(57)【要約】【課題】    蒸気圧の低い固体原料を効率よく気化させ、気化ガスを安定して供給できる固体原料気化装置及び固体原料気化方法を提供する。【解決手段】    固体原料を収容する原料容器と、前記原料容器上部に設けられた支持部と、前記原料容器上部に設けられた支持部によって前記固体原料と離れて設けられた加熱ヒーターとを別々に加熱することによって、前記固体原料を気化させる。  または、原料容器内に収容された固体原料を、前記原料容器の内部に前記固体原料から離間して設けられた加熱ヒーターにより加熱して気化させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体原料を収容する原料容器と、
前記原料容器内にガスを導入する配管と、
前記原料容器外にガスを排出する配管と、
前記原料容器内上部に設けられた支持部によって、前記原料容器内に収容される前記固体原料から離れて設置可能とされた加熱ヒーターと、
を備えたことを特徴とする固体原料気化装置。
【請求項２】
前記加熱ヒーターは、上下方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の固体原料気化装置。
【請求項３】
前記加熱ヒーターは、複数の貫通孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載の固体原料気化装置。
【請求項４】
前記加熱ヒーターの下面は、下に凸の曲面状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体原料気化装置。
【請求項５】
原料容器内に収容された固体原料を、前記原料容器の内部に前記固体原料から離間して設けられた加熱ヒーターにより加熱して気化させることを特徴とする固体原料気化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体原料気化装置および固体原料気化方法に関し、特に、原料容器内に、加熱ヒーターを固体原料と離れて設けた固体原料気化装置および固体原料気化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＮなどの様々な材料の薄膜（数ｎｍ〜数μｍ）を被覆性よく堆積することが要求されることが多い。例えば、近年、半導体装置にＣｕ（銅）配線が採用されつつある。Ｃｕ配線の形成にあたっては、ＣｕのＳｉ（シリコン）中への拡散による素子特性の劣化、絶縁膜との密着性が乏しいことによる加工性の劣化、不動態酸化膜を形成せずに酸化が内部まで進行することによる配線特性の劣化、などの課題を解決する必要がある。バリアメタルは、これらの課題を解決するための一手段として、Ｃｕと配線層間膜との界面に設けられる。バリアメタルとしてはＴａ（タンタル）、ＴａＮ（窒化タンタル）の単層膜或いは多層膜が用いられ、その成膜方法として、従来はスパッタ法が用いられている。
【０００３】
バリアメタルは上述のようにＣｕ配線形成に必須であり、上記した課題を解決するために必要とされる最低の膜厚が存在する。一方で、比抵抗の高いバリアメタルはＣｕ配線の抵抗を増加させるので、素子の高速化の観点からはバリアメタルの厚さはできるだけ薄くする必要があり、パターン上に最低膜厚で均一に堆積することが望ましい。
【０００４】
化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法は、そのような要求に適した方法として知られている。化学気相成長法においては、蒸気圧の低い固体原料を用いる場合、膜の成長に十分な量を確保するため、加熱により蒸気圧を高くすることが一般的である。 
【０００５】
従来の固体原料気化装置においては、原料容器の外側にヒーターを設けることによって、容器内の固体原料を加熱し、気化させていた。本発明者は、従来の固体原料気化装置において、固体原料が消費される途中経過について実験を行った。
【０００６】
図５（ａ）は、従来の固体原料気化装置において、蒸気圧の低い固体原料が消費される途中経過を例示する模式図である。同図に表すように、従来の固体原料気化装置１０００は、固体原料１００を収容する原料容器１１０と、原料容器１１０の外側に設けられたヒーター２００と、原料容器１１０内にガスを供給する配管１２０と、原料容器１１０内で発生した気化ガスを図示しない熱処理装置に供給する配管１３０と、を備えている。この従来の固体原料気化装置１０００によると、蒸気圧の低い固体原料１００は、原料容器１１０の側壁近傍から優先的に消費されることがわかった。すなわち、熱伝導の関係で、固体原料１００のうち、ヒーター２００の近傍の部分と、固体原料１００の中央部分とで、温度勾配が生じてしまうことがわかった。蒸気圧の低い固体原料では、容器中の原料分圧はもともと低いから、搬送ガスによる原料分圧低下の影響は受けにくい。
【０００７】
その結果、固体原料１００がさらに消費されて原料容器１１０と接しなくなると、固体原料１００は加熱されにくくなるため気化されず、気化ガスの発生が不安定になるという問題があった。
【０００８】
図５（ｂ）は、従来の固体原料気化装置において、蒸気圧の高い固体原料が消費される途中経過を例示する模式図である。同図に表すように、蒸気圧の高い固体原料１００は、搬送ガスが当たる部分が優先的に消費されることがわかった。すなわち、蒸気圧の高い固体原料１００は、比較的低温でも気化されるので、固体原料１００内の温度勾配の影響はあまり受けず、固体原料の分圧に依存することがわかった。それゆえ、搬送ガスにより原料分圧の低くなる部分から優先的に消費される。
【０００９】
このように、従来の固体原料気化装置１０００は、特に蒸気圧の低い固体原料において、気化ガスの発生が不安定になるという問題があった。
【００１０】
また、このような問題を解決するために、固体原料内に、加熱部や熱伝導部材を設ける固体原料気化装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案では、熱伝導の効果によって、固体原料の全域を一律に加熱している。
【特許文献１】特開２００２−３５９２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、固体原料内に、加熱部や熱伝導部材を設ける固体原料気化装置では、固体原料の全域を常に高温に保つので、非常に大きな熱源が必要となり、効率が悪いという問題があった。
【００１２】
また、固体原料を高温に加熱しすぎると、固体原料が分解するなどの問題が生じるため加熱温度に上限が存在し、固体原料を十分に供給できないという問題があった。
【００１３】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、蒸気圧の低い固体原料において、効率よく、気化ガスを安定して供給できる固体原料気化装置および固体原料気化方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、
固体原料を収容する原料容器と、
前記原料容器内にガスを導入する配管と、
前記原料容器外にガスを排出する配管と、
前記原料容器内上部に設けられた支持部によって、前記原料容器内に収容される前記固体原料から離れて設置可能とされた加熱ヒーターと、
を備えたことを特徴とする固体原料気化装置が提供される。
【００１５】
ここで、前記加熱ヒーターは、上下方向に移動可能であるものとすることができる。  
また、前記加熱ヒーターは、複数の貫通孔を有するものとすることができる。  
また、前記加熱ヒーターの下面は、下に凸の曲面状であるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の他の一態様によれば、原料容器内に収容された固体原料を、前記原料容器の内部に前記固体原料から離間して設けられた加熱ヒーターにより加熱して気化させることを特徴とする固体原料気化方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、蒸気圧の低い固体原料を効率よく気化させ、気化ガスを安定して供給できる固体原料気化装置及び固体原料気化方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置の断面構造を例示する模式図である。  
同図に表すように、本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置１は、固体原料１０を収容する原料容器１１と、原料容器１１内に供給される搬送ガスの入り口１２と、気化ガスの出口１３と、を備える。さらに、原料容器１１内の中央付近には、円盤状の加熱ヒーター１４が設けられている。加熱ヒーター１４は、原料容器１１の上部中央に設置された円柱状の支持部１５によって支持されている。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置の要部の平面構造を例示する模式図である。  
すなわち、図２は、加熱ヒーター１４の平面構造を例示する模式図である。同図に表すように、円盤状の加熱ヒーター１４の底面には、多数の小さい穴（加熱ヒーター開口部１６）が設けられている。容器内に導入された搬送ガスは、これらの加熱ヒーター開口部１６を適宜介して固体原料１０の表面に供給される。
【００２０】
加熱ヒーター１４は、固体原料１０の上に、固体原料１０から離れて設けられている。また、加熱ヒーター１４の底面積は、原料容器１１の底面積よりも小さいので、原料容器１１の側面とも接していない。従って、加熱ヒーター１４の熱のうちの殆どは、固体原料１０や原料容器１１の側面に、接触による熱伝導によって伝達されることはない。
【００２１】
本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置においては、加熱ヒーター１４と、原料容器１１と、支持部１５とを、それぞれ別々のヒーターによって加熱し、固体原料１０を気化する。例えば、固体原料がタンタル（Ｔａ）の原料として用いられるＰＤＭＡＴ（Pentakis Dimethyl Amino Tantalum）である場合、加熱ヒーター１４を摂氏７０度〜１３０度に加熱し、原料容器１１と支持部１５とを摂氏２０度〜８０度に加熱する。加熱方法としては、例えば、加熱ヒーター１４の中に収容した電熱ヒータに通電する方法を挙げることができる。 
【００２２】
加熱によって固体原料１０を気化し、搬送ガスの入り口１２から供給される搬送ガスと反応させる。その気化ガスを、気化ガスの出口１３から、図示しない熱処理装置内に供給する。
【００２３】
加熱ヒーター１４は、固体原料１０から離れて設けられているから、加熱ヒーター１４の熱は、輻射によって固体原料１０の上面側に伝達される。また、搬送ガスを介した熱伝導によっても伝達される。それゆえ、固体原料１０の上面が高温になり、上面の上の空間の蒸気圧が上昇する。つまり、固体原料１０は、上面から順に気化される。固体原料１０の最上面が気化されると、その下の面が暴露され、暴露された新生面が加熱されて気化されるという昇華反応が連続的に繰り返される。固体原料１０は、上層から下層に向けて連続的に消費される。従って、気化ガスが安定して発生する。気化した固体原料は搬送ガスにのって出口１３から搬出される。
【００２４】
したがって、本発明の実施の形態によると、固体原料１０を、その上面側から下面に、連続的且つ効率的に消費することができる。
【００２５】
また、本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置において、加熱ヒーター１４は、原料容器１１の中央に設けられているから、固体原料１０の上表面の中央が最も高温になる。すなわち、加熱ヒーター１４は原料容器１１よりも高温に加熱されているので、原料容器１１の加熱によって固体原料１０のうちの原料容器１１の側壁近傍が高温になる影響をなくすことができる。
【００２６】
また、加熱ヒーター１４は、固体原料１０の全域を常に加熱する必要はなく、少なくとも固体原料１０の最上面の中央付近を加熱すればよい。それゆえ、加熱ヒーター１４の熱源は、これまでの固体原料気化装置に比べて小さくてよい。
【００２７】
またさらに、図１に矢印で例示したように、加熱ヒーター１４を、上下方向に移動可能としてもよい。このようにすれば、消費されるにつれて低くなる固体原料１０の最上面と、加熱ヒーター１４との距離を常に一定に保つことができ、固体原料１０を常に一定温度で加熱できる。
【００２８】
またさらに、容器内の空間に加熱ヒーター１４を設けることにより、容器内の空間に接する壁面の温度を上げることができ、蒸発した固体原料１０の再付着を防止できる。
【００２９】
このように、本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置によると、原料容器１１内に、加熱ヒーター１４を固体原料１０から離れて設けることによって、固体原料１０を上面側から連続的且つ効率的に気化することができる。その結果、気化ガスを安定して、熱処理装置内に供給でき、半導体基板などの上に均一な薄膜を被覆性よく堆積できる。
【００３０】
その結果として、例えば、ＣｕのＳｉ中への拡散による素子特性の劣化、絶縁膜との密着性が乏しい事による加工性の劣化、不動態酸化膜を形成せずに酸化が内部まで進行する事による配線特性の劣化などを防ぐことができる信頼性の高いバリアメタルを均一な膜厚で形成できる。
【００３１】
次に、本実施の形態の変型例について説明する。  
図３は、本実施形態の変型例にかかる固体原料気化装置の断面構造を例示する模式図である。  
本変型例における加熱ヒーター１４は、下に凸の半球状である。本変型例における加熱ヒーター１４においても、多数の小さい穴（加熱ヒーター開口部１６）が設けられており、これらの加熱ヒーター開口部１６を介して搬送ガスが適宜加熱されて熱伝導が促進される。
【００３２】
本変型例における加熱ヒーター１４は、半球状であるから、加熱ヒーター１４と固体原料１０との距離は、固体原料１０の上面中央において最も小さくなる。つまり、固体原料１０の表面の中央が、加熱ヒーター１４に最も近くなる。その結果、固体原料１０の上面中央を最も高温にすることができ、原料容器１１の加熱によって、固体原料１０のうちの原料容器１１の側壁近傍が加熱される影響を軽減することができる。
【００３３】
本変型例によると、原料容器１１内に、下に凸の半球状の加熱ヒーター１４を設けることによって、固体原料１０を上面の中央から連続的且つ効率的に気化することができる。  また、本変型例においても、前述した実施形態において得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
また、加熱ヒーター１４は、フィラメントなどのように金属線によって形成し、下に凸の形状に変形しても、本実施例と同様の効果が得られる。
【００３５】
次に、本実施形態の第２の変型例について説明する。  
図４は、本変型例にかかる固体原料気化装置の断面構造を例示する模式図である。  
本変型例においては、搬送ガスの入り口１２と気化ガスの出口１３とのいずれかの位置が変えられている。
【００３６】
図４（ａ）は、搬送ガスの入り口１２の位置を変えた例を示す。本具体例においては、同図に表すように、搬送ガスは、支持部１５を通って、加熱ヒーター１４の中央から容器内に供給される。すなわち、支持部１５は、加熱ヒーター１４を保持する役割だけでなく、搬送ガスの入り口としての役割も果たす。気化ガスの出口１３は、前述した実施形態と同様の位置に設けられる。
【００３７】
このように、加熱ヒーター１４の中央から搬送ガスを供給することによって、固体原料１０の上面中央に加熱された搬送ガスが供給されるので、固体原料１０の上面中央が最も高温になる。それゆえ、原料容器１１の加熱によって、固体原料１０のうちの原料容器１１の側壁近傍が加熱される影響を軽減することができる。
【００３８】
従って、本具体例においても、図３に例示した如く、原料容器１１内に半球状の加熱ヒーター１４を設けることによって、固体原料１０を上面の中央から連続的且つ効率的に気化することができる。  
また、本具体例においても、前述した実施形態において得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
一方、図４（ｂ）は、気化ガスの出口１３の位置を変えた具体例を表す。  
すなわち、搬送ガスの入り口１２の位置は変えずに、支持部１５を通って加熱ヒーター１４の中央から気化ガスが排出される構造にする。このようにしても、固体原料１０の上面中央が、ガスの通り道の一部となるので、高温に加熱され、前述した効果が得られる。
【００４０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。  
しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、本発明にかかる固体原料気化装置の具体的な構造、材料、供給原料の種類などについては、当業者が公知の範囲から適宜選択したものも本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置の断面構造を例示する模式図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる固体原料気化装置の要部の平面構造を例示する模式図である。
【図３】本発明の第一の実施例にかかる固体原料気化装置の断面構造を例示する模式図である。
【図４】本発明の第二の実施例にかかる固体原料気化装置の断面構造を例示する模式図である。
【図５】従来の固体原料気化装置において、固体原料が消費される途中経過を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 固体原料気化装置
１０ 固体原料
１１ 原料容器
１２ 搬送ガスの入り口
１３ 気化ガスの出口
１４ 加熱ヒーター
１５ 支持部
１６ 加熱ヒーター開口部
１００ 固体原料
１１０ 原料容器
１２０ ガスの入り口
１３０ ガスの出口
２００ ヒーター
１０００ 固体原料気化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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