(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の製造方法において、
半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して、上記基板に対向して配置され、液体原料噴出口から上記基板に供給する工程と、
上記液体原料噴出口の周囲に円環状に形成され、上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置されたガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給する工程と、
を備えることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２】
半導体の製造方法において、
半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して、上記基板に対向して配置され、液体原料噴出口から上記基板に供給する工程と、
上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置され、上記液体原料噴出口の周囲に円環状に間隔を介して形成された複数のガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給する工程と、
を備えることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体の製造方法において、上記気体を断続的に上記基板に供給しながら上記薄膜を形成することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体の製造方法において、化学蒸着反応を用いて上記薄膜を形成することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体の製造方法において、上記液体原料は、固体を液化あるいは固体を溶媒に溶解させたものであることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項６】
半導体の製造装置において、
半導体素子の基板に対向して配置され、上記基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して上記基板に供給する液体原料噴出口を有する気化手段と、
上記液体原料噴出口の周囲に円環状に形成されるとともに上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置され、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給するガス供給口を有するガス供給管と、
を備えることを特徴とする半導体の製造装置。
【請求項７】
半導体の製造装置において、
半導体素子の基板に対向して配置され、上記基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して上記基板に供給する液体原料噴出口を有する気化手段と、
上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置され、上記液体原料噴出口の周囲に円環状に間隔を介して形成された複数のガス供給口を有し、これら複数のガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給するガス供給管と、
を備えることを特徴とする半導体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造において、特に液体原料及び固体原料を液化した液化原料を用いて半導体用の薄膜を形成する半導体の製造方法及び半導体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における半導体の薄膜の製造方法として、液体原料を用いて真空中で液体原料を噴霧し、噴霧した液体を基板に塗布し、基板を加熱して基板に塗布された液体中の揮発性の溶媒を揮発させ、薄膜を成膜する方法がある。この従来技術の例としては、特開平６−３０６１８１号公報に開示された有機光学薄膜の製造方法とその装置がある。
【０００３】
図６は、上記公報に開示された装置の構成図である。
図６において、真空容器５は、真空排気部６により真空排気される。ウェハ４は、サセプタ３上に保持され加熱されている。有機系光学薄膜材料或は無機系の光学薄膜材料が揮発性の溶媒に溶かされた液体原料は、液体原料タンク２５内から開閉機構部３０１を通り制御ノズル部３００から真空容器５内に噴霧される。そして、噴霧された液体原料は、真空中で液滴となりサセプタ３上に加熱保持されたウェハ４上に液滴のまま到達しウェハ４上に塗布される。
【０００４】
次いで、ウェハ４上に液体状態で塗布された液体原料は、サセプタ３からの熱及び表面加熱装置３０６により揮発成分が揮発され、固体成分がウェハ４上に残り膜を形成する。この時、熱により揮発された溶媒成分は気体となり、真空容器５に放出される。放出された気体の一部は真空排気部６により排気されるが、大部分は低温に冷却されたコールドトラップ３０４に吸着され再度凝縮して液体になり所要の真空を維持する。
【０００５】
なお、図６において、１１は真空計、３０２はシャッター、３０３は基板温度測定装置、３０５はベーキング装置、３１０は真空ポンプである。また、３１１はマニピュレータ、３１２は基板導入装置、３２０は真空ポンプ、３２１は質量分析装置、３２２はイオン化装置、３２３はゲート弁である。
【０００６】
また、他の従来技術としては、特開平９−３６１０８号公報に記載された半導体の製造方法及び装置がある。この特開平９−３６１０８号公報では、半導体の製造方法及び装置において、液体原料の気化効率を向上して装置内への不必要な膜の形成を防止し、半導体製造の生産性を向上させることを目的としている。
【０００７】
そして、上記目的を達成するため、液体原料を液体原料送出用のガスによって圧送し、気化ノズルに供給すると共に、キャリアガスや気体原料を上記気化ノズルに供給するように構成される。この構成により、気化ノズルからの液体原料はキャリアガス及び気体原料と衝突し、薄膜の製造される真空容器内で微粒子化され、効率良く気化され、ウエハ上で薄膜が形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体の製造方法において、成膜に必要なガス、例えば酸素をウエハ上に均一に供給することができれば、成膜できる膜種を、液体原料のみで成膜できるもの以外に、液体原料と上記ガスとで成膜できるものにも適用でき、半導体の生産性を向上することができる。
【０００９】
しかしながら、上記特開平６−３０６１８１号公報に記載の従来の技術においては、真空容器内のウエハ上に均一に成膜に必要なガスを供給する手段が開示されていない。このため、液体原料を加熱して薄膜を堆積させる際に、成膜反応に必要なガスをサセプタ上に置かれたウェハに供給することができない。
【００１０】
上記従来技術において、成膜反応にガスが必要な場合には、別途真空容器に必要なガスを供給する配管を接続しなければならない。
【００１１】
しかし、このようにしても、サセプタ上に置かれたウェハにガスを均一に供給するためのガスの分散板やシャワーヘッド等が必要となる。そのため、この装置構成で成膜出来る膜種が大幅に制限されることになり、装置の使用が制限され生産性の向上は困難である。
【００１２】
そこで、特開平９−３６１０８号公報に記載されているように、液体原料をキャリアガスや気体原料と共に、気化ノズルに供給することが考えられる。
しかしながら、特開平９−３６１０８号公報記載の技術の場合は、液体原料の気か効率の向上を目的としているため、液体が真空容器に噴霧される前に、ガスを積極的に液体と衝突させる構成となっている。
【００１３】
液体を積極的にガスに衝突させると、液滴とガスとの質量の差からガスの分布が大きく乱れてしまい、成膜に必要なガスをウエハ上に均一に供給することができない。
【００１４】
また、液体が真空容器に噴霧される前に、ガスを液体に積極的に衝突させると、液体の中へのガスの溶存を促進することになる場合がある。ガスを大量に溶存した液体を真空中に噴霧すると、液体内部のガスが激しく気相に出ようとして、泡が多量に形成される。この泡は、液体やガスの真空容器内への供給を阻害することがあり、成膜に必要なガスをウエハ上に均一に供給することができない。
【００１５】
本発明の目的は、液体原料をウエハ上に均一に供給し得ると共に、成膜に必要なガスをも、ウエハ上に均一に供給し得る半導体の製造方法及び半導体の製造装置を実現することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）半導体の製造方法において、半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して、上記基板に対向して配置され、液体原料噴出口から上記基板に供給する工程と、上記液体原料噴出口の周囲に円環状に形成され、上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置されたガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給する工程とを備える。
【００１７】
（２）半導体の製造方法において、半導体素子の基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して、上記基板に対向して配置され、液体原料噴出口から上記基板に供給する工程と、上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置され、上記液体原料噴出口の周囲に円環状に間隔を介して形成された複数のガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給する工程と、を備える。
【００１８】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記気体を断続的に上記基板に供給しながら上記薄膜を形成する。
【００１９】
（４）また、好ましくは、上記（１）において、化学蒸着反応を用いて上記薄膜を形成する。
【００２０】
（５）また、好ましくは、上記（１）において、上記液体原料は、固体を液化あるいは固体を溶媒に溶解させたものである。
【００２１】
（６）また、半導体の製造装置において、半導体素子の基板に対向して配置され、上記基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して上記基板に供給する液体原料噴出口を有する気化手段と、上記液体原料噴出口の周囲に円環状に形成されるとともに上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置され、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給するガス供給口を有するガス供給管とを備える。
【００２２】
（７）半導体の製造装置において、半導体素子の基板に対向して配置され、上記基板に形成すべき薄膜の液体原料の少なくとも一部を、薄膜が形成される空間で徴粒化して上記基板に供給する液体原料噴出口を有する気化手段と、上記基板に対向して上記液体原料噴射口より液体原料が供給される上流側に配置され、上記液体原料噴出口の周囲に円環状に間隔を介して形成された複数のガス供給口を有し、これら複数のガス供給口から、上記薄膜の形成に必要な気体原料を上記基板に供給するガス供給管とを備える。
【００２３】
液体原料噴出口の周囲に、薄膜の形成反応に必要なガスを供給するための供給口を設ければ、液体原料の噴射を妨げることなく、かつ、ガスが基板の面で均一となるように供給することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造装置の概略構成図である。図１において、１は気相化学反応装置、２は気化機構、３はサセプタ、４はウェハ、５は真空容器、６は真空排気部、７はガス処理部、８はガス供給部である。
【００２５】
また、９は予備室、１０は壁面温度制御部、１１は真空計、２１は気化ノズル、２２は液体原料供給バルブ、２３は液体原料供給管、２５は液体原料タンク、２６は液体原料送出用ガス配管、２７は液体原料、２８は液体原料送出用ガス供給部、３１はヒータである。
【００２６】
また、６１は真空排気配管、６２は真空排気バルブ、６３は排気配管、８１はガス供給配管、８２はガス供給バルブ、９１はウェハハンドラ、９２は予備室第一ゲートバルブ、９３は予備室第二ゲートバルブ、１０１は壁面温度制御用第一配管、１０２は壁面温度制御用第二配管、２１０はガス供給管である。
【００２７】
以下、液体原料を用いた場合の本発明の第１の実施形態における動作を説明する。
なお、本発明の第１の実施形態では、半導体用の薄膜製造方法として減圧気相化学蒸着反応を用いた場合を例として説明する。また、液体原料２７は、この実施形態では一種類であるが、複数種の液体原料を用いた場合でも同様の過程を行うことで成膜（薄膜の形成）を行うことができる。
【００２８】
まず、真空容器５を真空排気部６にて真空排気する。次に、ガス供給部８からの不活性ガスをガス供給配管８１、ガス供給バルブ８２及びガス供給管２１０を通じて真空容器５に導入する。そして、不活性ガスの供給を停止して、再度、真空容器５を真空排気部６にて真空排気する。この真空排気及び不活性ガスの導入を数回繰り返して、真空容器５内のガス置換を行う。
【００２９】
次に、予備室９中に保持されたウェハ４を第一ゲートバルブ９２を開いてヒータ３１にて加熱されたサセプタ３上に搬入する。その後、再度、真空容器５内のガス置換を行う。ガス置換終了後、液体原料２７及び気体原料を供給して成膜を行う。成膜終了後、ガス置換を行いサセプタ３上のウェハ４を予備室９中に置かれたウェハと交換する。
以上が、減圧気相化学蒸着装置の製造のサイクルである。
【００３０】
次に、成膜に液体原料２７とガスとが必要な場合の動作の詳細を述べる。
液体原料２７は、液体原料送出用ガス供給部２８から液体原料送出用ガス配管２６を通して供給される液体原料送出用ガスにて、液体原料タンク２５から圧送される。そして、液体原料タンク２５から圧送された液体原料２７は、液体原料供給配管２３を通り、液体原料供給バルブ２２を経て気化ノズル２１に供給される。
【００３１】
液体原料２７は、気化ノズル２１の先端から真空容器５内へ微小な粒径の液滴となって噴出する。噴出した液滴はサセプタ３上に置かれたウェハ４からの熱で気化する。液体原料２７が気化ノズル２１の先端から噴出する時には、成膜反応に必要なガスは、ガス供給部８から、ガス供給配管８１、ガス供給バルブ８２及び気化ノズル２１の外周に設けられたガス供給管２１０を通り真空容器５内へ供給される。
【００３２】
図２は、気化ノズル２１及びガス供給管２１０の平面図である。
【００３３】
図２において、気化ノズル２１とガス供給管２１０とは同心円状に形成され、液体原料噴射口２１ａは、気化ノズル２１の中心に形成されている。そして、ガス供給管２１０のガス供給口２１０ａは、気化ノズル２１の外周部に円環状に形成されている。また、気化ノズル２１及びガス供給管２１０は、紙面に対して法線方向（液体噴射口２１ａ及びガス供給口２１０ａの長手方向）、つまり、液体原料噴射口２１ａを含む面の法線方向に、互いに平行となるように形成される。さらに、ガス供給口２１０ａは、液体原料噴出口２１ａと同じあるいは液体原料が供給される上流側に配置されている（ガス供給口２１０ａは、液体原料噴射口２１ａと、基板（ウェハ４）に対してほぼ同一の間隔あるいは液体原料噴射口２１ａより液体原料が供給される上流側に配置される）。
【００３４】
したがって、成膜に必要なガスは、サセプタ３上に置かれたウェハ４上に均一に供給される。また、このとき、供給されるガスは、液体原料２７が噴出するのを妨げることが無い。
【００３５】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、気化ノズル２１とガス供給管２１０とは同心円状に形成され、液体原料噴射口２１ａは、気化ノズル２１の中心に形成され、ガス供給管２１０のガス供給口２１０ａは、気化ノズル２１の外周部に円環状に形成されている。
【００３６】
また、気化ノズル２１及びガス供給管２１０は、紙面に対して法線方向、つまり、液体原料噴射口２１ａを含む面の法線方向に、互いに平行となるように形成される。さらに、ガス供給口２１０ａは、液体原料噴出口２１ａと同じあるいは液体原料が供給される上流側に配置されている。
【００３７】
このため、液体原料をウエハ上に均一に供給し得ると共に、成膜に必要なガスをも、ウエハ上に均一に供給し得る半導体の製造方法及び半導体の製造装置を実現することができる。
さらに、本発明の第１の実施形態においては、ガスが液体原料２７の液滴の外側を包囲しているので、液体原料２７が成膜を行う真空容器５内の壁面へ拡散及び飛散することが無い。このため、真空容器５内に不要な膜が付着しないという効果がある。
【００３８】
さらに、ガス供給管２１０から供給されるガスの量を調節することで、気化ノズル２１から真空容器５内へ噴出される液体原料２７の微粒化した液滴の液体原料噴出口２１ａを含む面内の広がりを制御することができるという効果がある。
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体の製造装置における気化ノズル２１及びガス供給管２１０の平面図である。
なお、図３において、図２に示したものと同等のものには同一の符号を付す。また、成膜時の全体の手順は、図１の例と全く同じであるため、ここでは図示及び詳細な説明は省略する。
【００４０】
図３の例においては、気化ノズル２１は図２の例と同等の形状となっている。そして、ガス供給管２１０は、気化ノズル２１の周縁に配置された、複数の管状のガス供給口２１０ａから構成される（図３の例においては、液体噴射口２１ａを中心として、約９０度づつ角度が異なる４つの四角形状のガス供給口２１０ａから構成される）。
【００４１】
これら複数のガス供給口２１０ａと液体原料噴射口２１ａは、図２の例と同様に、紙面に対して法線方向、つまり、液体原料噴射口２１ａを含む面の法線方向に、互いに平行となるように形成される。さらに、ガス供給口２１０ａは、液体原料噴出口２１ａと同じあるいは液体原料が供給される上流側に配置されている。
【００４２】
以上のように、本発明の第２の実施形態では、ガスの供給されるガス供給管２１０が複数個となっている。このようにしても第１の実施形態と同様な効果を得ることが出来る。
【００４３】
なお、図３の例においては、四角形状の４つのガス供給口２１０ａを形成するようにしたが、ガス供給管２１０のガス供給口２１０ａの形状は、図４に示すように円形等のように他の閉曲線で作られる形状で、４つ以上（図４の例では８個）でもよい。
【００４４】
本発明の第２の実施形態においては、上述したように、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、ガス供給口２１０ａが複数個に分割されているため、各供給口でのガスの量を別途制御できると言う特徴がある。
【００４５】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体の製造装置における成膜に必要なガスの供給のタイミングチャートである。なお、この第３の実施形態の装置構成は、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様であり、成膜時の全体の手順も、図１に示した例と全く同じであるため、ここでは省略する。
【００４６】
この第３の実施形態では、成膜に必要なガスを、成膜が行われている間に連続ではなく、液体原料２７が気化ノズル２１から断続的に供給されているタイミングに一定の関係を持ち、断続して供給されるようにしたものである。
【００４７】
図５の横軸は時間を示し、縦軸はガスの供給量を示す。
図５において、時刻ａ１に液体原料２７が気化ノズル２１から真空容器５内に噴出される。この時刻ａ１の少し前の時間Δｔ１だけ前に成膜に必要なガスがガス供給管２１０から真空容器５内に所定の量Ｃだけ供給される。そして、時刻ｂ１に液体原料２７の供給が停止される。この時刻ｂ１の少し後の時間Δｔ２だけ後に成膜に必要なガスの供給が停止される。
【００４８】
同様に、次に、液体原料２７が気化ノズル２１から時刻ａ２に真空容器５内に噴出される。前回と同様に、時刻ａ２の少し前の時間Δｔ１だけ前に成膜に必要なガスがガス供給管２１０から真空容器５内に所定の量Ｃだけ供給される。そして、時刻ｂ２に液体原料２７の供給が停止され、この時刻ｂ２の少し後の時間Δｔ２だけ後に成膜に必要なガスの供給が停止される。
【００４９】
以下、この液体原料２７の供給停止の過程が複数回繰り返され成膜が行われる。
【００５０】
なお、時間Δｔ１は、ガスと液体原料とがウエハにほぼ同時に到達するための時間であり、約１秒程度であれば充分な時間である。また、時間Δｔ２は、液体原料の噴射を停止した後でも、ウエハに到達していない液体原料が残留するため、この残留する液体原料に対応するガスを噴射するための遅延時間である。時間Δｔ２も、約１秒程度で充分である。
これら時間Δｔ１、Δｔ２は、使用される装置毎に設定することも可能である。
【００５１】
以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で得られる効果の他、成膜に必要なガスを連続して供給するのでは無く、液体原料が気化ノズルから断続的に供給されているタイミングに一定の関係を持ち、断続して供給されるように構成したので、成膜に使用されるガスの量を低減することができるという効果がある。
【００５２】
以上により、本発明によれば、液体原料２７とともに成膜に必要なガスが、サセプタ３の上に置かれたウェハ４の上に均一に供給されるため、成膜できる膜種が液体原料２７のみで成膜出来るもの以外に、液体原料２７とガスとで成膜されるものにも適応できる。そのため、装置の適用範囲が拡大し、生産性を向上することができる。
【００５３】
なお、ガス供給口２１０ａは、液体原料噴出口２１ａと同じあるいは液体原料が供給される上流側に配置されているように構成したが、液体原料噴出口２１ａからの液体噴射の拡がり角を調整して、ガス供給口２１０ａからのガスが、液体原料２７の噴出を妨げることが無いようにすれば、ガス供給口２１０ａは、液体原料噴出口２１ａより、液体原料が供給される下流側に配置されるように構成することもできる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、液体原料をウエハ上に均一に供給し得ると共に、成膜に必要なガスをも、ウエハ上に均一に供給し得る半導体の製造方法及び半導体の製造装置を実現することができる。
【００５５】
したがって、液体原料とともに成膜に必要なガスが、ウェハの上に均一に供給されるため、成膜できる膜種が液体原料のみで成膜出来るもの以外に、液体原料とガスとで成膜されるものにも適応でき、装置の適用範囲が拡大され、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体の製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の気化ノズル及びガス供給管の平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る気化ノズル及びガス供給管の平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の変形例に係る平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るタイミングチャートである。
【図６】従来の装置の構成図である。
【符号の説明】
１        気相化学反応装置
２        気化機構
３        サセプタ
４        ウェハ
５        真空容器
６        真空排気部
７        ガス処理部
８        ガス供給部
９        予備室
１０      壁面温度制御部
１１      真空計
２１      気化ノズル
２１ａ    液体原料噴出口
２２      液体原料供給バルブ
２３      液体原料供給管
２５      液体原料タンク
２６      液体原料送出用ガス配管
２７      液体原料
２８      液体原料送出用ガス供給部
３１      ヒータ
６１      真空排気配管
６２      真空排気バルブ
６３      排気配管
８１      ガス供給配管
８２      ガス供給バルブ
９１      ウェハハンドラ
９２      予備室第一ゲートバルブ
９３      予備室第二ゲートバルブ
１０１    壁面温度制御用第一配管
１０２    壁面温度制御用第二配管
２１０    ガス供給管
２１０ａ  ガス供給口
３００    制御ノズル部
３０１    開閉機構部
３０２    シャッター
３０３    基板温度測定装置
３０４    コールドトラップ
３０５    ベーキング装置
３０６    表面加熱装置
３１１    マニュピュレータ
３１２    基板導入装置
３２０    真空ポンプ
３２１    質量分析装置
３２２    イオン化装置
３２３    ゲート弁
【図１】
0003595190.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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