JP2005307233A

JP2005307233A - 成膜装置及び成膜方法及びプロセスガスの供給方法

Info

Publication number: JP2005307233A
Application number: JP2004122501A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Hoshino; 智久星野; Yasuhiko Kojima; 康彦小島; Masahiro Shimizu; 正裕清水
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04
Also published as: US20050249874A1

Abstract

【課題】従来に較べてプロセスガス供給の応答性を向上させることができ、原料の有効利用を図ることのできる成膜装置及び成膜方法及びプロセスガスの供給方法を提供する。
【解決手段】気化器１２の下流側には、オリフィス１４が設けられており、気化器１２とオリフィス１４との間のガス圧を測定するための圧力計１５が設けられている。圧力計１５の測定信号が制御部１６に入力され、制御部１６は、圧力計１５で測定される圧力が所定値になるように、送液ポンプ１３から気化器１２へ注入される液体原料の送液量を制御する。これにより、気化したプロセスガスが所定流量でプロセスチャンバー２０内に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体原料を気化して得られたプロセスガスにより成膜を行う成膜装置及び成膜方法、及びこのようなプロセスガスの供給方法に関する。

近年は、集積回路の高速化、高機能化に伴い、プロセス原料として、材料特性には優れているが、取り扱いの困難な液体原料等を使用することが多くなっている。例えば、ＣＶＤ特にＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）等では、有機錯体金属等の液体原料が使用されている。

このような液体原料からプロセスガスを供給する方法としては、液体原料の入ったリザバー内に気体を送り込みバブリングして液体原料をガス化するバブリング法、液体原料の入ったリザバーを加熱し真空引きすることによって液体原料をガス化するベーキング法が知られている。また、原料の蒸気圧が低く、熱分解を起こし易い物質に対しては、ＤＬＩ（Direct Liquid Injection ）法が用いられている。このＤＬＩ法では、プロセスに必要な量の液体原料のみを気化器に供給し、この気化器で液体原料を気化してプロセスガスとして供給するものである。

このようなＤＬＩ法において、プロセスガスの流量を制御する方法としては、液体マスフローコントローラ等によって、気化器に流入する液体原料の流量を制御し、間接的にプロセスガスの流量を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この方法では、図２に示すように、液体原料の入ったリザバー１から気化器２に供給する液体原料の流量を、液体マスフローコントローラ等からなる液体流量制御機構３によって制御し、プロセスチャンバーへ送るプロセスガスの流量を制御するものである。なお、図２において、４は液体用バルブ、５は蒸気用バルブを示している。

また、図３に示すように、気化器２で気化した後の気体流量を、質量流量計６で測定し、この流量測定結果を気化器２に液体原料を供給するコンダクタンスバルブ７にフィードバックしてプロセスガスの流量を制御する方法も知られている。
特開2000―248363（第１−２図、第３−４頁）

上述した従来の技術では、プロセスガスの供給を停止した状態から、一定流量でプロセスガスを供給できるようになるまで、例えば数秒程度の時間がかかり、応答性が悪いという問題があった。また、このようにプロセスガス供給の応答性が悪いと、プロセスガスの流量が一定になるまでに流れるプロセスガスをベントして廃棄することになり、原料の無駄が多くなって、原料を有効に利用することができないという問題もあった。このような問題は、特にＡＬＤ等において、プロセスガスを断続的に供給する必要がある場合に大きな問題となる。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、従来に較べてプロセスガス供給の応答性を向上させることができ、原料の有効利用を図ることのできる成膜装置及び成膜方法及びプロセスガスの供給方法を提供しようとするものである。

請求項１記載の成膜装置は、液体原料を気化して得られたプロセスガスをプロセスチャンバーに供給し、プロセスチャンバー内に設けられた基板に成膜処理する成膜装置であって、前記液体原料を収容する液体原料収容部と、前記液体原料を気化した前記プロセスガスを発生させる気化器と、前記気化器に前記液体原料を供給する送液機構と、前記気化器の下流側に設けられたオリフィスと、前記気化器と前記オリフィスとの間の前記プロセスガスの圧力を検出する圧力検出機構と、前記圧力検出機構によって検出される圧力値が所定の値になるように、前記送液機構の送液量を制御する制御部とを具備したことを特徴とする。

また、請求項２記載の成膜装置は、前記プロセスガスを断続的に供給するよう構成されたことを特徴とする

また、請求項３記載の成膜装置は、前記圧力検出機構が前記気化器内の圧力を検出するよう構成されたことを特徴とする。

また、請求項４記載の成膜方法は、液体原料収容部に収容された液体原料を、送液機構によって気化器に供給し、気化して得られたプロセスガスをプロセスチャンバーに供給して、プロセスチャンバー内に設けられた基板に成膜処理する成膜方法であって、前記気化器と当該気化器の下流側に設けられたオリフィスとの間の前記プロセスガスの圧力を検出し、この検出された圧力値が所定の値になるように前記送液機構の送液量を制御することによって前記プロセスガスの流量を制御することを特徴とする。

また、請求項５記載の成膜方法は、前記プロセスガスを断続的に供給することを特徴とする。

また、請求項６記載の成膜方法は、前記プロセスガスの圧力を前記気化器内で検出することを特徴とする。

また、請求項７記載のプロセスガスの供給方法は、液体原料収容部に収容された液体原料を、送液機構によって気化器に供給し、気化して得られたプロセスガスをプロセスチャンバーに供給するプロセスガスの供給方法であって、前記気化器と、当該気化器の下流側に設けられたオリフィスとの間の前記プロセスガスの圧力を検出し、この検出された圧力値が所定の値になるように前記送液機構の送液量を制御することによって前記プロセスガスの流量を制御することを特徴とする。

また、請求項８記載のプロセスガスの供給方法は、前記プロセスガスを断続的に供給することを特徴とする。

また、請求項９記載のプロセスガスの供給方法は、前記プロセスガスの圧力を前記気化器内で検出することを特徴とする。

本発明の成膜装置及び成膜方法及びプロセスガスの供給方法によれば、従来に較べてプロセスガス供給の応答性を向上させることができ、原料の有効利用を図ることができる。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示すもので、同図において１１は、液体原料の入ったリザバーを示している。この液体原料としては、例えば、ＴｉＣｌ₄、ＳｎＣｌ₄等のハロゲン系の液体原料、例えば、ｔ−ブチルイミノトリス（ジエチルアミノ）タンタル、テトラエチルハフニウム、トリメチルアルミニウム、ビスエチルシクロペンタジエニルルテニウム、ビス（６−エチル−２，２−ジメチル−３，５−デカンジオナト）銅等のＭＯ系の液体原料、例えば、テトラメチルシラン、トリメチルシラン、ジメチルジメトキシシラン等の有機Ｓｉ系の液体原料等が用いられる。このリザバー１１には、例えば、Ｈｅガス等の不活性ガスのガス圧が印加されている。

上記リザバー１１には、液体原料を気化して気体状のプロセスガスとする気化器１２が接続されており、リザバー１１と気化器１２との間には、送液ポンプ１３が介挿されている。この送液ポンプ１３としては、例えばダイヤフラム構造の弁を複数（図１の例では３個）連結した構造のものを使用することができる。すなわち、このような構造の送液ポンプ１３では、図１中左側から順に弁１、弁２、弁３とすると、弁１開、弁２開、→弁１閉→弁３開、弁２閉→弁３閉という動作を繰り返すことによって送液することができ、繰り返し速度若しくは繰り返しのデューティー時間を制御することにより送液流量を制御することができる。なお、送液ポンプ１３に代えて、コンダクタンスバルブを用いることもできる。

気化器１２の下流側には、オリフィス１４が設けられており、気化器１２とオリフィス１４との間のガス圧を測定するための圧力計１５が設けられている。そして、この圧力計１５の測定信号が制御部１６に入力され、制御部１６は、この圧力計１５で測定される圧力が所定値になるように、送液ポンプ１３から気化器１２へ注入される液体原料の送液量を制御するようになっている。なお、図１において、１７は液体用バルブ、１８は蒸気用バルブであり、これらの開閉も制御部１６によって制御される。なお、図１では、圧力計１５によって、気化器１２の下流側の圧力を測定するようになっているが、圧力計１５によって、気化器１２内の圧力を測定するようにしても良い。

本実施形態では、上記のように気化器１２とオリフィス１４との間のガス圧が所定値になるようにガス圧を制御することによって、オリフィス１４、蒸気用バルブ１８を介してプロセスチャンバー２０内に導入されるプロセスガスの流量を所定流量となるように制御する。これによって、蒸気用バルブ１８を閉じてプロセスガスの供給を停止した状態から、蒸気用バルブ１８を開けた後、直ちに（例えば０．１秒以内程度）所定流量でプロセスガス供給することができ、従来に較べて応答性を向上させることができる。なお、図１において、１９はキャリアガス流路であり、プロセスガスの流路内にキャリアガスを導入するためのものである。

プロセスチャンバー２０内には、半導体ウエハＷ等の基板を載置するためのステージ２１が設けられており、このステージ２１には、半導体ウエハＷを所定温度に加熱するためのヒータ２２が設けられている。また、ステージ２１の上方には、ステージ２１と対向するようにシャワーヘッド２３が設けられており、このシャワーヘッド２３には、多数のガス供給孔２４が設けられている。

また、プロセスチャンバー２０の底部には、排気ポート２５が設けられており、例えばターボ分子ポンプとドライポンプ等からなる図示しない排気機構によって、プロセスチャンバー２０内を所定の圧力に排気できるようになっている。

上記したシャワーヘッド２３には、上述したＴｉＣｌ₄等の液体原料から気化させたプロセスガスの他のプロセスガス、例えばＮＨ₃を導入するための導入機構も設けられている。このプロセスガスの導入機構は、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）３０、開閉バルブ３１等から構成されている。

上記構成の成膜装置では、図示しない開閉機構を介してプロセスチャンバー２０内のステージ２１上に成膜処理を行う基板、例えば半導体ウエハＷを載置し、ヒータ２２によって、この半導体ウエハＷを所定温度（例えば２００〜６５０℃）に加熱する。

これとともに、リザバー１１内のＴｉＣｌ₄等の液体原料を気化器１２で気化して気体状としたプロセスガスと、例えばＮＨ₃等の他のプロセスガスをシャワーヘッド２３からプロセスチャンバー２０内に所定流量で供給し、排気ポート２５から排気して、半導体ウエハＷ上にＴｉＮ等の膜を形成する。

この時、ＴｉＣｌ₄等の供給は、まず蒸気用バルブ１８を閉じた状態で、圧力計１５によって測定される圧力値が所定の値となるよう送液ポンプ１３から気化器１２へ注入される液体原料の送液量を制御し、この状態で蒸気用バルブ１８を開ける。そして、成膜処理中は、圧力計１５によって測定される圧力値が所定の値に保たれるように、制御部１６によって、送液ポンプ１３から気化器１２へ注入される液体原料の送液量が制御される。これによって、蒸気用バルブ１８を開けた直後から応答性良く、常に精度良く一定流量に保たれた状態でＴｉＣｌ₄等のプロセスガスを、プロセスチャンバー２０内に供給することができる。また、この時、必要に応じて、キャリアガス流路１９からプロセスガスの流路内にキャリアガスを導入し、プロセスガスをキャリアガスによって運ぶようにする。また、ＮＨ₃等の他のプロセスガスは、開閉バルブ３１を開き、ＭＦＣ３０で所定流量に流量制御しつつプロセスチャンバー２０内に供給する。

そして、半導体ウエハＷ上に所定膜厚のＴｉＮ等が形成されると、蒸気用バルブ１８を閉じるとともに、開閉バルブ３１を閉じ、プロセスガスの供給を停止して成膜処理を停止し、プロセスチャンバー２０内から半導体ウエハＷを搬出して処理を終了する。

また、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）により、原子層成長させる場合は、蒸気用バルブ１８及び開閉バルブ３１を断続的に開閉してプロセスチャンバー２０内に所定量ずつプロセスガスを断続的に供給する。このような場合も、本実施形態では、蒸気用バルブ１８を開いた直後から所定流量で応答性良くプロセスガスを供給することができるので、効率良くかつ短時間で成膜することができる。すなわち、応答性が悪く、蒸気用バルブを開いてからプロセスガスの流量が所定流量となるまで時間が掛かると、所定流量となるまでのプロセスガスをドレインに廃棄する等の必要が生じるが、このようなプロセスガスの無駄を省くことができ、また、プロセス全体の時間を短縮することが可能となる。

なお、上記実施形態では、本発明を、ＴｉＣｌ₄とＮＨ₃を用いたＴｉＮの成膜処理に適用した場合について説明したが、他のプロセスガスを用いた成膜処理や、その他の処理にも同様にして適用することができることは、勿論である。

本発明の一実施形態における成膜装置の全体概略構成を示す図。従来の成膜装置の要部の構成を示す図。従来の成膜装置の要部の構成を示す図。

符号の説明

１１…リザバー、１２…気化器、１３…送液ポンプ、１４…オリフィス、１５…圧力計、１６…制御部、２０…プロセスチャンバー、Ｗ…半導体ウエハ。

Claims

液体原料を気化して得られたプロセスガスをプロセスチャンバーに供給し、プロセスチャンバー内に設けられた基板に成膜処理する成膜装置であって、
前記液体原料を収容する液体原料収容部と、
前記液体原料を気化した前記プロセスガスを発生させる気化器と、
前記気化器に前記液体原料を供給する送液機構と、
前記気化器の下流側に設けられたオリフィスと、
前記気化器と前記オリフィスとの間の前記プロセスガスの圧力を検出する圧力検出機構と、
前記圧力検出機構によって検出される圧力値が所定の値になるように、前記送液機構の送液量を制御する制御部と
を具備したことを特徴とする成膜装置。
前記プロセスガスを断続的に供給するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
前記圧力検出機構が前記気化器内の圧力を検出するよう構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
液体原料収容部に収容された液体原料を、送液機構によって気化器に供給し、気化して得られたプロセスガスをプロセスチャンバーに供給して、プロセスチャンバー内に設けられた基板に成膜処理する成膜方法であって、
前記気化器と当該気化器の下流側に設けられたオリフィスとの間の前記プロセスガスの圧力を検出し、この検出された圧力値が所定の値になるように前記送液機構の送液量を制御することによって前記プロセスガスの流量を制御することを特徴とする成膜方法。
前記プロセスガスを断続的に供給することを特徴とする請求項４記載の成膜方法。
前記プロセスガスの圧力を前記気化器内で検出することを特徴とする請求項４又は５記載の成膜方法。
液体原料収容部に収容された液体原料を、送液機構によって気化器に供給し、気化して得られたプロセスガスをプロセスチャンバーに供給するプロセスガスの供給方法であって、
前記気化器と、当該気化器の下流側に設けられたオリフィスとの間の前記プロセスガスの圧力を検出し、この検出された圧力値が所定の値になるように前記送液機構の送液量を制御することによって前記プロセスガスの流量を制御することを特徴とするプロセスガスの供給方法。
前記プロセスガスを断続的に供給することを特徴とする請求項７記載のプロセスガスの供給方法。
前記プロセスガスの圧力を前記気化器内で検出することを特徴とする請求項７又は８記載のプロセスガスの供給方法。