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公開番号2024027373
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022130121
出願日2022-08-17
発明の名称混合ガス供給方法
出願人大陽日酸株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類C23C 16/455 20060101AFI20240222BHJP(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】成膜材料ガスを含む混合ガスを安定した濃度で供給可能な混合ガス供給方法を提供する。
【解決手段】成膜材料を含む混合溶液を収容する原料容器を用い、成膜材料のガスを少なくとも1種以上含む混合ガスを、混合ガス中の成膜材料の濃度を調整して供給する混合ガス供給方法であって、混合ガス中の成膜材料の濃度の設定値、キャリアガスの流量の設定値、及び原料容器内の圧力の設定値をそれぞれ決定し、原料容器内を設定した圧力に調節しながら、設定した流量のキャリアガスを原料容器に導入し、原料容器から成膜材料のガスを含む混合ガスを導出するとともに、混合ガス中の成膜材料の濃度を計測して計測値を得、混合ガス中の成膜材料の濃度の計測値と設定値との差分を算出し、差分に基づいて、原料容器内の圧力の設定値を更新する、混合ガス供給方法を選択する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
成膜材料を含む混合溶液を収容する原料容器を用い、前記成膜材料のガスを少なくとも１種以上含む混合ガスを、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を調整して供給する混合ガス供給方法であって、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度の設定値、キャリアガスの流量の設定値、及び前記原料容器内の圧力の設定値をそれぞれ決定し、
前記原料容器内を設定した圧力に調節しながら、設定した流量の前記キャリアガスを前記原料容器に導入し、前記原料容器から前記成膜材料のガスを含む混合ガスを導出するとともに、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を計測して計測値を得、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度の、前記計測値と前記設定値との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記原料容器内の圧力の前記設定値を更新する、混合ガス供給方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
成膜材料を含む混合溶液を収容する原料容器を用い、前記成膜材料のガスを少なくとも１種以上含む混合ガスを、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を調整して供給する混合ガス供給方法であって、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度の設定値、キャリアガスの流量の設定値、及び前記原料容器内の圧力の設定値をそれぞれ決定し、
前記原料容器内を設定した圧力に調節しながら、設定した流量の前記キャリアガスを前記原料容器に導入し、前記原料容器から前記成膜材料のガスを含む混合ガスを導出するとともに、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を計測して計測値を得、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度の、前記計測値と前記設定値との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記キャリアガスの流量の前記設定値を更新する、混合ガス供給方法。
【請求項３】
成膜材料を含む混合溶液を収容する原料容器を用い、前記成膜材料のガスを少なくとも１種以上含む混合ガスを、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を調整して供給する混合ガス供給方法であって、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度の設定値、キャリアガスの流量の設定値、及び前記原料容器内の圧力の設定値をそれぞれ決定し、
前記原料容器内を設定した圧力に調節しながら、設定した流量の前記キャリアガスを前記原料容器に導入し、前記原料容器から前記成膜材料のガスを含む混合ガスを導出するとともに、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を計測して計測値を得、
前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度の、前記計測値と前記設定値との差分を算出し、前記差分に基づいて、前記原料容器内の圧力の前記設定値、及び前記キャリアガスの流量の前記設定値の両方を更新する、混合ガス供給方法。
【請求項４】
前記成膜材料が、窒素含有化合物である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の混合ガス供給方法。
【請求項５】
前記混合溶液は、有機溶媒を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の混合ガス供給方法。
【請求項６】
超音波式ガス濃度計を用いて、前記混合ガス中の前記成膜材料の濃度を計測し、前記計測値を得る、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の混合ガス供給方法。
【請求項７】
前記混合ガスに含まれる水分濃度が、１ｐｐｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の混合ガス供給方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合ガス供給方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスなどにおいて、金属薄膜、金属酸化膜、金属窒化膜は多くの工程で用いられている。例えば、金属窒化膜は、物理的、化学的、電気的及び機械的特性に起因して、多くの用途に幅広く用いられている。シリコン窒化膜（ＳｉＮ）は、トランジスタを形成する際、ゲート絶縁膜やサイドウォールスペーサー等に用いられている。また、チタン窒化膜（ＴｉＮ）、タンタル窒化膜（ＴａＮ）、及び窒化タングステン膜（ＷＮ）は、集積回路の配線のバリア膜などに用いられている。
【０００３】
特に近年では、先端ロジックにおけるＦｉｎ－ＦＥＴ（Fin Field-Effect Transistor）などの３次元トランジスタ構造の微細化や、３Ｄ－ＮＡＮＤの高集積化が一段と進み、集積回路の水平寸法、垂直寸法が縮小し続ける中で、サブｎｍオーダーの膜厚制御、ならびに良好なカバレッジ特性を有する薄膜形成技術が求められている。
【０００４】
一般的に、化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）や原子層体積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）などにより薄膜を形成するためには、金属含有化合物、窒素含有化合物、酸化含有化合物、炭素含有化合物などの成膜材料をガス化させて供給する必要がある。しかしながら、成膜材料は低蒸気圧であることが多いため、気化した後に成膜反応炉に供給する必要がある。
【０００５】
成膜材料を成膜反応炉に供給する方法として、特許文献１や特許文献２には、原料容器内をキャリアガスで通気し、バブリングすることで成膜材料の蒸気（成膜材料ガス）とキャリアガスとの混合ガスを供給する技術が開示されている。バブリング供給の場合、成膜材料の温度、及び原料容器内の圧力を一定に保ち、キャリアガス流量を制御することで、成膜材料ガスとキャリアガスとの混合ガスを安定した濃度で供給できる。
【０００６】
また、非特許文献１には、成膜材料として無水ヒドラジンガスを安全に供給することが可能な「ＢＲＵＴＥＨｙｄｒａｚｉｎｅ」の技術が開示されている。この「ＢＲＵＴＥＨｙｄｒａｚｉｎｅ」は、無水ヒドラジンと溶媒とが混合した混合溶液であり、無水ヒドラジンに対して溶媒の蒸気圧が非常に低いため、無水ヒドラジンガスのみを安定的に供給できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特表２００５－５２２８６９号公報
特開２０１５－１１９０４５号公報
【非特許文献】
【０００８】
D.Alvarez Jr.,et al.,ECS Transactions,77,219,2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、成膜材料の温度、及び原料容器内の圧力を一定に保ち、キャリアガス流量を制御しても、混合ガスの供給直後において成膜材料ガスの濃度が変動し、均一な濃度（設定濃度）とならない課題がある。また、混合ガスの供給中、原料容器内において気化熱に伴う成膜材料の蒸気圧低下（成膜材料温度の低下）が生じ、混合ガス中の成膜材料ガス濃度が減少（変動）するという課題がある。
【００１０】
また、非特許文献１に開示された混合溶液では、上述した課題に加えて、混合溶液を消費するにつれてヒドラジンガスの蒸気圧が減少し、ヒドラジンガスの濃度が低下するという課題がある。近年、半導体の微細化に伴う薄膜化がよりいっそう進む中で、供給中の混合ガス濃度変動は、薄膜の膜質に悪影響を及ぼすため、上述した課題を解決することが重要である。
（【００１１】以降は省略されています）

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