JP4024624B2 - Semiconductor device manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相成長法により成膜を行う半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のメモリセルに蓄える電荷の確保が困難となってきている等の問題が生じている。このような問題に対処するため、高い誘電率を有する材料からなるキャパシタ膜が求められている。中でも特に、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ：(Ｂａ,Ｓｒ)ＴｉＯ3)膜や、チタン酸ストロンチウム（ＳＴ：ＳｒＴｉＯ3)膜が、半導体デバイスの高集積化に対応しうる高誘電体膜として大きな注目を集めている。
【０００３】
また、集積度が高くなるにつれて、高誘電体膜材料を用いた場合でも立体構造を有するキャパシタが必要となってくる。したがって、上記の高誘電体膜を形成する方法としては、段差被覆性に優れた化学気相成長（Chemical Vapor deposition；ＣＶＤ）法が有力視されている。さらに、一度の工程で多数のウェハ上に成膜することができるバッチ式のＣＶＤ法が開発されつつある。
【０００４】
ＢＳＴ膜やＳＴ膜の形成には、有機金属（Metal Organic；ＭＯ）原料を用いた有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor deposition；ＭＯＣＶＤ）法が用いられている。ここで、従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置について図４を用いて説明する。図４は従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【０００５】
従来の縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置は、膜形成が行われる反応室１００と、膜の原料となる有機金属（Metal Organic；ＭＯ）原料を気化して反応室１００内に導入する気化器１０２とを有している。
【０００６】
反応室１００内には、複数枚のウェハ１０８が成膜面を上にしてほぼ水平に保持され、ウェハ面に垂直な方向に所定の間隔をあけて配列されている。
【０００７】
反応室１００内には、気化されたＭＯ原料をウェハ１１２表面近傍へ導入するためのＭＯ原料導入用ノズル１１０と、ＭＯ原料と反応する酸化ガスをウェハ１１２表面近傍へ導入するための酸化ガス導入用ノズル１１２が設けられている。
【０００８】
ＭＯ原料導入用ノズル１１０には、ＭＯ原料を気化する気化器１０２が配管１２０を介して接続されている。気化器１０２には、有機溶媒に溶解されたＭＯ原料を気化器１０２に供給するための配管１２４が接続されている。また、気化器１０２には、気化されたＭＯ原料を反応室１０内へと送るキャリアガスを導入するための配管１２８が接続されている。また、酸化ガス導入用ノズル１１２には、酸化ガスを導入するための配管１３２が接続されている。
【０００９】
ＭＯ原料導入用ノズル１１０と酸化ガス導入用ノズル１１２からそれぞれ反応室１００内に導入されたＭＯ原料と酸化ガスとが反応することにより、各ウェハ１８上にＢＳＴ膜又はＳＴ膜等の膜が形成される。
【００１０】
上記従来のＭＯＣＶＤ装置において、ＭＯ原料は、気化器１０２により気化された後、キャリアガスとともに配管１２０を介して反応室１００内に導入される。ＢＳＴ膜やＳＴ膜等の成膜に用いられるＭＯ原料は一般に低温では凝縮するため、気化されたＭＯ原料が通過する配管１２０を含む気化器１０２から反応室１００までの間を２５０℃以上に加熱し、ＭＯ原料が凝縮するのを防止していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＭＯＣＶＤ装置において、気化されたＭＯ原料が通過する配管やバルブ類を２５０℃以上の温度に維持することは非常に困難であった。このため、気化されたＭＯ原料は配管内等で凝縮することがある。このＭＯ原料の凝縮が、反応室内のウェハに付着するパーティクルの発生要因の一つとなっていた。
【００１２】
かかるパーティクルの発生のため、例えば、従来のＭＯＣＶＤ装置によりＢＳＴ膜やＳＴ膜を形成する場合には、キャパシタ膜として電気特性に優れた膜を得ることが困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、化学気相成長法による成膜におけるパーティクルの発生を抑制しうる半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するフィルタを介して導入し、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入し、化学気相成長法により前記基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記フィルタを介して前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、反応性ガスを前記フィルタに流すことを特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【００１５】
また、上記目的は、化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造装置であって、前記基板を収容する反応室と、前記膜の原料であって、常温で固体又は液体のものを気化して原料ガスとする原料気化手段と、前記原料気化手段と前記反応室とを接続し、前記原料ガスが通過する第１の配管と、前記第１の配管に設けられ、異物を捕捉するフィルタとを有し、前記原料ガスを前記反応室内に導入する原料ガス導入手段と、前記原料ガスと反応する反応性ガスが通過する第２の配管が直接前記反応室に接続され、前記反応性ガスを前記反応室内に導入する反応性ガス導入手段と、前記第１の配管の前記原料気化手段と前記フィルタとの間から分岐し、反応性ガスが導入される第３の配管とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置により達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法及び製造装置について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態による半導体装置の製造装置の構造を示す概略図、図２は本実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シーケンスを示す図、図３は本実施形態による半導体装置の製造方法によるパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフである。
【００１７】
〔１〕半導体装置の製造装置
まず、本実施形態による半導体装置の製造装置について図１を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態による半導体装置の製造装置は、ＢＳＴ膜やＳＴ膜等の形成に用いられる縦型バッチ式のＭＯＣＶＤ装置であり、成膜が行われる反応室１０と、膜の原料となる常温で固体又は液体のＭＯ原料を気化して反応室１０内に導入する気化器１２とを有している。
【００１９】
反応室１０は、下端に開口部を有するアウターチューブ１４と、アウターチューブ１４の下端開口部を塞いで支持するマニホールド１６とから構成されている。アウターチューブ１４の側壁近傍には、成膜時に反応室１０を加熱するヒーター（図示せず）が配置されている。
【００２０】
反応室１０内には、複数枚のウェハ１８が成膜面を上にしてほぼ水平に保持され、ウェハ面に垂直な方向に所定の間隔をあけて配列されている。
【００２１】
また、反応室１０内のマニホールド１６上には、複数枚のウェハ１８の配列方向に略平行に設けられ、ＭＯ原料をウェハ１８表面近傍へ導入するためのＭＯ原料導入用ノズル２０と、複数枚のウェハ１８の配列方向に略平行に設けられ、酸化ガスをウェハ１１２表面近傍へ導入するための酸化ガス導入用ノズル２２が設けられている。また、マニホールド１６には、反応室１０内にパージ用の不活性ガスを導入するための配管２４が接続されている。配管２４には、不活性ガスの流量を調節するバルブ２６ａ、２６ｂが設けられている。さらに、マニホールド１６には、排気口２８が設けられている。排気口２８には、反応室１０内を減圧するための真空ポンプ（図示せず）が接続されている。
【００２２】
ＭＯ原料導入用ノズル２０には、ＭＯ原料を気化する気化器１２が配管３０を介して接続されている。配管３０には、反応室１０内に導入されるＭＯ原料の流量を調節するバルブ３２と、配管３０内を通過するパーティクル等の異物を捕捉するインラインフィルタ３４が設けられている。
【００２３】
配管３０のバルブ３２とインラインフィルタ３４との間には、酸化ガスを導入するための配管３６が分岐している。配管３６には、酸化ガスの流量を調節するバルブ３８ａ、３８ｂが設けられている。
【００２４】
気化器１２には、有機溶媒に溶解されたＭＯ原料を気化器１２に供給するための配管４０が接続されている。配管４０には、気化器１２に供給される有機溶媒に溶解されたＭＯ原料の流量を調節するためのバルブ４２が設けられている。また、気化器１２には、気化されたＭＯ原料を反応室１０内へと送るキャリアガスを導入するための配管４４が接続されている。配管４４には、キャリアガスの流量を調節するためのバルブ４６が設けられている。
【００２５】
酸化ガス導入用ノズル２２には、酸化ガスを導入するための配管４８が接続されている。配管４８には、酸化ガスの流量を調節するためのバルブ５０が設けられている。
【００２６】
本実施形態による半導体装置の製造装置は、常温で固体又は液体のＭＯ原料を気化する気化器１２とＭＯ原料導入用ノズル２０とを接続する配管３０に、パーティクル等の異物を捕捉するインラインフィルタ３４が設けられていることに主たる特徴の一つがある。配管３０等の温度変動に起因してＭＯ原料の凝縮した場合であっても、このインラインフィルタ３４により、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルを捕捉してから気化したＭＯ原料を反応室１０内へ導入することができる。これにより、ウェハ１８上に付着するパーティクルを低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態による半導体装置の製造装置は、インラインフィルタ３４に対して、配管３０から分岐した配管３６により酸化ガスを単独で流すことができることにも特徴がある。
【００２８】
製造装置を稼働して成膜を続けていくと、インラインフィルタ３４には、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクル等の異物が付着してゆく。インラインフィルタ３４へのパーティクルの付着量が増大していくと、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離しやすくなる。この結果、インラインフィルタ３４から脱離したパーティクルが反応室１０内に送られ、成膜すべきウェハ１８にパーティクルが付着してしまうことがある。
【００２９】
そこで、本実施形態による半導体装置の製造装置では、成膜を行っていないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流す。例えば、製造装置のアイドリング時や反応室１０内へのウェハ１８の搬入出時等のＭＯ原料を気化器１２に供給していないときに、インラインフィルタ３４に対して酸化ガスを流す。
【００３０】
インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルは、配管３６から流された酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着することとなる。この結果、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができる。これにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００３１】
以下に、本実施形態による半導体装置の製造装置の各構成部分について詳述する。
【００３２】
本実施形態による半導体装置の製造装置による成膜は、排気口２８に接続された真空ポンプによって反応室１０内を減圧した状態で行われる。このため、反応室１０は、気密性を有し減圧に耐えうる構造となっている。気密性を確保するために、例えばマニホールド１６とアウターチューブ１４相互間にＯリングが挟み込まれている。
【００３３】
また、配管２４からアルゴン等の不活性ガスを導入することにより反応室１０内のパージを行うことができる。
【００３４】
気化器１２は、常温で固体又は液体のＭＯ原料を、配管４４から気化器１２に導入されるアルゴン等のキャリアガスによるバブリングや加熱等によって気化するものである。
【００３５】
常温で固体又は液体のＭＯ原料は、有機溶媒に溶解された状態で配管４０から供給される。ＢＳＴ膜の形成には、ＭＯ原料として例えばＢａ（ＤＰＭ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、及びＴｉ（Ｏ−i-Ｃ3Ｈ7）4が用いられる。ＳＴ膜の形成には、ＭＯ原料として例えばＳｒ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（Ｏ−i-Ｃ3Ｈ7）4が用いられる。また、Ｔｉのソースとして、Ｔｉ（Ｏ−i-Ｃ3Ｈ7）4の代わりに、例えばＴｉＯ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（ＤＰＭ）2（Ｏ−i-Ｃ3Ｈ7）2、Ｔｉ（ＤＰＭ）2（Ｏ−t-Ｃ4Ｈ9）2等を用いることもできる。なお、ＤＰＭとは、dipivaloylmethane（2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione）のことをいう。
【００３６】
上記のＭＯ原料を溶解する有機溶媒としては、例えば酢酸ブチル等を用いることができる。
【００３７】
気化器１２により気化されたＭＯ原料は、配管４４から気化器１２に導入されるキャリアガスとともに、配管３０を介して反応室１０内のＭＯ原料導入用ノズル２０へと送られる。なお、気化されて配管３０内を通過するＭＯ原料の凝縮を防止するため、配管３０を含む気化器１２と反応室１０との間を加熱して一定温度に保つ温度調整機構（図示せず）が設けられている。
【００３８】
配管３０に設けられたインラインフィルタ３４は、例えばステンレス製のメッシュであり、ＭＯ原料の凝縮により生じるパーティクル等の異物を捕捉するものである。例えば、インラインフィルタ３４のメッシュサイズは、例えば１．０μｍである。なお、インラインフィルタ３４は、配管３０とともに成膜時に高温となるので、耐熱性を有する必要がある。
【００３９】
また、配管３０から分岐した配管３６からは、製造装置のアイドリング時やウェハ１８の反応室１０内への搬入出時等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスが単独で流される。これにより、インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料が凝縮してなるパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着することとなる。すなわち、インラインフィルタ３４において、反応室１０内での成膜の際に起こる反応と同様の反応が起こることとなる。この結果、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができる。これにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００４０】
配管４８からは、成膜の際に必要な酸化ガスが一定の流量で反応室１０内の酸化ガス導入用ノズル３２へと送られる。酸化ガスとしては、例えば酸素や、酸素と一酸化二窒素との混合ガスを用いることができる。反応室１０内で、ＭＯ原料が酸化ガスと反応して分解されることにより、ウェハ１２上にＢＳＴ膜又はＳＴ膜等の膜が形成される。
【００４１】
ＭＯ原料導入用ノズル２０には、ウェハ１８に対向する側に一定間隔で複数の開口部が設けられている。ＭＯ原料導入用ノズル２０は、例えば石英管よりなるものである。成膜の際には、気化器１２により気化されＭＯ原料導入用ノズル２０へと供給されたＭＯ原料が、これら開口部から各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００４２】
一方、酸化ガス導入用ノズル２２にも、ウェハ１８に対向する側に一定間隔で複数の開口部が設けられている。酸化ガス導入用ノズル３２も、例えば石英管よりなるものである。成膜の際には、配管４８から酸化ガス導入用ノズル３２へと供給された酸素等の酸化ガスが、これら開口部より各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００４３】
ＭＯ原料導入用ノズル２０と酸化ガス導入用ノズル２２から、所定の間隔で保持された各ウェハ１８表面近傍に送り込まれたＭＯ原料と酸化ガスとが反応し、各ウェハ１８上に、用いたＭＯ原料に応じた膜が形成される。
【００４４】
〔２〕半導体装置の製造方法
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。なお、図２は、本実施形態による半導体装置の製造方法の工程を、酸化ガス等の流量とともに経時的に示したものである。
【００４５】
まず、アイドリング状態にある製造装置について、ＭＯ原料ラインをパージするため、配管３６から酸化ガスを流しておく（図２の時間ｔ0〜ｔ1）。
【００４６】
続いて、反応室１０内に、ウェハ保持治具（図示せず）により、複数枚のウェハ１８をウェハ面に略垂直な方向に所定の間隔をあけて配列した状態で保持する。この際、ＢＳＴ膜又はＳＴ膜を形成すべき面を上に向けて各ウェハ１８を保持する。この間、配管３６から酸化ガスを流し続けておく（図２の時間ｔ1〜ｔ2）。ウェハ１８を反応室１０内に収容した後、配管３６からの酸化ガスの導入を停止する（図２の時間ｔ2）。
【００４７】
次いで、反応室１０を所定の温度までヒーターにより加熱するとともに、反応室１０内を所定の圧力まで排気口に接続された真空ポンプにより減圧する（図２の時間ｔ2〜ｔ3）。例えば、ウェハ温度が４００℃となるように加熱し、反応室１０内の圧力を０．００１Ｔｏｒｒに減圧する。
【００４８】
また、気化されたＭＯ原料が通過する配管３０を含む気化器１２と反応室１０との間も、気化されたＭＯ原料の凝縮を防止するため、例えば、２６０℃に加熱する。
【００４９】
次いで、反応室１０内をパージするため、配管２４から反応室１０内にアルゴン等の不活性ガスを導入する（図２の時間ｔ3〜ｔ4）。
【００５０】
反応室１０内をパージした後、真空ポンプによる反応室１０内の減圧を調整し、最終的に、反応室１０内の圧力を例えば０．７５Ｔｏｒｒとする（図２の時間ｔ4〜ｔ5）。
【００５１】
次いで、以下のようにしてウェハ１８上に成膜を行う。
【００５２】
まず、配管４８から酸化ガスを一定の流量で酸化ガス導入用ノズル２２へ供給する。酸化ガスとして、例えば酸素を２ｌ／ｍｉｎの流量で酸化ガス導入用ノズル２２へ供給する。酸化ガスは、酸化ガス導入用ノズル２２の開口部から、ボートに保持された各ウェハ１８に向けて吹き出す。
【００５３】
次いで、ＭＯ原料を気化器１２によって気化し、キャリアガスによりＭＯ原料導入用ノズル２０へ供給する。気化したＭＯ原料は、ＭＯ原料導入用ノズル２０の開口部から、ボートに保持された各ウェハ１８に向けて吹き出す。例えば、ＢＳＴ膜を形成する場合には、Ｂａ（ＤＰＭ）2、Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｔｉ（Ｏ−i-Ｃ3Ｈ7）2（ＤＰＭ）2を、それぞれ０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、０．２５ｃｃ／ｍｉｎ、０．５ｃｃ／ｍｉｎの流量でＭＯ原料導入用ノズル２０へ供給する。このとき、ＭＯ原料それぞれの濃度を０．３ｍｏｌ／ｌ、０．２５ｍｏｌ／ｌ、０．３ｍｏｌ／ｌとする。
【００５４】
こうして、ＭＯ原料導入用ノズル２０と酸化ガス導入用ノズル２２から所定の間隔で保持された各ウェハ１８表面近傍に送り込まれたＭＯ原料と酸化ガスとが反応し、各ウェハ１８上にＢＳＴ膜等の膜が形成される（図２の時間ｔ5〜ｔ6）。
【００５５】
所望の膜厚までウェハ１８上に成膜を形成した後、ＭＯ原料及び酸化ガスの反応室１０内への供給を停止する。こうして、成膜を終了する（図２の時間ｔ6）。
【００５６】
成膜終了後、配管２４から不活性ガスを反応室１０内に導入して、反応室１０のガスをパージする（図２の時間ｔ6〜ｔ7）。
【００５７】
次いで、配管３６から酸化ガスを流してＭＯ原料ラインをパージするとともに、反応室１０内を大気圧に復圧する（図２の時間ｔ7〜ｔ8）。
【００５８】
反応室１０内が大気圧まで復圧された後、配管３６から酸化ガスを流した状態で、反応室１０内から成膜したウェハ１８を搬出する（図２の時間ｔ8〜ｔ9）。
【００５９】
以上のようにして成膜したウェハ１８が搬出されアイドリング状態となった成膜装置においては、必要に応じて配管３６から酸化ガスを流しておく（図２の時間ｔ9〜）。
【００６０】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、製造装置のアイドリング時（図２の時間ｔ0〜ｔ1、ｔ9〜）、ウェハ１８の搬入出時（図２の時間ｔ0〜ｔ1、ｔ8〜ｔ9）等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流している。成膜時にＭＯ原料が凝縮することによりインラインフィルタ３４に付着したパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着する。これにより、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができ、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６１】
図３は、本実施形態による半導体装置の製造方法によりＢＳＴ膜をウェハ上に形成した場合のパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフであり、横軸は成膜後のパーティクル数のチェックの回を示し、縦軸はパーティクルチェックの各回においてウェハ上に観察されたパーティクルの数を示している。図中「成膜１」、「成膜２」では、図２に示すプロセス・シークエンスのうち、時間ｔ0〜ｔ2、ｔ7〜ｔ9における配管３６からの酸素ガスの導入を行っていない。「成膜１」と「成膜２」とでは成膜時間が異なり、「成膜１」の成膜時間は２０分、「成膜２」の成膜時間は１００分である。図中「成膜３」では、図２に示す本実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シークエンスに従っている。なお、各成膜時の間には、図中「酸素パージ」で示す時点で、配管３６から酸化ガスとして酸素を導入してインラインフィルタ３４に酸素を流している。図中「酸素パージ」の後に示す６０Ｈ等の数字は酸素を導入した時間を示している。例えば「酸素パージ ６０Ｈ」は、酸素ガスの導入を６０時間行ったことを示している。なお、ウェハの搬入出時には、配管２４から反応室１０内にアルゴンガスを流している。
【００６２】
図３から明らかなように、「成膜１」の後、及び「成膜２」の後のパーティクルチェックでは、いずれの場合もウェハ１８上に観察されるパーティクルの数が増大している。
【００６３】
一方、「成膜３」の後のパーティクルチェックでは、ウェハ１８上に観察されるパーティクルの数が著しく低減されている。これにより、製造装置のアイドリング時やウェハ１８の搬入出時に、配管３６から酸素等の酸化ガスを導入し、インラインフィルタ３４に酸化ガスを流すことにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができることが示された。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、インラインフィルタ３４を介して、気化されたＭＯ原料を反応室１０内に導入するので、配管３０等の温度変動に起因してＭＯ原料が凝縮した場合に、ＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルをインラインフィルタ３４により捕捉することができ、ウェハ１８上に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６５】
また、製造装置のアイドリング時、ウェハ搬入出時等の成膜を行わないときに、インラインフィルタ３４に対して、ＭＯ原料と反応する酸化ガスを配管３６から単独で流すので、成膜時にＭＯ原料が凝縮することによりインラインフィルタ３４に付着したパーティクルは、酸化ガスと反応することにより更に強固にインラインフィルタ３４に付着する。これにより、インラインフィルタ３４に一旦付着したパーティクルが脱離して反応室１０内に送られるのを抑制することができ、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６６】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、ＢＳＴ膜やＳＴ膜を形成する場合について説明したが、本発明はＢＳＴ膜等の成膜のみならず、常温で液体又は固体の原料を気化した原料ガスと、原料ガスと反応する反応性ガスとを反応室１０内に導入し、反応室１０内において原料ガスと反応性ガスとを反応させることにより成膜するＣＶＤ法に広く適用することができる。この場合には、上記実施形態における酸化ガスの場合と同様に、製造装置のアイドリング時等に、原料ガスと反応する反応性ガスをインラインフィルタ３４に流すことにより、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、酸化ガス導入用ノズル４８から導入する成膜に用いる酸化ガスと同一の酸化ガスを配管３６から導入し、インラインフィルタ３４に流したが、配管３６からインラインフィルタ３４に流すガスは、酸化ガスと同一のガスに限定されるものではない。すなわち、インラインフィルタ３４に付着しているＭＯ原料の凝縮により生じたパーティクルと反応し、パーティクルを更に強固にインラインフィルタ３４に付着させることができる反応性ガスであれば、ウェハ１８に付着するパーティクルを低減することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、複数枚のウェハ１８を同時に処理するバッチ式のＭＯＣＶＤ装置の場合を例に説明したが、本発明は、枚葉式のＭＯＣＶＤ装置についても適用することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、ＢＳＴ膜等をウェハ１８上に成膜したが、ウェハ１８上への成膜に限定されるものではなく、種々の基板に成膜することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを導入し、原料ガスと反応する反応性ガスを反応室内に導入し、化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法において、異物を捕捉するフィルタを介して原料ガスを反応室内に導入するので、基板に付着するパーティクル等の異物を低減することができる。
【００７２】
また、フィルタを介して原料ガスを反応室内に導入していないときに、反応性ガスをフィルタに流すので、基板に付着するパーティクル等の異物を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の製造装置の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法のプロセス・シーケンスを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法によるパーティクルの低減の効果の一例を示すグラフである。
【図４】従来の縦型ＭＯＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…反応室
１２…気化器
１４…アウターチューブ
１６…マニホールド
１８…ウェハ
２０…ＭＯ原料導入用ノズル
２２…酸化ガス導入用ノズル
２４…配管
２６ａ、２６ｂ…バルブ
２８…排気口
３０…配管
３２…バルブ
３４…インラインフィルタ
３６…配管
３８ａ、３８ｂ…バルブ
４０…配管
４２…バルブ
４４…配管
４６…バルブ
４８…配管
５０…バルブ
１００…反応室
１０２…気化器
１０４…アウターチューブ
１０６…マニホールド
１０８…ウェハ
１１０…ＭＯ原料導入用ノズル
１１２…酸化ガス導入用ノズル
１１４…配管
１１６ａ、１１６ｂ…バルブ
１１８…排気口
１２０…配管
１２２…バルブ
１２４…配管
１２６…バルブ
１２８…配管
１３０…バルブ
１３２…配管
１３４…バルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus of a semiconductor device that forms a film by chemical vapor deposition.
[0002]
[Prior art]
With the recent high integration of semiconductor devices, problems such as difficulty in securing charges stored in DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cells have arisen. In order to cope with such a problem, a capacitor film made of a material having a high dielectric constant is demanded. In particular, barium strontium titanate (BST: (Ba, Sr) TiO Three ) Film and strontium titanate (ST: SrTiO Three The film is attracting a great deal of attention as a high dielectric film that can cope with high integration of semiconductor devices.
[0003]
Further, as the degree of integration increases, a capacitor having a three-dimensional structure is required even when a high dielectric film material is used. Therefore, as a method of forming the high dielectric film, a chemical vapor deposition (CVD) method excellent in step coverage is considered promising. Furthermore, a batch-type CVD method capable of forming a film on a large number of wafers in a single process is being developed.
[0004]
For the formation of the BST film and the ST film, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using a metal organic (MO) raw material is used. Here, a conventional vertical batch type MOCVD apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view showing the structure of a conventional vertical batch type MOCVD apparatus.
[0005]
A conventional vertical batch type MOCVD apparatus includes a reaction chamber 100 in which a film is formed, a vaporizer 102 that vaporizes an organic metal (Metal Organic) MO material that is a raw material of the film, and introduces it into the reaction chamber 100. have.
[0006]
In the reaction chamber 100, a plurality of wafers 108 are held almost horizontally with the film formation surface facing upward, and are arranged at predetermined intervals in a direction perpendicular to the wafer surface.
[0007]
In the reaction chamber 100, an MO material introduction nozzle 110 for introducing the vaporized MO material into the vicinity of the surface of the wafer 112, and an oxidizing gas for introducing an oxidizing gas that reacts with the MO material into the vicinity of the surface of the wafer 112 are introduced. A nozzle 112 is provided.
[0008]
A vaporizer 102 for vaporizing the MO material is connected to the MO material introduction nozzle 110 via a pipe 120. A pipe 124 for supplying the MO raw material dissolved in the organic solvent to the vaporizer 102 is connected to the vaporizer 102. Further, the vaporizer 102 is connected to a pipe 128 for introducing a carrier gas for sending the vaporized MO raw material into the reaction chamber 10. A pipe 132 for introducing an oxidizing gas is connected to the oxidizing gas introducing nozzle 112.
[0009]
A film such as a BST film or ST film is formed on each wafer 18 by reacting the MO raw material introduced into the reaction chamber 100 from the MO raw material introducing nozzle 110 and the oxidizing gas introducing nozzle 112 with the oxidizing gas. Is done.
[0010]
In the conventional MOCVD apparatus, the MO raw material is vaporized by the vaporizer 102 and then introduced into the reaction chamber 100 through the pipe 120 together with the carrier gas. Since the MO raw material used for forming a BST film or ST film is generally condensed at a low temperature, the space between the vaporizer 102 including the pipe 120 through which the vaporized MO raw material passes and the reaction chamber 100 is heated to 250 ° C. or higher. Thus, the MO raw material was prevented from condensing.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional MOCVD apparatus, it has been very difficult to maintain the piping and valves through which the vaporized MO raw material passes at a temperature of 250 ° C. or higher. For this reason, the vaporized MO raw material may condense inside the piping. This condensation of the MO raw material has become one of the generation factors of particles adhering to the wafer in the reaction chamber.
[0012]
Due to the generation of such particles, for example, when a BST film or ST film is formed by a conventional MOCVD apparatus, it is difficult to obtain a film having excellent electrical characteristics as a capacitor film.
[0013]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of suppressing generation of particles in film formation by chemical vapor deposition.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The object is to introduce a raw material gas obtained by vaporizing a solid or liquid raw material at room temperature into a reaction chamber containing a substrate through a filter that captures foreign substances, and to react the reactive gas with the raw material gas into the reaction chamber. A method of manufacturing a semiconductor device in which a film is formed on the substrate by chemical vapor deposition, and the reactive gas is not introduced into the reaction chamber through the filter. This is achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, wherein
[0015]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing apparatus for forming a film on a substrate by chemical vapor deposition, a reaction chamber for accommodating the substrate, and a raw material for the film, which are solid or liquid at room temperature. A raw material vaporization means for vaporizing the raw material to form a raw material gas, a first pipe for connecting the raw material vaporization means and the reaction chamber, through which the raw material gas passes, and provided in the first pipe; A raw material gas introduction means for introducing the raw material gas into the reaction chamber, and a reactive gas that reacts with the raw material gas The second pipe through which the gas passes is directly connected to the reaction chamber, and the reactive gas The reaction gas is introduced into the reaction chamber, and the first gas is branched from between the raw material vaporization means and the filter in the first pipe, and the reactive gas is introduced. 3 It is achieved by a semiconductor device manufacturing apparatus characterized by comprising:
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A method and apparatus for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a schematic diagram showing the structure of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram showing a process sequence of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, and FIG. 3 is a semiconductor device manufacturing process according to the present embodiment. It is a graph which shows an example of the effect of particle reduction by a method.
[0017]
[1] Semiconductor device manufacturing equipment
First, the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
[0018]
The semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment is a vertical batch type MOCVD apparatus used for forming a BST film, an ST film, and the like, and is solid at room temperature as a raw material of the reaction chamber 10 where the film is formed. Alternatively, a vaporizer 12 that vaporizes liquid MO raw material and introduces it into the reaction chamber 10 is provided.
[0019]
The reaction chamber 10 includes an outer tube 14 having an opening at the lower end, and a manifold 16 that closes and supports the lower end opening of the outer tube 14. Near the side wall of the outer tube 14, a heater (not shown) for heating the reaction chamber 10 during film formation is disposed.
[0020]
In the reaction chamber 10, a plurality of wafers 18 are held almost horizontally with the film formation surface facing upward, and are arranged at predetermined intervals in a direction perpendicular to the wafer surface.
[0021]
Further, on the manifold 16 in the reaction chamber 10, an MO material introduction nozzle 20 provided substantially parallel to the arrangement direction of the plurality of wafers 18 for introducing the MO material near the surface of the wafer 18, and a plurality of sheets. There is provided an oxidizing gas introduction nozzle 22 that is provided substantially in parallel with the arrangement direction of the wafers 18 and introduces the oxidizing gas to the vicinity of the surface of the wafer 112. Further, a pipe 24 for introducing an inert gas for purge into the reaction chamber 10 is connected to the manifold 16. The pipe 24 is provided with valves 26a and 26b for adjusting the flow rate of the inert gas. Further, the manifold 16 is provided with an exhaust port 28. A vacuum pump (not shown) for reducing the pressure in the reaction chamber 10 is connected to the exhaust port 28.
[0022]
A vaporizer 12 for vaporizing the MO raw material is connected to the MO raw material introduction nozzle 20 via a pipe 30. The pipe 30 is provided with a valve 32 for adjusting the flow rate of the MO raw material introduced into the reaction chamber 10 and an in-line filter 34 for capturing foreign matters such as particles passing through the pipe 30.
[0023]
A pipe 36 for introducing an oxidizing gas is branched between the valve 32 of the pipe 30 and the in-line filter 34. The pipe 36 is provided with valves 38a and 38b for adjusting the flow rate of the oxidizing gas.
[0024]
A pipe 40 for supplying the MO raw material dissolved in the organic solvent to the vaporizer 12 is connected to the vaporizer 12. The pipe 40 is provided with a valve 42 for adjusting the flow rate of the MO raw material dissolved in the organic solvent supplied to the vaporizer 12. The vaporizer 12 is connected to a pipe 44 for introducing a carrier gas for sending the vaporized MO raw material into the reaction chamber 10. The pipe 44 is provided with a valve 46 for adjusting the flow rate of the carrier gas.
[0025]
A piping 48 for introducing oxidizing gas is connected to the oxidizing gas introducing nozzle 22. The pipe 48 is provided with a valve 50 for adjusting the flow rate of the oxidizing gas.
[0026]
In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment, the in-line filter 34 that captures foreign matters such as particles in the pipe 30 that connects the vaporizer 12 that vaporizes solid or liquid MO raw material at normal temperature and the MO raw material introduction nozzle 20. One of the main characteristics is that it is provided. Even when the MO raw material is condensed due to temperature fluctuation of the piping 30 or the like, the in-line filter 34 captures particles generated by the condensation of the MO raw material and then vaporizes the MO raw material into the reaction chamber 10. Can be introduced. Thereby, particles adhering to the wafer 18 can be reduced.
[0027]
The semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment is also characterized in that the oxidizing gas can flow independently from the in-line filter 34 through the pipe 36 branched from the pipe 30.
[0028]
When film formation is continued by operating the manufacturing apparatus, foreign substances such as particles generated by condensation of the MO raw material adhere to the in-line filter 34. As the amount of particles adhering to the inline filter 34 increases, the particles once adhering to the inline filter 34 are likely to be detached. As a result, particles desorbed from the in-line filter 34 may be sent into the reaction chamber 10 and may adhere to the wafer 18 to be deposited.
[0029]
Therefore, in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment, an oxidizing gas that reacts with the MO raw material flows independently from the pipe 36 to the in-line filter 34 when film formation is not performed. For example, when the MO raw material is not supplied to the vaporizer 12, such as when the manufacturing apparatus is idling or when the wafer 18 is carried into or out of the reaction chamber 10, the oxidizing gas is supplied to the in-line filter 34.
[0030]
Particles generated by the condensation of the MO raw material adhering to the in-line filter 34 adhere to the in-line filter 34 more firmly by reacting with the oxidizing gas flowing from the pipe 36. As a result, it is possible to suppress particles once adhering to the in-line filter 34 from being detached and sent into the reaction chamber 10. Thereby, particles adhering to the wafer 18 can be reduced.
[0031]
Hereinafter, each component of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described in detail.
[0032]
Film formation by the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment is performed in a state where the inside of the reaction chamber 10 is depressurized by a vacuum pump connected to the exhaust port 28. Therefore, the reaction chamber 10 has a structure that is airtight and can withstand a reduced pressure. In order to ensure airtightness, for example, an O-ring is sandwiched between the manifold 16 and the outer tube 14.
[0033]
In addition, the reaction chamber 10 can be purged by introducing an inert gas such as argon from the pipe 24.
[0034]
The vaporizer 12 vaporizes solid or liquid MO raw material at room temperature by bubbling or heating with a carrier gas such as argon introduced into the vaporizer 12 from the pipe 44.
[0035]
The MO raw material which is solid or liquid at normal temperature is supplied from the pipe 40 in a state dissolved in an organic solvent. For forming the BST film, for example, Ba (DPM) is used as the MO material. 2 , Sr (DPM) 2 , And Ti (O-i-C Three H 7 ) Four Is used. For forming the ST film, for example, Sr (DPM) is used as the MO raw material. 2 , Ti (O-i-C Three H 7 ) Four Is used. Further, as a source of Ti, Ti (O-i-C Three H 7 ) Four For example, TiO (DPM) 2 , Ti (DPM) 2 (Oi-C Three H 7 ) 2 , Ti (DPM) 2 (Ot-C Four H 9 ) 2 Etc. can also be used. In addition, DPM means dipivaloylmethane (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione).
[0036]
As an organic solvent for dissolving the MO raw material, for example, butyl acetate or the like can be used.
[0037]
The MO raw material vaporized by the vaporizer 12 is sent to the MO raw material introduction nozzle 20 in the reaction chamber 10 through the pipe 30 together with the carrier gas introduced into the vaporizer 12 from the pipe 44. In addition, in order to prevent condensation of the MO raw material that is vaporized and passes through the pipe 30, a temperature adjusting mechanism (not shown) that maintains a constant temperature by heating between the vaporizer 12 including the pipe 30 and the reaction chamber 10. Is provided.
[0038]
The in-line filter 34 provided in the pipe 30 is, for example, a stainless mesh, and captures foreign matters such as particles generated by condensation of the MO raw material. For example, the mesh size of the inline filter 34 is, for example, 1.0 μm. Note that the in-line filter 34 is heated at the time of film formation together with the pipe 30 and therefore needs to have heat resistance.
[0039]
Further, from the pipe 36 branched from the pipe 30, when the film is not formed at the time of idling of the manufacturing apparatus or when the wafer 18 is carried into and out of the reaction chamber 10, the MO raw material is The reacting oxidizing gas is flowed alone. As a result, particles formed by condensation of the MO raw material attached to the inline filter 34 adhere to the inline filter 34 more firmly by reacting with the oxidizing gas. That is, in the in-line filter 34, a reaction similar to the reaction that occurs during film formation in the reaction chamber 10 occurs. As a result, it is possible to suppress particles once adhering to the in-line filter 34 from being detached and sent into the reaction chamber 10. Thereby, particles adhering to the wafer 18 can be reduced.
[0040]
From the pipe 48, an oxidizing gas necessary for film formation is sent to the oxidizing gas introduction nozzle 32 in the reaction chamber 10 at a constant flow rate. As the oxidizing gas, for example, oxygen or a mixed gas of oxygen and dinitrogen monoxide can be used. In the reaction chamber 10, the MO raw material reacts with the oxidizing gas and is decomposed, whereby a film such as a BST film or an ST film is formed on the wafer 12.
[0041]
The MO material introduction nozzle 20 is provided with a plurality of openings at regular intervals on the side facing the wafer 18. The MO material introduction nozzle 20 is made of, for example, a quartz tube. At the time of film formation, the MO material vaporized by the vaporizer 12 and supplied to the MO material introduction nozzle 20 is blown out from the openings toward the wafers 18.
[0042]
On the other hand, the oxidant gas introduction nozzle 22 is also provided with a plurality of openings at regular intervals on the side facing the wafer 18. The oxidizing gas introducing nozzle 32 is also made of, for example, a quartz tube. At the time of film formation, an oxidizing gas such as oxygen supplied from the pipe 48 to the oxidizing gas introduction nozzle 32 is blown out toward the wafers 18 from these openings.
[0043]
The MO raw material and the oxidizing gas sent to the vicinity of the surface of each wafer 18 held at a predetermined interval from the MO raw material introducing nozzle 20 and the oxidizing gas introducing nozzle 22 react with each other, and the MO used on each wafer 18 is reacted. A film corresponding to the raw material is formed.
[0044]
[2] Manufacturing method of semiconductor device
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. FIG. 2 shows the steps of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment over time along with the flow rate of the oxidizing gas or the like.
[0045]
First, for the manufacturing apparatus in the idling state, an oxidizing gas is allowed to flow from the pipe 36 in order to purge the MO raw material line (time t in FIG. 2). 0 ~ T 1 ).
[0046]
Subsequently, a plurality of wafers 18 are held in the reaction chamber 10 by a wafer holding jig (not shown) in a state of being arranged at a predetermined interval in a direction substantially perpendicular to the wafer surface. At this time, each wafer 18 is held with the surface on which the BST film or ST film is to be formed facing upward. During this time, the oxidizing gas is kept flowing from the pipe 36 (time t in FIG. 2). 1 ~ T 2 ). After the wafer 18 is accommodated in the reaction chamber 10, the introduction of the oxidizing gas from the pipe 36 is stopped (time t in FIG. 2). 2 ).
[0047]
Next, the reaction chamber 10 is heated to a predetermined temperature by a heater, and the inside of the reaction chamber 10 is depressurized to a predetermined pressure by a vacuum pump connected to an exhaust port (time t in FIG. 2). 2 ~ T Three ). For example, the wafer temperature is heated to 400 ° C., and the pressure in the reaction chamber 10 is reduced to 0.001 Torr.
[0048]
Further, the vaporizer 12 including the pipe 30 through which the vaporized MO raw material passes and the reaction chamber 10 are also heated to, for example, 260 ° C. in order to prevent condensation of the vaporized MO raw material.
[0049]
Next, in order to purge the inside of the reaction chamber 10, an inert gas such as argon is introduced into the reaction chamber 10 from the pipe 24 (time t in FIG. 2). Three ~ T Four ).
[0050]
After purging the reaction chamber 10, the pressure in the reaction chamber 10 is adjusted by a vacuum pump, and finally the pressure in the reaction chamber 10 is set to, for example, 0.75 Torr (time t in FIG. 2). Four ~ T Five ).
[0051]
Next, a film is formed on the wafer 18 as follows.
[0052]
First, the oxidizing gas is supplied from the pipe 48 to the oxidizing gas introduction nozzle 22 at a constant flow rate. As the oxidizing gas, for example, oxygen is supplied to the oxidizing gas introduction nozzle 22 at a flow rate of 2 l / min. The oxidizing gas is blown out from the opening of the oxidizing gas introduction nozzle 22 toward each wafer 18 held in the boat.
[0053]
Next, the MO material is vaporized by the vaporizer 12 and supplied to the MO material introduction nozzle 20 by the carrier gas. The vaporized MO material is blown out from the opening of the MO material introduction nozzle 20 toward each wafer 18 held in the boat. For example, when forming a BST film, Ba (DPM) 2 , Sr (DPM) 2 , Ti (O-i-C Three H 7 ) 2 (DPM) 2 Are supplied to the MO material introduction nozzle 20 at flow rates of 0.25 cc / min, 0.25 cc / min, and 0.5 cc / min, respectively. At this time, the concentration of each MO raw material is set to 0.3 mol / l, 0.25 mol / l, and 0.3 mol / l.
[0054]
In this way, the MO raw material and the oxidizing gas sent to the vicinity of the surface of each wafer 18 held at a predetermined interval from the MO raw material introducing nozzle 20 and the oxidizing gas introducing nozzle 22 react, and a BST film or the like is formed on each wafer 18. Is formed (time t in FIG. 2). Five ~ T 6 ).
[0055]
After forming a film on the wafer 18 to a desired film thickness, the supply of the MO raw material and the oxidizing gas into the reaction chamber 10 is stopped. Thus, the film formation is completed (time t in FIG. 2). 6 ).
[0056]
After the film formation is completed, an inert gas is introduced into the reaction chamber 10 from the pipe 24 to purge the gas in the reaction chamber 10 (time t in FIG. 2). 6 ~ T 7 ).
[0057]
Next, an oxidizing gas is flowed from the pipe 36 to purge the MO raw material line, and the reaction chamber 10 is returned to atmospheric pressure (time t in FIG. 2). 7 ~ T 8 ).
[0058]
After the pressure inside the reaction chamber 10 is restored to atmospheric pressure, the wafer 18 formed into a film is unloaded from the reaction chamber 10 in a state where an oxidizing gas is supplied from the pipe 36 (time t in FIG. 2). 8 ~ T 9 ).
[0059]
In the film forming apparatus in which the wafer 18 formed as described above is carried out and is in an idling state, an oxidizing gas is allowed to flow from the pipe 36 as necessary (time t in FIG. 2). 9 ~).
[0060]
In the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the idle time of the manufacturing apparatus (time t in FIG. 0 ~ T 1 , T 9 ~), When the wafer 18 is loaded and unloaded (time t in FIG. 2). 0 ~ T 1 , T 8 ~ T 9 ) Or the like is not performed, an oxidizing gas that reacts with the MO raw material is caused to flow independently from the pipe 36 to the in-line filter 34. Particles adhering to the in-line filter 34 due to condensation of the MO raw material during film formation adhere more firmly to the in-line filter 34 by reacting with the oxidizing gas. Thereby, it is possible to suppress particles once adhering to the in-line filter 34 from being detached and sent into the reaction chamber 10, and particles adhering to the wafer 18 can be reduced.
[0061]
FIG. 3 is a graph showing an example of the effect of particle reduction when the BST film is formed on the wafer by the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, and the horizontal axis shows the number of times of checking the number of particles after film formation. The vertical axis indicates the number of particles observed on the wafer at each particle check. In the figure, “deposition 1” and “deposition 2” indicate that time t in the process sequence shown in FIG. 0 ~ T 2 , T 7 ~ T 9 The oxygen gas is not introduced from the pipe 36 in FIG. “Film formation 1” and “Film formation 2” have different film formation times. “Film formation 1” has a film formation time of 20 minutes, and “Film formation 2” has a film formation time of 100 minutes. In the figure, “film formation 3” follows the process sequence of the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment shown in FIG. During each film formation, oxygen is introduced as an oxidizing gas from the pipe 36 and flows through the in-line filter 34 at the time indicated by “oxygen purge” in the drawing. The numbers such as 60H shown after “oxygen purge” in the figure indicate the time when oxygen was introduced. For example, “oxygen purge 60H” indicates that oxygen gas was introduced for 60 hours. Note that argon gas is caused to flow from the pipe 24 into the reaction chamber 10 when the wafer is carried in and out.
[0062]
As apparent from FIG. 3, in the particle check after “film formation 1” and after “film formation 2”, the number of particles observed on the wafer 18 is increased in any case.
[0063]
On the other hand, in the particle check after “film formation 3”, the number of particles observed on the wafer 18 is significantly reduced. Thus, when the manufacturing apparatus is idling or when the wafer 18 is carried in and out, an oxidizing gas such as oxygen is introduced from the pipe 36 and the oxidizing gas is allowed to flow through the in-line filter 34, thereby reducing particles adhering to the wafer 18. It was shown that it can be done.
[0064]
As described above, according to the present embodiment, the vaporized MO raw material is introduced into the reaction chamber 10 via the in-line filter 34. Therefore, when the MO raw material is condensed due to temperature fluctuation of the pipe 30 and the like. The particles generated by the condensation of the MO raw material can be captured by the in-line filter 34, and the particles adhering to the wafer 18 can be reduced.
[0065]
In addition, when film formation is not performed at the time of idling of the manufacturing apparatus or when the wafer is carried in and out, an oxidizing gas that reacts with the MO material is independently flowed from the pipe 36 to the in-line filter 34. Particles adhering to the in-line filter 34 due to condensation of the gas adhere more firmly to the in-line filter 34 by reacting with the oxidizing gas. Thereby, it is possible to suppress particles once adhering to the in-line filter 34 from being detached and sent into the reaction chamber 10, and particles adhering to the wafer 18 can be reduced.
[0066]
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
[0067]
For example, in the above-described embodiment, the case where the BST film or the ST film is formed has been described. However, the present invention is not limited to the formation of the BST film or the like, but the source gas obtained by vaporizing a liquid or solid source at room temperature, and the source gas Can be widely applied to a CVD method for forming a film by introducing a reactive gas that reacts with the reaction gas into the reaction chamber 10 and reacting the source gas and the reactive gas in the reaction chamber 10. In this case, as in the case of the oxidizing gas in the above-described embodiment, particles adhering to the wafer 18 are reduced by flowing a reactive gas that reacts with the raw material gas through the in-line filter 34 when the manufacturing apparatus is idling. can do.
[0068]
Further, in the above embodiment, the same oxidizing gas as that used for film formation introduced from the oxidizing gas introducing nozzle 48 is introduced from the pipe 36 and flows to the inline filter 34, but flows from the pipe 36 to the inline filter 34. The gas is not limited to the same gas as the oxidizing gas. That is, if the reactive gas can react with particles generated by condensation of the MO raw material adhering to the in-line filter 34 and adhere the particles to the in-line filter 34 more firmly, the particles adhering to the wafer 18 are removed. Can be reduced.
[0069]
In the above embodiment, the case of a batch-type MOCVD apparatus that processes a plurality of wafers 18 simultaneously has been described as an example, but the present invention can also be applied to a single-wafer type MOCVD apparatus.
[0070]
In the above embodiment, the BST film or the like is formed on the wafer 18, but the present invention is not limited to the film formation on the wafer 18, and can be formed on various substrates.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a raw material gas obtained by vaporizing a solid or liquid raw material at room temperature is introduced into a reaction chamber containing a substrate, and a reactive gas that reacts with the raw material gas is introduced into the reaction chamber. In a manufacturing method of a semiconductor device in which a film is formed on a substrate by a vapor deposition method, since the source gas is introduced into the reaction chamber through a filter that captures foreign matters, foreign matters such as particles adhering to the substrate can be reduced. it can.
[0072]
Further, since the reactive gas is allowed to flow through the filter when the source gas is not introduced into the reaction chamber via the filter, foreign matters such as particles adhering to the substrate can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a process sequence of a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an example of the effect of particle reduction by the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing the structure of a conventional vertical MOCVD apparatus.
[Explanation of symbols]
10 ... Reaction chamber
12 ... Vaporizer
14 ... Outer tube
16 ... Manifold
18 ... wafer
20 ... MO material introduction nozzle
22 ... Nozzle for introducing oxidizing gas
24 ... Piping
26a, 26b ... Valve
28 ... Exhaust port
30 ... Piping
32 ... Valve
34 ... Inline filter
36 ... Piping
38a, 38b ... valve
40 ... Piping
42 ... Valve
44 ... Piping
46 ... Valve
48 ... Piping
50 ... Valve
100 ... Reaction chamber
102 ... Vaporizer
104 ... Outer tube
106 ... Manifold
108 ... wafer
110 ... MO material introduction nozzle
112 ... Oxidizing gas introduction nozzle
114 ... Piping
116a, 116b ... valve
118 ... Exhaust port
120 ... Piping
122 ... Valve
124 ... Piping
126 ... Valve
128 ... Piping
130 ... Valve
132 ... Piping
134 ... Valve

Claims (5)

基板を収容した反応室内に、常温で固体又は液体の原料を気化した原料ガスを、異物を捕捉するフィルタを介して導入し、前記原料ガスと反応する反応性ガスを前記反応室内に導入し、化学気相成長法により前記基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記フィルタを介して前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、反応性ガスを前記フィルタに流す
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。Into the reaction chamber containing the substrate, a raw material gas vaporized from a solid or liquid raw material at room temperature is introduced through a filter that traps foreign matter, and a reactive gas that reacts with the raw material gas is introduced into the reaction chamber, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a film is formed on the substrate by chemical vapor deposition,
A reactive gas is caused to flow through the filter when the source gas is not introduced into the reaction chamber via the filter. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記原料は、有機金属原料であり、
前記反応性ガスは、酸化ガスである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The raw material is an organometallic raw material,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the reactive gas is an oxidizing gas. 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記膜は、ＢＳＴ膜又はＳＴ膜である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the film is a BST film or an ST film. 化学気相成長法により基板上に膜を形成する半導体装置の製造装置であって、
前記基板を収容する反応室と、
前記膜の原料であって、常温で固体又は液体のものを気化して原料ガスとする原料気化手段と、
前記原料気化手段と前記反応室とを接続し、前記原料ガスが通過する第１の配管と、前記第１の配管に設けられ、異物を捕捉するフィルタとを有し、前記原料ガスを前記反応室内に導入する原料ガス導入手段と、
前記原料ガスと反応する反応性ガスが通過する第２の配管が直接前記反応室に接続され、前記反応性ガスを前記反応室内に導入する反応性ガス導入手段と、
前記第１の配管の前記原料気化手段と前記フィルタとの間から分岐し、反応性ガスが導入される第３の配管と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。A semiconductor device manufacturing apparatus for forming a film on a substrate by chemical vapor deposition,
A reaction chamber containing the substrate;
Raw material vaporization means for vaporizing a solid or liquid material at room temperature to be a raw material gas for the film,
A first pipe that connects the raw material vaporization means and the reaction chamber and through which the raw material gas passes; and a filter that is provided in the first pipe and captures foreign matter; Raw material gas introduction means to be introduced indoors;
A second pipe through which a reactive gas that reacts with the source gas passes is directly connected to the reaction chamber, and reactive gas introduction means for introducing the reactive gas into the reaction chamber;
A semiconductor device manufacturing apparatus comprising: a third pipe that branches from between the raw material vaporization means of the first pipe and the filter and into which a reactive gas is introduced. 請求項４記載の半導体装置の製造装置において、
前記原料ガス導入手段により前記原料ガスを前記反応室内に導入していないときに、前記第３の配管から前記反応性ガスを導入し、前記フィルタに前記反応性ガスを流す
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 4,
The reactive gas is introduced from the third pipe and the reactive gas is allowed to flow through the filter when the raw material gas is not introduced into the reaction chamber by the raw material gas introducing means. Equipment manufacturing equipment.
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