JP4067792B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体原料を気化させて反応室に供給し、成膜等の基板の処理を行う半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板上に成膜するために、液体原料を気化器により気化させ、気化させたガスを気化器から供給配管を介して反応室に導入する場合、この供給配管の内壁にその液体原料の一部が吸着する。
【0003】
一般に、供給配管の温度は、液体原料の気化温度よりもやや高く設定するが、その気化温度に近いので、供給配管の内壁への吸着量は多くなる。
【0004】
このような状況において、液体原料を気化させたガスを用いて成膜を行う場合、ガスを導入する供給配管の内壁の表面状態を制御、管理することが基板の処理を行う上で重要となる。
【0005】
すなわち、成膜等の処理を行わない間は、供給配管の内壁の残留物を除去した状態に、一方、処理中は、供給配管の内壁にガスが吸着平衡に達した状態にすばやく移行することが必要である。
【0006】
例えば、基板上に五酸化タンタル薄膜(Ta2O5膜)を成膜する場合、常温では液体であるペンタエトキシタンタル(組成式:Ta(OC2H5)5。略称:PETa。以下、PETaと記載する)を気化器によって気化させて原料ガスとし、基板を設置した反応室へ導入し、成膜を行う。
【0007】
以下、PETaの原料ガスを気化器で気化し、反応室へ供給する方法と、成膜後の原料ガスの除去方法について図3、図4を用いて説明する。
【0008】
図3(a)〜(c)は従来の基板処理装置における原料ガス供給のバルブの動作手順を示す図、図4(a)〜(g)はこの従来の基板処理装置における原料ガス除去のバルブの動作手順を示す図である。
【0009】
図3、図4において、1〜6はガス切り替え手段であるバルブ、7は気化器、8は反応室、9、10はポンプ、11は供給配管、12は排気配管、15は反応室8内を排気する排気配管である。
【0010】
成膜前は、原料ガスであるPETaガスを反応室8へ供給するための準備として、気化器7および配管状態の安定化をはかる(図3(a)、(b))。
【0011】
すなわち、アイドリング時は、図3(a)に示すように、バルブ2、5を開いて、気化器7に不活性ガスのN2(窒素)ガスを導入して気化器7内の残留物(PETa)をポンプ10により排気し取り除く(N2パージ)。なお、図中、灰色に示したバルブ1〜6は開いた状態を示し、白いバルブ1〜6は閉じた状態を示す(図1〜図4)。
【0012】
液体原料の気化開始直後は気化が安定しにくいので、成膜直前において図3(b)に示すように、バルブ6を開いて、PETaを気化器7に導入し、ポンプ10により排気し、気化の安定化をはかる。
【0013】
このとき、基板はすでに反応室8内に設置されているため、気化の安定化は第2のポンプ10を介した排気配管12を使用する。
【0014】
つぎに、図3(c)に示すように、バルブ2を閉じ、バルブ1、4を開いて、PETaガスを反応室8へ導入し、基板上へ成膜を行う。このときの排気は排気配管15を介してポンプ9により行う。
【0015】
成膜終了後は、気化器7および供給配管11内の残留物(PETa)を除去する作業を行う(図4(b)〜(g))。図4(a)は図3(c)と同じであり(成膜時)、図4(g)は図3(a)と同じである(アイドリング時)。
【0016】
成膜終了後は、まず、図4(b)に示すように、バルブ1、4、6を閉じ、バルブ2を開いて、気化器7に不活性ガスのN2ガスを導入し、排気配管12を介してポンプ10により排気する。これにより気化器7内の残留物(PETa)の除去を行う(N2パージ)。
【0017】
つぎに、供給配管11(すなわち、気化器7から反応室8までのバルブ1−4間の配管。Taラインと称される)内の残留物を除去するために、図4(c)〜(e)に示すように、バルブ5、2を順次閉じ、その後、バルブ3を開いて、バルブ1−4間の供給配管11の真空引きを行う。
【0018】
すなわち、まず、図4(c)に示すように、バルブ5を閉じ、バルブ1−4間の供給配管11の真空引き準備として、ポンプ10により気化器7の真空引きを行う。
【0019】
つぎに、図4(d)に示すように、バルブ2を閉じ、バルブ1−4間の供給配管11の真空引き準備として、ポンプ10により排気配管12の真空引きを行う。
【0020】
つぎに、図4(e)に示すように、バルブ3を開き、ポンプ10によりバルブ1−4間の供給配管11の真空引きを行う。
【0021】
つぎに、図4(f)に示すように、バルブ3を閉じ、アイドリングの準備として、ポンプ10により排気配管12の真空引きを行う。
【0022】
つぎに、図4(g)に示すように、アイドリングを行う(図3(a)を用いて既に説明済みなので、説明省略)。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
供給配管11内にPETa等の残留物が残留した場合、次のような不具合が発生しやすくなる。
【0024】
すなわち、▲1▼残留物が経時変化して固形物になる。すると、原料ガスを反応室8へ導入した際、その固形物もいっしょに基板上へ供給され、膜質が劣化する。
【0025】
▲2▼バルブ内部で固形物が発生した場合、バルブのシール部の密着性が低下し、バルブが閉状態でもバルブの1次側2次側で密閉できない状態(内部リーク状態)になる。
【0026】
▲3▼PETaの残留物がつぎの成膜時の膜厚増加に影響する。
【0027】
従来技術では、気化器から反応室までの供給配管の内壁の表面状態を管理、制御することができていなかった。
【0028】
すなわち、図3、図4を用いて説明した上記の手順で原料ガスの供給および除去を行った場合、次のような問題がある。
【0029】
つまり、▲1▼PETaガスを反応室8へ導入する初期とそれ以降とでは、供給配管11の内壁の表面状態が異なるため、反応室8内へ導入されるPETaガスの供給量が不安定である。
【0030】
▲2▼成膜後、到達圧力に達するのに時間がかかり、供給配管11を真空引きして1〜2分程度の短時間で残留物を除去することができない。基板処理装置では、高生産性が望まれるので、基板処理過程を極力簡潔にし、基板処理時間を短縮することが必要である。
【0031】
▲3▼PETaは水分に対して劇的に反応して固化する性質を有する。PETaの残留物を除去するため、供給配管11を真空引きした場合、排気側からの逆拡散により供給配管11の配管に水分が混入する可能性が高くなり、PETaの残留物が固化する。
【0032】
本発明の目的は、従来技術の問題点である原料ガス供給前後の供給配管の内壁の表面状態の不安定性を解決し、その表面状態を積極的に制御、管理することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板を処理する反応室と液体原料を気化する気化器とが供給配管で連通し、上記供給配管の上記反応室近傍に排気配管と、ガスを上記排気配管側と上記反応室側に切り替えるガス切り替え手段が設けられている基板処理装置により基板を処理する際、基板処理前に、不活性ガスを上記供給配管に流しつつ上記排気配管から排気し、その後、上記液体原料を気化したガスを上記供給配管に流しつつ上記排気配管から排気し、その後、上記供給配管から上記排気配管に流れていたガスを、上記排気配管側から上記反応室側に切り替えて上記供給配管から上記反応室内に供給して基板を処理し、処理後、上記液体原料を気化したガスの供給を止め、不活性ガスを上記供給配管に流しつつ上記排気配管から排気するようにしたことを特徴とする。
【0035】
上記の構成により、本発明の半導体装置の製造方法では、バルブの数を低減でき、バルブ動作を単純化でき、配管構成を簡略化でき、配管内残留物による膜厚不安定を改善でき、さらに、配管内残留物による成膜内の異物を低減できる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0037】
図1(a)〜(c)は本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法に係る基板処理装置における原料ガス供給のバルブの動作手順を示す図、図2(a)、(b)は本実施の形態の半導体装置の製造方法に係る基板処理装置における原料ガス除去のバルブの動作手順を示す図である。
【0038】
図1、図2において、2、4、5、6はガス切り替え手段であるバルブ、7は気化器、8は反応室、9、10はポンプ、11は供給配管、12は排気配管、15は反応室8内を排気する排気配管、13は配管分岐点である。
【0039】
本実施の形態では、上記図3、図4と同様に、基板上に五酸化タンタル薄膜(Ta2O5膜)を成膜する場合を例に挙げて説明する。この場合、常温では液体であるペンタエトキシタンタル(組成式:Ta(OC2H5)5。略称:PETa)を気化器7によって気化させて原料ガスとし、基板を設置した反応室8へ導入し、成膜を行う。
【0040】
本実施の形態の半導体装置の製造方法に係る基板処理装置において、アイドリング時は、図1(a)に示すように、バルブ2、5を開いて、気化器7および供給配管11(すなわち、気化器7から反応室8までの配管)に不活性ガスのN2ガスを流し、ポンプ10により排気し、気化器7のN2パージまたはサイクルパージ(N2パージと真空引きの繰り返し操作)を行う。なお、図中、灰色に示したバルブ2、4、5、6は開いた状態を示し、白いバルブ2、4、5、6は閉じた状態を示す。
【0041】
本実施の形態では、排気ラインを反応室8の直上に設けていることにより、気化器7の残留物(PETa)を除去すると同時に、供給配管11の内壁の表面の残留物を除去することが可能である。
【0042】
成膜前は、図1(b)に示すように、バルブ6を開いて、原料ガスであるPETaを気化器7に導入して気化を行う。
【0043】
本実施の形態では、気化安定化作業と同時に供給配管11の内壁表面の安定化をはかることができる。
【0044】
つぎに、図1(c)に示すように、バルブ2を閉じ、バルブ4を開いて、PETaガスを反応室8へ導入し、基板上へ成膜を行う。このときの排気は、排気配管15を介してポンプ9により行う。
【0045】
本実施の形態では、PETaガスを反応室8へ導入する初期と、それ以降で、供給配管11の内壁の表面状態が同じなので、PETaガスの安定供給が可能である。
【0046】
図2(a)と図1(c)とは同じである(成膜時)。
【0047】
成膜後は、図2(b)に示すように、バルブ4、6を閉じ、バルブ2を開いてアイドリング状態に戻す(図1(a)と同じ)。
【0048】
このように、本実施の形態の半導体装置の製造方法に係る基板処理装置は、基板を処理する反応室8と、液体原料を気化する気化器7と、気化器7により気化したガスを反応室8に供給する供給配管11とを有し、供給配管11の反応室8近傍には、排気配管12と、ガスをこの配管12側と反応室8側に切り替えるガス切り替え手段であるバルブ2、4が設けられている。本実施の形態では、供給配管11と反応室8との間に設けるバルブ4を、反応室8の上流の20cm以内に設置した。また、バルブ4の上流20cm以内に排気配管12への配管分岐点13(図1(a))を設けた。さらに、この排気配管12のバルブ2は、配管分岐点13(図1(a))から20cm以内に設置した。このような配管構成とすることにより、反応室8の近傍までの供給配管11の内壁の表面状態を積極的に制御、管理することができる。
【0049】
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基板を処理する反応室8と液体原料を気化する気化器7とが供給配管11で連通し、供給配管11の反応室8近傍に排気配管12と、ガスを排気配管12側と反応室8側に切り替えるバルブ2、4が設けられている基板処理装置により基板を処理する際、基板処理前に、不活性ガスを供給配管11に流しつつ排気配管12から排気し、その後、液体原料を気化したガスを供給配管11に流しつつ排気配管12から排気し、その後、供給配管11から排気配管12に流れていたガスを、排気配管12側から反応室8側に切り替えて供給配管11から反応室8内に供給して基板を処理し、処理後、液体原料を気化したガスの供給を止め、不活性ガスを供給配管11に流しつつ排気配管12から排気するようにしたものである。
【0050】
本実施の形態の半導体装置の製造方法では、つぎのような効果がある。
【0051】
▲1▼バルブの数を図3、図4に示した従来の6個から4個に低減できる。
【0052】
▲2▼バルブ動作を単純化できる。
【0053】
▲3▼図1、図2と図3、図4とを比較すれば明らかなように、配管構成を簡略化できる。
【0054】
▲4▼供給配管11内残留物による膜厚不安定を改善できる。
【0055】
▲5▼供給配管11内残留物による成膜内の異物を低減できる。
【0056】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形態では、基板上に五酸化タンタル薄膜(Ta2O5膜)を成膜する場合を例に挙げて説明したが、本発明は勿論これに限定されず、種々の原料ガスや不活性ガスが使用可能であり、種々の成膜を行う場合に適用できることは言うまでもない。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バルブの数を低減でき、バルブ動作を単純化でき、配管構成を簡略化でき、配管内残留物による膜厚不安定を改善でき、さらに、配管内残留物による成膜内の異物を低減できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)〜(c)は本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法に係る基板処理装置における原料ガス供給のバルブの動作手順を示す図である。
【図2】 (a)、(b)は本実施の形態の半導体装置の製造方法に係る基板処理装置における原料ガス除去のバルブの動作手順を示す図である。
【図3】(a)〜(c)は従来の基板処理装置における原料ガス供給のバルブの動作手順を示す図である。
【図4】(a)〜(g)はこの従来の基板処理装置における原料ガス除去のバルブの動作手順を示す図である。
【符号の説明】
1〜6…ガス切り替え手段であるバルブ、7…気化器、8…反応室、9、10…ポンプ、11…供給配管、12…排気配管、13…配管分岐点。
Claims (1)
- 基板を処理する反応室と液体原料を気化する気化器とが供給配管で連通し、上記供給配管の上記反応室近傍に排気配管と、ガスを上記排気配管側と上記反応室側に切り替えるガス切り替え手段が設けられている基板処理装置により基板を処理する際、
基板処理前に、不活性ガスを上記供給配管に流しつつ上記排気配管から排気し、
その後、上記液体原料を気化したガスを上記供給配管に流しつつ上記排気配管から排気し、
その後、上記供給配管から上記排気配管に流れていたガスを、上記排気配管側から上記反応室側に切り替えて上記供給配管から上記反応室内に供給して基板を処理し、
処理後、上記液体原料を気化したガスの供給を止め、不活性ガスを上記供給配管に流しつつ上記排気配管から排気するようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2001221420A JP4067792B2 (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 半導体装置の製造方法 |
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JP4067792B2 true JP4067792B2 (ja) | 2008-03-26 |
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-
2001
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