JP3400325B2 - 半導体の製造方法及び装置、並びに半導体ウェハ及び半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体原料等を用い
て基板上に半導体素子用の薄膜を形成する半導体の製造
方法および半導体製造装置、並びに半導体ウェハおよび
半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体の製造においては基板上に
半導体素子用の薄膜を形成するが、その原料としては、
気体原料のみならず、液体原料又は固体原料を液化した
液化原料（以下これらを適宜、液体原料等と総称する）
を用いることができる。このような液体原料等を用いた
薄膜形成は、半導体の製造以外に静電塗装等の分野でも
行われている。

【０００３】液体原料等を用いた薄膜形成に関する公知
技術としては、例えば、特開平６−３０６１８１号公報
記載の方法がある。この方法は、液体原料を真空中で噴
霧して基板に塗布し、基板を加熱して液体中の揮発性溶
媒を揮発させることにより、有機光学薄膜を成膜するも
のである。具体的には以下のようにして行う。すなわ
ち、真空容器中に配置されたサセプタ上にウェハを保持
して加熱した状態にしておき、有機系光学薄膜材料から
なる液体原料（又は無機系の光学薄膜材料が揮発性の溶
媒に溶かされたもの）を制御ノズル部を介し真空容器内
に噴霧する。噴霧された液体原料は、真空中で液滴とな
りウェハ上に液滴のまま到達する。こうしてウェハ上に
液体状態で塗布された液体原料は、サセプタ及びサセプ
タ脇に配置された表面加熱装置からの熱により溶媒成分
が揮発し、固体成分のみがウェハ上に残って薄膜を形成
する。このとき、熱により揮発した溶媒成分は気体とな
り真空容器内に放出される。この気体の一部は真空容器
に接続された真空排気部によって容器外に排気される
が、大部分は真空容器内に配置され低温に冷却された気
体捕捉手段（コールドトラップ）に吸着され、再度凝縮
して液体になる。これによって、真空容器内の所要の真
空を維持するようになっている。なお、この公知技術に
よる方法は、特に明示されていないものの半導体製造に
対しての適用が可能である。

【０００４】また、液体原料等を用いた薄膜形成におけ
る液体原料の微粒化に関する公知技術としては、例え
ば、特開昭６２−１４９５９公報や特開昭６３−１７１
６５８号公報記載がある。これらの公知技術は、静電塗
装用の液体原料等を噴霧するときの、その噴霧手段の形
状に関するものである。すなわち、後面に開口した環形
の内空部を形成する取り付け体を回転軸の先端に固定
し、この取り付け体の外周にカップ形の回転霧化頭を設
けている。そして、噴霧時には、回転軸を駆動して取り
付け体及び回転霧化頭を高速回転させるとともに、後面
側から内空部に差し込まれた供給管を介し液体塗料を内
空部に滴下させ、さらにこの液体塗料の液滴を、取り付
け体外周部に形成した供給孔から遠心力を利用して回転
霧化頭の内周面に導く。そしてこの液滴は、回転霧化頭
の内周面に形成された誘導溝によって細かく分流され、
遠心力及び静電界の作用によって微粒化され、被塗装物
に塗着する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−３０６１８
１号公報記載の方法では、制御ノズル部から噴霧される
液体原料が充分に微細な粒径となっておらず、微粒化が
不十分である。そのため、噴霧されてからウェハ上に飛
来するまでの時間内にウェハから（又は真空容器から）
の輻射熱を受けても単独では溶媒成分が揮発せず、噴霧
された液滴は液体状態のままウェハに塗布されることと
なる。そして、その後ウェハを加熱して塗布された液滴
から溶媒成分を揮発させるときに、液滴から溶媒成分が
一度に揮発するため、真空容器内の圧力が急激に上昇し
真空環境に大きな影響を与える。この対策として、揮発
成分を再度コールドトラップで凝縮させることにより所
要の圧力を維持するようになっているため、コールドト
ラップという余分の付加設備を真空容器内に配置せねば
ならず、真空容器が大きくなり、これにより容器を真空
排気する真空排気部も大きくなり、装置全体が大きくな
る。また、コールドトラップに冷媒を供給する設備も必
要となるので、装置の構成が複雑になる。そのため、装
置の取り扱い・操作が繁雑となり生産性が悪くなる。

【０００６】また、特開昭６２−１４９５９公報や特開
昭６３−１７１６５８号公報記載の構成では比較的十分
な微粒化が可能であるが、この構成を半導体製造に適用
しようとする場合、以下の問題が新たに生じる。すなわ
ち、半導体製造においては、前述した特開平６−３０６
１８１号公報と同様、真空容器内において略真空状態で
のウェハへの成膜作業となる。しかし、上記特開昭６２
−１４９５９公報や特開昭６３−１７１６５８号公報記
載の構成では、液体塗料が滴下される取り付け体背後の
内空部は、後面が開口して大気開放されており、またこ
の内空部へ液体塗料を供給する供給管も端部が内空部内
に開口した構造であり、液体の噴出経路が気密構造とな
っていない。そのため、この構造を真空容器内の成膜に
対して適用すると、大気開放された内空部で液体原料等
に気泡が混入し、この混入した気泡が真空環境下で膨張
して液の噴出経路を塞ぐこととなるため、液を真空容器
中に噴出することができない。また、回転軸・取り付け
体・回転霧化頭はすべて回転部材であり、半導体製造に
適用する場合には、固定側部材である真空容器の壁面等
に対し軸受等の支持部材を介し回転自在に支持する必要
があるが、回転に由来する微小な発塵がこの支持部材か
ら発生する可能性が大きく、半導体製造における厳しい
防塵要求を満足できない。以上２つの理由により、事実
上、半導体製造に適用することは不可能である。

【０００７】さらに、上記したように回転部材が存在す
ることから、これを回転するための余分な動力源が必要
となってその分効率が低くなり、さらに可動の部材があ
ることからその分故障発生の可能性が高く信頼性が低く
なるという問題もある。

【０００８】本発明の目的は、十分な微粒化を図ること
により気体捕捉手段を不要として装置構成を簡素化で
き、高い生産性を確保できる半導体の製造方法及び装
置、ならびにその製造方法により製造した半導体ウェハ
および半導体素子を提供することにある。本発明の他の
目的は、回転部材を用いることなく十分な微粒化を図る
ことにより、高い効率及び信頼性を確保できる半導体の
製造方法及び装置、ならびにその製造方法により製造し
た半導体ウェハおよび半導体素子を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、内部を略真空環境とした容器内に
基板を配置し、気化ノズルの先端部に設けた噴出孔を開
閉機構で開閉することにより、成膜用の液体原料又は固
体原料を液化した液化原料を噴霧して前記基板上に半導
体素子用の薄膜を形成する半導体の製造方法において、
前記気化ノズルの先端部内に配置され、前記原料の噴出
軸方向に設けた前記開閉機構による開閉動作用のガイド
穴と、このガイド穴を介し前記噴出孔に向かって径方向
外側から前記原料を流し込むように設けた少なくとも１
つの流体通路とを備えた微粒化促進機構にて、前記ガイ
ド穴を介した噴出軸方向からの前記原料と、前記流体通
路を介した径方向外側からの前記原料とを合流させて、
前記原料の噴流中に旋回流を誘起させ、前記原料の微粒
化を促進することにより、その原料を少なくとも前記基
板表面に到達する前に気化させ、その気化した原料を前
記基板表面に供給し該基板上に前記薄膜を形成すると共
に、前記原料の噴流の気化及び前記基板上への成膜によ
る前記容器内の圧力上昇・低下が繰り返されるよう、前
記原料の供給を微小量づつ断続的に行う。噴流中に旋回
流を誘起させた場合、微視的にみると、それまで噴出軸
方向に細長く形成されていた微小な液柱が旋回流によっ
て径方向外側に引っ張られる。これにより、広がった部
分では一種の薄膜状となるため、液滴がより分裂しやす
くなり、微粒化を促進することができる。このとき、径
方向外側から径方向内側への流れを利用して旋回流を誘
起させることにより、回転部材を用いることなく十分な
微粒化を図ることができる。これにより、回転部材を高
速回転させて微粒化を行う従来技術に比べて余分な動力
源や可動部材を省略することができるので、効率及び信
頼性を向上することができる。 そして、上記のように微
粒化を促進することにより、液体原料又は液化原料を少
なくとも基板表面到達前に気化させることができ、液滴
のまま基板に塗布した後に揮発させる従来技術よりも容
器内の圧力上昇を抑制することができる。すなわち、容
器内に微粒化促進された微小量の原料が気化する前に供
給された場合、短い時間が経過した後にそれが気化し微
小な圧力上昇が生じるが、その気化した原料が基板に到
達し微小厚さの成膜を行うと再び圧力は低下する。その
後次の微小量の原料が供給され、同様に微小な圧力上昇
・低下を行って成膜する。したがって、原料を微小量づ
つ断続的に供給することにより、順次膜厚が厚くなり、
所定厚さの成膜が完了するまでこの圧力上昇・低下が繰
り返される。これにより、圧力上昇の最大値を従来技術
に比べて極めて小さい量に抑えることができるので、コ
ールドトラップ等の気体捕捉手段を不要とすることがで
きる。以上により、装置構成を簡素化できるので、装置
の取扱い・操作を簡略化でき、生産性を向上できる。ま
た、基板表面到達前に原料を気化させることから体積が
非常に増大するため、液滴のまま基板に塗布する従来技
術よりも成膜に必要な原料の量が相対的に少なくて済む
が、開閉機構で断続開閉を行うことにより、その微量供
給制御を最適に行うことができる。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記開閉機構及びその周囲部材の少なくとも一部を、珪
素系の材料で被覆するか又は珪素系の材料で構成する。
これにより、開閉機構やその周囲部材の摩耗を抑制でき
るので、摩耗粉が原料とともにウェハに混入して半導体
素子の不良が発生するのを防止できる。

【００１４】（３）上記（１）において、また好ましく
は、前記開閉機構及びその周囲部材の少なくとも一部
を、成膜する薄膜と同じ材料で被覆する。これにより、
開閉機構やその周囲部材が摩耗し摩耗粉が原料とともに
ウェハに混入したとしても、摩耗粉が薄膜と同じ材料と
なることから半導体素子の不良が発生するのを防止する
ことができる。

【００１５】（４）上記（１）において、好ましくは、
前記基板上に前記薄膜を形成する反応が化学蒸着反応で
ある。

【００１６】（５）また好ましくは、上記目的を達成す
るために、上記（１）〜（４）を用いて製造された半導
体ウェハが提供される。

【００１７】（６）また好ましくは、上記目的を達成す
るために、上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の半
導体の製造方法を用いて製造された半導体素子が提供さ
れる。

【００１８】（７）上記目的を達成するために、また本
発明は、内部に基板が配置される容器と、この容器の内
部を略真空環境とする真空排気手段と、成膜用の液体原
料又は固体原料を液化した液化原料を前記容器内に供給
する供給手段とを備え、前記基板上に半導体素子用の薄
膜を形成する半導体製造装置において、前記供給手段
は、前記原料を噴霧する気化ノズルと、この気化ノズル
の先端部に設けた噴出孔を開閉する開閉機構と、前記気
化ノズルの先端部内に配置され、前記原料の噴出軸方向
に設けた前記開閉機構による開閉動作用のガイド穴と、
このガイド穴を介し前記噴出孔に向かって径方向外側か
ら前記原料を流し込むように設けた少なくとも１つの流
体通路とを備え、前記ガイド穴を介した噴出軸方向から
の前記原料と、前記流体通路を介した径方向外側からの
前記原料とを合流させ、前記原料の噴流中に旋回流を誘
起することにより、前記原料の微粒化を促進する微粒化
促進機構とを設ける。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面を参照
しつつ説明する。本実施形態は、減圧気相化学蒸着によ
って半導体の基板であるウェハ表面に半導体素子用の薄
膜を蒸着する実施形態である。

【００２０】図１は、本実施形態による半導体の製造方
法を実施する半導体製造装置の全体構造を表す概略配置
図である。この図１に示すように、半導体製造装置は、
概略的に言うと、気相化学反応装置１、気化機構２、真
空排気部３、ガス処理部４、ガス供給部５、予備室６、
壁面温度制御部８、及びノズル動作制御部９を備えてい
る。

【００２１】気相化学反応装置１は、真空容器１０の中
に、ウェハ（半導体の基板）１１を載置するサセプタ１
２およびヒータ１３を収容することによって構成されて
おり、真空容器１０には真空計１４が取り付けられてい
る。なお、真空容器１０の壁面内には、特に図示しない
が、壁面温度制御（後述）を行うための流体が流される
配管が配置されている。気化機構２は、液体原料タンク
１５に貯められた液体原料（又は固体原料を液化した液
化原料、以下同じ）１６が、液体原料送出用ガス供給部
１８から液体原料送出用ガス配管１９を介して送られた
液体原料送出用のガスによって圧送され、その圧送され
た液体原料１６が液体原料供給管２０および液体原料供
給バルブ２１を介し、真空容器１０上方に取り付けられ
た気化ノズル２２に供給されるようになっている。この
とき気化ノズル２２にはボールバルブ３０（後述）、バ
ルブロッド３２（同）、及びバルブロッドを駆動する駆
動源を備えた開閉機構２３が設けられており、ノズル動
作制御部９からの制御信号に応じボールバルブ３０を断
続的に開閉動作させることにより、液体原料を真空容器
１０内に断続的に供給するようになっている。真空排気
部３は、真空容器１０に接続された真空排気配管２４及
びこの真空排気配管２４に設けられた真空排気バルブ２
５を介して、真空容器１０内の排気を行うようになって
おり、さらにこの廃棄されたガスは排気配管２６を介し
てガス処理部４に導かれて所定の処理を施されるように
なっている。ガス供給部５は、真空容器１０に接続され
たガス供給管７及びこのガス供給管７に設けられたガス
供給管７を介して、真空容器１０内にキャリアガス（不
活性ガス）や気体原料（後述）を供給するようになって
いる。予備室６は、真空容器１０内への気密性を保ちな
がらウェハ１１の出し入れを行うためのものであり、ウ
ェハハンドラ６ａ、予備室第一ゲートバルブ６ｂ、及び
予備室第二ゲートバルブ６ｃを備えている。壁面温度制
御部１０は、前述した真空容器１０の壁面内の配管と接
続された壁面温度制御用第１配管２８および壁面温度制
御用第２配管２９を介して導かれる流体（油等）の温度
を制御し、これによって真空容器１０内の温度を制御す
るようになっている。

【００２２】本実施形態の要部は、気化ノズル２２にお
いて原料の噴流中に旋回流を誘起させることにある。こ
の気化ノズル２２先端の詳細構造を表す縦断面図を図２
に示す。この図２において、気化ノズル２２の先端部２
２Ａは、噴出孔として先端に形成されたオリフィス２２
Ａａと、オリフィス２２Ａａの上流側に形成された弁座
２２Ａｂとを備えており、弁座２２Ａｂには、上下駆動
されるボールバルブロッド３２の先端に固定されたボー
ルバルブ３０が着座するようになっている。また先端部
２２Ａの内部には、液体原料の微粒化を促進する微粒化
促進機構としての与旋回板３１が配置されている。

【００２３】与旋回板３１の詳細構造を図３（ａ）〜図
３（ｃ）に示す。図３（ａ）は与旋回板３１の上面図で
あり、図３（ｂ）は図３（ａ）中IIIＢ−IIIＢ面による
縦断面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）中IIIＣ−III
Ｃ面による横断面図である。これら図３（ａ）〜図３
（ｃ）及び図２に示すように、与旋回板３１は、液体原
料の噴出軸方向に設けられボールバルブ３０（図２参
照）が上下動するガイド穴３１ａと、ガイド穴３１ａを
介しオリフィス２２Ａａに向かって径方向外側から液体
原料を流し込むように配置された４つの流体通路３１ｂ
とが形成されている。このとき各流体通路３１ｂは、上
端が与旋回板３１上面に開口し液体原料の噴出軸方向
（図３（ｂ）中上下方向）に形成された流入穴３１ｂ1
と、流入穴３１ｂ1に連通し与旋回板３１の下面に噴出
軸方向と直交する径方向（例えば図３（ｂ）中では左右
方向）に形成された与旋回溝３１ｂ2とから構成されて
おり、流入穴３１ｂ1の径ｄは、ボールバルブ３０とガ
イド穴３１ａとの間隙δ（ガイド穴３１ａとボールバル
ブ３０との直径の差で出来る隙間、図２参照）よりもは
るかに大きくなっている。また図３（ａ）及び図３
（ｃ）に示すように、４つの流体通路３１ｂの与旋回溝
３１ｂ2のガイド穴３１ａへの接続部分は、ガイド穴３
１ａの軸心から偏心した構造となっている。

【００２４】なお、上記構成のうち、真空排気部３、真
空排気配管２４、及び真空排気バルブ２５が、真空容器
１０の内部を略真空環境とする真空排気手段を構成し、
気化機構２の送出用ガス供給部１８、液体原料送出用ガ
ス配管１９、液体原料タンク１５、液体原料供給管２
０、液体原料供給バルブ２１、開閉機構２３、気化ノズ
ル２２、及び与旋回板３１が、成膜用の液体原料又は固
体原料を液化した液化原料を真空容器１０内に供給する
供給手段を構成する。

【００２５】以上の構成において、まず、真空容器１０
内部を真空排気部３により真空排気した後、ガス供給部
５からの不活性ガスを真空容器１０に導入する。続い
て、不活性ガスの供給を停止し、再度真空容器１０を真
空排気部３により真空排気する。このような真空排気お
よび不活性ガスの導入を数回繰り返して、真空容器１０
内のガス置換を行う。次に、第１ゲートバルブ６ｂを開
き、予備室６中に保持されたウェハ１１をヒータ１３で
加熱されたサセプタ１２上に搬入する。搬入終了後第１
ゲートバルブ６ｂを閉じ、再度真空容器１０内のガス置
換を行う。その後、真空容器１０内を略真空環境（例え
ば１３３Ｐａ程度）とした状態で、気化機構２から導か
れる液体原料１６を、気化ノズル２２を介して真空容器
１０内に供給する。なお必要に応じてガス供給部５から
の気体原料も真空容器１０内に併せて供給する。このと
き、液体原料１６は気化ノズル２２内の与旋回板３１で
十分に微粒化（後に詳述）された後に真空容器１０内に
噴霧され、これによってウェハ１１に到達する前に気化
し（同）、気体となった状態でウェハ１１上に成膜を行
う。成膜が終了すると、再びガス置換を行い、サセプタ
１２上のウェハ１１を予備室６中に置かれた新しいウェ
ハと交換する。以上が本実施形態の半導体の製造方法に
おける製造サイクルである。

【００２６】以上において、本実施形態の動作における
最も大きな特徴は、気化ノズル２２における微粒化の促
進及びその後の気化にある。この気化ノズル２２内にお
ける微粒化促進作用及びその後の液体原料の気化作用に
ついて、以下詳細に説明する。 （１）旋回流の誘起による微粒化の促進 図２において、気化ノズル２２に供給された液体原料
は、ボールバルブロッド３２の上方から先端部２２Ａの
オリフィス２２Ａａに向かって流れてくる。一方このと
き、前述したようにボールバルブ３０と与旋回板３１の
ガイド穴３１ａ壁面との間の間隙δよりも与旋回板流体
通路３１ｂの流入穴３１ｂ1の径ｄのほうがはるかに大
きく流路抵抗が少ないため、大部分の液体原料はこれら
流入穴３１ｂ1に流入し、さらに与旋回溝３１ｂ2へと流
入する。そしてこの状態で開閉機構２３のボールバルブ
３０が駆動されて微小時間だけ上方に移動すると、与旋
回溝３１ｂ2及びガイド穴３１ａからの液体原料がオリ
フィス２２Ａａを介し真空容器１０内に噴霧される。こ
のとき、大部分の液体原料は与旋回溝３１ｂ2から径方
向中心のオリフィス２２Ａａに集まるように流入するの
で、液体原料の噴流中に、その噴出軸と直交する平面方
向の旋回流が誘起される。このように噴流中に旋回流が
誘起された場合、微視的に見ると、それまで噴出軸方向
に細長く形成されていた微小な液柱が旋回流によって径
方向外側に引っ張られることになる。これによりその広
がった部分では一種の薄膜状となるため、液滴がより分
裂しやすくなって微粒化を促進することができ、旋回流
を誘起させない場合よりも数分の１の微細な液滴を形成
することができる。

【００２７】（２）微粒化促進による液滴の気化 本実施形態においては、上記（１）のように微粒化を促
進することにより、真空容器１０内に液体原料を噴霧
後、液滴がウェハ１１に到達する前に気化させることを
主眼としている。本願発明者等は、微粒化と気化しやす
さとの関係について検討するために、図１に示す装置と
同様の装置を用い、液滴の気化実験を行った。この実験
結果を図４に示す。実験条件としては、真空容器１０内
の圧力を約１３３Ｐａに維持するとともに、気化ノズル
２２からサセプタ１２までの距離を１５ｃｍに設定し
た。この１５ｃｍという距離に設定したのは、通常、こ
の種の装置では、図１に示す本実施形態の装置も含め、
成膜原料（液体原料及び気体原料）が真空容器１０内に
導入される位置から成膜対象となるウェハ１１の置かれ
ているサセプタ１０までの距離は長くても２０〜３０ｃ
ｍ程度であり、これよりやや短い１５ｃｍの距離で気化
すれば実際の装置における液滴の気化が確実に確保され
ることになるためである。また、気化機構２から気化ノ
ズル２２に供給する液体としては、真空容器１０内に導
入した後サセプタ１２に到達するまでに気体になる割合
（気化割合）を正確に測定するために、膜を形成しない
ホワイトスピリッツを用いた。そして、サセプタ１２の
温度を２０℃〜３００℃まで変化させ、各温度において
液滴を気化ノズル２２から噴霧し、その液滴の粒径を徐
々に大きくした。粒径が十分小さいうちは、気化ノズル
２２からの液滴はサセプタ１２に到達する前に気化する
が、粒径がある限界値（液滴が１００％気化し気化率＝
１となる粒径、以下適宜、気化限界粒径という）になる
と、一部が気化せず液滴のままサセプタ１２に付着する
ようになる。図４は、このようにして測定した各サセプ
タ温度Ｔでの気化限界粒径ｄの値を示したものである。

【００２８】図４に示すように、サセプタ１２の温度Ｔ
＝２０℃で気化限界粒径ｄ≒２５μｍ、Ｔ＝１００℃で
はｄ≒３２μｍ、Ｔ＝２００℃ではｄ≒３６μｍ、Ｔ＝
３００℃ではｄ≒４５μｍとなっており、サセプタ１２
が高温となるほど気化限界粒径ｄが大きくなり、より大
きな液滴でもサセプタ１２に到達するまえに気化するこ
とがわかる。また、最も低いサセプタ温度Ｔ＝２０℃の
場合でも、液滴の粒径を２０μｍ以下とすれば、サセプ
タ１２に到達する前に気化が完全に起こることがわか
る。ここで、最も低い温度をこのＴ＝２０℃に設定した
のは、以下の理由による。すなわち、気化ノズル２２か
ら噴霧された液滴がすべてサセプタ１２上に置かれたウ
ェハ１１上にまっすぐ飛来することが最も好ましいが、
場合によっては、噴霧された液滴の一部が曲がって真空
容器１０の壁面に飛来することも考えられる。この真空
容器１０の壁面の温度は、通常はサセプタ１２の温度よ
り遥かに低い温度であり、最も低い場合には２０℃程度
が考えられるからである。したがって、図４の結果によ
り、液滴の粒径を２５μｍ以下とすれば、真空容器１０
の壁面に飛来した液滴も気化することができる。但し、
温度Ｔと気化限界粒径ｄの関係は、液体の種類によって
微妙に異なる場合があるため、本願発明者等は、若干の
余裕を見て、液滴の粒径を２０μｍ以下とすれば、真空
容器１０の壁面に飛来した液滴も含め、すべての液滴を
完全に気化できると判断した。

【００２９】ここで、本実施形態では、気化ノズル２２
内において与旋回板３１で旋回流を誘起させて微粒化を
促進することにより、常時２０μｍ以下の粒径の微細な
液滴を形成できることを本願発明者等は確認した。これ
により、液体原料が気化ノズル２２から真空容器１０内
に噴霧された後、サセプタ１２上のウェハ１１に到達す
る前にすべての液滴を気化させることができる。

【００３０】以上説明した本実施形態によれば、以下の
効果を奏する。 （Ｉ）圧力上昇抑制による装置構成の簡素化 すなわち、液体原料をウェハ１１の表面に到達する前に
気化させるので、液滴のままウェハに塗布した後に揮発
させる従来技術よりも容器内の圧力上昇を抑制すること
ができる。これを図５（ａ）及び図５（ｂ）により説明
する。これら図５（ａ）及び図５（ｂ）は、液体原料を
気化ノズルから噴霧した後、真空容器内における圧力上
昇及び成膜厚さの経時変化を概念的に表したものであ
る。図５（ａ）は本実施形態を表し、図５（ｂ）は比較
のために、液滴のままウェハに塗布した後に揮発させる
従来技術においてコールドトラップ等の気体捕捉手段を
設けない場合を表している。いずれの図でも圧力Ｐの変
化を実線で、成膜厚さｈの変化を破線で示している。

【００３１】まず図５（ｂ）に示される従来技術では、
液体原料の噴霧を継続し液滴のままウェハに塗布してい
った後、ある時間経過後に加熱を開始すると、塗布され
た液滴から溶媒成分が揮発し、所定厚さの成膜がすばや
く完了する。しかしこのとき塗布された液滴から大量の
溶媒成分が一度に揮発するため、真空容器内の圧力が加
熱開始直後に急激に上昇し、真空状態に大きな影響を与
える。そのため、この対策として、揮発成分を再度コー
ルドトラップで凝縮させることにより所要の圧力を維持
するようにしており、コールドトラップという余分の付
加設備を真空容器内に配置する必要が生じている。

【００３２】これに対し本実施形態においては、図５
（ａ）に示すように、まず、真空容器１０内に微粒化促
進された微小量の原料が供給されると、短い時間が経過
した後にそれが気化し圧力Ｐが微小量だけ上昇するが、
その気化した原料がウェハ１１に到達し微小厚さの成膜
を行うと再び圧力は低下する。その後次の微小量の原料
が供給され、同様に微小な圧力上昇・低下を行って成膜
する。このようにして順次膜厚が厚くなり、所定厚さの
成膜が完了するまでこの圧力上昇・低下が繰り返され
る。これにより、圧力上昇の最大値を従来技術に比べて
極めて小さい量に抑えることができるので、コールドト
ラップ等の気体捕捉手段を不要とすることができる。し
たがって、装置構成を簡素化できるので、装置の取扱い
・操作を簡略化でき、生産性を向上することができる。

【００３３】（II）高効率・高信頼性の確保 すなわち、与旋回板３１で４つの流体通路３１ｂでの径
方向外側から径方向内側への流れを利用して旋回流を誘
起させることにより、回転部材を用いることなく十分な
微粒化を図ることができる。これにより、回転部材を高
速回転させて微粒化を行う従来技術に比べて余分な動力
源や可動部材を省略することができるので、効率及び信
頼性を向上することができる。

【００３４】（III）その他 また、本実施形態においては、ウェハ１１表面到達前に
液体原料を気化させることから体積が非常に増大し、ま
た１００％の高濃度成膜原料がウェハ１１に供給される
ことから、液滴のままウェハ１１に塗布する従来技術よ
りも成膜に必要な液体原料１６の量を減少させることが
できる。そして、この液体原料１６の供給量を開閉機構
２３による断続開閉で調整することにより、その微量な
供給制御を高精度かつ高応答で最適に行うことができ
る。

【００３５】なお、上記実施形態においては、半導体製
造装置における各機器・部材を構成する材料について特
に限定を加えなかったが、開閉機構２３の一部を構成す
るボールバルブ３０やその周囲部材等には、耐摩耗性等
の観点から以下のような限定を加えてもよい。すなわ
ち、半導体製造装置における各機器・部材は一般的には
金属で構成されてあり、例えば互いに摺動するボールバ
ルブ３０の側面及び与旋回板３１のガイド穴３１ａの壁
面や、互いに接触するボールバルブ３０の先端部及びオ
リフィス２２Ａａ・弁座２２Ａｂや、その他液体原料が
通過する部分に有る摺動する部分の部材等も金属で構成
されている。これらの部材の周囲には通常液体原料が充
満しているため万一互いの部材が摺動しても液体原料が
潤滑剤として作用し磨耗粉の発生はほぼ防止されるが、
万一これらの部材から磨耗粉が発生した場合、噴霧した
液体原料とともに磨耗粉がウェハ１１上に飛来し、成膜
された膜中に取り込まれ、半導体素子の不良の原因とな
る可能性がある。そこでこれらの部材については耐磨耗
性を考慮し、例えば、珪素系材料で表面に被覆を施す等
を行うことにより、磨耗により発生した金属粉による不
良発生を防止することができる。また、気化ノズル２２
の構成部材のうち、金属製であることを必ずしも必要と
しない部品、例えばオリフィス２２Ａａなどはすべてを
珪素系の材料で製作することにより、その信頼性を更に
向上させることができる。さらに、上記のような摩耗す
る可能性のある部材の例えば表面を、成膜しようとする
薄膜と同じ材料で予め被覆しておけば、万一摺動により
磨耗粉を発生して噴霧した液体原料中に含まれ成膜した
膜に混入したとしても、薄膜と同じ成分であることか
ら、発生した磨耗粉による半導体の不良を極力抑えるこ
とができる。

【００３６】また、上記実施形態においては、図３
（ａ）〜図３（ｃ）に示す構造の与旋回板３１を用いた
が、これに限られず、他の変形も可能である。これら変
形例を図６及び図７を用いて説明する。図６は、第１の
変形例による与旋回板１３１の構造を表しており、図６
（ａ）は与旋回板１３１の上面図、図６（ｂ）は、図６
（ａ）中Ａ−Ｏ−Ｂ面による縦断面図である。これら図
６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、この与旋回板１
３１には、ボールバルブ３０が上下動するガイド穴１３
１ａと、ガイド穴１３１ａを介しオリフィス２２Ａａに
向かって径方向外側から液体原料を流し込むように配置
された４つの流体通路１３１ｂとが形成されている。特
に図３の与旋回板と異なる点は、各流体通路３１ｂが噴
出軸方向に対し斜めに配置された直管形状となっている
ことである。またこれに対応して与旋回板１３１の全高
も高くなっている。この与旋回板１３１によっても与旋
回板３１と同様の微粒化促進作用を得る。

【００３７】図７は、第２の変形例による与旋回板２３
１の構造を表しており、図７（ａ）は与旋回板２３１の
上面図、図７（ｂ）は与旋回板２３１の側面図、図７
（ｃ）は図７（ｂ）中VIIＣ−VIIＣ断面による横断面で
ある。これら図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、こ
の与旋回板２３１には、ボールバルブ３０が上下動する
ガイド穴２３１ａと、ガイド穴２３１ａを介しオリフィ
ス２２Ａａに向かって径方向外側から液体原料を流し込
むように配置された４つの流体通路２３１ｂとが形成さ
れている。またこのとき、各流体通路２３１ｂは、上端
が与旋回板２３１上面に開口するとともに径方向外側が
与旋回板２３１の外周部に開口し、かつ液体原料の噴出
軸方向に対し斜めとなる方向に形成された与旋回溝２３
１ｂ1と、与旋回溝２３１ｂ1に連通し与旋回板２３１の
下面に噴出軸方向と直交する径方向に形成された流出溝
２３１ｂ2とから構成されている。特に、図３の与旋回
板と異なるのは、図３の与旋回溝３１ｂ2に対応する径
方向に形成された流出溝２３１ｂ2の中心線が、ガイド
穴２３１ａの軸心に対し偏心しておらず、旋回流を誘起
する主たる機能は与旋回板２３１外周部の与旋回溝２３
１ｂ1が果たしていることである。この与旋回板２３１
によっても与旋回板３１と同様の微粒化促進作用を得
る。

【００３８】また、以上説明した旋回板３１，１３１，
２３１の流体通路３１ｂ，１３１ｂ，２３１はそれぞれ
４つ設けられていたが、これに限られず、１〜３つある
いは５つ以上でも良い。これらの場合も、同様の効果を
得る。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、十分な微粒化を図るこ
とにより気体捕捉手段を不要として装置構成を簡素化で
き、高い生産性を確保できる。

【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の製造方法を
実施する半導体製造装置の全体構造を表す概略配置図で
ある。

【図２】図１に示された気化ノズル先端の詳細構造を表
す縦断面図である。

【図３】図２に示された与旋回板の上面図、IIIＢ−III
Ｂ面による縦断面図、及びIIIＣ−IIIＣ面による横断面
図である。

【図４】微粒化と気化しやすさとの関係について検討す
るために行った液滴気化実験結果を示す図である。

【図５】液体原料を気化ノズルから噴霧した後、真空容
器内における圧力上昇及び成膜厚さの経時変化を従来技
術と比較して示した図である。

【図６】与旋回板に関する変形例を表す図である。

【図７】与旋回板に関する変形例を表す図である。

【符号の説明】

２ 気化機構（供給手段） ３ 真空排気部（真空排気手段） １０ 真空容器（容器） １１ ウェハ（基板） １５ 液体原料タンク １６ 液体原料 １８ 送出用ガス供給部 １９ 液体原料送出用ガス配管 ２０ 液体原料供給管 ２１ 液体原料供給バルブ ２２ 気化ノズル（供給手段） ２２Ａａ オリフィス（噴出孔） ２３ 開閉機構（供給手段） ２４ 真空排気配管（真空排気手段） ２５ 真空排気バルブ（真空排気手段） ３１ 与旋回板（微粒化促進機構、供給手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平９−36108（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/365

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部を略真空環境とした容器内に基板を配
   置し、気化ノズルの先端部に設けた噴出孔を開閉機構で
   開閉することにより、成膜用の液体原料又は固体原料を
   液化した液化原料を噴霧して前記基板上に半導体素子用
   の薄膜を形成する半導体の製造方法において、前記気化ノズルの先端部内に配置され、前記原料の噴出
   軸方向に設けた前記開閉機構による開閉動作用のガイド
   穴と、このガイド穴を介し前記噴出孔に向かって径方向
   外側から前記原料を流し込むように設けた少なくとも１
   つの流体通路とを備えた 微粒化促進機構にて、前記ガイ
   ド穴を介した噴出軸方向からの前記原料と、前記流体通
   路を介した径方向外側からの前記原料とを合流させて、
   前記原料の噴流中に旋回流を誘起させ、前記原料の微粒
   化を促進することにより、その原料を少なくとも前記基
   板表面に到達する前に気化させ、その気化した原料を前
   記基板表面に供給し該基板上に前記薄膜を形成すると共
   に、 前記原料の噴流の気化及び前記基板上への成膜による前
   記容器内の圧力上昇・低下が繰り返されるよう、前記原
   料の供給を微小量づつ断続的に行う 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、前記開閉機構及びその周囲部材の少なくとも一部
   を、珪素系の材料で被覆するか又は珪素系の材料で構成
   す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、前記開閉機構及びその周囲部材の少なくとも一部
   を、成膜する薄膜と同じ材料で被覆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、前記基板上に前記薄膜を形成する反応が化学蒸着反
   応であ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１〜４のいずれか１項記載の半導体
   の製造方法を用いて製造された半導体ウェハ。
6. 【請求項６】請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体
   の製造方法を用いて製造された半導体素子。
7. 【請求項７】内部に基板が配置される容器と、この容器
   の内部を略真空環境とする真空排気手段と、成膜用の液
   体原料又は固体原料を液化した液化原料を前記容器内に
   供給する供給手段とを備え、前記基板上に半導体素子用
   の薄膜を形成する半導体製造装置において、 前記供給手段は、前記原料を噴霧する気化ノズルと、 この気化ノズルの先端部に設けた噴出孔を開閉する開閉
   機構と、 前記気化ノズルの先端部内に配置され、前記原料の噴出
   軸方向に設けた前記開閉機構による開閉動作用のガイド
   穴と、このガイド穴を介し前記噴出孔に向かって径方向
   外側から前記原料を流し込むように設けた少なくとも１
   つの流体通路とを備え、前記ガイド穴を介した噴出軸方
   向からの前記原料と、前記流体通路を介した径方向外側
   からの前記原料とを合流させ、前記原料の噴流中に旋回
   流を誘起することにより、 前記原料の微粒化を促進する
   微粒化促進機構とを有することを特徴とする半導体製造
   装置。