JP4421119B2

JP4421119B2 - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP4421119B2
Application number: JP2001003290A
Authority: JP
Inventors: 義朗廣瀬
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002208564A

Description

【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a thin film formation technique using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), for example, a capacitor (Capacitor) of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) using an MOCVD apparatus. The present invention relates to an effective technique that can be used to form a high-dielectric thin film as a material of an electrostatic capacity portion (insulating film).
[0002]
[Prior art]
Recently, Ta ₂ O ₅ (tantalum pentoxide) has been used to form the capacitance portion of DRAM capacitors. Since Ta ₂ O ₅ has a high dielectric constant, it is suitable for obtaining a large capacitance in a fine area. From the viewpoint of productivity, film quality, and the like, Ta ₂ O ₅ is required to be formed by a MOCVD apparatus in a DRAM manufacturing method.
[0003]
An MOCVD apparatus used for forming Ta ₂ O ₅ is a processing chamber for processing a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in which a DRAM which is an example of a semiconductor integrated circuit is fabricated, and one end connected to the processing chamber. Gas supply pipe, a vaporizer connected to the other end of the gas supply pipe for vaporizing the liquid raw material, and a liquid raw material supply pipe for supplying the liquid raw material to the vaporizer. A liquid raw material is supplied to the vaporizer through the vaporizer, the liquid raw material is vaporized in the vaporizer, and the vaporized gas is supplied to the processing chamber by a carrier gas, thereby forming a Ta ₂ O ₅ film on the wafer in the processing chamber. It is configured as follows.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the Ta ₂ O ₅ film forming technique using the MOCVD apparatus has a problem that the liquid source remains in the liquid source supply pipe. The remaining liquid raw material may cause the vaporization ability of the vaporizer to become unstable, or may be solidified by being decomposed in the heated gas supply pipe, thereby causing clogging of the pipe. In addition, the mixing ratio of the liquid source and carrier gas, the ratio of the piping system of the liquid source supply pipe and the carrier gas supply pipe, the ratio of the respective supply pressures, the ratio of the respective supply amounts, the ratio of the liquid source temperature and the carrier gas temperature Vaporization ability becomes unstable due to temperature difference, etc., and condition setting becomes difficult. Furthermore, there is no means for observing the tendency of instability of this vaporization capacity, the wafer is processed in the processing chamber without recognizing the actual gas amount, and the residual gas in the pipe after supply is also managed. Not.
[0005]
An object of the present invention is to solve the problems of the instability of vaporization ability and the difficulty of setting vaporization conditions and the problem of gas supply to a processing chamber without actually measuring the amount of supply gas, which are the problems of the prior art described above. Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method capable of stably vaporizing a liquid material and stably supplying a gas to a processing chamber.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A substrate processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for processing a substrate, a gas supply pipe having one end connected to the processing chamber, and a vaporizer connected to the other end of the gas supply pipe to vaporize a liquid material. And a liquid raw material supply pipe for supplying the liquid raw material to the vaporizer, and a purge gas supply pipe for supplying a purge gas to the liquid raw material supply pipe .
The gas supply pipe is provided with a pressure gauge .
[0007]
The semiconductor device manufacturing method supplies a liquid raw material to a vaporizer via a liquid raw material supply pipe, vaporizes the liquid raw material in the vaporizer, and vaporizes the gas into the processing chamber via the gas supply pipe. In a manufacturing method of a semiconductor device for processing a substrate in the processing chamber by supplying,
After processing the substrate, a purge gas is allowed to flow through the liquid source supply pipe, and the residue is discharged out of the processing chamber by passing through the vaporizer and the gas supply pipe to clean the residue. Thereafter, the internal pressure of the gas supply pipe is measured, and the presence or absence of residual gas is confirmed by comparing the measured value with a preset value at the time of cleaning.
[0008]
According to the above-described means, after processing the substrate, the liquid source supply pipe, the vaporizer, the gas supply pipe and the processing chamber are cleaned by flowing the purge gas into the liquid source supply pipe and purging the inside of the liquid source supply pipe. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of foreign matters in the liquid source supply pipe and the occurrence of clogging in the vaporization chamber and the gas supply pipe.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured as an MOCVD apparatus, and this MOCVD apparatus is a Ta _{2 of a} capacitance portion of a capacitor in a DRAM manufacturing method which is a manufacturing method of a semiconductor device of the present invention. It is used in a process for forming an O ₅ film (hereinafter referred to as a capacitor forming process).
[0011]
As shown in FIG. 1, the MOCVD apparatus 10 includes a chamber 12 in which a processing chamber 11 is formed. The chamber 12 is configured as a single wafer cold wall type low pressure CVD apparatus. An exhaust port 13 for exhausting the processing chamber 11 is opened at the lower portion of the chamber 12, and a gas supply port 14 for supplying oxygen (O ₂ ) gas to the processing chamber 11 is opened at the upper portion of the chamber 12. Has been. A support shaft 15 is inserted through the bottom wall of the chamber 12 so as to be rotatable and liftable in the processing chamber 11, and the support shaft 15 is configured to be rotated and lifted by a driving device (not shown). A susceptor 16 for holding the wafer 1 as a substrate to be processed is disposed on the upper surface of the support shaft 15 in the processing chamber 11. Inside the upper end of the support shaft 15, a heater 17 is provided so as to uniformly heat the wafer 1 held by the susceptor 16. A wafer loading / unloading port 18 for loading / unloading the wafer 1 is formed in a part of the side wall of the chamber 12, and the wafer loading / unloading port 18 is opened and closed by a gate 19.
[0012]
A gas supply port 20 for supplying a source gas to the processing chamber 11 is opened on the ceiling wall of the chamber 12, and one end of a gas supply pipe 21 is connected to the gas supply port 20. A vaporizer 30 for vaporizing the liquid raw material is connected to the other end of the gas supply pipe 21. A pipe heater 22 for heating the gas supply pipe 21 is laid along the entire length of the gas supply pipe 21, and a flow meter 23 for measuring the flow rate of the flow gas and the pressure of the flow gas are measured in the middle of the gas supply pipe 21. A pressure gauge 24 is interposed in order from the chamber 12 side. An open / close valve 25 is interposed between the pressure gauge 24 and the gas supply pipe 21.
[0013]
The vaporizer 30 includes a chamber 32 in which a vaporization chamber 31 is formed, and the chamber 32 is heated by a cartridge heater 33 built in a wall body. A gas outlet 34 is opened on the center line of the lower wall of the chamber 32 so as to communicate with the vaporizing chamber 31, and a gas supply pipe 21 is connected to the gas outlet 34. A variable flow rate control valve 35 for adjusting the flow rate of the raw material liquid is installed above the vaporization chamber 31 of the chamber 32. The variable flow rate control valve 35 has a valve passage 36 formed on the upper side of the vaporizing chamber 31, and a valve port 37 opened to connect the valve passage 36 and the vaporizing chamber 31 to a partition wall between the valve passage 36 and the vaporizing chamber 31. And a valve body 38 slidably inserted in a position facing the valve port 37 of the valve passage 36, and a drive device 39 for moving the valve body 38 back and forth. The drive device 39 is controlled by the controller 40. Thus, the flow rate of the liquid is adjusted by moving the valve body 38 back and forth.
[0014]
The other end of the liquid raw material supply pipe 42 whose one end is connected to the liquid raw material supply source 41 for supplying the liquid raw material is connected to the valve passage 36 of the vaporizer 30. An on-off valve 43, a liquid flow meter 44, and a downstream on-off valve 45 are provided in this order from the liquid source supply source 41 side. The other end of the purge gas supply pipe 47 whose one end is connected to the purge gas supply source 46 for supplying the purge gas is connected to the downstream side of the downstream side open / close valve 45 of the liquid source supply pipe 42. Is provided with an on-off valve 48.
[0015]
A gas introduction port 49 is opened on the side wall of the chamber 32 of the vaporizer 30 so as to communicate with the vaporization chamber 31. One end of the gas introduction port 49 is connected to a carrier gas supply source 50 that supplies a carrier gas. The other end of the carrier gas supply pipe 51 thus connected is connected. A variable flow control valve 52 is interposed in the middle of the carrier gas supply pipe 51.
[0016]
Next, a capacitor forming process in the DRAM manufacturing method in which the MOCVD apparatus 10 having the above configuration is used will be described.
[0017]
In the present embodiment, the capacitance portion of the capacitor is formed by a Ta ₂ O ₅ film. However, a predetermined pattern is formed on the wafer 1 that is carried into the processing chamber 11 of the MOCVD apparatus 10 before forming the capacitance portion of the capacitor. Then, Ta (OC ₂ H ₅ ) ₅ (pentaethoxyethoxytantalum; hereinafter referred to as PETa) is stored in the liquid source supply source 41 as a liquid source.
[0018]
The wafer 1 on which a predetermined pattern is formed is held by a handling device (not shown), is carried into the processing chamber 11 from the wafer carry-in / out opening 18 with the gate 19 opened, and is transferred onto the susceptor 16.
[0019]
The wafer 1 delivered to the susceptor 16 is heated to a predetermined temperature by the heater 17 and rotated by the support shaft 15. The processing chamber 11 is evacuated to a predetermined pressure by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 13. When the processing chamber 11 is stabilized at a predetermined pressure, the oxygen gas 60 is supplied from the gas supply port 14 as shown by a two-dot chain arrow in FIG.
[0020]
By opening the upstream side open / close valve 43 and the downstream side open / close valve 45 of the liquid raw material supply pipe 42, the PETa 61 as the liquid raw material is supplied from the liquid raw material supply source 41 to the liquid raw material supply pipe 42 as indicated by the solid line arrow. Through the valve passage 36 of the vaporizer 30. The PETa 61 supplied to the valve passage 36 of the vaporizer 30 is ejected from the valve port 37 to the vaporization chamber 31 with a flow rate defined by the opening of the valve body 38 of the variable flow control valve 35. When ejected from the valve port 37, the PETa 61 is atomized and sprayed. The PETa 61 in the sprayed state is effectively vaporized by being heated by the cartridge heater 33 built in the vaporizer 30, and becomes a raw material gas 62 as shown by a broken line arrow in FIG.
[0021]
On the other hand, the carrier gas 63 is introduced into the vaporizing chamber 31 from the carrier gas supply source 50 through the carrier gas supply pipe 51 and the gas introduction port 49 as indicated by a one-dot chain line arrow in FIG. The flow rate of the carrier gas 63 is controlled by the variable flow rate control valve 52, and the carrier gas 63 is preheated. For example, an inert gas such as N ₂ (nitrogen) gas is used as the carrier gas 63.
[0022]
The raw material gas 62 formed by vaporizing PETa 61 in the vaporization chamber 31 is mixed with the carrier gas 63 introduced into the vaporization chamber 31 from the gas introduction port 49 and led out from the gas outlet 34 of the vaporization chamber 31 to the gas supply pipe 21. Then, the gas flows through the gas supply pipe 21 while being heated by the pipe heater 22, and flows into the processing chamber 11 from the gas supply port 20. The flow rate of the mixed gas of the raw material gas 62 and the carrier gas 63 is measured by the flow meter 23, and based on the measured value of the flow meter 23, the variable flow rate control valve 35 for the liquid raw material and the variable flow rate control valve for the carrier gas 52 is controlled.
[0023]
A gas supply pipe 21 that connects the vaporizing chamber 31 and the processing chamber 11 and supplies a mixed gas of the raw material gas 62 and the carrier gas 63 to the processing chamber 11 is vaporized by a pipe heater 22 with respect to the pressure in the pipe (1500 Pa). It is heated to (150 ° C.) or more and below the heat resistance temperature (180 ° C.) of the gas supply pipe 21 and the flow meter 23 and the decomposition temperature of the raw material gas. That is, in the present embodiment, the temperature of the gas supply pipe 21 is maintained at 150 ° C. to 180 ° C.
[0024]
Since the raw material gas 62 which is a vaporized gas of PETa flowing into the processing chamber 11 is sufficiently vaporized, it becomes Ta ₂ O ₅ on the wafer 1 and is held on the susceptor 16 and heated on the wafer 1. Deposited by thermal CVD reaction. By this deposition, a Ta ₂ O ₅ film 2 is formed on the surface of the wafer 1.
[0025]
The conditions for forming the Ta ₂ O ₅ film are as follows. Deposition temperature is 350 to 500 ° C., pressure is 15 to 300 Pa, carrier gas flow rate is 0.1 to 1 SLM (standard liters per minute), pumping gas pressure is 0.05 to 0.3 MPa, source gas flow rate Is 0.01 to 0.5 ccm (cubic centimeter per minute).
[0026]
When a preset time has elapsed for the Ta ₂ O ₅ film formation process, the variable flow rate control valve 35 of the vaporizer 30, the downstream on-off valve 45 of the liquid source supply pipe 42, and the variable flow rate control valve of the carrier gas supply pipe 51 When 35 is closed, the supply of PETa 61 and carrier gas 63 is stopped.
[0027]
The wafer 1 on which the Ta ₂ O ₅ film 2 is formed as described above is unloaded from the processing chamber 11 by the handling device.
[0028]
As shown in FIG. 2, when the wafer 1 is unloaded from the processing chamber 11, the opening / closing valve 48 of the purge gas supply pipe 47 and the variable flow rate control valve 35 of the vaporizer 30 are opened. As indicated by the arrows, the purge gas 64 of the purge gas supply source 46 passes through the liquid source supply pipe 42, the valve passage 36 of the vaporizer 30, the valve port 37, the vaporization chamber 31, the gas supply pipe 21 and the gas supply port 20. Then, it is distributed to the processing chamber 11 and discharged from the exhaust port 13. Since PETa 61, the raw material gas 62 and the carrier gas 63 remaining after the film forming process are pushed away by the flow of the purge gas 64, the liquid raw material supply pipe 42, the valve passage 36 of the vaporizer 30, the valve port 37, the vaporization chamber 31, and the gas supply The pipe 21, the gas supply port 22, and the processing chamber 11 are cleaned. For example, as the purge gas 64, an inert gas such as nitrogen gas is used.
[0029]
After the cleaning step with the purge gas 64 is completed, the internal pressure of the gas supply pipe 21 is measured by opening the on-off valve 25 of the pressure gauge 24 connected to the gas supply pipe 21 as shown in FIG. Is done. And the presence or absence of residual gas is confirmed by comparing this present measured value with the preset value at the time of cleaning. In this confirmation step, when it is determined that the residual gas is “present”, the cleaning step is repeated, and when it is determined that “there is no residual gas”, the process proceeds to the next film forming step.
[0030]
Thereafter, the Ta ₂ O ₅ film 2 is formed on the wafer 1 by repeating the above-described operation.
[0031]
According to the embodiment, the following effects can be obtained.
[0032]
1) After the film formation process, purge gas is flowed to clean the liquid source supply piping, vaporizer valve passage, valve port, vaporization chamber, gas supply piping, gas supply port, and processing chamber. Since the generation of foreign matters and the occurrence of clogging in the vaporizer and gas supply piping can be prevented, the vaporization ability of the vaporizer can be stabilized or improved.
[0033]
2) By measuring the internal pressure of the gas supply pipe with a pressure gauge, the current status of the gas supply pipe, vaporizer, liquid raw material supply pipe, etc. can be observed on-time, so that the occurrence of an abnormality can be detected quickly. Can be dealt with.
[0034]
3) According to the above 1) and 2), the film formation stability and durability of the MOCVD apparatus can be improved.
[0035]
4) After the film formation process, purge gas is flowed to clean the liquid source supply piping, vaporizer valve passage, valve port, vaporization chamber, gas supply piping, gas supply port, and processing chamber. Since the generation of foreign matters and the occurrence of clogging in the vaporizer and the gas supply pipe can be prevented, the film quality and other qualities and reliability of the film formed in the processing chamber can be improved.
[0036]
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0037]
For example, the liquid raw material is not limited to PETa, but Nb ₂ Nb (OC ₂ H ₅ ) ₅ (pentaethoxy niobium) for depositing O ₅ (niobium pentoxide), Ti (OC ₃ H ₇ ) ₄ (tetra) for depositing TiOx (titanium oxide) Isopropyl titanium, Zr (OC ₄ H ₉ ) ₄ (tetrabutoxy zirconium) for forming a film of ZrO ₂ (zirconium dioxide), Hf (OC ₄ for forming a film of HfO ₂ (haufnium dioxide) H ₉ ) ₄ (tetra-butoxy-haufnium) or the like may be used.
[0038]
Also, has been described as being applied to the capacitor forming step in the manufacturing method of the DRAM, it is not limited thereto, PZT (PbZrTiO ₃₎ for the capacitor formation of FRAM (ferro electricRAM) or iridium, ruthenium, copper, etc. The present invention can also be applied to film formation techniques for these metal films and their metal oxide films.
[0039]
In the above-described embodiment, the case where cleaning is performed by flowing a purge gas after the wafer is carried out of the processing chamber has been described. However, the purge gas may be flowed before the wafer is carried out of the processing chamber. When the purge gas is allowed to flow before unloading the wafer, it is desirable to install a bypass pipe 26 that bypasses the processing chamber 11 as indicated by an imaginary line in FIG.
[0040]
The configuration of the vaporizer is not limited to the structure of the above embodiment.
[0041]
The substrate processing apparatus is not limited to a single wafer type cold wall type CVD apparatus, but may be a single wafer type hot wall type CVD apparatus, a single wafer type warm wall type CVD apparatus, or the like.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the gas obtained by vaporizing the liquid raw material can be stably supplied to the processing chamber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the cleaning step.
[Explanation of symbols]
1 ... wafer (substrate), 2 ... Ta ₂ O ₅ film, 10 ... MOCVD apparatus (substrate processing apparatus), 11 ... processing chamber, 12 ... chamber, 13 ... exhaust port, 14 ... gas supply port, 15 ... support shaft, DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Susceptor, 17 ... Heater, 18 ... Wafer loading / unloading exit, 19 ... Gate, 20 ... Gas supply port, 21 ... Gas supply piping, 22 ... Pipe heater, 23 ... Flow meter, 24 ... Pressure gauge, 25 ... Open / close valve , 26 ... detour piping, 30 ... vaporizer, 31 ... vaporization chamber, 32 ... chamber, 33 ... cartridge heater, 34 ... gas outlet, 35 ... variable flow control valve, 36 ... valve passage, 37 ... valve opening, 38 ... Valve body 39 ... Drive device 40 ... Controller 41 ... Liquid source supply source 42 ... Liquid source supply piping 43 ... Upstream side open / close valve 44 ... Liquid flow meter 45 ... Downstream side open / close valve 46 ... Purge gas supply Source, 47 ... Purge gas supply Pipe 48, On-off valve 49 ... Gas inlet 50 ... Carrier gas supply source 51 ... Carrier gas supply piping 52 ... Variable flow control valve 60 ... Oxygen gas 61 ... PETa (liquid raw material) 62 ... Raw material Gas (vaporized gas), 63 ... carrier gas, 64 ... purge gas.

Claims

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。 A substrate in the processing chamber is provided by supplying a liquid source to the vaporizer through the liquid source supply pipe, vaporizing the liquid source in the vaporizer, and supplying the vaporized gas into the processing chamber through the gas supply pipe. In a manufacturing method of a semiconductor device for processing
After processing the substrate, a purge gas is allowed to flow through the liquid source supply pipe, and the residue is discharged out of the processing chamber by passing through the vaporizer and the gas supply pipe to clean the residue. Then, the internal pressure of the said gas supply piping is measured, The presence or absence of residual gas is confirmed by comparing this measured value with the preset value at the time of the cleaning , The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned .

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。 The presence or absence of the residual gas is confirmed, and if it is determined that there is residual gas, the cleaning is repeated, and if it is determined that there is no residual gas, the next substrate processing is performed. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .