JPH0936108A

JPH0936108A - 半導体の製造方法および装置、並びに半導体ウェハおよび半導体素子

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Publication number: JPH0936108A
Application number: JP18591795A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Tsutsumi; 芳紹堤; Yoshio Okamoto; 良雄岡本; Kazunori Watanabe; 一典渡辺; Osamu Kasahara; 修笠原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1997-02-07
Anticipated expiration: 2015-07-21
Also published as: JP3720083B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体の製造方法および装置において、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。【構成】液体原料タンク２５内の液体原料２７を液体原
料送出用のガスによって圧送し、気化ノズル２１に供給
すると共に、ガス供給部８からキャリアガス（不活性ガ
ス）や気体原料を気化ノズル２１に供給する。気化ノズ
ル２１からの液体原料２７は、キャリアガスおよび気体
原料と衝突し、薄膜の製造される真空容器５内で微粒子
化され、効率よく気化され、そして、ヒータ３１で加熱
されたサセプタ３上のウェハ４表面に供給され、薄膜が
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体原料を用いて基板
上に半導体素子用の薄膜を形成する半導体の製造方法に
係わり、特に半導体製造の生産性向上を図るのに好適な
半導体の製造方法およびその装置、並びに半導体ウェハ
および半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子用の薄膜の形成（以下、薄膜
の形成のことを、適宜、成膜ともいう）に液体原料を用
いる従来技術の一例として、特開平６−６１４５０号公
報に開示されているようにペンタエトキシタンタル（Ｔ
a(ＯＣ₂Ｈ₅)₅）を使ってＤＲＡＭ用の容量絶縁膜として
利用される酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅）薄膜を形成する技
術や、ＴＥＯＳ（Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄）を使って二酸化珪素
（ＳiＯ₂）薄膜を形成する技術などがある。

【０００３】上記のような薄膜形成技術のうち、ＳiＯ₂
薄膜の形成方法の例について説明する。図２２はそのＳ
iＯ₂薄膜を形成する半導体の製造装置の構成図である。
この半導体の製造装置において、真空容器１０５は真空
排気部１０６により真空排気され、ウェハ１０４はサセ
プタ１０３上に保持されヒータ１３１によって約４５０
℃に加熱される。上記真空容器１０５、サセプタ１０
３、ヒータ１３１は気相化学反応装置１０１を構成す
る。

【０００４】液体原料１２７は液体原料タンク１２５内
で一定の温度（６０℃）に保たれており、液体原料送出
用ガス供給部１２８から供給され液体原料バブリングガ
ス用流量制御装置１２９によって流量制御されたバブリ
ング用不活性ガスによってバブリングされて気化し、約
１００℃に加熱されたヒータ付ガス供給管１２３を通り
シャワーヘッド１２０から真空容器１０５に導入され
る。また、ガス供給部１０８から供給され流量制御装置
１８３で流量制御された原料ガスもガス供給管１８１を
介してシャワーヘッド１２０から真空容器１０５に導入
される。なお、シャワーヘッド１２０にはシャワーヘッ
ド用ヒータ１２１が設けられており、このシャワーヘッ
ド用ヒータ１２１およびその前のヒータ付ガス供給管１
２３は液体原料１２７の気化を促進するはたらきも有す
る。そして、真空容器１１０５に導入された液体原料１
２７および原料ガスは熱分解反応し、ウェハ１０４上に
ＳiＯ₂薄膜が形成される。

【０００５】また、前述の特開平６−６１４５０号公報
のペンタエトキシタンタル（Ｔa(ＯＣ₂Ｈ₅)₅）を使った
酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ₅）薄膜の形成過程は、上記二酸
化珪素（ＳiＯ₂）薄膜の形成過程とほぼ同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような酸化タン
タル薄膜や二酸化珪素薄膜の形成方法では、成膜の行わ
れる真空容器１０５の外においてバブリングにより液体
原料１２７を気化するためにその気化効率が低く、液体
原料１２７の気化がヒータ付ガス供給管１２３やシャワ
ーヘッド１２０内で充分に進展せず、気化されなかった
液体原料１２７が一部液体のままそれらの内部に存在し
たり、気化した液体原料１２７がヒータ付ガス供給管１
２３やシャワーヘッド１２０の壁面に再度凝縮して液体
になったりすることがある。この液体のまま存在した液
体原料１２７はヒータ付ガス供給管１２３やシャワーヘ
ッド１２０の壁面で不必要な膜となり、その膜が堆積す
ると場合によってはヒータ付ガス供給管１２３やシャワ
ーヘッド１２０等の配管類の閉塞の原因になったり、剥
離した膜が飛散してウェハ１０４上に到達して素子の不
良の原因になったりする。

【０００７】これらの障害を取り除くためには製造装置
を停止し、清掃してから再立ち上げすることが必要とな
り、その間には製造を行うことができないため半導体製
造の生産性が著しく損なわれる。

【０００８】本発明の目的は、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ができる半導体の製造方法
および装置、並びに半導体ウェハおよび半導体素子を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、基板上に半導体素子用の薄膜を形
成する半導体の製造方法において、前記薄膜となる少な
くとも一部の液体原料を、その薄膜が形成される空間内
で微粒子化してから気化させ、前記基板表面に供給する
ことにより半導体を製造することを特徴とする半導体の
製造方法が提供される。

【００１０】上記半導体の製造方法において、好ましく
は、前記液体原料を微粒子化してから気化させる気化機
構と、その気化機構と前記基板を収容する容器を有しか
つその容器内を所定圧力および所定温度に保つ成膜機構
とを用いる。

【００１１】また、好ましくは、前記液体原料を微粒子
化してから気化させ前記基板表面に供給する際に、気体
原料も同時に供給する。

【００１２】また、上記気化機構としては、好ましく
は、液体原料を噴射する開口と、その開口の周辺より前
記液体原料に向かってそれを微粒子化する気体を噴出し
衝突させる気体流路とを有する気化機構を用いる。

【００１３】上記の場合、気体の噴出方向を、液体原料
を噴射する開口を含む面の法線に対して傾斜させるのが
好ましい。

【００１４】あるいは、液体原料の噴出方向を、その液
体原料を噴射する開口を含む面の法線に対して傾斜させ
てもよい。

【００１５】さらに、好ましくは、上記気化機構の液体
原料を噴射する開口に至る流路内を加熱手段で加熱し、
前記液体原料の蒸気を発生させる。

【００１６】また、気化機構としては、好ましくは、液
体原料を微粒子化する気体を噴射する開口と、その開口
の周辺より前記気体に向かって液体原料を噴出し衝突さ
せる液体原料流路とを有する。

【００１７】上記の場合、液体原料の噴出方向を、気体
を噴射する開口を含む面の法線に対して傾斜させるのが
好ましい。

【００１８】あるいは、気体の噴出方向を、その気体を
噴射する開口を含む面の法線に対して傾斜させてもよ
い。

【００１９】さらに、好ましくは、前記液体原料流路を
加熱手段で加熱し、前記液体原料の蒸気を発生させる。

【００２０】さらに、上記のような半導体の製造方法に
おいて、気化機構への液体原料の供給を薄膜の形成過程
中に連続的に行ってもよいし、逆に、間欠的に行っても
よい。

【００２１】さらに、液体原料を噴射する開口を含む面
の法線を回転軸として旋回させながら、その液体原料を
噴出させたり、あるいは液体原料の微粒子化用気体を噴
射する開口を含む面の法線を回転軸として旋回させなが
ら、その気体を噴出させてもよい。

【００２２】また、気化機構への液体原料の供給を、好
ましくは、その液体原料の貯蔵側と噴射される側の圧力
差を利用して行なう。

【００２３】さらに、気化機構を、好ましくは一個用い
る。または、気化機構を、好ましくは複数個用いる。

【００２４】また、気化機構への気体の供給を、その気
化機構への液体原料の供給に先立って行うのが好まし
い。

【００２５】また、気化機構への液体原料の供給停止
を、その気化機構への気体の供給停止に先立って行うの
が好ましい。

【００２６】また、好ましくは、気化機構により微粒子
化した液体原料の微粒子の分布を、前記容器内の前記基
板上方で均一にする整流手段を用いる。

【００２７】また、半導体の製造方法において、好まし
くは、前記成膜機構が化学蒸着を行う機構である。

【００２８】また、本発明によれば、上記のような半導
体の製造方法を用いて製造された半導体ウェハ、または
半導体素子が提供される。

【００２９】また、本発明によれば、基板上に半導体素
子用の薄膜を形成する半導体の製造装置において、前記
薄膜となる少なくとも一部の液体原料を微粒子化してか
ら気化させる気化機構と、その気化機構および前記基板
を収容する容器を有すると共にその容器内を所定圧力お
よび所定温度に保つ成膜機構とを備えることを特徴とす
る半導体の製造装置が提供される。

【００３０】上記半導体の製造方法において、好ましく
は、前記気化機構が、前記液体原料を噴射する開口と、
その開口の周辺より液体原料に向かってそれを微粒子化
する気体を噴出する気体流路とを有する。

【００３１】あるいは、上記半導体の製造方法におい
て、好ましくは、前記気化機構が、前記液体原料を微粒
子化する気体を噴射する開口と、その開口の周辺より気
体に向かって液体原料を噴出する液体原料流路とを有す
る。

【００３２】

【作用】上記のように構成した本発明においては、薄膜
となる少なくとも一部の液体原料をその薄膜が形成され
る空間内で微粒子化してから気化させることにより、従
来のバブリング等による方法よりも気化の効率が高くな
る。このことと、上記微粒子化を薄膜が形成される空間
内で行うことにより、前述の従来技術のようにヒータ付
ガス供給管やシャワーヘッド等の配管類の中、その他の
装置の部材に液体原料が凝縮するようなことがなくな
り、不必要な膜が形成されない。従って、配管類の閉塞
や、剥離した膜のウェハ上への飛散が起こらず、製造装
置を停止する必要もなくなり生産性が向上する。

【００３３】上記の場合、液体原料の微粒子化および気
化は気化機構で行ない、基板を収容する容器内で薄膜の
形成が行われる。その際、上記容器内は成膜機構により
所定圧力および所定温度に保たれる。

【００３４】また、液体原料の他に気体原料が必要な場
合は、液体原料を微粒子化および気化させ基板表面に供
給する際に、その気体原料も同時に供給することによ
り、薄膜の形成が行なわれる。

【００３５】上記気化機構においては、液体原料を噴射
する開口を設けておき、その開口の周辺の気体流路より
液体原料に向かって気体を噴出し、その液体原料に衝突
させることにより、微粒子化が行われる。

【００３６】また、上記とは逆に、液体原料を微粒子化
するための気体を噴射する開口を設けておき、その開口
の周辺の液体原料流路より気体に向かって液体原料を噴
出しても同様である。

【００３７】さらに、液体原料と噴出方向と気体の噴出
方向とを傾斜させることにより、液体原料と気体とは或
る角度を持って衝突することになり、微粒子化された液
体原料の供給される範囲、従って気化した液体原料の供
給される範囲がある程度の広がりを持つことになる。こ
のため、上記傾斜を適当に選択することにより、より広
い範囲に液体原料の微粒子、従って気化した液体原料を
供給することが可能となる。前述の液体原料を噴射する
開口周辺より気体を噴出する場合において、上記のよう
に両者の噴出方向を傾斜させる方法としては、気体の噴
出方向を、液体原料を噴射する開口を含む面の法線に対
して傾斜させるか、液体原料の噴出方向を、その液体原
料を噴射する開口を含む面の法線に対して傾斜させれば
よい。一方、前述の気体を噴射する開口周辺より液体原
料を噴出する場合において、上記のように両者の噴出方
向を傾斜させる方法としては、液体原料の噴出方向を、
気体を噴射する開口を含む面の法線に対して傾斜させる
か、気体の噴出方向を、その気体を噴射する開口を含む
面の法線に対して傾斜させればよい。

【００３８】また、液体原料を噴出する際に、それを旋
回させながら噴出させれば、その旋回運動のために液体
原料の噴出速度のうち、開口を含む面の法線方向への速
度成分は小さくなり、液体原料の気体への衝突の頻度が
大きくなる。従って、液体原料の微粒子化の効率が向上
する。さらに、気体を噴出する際に、それを旋回させな
がら噴出させても同様の作用を奏することが可能とな
る。

【００３９】上記気化機構の個数は、一個でも複数個で
もよいが、複数個にした場合は、液体原料の濃度の均一
性を各気化機構で分担出来るので、一個の気化機構にお
ける均一に供給すべき範囲を小さくすることが可能とな
り、液体原料の気化効率が高くなる。また、基板表面に
対する液体原料の供給量を各気化機構で分担でき、各気
化機構において微粒子化すべき液体原料の量を減少させ
て各気化機構の大きさを小さく出来る。

【００４０】また、気化機構への気体の供給を、気化機
構への液体原料の供給に先立って行うことにより、液体
原料が気化されないままで基板に到達することがない。

【００４１】また、気化機構への液体原料の供給停止
を、気化機構への気体の供給停止に先立って行うことに
より、気化機構からの液体原料の液だれを防止でき、容
器内に液体原料が残留することがない。

【００４２】また、整流手段を用いて、微粒子化した液
体原料の微粒子の分布を、容器内の基板上方で均一にす
ることにより、気化効率が一段と改善され、基板に均一
に薄膜を形成させることが可能となる。

【００４３】また、液体原料を加熱手段で加熱し、液体
原料の蒸気を発生させることにより、流路内の液体原料
の体積の膨張をもたらし、液体原料の微粒子をさらに微
小となる。この微小な粒子に気体が衝突することによっ
て液体原料の微粒子化が一層促進され、液体原料の気化
効率がさらに向上する。また、加熱手段の制御により微
小な粒子の発生状況を簡単に制御出来る。

【００４４】

【実施例】本発明の第１の実施例について、図１から図
４を参照しながら説明する。本実施例は、減圧気相化学
蒸着によって半導体の基板であるウェハ表面に半導体素
子用の薄膜を蒸着する実施例である。

【００４５】図１に示すように、本実施例の半導体の製
造装置は、気相化学反応装置１、気化機構２、真空排気
部６、ガス処理部７、ガス供給部８、予備室９、壁面温
度制御部１０を備える。気相化学反応装置１は、真空容
器５の中に、ウェハ（半導体の基板）４を載置するサセ
プタ３、およびヒータ３１を収容することによって構成
され、また真空容器５には真空計１１が取り付けられて
いる。気化機構２において、液体原料２７は液体原料タ
ンク２５に貯められており、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を介して送られた
液体原料送出用のガスによって圧され、その圧送された
液体原料２７が液体原料供給流量制御装置２４で流量が
調整されつつ液体原料供給管２３および液体原料供給バ
ルブ２２を介して真空容器５上方に取り付けられた気化
ノズル２１に供給される。ガス供給部８からは、キャリ
アガス（不活性ガス）や気体原料がガス供給バルブ８２
およびガス供給管８１を介して気化ノズル２に供給され
る。

【００４６】真空排気部６は、真空排気配管６１、真空
排気バルブ６２、排気配管６３を備え、排気されるガス
がガス処理部７によって処理される。予備室９は真空容
器５内への気密性を保ちながらウェハ４の出し入れを行
うためのものであって、ウェハハンドラ９１、予備室第
一ゲートバルブ９２、予備室第二ゲートバルブ９３を備
える。壁面温度制御部１０は、壁面温度制御用第１配管
１０ａおよび壁面温度制御用第２配管１０ｂを有し、真
空容器５内の温度を制御する。上記のうち、真空容器
５、真空排気部６、ガス処理部７、壁面温度制御部１０
等は成膜機構を構成する。

【００４７】上記のような構成の半導体の製造装置によ
る成膜時の手順を説明する。まず、真空容器５を真空排
気部６により真空排気する。次に、ガス供給部８からの
不活性ガスを真空容器５に導入する。続いて、不活性ガ
スの供給を停止し、再度真空容器５を真空排気部６によ
り真空排気する。このような真空排気および不活性ガス
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。次に、予備室９中に保持されたウェハ４を第１ゲー
トバルブ９２を開いてヒータ３１に加熱されたサセプタ
３上に搬入する。そして、再度真空容器５内のガス置換
を行う。その後、次に述べる気化機構２のはたらきによ
って液体原料２５と原料ガスを真空容器５内に供給して
薄膜形成を行う。薄膜形成が終了すると、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。以上が本実施例の半導体の製造装置の
製造サイクルである。

【００４８】次に、気化機構２の動作を説明する。図２
に、気化ノズル２１の先端部分付近の構造を示す。本実
施例において、気化ノズル２１は、同心状の気化ノズル
外管２１１および気化ノズル内管２１２からなる二重管
構造をしており、液体原料２７は気化ノズル内管２１２
を流れ、気体原料およびキャリアガス（不活性ガス）は
気化ノズル外管２１１を流れる。図２では液体原料２７
の流れを矢印Ａで、気体原料およびキャリアガスの流れ
を矢印Ｂで示す。（以下、図８〜図１４、図２０、図２
１についても同様とする。）また、液体原料２７として
は、基本的にＴＥＯＳ（Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄）を対象に議論
を進めるが、他の液体原料を用いても同様の議論になる
ことはいうまでもない。

【００４９】気体原料とキャリアガスはガス供給部８か
ら気化ノズル２１の気化ノズル外管２１１に供給され、
液体原料２７は液体原料２５から気化ノズル２１の気化
ノズル内管２１２に供給される。気化ノズル内管２１２
に供給された液体原料２７は真空容器５内に滴下する
が、その過程において、気体原料及びキャリアガスの流
れは、気化ノズル外管２１１から真空容器５内に噴出す
る際に、気化ノズル外管２１１の壁による流れの拘束が
無くなった場所で放射状の拡がりを持つ。これにより、
気体原料及びキャリアガスは滴下しつつある液体原料２
７に衝突し、この衝突により液体原料２７は微粒子化さ
れる。

【００５０】上記のような衝突において生成される微粒
子直径の計算例を以下に示す。

【００５１】図２のような単純な形状のノズルによって
形成される微粒子直径は、「熱（抜山四郎著、養賢堂昭
和４４年４月発行）」の第１７０頁に示されているよう
に、次式によって推定される。

【００５２】

【数１】

【００５３】ここに、ρは密度［g／cm³］、σは表面張
力［dyne／cm］、μは粘性係数［dyne・s／cm²］、ｖは
液体流と気体流の間の相対速度［m／sec］、Ｑ_lは流体
容積流量、Ｑ_aは空気容積流量である。またｄ₀は粒子の
平均直径で単位はμmである。但し、ここで粒子の平均
直径は気相中で形成された直径ではなく、形成された微
粒子を何らかの液体に受けて計測した際の、いわゆる受
け止め直径であり、そのため、実際に気相中で形成され
た微粒子直径よりも約４〜５倍程度大きく算出される。

【００５４】ここで、本実施例で用いているＴＥＯＳに
ついて、その各物性値を、 ρ＝0.9356［g／cm³］，σ＝21.67［dyne／cm］，μ＝
0.007［dyne・s／cm²］のように定める。また、ｖについては、液体原料２７が
気体原料及びキャリアガスに比べて微量しか供給されな
いため液体原料２７の速度を無視し、さらに気体原料及
びキャリアガスがその供給管路でチョーキングしている
とすると、ｖ＝300［m／sec］となる。

【００５５】上記のようにして計算した結果を図３に示
す。図３において、縦軸は微粒子直径（μm）、横軸は
気体原料及びキャリアガスの流量（Ｑ_a）と液体原料
（Ｑ_l）との比である。式（１）の計算結果は曲線Ｃで
あり、実際の微粒子形成時の微粒子直径に近くなるよう
に曲線Ｃの値を５分の１にした曲線がＤとして示されて
いる。

【００５６】通常の半導体製造の過程では膜の種類によ
って液体原料２７と、原料ガス及びキャリアガスとの流
量比は様々であるが、数100から数1000程度の範囲にな
る。その場合、形成される微粒子の受け止め直径は、曲
線Ｃによると、Ｑ_a／Ｑ_lの比が500以上の時100μm以下
となる。実際の気相中での微粒子直径は、曲線Ｄによ
り、概ね２０μm以下となる。

【００５７】本実施例の半導体の製造装置では、薄膜の
原料（液体原料および気体原料）が真空容器５内に導入
された位置から、成膜対象となるウェハ４の置かれてい
るサセプタ３まで距離は長くても２０〜３０センチメー
トル程度である。従って、少なくともこの距離の間、即
ち液体原料２７の微粒子がウェハ４表面に到達する前に
液体原料２７が気化していることが必須になる。以下で
は、気化に必要な距離（気化距離）と微粒子直径との関
係の観点から、本実施例によって液体原料２７を確実に
気化できるかどうかについて述べる。

【００５８】図４は、微粒子直径と気化距離の一般的な
相関関係を示す図である。図４において、縦軸は気化に
必要な距離（気化距離）、横軸は微粒子直径である。微
粒子直径が大きくなると気化に必要な距離は加速度的に
長くなる。液体原料２７の気化距離は、原料によって変
化するが、例えばＴＥＯＳでは、微粒子直径が１０μm
程度の場合概ね１０センチメートル、微粒子直径が５０
μm程度の場合概ね３０センチメートルで、それぞれ気
化する。これより、実用的な微粒子直径は５０μm以下
であればよいことになる。これに対し、本実施例では前
述のように微粒子直径を約２０μm以下にできるから、
ウェハ４表面に到達する前に液体原料２７を確実に気化
させることができる。

【００５９】図５および図６は気化ノズル２１への液体
原料２７の供給に関するタイミングチャートであり、縦
軸は液体原料２７の供給量、横軸は時間である。但し、
図５および図６においては、液体原料２７のみについて
示したが、気体原料とキャリアガスの供給に関しても液
体原料２７とほぼ同様にすればよい。

【００６０】図５では、成膜の開始の時刻Ｆから一定時
間後に定格の液体原料２７の供給量Ｈとなるようにし、
液体原料２７を連続して供給し、成膜終了時の時刻Ｇに
液体原料２７の供給を停止するという供給方式を用い
る。このような供給方式は単純であるため、液体原料２
７、気体原料およびキャリアガスの供給制御が簡単に行
えると利点がある。

【００６１】図６では図５と異なり、成膜の間、間欠的
に液体原料２７の供給が行われる。即ち、成膜の開始の
時刻Ｆから所定時刻ｇまで所定供給量ｈ₁で液体原料２
７の供給を行い、その後所定時刻ｆまでは液体原料２７
の供給を停止し、所定時刻ｆから所定供給量ｈ₂で液体
原料２７の供給を行い、成膜終了時の時刻Ｇに液体原料
２７の供給を停止するという供給方式を用いる。このよ
うな供給方式によれば細かく液体原料２７の供給を制御
できるという利点がある。なお、液体原料２７の供給を
２回以上の多数回に分けて間欠的に行ってもよく、かつ
その都度供給量を変えてもよい。

【００６２】以上のような本実施例によれば、気化ノズ
ル２１によって所要の大きさの液体原料２７の微粒子が
得られ、微粒子化された液体原料２７はウェハ４に到達
するまでに十分に気化される。従って、気化の効率が高
くなり、気化が不十分な液体原料２７が真空容器５内で
凝縮され真空容器５内部や配管類に不必要な膜が形成さ
れることがない。従って、配管類の閉塞や、剥離した膜
のウェハ４上への飛散が起こらず、製造装置を停止する
必要もなくなり生産性が向上する。

【００６３】また、真空容器５内で気化が行われるた
め、従来気化した液体原料を真空容器内に搬送するため
に必要だったヒータ付ガス供給管や均一に液体原料を供
給するために必要だったシャワーヘッド等を必要としな
いため、装置の構造が簡単になり、装置の信頼性も向上
する。

【００６４】次に、本発明の第２の実施例について、図
７および図８を参照しながら説明する。

【００６５】図７は本実施例による半導体の製造装置を
示す構成図である。図７において、図１と同等の部材に
は同じ符号を付してある。また、成膜時の手順は第１の
実施例と全く同じであるため、ここでは説明を省略す
る。本実施例では、気化ノズル２１ａに供給される液体
原料２７と気体原料及びキャリアガスの配管接続が第１
の実施例とは逆になっている。従って、図８に示すよう
に、気化ノズル２１ａの構造も、気化ノズル外管２１１
ａに液体原料２７が、気化ノズル内管２１２ａに気体原
料及びキャリアガスが流れるようになっている。

【００６６】このような構成でも、気体原料及びキャリ
アガスは液体原料２７に衝突し、この衝突により液体原
料２７は微粒子化される。従って、本実施例でも前述の
第１の実施例と同様の効果が得られる。

【００６７】また、上記に加え、液体原料２７が気化ノ
ズル外管２１１ａを流れるようになっているため、液体
原料２７の温度が微粒子化に影響を及ぼす場合には、気
化ノズル外管２１１ａに加熱手段または冷却手段を設け
る余地があり、微粒子化前の液体原料２７の温度制御が
可能になる。

【００６８】次に、本発明の第３および第４の実施例に
ついて、それぞれ図９および図１０により説明する。

【００６９】図９は第３の実施例による気化ノズルを、
図１０は第４の実施例による気化ノズルを、それぞれ示
す断面図である。第３および第４の実施例の成膜時の手
順は第１の実施例と全く同じであるため、ここでは説明
を省略する。図９の気化ノズル２１ｂは図２の気化ノズ
ル２１の変形であって、気化ノズル外管２１１ｂおよび
気化ノズル内管２１２ｂからなる二重管構造をしてお
り、気体原料及びキャリアガスの噴出方向を、液体原料
２７を噴出する開口２１２Ｂを含む面の法線に対して角
度θ₁だけ傾斜させるような形状となっている。また、
図１０の気化ノズル２１ｃは図８の気化ノズル２１ａの
変形であって、気化ノズル外管２１１ｃおよび気化ノズ
ル内管２１２ｃからなる二重管構造をしており、液体原
料２７の噴出方向を、気体原料及びキャリアガスを噴出
する開口２１２Ｃを含む面の法線に対して角度θ₂だけ
傾斜させるような形状となっている。

【００７０】図９や図１０のような構造にすれば、液体
原料２７と気体原料及びキャリアガスとは角度θ₁また
はθ₂を持って衝突することになり、微粒子化された液
体原料２７の供給される範囲、従って気化した液体原料
２７の供給される範囲がある程度の広がりを持つことに
なる。このため、より広い範囲に液体原料２７の微粒
子、従って気化した液体原料２７を供給することが可能
となる。

【００７１】さらに、第４の実施例では、液体原料２７
が気化ノズル外管２１１ｃを流れるようになっているた
め、液体原料２７の温度が微粒子化に影響を及ぼす場合
には、気化ノズル外管２１１ｃに加熱手段または冷却手
段を設ける余地があり、微粒子化前の液体原料２７の温
度制御が可能になる。

【００７２】次に、本発明の第５および第６の実施例に
ついて、それぞれ図１１および図１２により説明する。

【００７３】図１１は第５の実施例による気化ノズル
を、図１２は第６の実施例による気化ノズルを、それぞ
れ示す断面図であって、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の
B-B方向の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のB-B方
向の断面図である。第５および第６の実施例の成膜時の
手順は第１の実施例と全く同じであるため、ここでは説
明を省略する。図１１の気化ノズル２１ｄは図２の気化
ノズル２１の変形であって、気化ノズル外管２１１ｄお
よび気化ノズル内管２１２ｄからなる二重管構造をして
おり、液体原料２７を噴出する開口２１２Ｄ付近に開口
角度が２θ₃である噴射方向制御プラグ２１３を取り付
け、液体原料２７の噴出方向を、その液体原料２７を噴
出する開口２１２Ｄを含む面の法線に対して角度θ₃だ
け傾斜させる。また、図１２の気化ノズル２１ｅは図８
の気化ノズル２１ａの変形であって、気化ノズル外管２
１１ｅおよび気化ノズル内管２１２ｅからなる二重管構
造をしており、気体原料及びキャリアガスを噴出する開
口２１２Ｅ付近に開口角度が２θ₄である噴射方向制御
プラグ２１４を取り付け、気体原料及びキャリアガスの
噴出方向を、その気体原料及びキャリアガスを噴出する
開口２１２Ｅを含む面の法線に対して角度θ₄だけ傾斜
させる。

【００７４】図１１および図１２のような構造にすれ
ば、液体原料２７と気体原料及びキャリアガスとは角度
θ₃またはθ₄を持って衝突することになり、微粒子化さ
れた液体原料２７の供給される範囲、従って気化した液
体原料２７の供給される範囲がある程度の広がりを持つ
ことになる。このため、より広い範囲に液体原料２７の
微粒子、従って気化した液体原料２７を供給することが
可能となる。また、上記２つの実施例では、噴射方向制
御プラグ２１３または２１４のような比較的簡単な構造
物を追加するだけで、より広い範囲に液体原料２７の微
粒子を供給できる。

【００７５】さらに、第６の実施例では、液体原料２７
が気化ノズル外管２１１ｅを流れるようになっているた
め、液体原料２７の温度が微粒子化に影響を及ぼす場合
には、気化ノズル外管２１１ｅに加熱手段または冷却手
段を設ける余地があり、微粒子化前の液体原料２７の温
度制御が可能になる。

【００７６】次に、本発明の第７および第８の実施例に
ついて、それぞれ図１３および図１４により説明する。

【００７７】図１３は第７の実施例による気化ノズル
を、図１４は第８の実施例による気化ノズルを、それぞ
れ示す断面図であって、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の
B-B方向の断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のB-B方
向の断面図である。第７および第８の実施例の成膜時の
手順は第１の実施例と全く同じであるため、ここでは説
明を省略する。図１３の気化ノズル２１ｆは図２の気化
ノズル２１の変形であって、気化ノズル外管２１１ｆお
よび気化ノズル内管２１２ｆからなる二重管構造をして
おり、液体原料２７を噴出する開口２１２Ｆ付近に旋回
プラグ２１５が設けられており、開口２１２Ｆを含む面
の法線を回転軸として旋回プラグ２１５が旋回するよう
になっている。旋回プラグ２１５は流路２１５ａを有
し、旋回プラグ２１５の旋回により流路２１５ａからの
液体原料２７は旋回しながら流出する。また、図１４の
気化ノズル２１ｇは図８の気化ノズル２１の変形であっ
て、気化ノズル外管２１１ｇおよび気化ノズル内管２１
２ｇからなる二重管構造をしており、液体原料２７の流
路に旋回フィン２１６が設けられている。

【００７８】図１３および図１４のような構造にすれ
ば、液体原料２７が真空容器５内に噴射される前に、液
体原料２７が開口２１２Ｆまたは開口２１１Ｇを含む面
の法線を回転軸として旋回運動をし、その旋回運動のた
めに、液体原料２７の噴出速度のうち開口２１２Ｆまた
は開口２１１Ｇを含む面の法線方向への速度成分は小さ
くなり、液体原料２７の気体原料およびキャリアガスへ
の衝突の頻度が大きくなる。従って、液体原料２７の微
粒子化の効率が向上する。また、上記２つの実施例で
は、旋回プラグ２１５または旋回フィン２１６のような
比較的簡単な構造物を追加するだけで、性能が改善出来
る。

【００７９】さらに、第８の実施例では、液体原料２７
が気化ノズル外管２１１ｇを流れるようになっているた
め、液体原料２７の温度が微粒子化に影響を及ぼす場合
には、気化ノズル外管２１１ｇに加熱手段または冷却手
段を設ける余地があり、微粒子化前の液体原料２７の温
度制御が可能になる。

【００８０】次に、本発明の第９および第１０の実施例
について、それぞれ図１５および図１６により説明す
る。

【００８１】図１５は第９の実施例による半導体の製造
装置を、図１６は第１０の実施例による半導体の製造装
置を、それぞれ示す構成図である。図１５および図１６
において、図１と同等の部材には同じ符号を付してあ
る。また、成膜時の手順は第１の実施例と全く同じであ
るため、ここでは説明を省略する。第９および第１０の
実施例は、気化ノズルを複数個設けた実施例であって、
図１５の構成は図１の構成における気化ノズル２１を複
数個に、図１６の構成は図７の構成における気化ノズル
２１ｂを複数個にしたものである。つまり、図１５と図
１６とでは気化ノズル２１に供給される液体原料２７と
気体原料及びキャリアガスの供給の接続が互いに逆にな
っている。

【００８２】図１５や図１６のような構造にすれば、ウ
ェハ４に供給される液体原料２７の濃度の均一性を複数
個の気化ノズル２１で分担出来るので、一個の気化ノズ
ル２１における均一に供給すべき範囲を小さくできる。
このため液体原料２７の気化効率が高くなる。また、ウ
エハ４表面に対する液体原料２７の供給量を各気化ノズ
ル２１で分担でき、各気化ノズル２１において微粒子化
すべき液体原料２７の量を減少させて各気化ノズル２１
の大きさを小さく出来る。

【００８３】さらに、第１０の実施例では、液体原料２
７が気化ノズル外管を流れるようになっているため、液
体原料２７の温度が微粒子化に影響を及ぼす場合には、
気化ノズル外管に加熱手段または冷却手段を設ける余地
があり、微粒子化前の液体原料２７の温度制御が可能に
なる。

【００８４】次に、本発明の第１１の実施例について、
図１７および図１８により説明する。

【００８５】本実施例は、液体原料２７の供給や供給停
止のタイミングに関する実施例である。図１７は、本実
施例における液体原料２７と、気体原料及びキャリアガ
スの供給時のタイミングチャートである。成膜用の原料
の供給時には、まず時刻Ｌ₁に気体原料及びキャリアガ
スが気化ノズル２１に供給され、その後一定の時間をお
いて時刻Ｌ₂に液体原料２７が気化ノズル２１に供給さ
れる。液体原料２７の供給に先立って気体原料及びキャ
リアガスが気化ノズル２１に供給されるため、液体原料
２７が気化されないままでウェハ４に到達することがな
い。

【００８６】図１８は、本実施例における液体原料２７
と、気体原料及びキャリアガスの供給停止時のタイミン
グチャートである。成膜の終了時には、まず液体原料２
７の供給をＫ₁の時刻に停止し、それよりも後の時刻Ｋ₂
に気体原料及びキャリアガスの供給を停止する。気体原
料及びキャリアガスの気化ノズル２１への供給停止に先
立って液体原料２７の気化ノズル２１への供給停止が行
われるため、気化ノズルからの液体原料２７の液だれを
防止でき、真空容器５内に液体原料２７が残留すること
がない。本実施例では、図１に示す装置の改造なしにそ
の信頼性を向上出来るという特長がある。

【００８７】次に、本発明の第１２の実施例について、
図１９により説明する。

【００８８】図１９は第１２の実施例による半導体の製
造装置を示す構成図である。図１９において、図１と同
等の部材には同じ符号を付してある。また、成膜時の手
順は第１の実施例と全く同じであるため、ここでは説明
を省略する。本実施例では、図１の装置の気化ノズル２
１とウェハ４との間に、整流手段として微粒子分散板２
１７を設ける。微粒子分散板２１７には液体原料２７の
微粒子が通過出来るように多数の穴があけられている
が、半径方向に通過出来る確率が変化させてあり、気化
ノズル２１からの微粒子のウェハ４表面に対する分布を
補正して均一な分布が得られるようになっている。

【００８９】上記のように、微粒子化した液体原料２７
の微粒子の分布をウエハ４の上方で均一にすることによ
り、気化効率が一段と改善され、ウエハ４に均一に薄膜
を形成させることができる。本実施例では、図１に示す
装置に比較的簡単に改造するだけでその信頼性を向上出
来るという特長がある。

【００９０】次に、本発明の第１３および第１４の実施
例について、それぞれ図２０および図２１により説明す
る。

【００９１】図２０は第１３の実施例による気化ノズル
を、図２１は第１４の実施例による気化ノズルを、それ
ぞれ示す断面図である。第１３および第１４の実施例の
成膜時の手順は第１の実施例と全く同じであるため、こ
こでは説明を省略する。図２０の気化ノズル２１ｈは図
２の気化ノズル２１の変形であって、気化ノズル外管２
１１ｈおよび気化ノズル内管２１２ｈからなる二重管構
造をしており、液体原料２７の流路に小型ヒータ２１８
が取り付けられている。また、図２１の気化ノズル２１
ｉは図８の気化ノズル２１の変形であって、気化ノズル
外管２１１ｉおよび気化ノズル内管２１２ｉからなる二
重管構造をしており、液体原料２７の流路に小型ヒータ
２１９が取り付けられている。

【００９２】図２０や図２１のように取り付けられた小
型ヒータ２１８や小型ヒータ２１９で液体原料２７を加
熱するにより、液体原料２７が沸騰し液体原料２７の微
小な蒸気の気泡が発生する。この蒸気の発生は液体原料
２７の体積の膨張をもたらし、液体原料２７の微粒子を
さらに微小となる。この微小な粒子に気体原料およびキ
ャリアガスが衝突することによって液体原料２７の微粒
子化が一層促進され、液体原料２７の気化効率がさらに
向上する。また、小型ヒータ２１８や小型ヒータ２１９
の制御により微小な粒子の発生状況を簡単に制御するこ
とができる。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、薄膜となる少なくとも
一部の液体原料をその薄膜が形成される空間内で微粒子
化してから気化させるので、気化の効率が高くなり、従
来のように配管類の中やその他の装置の部材に液体原料
が凝縮するようなことがなくなり、不必要な膜が形成さ
れない。従って、配管類の閉塞や、剥離した膜のウェハ
上への飛散が起こらず、製造装置を停止する必要もなく
なり生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による半導体の製造装置
を示す構成図である。

【図２】図１の半導体の製造装置における気化ノズルの
先端部分付近の構造を示す断面図である。

【図３】図２の気化ノズルによって微粒子化された液体
原料の粒子直径の計算結果を示す図である。

【図４】微粒子直径と気化に必要な距離（気化距離）の
一般的な相関関係を示す図である。

【図５】図２の気化ノズルへの液体原料の供給の一例を
示すタイミングチャートである。

【図６】図２の気化ノズルへの液体原料の供給の他の例
を示すタイミングチャートである。

【図７】本発明の第２の実施例による半導体の製造装置
を示す構成図である。

【図８】図７の半導体の製造装置における気化ノズルの
先端部分付近の構造を示す断面図である。

【図９】本発明の第３の実施例による気化ノズルを示す
断面図である。

【図１０】本発明の第４の実施例による気化ノズルを示
す断面図である。

【図１１】（ａ）は本発明の第５の実施例による気化ノ
ズルを示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）のB-B方向
の断面図である。

【図１２】（ａ）は本発明の第６の実施例による気化ノ
ズルを示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）のB-B方向
の断面図である。

【図１３】（ａ）は本発明の第７の実施例による気化ノ
ズルを示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）のB-B方向
の断面図である。

【図１４】（ａ）は本発明の第８の実施例による気化ノ
ズルを示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）のB-B方向
の断面図である。

【図１５】本発明の第９の実施例による半導体の製造装
置を示す構成図である。

【図１６】本発明の第１０の実施例による半導体の製造
装置を示す構成図である。

【図１７】本発明の第１１の実施例を説明する図であっ
て、液体原料と、気体原料及びキャリアガスの供給時の
タイミングチャートである。

【図１８】本発明の第１１の実施例を説明する図であっ
て、液体原料と、気体原料及びキャリアガスの供給停止
時のタイミングチャートである。

【図１９】本発明の第１２の実施例による半導体の製造
装置を示す構成図である。

【図２０】本発明の第１３の実施例による気化ノズルを
示す断面図である。

【図２１】本発明の第１４の実施例による気化ノズルを
示す断面図である。

【図２２】従来のＳiＯ₂薄膜を形成する半導体の製造装
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１０ａ壁面温度制御用第一配管１０ｂ壁面温度制御用第二配管１１真空計２１気化ノズル２１ａ気化ノズル２１ｂ，２１ｃ気化ノズル２１ｄ，２１ｅ気化ノズル２１ｆ，２１ｇ気化ノズル２１ｈ，２１ｉ気化ノズル２２液体原料供給バルブ２３液体原料供給管２４液体原料供給流量制御装置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ガス供給管８２ガス供給バルブ２１１気化ノズル外管２１１ａ気化ノズル外管２１１ｂ，２１１ｃ気化ノズル外管２１１ｄ，２１１ｅ気化ノズル外管２１１ｆ，２１１ｇ気化ノズル外管２１１ｈ，２１１ｉ気化ノズル外管２１１Ｇ開口２１２気化ノズル内管２１２ａ気化ノズル内管２１２ｂ，２１２ｃ気化ノズル内管２１２ｄ，２１２ｅ気化ノズル内管２１２ｆ，２１２ｇ気化ノズル内管２１２ｈ，２１２ｉ気化ノズル内管２１２Ｂ，２１２Ｃ開口２１２Ｄ，２１２Ｅ開口２１２Ｆ開口２１３，２１４噴射方向制御プラグ２１５旋回プラグ２１６旋回フィン２１７微粒子分散板２１８，２１９小型ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠原修東京都青梅市今井町2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に半導体素子用の薄膜を形成する
半導体の製造方法において、前記薄膜となる少なくとも
一部の液体原料を、前記薄膜が形成される空間内で微粒
子化してから気化させ、前記基板表面に供給することに
より半導体を製造することを特徴とする半導体の製造方
法。
【請求項２】請求項１記載の半導体の製造方法におい
て、前記液体原料を微粒子化してから気化させる気化機
構と、その気化機構と前記基板を収容する容器を有しか
つその容器内を所定圧力および所定温度に保つ成膜機構
とを用い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または２記載の半導体の製造方
法において、前記液体原料を微粒子化してから気化させ
前記基板表面に供給する際に、気体原料も同時に供給す
ることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項４】請求項２記載の半導体の製造方法におい
て、前記気化機構として、前記液体原料を噴射する開口
と、その開口の周辺より前記液体原料に向かってそれを
微粒子化する気体を噴出し衝突させる気体流路とを有す
る気化機構を用いることを特徴とする半導体の製造方
法。
【請求項５】請求項２記載の半導体の製造方法におい
て、前記気化機構として、前記液体原料を微粒子化する
気体を噴射する開口と、その開口の周辺より前記気体に
向かって前記液体原料を噴出し衝突させる液体原料流路
とを有する気化機構を用いることを特徴とする半導体の
製造方法。
【請求項６】請求項４記載の半導体の製造方法におい
て、前記気体の噴出方向を、前記液体原料を噴射する開
口を含む面の法線に対して傾斜させることを特徴とする
半導体の製造方法。
【請求項７】請求項５記載の半導体の製造方法におい
て、前記液体原料の噴出方向を、前記気体を噴射する開
口を含む面の法線に対して傾斜させることを特徴とする
半導体の製造方法。
【請求項８】請求項４記載の半導体の製造方法におい
て、前記液体原料の噴出方向を、その液体原料を噴射す
る開口を含む面の法線に対して傾斜させることを特徴と
する半導体の製造方法。
【請求項９】請求項５記載の半導体の製造方法におい
て、前記気体の噴出方向を、その気体を噴射する開口を
含む面の法線に対して傾斜させることを特徴とする半導
体の製造方法。
【請求項１０】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構への前記液体原料の供給を、前記薄
膜の形成過程中に連続的に行うことを特徴とする半導体
の製造方法。
【請求項１１】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構への前記液体原料の供給を、前記薄
膜の形成過程中に間欠的に行うことを特徴とする半導体
の製造方法。
【請求項１２】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記液体原料を噴射する開口を含む面の法線を回
転軸として旋回させながら、前記液体原料を噴出するこ
とを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１３】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記液体原料を微粒子化する気体を噴射する開口
を含む面の法線を回転軸として旋回させながら、前記気
体を噴出することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１４】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構への前記液体原料の供給を、前記液
体原料の貯蔵側と噴射される側の圧力差を利用して行な
うことを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１５】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構を一個用いることを特徴とする半導
体の製造方法。
【請求項１６】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構を複数個用いることを特徴とする半
導体の製造方法。
【請求項１７】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構への前記気体の供給を、前記気化機
構への前記液体原料の供給に先立って行うことを特徴と
する半導体の製造方法。
【請求項１８】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構への前記液体原料の供給停止を、前
記気化機構への前記気体の供給停止に先立って行うこと
を特徴とする半導体の製造方法。
【請求項１９】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構により微粒子化した前記液体原料の
微粒子の分布を、前記容器内の前記基板上方で均一にす
る整流手段を用いることを特徴とする半導体の製造方
法。
【請求項２０】請求項４記載の半導体の製造方法にお
いて、前記気化機構の前記液体原料を噴射する開口に至
る流路内を加熱手段で加熱し、前記液体原料の蒸気を発
生させることを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２１】請求項５記載の半導体の製造方法にお
いて、前記液体原料流路を加熱手段で加熱し、前記液体
原料の蒸気を発生させることを特徴とする半導体の製造
方法。
【請求項２２】請求項２記載の半導体の製造方法にお
いて、前記成膜機構が化学蒸着を行う機構であることを
特徴とする半導体の製造方法。
【請求項２３】請求項１記載の半導体の製造方法を用
いて製造された半導体ウェハ。
【請求項２４】請求項１記載の半導体の製造方法を用
いて製造された半導体素子。
【請求項２５】基板上に半導体素子用の薄膜を形成す
る半導体の製造装置において、前記薄膜となる少なくと
も一部の液体原料を微粒子化してから気化させる気化機
構と、その気化機構および前記基板を収容する容器を有
すると共にその容器内を所定圧力および所定温度に保つ
成膜機構とを備えることを特徴とする半導体の製造装
置。
【請求項２６】請求項２５記載の半導体の製造方法に
おいて、前記気化機構は、前記液体原料を噴射する開口
と、その開口の周辺より前記液体原料に向かってそれを
微粒子化する気体を噴出する気体流路とを有することを
特徴とする半導体の製造装置。
【請求項２７】請求項２５記載の半導体の製造方法に
おいて、前記気化機構は、前記液体原料を微粒子化する
気体を噴射する開口と、その開口の周辺より前記気体に
向かって前記液体原料を噴出する液体原料流路とを有す
ることを特徴とする半導体の製造装置。