JPH11312649A - Ｃｖｄ装置 - Google Patents

Ｃｖｄ装置

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JPH11312649A
JPH11312649A JP10120760A JP12076098A JPH11312649A JP H11312649 A JPH11312649 A JP H11312649A JP 10120760 A JP10120760 A JP 10120760A JP 12076098 A JP12076098 A JP 12076098A JP H11312649 A JPH11312649 A JP H11312649A
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liquid
vaporizing
reaction
cvd apparatus
atomizing
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Tomohisa Nishikawa
智寿 西川
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4486—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by producing an aerosol and subsequent evaporation of the droplets or particles

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】残留液体材料によって生じるパーティクル汚染
を防止する液体反応材料気化装置を有するCVD装置を与
える。 【解決手段】反応チャンバ３０と，真空排気手段と，サ
セプタ３２と，シャワーヘッドと，液体材料を気化する
ための液体反応材料気化装置２と，から成る。当該液体
反応材料気化装置は，液体反応材料の流量を制御するた
めの液体流量制御手段２７と，流量制御された液体反応
材料を超音波振動によって霧状にするための霧化手段３
と，霧状にされた前記液体反応材料を加熱することによ
って気化するための気化手段４と，前記霧化手段及び前
記気化手段に接続され，それらの内部をクリーニングす
るためのクリーニング装置と，から成る。当該クリーニ
ング装置は，さらにクリーニング剤導入手段５及び排気
除去手段６から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，蒸気圧の低い液体
反応材料を使用してCVD（化学気相蒸着）法によって半
導体基板上に薄膜を形成するためのCVD装置に関し，特
に，流量制御された液体反応材料を気化させて供給する
液体反応材料気化装置を含むCVD装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来，半導体装置の薄膜形成方法として
CVD法が広く採用されている。CVD法は，形成すべき膜の
種類に応じて選択された数種類のガスを反応チャンバ内
に導入し，熱エネルギー若しくはプラズマ励起エネルギ
ーを印加して化学反応を生じさせ，基板上へ薄膜を形成
させるというものである。近年，段差被覆性及び埋め込
み性が良いとの理由から，蒸気圧の低い液体反応材料が
注目されてきている。
【０００３】例えば，特開平５−１３２７７９号には，
液体反応材料を気化させて反応チャンバへ供給する装置
が開示されている。ここでは，液体流量制御装置によっ
て流量制御された液体反応材料が，気化手段内に配置さ
れた超音波振動子（円形振動子厚み方向共振型超音波振
動子）によって霧状にされ，その後ヒータによって加熱
気化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし，特開平５−１
３２７７９号に開示された装置によれば，薄膜形成処理
終了後に，超音波振動子内部及び気化手段のケーシング
内部等に液体反応材料が残留することになる。超音波振
動子内に残留した液体反応材料は，液だれしてケーシン
グ内に溜まりやがて気化される。ケーシング内に残留し
た液体反応材料のガスは，さらに加熱されて変性若しく
は変質する。これがパーティクル発生源となり，次の薄
膜形成処理工程において半導体基板を汚染することにな
る。
【０００５】特に，液体反応材料のひとつであるTa(OC2
H5)5は，150℃程度で分解されるため，ケーシング内に
残留するとパーティクル発生源となる危険性が大きい。
【０００６】したがって，本発明の目的は，液体反応材
料を装置内に残留させない液体材料気化装置を具備する
CVD装置を与えることである。
【０００７】また，本発明の他の目的は，パーティクル
汚染を最小限にし歩留まりを向上させたCVD装置を与え
ることである。
【０００８】さらに，本発明の他の目的は，クリーニン
グ作業が容易かつ短時間で行えるような液体材料気化装
置を具備するCVD装置を与えることである。
【０００９】さらにまた，本発明の他の目的は，その性
質によらず，あらゆる種類の液体反応材料を使用するこ
とができる液体材料気化装置を具備するCVD装置を与え
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明に係るCVD装置は，以下の手段から成る。
【００１１】減圧下で半導体基板表面に薄膜を形成する
ためのCVD装置は，反応チャンバと，前記反応チャンバ
に接続され，前記反応チャンバを真空排気するための真
空排気手段と，前記反応チャンバ内にあって前記半導体
基板を保持するためのサセプタと，前記サセプタ上に載
置された半導体基板表面に反応ガスを供給するためのシ
ャワーヘッドと，前記シャワーヘッドに接続され，液体
反応材料を流量制御して気化させ，前記反応チャンバ内
へ導入するための液体材料気化装置であって，前記液体
反応材料の流量を制御するための液体流量制御手段と，
前記液体流量制御手段に接続され，流量制御された液体
反応材料を超音波振動によって霧状にするための霧化手
段と，前記霧化手段に接続され，前記霧状にされた前記
液体反応材料を加熱することによって気化するための気
化手段と，前記霧化手段及び前記気化手段に接続され，
それらの内部をクリーニングするためのクリーニング装
置と，から成る液体材料気化装置と，から成る。
【００１２】ここで具体的に前記クリーニング装置は，
前記霧化手段に接続され，クリーニング剤を前記霧化手
段を通じて気化手段へ導入するためのクリーニング剤導
入手段と，前記気化手段に接続され，前記霧化手段及び
前記気化手段内に残留した液体反応材料を排気除去する
ための排気除去手段と，から成る。
【００１３】また好適には，前記クリーニング剤導入手
段は，質量流量制御器及び少なくとも一つのバルブを含
み，前記排気除去手段は，トラップ手段，排気手段及び
少なくとも一つのバルブを含むことができる。
【００１４】さらに前記排気手段は，前記反応チャンバ
を排気するための前記真空排気手段と同一であってもよ
い。
【００１５】また好適には前記トラップ手段はガス冷却
手段を含むことができる。
【００１６】さらに具体的には前記霧化手段は，ホーン
型霧化器である。
【００１７】さらに好適には前記気化手段は，キャリア
ガスを導入するための手段を含むことができる。
【００１８】本発明に係るCVD装置は，さらに前記シャ
ワーヘッドに接続され，少なくとも一種類の反応ガス，
キャリアガス，若しくはパージガスを前記反応チャンバ
内に導入するためのガス導入手段を含むことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下，図面を交え本発明を説明す
る。
【００２０】図１は，本発明に係るCVD装置の好適実施
例を略示したものである。本発明に係るCVD装置1は，反
応チャンバ30と，前記反応チャンバ30に接続され，前記
反応チャンバ30を真空排気するための真空排気手段33
と，前記反応チャンバ30内にあって半導体基板31を保持
するためのサセプタ32と，前記サセプタ32上に載置され
た半導体基板31表面に反応ガスを供給するためのシャワ
ーヘッド36と，前記シャワーヘッド36に接続され，液体
反応材料を流量制御して気化させ，前記反応チャンバ30
内へ導入するための液体材料気化装置2と，から成る。
【００２１】反応チャンバ30は従来のCVD装置で一般に
使用される石英製のチャンバであって，反応ガスを導入
するための吸気口40及び内部を排気するための排気口41
を有する。真空排気手段33は通常の真空ポンプであって
バルブ39を介して該排気口41に接続されている。サセプ
タ32は石英若しくは表面が耐食加工された金属から成
る。またその表面には半導体ウエハ31を吸着保持するた
めのチャック用の複数の細孔（図示せず）を設けること
もできる。シャワーヘッド36は半導体基板31に面した下
方表面に複数の細孔を有する略円筒形の金属製容器であ
って，吸気口40に接続されている。液体材料気化装置2
は，以下で詳しく説明するように，液体反応材料の流量
を制御するための液体流量制御手段27と，該液体反応材
料を超音波振動によって霧状にするための霧化手段3
と，霧状にされた液体反応材料を加熱気化させるための
気化手段4と，該霧化手段3及び該気化手段4をクリーニ
ングするためのクリーニング装置(5,6)とから成る。
【００２２】反応チャンバ30はラインL3を通じてバルブ
38を介して気化手段4に連結される。また，当該反応チ
ャンバ30はラインL5を通じてバルブ37を介して上記液体
反応材料以外の反応ガスを導入するための手段に連結さ
れてもよい。反応ガス導入手段は，ガス流量制御装置34
及びバルブ35から成り，複数の種類の反応ガス及びパー
ジガスを使用する場合にはそれに応じて複数個設けるこ
とも可能である。さらに，反応チャンバ30は，抵抗及び
ランプ等の外部加熱手段（図示せず）を含むことがで
き，それによって半導体ウエハ31を所望の温度に加熱保
持することが可能となる。
【００２３】図２は，図１のCVD装置に使用される液体
反応材料気化装置2を略示したものである。一方図３(A)
及び(B)はそれぞれ，図２のA-A線断面図及びB-B線断面
図を略示拡大したものである。本発明に係る液体反応材
料気化装置2は，液体反応材料14の流量を制御するため
の液体流量制御手段27と，流量制御された液体反応材料
14を超音波振動によって霧状にするための霧化手段3
と，霧状にされた液体反応材料14を加熱することによっ
て気化するための気化手段4と，霧化手段3及び気化手段
4に接続されたクリーニング装置(5,6)とから成る。
【００２４】液体流量制御手段27は好適には熱式質量流
量制御器であって，その一端がラインL1を通じて液体反
応材料14が入ったアンプル15と連結され，他端がバルブ
16を介して霧化手段3の吸入ポート20に連結されてい
る。
【００２５】霧化手段3は，好適にはホーン型霧化器で
あって，吸入ポート20，略円筒形のボディ26及び先細り
形状の吹き出し口22を有する。当該霧化手段3は内部の
超音波振動子21（図３参照）を付勢するべく外部発振器
17に電気的に接続されている。超音波振動子21によって
生成された超音波振動エネルギーは，先細り形状の吹き
出し口22に伝達される。液体反応材料は，当該吹き出し
口22で振動エネルギーを受け微粒子化（霧化）される。
霧化手段3は，吹き出し口22付近が気化手段4のケーシン
グ内側に突出するように，蓋部材24を介して気化手段4
の一端に接続されている。
【００２６】気化手段4は両端が開放された円筒形のケ
ーシングから成り，側壁外部に設けられたヒータ18によ
って所定の温度に加熱される。気化手段4の両開放端は
蓋部材24及び25によって閉じられている。蓋部材25は好
適には２つの排気口19，19’を有し，ひとつは以下に説
明する残留液体材料を排気除去するためのラインL4に接
続され，もう一つは反応チャンバ30へ液体材料ガスを導
入するためのラインL3に接続されている。当該気化手段
4は薄膜形成処理中はラインL3を通じて真空排気され10T
orr以下の低圧に保持される。圧力の低いケーシング内
に微粒子化された液体材料が与えられると容器全圧に対
する材料の分圧が高くなり，当該液体材料は比較的低い
温度（例えば，１５０℃以下）で気化される。当該気化
手段4の内部には好適にはキャリアガス導入手段13が設
けられ，霧化手段3によって霧状にされた液体材料がキ
ャリアガスと混合される。キャリアガス導入手段13は，
複数のアパーチャ23が円周上に等間隔に配置されたリン
グ状部材（図３(B)参照）から成る。ここで注意すべき
は，本発明において気化手段4が反応チャンバと完全に
分離されている点である。
【００２７】クリーニング装置(5,6)は，具体的にはク
リーニング用のガス若しくは液体を霧化手段3及び気化
手段4内部へ導入するためのクリーニング剤導入手段5
と，霧化手段3及び気化手段4内に残留した液体反応材料
及びクリーニングガスを排気除去するための排気除去手
段6とから成る。
【００２８】クリーニング剤導入手段5は，クリーニン
グ剤の流量を制御するための質量流量制御器7及び少な
くとも一つのバルブ8を含み，ラインL2を通じて霧化手
段3の吸入ポート20に接続されている。クリーニング剤
としては，室温大気圧で気体である窒素，水素，ヘリウ
ム若しくはアルゴン等のガス，及びエタノール，メタノ
ール等のアルコール類若しくは低沸点有機化合物である
トルエン，ベンゼン等が使用される。
【００２９】排気除去手段6は，トラップ手段9，排気手
段10及び少なくとも一つのバルブ11を含み，ラインL4を
通じて蓋部材25を介して気化手段4に連結されている。
トラップ手段9は略円筒形の容器から成り，外側面上に
は冷却水が循環するための水路12が設けられている。当
該トラップ手段9の冷却には，概して水温１５℃以下の
冷水を使用する水冷方式が採用されるが，他にファン等
によって空冷してもよい。トラップ手段9の内部には，
液化された液体材料を吸収するための吸収剤（図示せ
ず）が配置されている。変形的に，当該トラップ手段を
直列に複数個設けることも可能である。排気手段10は，
通常の真空ポンプであって，反応チャンバを排気する際
に使用される真空ポンプ33と兼用することもできる。
【００３０】次に，本発明に係るCVD装置1の動作方法に
ついて説明する。
【００３１】アンプル15内の液体反応材料14は，ヘリウ
ムガス(He)によって連続的に加圧され，ラインL1を通じ
て液体流量制御器27へ送られる。当該液体流量制御器27
において，正確に流量制御された液体反応材料14は，バ
ルブ16を介して霧化手段3の吸入ポート20へ送られる。
【００３２】吸入ポート20から吸入された液体反応材料
14は，霧化手段3内部に送られ，超音波振動子21の発す
る振動エネルギーを得て，吐き出し口22で微粒子化され
る。微粒子化された液体反応材料14は，排気手段(10若
しくは33)によって真空排気された気化手段4内部に導入
され，ヒータ18によって加熱されて気化される。この
際，好適には気化手段4の上端部付近に設けられたキャ
リアガス導入手段13からHe，Arガスなどのキャリアガス
が導入される。
【００３３】気化された液体反応材料14は，バルブ38を
介してラインL3を通じて，真空排気された反応チャンバ
30内へ導入される。その他の反応ガスもまた，気体質量
流量制御器34及びバルブ35，37を介してラインL5を通じ
て反応チャンバ30内へ導入される。サセプタ32上に載置
された半導体ウエハ31は外部加熱手段（図示せず）によ
って所定の温度に加熱され，上記反応ガスの雰囲気中に
晒される。当該反応ガスの分子は，熱エネルギー若しく
は高周波プラズマエネルギーを得ることによって活性化
し，化学反応を起こして半導体基板表面上に蒸着する。
こうして所望の薄膜が形成される。
【００３４】薄膜形成処理が終了し反応チャンバ30内部
がパージガスによってパージされた後，半導体ウエハ31
は次の処理工程へ移行するべく当該反応チャンバ30から
搬出される。半導体ウエハ31が搬出されると，次に液体
材料気化装置2のクリーニング処理工程が開始される。
【００３５】本発明に係る液体材料気化装置2のクリー
ニング処理は，クリーニング剤導入手段5及び排気除去
手段6によって実行される。まず，バルブ16及びバルブ3
8が閉じられる。次に，上記クリーニング剤が質量制御
器7によって流量制御されバルブ8を介してラインL2を通
じて霧化手段3の吸入ポート20へ送られる。当該クリー
ニング剤は霧化手段3の内部に残留した液体反応材料と
ともに微粒子化されて，吐き出し口22から気化手段4内
部へ排出される。
【００３６】気化手段4内部へ排出された残留液体材料
はヒータ18によって気化され，気化手段4の内部に残留
していた液体材料ガスとともに，バルブ11を介してトラ
ップ手段9に送られる。トラップ手段9内部において，残
留液体材料ガスは，冷却手段12によって冷却され液化さ
れて吸収剤（図示せず）に吸収される。当該トラップ手
段9において，ほとんどの残留液体材料ガスは液化され
て吸収される。それ以外のガスはラインL4を通じて排気
される。
【００３７】
【発明の効果】本発明に係るCVD装置1によれば，液体反
応材料気化装置2内の残留液体材料が完全に除去される
ため，その変質によるパーティクル汚染の問題が解決で
きた。
【００３８】また，本発明に係るCVD装置1では，気化手
段4が反応チャンバ30と独立に設けられているため，気
化手段4で発生するパーティクルによる反応チャンバ内
部の汚染を最小限にすることができる。
【００３９】さらに，本発明に係るCVD装置1は，構造が
単純で作業が容易であるため，クリーニングに必要な時
間を短縮することができ，スループットを向上させるこ
とができる。
【００４０】さらにまた，本発明に係るCVD装置1によれ
ば，比較的低温で気化するような液体材料を含め，あら
ゆる液体材料を使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明に係るCVD装置の好適実施例を
略示したものである。
【図２】図２は，図１のCVD装置に使用される本発明に
係る液体材料気化装置の好適実施例を略示したものであ
る。
【図３】図３(A)は本発明に係る液体材料気化装置に使
用される霧化手段の拡大断面図であり，図３(B)はキャ
リアガス導入手段の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 CVD装置 2 液体反応材料気化装置 3 霧化手段 4 気化手段 5 クリーニング剤導入手段 6 排気除去手段 27 液体質量流量制御器 30 反応チャンバ 31 半導体ウエハ 32 サセプタ 33 真空ポンプ 34 気体質量流量制御器 35,37,38,39 バルブ 40 吸気口 41 排気口 L3,L5 ライン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】減圧下で半導体基板表面に薄膜を形成する
    ためのCVD装置であって，反応チャンバと，前記反応チ
    ャンバに接続され，前記反応チャンバを真空排気するた
    めの真空排気手段と，前記反応チャンバ内にあって前記
    半導体基板を保持するためのサセプタと，前記サセプタ
    上に載置された半導体基板表面に反応ガスを供給するた
    めのシャワーヘッドと，前記シャワーヘッドに接続さ
    れ，液体反応材料を流量制御して気化させ，前記反応チ
    ャンバ内へ導入するための液体材料気化装置であって，
    前記液体反応材料の流量を制御するための液体流量制御
    手段と，前記液体流量制御手段に接続され，流量制御さ
    れた液体反応材料を超音波振動によって霧状にするため
    の霧化手段と，前記霧化手段に接続され，前記霧状にさ
    れた前記液体反応材料を加熱することによって気化する
    ための気化手段と，前記霧化手段及び前記気化手段に接
    続され，それらの内部をクリーニングするためのクリー
    ニング装置と，から成る液体材料気化装置と，から成る
    装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のCVD装置であって，前記
    クリーニング装置は，前記霧化手段に接続され，クリー
    ニング剤を前記霧化手段を通じて気化手段へ導入するた
    めのクリーニング剤導入手段と，前記気化手段に接続さ
    れ，前記霧化手段及び前記気化手段内に残留した前記液
    体反応材料を排気除去するための排気除去手段と，から
    成る装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のCVD装置であって，前記
    クリーニング剤導入手段は，質量流量制御器及び少なく
    とも一つのバルブを含み，前記排気除去手段は，トラッ
    プ手段，排気手段及び少なくとも一つのバルブを含む，
    ところの装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載のCVD装置であって，前記
    排気手段は，前記反応チャンバを排気するための真空排
    気手段と同一である，ところの装置。
  5. 【請求項５】請求項３に記載のCVD装置であって，前記
    トラップ手段はガス冷却手段を含む，ところの装置。
  6. 【請求項６】請求項１に記載のCVD装置であって，前記
    霧化手段は，ホーン型霧化器である，ところの装置。
  7. 【請求項７】請求項１に記載のCVD装置であって，さら
    に前記気化手段は，キャリアガスを導入するための手段
    を含む，ところの装置。
  8. 【請求項８】請求項１に記載のCVD装置であって，さら
    に前記シャワーヘッドに接続され，少なくとも一種類の
    反応ガス，キャリアガス，若しくはパージガスを前記反
    応チャンバ内に導入するためのガス導入手段を含む，と
    ころの装置。
JP10120760A 1998-04-30 1998-04-30 Ｃｖｄ装置 Pending JPH11312649A (ja)

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