JPH09181061A - 液体原料の気化方法および供給装置ならびにそれを用いて構成された半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低濃度のドーパントガスを高精度に安定して
供給する。 【解決手段】 マスフローコントローラ５が高精度に流
量制御を行える流量のキャリアガスを配管３に供給し、
マスフローコントローラ５により所定の流量に制御した
キャリアガスをソースタンク６に導入し、有機ボロンソ
ースをバブリングにより気化させる。バブリングにより
発生した高濃度のドーパントガスは、マスフローコント
ローラ４によって高精度に流量制御が行われた希釈用ガ
スと混合され、配管８に接続されたマスフローコントロ
ーラ９がＣＶＤ装置に設けられた反応室ＨＲの所定の箇
所に位置する半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜の
平坦化に最適な所定の流量に制御を行い、配管１１を介
して反応室ＨＲに導入し、所定の処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体原料の気化方
法および供給装置ならびにそれを用いて構成された半導
体製造装置に関し、特に、常圧ＣＶＤ装置に用いられる
液体原料供給装置における低流量ドーパントの制御に適
用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者が検討したところによれば、半
導体ウエハ上に所望の薄膜を形成させる装置としては、
たとえば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置がある。

【０００３】そして、このＣＶＤ装置は、半導体ウエハ
上に形成された絶縁膜に所定のドーパントをドーピング
することによって絶縁膜を平坦化する平坦化プロセスに
も用いられている。

【０００４】平坦化プロセスに用いられているＣＶＤ装
置には、ドーパントガスの濃度調節を行うために有機ボ
ロンソースなどの液体ソースを冷凍器などによって温度
制御を行いながら流量制御されたキャリアガスのバブリ
ングにより気化させるバブリング方式の液体ソース供給
装置が設けられ、これにより発生したドーパントガスを
前述したＣＶＤ装置の反応室に供給し、絶縁膜の平坦化
が行われる。

【０００５】なお、この種の半導体製造装置について詳
しく述べてある例としては、平成６年９月９日、株式会
社プレスジャーナル発行、１９９４年増刊号 第１３巻
第１０号、松下晋司（編）「月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ増刊号Ｔｈｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎ
ｔ」、Ｐ８２〜Ｐ８３があり、この文献には、ＴＥＯＳ
オゾンなどの有機ソースを用いた平坦化ＣＶＤ技術につ
いて記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なＣＶＤ装置におけるバブリング方式の液体ソース供給
装置では、次のような問題点があることが本発明者によ
り見い出された。

【０００７】すなわち、絶縁膜中に微量なドーパントを
ドーピングしなければならないので、バブリングを行う
キャリアガスも微量な流量となり、マスフローコントロ
ーラによる流量制御が困難となっている。

【０００８】また、液体ソースも蒸気圧を下げるために
高精度に温度制御しなけらばならないが、バブリングを
行うキャリアガスの導入などによって温度変化が大きく
なってしまう傾向にあり、高精度の温度制御が困難とな
っている。

【０００９】それらにより、低濃度のドーパントガス流
量の制御精度が悪くなってしまい、絶縁膜中にドーピン
グされるドーパント濃度が不安定となる問題がある。

【００１０】本発明の目的は、低濃度のドーパントガス
を高精度に制御を行い、安定して供給することのできる
液体原料の気化方法および供給装置ならびにそれを用い
て構成された半導体製造装置を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明の液体原料の気化方法
は、所定の流量のキャリアガスにより液槽に貯められた
液体原料をバブリングにより気化させ、高濃度の原料ガ
スを発生させる工程と、高濃度の原料ガスを任意の流量
の希釈用ガスと混合させ、高濃度の原料ガスを所定の濃
度の原料ガスに希釈させる工程と、所定の濃度となった
原料ガスが所定の流量になるように流量制御を行い、被
処理物に所定の処理を行う処理室に所定の濃度となった
原料ガスを導入する工程とを有するものである。

【００１４】それにより、バブリングにより気化させた
所定の濃度の原料ガスを高精度に安定して供給すること
ができる。

【００１５】また、本発明の液体原料供給装置は、液槽
に貯められた液体原料をバブリングにより気化させ、高
濃度の原料ガスを発生させるキャリアガスの流量制御を
行う第１の流量制限手段と、気化された高濃度の原料ガ
スを所定の濃度の原料ガスに希釈する希釈用ガスの流量
制御を行う第２の流量制限手段と、希釈用ガスにより所
定の濃度となった原料ガスの流量制御を行い、被処理物
に所定の処理を行う処理室に所定の濃度の原料ガスを導
入する第３の流量制限手段と、該第３の流量制限手段に
より制限された流量以外の残りの所定の濃度の原料ガス
を処理室外に排気する排気部とを設けたものである。

【００１６】それにより、第１の流量制限手段および第
２の流量制限手段により所定の濃度に高精度に制御され
た原料ガスを、第３の流量制限手段が所定の流量に制御
し、第３の流量制限手段により制御された流量以外の原
料ガスを排気部から排気して供給するので、所定の濃度
の原料ガスを高精度に安定して供給することができる。

【００１７】さらに、本発明の液体原料供給装置は、前
記排気部またはその近傍に、第３の流量制限手段により
制限された流量以外の残りの排気される所定の濃度の原
料ガスの流量を制御する第４の流量制限手段を設けたも
のである。

【００１８】それにより、より高精度に第３の流量制限
手段の流量を制御することができるので、所定の濃度の
原料ガスを高精度により安定して供給することができ
る。

【００１９】また、本発明の液体原料供給装置は、第１
〜第４の流量制限手段が、半導体製造用のガスの供給を
自動的に行う流量制御装置であるマスフローコントロー
ラよりなるものである。

【００２０】それにより、簡単な回路構成で所定の濃度
の原料ガスを高精度に安定して供給することができる。

【００２１】さらに、本発明の半導体製造装置は、前記
液体原料供給装置を用いて構成されたものである。

【００２２】それにより、平坦化プロセスにおけるＣＶ
Ｄ装置などに用いることによって安定した低濃度のドー
ピングを行うことができ、絶縁膜の信頼性を向上させる
ことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施の形態による液体
ソース供給装置の説明図である。

【００２５】本実施の形態において、たとえば、絶縁膜
の平坦化プロセスに使用されるＣＶＤ装置（半導体製造
装置）に設けられる液体ソース供給装置（液体原料気化
装置）１は、窒素（Ｎ₂)ガスなどの希釈用ガスが供給さ
れる配管２およびバブリングを行う、同じく窒素ガスな
どのキャリアガスの供給を行う配管３が設けられてい
る。

【００２６】また、配管２には、希釈用ガスの流量制御
を行うマスフローコントローラ（第２の流量制限手段）
４が接続され、配管３にも、キャリアガスの流量制御を
行うマスフローコントローラ（第１の流量制限手段）５
が設けられている。

【００２７】さらに、液体ソース供給装置１には、ドー
パント材料である、たとえば、ＴＭＢ（トリメチルボレ
ート）やＴＭＯＰ（トリメチルホスフェート）などの有
機ボロンソース（液体原料）を貯蔵するソースタンク
（液槽）６が設けられている。

【００２８】そして、このソースタンク６には、マスフ
ローコントローラ５により流量制御されたキャリアガス
が導入される配管３ａおよびバブリングにより発生した
ドーパントガス（原料ガス）を吐出する配管２ａが接続
されている。

【００２９】また、配管３ａの先端部は、ソースタンク
６に貯蔵されている有機ボロンソースのバブリングを行
うためにソースタンク６の底部に位置するように設けら
れている。

【００３０】さらに、液体ソース供給装置１は、切り換
え弁７が設けられており、この切り換え弁７の入力側に
は、マスフローコントローラ４により流量制御された希
釈用ガスが吐出される配管２ｂおよび前述したドーパン
トガスを吐出する配管２ａが接続されている。

【００３１】また、切り換え弁７の出力側には配管８が
接続されており、切り換え弁７によって混合され、希釈
用ガスにより希釈されたドーパントガスは、切り換え弁
７の出力側に接続された配管８から出力される。

【００３２】さらに、液体ソース供給装置１には、前述
したＣＶＤ装置における所定の処理を行う反応室ＨＲ
に、所望の濃度のドーパントガスを供給するためのマス
フローコントローラ（第３の流量制限手段）９およびマ
スフローコントローラ（第４の流量制限手段）１０が設
けられており、これらマスフローコントローラ９，１０
は、配管８に接続されている。

【００３３】また、マスフローコントローラ９には、流
量制御されたドーパントガスを導入する配管１１が接続
され、マスフローコントローラ１０には、流量制御され
たドーパントガスを導入する配管１２が接続されてい
る。

【００３４】そして、液体ソース供給装置１は、３つの
ポートからなる、たとえば、電磁弁などの三方バルブ１
３が設けられており、この三方バルブ１３は、図示しな
いが三方バルブ１３を自動的に閉開する制御手段により
制御が行われている。

【００３５】また、三方バルブにおける一方のポートに
は配管１１が接続され、他方のポートには、配管（排気
部）１４が接続されている。

【００３６】この配管１４は、配管１２とも接続が行わ
れており、三方バルブ１３と接続されていない端部は、
排気機構と接続されている。

【００３７】また、三方バルブ１３におけるもう一方の
ポートは、配管１５と接続されており、この配管１５の
他方の端部がＣＶＤ装置に設けられている反応室ＨＲに
接続されており、所定の濃度となったドーパントガスの
供給を行っている。

【００３８】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００３９】まず、マスフローコントローラ５が高精度
に流量制御を行える流量のキャリアガスを配管３に供給
し、そのキャリアガスをマスフローコントローラ５によ
り所定の流量に制御して配管３ａを介してソースタンク
６に導入し、ソースタンク６内に貯蔵された有機ボロン
ソースをバブリングすることにより、ドーパントガスと
して気化させる。

【００４０】バブリングにより発生した高濃度のドーパ
ントガスは、配管２ａを介して切り換え弁７に供給され
る。

【００４１】この時、配管２から供給されている希釈用
ガスもマスフローコントローラ４により高精度に流量制
御が行われるだけの流量が供給されており、このマスフ
ローコントローラ４により流量制御された希釈用ガスが
配管２ｂを介して切り換え弁７に供給されている。

【００４２】そして、ソースタンク６に貯蔵されている
有機ボロンソースは、液体の有機材料であるため多量に
蒸発し、高濃度のドーパントガスとなるので、切り換え
弁７によって流量制御された希釈用ガスと混合が行わ
れ、希釈されたドーパントガスが切り換え弁７を介して
配管８に吐出される。

【００４３】配管８に吐出された希釈されたドーパント
ガスは、配管８に接続されているマスフローコントロー
ラ９によって、反応室ＨＲの所定の位置に載置された図
示しない半導体ウエハ（被処理物）の表面に形成された
絶縁膜の平坦化に最適な所定の流量に制御が行われて配
管１１に出力される。

【００４４】また、マスフローコントローラ９によって
制御が行われた流量以外の不要となるドーパントガスは
マスフローコントローラ１０を介して配管１２に出力さ
れる。

【００４５】次に、配管１１から出力されたドーパント
ガスは、三方バルブ１３を介して反応室ＨＲに導入さ
れ、所定の処理を行う。

【００４６】また、この三方バルブ１３は、配管１１と
配管１５に接続されているポートが導通している場合、
配管１４と接続しているポートは閉じられた状態となる
ので、配管１２から出力されたドーパントガスは、配管
１４を介して排気されることになる。

【００４７】さらに、この三方バルブ１３は、ドーパン
トガスを安定させるために処理前にもドーパントガスを
流すために設けられており、処理前の一定時間は、配管
１１に接続しているポートと配管１４に接続しているポ
ートとが導通状態、すなわち、ドーパントガスが反応室
ＨＲに供給されずに、全て排気されることになる。

【００４８】それにより、本実施の形態では、マスフロ
ーコントローラ５に高精度に制御できるだけのキャリア
ガスを流し、反応に必要なだけのドーパントガスをマス
フローコントローラ９により反応室ＨＲに導入できるの
で、微小な濃度のドーパントガスを低流量であっても安
定して得ることができる。

【００４９】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の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変更可能であることはいうまでも
ない。

【００５０】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００５１】（１）本発明によれば、所定の濃度の原料
ガスを低流量であっても高精度に制御しながら安定して
供給することができる。

【００５２】（２）また、本発明では、平坦化プロセス
におけるＣＶＤ装置などに用いることにより、安定した
低濃度のドーピングを行うことができ、絶縁膜の信頼性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による液体ソース供給装
置の説明図である。

【符号の説明】

１ 液体ソース供給装置（液体原料供給装置） ２ 配管 ２ａ 配管 ２ｂ 配管 ３ 配管 ３ａ 配管 ４ マスフローコントローラ（第２の流量制限手段） ５ マスフローコントローラ（第１の流量制限手段） ６ ソースタンク（液槽） ７ 切り換え弁 ８ 配管 ９ マスフローコントローラ（第３の流量制限手段） １０ マスフローコントローラ（第４の流量制限手段） １１ 配管 １２ 配管 １３ 三方バルブ １４ 配管（排気部） １５ 配管 ＨＲ 反応室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｃ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液槽に貯められた液体原料をバブリング
   方式により気化する液体原料の気化方法であって、所定
   の流量のキャリアガスにより前記液槽内の前記液体原料
   をバブリングにより気化させ、高濃度の原料ガスを発生
   させる工程と、高濃度の前記原料ガスを希釈用ガスと混
   合させ、高濃度の前記原料ガスを所定の濃度の前記原料
   ガスに希釈させる工程と、所定の濃度となった前記原料
   ガスが所定の流量となるように流量制御を行い、被処理
   物に所定の処理を行う処理室に流量制御された所定の濃
   度の前記原料ガスを導入する工程とを有することを特徴
   とする液体原料の気化方法。
2. 【請求項２】 液槽に貯められた液体原料を気化させる
   バブリング方式の液体原料供給装置であって、前記液槽
   内の前記液体原料をバブリングにより気化させ、高濃度
   の原料ガスを発生させるキャリアガスの流量制御を行う
   第１の流量制限手段と、気化された高濃度の前記原料ガ
   スを所定の濃度の原料ガスに希釈する希釈用ガスの流量
   制御を行う第２の流量制限手段と、所定の濃度の前記原
   料ガスの流量制御を行い、被処理物に所定の処理を行う
   処理室に所定の濃度の前記原料ガスを導入する第３の流
   量制限手段と、前記第３の流量制限手段により制限され
   た残りの所定の濃度の前記原料ガスを前記処理室外に排
   気する排気部とを設けたことを特徴とする液体原料供給
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の液体原料供給装置におい
   て、前記排気部またはその近傍に、排気される所定の濃
   度の前記原料ガスの流量を制御する第４の流量制限手段
   を設けたことを特徴とする液体原料供給装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の液体原料供給装
   置において、前記第１〜第４の流量制限手段が、半導体
   製造用のガスの供給を自動的に行う流量制御装置である
   マスフローコントローラよりなることを特徴とする液体
   原料供給装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜４のいずれか１項に記載の液
   体原料供給装置を用いて構成された半導体製造装置であ
   って、所定のガスを被処理物上に供給して気相または被
   処理物表面での化学反応により所定の処理を行うＣＶＤ
   装置であることを特徴とする半導体製造装置。