JPH11150070A - Manufacture of semiconductor, and its apparatus and semiconductor wafer and semiconductor element - Google Patents
Manufacture of semiconductor, and its apparatus and semiconductor wafer and semiconductor elementInfo
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- JPH11150070A JPH11150070A JP31509597A JP31509597A JPH11150070A JP H11150070 A JPH11150070 A JP H11150070A JP 31509597 A JP31509597 A JP 31509597A JP 31509597 A JP31509597 A JP 31509597A JP H11150070 A JPH11150070 A JP H11150070A
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus for forming a thin film for a semiconductor element on a substrate using a liquid material or the like, a semiconductor wafer, and a semiconductor element.
【0002】[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。2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductors, for example, a thin film for a semiconductor element is formed on a substrate.
A liquefied raw material obtained by liquefying a liquid raw material or a solid raw material as well as a gas raw material (hereinafter, these are collectively referred to as liquid raw material, etc. as appropriate)
Can be used. The formation of a thin film using such a liquid raw material and the like is performed not only in the manufacture of semiconductors but also in the field of electrostatic coating and the like.
【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。As a known technique relating to the formation of a thin film using a liquid material or the like, there is, for example, a method described in JP-A-6-306181. In this method, an organic optical thin film is formed by spraying a liquid raw material in a vacuum and applying it to a substrate, and heating the substrate to volatilize a volatile solvent in the liquid. Specifically, this is performed as follows. That is, a wafer is held and heated on a susceptor arranged in a vacuum vessel, and a liquid material (or an inorganic optical thin film material made of an organic optical thin film material is dissolved in a volatile solvent). Is sprayed into the vacuum container through the control nozzle unit. The sprayed liquid raw material turns into droplets in a vacuum and reaches the wafer as droplets. In the liquid raw material applied in a liquid state on the wafer in this manner, the solvent component is volatilized by heat from the susceptor and the surface heating device arranged beside the susceptor, and only the solid component remains on the wafer to form a thin film. At this time, the solvent component volatilized by the heat becomes a gas and is released into the vacuum vessel. A part of this gas is exhausted out of the container by a vacuum exhaust unit connected to the vacuum container, but most of the gas is adsorbed by gas trapping means (cold trap) arranged in the vacuum container and cooled to a low temperature. Condenses into a liquid. Thus, a required vacuum in the vacuum container is maintained. The method according to this known technique can be applied to the manufacture of semiconductors, although not particularly specified.
【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。[0004] Further, as a known technique relating to atomization of a liquid raw material in forming a thin film using a liquid raw material or the like, for example, JP-A-62-14959 and JP-A-63-171
No. 658 is described. These known techniques relate to the shape of the spraying means when spraying a liquid raw material for electrostatic coating or the like. That is, a mounting body forming an annular inner space opened to the rear surface is fixed to the tip of the rotating shaft, and a cup-shaped rotary atomizing head is provided on the outer periphery of the mounting body. At the time of spraying, the rotating shaft is driven to rotate the mounting body and the rotary atomizing head at a high speed, and the liquid paint is dropped into the inner space through the supply pipe inserted into the inner space from the rear side. Liquid paint droplets are guided to the inner peripheral surface of the rotary atomizing head by using centrifugal force from a supply hole formed in the outer peripheral portion of the mounting body. This droplet is finely divided by a guide groove formed on the inner peripheral surface of the rotary atomizing head,
It is atomized by the action of the centrifugal force and the electrostatic field, and is applied to an object to be coated.
【0005】[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。Problems to be Solved by the Invention
According to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1 (1993) -1995, the liquid material sprayed from the control nozzle does not have a sufficiently fine particle size, and atomization is insufficient. Therefore, from the wafer (or from the vacuum vessel) within the time from spraying to flying over the wafer
The solvent component alone does not volatilize even when the radiation heat is applied, and the sprayed droplets are applied to the wafer in a liquid state. Then, when the wafer is heated to volatilize the solvent component from the applied droplets, the solvent component volatilizes from the droplets at once, so that the pressure in the vacuum vessel rapidly rises, which greatly affects the vacuum environment. give. As a countermeasure, the required pressure is maintained by condensing volatile components in the cold trap again, so extra equipment called a cold trap must be placed in the vacuum vessel, and the vacuum vessel becomes large. As a result, the evacuation unit for evacuating the container becomes large, and the whole apparatus becomes large. In addition, equipment for supplying a refrigerant to the cold trap is required, so that the configuration of the apparatus is complicated. Therefore, handling and operation of the apparatus become complicated, and productivity is deteriorated.
【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。[0006] In addition, the structure described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-14959 and 63-171658 can achieve relatively sufficient atomization. A new problem arises. That is, in semiconductor manufacturing, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No.
As in the case of Japanese Patent Publication No. 181, the film forming operation is performed on a wafer in a vacuum state in a vacuum chamber. However, Japanese Patent Application Laid-Open
In the structures described in JP-A-14959 and JP-A-63-171658, the inner space behind the mounting body into which the liquid paint is dropped is open to the atmosphere with an open rear surface. The supply pipe for supplying the paint also has a structure in which the end is opened into the inner space, and the liquid ejection path is not airtight. Therefore, when this structure is applied to film formation in a vacuum vessel, bubbles are mixed into a liquid material or the like in an inner space opened to the atmosphere, and the mixed bubbles expand in a vacuum environment to cause a liquid ejection path. Therefore, the liquid cannot be ejected into the vacuum container. In addition, the rotating shaft, mounting body, and rotary atomizing head are all rotating members, and when applied to semiconductor manufacturing, they can be freely rotated via a support member such as a bearing on the wall side of the vacuum vessel which is a fixed side member. Although it is necessary to support, there is a high possibility that minute dust generated from rotation is generated from this support member, and it cannot satisfy the strict dust-proof requirement in semiconductor manufacturing. For the above two reasons, it is practically impossible to apply to semiconductor manufacturing.
【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。Further, the existence of the rotating member as described above requires an extra power source for rotating the rotating member, resulting in lower efficiency, and the presence of a movable member causes a corresponding failure. There is also a problem that the probability of occurrence is high and reliability is low.
【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。An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method and apparatus capable of ensuring high productivity by simplifying the apparatus configuration by eliminating the need for gas trapping by sufficiently atomizing the semiconductor, and manufacturing the semiconductor by the manufacturing method. It is to provide a semiconductor wafer and a semiconductor element. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for manufacturing a semiconductor which can ensure high efficiency and reliability by sufficiently atomizing without using a rotating member, and a semiconductor wafer and a semiconductor element manufactured by the manufacturing method. Is to provide.
【0009】[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、成膜用の液体原料又は固体原料を液化し
た液化原料を用い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、微粒化促進機構で
前記液体原料又は液化原料の微粒化を促進した後に前記
容器内に供給することにより、その原料を前記基板表面
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。液体原料
又は液化原料を基板表面到達前に気化させることによ
り、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
わちまず、容器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。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、生産性を向上で
きる。(1) In order to achieve the above object, according to the present invention, a substrate is placed in a container having a substantially vacuum environment inside, and a liquid material or a solid material for film formation is liquefied. In a semiconductor manufacturing method of forming a thin film for a semiconductor device on the substrate using the liquefied raw material, the atomization of the liquid raw material or the liquefied raw material is promoted by an atomization promoting mechanism, and then supplied into the container. The raw material is vaporized before reaching the substrate surface, and the vaporized raw material is supplied to the substrate surface to form the thin film on the substrate. By evaporating the liquid raw material or the liquefied raw material before reaching the substrate surface, it is possible to suppress an increase in the pressure in the container as compared with the related art in which droplets are applied to the substrate as they are and then volatilized. That is, first, when a minute amount of the material which has been promoted to be atomized is supplied into the container, it evaporates after a short period of time and a small pressure rise occurs, but the vaporized material reaches the substrate and has a very small thickness. When the film is formed, the pressure decreases again. After that, the next minute amount of raw material is supplied, and the same
The film is formed by lowering. In this way, the film thickness is sequentially increased, and this pressure increase / decrease is repeated until the film formation of the predetermined thickness is completed. As a result, the maximum value of the pressure rise can be suppressed to an extremely small amount as compared with the related art, so that gas trapping means such as a cold trap can be eliminated. Therefore, since the device configuration can be simplified, the handling and operation of the device can be simplified, and the productivity can be improved.
【0010】(2)上記(1)において、好ましくは、
前記微粒化促進機構は、前記液体原料又は液化原料の噴
流中に旋回流を誘起させることにより微粒化を促進す
る。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。(2) In the above (1), preferably,
The atomization promoting mechanism promotes atomization by inducing a swirling flow in the jet of the liquid raw material or the liquefied raw material. When the swirling flow is induced in the jet flow, microscopically, the minute liquid column which has been elongated in the ejection axis direction is pulled radially outward by the swirling flow. As a result, the spread portion becomes a kind of thin film, so that the liquid droplets are more easily divided, and the atomization can be promoted.
【0011】(3)上記(2)において、さらに好まし
くは、前記微粒化促進機構は、前記原料の噴出軸方向に
設けられた噴出孔に、径方向外側から該原料を流し込む
ことにより、噴出孔からの噴流中に旋回流を誘起させ
る。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。(3) In the above (2), more preferably, the atomization promoting mechanism is configured to pour the raw material from a radially outer side into a discharge hole provided in a discharge axis direction of the raw material, so that the discharge hole is formed. Induces a swirling flow in the jet from the jet. By inducing a swirling flow using the flow from the radial outside to the radial inside, sufficient atomization can be achieved without using a rotating member. As a result, extra power sources and movable members can be omitted as compared with the related art in which atomization is performed by rotating the rotating member at high speed, so that efficiency and reliability can be improved.
【0012】(4)上記(1)において、また好ましく
は、前記液体原料又は液化原料を前記容器内に供給する
際、断続的に開閉する開閉機構を介して断続的に供給を
行う。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。(4) In the above (1), preferably, when supplying the liquid raw material or the liquefied raw material into the container, the liquid raw material or the liquefied raw material is supplied intermittently through an opening / closing mechanism that opens and closes intermittently. Since the raw material is vaporized before reaching the substrate surface, the volume is greatly increased, so that the amount of the raw material required for film formation is relatively smaller than that of the conventional technology in which liquid droplets are applied to the substrate. By performing the intermittent opening and closing, the micro-supply control can be optimally performed.
【0013】(5)上記(4)において、さらに好まし
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。(5) In the above (4), it is more preferable that at least a part of the opening / closing mechanism and its surrounding members are covered with a silicon-based material or made of a silicon-based material. Thus, the abrasion of the opening / closing mechanism and its surrounding members can be suppressed, so that it is possible to prevent the abrasion powder from being mixed into the wafer together with the raw material, thereby causing the failure of the semiconductor element.
【0014】(6)上記(4)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。(6) In the above (4), preferably, at least a part of the opening / closing mechanism and its surrounding members are coated with the same material as the thin film to be formed. This allows
Even if the opening / closing mechanism and its surrounding members are worn and the abrasion powder is mixed with the raw material into the wafer, the abrasion powder is made of the same material as the thin film, thereby preventing the semiconductor element from being defective.
【0015】(7)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。(7) In the above (1), preferably,
The reaction for forming the thin film on the substrate is a chemical vapor deposition reaction.
【0016】(8)また好ましくは、上記目的を達成す
るために、上記(1)〜(7)を用いて製造された半導
体ウェハが提供される。(8) Preferably, in order to achieve the above object, there is provided a semiconductor wafer manufactured by using the above (1) to (7).
【0017】(9)また好ましくは、上記目的を達成す
るために、上記(1)〜(7)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。(9) Preferably, in order to achieve the above object, there is provided a semiconductor device manufactured by using the semiconductor manufacturing method according to any one of the above (1) to (7).
【0018】(10)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、前記液体原料又は液化原料の微粒化を促進する微粒
化促進機構を設ける。(10) In order to achieve the above object, the present invention provides a container in which a substrate is disposed, a vacuum exhaust means for making the inside of the container a substantially vacuum environment, and a liquid material for film formation. Or a supply means for supplying a liquefied raw material obtained by liquefying a solid raw material into the container, and in a semiconductor manufacturing apparatus for forming a thin film for a semiconductor element on the substrate, the supply means comprises the liquid raw material or the liquefied raw material. An atomization promoting mechanism for promoting atomization is provided.
【0019】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is an embodiment in which a thin film for a semiconductor element is deposited on the surface of a wafer as a semiconductor substrate by low pressure chemical vapor deposition.
【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。FIG. 1 is a schematic layout diagram showing the entire structure of a semiconductor manufacturing apparatus for performing the semiconductor manufacturing method according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus includes:
Roughly speaking, a gas-phase chemical reaction device 1, a vaporization mechanism 2, a vacuum exhaust unit 3, a gas processing unit 4, a gas supply unit 5, a preliminary chamber 6,
A wall temperature controller 8 and a nozzle operation controller 9 are provided.
【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。The gas-phase chemical reactor 1 comprises a susceptor 1 on which a wafer (semiconductor substrate) 11 is placed in a vacuum vessel 10.
The vacuum container 10 is provided with a vacuum gauge 14. Although not particularly shown, a pipe through which a fluid for performing wall surface temperature control (described later) is disposed in the wall surface of the vacuum vessel 10. In the vaporization mechanism 2, the liquid raw material (or the liquefied raw material obtained by liquefying the solid raw material, the same applies hereinafter) 16 stored in the liquid raw material tank 15 is supplied from the liquid raw material delivery gas supply unit 18 via the liquid raw material delivery gas pipe 19. The liquid source 16 is pressure-fed by the sent gas for liquid source delivery, and the pressure-fed liquid source 16 is supplied to a vaporization nozzle 22 mounted above the vacuum vessel 10 via a liquid source supply pipe 20 and a liquid source supply valve 21. It has become. At this time, the vaporizing nozzle 22 is provided with a ball valve 30 (described later), a valve rod 32 (the same), and an opening / closing mechanism 23 having a drive source for driving the valve rod, and a control signal from the nozzle operation controller 9 is provided. The liquid material is intermittently supplied into the vacuum vessel 10 by opening and closing the ball valve 30 intermittently according to The vacuum exhaust unit 3 includes a vacuum exhaust pipe 24 connected to the vacuum vessel 10 and a vacuum exhaust valve 2 provided on the vacuum exhaust pipe 24.
The vacuum chamber 10 is evacuated via the exhaust gas 5, and the discarded gas is guided to the gas processing unit 4 via the exhaust pipe 26 to be subjected to a predetermined process. ing. The gas supply unit 5 includes a gas supply pipe 7 connected to the vacuum container 10 and a gas supply pipe 7 provided in the gas supply pipe 7, and a carrier gas (inert gas) and a gas source (Described later). The preparatory chamber 6 is for taking the wafer 11 in and out while keeping the airtightness in the vacuum vessel 10, and includes a wafer handler 6a, a preparatory chamber first gate valve 6b, and a preparatory chamber second gate valve 6c. ing. The wall temperature controller 10 controls the temperature of the fluid (oil or the like) guided through the first wall temperature control pipe 28 and the second wall temperature control pipe 29 connected to the pipes in the wall of the vacuum vessel 10 described above. , Thereby controlling the temperature inside the vacuum vessel 10.
【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。The essential part of this embodiment resides in that a swirling flow is induced in the jet of the raw material in the vaporizing nozzle 22. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the detailed structure of the tip of the vaporizing nozzle 22.
Shown in In FIG. 2, the tip 2 of the vaporizing nozzle 22
2A is an orifice 22 formed at the tip as an ejection hole.
Aa and a valve seat 22Ab formed on the upstream side of the orifice 22Aa. A ball valve 30 fixed to the tip of a ball valve rod 32 driven up and down is seated on the valve seat 22Ab. ing. Further, inside the tip portion 22A, a turning plate 31 as an atomization promoting mechanism for promoting atomization of the liquid raw material is disposed.
【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。The detailed structure of the turning plate 31 is shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). 3 (a) is a top view of the turning plate 31, FIG. 3 (b) is a longitudinal sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 3 (a), and FIG. 3 (c) is FIG. 3 (b). Medium IIIC-III
It is a cross-sectional view by C surface. These FIGS. 3A to 3
As shown in FIG. 2 (c) and FIG. 2, the swivel plate 31 is provided in the direction of the ejection axis of the liquid raw material and has a guide hole 31a in which the ball valve 30 (see FIG. 2) moves up and down, and the orifice 22Aa through the guide hole 31a. Fluid passages 31b arranged so that the liquid raw material flows from the outside in the radial direction toward
Are formed. At this time, each of the fluid passages 31b has an inflow hole 31b1 whose upper end is opened on the upper surface of the turning plate 31 and is formed in the direction of the ejection axis of the liquid raw material (vertical direction in FIG. 3B).
And a swivel groove 31b2 formed in a radial direction (for example, the left-right direction in FIG. 3B) that is communicated with the inflow hole 31b1 and formed on the lower surface of the swivel plate 31 at right angles to the direction of the ejection axis. The diameter d of the inflow hole 31b1 is much larger than the gap δ between the ball valve 30 and the guide hole 31a (the gap formed by the difference in diameter between the guide hole 31a and the ball valve 30, see FIG. 2). 3 (a) and FIG.
As shown in (c), the connecting portions of the swivel grooves 31b2 of the four fluid passages 31b to the guide holes 31a are the guide holes 3a.
The structure is eccentric from the axis 1a.
【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。In the above configuration, the vacuum exhaust unit 3, the vacuum exhaust pipe 24, and the vacuum exhaust valve 25 constitute a vacuum exhaust unit that makes the inside of the vacuum vessel 10 a substantially vacuum environment.
Delivery gas supply section 18 of vaporization mechanism 2, liquid source delivery gas pipe 19, liquid source tank 15, liquid source supply pipe 2
The liquid source supply valve 21, the opening / closing mechanism 23, the vaporizing nozzle 22, and the turning plate 31 constitute a supply unit that supplies a liquefied raw material obtained by liquefying a liquid raw material or a solid raw material for film formation into the vacuum vessel 10. .
【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。In the above configuration, first, the vacuum vessel 10
After the inside is evacuated by the evacuation unit 3, an inert gas from the gas supply unit 5 is introduced into the vacuum vessel 10. Subsequently, the supply of the inert gas is stopped, and the vacuum container 10 is evacuated again by the evacuation unit 3. By repeating such evacuation and introduction of the inert gas several times, the vacuum vessel 10
Replace the gas inside. Next, the first gate valve 6b is opened, and the wafer 11 held in the preliminary chamber 6 is loaded onto the susceptor 12 heated by the heater 13. 1st after loading
The gate valve 6b is closed, and the gas in the vacuum vessel 10 is replaced again. Thereafter, the liquid raw material 16 guided from the vaporizing mechanism 2 is supplied into the vacuum container 10 through the vaporizing nozzle 22 in a state where the inside of the vacuum container 10 is in a substantially vacuum environment (for example, about 133 Pa). In addition, the gaseous raw material from the gas supply unit 5 is also supplied into the vacuum vessel 10 if necessary. At this time, the liquid raw material 16 is sufficiently atomized (detailed later) by the swirling plate 31 in the vaporizing nozzle 22 and then sprayed into the vacuum vessel 10, thereby being vaporized before reaching the wafer 11. ), A film is formed on the wafer 11 in a gaseous state. When the film formation is completed, gas replacement is performed again, and the wafer 11 on the susceptor 12 is replaced with a new wafer placed in the preliminary chamber 6. The above is the manufacturing cycle in the semiconductor manufacturing method of the present embodiment.
【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。As described above, the most significant feature of the operation of this embodiment lies in the promotion of atomization in the vaporizing nozzle 22 and the subsequent vaporization. The atomization promoting action in the evaporation nozzle 22 and the subsequent evaporation of the liquid raw material will be described in detail below. (1) Acceleration of Atomization by Inducing Swirl Flow In FIG. 2, the liquid raw material supplied to the vaporization nozzle 22 flows from above the ball valve rod 32 toward the orifice 22Aa of the tip 22A. On the other hand, at this time, the diameter d of the inflow hole 31b1 of the swirl plate fluid passage 31b is much larger than the gap δ between the ball valve 30 and the guide hole 31a wall surface of the swivel plate 31 as described above. Therefore, most of the liquid material flows into these inflow holes 31b1 and further flows into the swirl grooves 31b2. In this state, when the ball valve 30 of the opening / closing mechanism 23 is driven to move upward for a very short time, the liquid material from the swivel groove 31b2 and the guide hole 31a is sprayed into the vacuum vessel 10 through the orifice 22Aa. At this time, most of the liquid raw material flows from the swirl groove 31b2 so as to gather at the orifice 22Aa at the center in the radial direction, so that a swirl flow in the plane direction orthogonal to the jet axis is induced in the jet of the liquid raw material. . When the swirling flow is induced in the jet flow in this way, microscopically, the minute liquid column which has been elongated in the ejection axis direction is pulled radially outward by the swirling flow. As a result, the spread portion becomes a kind of thin film, so that the droplet is more likely to be divided, which can promote the atomization. Can be formed.
【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。(2) Evaporation of droplets by promoting atomization In this embodiment, by promoting atomization as described in (1) above, after the liquid raw material is sprayed into the vacuum vessel 10, The main purpose is to vaporize before reaching 11. The present inventors conducted a vaporization experiment on droplets using an apparatus similar to the apparatus shown in FIG. 1 in order to study the relationship between atomization and ease of vaporization. FIG. 4 shows the results of this experiment. As experimental conditions, the pressure in the vacuum vessel 10 was maintained at about 133 Pa, and the distance from the vaporizing nozzle 22 to the susceptor 12 was set to 15 cm. The reason for setting the distance of 15 cm is that, in the case of this type of apparatus, including the apparatus of the present embodiment shown in FIG.
The distance from the position where the film forming raw materials (liquid raw material and gaseous raw material) are introduced into the vacuum vessel 10 to the susceptor 10 where the wafer 11 to be formed is placed is at most 20 to 30 c.
This is because if the vaporization is performed at a distance of 15 cm, which is slightly shorter than this, the vaporization of the liquid droplets in the actual apparatus is surely secured. Further, as a liquid supplied from the vaporization mechanism 2 to the vaporization nozzle 22, a film is formed in order to accurately measure a ratio of gasification (vaporization ratio) before the liquid is introduced into the vacuum vessel 10 and reaches the susceptor 12. Not used white spirits. Then, the temperature of the susceptor 12 was changed from 20 ° C. to 300 ° C., and droplets were sprayed from the vaporizing nozzle 22 at each temperature to gradually increase the particle diameter of the droplets. While the particle diameter is sufficiently small, the droplet from the vaporizing nozzle 22 is vaporized before reaching the susceptor 12, but the particle diameter has a certain limit value (the droplet is vaporized 100% and the vaporization rate =
When the particle diameter becomes 1 (hereinafter, appropriately referred to as a vaporization limit particle diameter), a part of the liquid droplets does not vaporize and adheres to the susceptor 12 as droplets. FIG. 4 shows the value of the vaporization limit particle diameter d at each susceptor temperature T measured in this way.
【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。As shown in FIG. 4, the temperature T of the susceptor 12
= Vaporization limit particle size d 限界 25 μm at 20 ° C., d = 32 μm at T = 100 ° C., d ≒ 36 μm at T = 200 ° C., T =
At 300 ° C., d ≒ 45 μm, and the susceptor 12
It can be seen that the higher the temperature of, the larger the vaporization limit particle size d, and even larger droplets vaporize before reaching the susceptor 12. Further, even when the susceptor temperature T is the lowest, T = 20 ° C., if the droplet diameter is set to 20 μm or less, vaporization completely occurs before reaching the susceptor 12. Here, the lowest temperature is set to T = 20 ° C. for the following reason. That is, it is most preferable that all droplets sprayed from the vaporizing nozzle 22 fly straight onto the wafer 11 placed on the susceptor 12,
In some cases, a part of the sprayed droplet may bend and fly to the wall surface of the vacuum vessel 10. This is because the temperature of the wall surface of the vacuum vessel 10 is usually much lower than the temperature of the susceptor 12, and about 20 ° C. is conceivable in the lowest case. Therefore, according to the results of FIG. 4, if the droplet diameter is set to 25 μm or less, the vacuum container 10
The droplets flying on the wall surface can also be vaporized. However,
Since the relationship between the temperature T and the vaporization limit particle diameter d may be slightly different depending on the type of liquid, the inventors of the present application consider a margin and set the droplet diameter to 20 μm or less to obtain a vacuum. It was determined that all the droplets, including the droplets flying on the wall surface of the container 10, could be completely vaporized.
【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。Here, in the present embodiment, the vaporizing nozzle 22
The inventors of the present application have confirmed that fine particles having a particle size of 20 μm or less can be always formed by inducing a swirling flow by the swirling plate 31 to promote atomization. Thereby, after the liquid raw material is sprayed from the vaporization nozzle 22 into the vacuum vessel 10, all droplets can be vaporized before reaching the wafer 11 on the susceptor 12.
【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。According to the embodiment described above, the following effects can be obtained. (I) Simplification of Apparatus Configuration by Suppressing Pressure Increase That is, since the liquid raw material is vaporized before reaching the surface of the wafer 11, the pressure increase in the container is higher than in the conventional technique in which the liquid material is applied to the wafer as droplets and then volatilized. Can be suppressed. This will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. 5 (a) and 5 (b) conceptually show a rise in pressure and a change with time of a film thickness in a vacuum vessel after a liquid material is sprayed from a vaporizing nozzle. FIG. 5A shows the present embodiment, and FIG. 5B shows, for comparison, a case in which gas trapping means such as a cold trap is not provided in a conventional technique in which liquid droplets are applied to a wafer and then volatilized. ing. In each of the figures, the change in the pressure P is indicated by a solid line, and the change in the film thickness h is indicated by a broken line.
【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。First, in the prior art shown in FIG.
After continuing to spray the liquid material and applying it to the wafer as droplets, if heating is started after a certain period of time, the solvent component evaporates from the applied droplets and film formation of a predetermined thickness is completed quickly I do. However, at this time, a large amount of the solvent component is volatilized from the applied droplets at once, so that the pressure in the vacuum container rapidly rises immediately after the start of heating, which greatly affects the vacuum state. Therefore, as a countermeasure, a required pressure is maintained by condensing volatile components again in the cold trap, and it is necessary to arrange an extra equipment called a cold trap in the vacuum vessel.
【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。On the other hand, in the present embodiment, FIG.
As shown in (a), first, when a very small amount of material whose atomization is promoted is supplied into the vacuum vessel 10, it is vaporized after a short time, and the pressure P rises by a very small amount.
When the vaporized raw material reaches the wafer 11 and forms a thin film, the pressure is reduced again. Thereafter, the next minute amount of raw material is supplied, and a small pressure rise and decrease are similarly performed to form a film. In this way, the film thickness is sequentially increased, and this pressure increase / decrease is repeated until the film formation of the predetermined thickness is completed. As a result, the maximum value of the pressure rise can be suppressed to an extremely small amount as compared with the related art, so that gas trapping means such as a cold trap can be eliminated. Therefore, since the apparatus configuration can be simplified, the handling and operation of the apparatus can be simplified, and the productivity can be improved.
【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。(II) Ensuring High Efficiency and High Reliability That is, the swirling flow is induced by using the flow from the radially outer side to the radially inner side of the four fluid passages 31b in the four swirling plates 31 by the swirling plate 31. Sufficient atomization can be achieved without using a rotating member. As a result, extra power sources and movable members can be omitted as compared with the related art in which atomization is performed by rotating the rotating member at high speed, so that efficiency and reliability can be improved.
【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。(III) Others In the present embodiment, since the liquid raw material is vaporized before reaching the surface of the wafer 11, the volume is greatly increased, and a 100% high-concentration film-forming raw material is supplied to the wafer 11. Therefore, the amount of the liquid raw material 16 required for film formation can be reduced as compared with the related art in which the droplets are applied to the wafer 11 as they are. Then, by adjusting the supply amount of the liquid raw material 16 by intermittent opening / closing by the opening / closing mechanism 23, the minute supply control can be optimally performed with high accuracy and high response.
【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。In the above-described embodiment, the material constituting each device / member in the semiconductor manufacturing apparatus is not particularly limited. However, the ball valve 30 constituting a part of the opening / closing mechanism 23 and its surrounding members are used. May have the following limitations in terms of wear resistance and the like. That is, each device / member in the semiconductor manufacturing apparatus is generally made of metal, and for example, the side surface of the ball valve 30 sliding on each other, the wall surface of the guide hole 31a of the swivel plate 31, and the ball valve contacting each other. The tip of 30, the orifice 22Aa, the valve seat 22Ab, and other members of the sliding portion in the portion through which the liquid material passes are also made of metal. Since the liquid material is usually filled around these members, even if the members slide each other, the liquid material acts as a lubricant and the generation of wear powder is almost prevented.
In the event that abrasion powder is generated from these members, the abrasion powder may fly on the wafer 11 together with the sprayed liquid raw material and be taken into the formed film, which may cause a failure of the semiconductor element. . Therefore, by considering the wear resistance of these members, for example, by coating the surface with a silicon-based material, it is possible to prevent the occurrence of defects due to metal powder generated by the wear. Further, the vaporizing nozzle 22
By manufacturing all of the components not necessarily made of metal, such as the orifice 22Aa, from a silicon-based material, the reliability can be further improved. Furthermore, if the surface of a member that may be worn as described above is coated in advance with the same material as the thin film to be formed, the liquid material sprayed by generating abrasion powder by sliding should be used. Even if it is included in the film formed and contained therein, it is the same component as the thin film, so that semiconductor defects due to generated abrasion powder can be suppressed as much as possible.
【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。Further, in the above embodiment, FIG.
Although the turning plate 31 having the structure shown in FIGS. 3A to 3C is used, the present invention is not limited to this, and other modifications are also possible. These modifications will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the structure of a turning plate 131 according to a first modification.
FIG. 6A is a top view of the turning plate 131, and FIG.
(A) It is a longitudinal cross-sectional view by AOB plane. As shown in FIGS. 6A and 6B, this turning plate 1
31 is a guide hole 13 in which the ball valve 30 moves up and down.
1a and four fluid passages 131b arranged so as to allow the liquid material to flow from the outside in the radial direction toward the orifice 22Aa via the guide holes 131a. In particular, the point different from the turning plate of FIG. 3 is that each fluid passage 31b has a straight pipe shape arranged obliquely with respect to the ejection axis direction. In addition, the total height of the turning plate 131 is correspondingly increased. This turning plate 131 also provides the same atomization promoting action as the turning plate 31.
【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。FIG. 7 shows a turning plate 23 according to a second modification.
7A is a top view of the turning plate 231, FIG. 7B is a side view of the turning plate 231, and FIG.
FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line VIIC-VIIC in FIG. As shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c), the turning plate 231 has a guide hole 231a in which the ball valve 30 moves up and down, and a radially outward direction toward the orifice 22Aa via the guide hole 231a. And four fluid passages 231b arranged so that the liquid raw material flows therethrough. At this time, each fluid passage 231b has an upper end opening on the upper surface of the turning plate 231 and a radially outer opening on the outer peripheral portion of the turning plate 231 in a direction oblique to the direction of the ejection axis of the liquid material. Formed swivel groove 23
1b1 and an outflow groove 231b2 communicating with the swivel groove 231b1 and formed on the lower surface of the swivel plate 231 in a radial direction orthogonal to the ejection axis direction. In particular, the difference from the turning plate of FIG. 3 is that the center line of the outflow groove 231b2 formed in the radial direction corresponding to the turning groove 31b2 of FIG. 3 is not eccentric with respect to the axis of the guide hole 231a, The main function of inducing the swirl flow is the swirl groove 23 on the outer periphery of the swirl plate 231.
That is what 1b1 plays. This turning plate 231
Thus, the atomization promoting action similar to that of the turning plate 31 is obtained.
【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。The swivel plates 31, 131,
The number of the fluid passages 31b, 131b, and 231 of the 231 is four, but is not limited thereto, and may be one to three or five or more. In these cases, a similar effect is obtained.
【0039】[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。According to the present invention, sufficient atomization can be achieved, thereby eliminating the need for gas trapping means, simplifying the apparatus configuration, and ensuring high productivity.
【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。FIG. 1 is a schematic layout diagram illustrating an entire structure of a semiconductor manufacturing apparatus that performs a semiconductor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a longitudinal sectional view illustrating a detailed structure of a tip of a vaporizing nozzle illustrated in FIG.
【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。FIG. 3 is a top view of the turning plate shown in FIG. 2, IIIB-III.
It is the longitudinal section by plane B, and the cross section by IIIC-IIIC plane.
【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。FIG. 4 is a diagram showing the results of a droplet vaporization experiment performed to study the relationship between atomization and ease of vaporization.
【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。FIG. 5 is a diagram showing a pressure rise in a vacuum vessel and a change with time of a film thickness after spraying a liquid raw material from a vaporization nozzle in comparison with a conventional technique.
【図6】与旋回板に関する変形例を表す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a modification example of the turning plate.
【図7】与旋回板に関する変形例を表す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a modification example of the turning plate.
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) 2 Vaporization mechanism (supply means) 3 Vacuum exhaust unit (vacuum exhaust means) 10 Vacuum container (container) 11 Wafer (substrate) 15 Liquid source tank 16 Liquid source 18 Delivery gas supply unit 19 Liquid source delivery gas pipe 20 Liquid source Supply pipe 21 Liquid material supply valve 22 Vaporization nozzle (supply means) 22Aa Orifice (ejection hole) 23 Opening / closing mechanism (Supply means) 24 Vacuum exhaust pipe (Vacuum exhaust means) 25 Vacuum exhaust valve (Vacuum exhaust means) 31 Giving swivel plate ( Atomization promoting mechanism, supply means)
───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hideki Tomioka 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Device Development Center (72) Inventor Akira Okawa 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Inside the center
Claims (10)
置し、成膜用の液体原料又は固体原料を液化した液化原
料を用い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、 微粒化促進機構で前記液体原料又は液化原料の微粒化を
促進した後に前記容器内に供給することにより、その原
料を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
記薄膜を形成することを特徴とする半導体の製造方法。1. A semiconductor wherein a substrate is placed in a container having a substantially vacuum environment inside, and a thin film for a semiconductor element is formed on the substrate using a liquid material obtained by liquefying a liquid material or a solid material for film formation. In the manufacturing method, the atomization of the liquid raw material or the liquefied raw material is promoted by an atomization promoting mechanism, and then the raw material is vaporized before reaching the substrate surface by supplying the raw material into the container. Supplying the substrate to the substrate surface and forming the thin film on the substrate.
て、前記微粒化促進機構は、前記液体原料又は液化原料
の噴流中に旋回流を誘起させることにより微粒化を促進
することを特徴とする半導体の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the atomization promoting mechanism promotes atomization by inducing a swirl flow in the jet of the liquid material or the liquefied material. Semiconductor manufacturing method.
て、前記微粒化促進機構は、前記原料の噴出軸方向に設
けられた噴出孔に、径方向外側から該原料を流し込むこ
とにより、噴出孔からの噴流中に旋回流を誘起させるこ
とを特徴とする半導体の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 2, wherein the atomization promoting mechanism is configured to pour the raw material from a radially outer side into a discharge hole provided in a discharge axis direction of the raw material. A swirling flow is induced in a jet flow from the substrate.
て、前記液体原料又は液化原料を前記容器内に供給する
際、断続的に開閉する開閉機構を介して断続的に供給を
行うことを特徴とする半導体の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein when the liquid material or the liquefied material is supplied into the container, the liquid material or the liquefied material is supplied intermittently through an opening / closing mechanism that opens and closes intermittently. Semiconductor manufacturing method.
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。5. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 4, wherein at least a part of the opening / closing mechanism and its surrounding members are covered with a silicon-based material or are made of a silicon-based material. Semiconductor manufacturing method.
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。6. The method for manufacturing a semiconductor according to claim 4, wherein at least a part of the opening / closing mechanism and its surrounding members are coated with the same material as the thin film to be formed.
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。7. The method according to claim 1, wherein the reaction for forming the thin film on the substrate is a chemical vapor deposition reaction.
の製造方法を用いて製造された半導体ウェハ。8. A semiconductor wafer manufactured using the method for manufacturing a semiconductor according to claim 1.
の製造方法を用いて製造された半導体素子。9. A semiconductor device manufactured by using the method of manufacturing a semiconductor according to claim 1.
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、前記液体原料又は液化原料の微粒化を
促進する微粒化促進機構を有することを特徴とする半導
体製造装置。10. A container in which a substrate is placed, a vacuum exhaust means for making the inside of the container a substantially vacuum environment, and a liquefied raw material obtained by liquefying a liquid material or a solid material for film formation is supplied into the container. A semiconductor device for forming a thin film for a semiconductor element on the substrate, wherein the supply means has an atomization promoting mechanism for promoting atomization of the liquid raw material or the liquefied raw material. Semiconductor manufacturing equipment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31509597A JP3400325B2 (en) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Semiconductor manufacturing method and apparatus, semiconductor wafer and semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11150070A true JPH11150070A (en) | 1999-06-02 |
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JP (1) | JP3400325B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101400155B1 (en) * | 2011-02-01 | 2014-05-27 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Source supply apparatus and film forming apparatus |
JP2022055313A (en) * | 2020-09-28 | 2022-04-07 | 株式会社Kokusai Electric | Vaporization system, substrate processing apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
-
1997
- 1997-11-17 JP JP31509597A patent/JP3400325B2/en not_active Expired - Fee Related
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KR101400155B1 (en) * | 2011-02-01 | 2014-05-27 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Source supply apparatus and film forming apparatus |
JP2022055313A (en) * | 2020-09-28 | 2022-04-07 | 株式会社Kokusai Electric | Vaporization system, substrate processing apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
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JP3400325B2 (en) | 2003-04-28 |
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