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公開番号2023079039
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-07
出願番号2021192442
出願日2021-11-26
発明の名称半導体製造装置および半導体製造方法
出願人株式会社フジキン
代理人個人,個人
主分類C23C 16/448 20060101AFI20230531BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】プロセス時間の短縮を図れる半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。
【解決手段】半導体製造装置100は、材料ガスGmを貯蔵できるキャニスタ10と、キャニスタの下流側に設けられたフィルタンク20と、フィルタンクの下流側に設けられたプロセスチャンバ30と、フィルタンク20とプロセスチャンバ30との間の流路に設けられたタンク下流弁V5と、プロセスチャンバ30に接続された排気ライン40と、排気ライン40に設けられた排気弁V7と、フィルタンク20とプロセスチャンバ30との間の流路に設けられた第1濃度計UV1と、排気ライン40に設けられた第2濃度計UV2とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
材料ガスを貯蔵できるキャニスタと、
前記キャニスタの下流側に設けられたフィルタンクと、
前記フィルタンクの下流側に設けられたプロセスチャンバと、
前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられたタンク下流弁と、
前記プロセスチャンバに接続された排気ラインと、
前記排気ラインに設けられた排気弁と、
前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられた第１濃度計と、
前記排気ラインに設けられた第２濃度計と
を備える、半導体製造装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記フィルタンクと前記第１濃度計との間の流路に希釈ガス供給ラインが接続されており、該希釈ガス供給ラインには希釈ガス供給弁が設けられている、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記第１濃度計および第２濃度計の計測値に基づいて、前記プロセスチャンバへのガス供給を制御する制御機器をさらに備え、
該制御機器は、前記第１濃度計および第２濃度計が出力する濃度が略同濃度となったときに前記プロセスチャンバ内のガス濃度が当該濃度であると判定するように構成されている、請求項１又は２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記キャニスタに貯蔵された材料ガスの濃度を測定する第３濃度計をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記キャニスタは、液体または個体の材料を気化または昇華させて材料ガスを生成できるように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項６】
材料ガスを貯蔵できるキャニスタと、前記キャニスタの下流側に設けられたフィルタンクと、前記フィルタンクの下流側に設けられたプロセスチャンバと、前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられたタンク下流弁と、前記プロセスチャンバに接続された排気ラインと、前記排気ラインに設けられた排気弁と、前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられた第１濃度計と、前記排気ラインに設けられた第２濃度計とを備える半導体製造装置を用いて行う半導体製造方法であって、
前記タンク下流弁を閉じた状態で、前記キャニスタ内の材料ガスを前記フィルタンクに供給する工程と、
前記タンク下流弁を開いて、前記フィルタンクに供給された材料ガスを前記プロセスチャンバに供給する工程と、
前記プロセスチャンバに供給された材料ガスの化学反応が生じた後に、前記希釈ガス供給弁および前記排気弁を開いて前記プロセスチャンバに希釈ガスを供給し、排気する工程と、
前記第２濃度計の出力に基づいて、前記希釈ガスの供給および排気を停止する工程と、
前記希釈ガスの供給および排気を停止する工程の後に、前記プロセスチャンバ内でのプロセスを実行する工程と
を含む、半導体製造方法。
【請求項７】
材料ガスを貯蔵できるキャニスタと、前記キャニスタの下流側に設けられたフィルタンクと、前記フィルタンクの下流側に設けられたプロセスチャンバと、前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられたタンク下流弁と、前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に接続された希釈ガス供給ラインと、前記希釈ガス供給ラインに設けられた希釈ガス供給弁と、前記プロセスチャンバに接続された排気ラインと、前記排気ラインに設けられた排気弁と、前記希釈ガス供給ラインの接続部と前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられた第１濃度計と、前記排気ラインに設けられた第２濃度計とを備える半導体製造装置を用いて行う半導体製造方法であって、
前記タンク下流弁を閉じた状態で、前記キャニスタ内の材料ガスを前記フィルタンクに供給する工程と、
前記タンク下流弁を開いて、前記フィルタンクに供給された材料ガスを前記プロセスチャンバに供給する工程と、
前記希釈ガス供給弁および前記排気弁を開いて、前記材料ガスと希釈ガスとの混合ガスを前記プロセスチャンバに供給し、排気する工程と、
前記第１濃度計の出力に基づいて前記希釈ガスの流量を制御することによって前記混合ガスの濃度調整を行う工程と、
前記第１濃度計の出力と前記第２濃度計の出力との両方を参照して、前記プロセスチャンバ内の前記混合ガスの濃度を判断する工程と、
所定の濃度であると判断された混合ガスを用いて前記プロセスチャンバ内でのプロセスを実行する工程と
を含む、半導体製造方法。
【請求項８】
前記半導体製造装置は、前記フィルタンクの下流側に設けられたパージガス供給ラインをさらに備えており、
前記混合ガスを用いてプロセスチャンバ内でのプロセスを行った後に、前記パージガス供給ラインから前記フィルタンクを介して前記プロセスチャンバにバージガスを供給する工程と、
前記第１濃度計および前記第２濃度計の出力を参照して、前記材料ガスの濃度が所定濃度以下になったときにパージガスの供給を停止する工程と
をさらに含む、請求項７に記載の半導体製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置および半導体製造方法に関し、特に、濃度計を備える半導体製造装置およびこれを用いた半導体製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【０００２】
半導体製造装置は、プロセスチャンバに材料ガスを供給し、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって、ウエハや基板上に成膜を行うように構成されている。プロセスチャンバに供給されるガスの流量を制御する装置としては、マスフローコントローラ（熱式質量流量制御器）や圧力式流量制御装置が広く利用されている。
【０００３】
近年、液体または固体材料をヒータによって気化または昇華させて、キャニスタ内で所望のガスを発生させ、これをプロセスチャンバに供給するタイプの半導体製造装置も開発されている。液体または固体材料としては、塩化ハフニウム（室温で固体）、有機ランタン化合物（室温で固体）や有機ルテニウム化合物（室温で液体）などが挙げられる。これらの材料は、例えばハフニウム酸化膜、ランタン酸化膜などの高誘電率膜（Ｈｉｇｈ－ｋ膜）や、ルテニウム含有電極膜を生成するための前駆体材料として用いられている。
【０００４】
従来のシリコン酸化膜に代えて上記の高誘電率膜を用いてトランジスタのゲート絶縁膜やキャパシタ誘電膜を形成することによって、集積回路の高密度化および微細化を達成できる。また、二酸化ハフニウム系化合物は、高性能な強誘電体メモリを作製するための材料としても注目されている。ルテニウム含有材料は、銅配線に置き換わる次世代の微細配線材料またはバリアメタル層材料として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２０／１５８５０６号
特開平９－２０３７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＡＬＤ法では、プロセスチャンバへのパルス的なガスのバッチ供給が複数回にわたって繰り返される。このプロセスにおいて、成膜前に、残存する不要な化学物質を除去するために、プロセスチャンバ内のクリーン化を行う必要がある。従来、クリーン化は、原料ガスの供給を停止した後、排気しながら不活性ガス等を一定時間プロセスチャンバ内に流し続けることによって行われていた。しかし、このような方式では、クリーン化が確実に実施されたか否かを判断することが困難であり、現実的な対応としては、必要以上に長時間にわたってクリーン化のガスを流し続ける必要があった。
【０００７】
また、ＣＶＤ法においてガスを連続的に供給するときに、材料ガスと希釈ガスとの混合率を調整してプロセスガスの濃度調整を行ってからチャンバに供給することがある。このとき、プロセスチャンバ内に充填されたガスが、所望の濃度を有しているか否かを判断するためには、プロセスチャンバ内のガス濃度を濃度計を用いて直接測定することが好適である。しかしながら、プロセスチャンバ内に濃度計を配置することは容易ではなく、また、濃度計を一か所に配置しただけではチャンバ内のガス濃度が均一であるか否かを判断することが困難な場合がある。このため、現実的な対応としては、濃度が確認された混合ガスを比較的長時間流し続けて、プロセスチャンバ内のガスの濃度を均一かつ所望の濃度になるのを待ってから、排気系を閉じて成膜プロセスを開始するようにしていた。
【０００８】
このように、ＡＬＤ法およびＣＶＤ法に対応した半導体製造装置において、クリーン化ガスや濃度調整後プロセスガスをチャンバに必要以上に流すことによって、ガスの無駄な消費やプロセスの遅滞が生じる。したがって、ＡＬＤ法およびＣＶＤ法の双方に対応でき、かつ、無駄なガスの流出期間を抑えてプロセス時間を短縮できる半導体製造装置および半導体製造方法に対する要求があった。そして、このような半導体製造装置および半導体製造方法は、液体または固体材料をガス供給源として用い、プロセスガス供給ラインに希釈ガスラインが接続されている系に対しても有効であることが求められていた。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ガスのバッチ供給および連続供給の両方に対応でき、無駄なガスの流出期間を短くしてプロセス時間を短縮することができる半導体製造装置および半導体製造方法を提供することをその主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態による半導体製造装置は、材料ガスを貯蔵できるキャニスタと、前記キャニスタの下流側に設けられたフィルタンクと、前記フィルタンクの下流側に設けられたプロセスチャンバと、前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられたタンク下流弁と、前記プロセスチャンバに接続された排気ラインと、前記排気ラインに設けられた排気弁と、前記フィルタンクと前記プロセスチャンバとの間の流路に設けられた第１濃度計と、前記排気ラインに設けられた第２濃度計とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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