ）２、及びＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４が用いられる。ＳＴ膜の形成には、ＭＯ原料として例えばＳｒ（ＤＰＭ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４が用いられる。また、Ｔｉのソースとして、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４の代わりに、例えばＴｉＯ（ＤＰＭ）２、Ｔｉ（ＤＰＭ）２（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２、Ｔｉ（ＤＰＭ）２（Ｏ−ｔ−Ｃ４Ｈ９）２等を用いることもできる。なお、ＤＰＭとは、ｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎｅ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎｅ）のことをいう。
【００３６】
上記のＭＯ原料を溶解する有機溶媒としては、例えば酢酸ブチル等を用いることができる。
【００３７】
気化器１２により気化されたＭＯ原料は、配管４４から気化器１２に導入されるキャリアガスとともに、配管３０を介して反応室１０内のＭＯ原料導入用ノズル２０へと送られる。なお、気化されて配管３０内を通過するＭＯ原料の凝縮を防止するため、配管３０を含む気化器１２と反応室１０との間を加熱して一定温度に保つ温度調整機構（図示せず）が設けられている。
【００３８】
配管３０に設けられたインラインフィルタ３４は、例えばステンレス製のメッシュであり、ＭＯ原料の凝縮により生じるパーティクル等の異物を捕捉するものである。例えば、インラインフィルタ３４のメッシュサイズは、例えば１．０μｍである。なお、インラインフィルタ３４は、配管３０とともに成膜時に高温となるので、耐熱性を有する必要がある。
【００３９】
また、配管３０から分岐した配管３６からは、製造装置のアイドリング時やウェハ１８の反応室１０内への搬入出時等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスが単独で流される。これにより、インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料が凝縮してなるパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着することとなる。すなわち、インラインフィルタ３４において、反応室１０内での成膜の際に起こる反応と同様の反応が起こることとなる。この結果、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができる。これにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００４０】
配管４８からは、成膜の際に必要な酸化ガスが一定の流量で反応室１０内の酸化ガス導入用ノズル３２へと送られる。酸化ガスとしては、例えば酸素や、酸素と一酸化二窒素との混合ガスを用いることができる。反応室１０内で、ＭＯ原料が酸化ガスと反応して分解されることにより、ウェハ１２上にＢＳＴ膜又はＳＴ膜等の膜が形成される。
【００４１】
ＭＯ原料導入用ノズル２０には、ウェハ１８に対向する側に一定間隔で複数の開口部が設けられている。ＭＯ原料導入用ノズル２０は、例えば石英管よりなるものである。成膜の際には、気化器１２により気化されＭＯ原料導入用ノズル２０へと供給されたＭＯ原料が、これら開口部から各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００４２】
一方、酸化ガス導入用ノズル２２にも、ウェハ１８に対向する側に一定間隔で複数の開口部が設けられている。酸化ガス導入用ノズル３２も、例えば石英管よりなるものである。成膜の際には、配管４８から酸化ガス導入用ノズル３２へと供給された酸素等の酸化ガスが、これら開口部より各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００４３】
ＭＯ原料導入用ノズル２０と酸化ガス導入用ノズル２２から、所定の間隔で保持された各ウェハ１８表面近傍に送り込まれたＭＯ原料と酸化ガスとが反応し、各ウェハ１８上に、用いたＭＯ原料に応じた膜が形成される。
【００４４】
〔２〕半導体装置の製造方法
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。なお、図２は、本実施形態による半導体装置の製造方法の工程を、酸化ガス等の流量とともに経時的に示したものである。
【００４５】
まず、アイドリング状態にある製造装置について、ＭＯ原料ラインをパージするため、配管３６から酸化ガスを流しておく（図２の時間ｔ０〜ｔ１）。
【００４６】
続いて、反応室１０内に、ウェハ保持治具（図示せず）により、複数枚のウェハ１８をウェハ面に略垂直な方向に所定の間隔をあけて配列した状態で保持する。この際、ＢＳＴ膜又はＳＴ膜を形成すべき面を上に向けて各ウェハ１８を保持する。この間、配管３６から酸化ガスを流し続けておく（図２の時間ｔ１〜ｔ２）。ウェハ１８を反応室１０内に収容した後、配管３６からの酸化ガスの導入を停止する（図２の時間ｔ２）。
【００４７】
次いで、反応室１０を所定の温度までヒーターにより加熱するとともに、反応室１０内を所定の圧力まで排気口に接続された真空ポンプにより減圧する（図２の時間ｔ２〜ｔ３）。例えば、ウェハ温度が４００℃となるように加熱し、反応室１０内の圧力を０．００１Ｔｏｒｒに減圧する。
【００４８】
また、気化されたＭＯ原料が通過する配管３０を含む気化器１２と反応室１０との間も、気化されたＭＯ原料の凝縮を防止するため、例えば、２６０℃に加熱する。
【００４９】
次いで、反応室１０内をパージするため、配管２４から反応室１０内にアルゴン等の不活性ガスを導入する（図２の時間ｔ３〜ｔ４）。
【００５０】
反応室１０内をパージした後、真空ポンプによる反応室１０内の減圧を調整し、最終的に、反応室１０内の圧力を例えば０．７５Ｔｏｒｒとする（図２の時間ｔ４〜ｔ５）。
【００５１】
次いで、以下のようにしてウェハ１８上に成膜を行う。
【００５２】
まず、配管４８から酸化ガスを一定の流量で酸化ガス導入用ノズル２２へ供給する。酸化ガスとして、例えば酸素を２ｌ／ｍｉｎの流量で酸化ガス導入用ノズル２２へ供給する。酸化ガスは、酸化ガス導入用ノズル２２の開口部から、ボートに保持された各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００５３】
次いで、ＭＯ原料を気化器１２によって気化し、キャリアガスによりＭＯ原料導入用ノズル２０へ供給する。気化したＭＯ原料は、ＭＯ原料導入用ノズル２０の開口部から、ボートに保持された各ウェハ１８に向けて吹き出す。例えば、ＢＳＴ膜を形成する場合には、Ｂａ（ＤＰＭ）２、Ｓｒ（ＤＰＭ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ＤＰＭ）２を、それぞれ０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、０．５ｃｃ／ｍｉｎの流量でＭＯ原料導入用ノズル２０へ供給する。このとき、ＭＯ原料それぞれの濃度を０．３ｍｏｌ／ｌ、０．２５ｍｏｌ／ｌ、０．３ｍｏｌ／ｌとする。
【００５４】
こうして、ＭＯ原料導入用ノズル２０と酸化ガス導入用ノズル２２から所定の間隔で保持された各ウェハ１８表面近傍に送り込まれたＭＯ原料と酸化ガスとが反応し、各ウェハ１８上にＢＳＴ膜等の膜が形成される（図２の時間ｔ５〜ｔ６）。
【００５５】
所望の膜厚までウェハ１８上に成膜を形成した後、ＭＯ原料及び酸化ガスの反応室１０内への供給を停止する。こうして、成膜を終了する（図２の時間ｔ６）。
【００５６】
成膜終了後、配管２４から不活性ガスを反応室１０内に導入して、反応室１０のガスをパージする（図２の時間ｔ６〜ｔ７）。
【００５７】
次いで、配管３６から酸化ガスを流してＭＯ原料ラインをパージするとともに、反応室１０内を大気圧に復圧する（図２の時間ｔ７〜ｔ８）。
【００５８】
反応室１０内が大気圧まで復圧された後、配管３６から酸化ガスを流した状態で、反応室１０内から成膜したウェハ１８を搬出する（図２の時間ｔ８〜ｔ９）。
【００５９】
以上のようにして成膜したウェハ１８が搬出されアイドリング状態となった成膜装置においては、必要に応じて配管３６から酸化ガスを流しておく（図２の時間ｔ９〜）。
【００６０】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、製造装置のアイドリング時（図２の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ９〜）、ウェハ１８の搬入出時（図２の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ８〜ｔ９）等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流している。成膜時にＭＯ原料が凝縮することによりインラインフィルタ３４に付着したパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着する。これにより、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができ、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６１】
図３は、本実施形態による半導体装置の製造方法によりＢＳＴ膜をウェハ上に形成した場合のパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフであり、横軸は成膜後のパーティクル数のチェックの回を示し、縦軸はパーティクルチェックの各回においてウェハ上に観察されたパーティクルの数を示している。図中「成膜１」、「成膜２」では、図２に示すプロセス・シークエンスのうち、時間ｔ０〜ｔ２、ｔ７〜ｔ９における配管３６からの酸素ガスの導入を行っていない。「成膜１」と「成膜２」とでは成膜時間が異なり、「成膜１」の成膜時間は２０分、「成膜２」の成膜時間は１００分である。図中「成膜３」では、図２に示す本実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シークエンスに従っている。なお、各成膜時の間には、図中「酸素パージ」で示す時点で、配管３６から酸化ガスとして酸素を導入してインラインフィルタ３４に酸素を流している。図中「酸素パージ」の後に示す６０Ｈ等の数字は酸素を導入した時間を示している。例えば「酸素パージ ６０Ｈ」は、酸素ガスの導入を６０時間行ったことを示している。なお、ウェハの搬入出時には、配管２４から反応室１０内にアルゴンガスを流している。
【００６２】
図３から明らかなように、「成膜１」の後、及び「成膜２」の後のパーティクルチェックでは、いずれの場合もウェハ１８上に観察されるパーティクルの数が増大している。
【００６３】
一方、「成膜３」の後のパーティクルチェックでは、ウェハ１８上に観察されるパーティクルの数が著しく低減されている。これにより、製造装置のアイドリング時やウェハ１８の搬入出時に、配管３６から酸素等の酸化ガスを導入し、インラインフィルタ３４に酸化ガスを流すことにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができることが示された。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、インラインフィルタ３４を介して、気化されたＭＯ原料を反応室１０内に導入するので、配管３０等の温度変動に起因してＭＯ原料が凝縮した場合に、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルをインラインフィルタ３４により捕捉することができ、ウェハ１８上に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６５】
また、製造装置のアイドリング時、ウェハ搬入出時等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流すので、成膜時にＭＯ原料が凝縮することによりインラインフィルタ３４に付着したパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着する。これにより、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができ、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６６】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、ＢＳＴ膜やＳＴ膜を形成する場合について説明したが、本発明はＢＳＴ膜等の成膜のみならず、常温で液体又は固体の原料を気化した原料ガスと、原料ガスと反応する反応性ガスとを反応室１０内に導入し、反応室１０内において原料ガスと反応性ガスとを反応させることにより成膜するＣＶＤ法に広く適用することができる。この場合には、上記実施形態における酸化ガスの場合と同様に、製造装置のアイドリング時等に、原料ガスと反応する反応性ガスをインラインフィルタ３４に流すことにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、酸化ガス導入用ノズル４８から導入する成膜に用いる酸化ガスと同一の酸化ガスを配管３６から導入し、インラインフィルタ３４に流したが、配管３６からインラインフィルタ３４に流すガスは、酸化ガスと同一のガスに限定されるものではない。すなわち、インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルと反応し、パーティクルを更に強固にインラインフィルタ３４に付着させることができる反応性ガスであれば、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、複数枚のウェハ１８を同時に処理するバッチ式のＭＯＣＶＤ装置の場合を例に説明したが、本発明は、枚葉式のＭＯＣＶＤ装置についても適用することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、ＢＳＴ膜等をウェハ１８上に成膜したが、ウェハ１８上への成膜に限定されるものではなく、種々の基板に成膜することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを導入し、原料ガスと反応する反応性ガスを反応室内に導入し、化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法において、異物を捕捉するフィルタを介して原料ガスを反応室内に導入するので、基板に付着するパーティクル等の異物を低減することができる。
【００７２】
また、フィルタを介して原料ガスを反応室内に導入していないときに、反応性ガスをフィルタに流すので、基板に付着するパーティクル等の異物を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の製造装置の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シーケンスを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法によるパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフである。
【図４】従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…反応室
１２…気化器
１４…アウターチューブ
１６…マニホールド
１８…ウェハ
２０…ＭＯ原料導入用ノズル
２２…酸化ガス導入用ノズル
２４…配管
２６ａ、２６ｂ…バルブ
２８…排気口
３０…配管
３２…バルブ
３４…インラインフィルタ
３６…配管
３８ａ、３８ｂ…バルブ
４０…配管
４２…バルブ
４４…配管
４６…バルブ
４８…配管
５０…バルブ
１００…反応室
１０２…気化器
１０４…アウターチューブ
１０６…マニホールド
１０８…ウェハ
１１０…ＭＯ原料導入用ノズル
１１２…酸化ガス導入用ノズル
１１４…配管
１１６ａ、１１６ｂ…バルブ
１１８…排気口
１２０…配管
１２２…バルブ
１２４…配管
１２６…バルブ
１２８…配管
１３０…バルブ
１３２…配管
１３４…バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相成長法により成膜を行う半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のメモリセルに蓄える電荷の確保が困難となってきている等の問題が生じている。このような問題に対処するため、高い誘電率を有する材料からなるキャパシタ膜が求められている。中でも特に、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ：（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）膜や、チタン酸ストロンチウム（ＳＴ：ＳｒＴｉＯ３）膜が、半導体デバイスの高集積化に対応しうる高誘電体膜として大きな注目を集めている。
【０００３】
また、集積度が高くなるにつれて、高誘電体膜材料を用いた場合でも立体構造を有するキャパシタが必要となってくる。したがって、上記の高誘電体膜を形成する方法としては、段差被覆性に優れた化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法が有力視されている。さらに、一度の工程で多数のウェハ上に成膜することができるバッチ式のＣＶＤ法が開発されつつある。
【０００４】
ＢＳＴ膜やＳＴ膜の形成には、有機金属（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ；ＭＯ）原料を用いた有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）法が用いられている。ここで、従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置について図４を用いて説明する。図４は従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【０００５】
従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置は、膜形成が行われる反応室１００と、膜の原料となる有機金属（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ；ＭＯ）原料を気化して反応室１００内に導入する気化器１０２とを有している。
【０００６】
反応室１００内には、複数枚のウェハ１０８が成膜面を上にしてほぼ水平に保持され、ウェハ面に垂直な方向に所定の間隔をあけて配列されている。
【０００７】
反応室１００内には、気化されたＭＯ原料をウェハ１１２表面近傍へ導入するためのＭＯ原料導入用ノズル１１０と、ＭＯ原料と反応する酸化ガスをウェハ１１２表面近傍へ導入するための酸化ガス導入用ノズル１１２が設けられている。
【０００８】
ＭＯ原料導入用ノズル１１０には、ＭＯ原料を気化する気化器１０２が配管１２０を介して接続されている。気化器１０２には、有機溶媒に溶解されたＭＯ原料を気化器１０２に供給するための配管１２４が接続されている。また、気化器１０２には、気化されたＭＯ原料を反応室１０内へと送るキャリアガスを導入するための配管１２８が接続されている。また、酸化ガス導入用ノズル１１２には、酸化ガスを導入するための配管１３２が接続されている。
【０００９】
ＭＯ原料導入用ノズル１１０と酸化ガス導入用ノズル１１２からそれぞれ反応室１００内に導入されたＭＯ原料と酸化ガスとが反応することにより、各ウェハ１８上にＢＳＴ膜又はＳＴ膜等の膜が形成される。
【００１０】
上記従来のＭＯＣＶＤ装置において、ＭＯ原料は、気化器１０２により気化された後、キャリアガスとともに配管１２０を介して反応室１００内に導入される。ＢＳＴ膜やＳＴ膜等の成膜に用いられるＭＯ原料は一般に低温では凝縮するため、気化されたＭＯ原料が通過する配管１２０を含む気化器１０２から反応室１００までの間を２５０℃以上に加熱し、ＭＯ原料が凝縮するのを防止していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＯＣＶＤ装置において、気化されたＭＯ原料が通過する配管やバルブ類を２５０℃以上の温度に維持することは非常に困難であった。このため、気化されたＭＯ原料は配管内等で凝縮することがある。このＭＯ原料の凝縮が、反応室内のウェハに付着するパーティクルの発生要因の一つとなっていた。
【００１２】
かかるパーティクルの発生のため、例えば、従来のＭＯＣＶＤ装置によりＢＳＴ膜やＳＴ膜を形成する場合には、キャパシタ膜として電気特性に優れた膜を得ることが困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、化学気相成長法による成膜におけるパーティクルの発生を抑制しうる半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するフィルタを介して導入し、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入し、化学気相成長法により前記基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記フィルタを介して前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、反応性ガスを前記フィルタに流すことを特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【００１５】
また、上記目的は、化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造装置であって、前記基板を収容する反応室と、前記膜の原料であって、常温で固体又は液体のものを気化して原料ガスとする原料気化手段と、前記原料気化手段と前記反応室とを接続し、前記原料ガスが通過する第１の配管と、前記第１の配管に設けられ、異物を捕捉するフィルタとを有し、前記原料ガスを前記反応室内に導入する原料ガス導入手段と、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入する反応性ガス導入手段と、前記第１の配管の前記原料気化手段と前記フィルタとの間から分岐し、反応性ガスが導入される第２の配管とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置により達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法及び製造装置について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態による半導体装置の製造装置の構造を示す概略図、図２は本実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シーケンスを示す図、図３は本実施形態による半導体装置の製造方法によるパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフである。
【００１７】
〔１〕半導体装置の製造装置
まず、本実施形態による半導体装置の製造装置について図１を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態による半導体装置の製造装置は、ＢＳＴ膜やＳＴ膜等の形成に用いられる縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置であり、成膜が行われる反応室１０と、膜の原料となる常温で固体又は液体のＭＯ原料を気化して反応室１０内に導入する気化器１２とを有している。
【００１９】
反応室１０は、下端に開口部を有するアウターチューブ１４と、アウターチューブ１４の下端開口部を塞いで支持するマニホールド１６とから構成されている。アウターチューブ１４の側壁近傍には、成膜時に反応室１０を加熱するヒーター（図示せず）が配置されている。
【００２０】
反応室１０内には、複数枚のウェハ１８が成膜面を上にしてほぼ水平に保持され、ウェハ面に垂直な方向に所定の間隔をあけて配列されている。
【００２１】
また、反応室１０内のマニホールド１６上には、複数枚のウェハ１８の配列方向に略平行に設けられ、ＭＯ原料をウェハ１８表面近傍へ導入するためのＭＯ原料導入用ノズル２０と、複数枚のウェハ１８の配列方向に略平行に設けられ、酸化ガスをウェハ１１２表面近傍へ導入するための酸化ガス導入用ノズル２２が設けられている。また、マニホールド１６には、反応室１０内にパージ用の不活性ガスを導入するための配管２４が接続されている。配管２４には、不活性ガスの流量を調節するバルブ２６ａ、２６ｂが設けられている。さらに、マニホールド１６には、排気口２８が設けられている。排気口２８には、反応室１０内を減圧するための真空ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００２２】
ＭＯ原料導入用ノズル２０には、ＭＯ原料を気化する気化器１２が配管３０を介して接続されている。配管３０には、反応室１０内に導入されるＭＯ原料の流量を調節するバルブ３２と、配管３０内を通過するパーティクル等の異物を捕捉するインラインフィルタ３４が設けられている。
【００２３】
配管３０のバルブ３２とインラインフィルタ３４との間には、酸化ガスを導入するための配管３６が分岐している。配管３６には、酸化ガスの流量を調節するバルブ３８ａ、３８ｂが設けられている。
【００２４】
気化器１２には、有機溶媒に溶解されたＭＯ原料を気化器１２に供給するための配管４０が接続されている。配管４０には、気化器１２に供給される有機溶媒に溶解されたＭＯ原料の流量を調節するためのバルブ４２が設けられている。また、気化器１２には、気化されたＭＯ原料を反応室１０内へと送るキャリアガスを導入するための配管４４が接続されている。配管４４には、キャリアガスの流量を調節するためのバルブ４６が設けられている。
【００２５】
酸化ガス導入用ノズル２２には、酸化ガスを導入するための配管４８が接続されている。配管４８には、酸化ガスの流量を調節するためのバルブ５０が設けられている。
【００２６】
本実施形態による半導体装置の製造装置は、常温で固体又は液体のＭＯ原料を気化する気化器１２とＭＯ原料導入用ノズル２０とを接続する配管３０に、パーティクル等の異物を捕捉するインラインフィルタ３４が設けられていることに主たる特徴の一つがある。配管３０等の温度変動に起因してＭＯ原料の凝縮した場合であっても、このインラインフィルタ３４により、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルを捕捉してから気化したＭＯ原料を反応室１０内へ導入することができる。これにより、ウェハ１８上に付着するパーティクルを低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態による半導体装置の製造装置は、インラインフィルタ３４に対して、配管３０から分岐した配管３６により酸化ガスを単独で流すことができることにも特徴がある。
【００２８】
製造装置を稼働して成膜を続けていくと、インラインフィルタ３４には、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクル等の異物が付着してゆく。インラインフィルタ３４へのパーティクルの付着量が増大していくと、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離しやすくなる。この結果、インラインフィルタ３４から脱離したパーティクルが反応室１０内に送られ、成膜すべきウェハ１８にパーティクルが付着してしまうことがある。
【００２９】
そこで、本実施形態による半導体装置の製造装置では、成膜を行っていないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流す。例えば、製造装置のアイドリング時や反応室１０内へのウェハ１８の搬入出時等のＭＯ原料を気化器１２に供給していないときに、インラインフィルタ３４に対して酸化ガスを流す。
【００３０】
インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルは、配管３６から流された酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着することとなる。この結果、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができる。これにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００３１】
以下に、本実施形態による半導体装置の製造装置の各構成部分について詳述する。
【００３２】
本実施形態による半導体装置の製造装置による成膜は、排気口２８に接続された真空ポンプによって反応室１０内を減圧した状態で行われる。このため、反応室１０は、気密性を有し減圧に耐えうる構造となっている。気密性を確保するために、例えばマニホールド１６とアウターチューブ１４相互間にＯリングが挟み込まれている。
【００３３】
また、配管２４からアルゴン等の不活性ガスを導入することにより反応室１０内のパージを行うことができる。
【００３４】
気化器１２は、常温で固体又は液体のＭＯ原料を、配管４４から気化器１２に導入されるアルゴン等のキャリアガスによるバブリングや加熱等によって気化するものである。
【００３５】
常温で固体又は液体のＭＯ原料は、有機溶媒に溶解された状態で配管４０から供給される。ＢＳＴ膜の形成には、ＭＯ原料として例えばＢａ（ＤＰＭ）２、Ｓｒ（ＤＰＭ）２、及びＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４が用いられる。ＳＴ膜の形成には、ＭＯ原料として例えばＳｒ（ＤＰＭ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４が用いられる。また、Ｔｉのソースとして、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４の代わりに、例えばＴｉＯ（ＤＰＭ）２、Ｔｉ（ＤＰＭ）２（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２、Ｔｉ（ＤＰＭ）２（Ｏ−ｔ−Ｃ４Ｈ９）２等を用いることもできる。なお、ＤＰＭとは、ｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎｅ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−ｈｅｐｔａｎｅｄｉｏｎｅ）のことをいう。
【００３６】
上記のＭＯ原料を溶解する有機溶媒としては、例えば酢酸ブチル等を用いることができる。
【００３７】
気化器１２により気化されたＭＯ原料は、配管４４から気化器１２に導入されるキャリアガスとともに、配管３０を介して反応室１０内のＭＯ原料導入用ノズル２０へと送られる。なお、気化されて配管３０内を通過するＭＯ原料の凝縮を防止するため、配管３０を含む気化器１２と反応室１０との間を加熱して一定温度に保つ温度調整機構（図示せず）が設けられている。
【００３８】
配管３０に設けられたインラインフィルタ３４は、例えばステンレス製のメッシュであり、ＭＯ原料の凝縮により生じるパーティクル等の異物を捕捉するものである。例えば、インラインフィルタ３４のメッシュサイズは、例えば１．０μｍである。なお、インラインフィルタ３４は、配管３０とともに成膜時に高温となるので、耐熱性を有する必要がある。
【００３９】
また、配管３０から分岐した配管３６からは、製造装置のアイドリング時やウェハ１８の反応室１０内への搬入出時等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスが単独で流される。これにより、インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料が凝縮してなるパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着することとなる。すなわち、インラインフィルタ３４において、反応室１０内での成膜の際に起こる反応と同様の反応が起こることとなる。この結果、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができる。これにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００４０】
配管４８からは、成膜の際に必要な酸化ガスが一定の流量で反応室１０内の酸化ガス導入用ノズル３２へと送られる。酸化ガスとしては、例えば酸素や、酸素と一酸化二窒素との混合ガスを用いることができる。反応室１０内で、ＭＯ原料が酸化ガスと反応して分解されることにより、ウェハ１２上にＢＳＴ膜又はＳＴ膜等の膜が形成される。
【００４１】
ＭＯ原料導入用ノズル２０には、ウェハ１８に対向する側に一定間隔で複数の開口部が設けられている。ＭＯ原料導入用ノズル２０は、例えば石英管よりなるものである。成膜の際には、気化器１２により気化されＭＯ原料導入用ノズル２０へと供給されたＭＯ原料が、これら開口部から各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００４２】
一方、酸化ガス導入用ノズル２２にも、ウェハ１８に対向する側に一定間隔で複数の開口部が設けられている。酸化ガス導入用ノズル３２も、例えば石英管よりなるものである。成膜の際には、配管４８から酸化ガス導入用ノズル３２へと供給された酸素等の酸化ガスが、これら開口部より各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００４３】
ＭＯ原料導入用ノズル２０と酸化ガス導入用ノズル２２から、所定の間隔で保持された各ウェハ１８表面近傍に送り込まれたＭＯ原料と酸化ガスとが反応し、各ウェハ１８上に、用いたＭＯ原料に応じた膜が形成される。
【００４４】
〔２〕半導体装置の製造方法
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。なお、図２は、本実施形態による半導体装置の製造方法の工程を、酸化ガス等の流量とともに経時的に示したものである。
【００４５】
まず、アイドリング状態にある製造装置について、ＭＯ原料ラインをパージするため、配管３６から酸化ガスを流しておく（図２の時間ｔ０〜ｔ１）。
【００４６】
続いて、反応室１０内に、ウェハ保持治具（図示せず）により、複数枚のウェハ１８をウェハ面に略垂直な方向に所定の間隔をあけて配列した状態で保持する。この際、ＢＳＴ膜又はＳＴ膜を形成すべき面を上に向けて各ウェハ１８を保持する。この間、配管３６から酸化ガスを流し続けておく（図２の時間ｔ１〜ｔ２）。ウェハ１８を反応室１０内に収容した後、配管３６からの酸化ガスの導入を停止する（図２の時間ｔ２）。
【００４７】
次いで、反応室１０を所定の温度までヒーターにより加熱するとともに、反応室１０内を所定の圧力まで排気口に接続された真空ポンプにより減圧する（図２の時間ｔ２〜ｔ３）。例えば、ウェハ温度が４００℃となるように加熱し、反応室１０内の圧力を０．００１Ｔｏｒｒに減圧する。
【００４８】
また、気化されたＭＯ原料が通過する配管３０を含む気化器１２と反応室１０との間も、気化されたＭＯ原料の凝縮を防止するため、例えば、２６０℃に加熱する。
【００４９】
次いで、反応室１０内をパージするため、配管２４から反応室１０内にアルゴン等の不活性ガスを導入する（図２の時間ｔ３〜ｔ４）。
【００５０】
反応室１０内をパージした後、真空ポンプによる反応室１０内の減圧を調整し、最終的に、反応室１０内の圧力を例えば０．７５Ｔｏｒｒとする（図２の時間ｔ４〜ｔ５）。
【００５１】
次いで、以下のようにしてウェハ１８上に成膜を行う。
【００５２】
まず、配管４８から酸化ガスを一定の流量で酸化ガス導入用ノズル２２へ供給する。酸化ガスとして、例えば酸素を２ｌ／ｍｉｎの流量で酸化ガス導入用ノズル２２へ供給する。酸化ガスは、酸化ガス導入用ノズル２２の開口部から、ボートに保持された各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００５３】
次いで、ＭＯ原料を気化器１２によって気化し、キャリアガスによりＭＯ原料導入用ノズル２０へ供給する。気化したＭＯ原料は、ＭＯ原料導入用ノズル２０の開口部から、ボートに保持された各ウェハ１８に向けて吹き出す。例えば、ＢＳＴ膜を形成する場合には、Ｂａ（ＤＰＭ）２、Ｓｒ（ＤＰＭ）２、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）２（ＤＰＭ）２を、それぞれ０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、０．５ｃｃ／ｍｉｎの流量でＭＯ原料導入用ノズル２０へ供給する。このとき、ＭＯ原料それぞれの濃度を０．３ｍｏｌ／ｌ、０．２５ｍｏｌ／ｌ、０．３ｍｏｌ／ｌとする。
【００５４】
こうして、ＭＯ原料導入用ノズル２０と酸化ガス導入用ノズル２２から所定の間隔で保持された各ウェハ１８表面近傍に送り込まれたＭＯ原料と酸化ガスとが反応し、各ウェハ１８上にＢＳＴ膜等の膜が形成される（図２の時間ｔ５〜ｔ６）。
【００５５】
所望の膜厚までウェハ１８上に成膜を形成した後、ＭＯ原料及び酸化ガスの反応室１０内への供給を停止する。こうして、成膜を終了する（図２の時間ｔ６）。
【００５６】
成膜終了後、配管２４から不活性ガスを反応室１０内に導入して、反応室１０のガスをパージする（図２の時間ｔ６〜ｔ７）。
【００５７】
次いで、配管３６から酸化ガスを流してＭＯ原料ラインをパージするとともに、反応室１０内を大気圧に復圧する（図２の時間ｔ７〜ｔ８）。
【００５８】
反応室１０内が大気圧まで復圧された後、配管３６から酸化ガスを流した状態で、反応室１０内から成膜したウェハ１８を搬出する（図２の時間ｔ８〜ｔ９）。
【００５９】
以上のようにして成膜したウェハ１８が搬出されアイドリング状態となった成膜装置においては、必要に応じて配管３６から酸化ガスを流しておく（図２の時間ｔ９〜）。
【００６０】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、製造装置のアイドリング時（図２の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ９〜）、ウェハ１８の搬入出時（図２の時間ｔ０〜ｔ１、ｔ８〜ｔ９）等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流している。成膜時にＭＯ原料が凝縮することによりインラインフィルタ３４に付着したパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着する。これにより、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができ、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６１】
図３は、本実施形態による半導体装置の製造方法によりＢＳＴ膜をウェハ上に形成した場合のパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフであり、横軸は成膜後のパーティクル数のチェックの回を示し、縦軸はパーティクルチェックの各回においてウェハ上に観察されたパーティクルの数を示している。図中「成膜１」、「成膜２」では、図２に示すプロセス・シークエンスのうち、時間ｔ０〜ｔ２、ｔ７〜ｔ９における配管３６からの酸素ガスの導入を行っていない。「成膜１」と「成膜２」とでは成膜時間が異なり、「成膜１」の成膜時間は２０分、「成膜２」の成膜時間は１００分である。図中「成膜３」では、図２に示す本実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シークエンスに従っている。なお、各成膜時の間には、図中「酸素パージ」で示す時点で、配管３６から酸化ガスとして酸素を導入してインラインフィルタ３４に酸素を流している。図中「酸素パージ」の後に示す６０Ｈ等の数字は酸素を導入した時間を示している。例えば「酸素パージ ６０Ｈ」は、酸素ガスの導入を６０時間行ったことを示している。なお、ウェハの搬入出時には、配管２４から反応室１０内にアルゴンガスを流している。
【００６２】
図３から明らかなように、「成膜１」の後、及び「成膜２」の後のパーティクルチェックでは、いずれの場合もウェハ１８上に観察されるパーティクルの数が増大している。
【００６３】
一方、「成膜３」の後のパーティクルチェックでは、ウェハ１８上に観察されるパーティクルの数が著しく低減されている。これにより、製造装置のアイドリング時やウェハ１８の搬入出時に、配管３６から酸素等の酸化ガスを導入し、インラインフィルタ３４に酸化ガスを流すことにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができることが示された。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、インラインフィルタ３４を介して、気化されたＭＯ原料を反応室１０内に導入するので、配管３０等の温度変動に起因してＭＯ原料が凝縮した場合に、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルをインラインフィルタ３４により捕捉することができ、ウェハ１８上に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６５】
また、製造装置のアイドリング時、ウェハ搬入出時等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流すので、成膜時にＭＯ原料が凝縮することによりインラインフィルタ３４に付着したパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着する。これにより、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができ、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６６】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、ＢＳＴ膜やＳＴ膜を形成する場合について説明したが、本発明はＢＳＴ膜等の成膜のみならず、常温で液体又は固体の原料を気化した原料ガスと、原料ガスと反応する反応性ガスとを反応室１０内に導入し、反応室１０内において原料ガスと反応性ガスとを反応させることにより成膜するＣＶＤ法に広く適用することができる。この場合には、上記実施形態における酸化ガスの場合と同様に、製造装置のアイドリング時等に、原料ガスと反応する反応性ガスをインラインフィルタ３４に流すことにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、酸化ガス導入用ノズル４８から導入する成膜に用いる酸化ガスと同一の酸化ガスを配管３６から導入し、インラインフィルタ３４に流したが、配管３６からインラインフィルタ３４に流すガスは、酸化ガスと同一のガスに限定されるものではない。すなわち、インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルと反応し、パーティクルを更に強固にインラインフィルタ３４に付着させることができる反応性ガスであれば、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、複数枚のウェハ１８を同時に処理するバッチ式のＭＯＣＶＤ装置の場合を例に説明したが、本発明は、枚葉式のＭＯＣＶＤ装置についても適用することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、ＢＳＴ膜等をウェハ１８上に成膜したが、ウェハ１８上への成膜に限定されるものではなく、種々の基板に成膜することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを導入し、原料ガスと反応する反応性ガスを反応室内に導入し、化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法において、異物を捕捉するフィルタを介して原料ガスを反応室内に導入するので、基板に付着するパーティクル等の異物を低減することができる。
【００７２】
また、フィルタを介して原料ガスを反応室内に導入していないときに、反応性ガスをフィルタに流すので、基板に付着するパーティクル等の異物を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の製造装置の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シーケンスを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法によるパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフである。
【図４】従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…反応室
１２…気化器
１４…アウターチューブ
１６…マニホールド
１８…ウェハ
２０…ＭＯ原料導入用ノズル
２２…酸化ガス導入用ノズル
２４…配管
２６ａ、２６ｂ…バルブ
２８…排気口
３０…配管
３２…バルブ
３４…インラインフィルタ
３６…配管
３８ａ、３８ｂ…バルブ
４０…配管
４２…バルブ
４４…配管
４６…バルブ
４８…配管
５０…バルブ
１００…反応室
１０２…気化器
１０４…アウターチューブ
１０６…マニホールド
１０８…ウェハ
１１０…ＭＯ原料導入用ノズル
１１２…酸化ガス導入用ノズル
１１４…配管
１１６ａ、１１６ｂ…バルブ
１１８…排気口
１２０…配管
１２２…バルブ
１２４…配管
１２６…バルブ
１２８…配管
１３０…バルブ
１３２…配管
１３４…バルブ
Claims (5)
- 基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するフィルタを介して導入し、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入し、化学気相成長法により前記基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記フィルタを介して前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、反応性ガスを前記フィルタに流す
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記原料は、有機金属原料であり、
前記反応性ガスは、酸化ガスである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記膜は、ＢＳＴ膜又はＳＴ膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造装置であって、
前記基板を収容する反応室と、
前記膜の原料であって、常温で固体又は液体のものを気化して原料ガスとする原料気化手段と、
前記原料気化手段と前記反応室とを接続し、前記原料ガスが通過する第１の配管と、前記第１の配管に設けられ、異物を捕捉するフィルタとを有し、前記原料ガスを前記反応室内に導入する原料ガス導入手段と、
前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入する反応性ガス導入手段と、
前記第１の配管の前記原料気化手段と前記フィルタとの間から分岐し、反応性ガスが導入される第２の配管と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 請求項４記載の半導体装置の製造装置において、
前記原料ガス導入手段により前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、前記第２の配管から前記反応性ガスを導入し、前記フィルタに前記反応性ガスを流す
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
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