(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原料供給配管を介して気化器に液体原料を供給し、この液体原料を前記気化器において気化させ、気化させたガスをガス供給配管を介して処理室内に供給することによって前記処理室内の基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記基板を処理した後に、前記液体原料供給配管内にパージガスを流して前記気化器、前記ガス供給配管を経由して、処理室外へ排出することで残留物を処理室外へ排出させて清浄化し、その後、前記ガス供給配管の内圧を計測し、この計測値と予め設定された清浄時の設定値とを比較することにより、残留ガスの有無を確認することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記残留ガスの有無を確認し、残留ガスが有ると判定された場合には、前記清浄化を繰り返し、残留ガスが無いと判定された場合には、次の基板処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）による薄膜形成技術に関し、例えば、ＭＯＣＶＤ装置を使用してＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memorry ）のキャパシタ（Capacitor ）の静電容量部（絶縁膜）の材料としての高誘電体薄膜を形成するのに利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部を形成するのに、Ｔａ2 Ｏ5 （五酸化タンタル）が使用されて来ている。Ｔａ2 Ｏ5 は高い誘電率を持つため、微細面積で大きな静電容量を得るのに適している。そして、生産性や膜質等の観点からＤＲＡＭの製造方法においては、Ｔａ2 Ｏ5 はＭＯＣＶＤ装置によって成膜することが要望されている。
【０００３】
Ｔａ2 Ｏ5 の成膜に使用されるＭＯＣＶＤ装置は、半導体集積回路の一例であるＤＲＡＭが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）を処理する処理室と、この処理室に一端が接続されたガス供給配管と、このガス供給配管の他端に接続されて液体原料を気化させる気化器と、この気化器に液体原料を供給する液体原料供給配管とを備えており、液体原料供給配管を介して気化器に液体原料を供給し、この液体原料を気化器において気化させ、気化させたガスを処理室にキャリアガスによって供給することにより処理室内のウエハにＴａ2 Ｏ5 膜を形成するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したＭＯＣＶＤ装置によるＴａ2 Ｏ5 の成膜技術においては、液体原料供給配管内に液体原料が残留するという問題点がある。この残留した液体原料は気化器の気化能力を不安定にさせたり、加熱されたガス供給配管内において分解することによって固化し配管の詰まりを引き起こしたりする。また、液体原料とキャリアガスとの混合比や、液体原料供給配管とキャリアガス供給配管の配管系の比率、それぞれの供給圧力の比率、それぞれの供給量の比率および液体原料温度とキャリアガス温度の温度差等によって気化能力が不安定になったり、条件設定が難しくなる。さらに、この気化能力の不安定性がどのような傾向を持つか観測する手段もなく、実際のガス量も認識せずに処理室内においてウエハを処理し、供給後の配管内の残留ガスも管理されていない。
【０００５】
本発明の目的は、前記した従来の技術の問題点である気化能力の不安定性および気化条件の設定の困難性および供給ガス量の実測なしでの処理室へのガス供給の問題点を解決し、液体原料を安定的に気化させてガスを処理室に安定的に供給することができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理室と、この処理室に一端が接続されたガス供給配管と、このガス供給配管の他端に接続されて液体原料を気化させる気化器と、この気化器に前記液体原料を供給する液体原料供給配管と、この液体原料供給配管にパージガスを供給するパージガス供給配管とを備えており、
前記ガス供給配管には圧力計が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、半導体装置の製造方法は、液体原料供給配管を介して気化器に液体原料を供給し、この液体原料を前記気化器において気化させ、気化させたガスをガス供給配管を介して処理室内に供給することによって前記処理室内の基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記基板を処理した後に、前記液体原料供給配管内にパージガスを流して前記気化器、前記ガス供給配管を経由して、処理室外へ排出することで残留物を処理室外へ排出させて清浄化し、その後、前記ガス供給配管の内圧を計測し、この計測値と予め設定された清浄時の設定値とを比較することにより、残留ガスの有無を確認することを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、基板の処理後に、液体原料供給配管内にパージガスを流して液体原料供給配管内をガスパージすることにより、液体原料供給配管、気化器、ガス供給配管および処理室を清浄化することができるため、液体原料供給配管での異物の発生や、気化室およびガス供給配管での詰まり等の発生を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置はＭＯＣＶＤ装置として構成されており、このＭＯＣＶＤ装置は本発明の半導体装置の製造方法であるＤＲＡＭの製造方法におけるキャパシタの静電容量部のＴａ2 Ｏ5 膜を成膜する工程（以下、キャパシタ形成工程という。）に使用されている。
【００１１】
図１に示されているように、ＭＯＣＶＤ装置１０は処理室１１を形成したチャンバ１２を備えており、チャンバ１２は枚葉式コールドウオール形減圧ＣＶＤ装置として構成されている。チャンバ１２の下部には処理室１１を排気するための排気口１３が開設されており、チャンバ１２の上部には処理室１１に酸素（Ｏ2 ）ガスを供給するためのガス供給口１４が開設されている。チャンバ１２の底壁には支持軸１５が処理室１１に回転自在かつ昇降自在に挿通されており、支持軸１５は図示しない駆動装置によって回転かつ昇降されるように構成されている。支持軸１５の処理室１１における上面には被処理基板であるウエハ１を保持するためのサセプタ１６が配置されている。支持軸１５の上端部の内部にはヒータ１７がサセプタ１６に保持されたウエハ１を均一に加熱するように装備されている。チャンバ１２の側壁の一部にはウエハ１を出し入れするためのウエハ搬入搬出口１８が開設されており、ウエハ搬入搬出口１８はゲート１９によって開閉されるようになっている。
【００１２】
チャンバ１２の天井壁には原料ガスを処理室１１へ供給するためのガス供給口２０が開設されており、ガス供給口２０にはガス供給配管２１の一端が接続されている。ガス供給配管２１の他端には液体原料を気化させるための気化器３０が接続されている。ガス供給配管２１の全長にはガス供給配管２１を加熱する配管ヒータ２２が敷設されており、ガス供給配管２１の途中には流通ガスの流量を計測する流量計２３および流通ガスの圧力を計測する圧力計２４がチャンバ１２側から順に介設されている。圧力計２４とガス供給配管２１との間には開閉弁２５が介設されている。
【００１３】
気化器３０は気化室３１を形成したチャンバ３２を備えており、チャンバ３２は壁体に内蔵されたカートリッジヒータ３３によって加熱されるようになっている。チャンバ３２の下壁の中心線上にはガス導出口３４が気化室３１に連通するように開設されており、ガス導出口３４にはガス供給配管２１が接続されている。チャンバ３２の気化室３１の上側には原料液体の流量を調整する可変流量制御弁３５が設置されている。可変流量制御弁３５は気化室３１の上側に形成された弁通路３６と、弁通路３６と気化室３１との隔壁に弁通路３６と気化室３１とを連通させるように開設された弁口３７と、弁通路３６の弁口３７との対向位置に摺動自在に挿入された弁体３８と、弁体３８を進退させる駆動装置３９とを備えており、駆動装置３９をコントローラ４０によって制御して弁体３８を進退させることにより液体の流量を調整するように構成されている。
【００１４】
気化器３０の弁通路３６には一端が液体原料を供給する液体原料供給源４１に接続された液体原料供給配管４２の他端が接続されており、液体原料供給配管４２の途中には上流側開閉弁４３、液体流量計４４および下流側開閉弁４５が液体原料供給源４１側から順に介設されている。液体原料供給配管４２の下流側開閉弁４５の下流側には一端がパージガスを供給するパージガス供給源４６に接続されたパージガス供給配管４７の他端が接続されており、パージガス供給配管４７の途中には開閉弁４８が介設されている。
【００１５】
また、気化器３０のチャンバ３２の側壁にはガス導入口４９が気化室３１に連通するように開設されており、ガス導入口４９には一端がキャリアガスを供給するキャリアガス供給源５０に接続されたキャリアガス供給配管５１の他端が接続されている。キャリアガス供給配管５１の途中には可変流量制御弁５２が介設されている。
【００１６】
次に、以上の構成に係るＭＯＣＶＤ装置１０が使用されるＤＲＡＭの製造方法におけるキャパシタ形成工程を説明する。
【００１７】
本実施の形態において、キャパシタの静電容量部はＴａ2 Ｏ5 膜によって形成される。しだがって、ＭＯＣＶＤ装置１０の処理室１１に搬入されるウエハ１には、キャパシタの静電容量部を形成する前の所定のパターンが形成されている。そして、液体原料供給源４１にはＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 （ペンタ・エトキシ・タンタル。以下、ＰＥＴａという。）が液体原料として貯溜される。
【００１８】
所定のパターンが形成されたウエハ１は図示しないハンドリング装置によって保持されて、ゲート１９が開放されたウエハ搬入搬出口１８から処理室１１に搬入されるとともに、サセプタ１６の上に受け渡される。
【００１９】
サセプタ１６に受け渡されたウエハ１はヒータ１７によって所定の温度に加熱され、支持軸１５によって回転される。処理室１１は排気口１３に接続された真空ポンプ（図示せず）によって、所定の圧力に排気される。処理室１１が所定の圧力に安定すると、図１に二点鎖線矢印で示されているように、ガス供給口１４から酸素ガス６０が供給される。
【００２０】
液体原料供給配管４２の上流側開閉弁４３および下流側開閉弁４５が開かれることにより、実線矢印で示されているように、液体原料としてのＰＥＴａ６１が液体原料供給源４１から液体原料供給配管４２を通じて気化器３０の弁通路３６に供給される。気化器３０の弁通路３６に供給されたＰＥＴａ６１は弁口３７から気化室３１へ、可変流量制御弁３５の弁体３８の開度が規定する流量をもって噴出する。弁口３７から噴出する際に、ＰＥＴａ６１は微粒化して噴霧する状態になる。噴霧状態になったＰＥＴａ６１は気化器３０に内蔵されたカートリッジヒータ３３によって加熱されることにより効果的に気化して、図１に破線矢印で示されているように原料ガス６２になる。
【００２１】
一方、図１に一点鎖線矢印で示されているように、気化室３１にはキャリアガス６３がキャリアガス供給源５０からキャリアガス供給配管５１およびガス導入口４９を通じて導入される。このキャリアガス６３の流量は可変流量制御弁５２によって制御され、また、キャリアガス６３は予め暖められる。例えば、キャリアガス６３としてはＮ2 （窒素）ガス等の不活性ガスが使用される。
【００２２】
気化室３１においてＰＥＴａ６１が気化して構成された原料ガス６２はガス導入口４９から気化室３１へ導入されるキャリアガス６３と混合し、気化室３１のガス導出口３４からガス供給配管２１に導出し、配管ヒータ２２によって加熱されながらガス供給配管２１を流通して、処理室１１にガス供給口２０から流入する。原料ガス６２とキャリアガス６３との混合ガスの流量は流量計２３によって計測され、この流量計２３の計測値に基づいて、液体原料用の可変流量制御弁３５およびキャリアガス用の可変流量制御弁５２が制御される。
【００２３】
また、気化室３１と処理室１１とを繋いで原料ガス６２とキャリアガス６３との混合ガスを処理室１１に供給するガス供給配管２１は配管ヒータ２２によって、配管内圧力（１５００Ｐａ）に対する気化温度（１５０℃）以上で、しかも、ガス供給配管２１および流量計２３の耐熱温度（１８０℃）および原料ガスの分解温度以下に加熱される。すなわち、本実施の形態においては、ガス供給配管２１の温度は１５０℃〜１８０℃に維持される。
【００２４】
処理室１１に流入したＰＥＴａの気化ガスである原料ガス６２は充分に気化しているため、ウエハ１の上でＴａ2 Ｏ5 となってサセプタ１６に保持されて加熱されたウエハ１の上に熱ＣＶＤ反応によって堆積する。この堆積により、ウエハ１の表面にはＴａ2 Ｏ5 膜２が形成される。
【００２５】
Ｔａ2 Ｏ5 膜の形成処理条件は次の通りである。成膜温度は３５０〜５００℃、圧力は１５〜３００Ｐａ、キャリアガスの流量は０．１〜１ＳＬＭ（スタンダード・リットル・毎分）、圧送ガス圧力は０．０５〜０．３ＭＰａ、原料ガスの流量は０．０１〜０．５ｃｃｍ（立方センチメートル毎分）。
【００２６】
Ｔａ2 Ｏ5 膜の形成処理について予め設定された時間が経過すると、気化器３０の可変流量制御弁３５、液体原料供給配管４２の下流側開閉弁４５およびキャリアガス供給配管５１の可変流量制御弁３５が閉じられることにより、ＰＥＴａ６１およびキャリアガス６３の供給が停止される。
【００２７】
以上のようにしてＴａ2 Ｏ5 膜２を形成されたウエハ１はハンドリング装置によって処理室１１から搬出される。
【００２８】
図２に示されているように、ウエハ１が処理室１１から搬出されると、パージガス供給配管４７の開閉弁４８および気化器３０の可変流量制御弁３５が開かれることにより、図２に波線矢印で示されているように、パージガス供給源４６のパージガス６４が液体原料供給配管４２、気化器３０の弁通路３６、弁口３７、気化室３１、ガス供給配管２１およびガス供給口２０を経由して処理室１１に流通され、排気口１３から排出される。成膜処理後に残留したＰＥＴａ６１、原料ガス６２およびキャリアガス６３がこのパージガス６４の流通によって押し流されるため、液体原料供給配管４２、気化器３０の弁通路３６、弁口３７、気化室３１、ガス供給配管２１、ガス供給口２２および処理室１１は清浄化されることになる。例えば、パージガス６４としては、窒素ガス等の不活性ガスが使用される。
【００２９】
パージガス６４による清浄化ステップが終了した後に、図２に示されているように、ガス供給配管２１に接続された圧力計２４の開閉弁２５が開かれることにより、ガス供給配管２１の内圧が計測される。そして、この現在の計測値と予め設定された清浄時の設定値とを比較することにより、残留ガスの有無が確認される。この確認ステップにおいて、残留ガスが「有る」と判定された場合には清浄化ステップが繰り返され、残留ガスが「無い」と判定された場合には次回の成膜ステップに進むことになる。
【００３０】
以降、前述した作業が繰り返されることにより、ウエハ１にＴａ2 Ｏ5 膜２が形成処理されて行く。
【００３１】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３２】
1)  成膜処理後にパージガスを流して液体原料供給配管、気化器の弁通路、弁口、気化室、ガス供給配管、ガス供給口および処理室を清浄化することにより、液体原料供給配管での異物の発生や、気化器およびガス供給配管での詰まり等の発生を防止することができるため、気化器の気化能力を安定ないしは向上させることができる。
【００３３】
2)  ガス供給配管の内圧を圧力計によって計測することにより、ガス供給配管、気化器および液体原料供給配管等の現在の状況をオンタイムで観測することができるため、異常発生に対して迅速に対処することができる。
【００３４】
3)  前記1)および2)により、ＭＯＣＶＤ装置の成膜安定性および耐久性を高めることができる。
【００３５】
4)  成膜処理後にパージガスを流して液体原料供給配管、気化器の弁通路、弁口、気化室、ガス供給配管、ガス供給口および処理室を清浄化することにより、液体原料供給配管での異物の発生や、気化器およびガス供給配管での詰まり等の発生を防止することができるため、処理室において形成される成膜の膜質やその他の品質および信頼性を高めることができる。
【００３６】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３７】
例えば、液体原料としては、ＰＥＴａを使用するに限らず、Ｎｂ2 Ｏ5 （五酸化ニオブ）を成膜するためのＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 （ペンタ・エトキシ・ニオブ）、ＴｉＯｘ（チタンオキサイド）を成膜するためのＴｉ（ＯＣ3 Ｈ7 ）4 （テトラ・イソプロピル・チタン）、ＺｒＯ2 （二酸化ジルコニウム）を成膜するためのＺｒ（ＯＣ4 Ｈ9 ）4 （テトラ・ブトキシ・ジルコニウム）、ＨｆＯ2 （二酸化ハウフニウム）を成膜するためのＨｆ（ＯＣ4 Ｈ9 ）4 （テトラ・ブトキシ・ハウフニウム）等を使用してもよい。
【００３８】
また、ＤＲＡＭの製造方法におけるキャパシタ形成工程に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、ＦＲＡＭ（ferro electricＲＡＭ）のキャパシタ形成のためのＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ3 ）あるいはイリジウム、ルテニウム、銅等の金属膜およびそれらの金属酸化膜の成膜技術にも適用することができる。
【００３９】
前記実施の形態においては、ウエハを処理室から搬出した後に、パージガスを流して清浄化する場合について説明したが、パージガスはウエハを処理室から搬出する前に流してもよい。ウエハ搬出前にパージガスを流す場合には図２に想像線で示されているように、処理室１１を迂回する迂回配管２６を敷設することが望ましい。
【００４０】
気化器の構成は前記実施の形態の構造に限らない。
【００４１】
基板処理装置は、枚葉式コールドウオール形ＣＶＤ装置に構成するに限らず、枚葉式ホットウオール形ＣＶＤ装置や枚葉式ウオーム（Warm）ウオール形ＣＶＤ装置等に構成してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体原料を気化させたガスを処理室に安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＭＯＣＶＤ装置を示す縦断面図である。
【図２】その清浄化ステップを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、２…Ｔａ2 Ｏ5 膜、１０…ＭＯＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…処理室、１２…チャンバ、１３…排気口、１４…ガス供給口、１５…支持軸、１６…サセプタ、１７…ヒータ、１８…ウエハ搬入搬出口、１９…ゲート、２０…ガス供給口、２１…ガス供給配管、２２…配管ヒータ、２３…流量計、２４…圧力計、２５…開閉弁、２６…迂回配管、３０…気化器、３１…気化室、３２…チャンバ、３３…カートリッジヒータ、３４…ガス導出口、３５…可変流量制御弁、３６…弁通路、３７…弁口、３８…弁体、３９…駆動装置、４０…コントローラ、４１…液体原料供給源、４２…液体原料供給配管、４３…上流側開閉弁、４４…液体流量計、４５…下流側開閉弁、４６…パージガス供給源、４７…パージガス供給配管、４８…開閉弁、４９…ガス導入口、５０…キャリアガス供給源、５１…キャリアガス供給配管、５２…可変流量制御弁、６０…酸素ガス、６１…ＰＥＴａ（液体原料）、６２…原料ガス（気化ガス）、６３…キャリアガス、６４…パージガス。
【図１】
0004421119.tif 000002
【図２】
0004421119.tif 000003