WO2004040630A1 - 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

複数の反応物の供給工程を複数回繰り返すことにより基板を処理するものにおいて、反応物である原料を無駄に捨てることなく、基板処理のスループットを向上させる。　基板処理装置は、反応物として液体原料を気化した原料ガスを含み、その原料ガスの処理室１内への供給と、その後に行う原料ガスとは異なる反応物の処理室１への供給を複数回繰り返すことにより、基板を処理するものである。液体原料の流量制御は吐出駆動制御機構６によって制御する。吐出駆動制御機構６は、気化器３内に一体的に組込まれた弁体３３を制御することにより、気化器３や気化器３に接続される外部配管ではなく、気化器３中の気化部へ直接流れ込む液体原料の１回の吐出動作における流量を固定化し、液体原料を気化部３１に間欠的に吐出させるようにする。

Description

半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置

觸分野

本発明は、 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置に係り、 特に 液体原料を気化させた原料ガスを含む反応物を用いて基板を処理するも のに関する。 明 書

背景漏

一般に、 液体原料を用いて基板を処理する半導体デバイスを製造する ための基板処理装置には、 液体原料を気化させる液体原料気化システム が必要となる。 液体原料気化システムで液体原料を高温化して気化させ たガス （以下、 気化ガスと称す） は、 液化するのを防ぐために、 必要に 応じて配管を加熱しなければならない。 特に、 原料が気化させた金属の ガス状のものでは、 蒸気圧が低く配管で冷やされて液化するので、 配管 を加熱する必要がある。 このような気化ガスを使って基板を処理するに は、 気化ガスの流れを適切に制御する必要がある。 気化ガスの流れを制 御する最も簡単な方法は、 バルブを用いる方法である。

しかし、 単純にバルブで気化ガスの流れを制御しょうとした場合、 バ ルブも加熱しなければならないが、 一般に加熱できるタイプのバルブは 寿命が短い。 頻繁にバルブの開閉を繰り返すと、 我々の試算によると 1 0 0 日の使用で、 寿命が来てしまう恐れがある。 また気化ガスをバルブ で制御しても、 気化ガス原料がバルブの内部、 特に駆動部に吸着し、 反 応して、 膜剥れを起こし、 パーティクルが発生するという問題がある。 このパーティクルのウェハ表面への付着は、 半導体デバイスの最小加工 寸法が小さくなるにつれ、 チップの不良の原因になるため、 極力避けな ければならない。 また、 バルブを閉じている間は、 気化ガスを搬送する 配管の圧力が上昇し、 ガスが液化する可能性がある。 ここで発生した液 体は、 そのうち自己分解反応により、 配管内部に成膜され、 徐々に配管 径がせまくなり、 配管が詰まる恐れがある。

そこで、 バルブを用いて原料の流れを制御するには、 気化する前の液 体状態で制御することが考えられる。 液体状態では原料を構成する分子 の状態は活性化されていないので、 気体の状態よりは成膜されにくいか らである。 一般に、 液体原料の流量制御には、 流量情報によりフィード バック制御する方法がとられている。 しかし、 この液体原料のフィード バック制御は、 流量制御対象が気化ガスである場合に比べて、 制御性が 非常に悪いという問題があった。 そこで、 従来、 これを改善すべく種々 の方法が提案されている。

例えば、 C V D装置の液体金属気化ユニッ トであって、 金属液体流量 コントローラと気化器とを有し、 流量コントローラはその流路を開閉す るバルブをパルス幅及び周波数の両方により制御可能であり、 流量コン トローラにより制御された金属液体を微小粒として間欠的に気化器に投 入している （例えば、 特許文献 1参照） 。

また、 M O C V D法を用いた液体原料供給装置であって、 圧電素子の 駆動により体積が変化する圧力室と、 この圧力室内に原料を導く導入部 と、 圧力室で圧縮された原料液体を噴出して気相化する噴出ノズルと、 液体原料の噴出量を制御する制御部を有する。 なお気化器は有さない。 圧電素子に制御部の電源回路で発生させた駆動電圧パルスを印加して原 料液体の噴出量を制御している （例えば、 特許文献 2参照） 。

また、 C V D装置のマスフローコントローラであって、 液相材料を所 定流量で流出させるための制御信号を流量制御バルブに供給する制御装 置と、 流入した液相材料を液滴として出力する液滴出力構造を備える流 量制御バルブを備え、 液滴出力構造は液相材料を貯める圧力室と、 圧力 室の体積を変化させることが可能な振動板と、 制御信号に対応した体積 変化を生じ振動板を変形させる圧電素子とを有している （例えば、 特許 文献 3参照） 。

また、 A L D (Atomic Layer Deposition) 法を用いた薄膜成長方法で あって、 反応物発生源から気化した反応物を第 1導管を通じて反応室に 導き、 上記反応物を気相パルスの形態で、 他の反応物の気相パルスと交 互に繰り返し反応室に供給し、 基板の表面と反応させて基板上に薄膜化 合物を形成する。 反応物の気相パルスと気相パルスの間に、 第 1導管に 接続する第 2導管を通じて不活性ガスを第 1導管に供給することにより、 反応物発生源から第 1導管を通って反応室内に至る気相反応物の流れに 対して気相バリヤを形成し、 この気相バリァを用いてバブルレスで原料 高速切換えを行っている （例えば、 特許文献 4参照） 。

特許文献 1 ： 特開 2 0 0 2 — 1 7 3 7 7 7号公報

特許文献 2 : 特開 2 0 0 2— 1 7 5 9 8 7号公報

特許文献 3 ： 特開 2 0 0 0— 1 2 1 4 0 0号公報

特許文献 4 ： 特開 2 0 0 2 — 4 0 5 4号公報

発明の開示

上述した従来技術には次のような問題があった。 特許文献 1〜特許文 献 3に記載された半導体デバイスの製造方法は、 いずれも、 1回の液体 の吐出動作における流量は固定であり、 液体原料を間欠的に吐出させる よう制御する吐出駆動制御機構を備えており、 流量制御方法は吐出回数 により制御するようになっている。 しかし、 上述したものは、 いずれも 複数の反応物を混合して一緒に基板に供給するプロセスを用いた C V D 法や M O C V D法に適用することを前提としている。 したがって、 複数 の反応物の切換えを想定していないため、 A L D法などのように複数の 反応物を切換えて供給するプロセスを用いたデバイス製造方法に適用す る場合には、 複数の反応物を高速に切換えることができず、 C V D法や M O C V D法に比べて吐出回数が多くなるため、 スループッ トを向上で きないという問題があった。

この点で、 特許文献 4に記載されたものは、 気相バリアを用いて反応 物を高速に切換えることができるので、 A L D法を用いた薄膜成長方法 において、 スループッ トを向上することは可能である。 しかし、 気相バ リァを用いて反応物である原料の高速切換えを行う塲合、 原料は供給し 続けるので、 反応室への原料導入時以外は原料を無駄に捨てることとな り、 その分コス トが高くなるという欠点があった。

本発明の課題は、 複数の反応物の供給工程を複数回繰り返すことによ り基板を処理するものにおいて、 反応物である原料を無駄に捨てること なく、 基板処理のスループッ トを向上させることが可能な半導体デバイ スの製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

第 1の発明は、 一つの反応物を基板上に供給する工程と、 他の反応物 を基板上に供給する工程と、 これらの工程を複数回繰り返すことにより 基板を処理する工程とを有する半導体デバイスの製造方法であって、 前 記反応物の両方又は何れか一つは液体原料を気化部で気化させた原料ガ スを含み、 液体原料の気化部への 1回の吐出動作における流量を固定化 し、 液体原料を気化部に間欠的に吐出させるように制御することを特徴 とする半導体デバイスの製造方法である。

液体原料を気化する気化部に流入する液体原料の吐出量を直接制御し ているので、 より短時間に一定量の液体原料を気化させることができ、 気化部からより短時間に一定量の原料ガスを基板上に供給することがで きる。 したがって、 液体原料を気化部で気化させたガスを含む複数の反 応物の供給を複数回繰り返すことにより基板を処理する場合に、 その繰 り返しを高速に行うことができ、基板処理のスループッ トを向上できる。 第 2の発明は、 第 1の発明において、 液体原料の気化部への 1回の吐 出動作における流量を、 前記気化部で気化させた原料ガスの基板上への 1回の供給動作に対応する流量と同等にしたことを特徴とする半導体デ バイスの製造方法である。 液体原料の気化部への 1回の吐出動作におけ る流量を、 反応物の基板への 1回の供給動作に対応する流量と同等とす ると、 制御が容易になる。

第 3の発明は、 第 1の発明において、 液体原料の気化部への 1回の吐 出動作における流量を、 前記気化部で気化させた原料ガスの基板への 1 回の供給動作に対応する流量よりも少なく し、 吐出回数により流量を制 御することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。 液体原料の 気化部への 1回の吐出動作における流量を、 反応物の基板への 1回の供 給動作に対応する流量よりも少なく し、 吐出回数により流量を制御する と、 1回の供給動作期間中に液体原料が気化部へ吐出されない非吐出期 間が形成されて、 その期間中、 気化部の温度を回復させることができる。 したがって、 気化部の温度低下に起因して気化効率が下がることを防止 できる。

第 4の発明は、 第 1の発明において、 前記処理とは、 一つの反応物を 基板上に供給して吸着させる工程と、 基板上に吸着させた反応物に対し て他の反応物を供給して反応を起こさせ膜を形成する工程と、 を複数回 繰り返す制御を行うことにより所望の膜厚の膜を形成する A L D処理で あることを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。 成膜工程と改 質工程とを複数繰り返すことにより、 所望の膜を形成する処理 （以下、 M R C V D処理又は M R C V D法という） 等にも有効であるが、 特に、 吸着工程と成膜工程とを複数回繰り返すことにより所望の膜厚の膜を形 成する A L D処理では、 1サイクルで形成される膜厚が決まっているた め、 M O C V D処理よりも吐出回数が多くなるが、 繰り返し速度を上げ ることができるので、 スループッ トの向上に大きく寄与できる。

第 5の発明は、 基板を処理する処理室と、 液体原料を収容する容器と、 液体原料を気化させる気化部を有する気化器と、 前記容器内に収容され た液体原料を気化器へ供給する液体原料供給管と、 前記気化器で気化し た原料ガスを処理室内に供給する原料ガス供給管と、 前記液体原料の気 化部への 1回の吐出動作における流量を固定化し、 液体原料を気化部に 間欠的に吐出させるよう制御する吐出駆動制御機構と、 前記原料ガスと は異なる反応物を処理室内に供給する供給管と、 前記原料ガスの処理室 内への供給と、 その後に行う原料ガスとは異なる反応物の処理室内への 供給を複数回繰り返すよう制御する制御手段と、 を有することを特徴と する基板処理装置である。

液体原料の気化部への 1回の吐出動作における流量を固定化し、 液体 原料を気化部に間欠的に吐出させるよう制御する吐出駆動制御機構と、 前記原料ガスの処理室内への供給と、 その後に行う原料ガスとは異なる 反応物の処理室内への供給を複数回繰り返すよう制御する制御手段とを 備えれば、第 1の発明の半導体デバイスの製造方法を容易に実施できる。 第 6の発明は、 第 5の発明において、 前記制御手段は、 更に液体原料 の気化部への 1回の吐出動作における流量を、 気化部で気化させた原料 ガスの基板への 1回の供給動作に対応する量と同等にするよう制御する 機能を有することを特徴とする基板処理装置である。 このような機能を 制御手段が有すると、 第 2の発明の半導体デバイスの製造方法を容易に 実施できる。 第 7の発明は、 第 5の発明において、 前記制御手段は、 更に液体原料 の気化部への 1回の吐出動作における流量を、 前記気化部で気化させた 原料ガスの基板への 1回の供給動作に対応する流量よりも少なく し、 吐 出回数により流量を制御する機能を有することを特徴とする基板処理装 置である。 このような機能を制御手段が有すると、 第 3の発明の半導体 デバイスの製造方法を容易に実施できる。

第 8の発明は、 第 5の発明において、 前記制御手段は、 更に一つの反 応物を基板上に供給して吸着させる工程と、 基板上に吸着させた反応物 に対して他の反応物を供給して反応を起こさせ膜を形成する工程と、 を 複数回繰り返すことにより、 基板に対して A L Dによる成膜を行うよう 制御する機能を有することを特徴とする基板処理装置である。 このよう な機能を制御手段が有すると、 第 4の発明の半導体デバイスの製造方法 を容易に実施できる。

第 9の発明は、 第 5の発明において、 前記制御手段は、 更に液体原料 を気化部へ圧送する圧力と気化部への 1回の吐出動作における流量との 相関関係を予め測定しておき、 その相関関係に基づいて 1回の吐出動作 における流量を校正する機能を有することを特徴とする基板処理装置で ある。 制御手段が、 圧力と流量との相関関係に基づいて流量を校正する 機能を備えたので、 圧力変化の影響を受けずに、 気化部への 1回の吐出 動作における流量を固定化することができる。

第 1 0の発明は、 第 5の発明において、 気化部と容器との間に液体流 量計を設け、 液体流量計に電気的に接続された流量調節機構を有する吐 出駆動制御機構を設置し、 流量調節機構は液体流量計からの電気信号に 基づいて、 ある一定時間或いはある一定吐出回数の積分流量を計算し、 経時的にその積分流量を監視し、 気化部への 1回の吐出動作における流 量の経時的な変化を調節する制御手段を有することを特徴とする基板処 理装置である。 制御手段が、 気化部への 1回の吐出動作における流量の 経時的な変化を調節する機能を有するので、 吐出駆動制御機構や気化部 の経時的変化の影響を受けずに、 気化部への 1回の吐出動作における流 量を固定化することができる。

第 1 1の発明は、 第 5の発明において、 前記気化器を、 液体原料を気 化する気化部と、 該気化部へ液体原料を送る流路と、 前記気化部への液 体原料の吐出 Z非吐出を弁の開閉により制御するとともに、 開制御時に 前記流路に送られる液体原料の流量を弁の開度調節により制御する弁体 とを一体的に有するインジ:!：クション方式の気化器で構成し、 前記弁体 の開度調節、 開閉を前記吐出駆動制御機構により行うことを特徴とする 基板処理装置である。 弁体を一体的に有する気化器を用いて気化部へ送 る液体原料を制御するようにしたので、 弁体を別体に有する気化器と比 ベて、 制御性がよくなり、 優れた気化特性が得られる。 また、 弁体は開 閉のみならず開度調整可能に構成されているので、 液体原料の気化部へ の 1回の吐出動作における固定化した流量の校正も可能である。

第 1 2の発明は、 第 1の発明において、 前記反応物のいずれか一つが 前記液体原料を気化部で気化させたガスであり、 前記反応物のいずれか 他の一つが前記気化ガスとは異なる反応ガスである場合に、 前記反応ガ スの基板への供給を弁の開閉により制御し、 前記反応ガスの流量を流路 に設けた絞りによって制御することを特徴とする半導体デバイスの製造 方法である。 反応ガスを弁の開閉制御及び絞りによって制御すると、 マ スフローコントローラと比べて反応ガスをより高速に制御できる。 した がって、 基板上への気化ガスと反応ガスとの供給を複数回繰り返すこと により基板を処理する場合に、 気化ガスのみならず、 反応ガスの供給の 繰り返しもより高速に行うことができるので、 基板処理のスループッ ト をより向上できる。 この場合において、 反応ガスをプラズマにより活性 化して基板へ供給するときは、 前記プラズマの生成に先立って予備ブラ ズマを生成するようにしておく とよい。 反応ガスを活性化する際、 予備 プラズマを生成しておく と、 本プラズマにより反応ガスを瞬時に活性化 できる。 したがって、 反応ガスをプラズマにより活性化して基板へ供給 する場合においても、 基板処理のスループッ トをより向上できる。

図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の半導体デバイスの製造方法を実施するための基板 処理装置のブロック構成図である。

第 2図は、 実施の形態による気化器の縦断面図である。

第 3図は、 コントローラ （制御装置） 指示に応じた気化特性を示す従 来例と実施の形態との比較説明図であり、 （A ) は従来例、 （B ) は実 施の形態を示す。

第 4図は、 実施の形態によるクラス夕型半導体製造装置で用いられる A L D装置の全体構成図である。

第 5図は、 実施の形態による A L D装置の要部構成図である。

第 6図は、 実施の形態による A L D法の反応物供給シーケンス図であ る。

第 7図は、 実施の形態による A L D法の反応物供給シーケンス図であ る。

第 8図は、 実施の形態と従来例との吐出方法を比較したタイミングチ ヤー卜である。

第 9図は、 実施の形態による弁体の開度をパラメ一夕として吐出流量 と N ₂圧送圧力との関係を測定した特性図である。

第 1 0図は、 実施の形態による半導体デバイスの製造方法を実施する ための基板処理装置のブロック構成図である。 第 1 1図は、実施の形態による反応ガス供給システムの構成図である。 第 1 2図は、 実施の形態による反応ガス供給システムを考慮に入れた

A L D法の反応物供給シーケンス図である。

第 1 3図は、 実施の形態による予備プラズマを起こすことが可能なリ モートプラズマユニッ トの説明図である。

第 1 4図は、 実施の形態による予備プラズマを起こす微小プラズマ発 生器の概略構成図である。

第 1 5図は、実施の形態による反応ガス供給システムの構成図である。 第 1 6図は、実施の形態による反応ガス供給システムの要部図である。 1 処理室

2 容器

3 気化器

4 液体原料供給管

5 原料ガス供給管

6 吐出駆動制御機構

7 供給管

8 制御手段

3 1 気化部

発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の実施の形態を説明する。

第 1図は半導体デバイスの製造方法を実施するための装置であって、 液体原料気化システムを採用した基板処理装置例のプロック図を示す。 この基板処理装置で採用する半導体デバイスの製造方法は、 一つの反応 物を基板上に供給する工程と、 他の反応物を基板上に供給する工程と、 これらの工程を複数回繰り返すことにより基板を処理する工程とを有す る方法である。

基板処理装置は、 処理室 1 と、 原料容器 2 と、 気化器 3 と、 液体原料 供給管 4と、 原料ガス供給管 5 と、 吐出駆動制御機構 6 と、 反応ガス供 給管 7 と、 制御手段 8 とを有する。

処理室 1は、 その内部で基板が処理されるように構成され、 ポンプ 9 に接続されて排気可能になっている。

原料容器 2は、 液体原料を収容し、 収容された液体原料を H e 、 A r 、 N ₂などの不活性ガスの圧力で液体原料供給管 4を介して気化器 3に圧 送するように構成される。

気化器 3は、 前記液体原料を高温化して気化させ、 一つの反応物とし ての原料ガスを発生させる。 気化器 3は、 液体原料を気化する気化部 3 1 と、 気化部 3 1へ液体原料を送る液体原料流路 3 2 と、 気化部 3 1へ の液体原料の吐出 Z非吐出を弁の開閉により制御するとともに、 開制御 時に液体原料流路 3 2に送られる液体原料の流量を弁の開度調節により 制御する液体流量コントロール用の弁体 3 3 と、 弁体 3 3より下流の液 体原料流路 3 2に接続されて気化部 3 1へ送られる液体原料を希釈化す るための希釈ガスを送る希釈ガス流路 3 4とを一体的に有する。

希釈ガス供給管 1 0は、 図示しない希釈ガス供給源と気化器 3の希釈 ガス流路 3 4とを接続し、 希釈ガスを希釈ガス供給源からマスフローコ ントローラ 1 3を介して気化器 3へ供給するように構成される。

液体原料供給管 4は、 原料容器 2 と気化器 3の液体原料流路 3 2とを 接続し、 原料容器 2内に収容された液体原料を液体流量計 1 1 を介して 気化器 3へ供給するように構成される。

原料ガス供給管 5は、 気化器 3の気化部 3 1 と処理室 1 とを接続し、 気化器 3で気化した一つの反応物としての原料ガスを処理室 1内の基板 上に供給するように構成される。 反応ガス供給管 7は、 他の反応物としての反応ガスを供給する図示し ない反応ガス供給源と処理室 1 とを接続し、 反応ガスを処理室 1内の基 板上に供給するように構成される。 反応ガスは反応ガス供給管 7に設け たコントローラ機構 1 2により流量制御される。 このコントローラ機構 1 2には、 マスフローコントローラを用いてもよいが、 液体原料を高速 で流量制御する吐出駆動制御機構 6及び気化器 3に合わせて、 動作速度 が速いものを用いることが好ましい。

吐出駆動制御機構 6は、 気化器 3の気化部 3 1への 1回の吐出動作に おける液体原料の流量を固定化し、 液体原料を気化部 3 1に間欠的に吐 出させるように機能する。 吐出駆動制御機構 6は、 そのためにプロダラ ムで動く流量調節機構 6 1 を有し、 この流量調節機構 6 1を気化器 3に 電気的に接続して、 吐出駆動制御機構 6からの指令により気化器 3を動 作させるようになつている。 すなわち、 流量調節機構 6 1から、 振幅、 パルス幅、 周期から構成されるパルス的な電気的信号を気化器 3の弁体 3 3に加えて、 弁体 3 3をオープンループ制御する。 振幅に応じて弁体 3 3の弁開度が決定され、 パルス幅に相当する時間だけ弁が開いて液体 原料が吐出される。 また、 周期により吐出回数が決定される。 気化部 3 1への液体原料の 1回の吐出動作における流量は、 これらの振幅、 パル ス幅によって固定化される。 また、 周期によって気化ガスを基板上に供 給する 1回の供給動作 （ 1ステップ） 中での吐出回数が決定され、 この 吐出回数と前述した振幅 ' パルス幅とによって、 1ステップ中の吐出流 量の総量が決定される。 これらの値は使用者が予め流量調節機構 6 1に 設定することも、 プログラムによって自動的に変更することも可能であ る。

上述したように、 液体原料の気化部 3 1への 1回の吐出動作における 流量は固定化するが、 その固定化は、 通常、 所定の吐出圧力の下で決定 される。 しかし、 吐出圧力の変動によって、 固定化した流量を校正する 必要が生じる場合もある。 そのような流量を校正する必要のある使用形 態によっては、 流量の校正は、 気化器 3に一体的に設けた弁体 3 3の弁 の開度、 すなわち振幅を調節することにより行うようになっている。 な お、 振幅のみならず、 パルス幅、 あるいは振幅及びパルス幅によって校 正するようにしてもよい。

また、 吐出駆動制御機構 6や気化器 3を長時間使用すると、 吐出量に 経時変化が生じるので、 固定化した流量を調整する必要が生じる場合も ある。 そのような吐出量の経時変化の調整を行うという使用形態によつ ては、 吐出駆動制御機構 6は、 気化器 3 とだけでなく、 前述した液体流 量計 1 1 とも電気的に接続して、 吐出駆動制御機構 6からの指令により 弁の調整を行う。 すなわち、 液体流量計 1 1で検出した流量を吐出駆動 制御機構 6に通知し、 その通知に基づいてある決められた吐出回数の積 算流量を流量調節機構 6 1で監視する。 その監視結果に応じて、 吐出駆 動制御機構 6からの指令により気化器 3の弁体 3 3を制御して吐出量を 調節する。

なお、 吐出駆動制御機構 6には、 N ₂などの不活性ガスを原料容器 2 へ供給する配管内の圧力を測定する圧力計 6 6からの信号が入力されて、 流量調節機構 6 1は配管内の圧力を監視できるようになつている。

制御手段 8は、 気化器 3で気化させた原料ガスの処理室 1内への供給 と、 その後に行う原料ガスとは異なる反応ガスの処理室 1への供給とを 複数回繰り返すよう、 コントローラ機構 1 2と吐出駆動制御機構 6 とを 制御するように構成される。

なお、 第 1図中の液体流量計 1 1及び気化器 3に示した符号 A Cは A C電源を意味する。

上述したような基板処理装置における作用を説明する。 反応物の供給を複数回繰り返して成膜する成膜方法を、 例示すれば、

MR C VD法と AL D法がある。 AL D法は処理温度、 圧力が低く、 膜 を 1原子層ずつ形成していく ことで、 所望の膜厚の膜を形成する。 これ に対して、 MR C VD法は、 AL D法よりも処理温度、 圧力は高く、 薄 い膜 （数原子層〜数十原子層） を複数回形成して、 所望の膜厚の膜を形 成する。 温度が高いと MR C VD法となり、 温度が低いと AL D法とな る。 本発明の半導体デバイスの製造方法は、 これらの方法のいずれにも 適用できる。

半導体デバイスは、 上記基板処理装置を用いて、 主に次の 3つの工程 を含む方法を実施することによって製造される。

( 1 ) 液体原料を気化した一の反応物である原料ガスを基板上に供給 する工程

( 2 ) 他の反応物である反応ガスを基板上に供給する工程

( 3 ) 原料ガス供給工程、 反応ガス供給工程を複数回繰り返す工程 以下、 これらの工程を個別に説明する。

( 1 ) 液体原料を気化した一の反応物である気化ガスを基板上に供給 する工程 予め吐出駆動制御機構 6には気化部 3 1へ吐出すべき流量値 を設定しておく。 そのうえで、 処理室 1をポンプ 9で真空引きして所定 圧にし、 処理室 1内の基板を所定の温度に加熱する。 液体原料を N₂ガ スで原料容器 2から液体原料供給管 4に圧送して、 液体流量計 1 1を介 して気化器 3へ供給する。 気化器 3には、 その弁体 3 3に、 吐出駆動制 御機構 6からのパルス振幅、 パルス幅、 周期から構成されるパルス的な 制御用電気的信号が加えられており、 それにより弁体 3 3が動作して、 パルス幅に相当する時間、 液体原料は気化部 3 1へ吐出される。

ここで液体原料の 1回の吐出動作における流量は固定化されているの で、 フィードバック制御により流量を可変する場合に比して、 吐出動作 の即応性が高い。 また、 1回の吐出動作における流量を固定化した液体 原料をパルス的に吐出させるようにしているので、 1回の吐出動作にお ける流量を固定化しても、 吐出回数によって液体原料の供給量を調節で きる。 さらに、 気化器 3に通じる外部配管や、 気化器 3内の気化部 3 1 に通じる流路ではなく、 液体原料を気化する気化部 3 1へ吐出する液体 原料の流量を直接制御しているので、 気化器 3に通じる外部配管や、 気 化器 3内の気化部 3 1に通じる流路に流入する液体原料の吐出量を制御 する場合に比べて、 より短時間に一定量の液体原料を気化させることが でき、 気化部 3 1からより短時間に一定量の原料ガスを基板上に供給す ることができる。

( 2 ) 他の反応物であるガスを基板上に供給する工程

気化ガスの処理室内への供給後に、 図示しない反応ガス供給源から他 の反応物としての反応ガスを反応ガス供給管 7に送ってコントローラ機 構 1 2を介して処理室 1内の基板に供給する。 コントローラ機構 1 2に よって流量制御する他の反応物は常温でガスであり液体ではない。 した がって、 コントローラ機構 1 2にフィードバック制御となるマスフロー コント口一ラを用いても制御性は良好である。 その結果、 短時間に一定 流量の原料ガスを基板に供給するといった機敏な動作を保証できる。 特 に、 コントローラ機構 1 2に液体原料を高速で流量制御する吐出駆動制 御機構 6に合わせて、 動作速度が速いものを用いると、 より機敏な動作 を保証できる。

( 3 ) 気化ガス供給工程、 ガス供給工程を複数回繰り返す工程 制御手段 8によって、 コントローラ機構 1 2及び流量調節機構 6 1を 制御することによって基板上に気化ガスと反応ガスとの供給を複数回繰 り返し、 基板上に所望の膜厚の膜を形成する。

上述した半導体デバイスの製造方法によれば、 気化ガスのみならず反 応ガスも短時間に一定量を基板に供給できるから、 複数のガスの切換え を高速に行うことが可能になる。 したがって、 実施の形態のように、 複 数のガスを切換えて供給するプロセスにおいて、 基板成膜処理のスルー プッ トを向上できる。

第 2図に上述した基板処理装置に用いるのに適した気化器の構造例を 示す。 この気化器は流体流量コントロール用弁体が本体と一体的に設け られており、 一般にはインジェクション方式の気化器と呼ばれる。 気化 器 3は、 気化器本体 3 0 と、 液体原料の供給を制御する液体流量コント ロール用の弁体 3 3 とを主に有し、 弁体 3 3の直下に気化部分を配置す ることにより構成してある。

気化器本体 3 0は、液体原料を希釈ガスと混合させて霧化させたうえ、 加熱して気化させる。 気化器本体 3 0は金属製の円柱状ブロックで構成 される。 その材料には、 例えば、 ステンレスや、 これにテフロン （登録 商標） コートを施したものなどが用いられる。 気化器本体 3 0の上面に 液体充てん容器 3 5 と混合容器 3 6 とが設けられる。

液体充てん容器 3 5は、 弁体 3 3の閉時に液体原料が溜められ、 弁体 3 3の開時に溜められた液体原料を混合容器 3 6 へ、 その混合容器 3 6 の外周から均一に送り込むために設けられる。 そのために液体充てん容 器 3 5は、 気化器本体 3 0の上面をリング状に凹ませて形成してある。 液体充てん容器 3 5の底部は、 気化器本体 3 0内に設けた液体原料導入 路 3 7を介して気化器本体 3 0側面に設けた液体導入口 3 8に通じてい る。 弁体 3 3が閉じているとき、 液体充てん容器 3 5に液体原料が溜め られ、 弁体 3 3が開になると、 液体充てん容器 3 5 と混合容器 3 6 とが 連通されて、 液体充てん容器 3 5に溜められた液体原料が混合容器 3 6 に送り込まれる。 弁体 3 3の上下位置に応じて、 送り込まれる液体原料 の流量が変る。 上記液体充てん容器 3 5、 混合容器 3 6、 液体原料導入 路 3 7、 液体導入口 3 8から、 本発明の液体原料流路 3 2が構成される。 混合容器 3 6は、 液体充てん容器 3 5から送り込まれた液体原料を希 釈ガスと混合させて希釈し、 混合容器 3 6の底部に設けたオリフィス 3 9から押し出す量を調節して、 液体原料を気化させやすくするために設 けられる。 また、 混合容器 3 6を設けることで、 弁体 3 3が閉の状態で も、 この混合容器 3 6を中継させることで、 気化器本体 3 0内に常時希 釈ガスが流れるようにしている。 ここで、 弁体 3 3が閉のときでも気化 器本体 3 0内に希釈ガスを流すのは、 弁体 3 3が閉のとき、 混合容器 3 6および気化容器 4 0から残留液体原料を排除するとともに、 希釈ガス を常時流すことにより気化ガスの供給—停止、 および気化ガスの停止— 供給の切換え速度を高めるためである。 なお、 上記オリフィス 3 9と気 化容器 4 0とから本発明の気化部 3 1が構成される。

混合容器 3 6は、 リング状の液体充てん容器 3 5の内側に、 液体充て ん容器 3 5 と同様に気化器本体 3 0上面 4 2を凹ませて形成してある。 混合容器 3 6の底部は、 気化器本体 3 0内に設けた希釈ガス導入路 3 4 を介して気化器本体 3 0の側面に設けた希釈ガス導入口 4 1 に通じてい る。 希釈ガス導入路 3 4は途中から導入路を絞って混合容器 3 6に通じ ている。 希釈ガス導入路 3 4を途中で絞っているのは、 希釈ガスの流速 を上げて液体原料をオリフィス 3 9から押し出すためである。 希釈ガス は加熱された状態で気化器 3に供給される。 気化器 3において希釈ガス を液体原料と混合させたときに液体原料が気化する程度の温度となるよ うに希釈ガスは加熱される。 「液体原料が気化する程度の温度」 は、 液 体原料を気化させるのに最適な温度であり、 その温度としては、 液体原 料種、 気化器 3の形状や熱容量でも異なるが、 途中で奪われる熱を補う ために、 例えば気化温度よりも 1 0〜 2 0 °C程度高い温度である。 加熱 された希釈ガスは希釈ガス供給管 1 0に送られる。 希釈ガス導入路 3 4 と希釈ガス導入口 4 1 とから、 上記希釈ガス流路 3 4が構成される。 また、 混合容器 3 6の底部は、 オリフィス 3 9を介して気化容器 4 0 と通じている。 気化容器 4 0はオリフィス 3 9から霧状に噴出される液 体原料を希釈ガスと混合して気化させるために設けられる。 混合容器 3 6 と同様に気化容器 4 0における混合も必須要件である。 霧状に噴出さ れた液体原料を、 加熱された希釈ガスと混合しなければ、 液体原料は十 分に気化しないからである。 気化容器 4 0は、 気化器本体 3 0の厚さ方 向に形成され、 気化器本体 3 0下面に設けた原料ガス導出口 4 3と通じ ている。 気化容器 4 0は、 オリフィス 3 9を頂部とすると、 頂部から下 方に向けて漸次拡径する肩部と、 この肩部と連続する同一径の胴部とを 有する。

気化器本体 3 0内にヒータ 44が埋め込まれ、 気化器本体 3 0を液体 原料の気化温度よりも低い温度に加熱するようになっている。 ここで、 気化温度よりも低い温度とは、 気化温度よりも低いが、 気化器本体の壁 面に液体原料が吸着せず、 壁面から脱離するような温度である。 ここで、 「気化温度」 は原料によって異なるが、 例えば P E T (T a (〇 C₂H₅) ₅) 、 H f (MM P ) ₄ (H f [O C ( C H₃) ₂C H₂〇 C H₃] ₄) では 1 8 0 °C、 TD E AH f (H f [N (C₂H₅) ] ₄) では 1 2 0 °Cであ る。 また、 「気化温度よりも低い温度」 としては、 例えば気化温度より も 5 0 °Cく らい低い温度である。 気化器本体 3 0を加熱するのは、 気化 器本体 3 0内に導入される液体原料や希釈ガスを保温するためである。 また、 気化器本体 3 0を気化温度よりも低い温度に加熱するのは、 気化 器本体 3 0内に導入される液体原料が、 気化器本体 3 0の熱によって自 己分解し、 気化器本体に成膜しないようにするためである。 ヒータ 44 は、 気化器本体 3 0を均一に加熱できるように設けられることが好まし い。 図示例では、 ヒー夕 44は、 絞り込んだ希釈ガス流路 3 4の下流側 と気化容器 4 0のオリフィス 3 9近傍側とをリング状に囲むように設け られる。 また、 気化器本体 3 0の温度を液体原料の気化温度よりも低い 温度に設定できるようにするために、 気化器本体 3 0に、 気化器本体温 度を測定する温度センサ 4 5、 例えば熱電対が設けられる。 なお、 ヒー 夕 4 4は気化器本体 3 0内に設ける代りに、 気化器本体 3 0の外周に設 けても良い。

弁体 3 3は、 気化器本体 3 0の表面を封止、 又はその封止を解除する ことにより気化部 3 1への液体原料の吐出動作における流量を制御する。 弁体 3 3は、 シリンダ型をしており、 液体充てん容器 3 5および混合容 器 3 6の上部開口を覆うように、 気化器本体 3 0の上面 4 2に気密に取 り付けられる。 弁体 3 3は、 シリンダ 2 1 と、 弁としてのピストン 2 2 と、 ピストンロッ ド 2 3 と、 ァクチユエ一夕 2 4とを備える。 シリンダ 2 1は、 気化器本体 3 0上面 4 2であって、 リング状の液体充てん容器 3 5の外周に、液体充てん容器 3 5を取り囲むように気密に載置される。 シリンダ 2 1内に昇降自在にピストン 2 2が嵌合される。 シリンダ 2 1 内をピストン 2 2が上昇して気化器本体 3 0の上面 4 2から離れて、 空 間 2 5が形成されると、 その空間 2 5を介して液体充てん容器 3 5 と混 合容器 3 6 とが連通して、 液体充てん容器 3 5の封止が解除される。 ピ ストン 2 2が下降して気化器本体 3 0の上面 4 2に圧接されると、 液体 充てん容器 3 5 と混合容器 3 6との連通は断たれて、 液体充てん容器 3 5は封止される。 白抜き矢印で示すピス トン 2 2の昇降動作は、 ァクチ ユエ一夕 2 4によってなされる。 このァクチユエ一夕 2 4に加えられる 振幅、 パルス幅、 周期から構成されるパルス的な電気的信号によって、 液体原料の気化部 3 1への吐出動作における流量が決まる。 なお、 弁体 3 3は、 一般的に使用されるシリンダ型を採用しているが、 シリンダ型 以外のバルブを採用してもよい。 上記液体導入口 3 8、 液体原料導入路 3 7、 液体充てん容器 3 5で液体原料流路 3 2が構成される。

上記のような気化器 3の構成において、 搬送気体を原料容器 2に供給 することにより、 原料容器 2内の液体原料が加圧され、 必要に応じて保 温された液体原料供給管 4を通して気化器 3に供給される。 また液体原 料を希釈する希釈ガスは加熱され、 保温された希釈ガス供給管 1 0を通 して気化器 3に供給される。 気化器 3 に供給された液体原料と希釈ガス とは気化器 3で混合されて、 加熱されて気化する。 気化した原料ガスは 気化器 3から保温された原料ガス供給管 5を通って処理室 1に供給され つつ排気される。 このとき、 気化ガスは基板上の成膜に寄与する。

次に上述した気化器 3の構成の作用について説明する。 弁体 3 3は閉 じてピス トン 2 2が下降して点線位置にあり、 液体充てん容器 3 5は封 止されている。 液体原料は、 液体導入口 3 8から気化器本体 3 0内に圧 入され、 液体原料導入路 3 7を通って封止された液体充てん容器 3 5に 溜められている。 液体原料をオリフィス 3 9から噴出するには、 ピスト ン 2 2を実線位置まで上昇させて液体充てん容器 3 5の封止を解除し、 シリンダ 2 1内の気化器本体 3 0上面 4 2に空間 2 5を形成して、 この 空間 2 5を介して液体充てん容器 3 5 と混合容器 3 6 とを連通させる。 この連通により液体充てん容器 3 5に溜められた液体原料は、 混合容器 3 6に流れ込む。

一方、 加熱された希釈ガスは、 弁体 3 3の開閉にかかわらず、 常時、 気化器本体 3 0に供給されている。 すなわち、 希釈ガスは、 希釈ガス導 入口 4 1から希釈ガス導入路 3 4を通り、 途中で流速を高められて、 混 合容器 3 6に流入し、 流入後、 オリフィス 3 9を経て気化容器 4 0から 原料ガス導出口 4 3を介して排出されている。

したがって、 弁体 3 3が開き、 液体充てん容器 3 5 と混合容器 3 6 と が連通して、 混合容器 3 6に液体原料が流れ込むと、 液体原料は流速の 高められた希釈ガスと混合容器 3 6で直ちに混合される。 混合された液 体原料は気化しやすい量となるように希釈され、 希釈ガスによりオリフ イス 3 9から気化容器 4 0へ押し出される。 このとき液体原料はオリフ イス 3 9から気化容器 4 0へ霧状に噴出されて、 気化容器 4 0で液体原 料と一緒に押し出された希釈ガスと混合される。 液体原料は細かい霧状 となっているので、 液体原料は加熱された希釈ガスによつて気化温度に まで高められて一瞬のうちに気化する。 気化した原料ガスは、 原料ガス 導出口 4 3から矢印に示すように排出される。

このようにして吐出駆動制御機構 6から気化器 3の弁体 3 3のァクチ ユエ一夕 2 4にパルス幅、 振幅、 周期から構成される電気的信号指令が 送られ、 気化器 3内部では、 この指令どおり、 ピス トン 2 2が上下に操 作され、 ピス トン 2 2が上方操作されたとき、 液体充てん容器 3 5に溜 まっている液体原料が混合容器 3 6に瞬時に吐出され、 オリフィス 3 9 を通って気化容器 4 0で気化される。

上述したようなインジヱクシヨン方式の気化特性を、 他の方式の気化 特性と比較して説明すれば、 次の通りである。 例えば、 液体流量コント ローラを気化器と別体に設けて両者を配管で接続した気化ュニッ トを用 いた特許文献 1では、 二つの要素間に液体が流れるための時間差や、 配 管の液体残留物によって、 第 3図 （A ) に示すように、 コントローラの 指示 （ a ) どおりの気化特性が得られず、 （b ) のように立下がりがだ れる。 この点で、 実施の形態の気化器 3では、 液体流量コントロール用 の弁体 3 3の直下に気化部分を配置するので、 そのような時間差や液体 残留部の影響を大幅に低減でき、 その結果、 第 3図 （B ) に示すように、 吐出駆動制御機構 6の指示 （ a ) どおりの、 立下がりが急峻な気化特性 ( b ) を得ることができる。

ところで、 本発明において、 1回の吐出動作における流量は、 液体原 料を気化器 3までに圧送する N ₂の圧力に依存する。 したがって、 1回 の吐出動作における流量を N ₂の圧力にかかわらず固定化するためには、 圧送 N ₂の圧力と液体原料の 1回の吐出動作における流量との相関関係 を予め求め、 その関係から吐出流量を校正する必要がある。

その方法を第 1図を用いて具体的に説明する。 同図の N ₂の圧送圧力 をある一定年力に保ち、 ある決められた弁体 3 3の開度で、 数百から数 千回を数十 H zの速度で吐出させ、 吐出駆動制御機構 6は、 その際の流 量変化を液体流量計 1 1からの流量通知に基づいて観測し、 その積分値 を積算流量として用い、 1回の吐出量を求める。 ここで、 通常の流量制 御は、 液体流量計 1 1をマスフローコントローラで構成し、 マスフロー コントロ一ラと気化器 3とを点線でしめすように電気的に接続して、 気 化器 3に流入する流量をマスフローコントローラにフィードバック制御 するというものである。 しかし、 ここでは X印で示すように結線をせず、 そのような通常の流量制御は行わない。 なお、 上記速度で吐出させると、 液体の流量が高速で変動するので、 液体流量計 1 1の示す値に信頼性が ないことがある。 その場合は、 液体原料を保管している原料容器 2の重 さの変動で流量を観測する必要がある。 具体的には、 第 1 0図に示すよ うに、 原料容器 2の下に重量計 6 2を配置し、 原料容器 2への配管は、 フレキシブルの配管を用い、 原料容器 2の重量変動が正確に重量計 6 2 に反映されるようにする。

上記方法で、 弁体開度をパラメ一夕とした N ₂圧送圧力に対する吐出 流量の関係を数パターン測定すると、 第 9図のような流量特性を得るこ とができる。 この流量特性に基づいて、 必要な吐出流量を得るために必 要となる N ₂の圧送圧力と弁体の開度を決定する。 この場合、 この流量 特性を電子的なデータ （ルックアップテーブル） として吐出駆動制御機 構 6に保持し、 使用者がこの吐出駆動制御機構 6に 1回の吐出動作にお ける流量を設定する。吐出駆動制御機構 6に組み込まれたプログラムが、 圧力と弁体の開度を上記ルックアツプテーブルから求めて、 それらの値 になるように制御することにより、 設定流量を校正する。

上述したように液体圧送の圧力と吐出流量の関係に基づいて流量を校 正するようにしたので、 N ₂の圧送圧力が変動しても、 液体原料の気化 部 3 1への 1回の吐出動作における流量を固定化できるようになる。 と ころで、 1回の吐出動作における流量は経時的に変化することも考えら れる。 流量の経時的変化を改善するためには、 経時的に流量を監視し、 吐出量を調節する必要がある。

第 1 0図は、 そのような流量の経時変化の改善を図った基板処理装置 例のブロック図を示す。 第 1図に示す基板処理装置と異なる点は、 吐出 駆動制御機構 6 と電気的に接続される上位の制御装置 6 3を設けた点で ある。 この上位の制御装置 6 3には、 N ₂ガスボンベ 6 4と原料容器 2 とを接続する N ₂ガス供給管 6 7内の圧力を測定する圧力計 6 6から圧 力通知がなされる。 また、 原料容器 2の下に配置されて容器の重量を測 定する重量計 6 2からの重量通知がなされる。 また、 液体原料供給管 4 に設けられて液体原料供給管 4内を流れる液体の流量を測定する液体流 量計 1 1からの流量通知がなされる。 他方、 上位の制御装置 6 3からは、 N ₂ガスボンベ 6 4と原料容器 2 とを接続する N ₂ガス供給管 6 7に設 けられたマスフローコントローラ 6 5へ流量指示がなされる。 また、 吐 出駆動制御機構 6へ振幅 （弁体の開度） 、 パルス幅、 周期の指示がなさ れるように構成される。

上位の制御装置 6 3は、 液体流量計 1 1からの流量通知の電気信号に 基づいて、 数百〜数万回の吐出回数にあたる積算吐出流量を計算する。 この積算吐出流量を記憶しておき、 1回の吐出量に経時的に変化がない か監視しておく。 もし、 変化があり、 その変化が経時変化の校正が可能 である数〜十数パーセントの許容範囲内であれば、 気化器 3又は吐出駆 動制御機構 6の特性に変化があったものとし、 1回の吐出量の経時的な 変化を調節する弁体の上下動指示を気化器 3に与えて、 弁体 3 3の開度 を調節する。 しかし、 その変化量が許容範囲を超えるようであれば、 気 化器 3の寿命を示すアラームを表示し、 気化器 3の交換を促すようにす る。 なお、 上述した吐出駆動制御機構 6の特性の変化は、 例えば、 吐出 駆動制御機構中に使用されているピエゾバルブの劣化により起こる。 ピ ェゾバルブは強誘電体で構成されており、 強誘電体は長時間の動作を続 けていると、 疲労するためである。

この第 1 0図に示す実施の形態によれば、上位の制御装置 6 3により、 液体流量計 1 1からの電気信号に基づいて一定時間 一定吐出回数の積 分流量を計算し、 その積分流量を監視して、 1回の吐出量の経時的な変 化を調節するので、液体原料供給システムの信頼性を高めることができ、 ウェハの処理精度を常に維持できる。

なお、 前述した流量特性のルックアップテーブルは、 第 1 0図に示す ようなシステムにおいては、吐出駆動制御機構 6に保持するのではなく、 吐出駆動制御機構 6 と電気的に接続される上位の制御装置 6 3に保持し、 使用者がこの制御装置 6 3に流量を設定することにより、 それに組み込 まれたプログラムが圧力と弁体 3 3の開度をこのルックアツプテーブル から求め、 吐出駆動制御機構 6に指示を与えるようにするとよい。

なお、 本発明において、 液体原料の気化部への 1回の吐出動作におけ る流量を固定化するにあたって、 固定化するのは、 気化器 3に対する流 量ではなく、 気化器 3の気化部 3 1に対する流量である。 したがって、 気化器 3は弁体一体型のものに限定されず、 弁体 3 3が別体のものにも 適用可能である。

上述した実施の形態では、 半導体デバイスの製造方法を、 複数のガス を供給し、 この供給を繰り返して成膜するプロセスに限定したが、 その プロセスとしては M R C V D法、 A L D法のどちらにも限定しないとい う一般的な説明を行った。 ここでは、 さらに本発明を A L D法に限定し た具体的な説明を行う。

第 4図及び第 5図は、 本発明を適用すると特にメリッ トが大きい A L D装置の構成例を示す。 この例では、 基板としてのウェハ上に酸化膜を つける場合を想定している。

A L D装置は、 第 4図に示すようなクラスタ型半導体製造装置で用い られることが多い。 この装置は、 大気ウェハ搬送機 1 6、 ロードロック 室 1 7、 真空搬送室 1 8、 処理室 1から主に構成される。 処理室 1には、 液体原料を流量制御するとともに気化して供給する反応物供給システム 1 9と、 反応ガスとして用いられる活性化された酸素を生成するリモー トプラズマュニッ ト 2 0が取り付けられている。

ウェハカセッ ト 1 5から、大気ウェハ搬送機 1 6へとウェハが渡され、 ロードロック室 1 7にウェハが入れられ、 ここで、 ロードロック室 1 7 は大気から真空へと排気される。 次に、 真空搬送室 1 8を経由して、 処 理室 1 にウェハが搬送される。 処理室 1で気化ガスと活性化された酸素 とを交互に切換えて供給して、 所望の厚さの膜をゥヱ八上に成膜する。 成膜後は、 上述した流れと逆の流れで、 ウェハがウェハカセッ ト 1 5へ と戻される。

第 5図に、 第 4図の要部を構成する真空搬送室 1 8、 反応物供給シス テム 1 9、 リモートプラズマユニッ ト 2 0、 処理室 1 の詳細図を示す。 真空搬送室 1 8は、 室内に搬送口ポッ ト 2 6を備える。 搬送口ポッ ト 2 6は伸縮自在で旋回自在なァ一ム 2 7を有し、 アーム 2 7上にウェハ Wを保持して搬送するように構成される。 真空搬送室 1 8の一側はロー ドロック室に連結され、 他側は処理室 1 に連結される。 搬送口ポッ ト 2 6は、 ロードロック室から処理前のウェハ Wを受け取り、 処理室 1 に搬 送して、 サセプ夕 5 6上に移載する。 また、 処理室 1から処理済みのゥ ェハ Wを受け取り、 ロードロック室に搬送して、 移載する。

A L D法では、 第 6図に示すように、 原料供給、 パージ、 反応ガス供 給、 パージの 4つのステップを反応物導入シーケンスの 1サイクルとし て、 成膜を繰り返す。 この反応物供給ステップに反応物供給システム 1 9を用いる。 反応物供給システム 1 9は、 リモートプラズマユニッ ト 2 0ヘリモートプラズマ源を供給して反応ガスとしての活性化された酸素 を処理室 1へ供給する反応ガス供給システム 2 8 と、 液体原料を気化し て処理室 1へ供給する液体原料気化システム 2 9 との 2系統から構成さ れる。

反応ガス供給システム 2 8は、 ここでは概略的に示されているが、 マ スフローコントローラ 4 6 、 4 7をそれぞれ設けた酸素 （〇₂) ガスを 供給する 0 ₂供給管 4 8 と、 アルゴン （A r ) ガスを供給する A r供給 管 4 9 とから主に構成される。 A rガスは放電用のガスであり、 リモー トプラズマュニッ ト 2 0によって、 0 ₂は A rプラズマにより活性化さ れる。 リモートプラズマユニッ ト 2 0は、 0 ₂供給管 4 8 と A r供給管 4 9とから供給される O ₂ガス、 A rガスのうちの A rが放電を起こし てプラズマを形成し、 このプラズマにより〇₂を励起して活性化する。 活性化した〇₂は A rプラズマとともに、 リモートプラズマユニッ ト 2 0から反応ガス供給管 5 0へ供給される。

この活性化された酸素は、 吐出駆動制御機構により制御される液体原 料の制御速度と合わせるために高速制御するが、 その高速制御はプラズ マを O N Z O F F制御することによって行う。 反応ガス供給システム 2 8は、 具体的には、 第 1 1図に示すように構成され、 このシステムを用 いて、 第 1 2図に示すシーケンスに従い、 高速に活性化した酸素を処理 室へ送り込む。

第 1 1図の反応ガス供給システムは、 リモートプラズマユニッ ト 2 0 と配管 7 2、 7 0 とを備える。 配管 7 2は A rを流し、 配管 7 0は酸素 〇₂とアルゴン A r との混合ガスを流す。 リモートプラズマュニッ ト 2 0の導出側には反応ガス供給管 5 0が接続されて活性化された酸素を反 応ガス供給管 5 0を介して処理室へ供給する。 リモートプラズマュニッ ト 2 0の導入側には前述した配管 7 0が接続され、 この配管 7 0に配管 7 2が合流接続されて、 〇 ₂と A rの混合ガスをリモートプラズマュニ ッ ト 2 0に供給する。

0 ₂供給管 4 8 と A r供給管 4 9とは合流接続されて前述した配管 7 0に接続される。 混合ガスを流す配管 7 0には上流側から下流側にわた つて混合器 7 4、 第 2バルブ 7 5、 絞り 7 3が設けられる。 絞り 7 3は 配管 7 2 との合流接続点の上流側に設けられる。 また、 配管 7 2、 0 ₂ 供給管 4 8、 及び A r供給管 4 9にはマスフローコントローラ 7 1 、 4 6 、 4 7がそれぞれ設けられ、 〇₂供給管4 8、 及び A r供給管 4 9に はさらに第 2バルブ 7 6、 第 3バルブ 7 7がそれぞれ設けられる。

配管 7 2から導入される A rは常にリモートプラズマュニッ ト 2 0を 通って処理室へ流している。 これは、 リモートプラズマユニッ ト 2 0内 に、 もう一方の原料である気化ガスが拡散されて入ってこないようにす るためである。 もし、 気化ガスが入ってきた場合には、 プラズマによつ て反応を起こし、 パーティクルの原因となるからである。

また、 混合器 7 4には、 第 1バルブ 7 5が閉の状態で、 第 2バルブ 7 6と第 3バルブ 7 7を一定時間開け、 A r と酸素 O ₂の混合気体を封じ 込め、 第 2バルブ 7 6および第 3バルブ 7 7を閉じておく。 これは、 第 1バルブ 7 5を開にした場合に、 いきなり多量の酸素がリモートプラズ マユニッ ト 2 0に導入された場合、 プラズマが消える可能性があるから であるが、 リモートプラズマユニッ ト 2 0の能力により、 不要な場合も ある。

また、 第 1バルブ 7 5とリモートプラズマユニッ ト 2 0の間の配管 7 0には、 流路断面を調節して混合ガスの流量を調整するための絞り 7 3 を入れ、 多量のガスが流れないようにしてある。 すなわち流量を固定化 している。 第 6図のシーケンスにおける反応ガスの導入時には、 第 1 2 図に示すように、 プラズマを O Nし、 第 1バルブ 7 5を開き、 A r と酸 素 0 ₂の混合ガスを流し、 反応ガスの導入の停止時には、 プラズマを〇 F Fし、 第 1バルブ 7 5を閉じる。 ここで、 プラズマ O Nの場合に、 瞬 時にプラズマ （これを本プラズマという） を生成するために、 第 1 3図 のように、 小型のプラズマ発生器 7 8をリモートプラズマュニッ ト 2 0 の上流側の配管 7 0に設置し、高周波電源 7 9から微小電力を投入して、 わずかにプラズマ （予備プラズマ） を生成しておく ことが有効である。 第 1 4図に小型プラズマ発生器 7 8を示すが、 数百 zz m〜数 m m程度離 れた端子 8 0 、 8 1間に高周波電源 7 9から小電力を投入し、 微小のプ ラズマを生成する。

このように反応ガスをマスフローコントローラで制御するのではなく、 予め流量を設定した絞り 7 3によって活性化した酸素を流量制御し、 予 備プラズマ及び本プラズマにより瞬時に酸素〇₂を活性化するので、 活 性化した酸素を高速に処理室へ送り込むことが可能となる。

ここで説明を再び第 5図へ戻す。 液体原料気化システム 2 9は、 原料 容器 2、 液体流量計 1 1、 気化器 3、 液体原料供給管 4、 マスフローコ ントローラ 1 3を設けた希釈ガス供給管 1 0、 ヒータ 1 4から構成され る。 液体原料を N ₂ガスで原料容器 2から液体原料供給管 4に圧送して、 液体流量計 1 1を介して気化器 3へ供給する。 ここで、 気化器 3が吐出 駆動制御機構によって制御され、 パルス幅に相当する時間、 液体原料は 1回の吐出動作における流量が固定化されて気化器 3の気化部へ吐出さ れる。 液体原料は、 希釈ガス供給管 1 0から供給される希釈ガス N ₂と 混合され希釈され、 気化部へ吐出される。 気化部で気化された気化ガス は、 パルス的な制御用電気的信号に応じて間欠的に原料ガス供給管 5に 導入される。

ヒー夕 1 4は、 液体原料供給管 4、 原料ガス供給管 5、 及び希釈ガス 供給管 1 0に設けられ、 必要に応じて配管を加熱し、 内部を搬送される 液体またはガスの温度が低下しないように加熱する。

処理室 1は、枚葉式で例えば 1枚の基板を処理するように構成される。 処理室 1の一側部にゲートバルブ 5 1 を介して真空搬送室 1 8に通じる ウェハ搬送口 5 2が設けられる。 処理室 1の他側部には、 排気口 5 3が 設けられ、 ポンプ 9によって処理室 1 を排気可能にしている。 処理室 1 の上部にはシャワーへッ ド 5 3が設けられ、 このシャワーヘッ ド 5 3に 原料ガス供給管 5 と反応ガス供給管 5 0が接続され、これらの供給管 5、 5 Qからシャヮー状に 2種類のガスをウェハ W上に供給できるようにな つている。 また、 シャワーヘッ ド 5 3には、 図示していないが、 パージ ガス供給管が接続され、 パージガスを処理室 1内に導入してウェハ W上 に供給できるようになつている。

ヒ一夕ユニッ ト 5 4は、 ウェハ Wを保持して加熱し、 処理室 1内に上 下矢印で示す方向に昇降自在、 かつ矢印で示すように回転自在に設けら れる。 ヒー夕ユニッ ト 5 4は、 ユニッ ト本体 5 5 と、 ユニッ ト本体 5 5 上部に設けられてウェハを保持するサセプ夕 5 6 と、 ュニッ 卜本体 5 5 内部に設けられてサセプ夕 5 6を介してウェハ Wを加熱するヒータ 5 7 とから構成される。 なお、 ユニッ ト本体 5 5内部からは、 ウェハ温度を 制御するために必要な光ファイバ 5 8や熱電対 5 9などが処理室 1の外 部に引き出されている。 成膜時は図示するように、 ウェハ Wをシャワー ヘッ ド 5 3の近傍位置に来るようにヒータユニッ ト 5 4を上昇させ、 搬 送時はサセプタ 5 6がウェハ搬送口 5 2に臨む位置に来るように下降す る。

上記した A L D装置の作用を説明する。 真空搬送室 1 8に取り付けら れた搬送口ポッ ト 2 6が、 ロードロック室からウェハ Wを取り出す。 ゥ ェハ Wを処理室 1 に搬送するには、 サセプ夕 5 6 とヒ一夕 5 7から構成 されるヒータュニッ 卜 5 4が下降し、 ウェハ搬送口 5 2 とサセプタ 5 6 表面をほぼ同じ高さにし、 ゲ一トバルブ 5 1 を開き、 搬送ロポッ ト 2 6 のアーム 2 7がウェハ Wを処理室 1へ送り込む。 その際、 サセプ夕 5 6 から 3本の突き上げピン （図示せず） が下から上がってきてウェハ Wを 保持する。 次に、 搬送ロボッ ト 2 6のアーム 2 7を処理室 1から取り出 し、 ゲートバルブ 5 1 を閉じる。 ポンプ 9により処理室 1内を排気口 5 3を介して真空引きする。

ヒータュニッ ト 5 4を上昇して、 突き上げピンを下方に下げ、 ウェハ Wをサセプタ 5 6上に移載する。ヒー夕ュニッ ト 5 4をさらに上昇して、 サセプ夕 5 6上に保持されたウェハ Wを、 シャワーへッ ド 5 3 との間隔 が、 例えば 1 0 m m〜 2 0 m mになる位置まで移動する。 そして、 ゥェ ハ Wをサセプ夕 5 6とともに回転させる。 この際、 ヒータ 5 7は固定さ れている。 ウェハ Wを回転させるのは、 ヒー夕 5 7の加熱によるウェハ 面内温度不均一性を緩和させるためである。処理室内が所定圧力となり、 ウェハ Wの温度がサセプ夕温度に近づきほぼ一定になったら、 A L D法 による成膜プロセスを行う。

A L D法では、 第 6図に示すように、 原料供給、 パージ、 反応ガス供 給、 パージの 4つのステップを 1サイクルとして、 成膜を繰り返す。 こ の反応物供給ステツプに液体原料気化システム 2 9 と反応ガス供給シス テム 2 8 とを いる。 ( 1 ) 原料供給ステツプ

液体原料気化システム 2 9によって、 原料容器 2から液体原料を気化 器 3の気化容器 3 1に吐出して気化し、 気化した原料ガス Aを処理室 1 に導入し、 ガス原料をウェハ Wの表面に吸着させる。

( 2 ) パージステップ

吸着後、 不活性ガスなどからなる非反応物を処理室 1内に導入して、 処理室 1内の余分なガス Aを排気口 5 3から排出して取り除く。

( 3 ) 反応ガス供給ステツプ

余分なガス Aを取り除いた後、 基板に吸着したガス原料と反応を起こ し、酸化薄膜を形成させることができるプラズマ励起した反応ガス B (活 性化した酸素〇₂) を反応ガス供給システム 2 8から処理室 1 に導入し て、 ウェハ表面反応により薄膜の 1原子層をゥェ八上に形成させる。

( 4 ) パージステップ

1原子層を形成後、 不活性ガスなどからなる非反応物を処理室 1に導 入して、 処理室 1内の余分なガス Bおよび反応副生成物を排気口 5 3か ら排出して取り除く。

この （ 1 ) 〜 （ 4 ) のステップを 1サイクルとして、 所望の膜厚に達 するまで、 複数のサイクル処理を行う。 所望の膜厚になったら、 ヒー夕 ユニッ ト 5 4の回転を停止し、 サセプタ 5 6の表面の高さが、 ウェハ搬 送口 5 2 と同じく らいの高さになるように下げる。 引き続き、 突き上げ ピンを上げてウェハ Wをサセプタ 5 6から離し、 ゲートバルブ 5 1を開 けてウェハ Wを搬送口ポッ ト 2 6により処理室 1から取り出す。

この A L Dのような方法においては、決められたある条件においては、 1サイクルにおいて形成される膜厚は決まっており、 要求される時間内 に所望の膜厚を形成するためには、 要求される時間内に必要なサイクル 数の処理を行うことが必要になってくる。 要求される時間内に必要なサ ィクル数を行うためには、 1サイクルあたりの時間が必然的に決まって くるが、 生産に関する経済性を満足する時間あたりの成膜可能枚数、 つ まりスループッ トを達成するには、 1サイクルあたりの時間に対し、 例 えば 1秒以内が要求される場合がある。

この場合、 上記ガス A、 Bおよび非反応物は、 各ステップに要する時 間を同じとすると、 4分の 1秒間だけ処理室 1に供給されなければなら ない。 ガス Aが液体を気化させて生成するものである場合、 4分の 1秒 間だけ一定流量を流すといつた機敏な動作が必要になってくる。 この点 で、 上述した A L D装置の液体原料供給システム 1 9では、 吐出駆動制 御機構からの吐出指令でオープンループ制御しながら気化部 3 1への吐 出量を制御することにより、 4分の 1秒間だけ一定流量を流すといった 機敏な動作を容易に実現できる。 また、 反応ガス供給システム 2 8でも、 絞り 7 3 とプラズマの O N Z O F F制御で処理室 1への流量を制御する ことにより、 4分の 1秒間だけ一定流量を流すといった機敏な動作を容 易に実現できる。 したがって、 実施形態の反応物供給システム 1 9は、 特に A L D法に用いることが好ましい。

また、 A L D法では、 第 6図に示すようなシーケンスでガスを切換え るが、 原料導入後のパージのサイクルでは、 残留した余分な原料を完全 に排気することが望まれる。 コントローラが気化器と別体の従来方式を A L D法に適用した場合では、 第 3図 （A ) ( b ) のように気化特性の 立下がりがだれるため、原料がパージシーケンス中でも導入されつづけ、 処理室 1から十分に原料ガスを排気させることができない。これに対し、 コントローラが気化器と一体の実施の形態による方式では、 第 3図 （B ) ( b ) のように、 原料を吐出駆動制御機構 6の指令に対して応答性良く 液体原料を封止できるので、 パージシーケンス中に処理室 1から完全に 原料を排気することが可能となる。 また、 反応ガスである活性化した酸 素〇 2も同様にパ一ジシーケンス中に処理室 1から完全に原料を排気す ることが可能となる。

また、 A L D法は、 成膜機構にセルフリミッ トがかかっているので、 1サイクルあたりの成膜膜厚は数 A〜十分の数 Aになる。 そのため、 単 位時間あたりの成膜レートを向上させるには、 第 6図に示すような 1サ ィクルの周期をできるだけ短くする必要がある。 この見地からするとォ ープンループ制御で高速に原料の吐出 Z非吐出 （導入 Z封止） を制御で きる実施の形態の方式は、フィードバック制御方式に比べて優位にある。 また、 最近では、 成膜機構にセルフリミッ トがかからない場合でも、 短 時間の原料導入による原子層に近い単位での成膜、 反応ガス導入による 酸化あるは窒化や、 不純物除去を繰り返す処理も A L Dと呼ぶことがあ るが、 これらの方式にも、 本発明を適用することができ、 これらも従来 方式に比べて優位である。 なお、 短時間の原料導入による原子層に近い 単位での成膜と不純物除去を繰り返す処理としては、 例えば、 有機液体 原料を気化したガス供給による成膜と、 プラズマ励起ガス供給による改 質とを繰り返す M R C V D法がある。

また、 A L D成膜のための装置の実施例としては、 前述したように、 特許文献 4のようにバルブレスで気相バリァを用いて原料高速切換を行 うようにする方法もあるが、 この場合、 原料は供給し続けるので、 処理 室への原料導入時以外は原料を無駄に捨てることとなり、 その分コスト が高くなるというデメリッ トがある。 この点で、 実施の形態による弁体 ないしバルブ切換え方式では、 原料を処理室に導入する場合だけしか原 料を消費しないので、 原料資源の有効利用が図れる。

ところで、 上述した A L D法では、 第 6図に示すように、 液体原料供 給シーケンスにおいて、 液体原料の気化部 3 1への 1回の吐出動作にお ける流量を、 気化ガスの基板への 1回の供給動作に対応する流量と同等 になるように液体流量を制御する場合について、 すなわち 1ステップ内 で 1回の吐出制御をする場合について説明した （第 1実施例） 。 この場 合、 例えば、 液体原料が気化しているときに、 液体原料が触れる気化器

3の内壁、 特に気化容器 4 0の内壁からは、 気化熱が奪われ温度が下が り、 気化効率が下がることがある。 これを防止するために、 例えば、 第 7図に示すように、 液体原料供給のシーケンスを変更し、 液体原料の気 化部 3 1への 1回の吐出動作における流量を、 気化ガスのウェハへの 1 回の供給動作に対応する流量よりも少なく し、 吐出回数により流量を制 御するとよい （第 2実施例） 。 このように液体原料の気化部への 1回の 吐出動作における流量を、 反応物の基板への 1回の供給動作に対応する 流量よりも少なく し、 1ステップ内で複数に分けて吐出して、 その吐出 回数により流量を制御すると、 1回の供給動作期間中に液体原料が気化 部へ吐出されない非吐出期間が形成されて、 その期間中、 低下した気化 部の温度を回復させることができる。 したがって、 気化部の温度低下に 起因して気化効率が下がることを防止できる。

なお、 実施の形態と特許文献 1〜 3 (従来例 1〜 3 ) との吐出方法の 違いを示せば第 8図の通りである。 実施の形態では、 複数の反応物が間 に非反応物の供給を挟んで交互に供給される A L Dであるため、 他の反 応物や、 非反応物が供給される時は、 一の反応物の間欠的な供給が断た れるのに対して、 従来例のものは、 複数の反応物が混合されて連続的に 供給される C V Dないし M O C V Dであるため、 反応物の間欠的な供給 は断たれることはない。

なお、 上述した実施の形態では、 A L D成膜のための反応ガスの高速 導入のための反応ガス供給システムとして、 反応ガスがリモートプラズ マユニッ トを必要とする酸素〇₂を扱う場合について説明したが、 反応 ガスの種類によっては、 これとは異なる反応ガス供給システムを採用す る必要がある。 これを、 オゾン〇₃と水 H ₂〇の例をとつて説明する。 オゾンの場合は、 反応ガス供給システムとして、 第 1 5図のような構 成を用いる。 オゾン発生器 8 2からは、 配管 8 4を介して常に一定の流 量でオゾンが流れている。 配管 8 4は、 その下流で配管 8 5とバイパス ライン 8 6 とに分岐される。 分岐した一方の配管 8 5は処理室 1 を介し てポンプ 9 0に接続される。 分岐した他方のバイパスライン 8 6はォゾ ンキラー 8 3を介してポンプ 9 0に接続される。 配管 8 5には、 上流か ら下流にかけて流量絞り 8 7、 第 2バルブ 8 9、 保管容器 9 1、 及び第 1バルブ 8 8が設けられる。 配管 8 5、 バイパスライン 8 6は処理室 1 側の方からポンプ 9 0で真空に引かれており、 配管 8 5に設けた第 1バ ルブ 8 8、 および第 2バルブ 8 9が開であれば、 配管 8 5に設けた流量 絞り 8 7により調整された流量で、 オゾン 0 ₃は主に処理室 1側に流れ るようになっている。 オゾン 0 ₃を処理室 1 に導入しない場合は、 第 1 バルブ 8 8を閉じる。 保管容器 9 1に、 或る一定圧のオゾンが導入され ると、 オゾン 0 ₃はバイパスライン 8 6側へ流れ、 オゾンキラー 8 3を 通って排気される。 処理室 1へのオゾン〇₃の導入は、 第 1バルブ 8 8 を開き、 第 2バルブ 8 9を閉じることにより行う。 より高速な動作が必 要な場合は、 流量絞り 8 7とオゾン発生器 8 2からの流量とを調整し、 第 2バルブ 8 9を不要とすることも可能である。 また、 保管容器 9 1は 配管で構成してもよい。

反応ガスが水 H ₂0の場合は、 反応ガス供給システムとして、 第 1 6 図に示すような水容器 9 2へ純水 （脱イオン水） を充てんする。 この水 容器 9 2に、 水分を導出する第 1配管 9 4を挿入する。 第 1 5図に示す システムの配管 8 4からオゾン発生器 8 2を取り外し、 配管 8 4に第 1 配管 9 4を接続することによって、 水容器 9 2をオゾン発生器 8 2の代 わりにシステムに接続する。 第 1配管 9 4から蒸気圧に従い気化される 水分をシステムに導入する。 この際、 第 1 6図 （ a) の第 2配管 9 3か らキャリアガスとして H eのような不活性ガスを流しても良い。 また、 第 1 6図 （ b ) に示すように、 第 2配管 9 3を容器 9 2内の水中に挿入 して、 パブリングを行っても良い。

次に、 本発明を適用した AL D法による成膜の実施例を示す。 液体原 料には、 金属一配位子錯体前駆物質の、 当該配位子がアルキル、 アルコ キシド、 ハロゲン、 水素、 アミ ド、 イミ ド、 アジ化物イオン、 硝酸根、 シクロペン夕ジニエル、 力ルポニル、 並びにそれらのフッ素、 酸素およ び窒素置換類似物からなる群より選ばれる組成物が選ばれる。 反応ガス としては、 通常、 水、 酸素、 アンモニアでよいが、 時には何らかの方法 で活性化されたラジカルやイオンの場合もある。 また、 反応ガスは、 「反 応」 という言葉を使用するが、 実際には 「原料」 と反応を起こさないが、

「原料」 の自己分解反応にエネルギーを与えるものでも良い。 例えば、 プラズマなどで活性化された希ガスや不活性ガスの場合もある。

ここでは、 具体的な例として、 「原料」 には、 TMA (A 1 (CH₃) 3： トリメチルアルミニウム） や、 TD EAH f (H f (N (C₂H₅) ₂) ₄： テトラキスジェチルアミ ドハフニウム） を、 「反応ガス」 には、 〇₃ (オゾン） を用い、 それぞれ、 A 1₂0₃ (アルミナ） や H f 0₂ (ハフ ニァ ： 酸化ハフニウム） を成膜する。 ここで、 処理室の圧力は、 1 0 0 〜 1 P aを用いる。 また、 S i ウェハの温度は、 原料ガスの自己分解温 度の違いにより 1 5 0〜 5 0 0 °Cの範囲内を用いる。 たとえば、 TM A および TD EAH f では、 2 0 0〜 4 0 0 °Cを用いる。

ここで、 第 6図に示すように、 この原料導入、 パージ、 反応ガス導入 とパージの 4ステップからなるサイクルを繰り返し成膜する。この場合、 各々の 1ステップの時間は、 0. 1秒から数秒とする。 このとき、 1サ ィクルあたりの成膜膜厚はウェハ温度により 0. 7〜 2 A程度になる。 このサイクルを繰り返して所定膜厚の薄膜を形成する。 例えば、 A l ₂ 0 ₃や H f 〇₂をゲート絶縁膜やキャパシ夕絶縁膜として用いる場合、 数 〜数十サイクル繰り返して 1 5〜 5 0 A成膜する。

産業上の利用可能 I、生

本発明によれば、 複数の反応物の供給工程を複数回繰り返すことによ り基板を処理する際に、 反応物である原料を無駄に捨てることなく、 反 応物の高速切換えが行え、 基板処理のスループッ トを向上させることが できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 一つの反応物を基板上に供給する工程と、 他の反応物を基板上に 供給する工程と、 これらの工程を複数回繰り返すことにより基板を処理 する工程とを有する半導体デバイスの製造方法であって、

前記反応物の両方又は何れか一つは液体原料を気化部で気化させた原 料ガスを含み、 液体原料の気化部への 1回の吐出動作における流量を固 定化し、 液体原料を気化部に間欠的に吐出させるように制御することを 特徴とする半導体デバイスの製造方法。

2 . 液体原料の気化部への 1回の吐出動作における流量を、 前記気化 部で気化させた原料ガスの基板上への 1回の供給動作に対応する流量と 同等にしたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の半導体デバイス の製造方法。

3 . 液体原料の気化部への 1回の吐出動作における流量を、 前記気化 部で気化させた原料ガスの基板への 1回の供給動作に対応する流量より も少なくし、 吐出回数により流量を制御することを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載の半導体デバイスの製造方法。

4 . 前記処理とは、 一つの反応物を基板上に供給して吸着させる工程 と、 基板上に吸着させた反応物に対して他の反応物を供給して反応を起 こさせ膜を形成する工程と、 を複数回繰り返す制御を行うことにより所 望の膜厚の膜を形成する A L D処理であることを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の半導体デバイスの製造方法。

5 . 基板を処理する処理室と、

液体原料を収容する容器と、

前記液体原料を気化させる気化部を有する気化器と、

前記容器内に収容された液体原料を気化器へ供給する液体原料供給管 と、

前記気化器で気化した原料ガスを処理室内に供給する原料ガス供給管 と、

前記液体原料の気化部への 1回の吐出動作における流量を固定化し、 液体原料を気化部に間欠的に吐出させるよう制御する吐出駆動制御機構 と、

前記原料ガスとは異なる反応物を処理室内に供給する供給管と、 前記原料ガスの処理室内への供給と、 その後に行う原料ガスとは異な る反応物の処理室内への供給を複数回繰り返すよう制御する制御手段と、 を有することを特徴とする基板処理装置。

6 . 前記制御手段は、 更に液体原料の気化部への 1回の吐出動作にお ける流量を、 気化部で気化させた原料ガスの基板への 1回の供給動作に 対応する量と同等にするよう制御する機能を有することを特徴とする請 求の範囲第 5項に記載の基板処理装置。

7 . 前記制御手段は、 更に液体原料の気化部への 1回の吐出動作にお ける流量を、 前記気化部で気化させた原料ガスの基板への 1回の供給動 作に対応する流量よりも少なく し、 吐出回数により流量を制御する機能 を有することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の基板処理装置。

8 . 前記制御手段は、 更に一つの反応物を基板上に供給して吸着させ る工程と、 基板上に吸着させた反応物に対して他の反応物を供給して反 応を起こさせ膜を形成する工程と、 を複数回繰り返すことにより、 基板 に対して A L Dによる成膜を行うよう制御する機能を有することを特徴 とする請求の範囲第 5項に記載の基板処理装置。

9 . 前記制御手段は、 更に液体原料を気化部へ圧送する圧力と気化部 への 1回の吐出動作における流量との相関関係を予め測定しておき、 そ の相関関係に基づいて 1回の吐出動作における流量を校正する機能を有 することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の基板処理装置。

1 0 . 前記気化部と容器との間に液体流量計を設け、 液体流量計に電 気的に接続された流量調節機構を有する吐出駆動制御機構を設置し、 前記流量調節機構は液体流量計からの電気信号に基づいて、 ある一定 時間或いはある一定吐出回数の積分流量を計算し、 経時的にその積分流 量を監視し、 気化部への 1回の吐出動作における流量の経時的な変化を 調節する制御手段を有することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の 基板処理装置。

1 1 . 前記気化器を、 液体原料を気化する気化部と、 該気化部へ液体 原料を送る流路と、 前記気化部への液体原料の吐出 Z非吐出を弁の開閉 により制御するとともに、 開制御時に前記流路に送られる液体原料の流 量を弁の開度調節により制御する弁体とを一体的に有するィンジェクシ ヨン方式の気化器で構成し、 前記弁体の開度調節、 開閉を前記吐出駆動 制御機構により行うことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の基板処 理装置。