特許 7513547 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/316 20060101AFI20240702BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20240702BHJP

【ＦＩ】

H01L21/316 A

H01L21/31 E

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021029111

(22)【出願日】2021-02-25

(65)【公開番号】P2022130124

(43)【公開日】2022-09-06

【審査請求日】2023-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】藤井 幹

(72)【発明者】

【氏名】久保田 浩史

(72)【発明者】

【氏名】相宗 史記

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２２６３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７２６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０５２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１１６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２００４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００３５６００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５７０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１４３０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１物質のガスと第２物質のガスとを用いて基板を処理し、前記第１および第２物質の少なくともいずれかを含む第１ガスを排出する基板処理部と、
前記基板処理部から排出された前記第１ガスを廃棄する廃棄部と、
前記基板処理部から排出された前記第１ガス内の前記第１物質を用いて、前記第２物質を含む第２ガスを生成し、前記第２ガスを前記基板処理部に供給する回収部と、
を備える半導体製造装置。

【請求項2】

前記第１物質は、Ｄ_２またはＨ_２であり（Ｈは水素、Ｄは重水素を表す）、前記第２物質は、Ｄ_２ＯまたはＨ_２Ｏである（Ｏは酸素を表す）、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記回収部は、前記第１物質であるＤ_２またはＨ_２とＯ_２とを反応させて、前記第２物質であるＤ_２ＯまたはＨ_２Ｏを生成する、請求項２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記回収部は、前記第１ガス内の前記第１物質を用いて前記第２物質を生成する生成器と、前記生成器により生成された前記第２物質を含む液体を収容する収容部とを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記回収部は、前記生成器により生成された前記第２物質を気体から液体に変化させる凝縮器をさらに備え、前記凝縮器から排出された前記液体を前記収容部内に収容する、請求項４に記載の半導体製造装置。

【請求項6】

前記回収部は、前記収容部から排出された前記液体を前記第２ガスに変化させる気化器をさらに備え、前記気化器から排出された前記第２ガスを前記基板処理部に供給する、請求項４または５に記載の半導体製造装置。

【請求項7】

前記収容部内の液体の液位を計測する計測部と、
前記基板処理部から排出された前記第１ガスの排出先を、前記廃棄部と前記回収部との間で切り替える切替部と、
前記計測部により計測された前記液位に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、
をさらに備える、請求項４から６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項8】

前記回収部は、前記第１ガスを収容する収容部を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項9】

前記回収部は、前記収容部から排出された前記第１ガス内の前記第１物質を用いて前記第２物質を生成する生成器をさらに備え、前記生成器により生成された前記第２物質を含む前記第２ガスを前記基板処理部に供給する、請求項８に記載の半導体製造装置。

【請求項10】

前記収容部内のガスの圧力を計測する計測部と、
前記基板処理部から排出された前記第１ガスの排出先を、前記廃棄部と前記回収部との間で切り替える切替部と、
前記計測部により計測された前記圧力に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、
をさらに備える、請求項８または９に記載の半導体製造装置。

【請求項11】

前記廃棄部は、前記基板処理部から排出された前記第１ガスを浄化する浄化器を備え、前記浄化器により浄化された前記第１ガスを廃棄する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項12】

前記浄化器は、前記第１ガス内の前記第１物質を前記第２物質に変化させることで、前記第１ガスを浄化する、請求項１１に記載の半導体製造装置。

【請求項13】

前記基板処理部は、前記第１物質のガスと前記第２物質のガスとを用いて、前記基板をアニールする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項14】

第１物質のガスと第２物質のガスとを用いて基板を処理し、前記第１および第２物質の少なくともいずれかを含む第１ガスを排出する基板処理部と、
前記基板処理部から排出された前記第１ガスを廃棄する廃棄部と、
前記基板処理部から排出された前記第１ガスをリサイクル用に回収する回収部と、
を備え、
前記回収部は、前記第１ガス内の前記第１物質を用いて前記第２物質を生成し、生成された前記第２物質を含む第２ガスを前記基板処理部に供給する、半導体製造装置。

【請求項15】

前記回収部は、前記第１ガス、または前記第１ガスから生成された液体を、収容部内に収容する、請求項１４に記載の半導体製造装置。

【請求項16】

前記基板処理部は、前記第１物質のガスと前記第２物質のガスとを用いて、前記基板をアニールする、請求項１４または１５に記載の半導体製造装置。

【請求項17】

第１物質のガスと第２物質のガスとを用いて基板処理部内で基板を処理し、前記第１および第２物質の少なくともいずれかを含む第１ガスを前記基板処理部から排出し、
前記基板処理部から排出された前記第１ガスを廃棄部により廃棄し、
前記基板処理部から排出された前記第１ガス内の前記第１物質を用いて、前記第２物質を含む第２ガスを回収部により生成し、前記第２ガスを前記基板処理部に供給する、
ことを含む半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

反応器（リアクタ）内でガスを用いて基板を処理する場合、反応器で消費されていないガスを含む排出ガスが反応器から排出される場合がある。このような排出ガスを廃棄すると、反応器で消費されていないガスが無駄に廃棄されてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０２０－５０５２１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

反応器などの基板処理部の排出ガスを無駄に廃棄することを抑制可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第１物質のガスと第２物質のガスとを用いて基板を処理し、前記第１および第２物質の少なくともいずれかを含む第１ガスを排出する基板処理部を備える。前記装置はさらに、前記基板処理部から排出された前記第１ガスを廃棄する廃棄部を備える。前記装置はさらに、前記基板処理部から排出された前記第１ガス内の前記第１物質を用いて、前記第２物質を含む第２ガスを生成し、前記第２ガスを前記基板処理部に供給する回収部を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【図2】第１実施形態のＤ_２Ｏ生成器の構成例を模式的に示す断面図である。

【図3】第１実施形態の反応器の動作例を示すフローチャートである。

【図4】第１実施形態の基板の例を示す断面図(1/2)である。

【図5】第１実施形態の基板の例を示す断面図(2/2)である。

【図6】第２実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図６において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【0009】

図１の半導体製造装置は、反応器１１と、ポンプ１２と、浄化器（スクラバ）１３と、Ｄ_２Ｏ生成器１４と、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５と、Ｄ_２Ｏタンク１６と、Ｄ_２Ｏ気化器１７と、液位計２１と、バルブ２２と、制御部２３とを備えている（Ｄは重水素を表し、Ｏは酸素を表す）。反応器１１は基板処理部の例であり、Ｄ_２Ｏタンク１６は収容部の例である。さらに、液位計２１は計測部の例であり、バルブ２２は切替部の例である。図１の半導体製造装置はさらに、Ｄ_２供給部１と、Ｄ_２Ｏ供給部２と、Ｏ_２供給部３と、Ｄ_２供給部４とを備えている。

【0010】

図１の半導体製造装置はさらに、廃棄系の流路Ｐ１と、回収系の流路Ｐ２とを備えている。浄化器１３は、流路Ｐ１上に設けられており、本実施形態の半導体製造装置の廃棄系を構成している。Ｄ_２Ｏ生成器１４、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５、Ｄ_２Ｏタンク１６、およびＤ_２Ｏ気化器１７は、流路Ｐ２上に設けられており、本実施形態の半導体製造装置の回収系を構成している。流路Ｐ１および浄化器１３は、廃棄部の例である。一方、流路Ｐ２、Ｄ_２Ｏ生成器１４、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５、Ｄ_２Ｏタンク１６、およびＤ_２Ｏ気化器１７は、回収部の例である。流路Ｐ１は、バルブ２２から延びている。流路Ｐ２は、バルブ２２から反応器１１へと延びている。

【0011】

反応器１１は、処理対象の基板（ウェハ）Ｗを収容し、収容した基板Ｗをガスを用いて処理する。本実施形態の反応器１１は、Ｄ_２ガス（重水素ガス）とＤ_２Ｏガス（重水ガス）とを用いて基板Ｗを処理する。その結果、基板Ｗ内の物質が、Ｄ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスと化学反応を起こす。この化学反応により生じたガスや、基板Ｗ内の物質と化学反応を起こさなかったＤ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスは、反応器１１から排出ガスとして排出される。図１は、この排出ガスを「ガスＧ１」として示している。本実施形態の反応器１１は、Ｄ_２ガスとＤ_２Ｏガスとを用いて基板Ｗをアニールするアニール炉である。Ｄ_２は第１物質の例であり、Ｄ_２Ｏは第２物質の例である。また、ガスＧ１は第１ガスの例である。

【0012】

反応器１１は例えば、Ｄ_２供給部１からＤ_２ガスを導入し、Ｄ_２Ｏ供給部２からＤ_２Ｏガスを導入し、これらのＤ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスを用いて基板Ｗを処理する。なお、Ｄ_２供給部１以外から導入されるＤ_２ガスや、Ｄ_２Ｏ供給部２以外から導入されるＤ_２Ｏガスについては、後述する。

【0013】

ポンプ１２は、反応器１１から排出されたガスＧ１を、バルブ２２を介して、流路Ｐ１または流路Ｐ２に送気する。バルブ２２は例えば三方弁であり、バルブ２２と流路Ｐ１、Ｐ２のいずれかとを連通させることができる。よって、バルブ２２は、ガスＧ１の排出先を、流路Ｐ１と流路Ｐ２との間で切り替えることができる。

【0014】

浄化器１３は、バルブ２２から流入したガスＧ１を浄化する。本実施形態の浄化器１３は、ガスＧ１を他のガスにより希釈した後、ガスＧ１内のＤ_２ガスを燃焼によりＤ_２Ｏガスに変化させることで、ガスＧ１を浄化する。これにより、廃棄後のガスＧ１が燃焼することを防ぐことが可能となる。希釈用のガスは、例えばＮ_２ガス（窒素ガス）またはＨ_２Ｏガス（水ガス（水蒸気））である。浄化器１３により浄化されたガスＧ１は、浄化器１３からドレンとして排出される。このようにして、ガスＧ１が廃棄される。

【0015】

Ｄ_２Ｏ生成器１４は、バルブ２２から流入したガスＧ１内のＤ_２ガスを、Ｏ_２供給部３から導入されたＯ_２ガス（酸素ガス）と反応させる。その結果、Ｄ_２ガスおよびＯ_２ガスからＤ_２Ｏガスが生成される。Ｄ_２Ｏ生成器１４は、Ｄ_２ガスをＯ_２ガスにより燃焼させてＤ_２Ｏガスを生成してもよいし、Ｄ_２ガスとＯ_２ガスとの触媒反応によりＤ_２Ｏガスを生成してもよい。

【0016】

Ｄ_２Ｏ凝縮器１５は、Ｄ_２Ｏ生成器１４から排出されたＤ_２Ｏガスを凝縮させる、すなわち、Ｄ_２Ｏを気体（ガス）から液体に変化させる。これにより、純度の高いＤ_２Ｏ液体を生成することが可能となる。

【0017】

Ｄ_２Ｏタンク１６は、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５から排出されたＤ_２Ｏ液体を収容する。このようにして、ガスＧ１がＤ_２Ｏ液体の形でＤ_２Ｏタンク１６内にリサイクル用に回収される。後述するように、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体は、反応器１１内でＤ_２Ｏガスとして再利用される。なお、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体は、このような形でリサイクルされる代わりに、Ｄ_２ガスを生成するための原材料として使用されることでリサイクルされてもよい。本実施形態のＤ_２Ｏタンク１６は、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体の液位を計測する液位計２１を備えている。これにより、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体の量を、液位を通じて計測することができる。

【0018】

なお、Ｄ_２Ｏタンク１６は、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５から排出されたＤ_２Ｏ液体を収容することでＤ_２Ｏを回収する代わりに、Ｄ_２Ｏ生成器１４から排出されたＤ_２Ｏガスを、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体内に混入させることで、Ｄ_２Ｏを回収してもよい。

【0019】

Ｄ_２Ｏ気化器１７は、Ｄ_２Ｏタンク１６から排出されたＤ_２Ｏ液体を気化させる、すなわち、Ｄ_２Ｏを液体から気体に変化させる。これにより、純度の高いＤ_２Ｏガスを生成することが可能となる。Ｄ_２Ｏ気化器１７にはさらに、Ｄ_２供給部４からＤ_２Ｏタンク１６に導入されたＤ_２ガスも流入する。本実施形態のＤ_２Ｏ気化器１７は、これらのＤ_２ＯガスおよびＤ_２ガスを含む「ガスＧ２」を排出する。Ｄ_２ガスは、Ｄ_２Ｏガスを送気するキャリアとして使用される。ガスＧ２は、流路Ｐ２を介して反応器１１へと供給され、反応器１１内でＤ_２ＯガスおよびＤ_２ガスとして用いられる。ガスＧ２は第２ガスの例である。

【0020】

制御部２３は、図１の半導体製造装置の種々の動作を制御する。本実施形態の制御部２３は、Ｄ_２Ｏタンク１６内の液位の計測データを液位計２１から受信し、受信した計測データに基づいてバルブ２２を制御する。例えば、Ｄ_２Ｏタンク１６内の液位が閾値よりも高い場合には、Ｄ_２Ｏタンク１６内に十分な量のＤ_２Ｏ液体が収容されているため、バルブ２２を流路Ｐ１と連通させて、ガスＧ１を廃棄してもよい。一方、Ｄ_２Ｏタンク１６内の液位が閾値よりも低い場合には、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体が不足しているため、バルブ２２を流路Ｐ２と連通させて、ガスＧ１を回収してもよい。制御部２３のさらなる詳細については、後述する。

【0021】

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、反応器１１から排出されたガスＧ１をリサイクル用に回収することができる。よって、本実施形態によれば、ガスＧ１内のＤ_２ガスが無駄に廃棄されることを抑制することが可能となる。これにより、Ｄ_２ガスの使用量を低減することが可能となり、半導体製造装置のランニングコストを低減することが可能となる。一般にＤ_２ガスは高価であるため、本実施形態によれば半導体製造装置のランニングコストを大幅に低減することが可能となる。

【0022】

また、本実施形態の半導体製造装置は、Ｄ_２Ｏタンク１６の後段にＤ_２Ｏ気化器１７を備えており、Ｄ_２Ｏタンク１６内に溜まったＤ_２Ｏ液体をＤ_２Ｏ気化器１７を介して反応器１１に自動的に供給している。仮にＤ_２Ｏタンク１６の後段にＤ_２Ｏ気化器１７が存在しないと、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体が頻繁に満杯になり、その度ごとにＤ_２Ｏタンク１６を交換する必要が生じる。本実施形態によれば、Ｄ_２Ｏタンク１６内に溜まったＤ_２Ｏ液体をＤ_２Ｏ気化器１７が使用することで、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体が満杯になりにくくなり、Ｄ_２Ｏタンク１６の交換頻度を低減することが可能となる。

【0023】

本実施形態の反応器１１は、Ｄ_２ガスとＤ_２Ｏガスとを用いて基板Ｗをアニールするアニール炉である。基板Ｗをアニールする際には、これらのガスがほとんど消費されないことが多く、その場合には、これらのガスが大量に無駄になるおそれがある。さらには、基板Ｗのアニールは長時間にわたって行われることが多いため、このことも、これらのガスの使用量を増大させる。本実施形態によれば、このようなアニール炉のランニングコストを大幅に低減することが可能となる。アニール炉が排出ガスを排出する機構は、一般に単純であることが多いため、反応器１１がアニール炉の場合には、反応器１１の後段に回収系を設置しやすい場合が多い。なお、本実施形態の回収系は、アニール炉以外の反応器１１に適用してもよいし、基板Ｗを処理するための反応器１１以外の機器に適用してもよい。

【0024】

本実施形態の反応器１１は、Ｄ_２ガスおよびＤ_２Ｏガス以外のガスを用いて基板Ｗを処理してもよい。例えば、本実施形態の反応器１１は、Ｈ_２ガス（水素ガス）とＨ_２Ｏガスとを用いて基板Ｗを処理してもよい。この場合、浄化器１３は、Ｈ_２を燃焼させ、Ｄ_２Ｏ生成器１４、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５、Ｄ_２Ｏタンク１６、およびＤ_２Ｏ気化器１７は、Ｈ_２およびＨ_２Ｏを処理することとなる。

【0025】

本実施形態の半導体製造装置は、Ｄ_２供給部１、４の両方を備える代わりに、Ｄ_２供給部１、４の一方のみを備えていてもよい。例えば、反応器１１が使用するＤ_２ガスを、Ｄ_２供給部４のみで十分に供給できる場合には、Ｄ_２供給部１は設けなくてもよい。また、反応器１１が使用するＤ_２Ｏガスを、Ｄ_２Ｏタンク１６のみで十分に供給できる場合には、Ｄ_２Ｏ供給部２は設けなくてもよい。

【0026】

また、本実施形態の半導体製造装置は、Ｄ_２Ｏ生成器１４、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５、Ｄ_２Ｏタンク１６、およびＤ_２Ｏ気化器１７をすべて備える形で製造者から購入者に販売されてもよいし、Ｄ_２Ｏ生成器１４、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５、Ｄ_２Ｏタンク１６、およびＤ_２Ｏ気化器１７の少なくともいずれかを備えない形で製造者から購入者に販売されてもよい。例えば、Ｄ_２Ｏタンク１６は、半導体製造装置のオプション品として製造者から購入者に販売されてもよいし、購入者が自分で用意してもよい。これは、Ｄ_２Ｏ生成器１４、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５、およびＤ_２Ｏ気化器１７についても同様である。

【0027】

図２は、第１実施形態のＤ_２Ｏ生成器１４の構成例を模式的に示す断面図である。

【0028】

図２に示すＤ_２Ｏ生成器１４は、反応炉１４ａと、反応炉１４ａ内のＰｔ（白金）触媒１４ｂとを備えている。反応炉１４ａ内では、バルブ２２から流入したガスＧ１内のＤ_２ガスと、Ｏ_２供給部３から導入されたＯ_２ガスが、矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３で示す態様で反応する。矢印Ａ１～Ａ３は、Ｐｔ触媒１４ｂによるＤ_２ガスとＯ_２ガスとの触媒反応の流れを示している。反応炉１４ａは、この触媒反応により生成されたＤ_２Ｏガスを、Ｄ_２Ｏ凝縮器１５に排出する。

【0029】

図３は、第１実施形態の反応器１１の動作例を示すフローチャートである。

【0030】

まず、反応器１１内に基板Ｗを搬入した後、反応器１１内のＨ_２パージを行う（ステップＳ１）。次に、反応器１１内に供給するガスを、Ｈ_２ガスからＤ_２ガスに切り替える（ステップＳ２）。次に、反応器１１内を昇温し（ステップＳ３）、反応器１１内にＯ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスを供給する（ステップＳ４）。その結果、基板Ｗがアニールされ、基板Ｗ内の物質がＤ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスにより酸化される（ステップＳ５）。次に、反応器１１内へのＯ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスの供給を停止し（ステップＳ６）、反応器１１内を降温する（ステップＳ７）。次に、反応器１１内に供給するガスを、Ｄ_２ガスからＨ_２ガスに切り替える（ステップＳ８）。次に、反応器１１内のＨ_２パージを行った後、反応器１１から基板Ｗを搬出する（ステップＳ９）。

【0031】

図３では、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ８、Ｓ９にて反応器１１から排出されたガスＧ１が廃棄され、ステップＳ３～Ｓ７にて反応器１１から排出されたガスＧ１が回収される。具体的には、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ８、Ｓ９が行われる際にはバルブ２２が流路Ｐ１と連通され、ステップＳ３～Ｓ７が行われる際にはバルブ２２が流路Ｐ２と連通される。この際、バルブ２２の開閉は制御部２３により制御される。

【0032】

ステップＳ３～Ｓ７において、ガスＧ１は、Ｄ_２ガスを含むがＤ_２Ｏガスを含まない場合と、Ｄ_２ガスおよびＤ_２Ｏガスを含む場合がある。後者の場合、ガスＧ１内のＤ_２ガスは、Ｄ_２Ｏ生成器１４内でＤ_２Ｏガスに変化し、ガスＧ１内のＤ_２Ｏガスは、Ｄ_２Ｏ生成器１４を通過する。これらのＤ_２Ｏガスは、共にＤ_２Ｏ凝縮器１５内に凝縮される。

【0033】

ステップＳ３～Ｓ７において、制御部２３は、バルブ２２を流路Ｐ２と連通させ続けてもよいし、バルブ２２の連通先を流路Ｐ１、Ｐ２の間で切り替えてもよい。例えば、Ｄ_２Ｏタンク１６内の液位が閾値よりも高い場合には、Ｄ_２Ｏタンク１６内に十分な量のＤ_２Ｏ液体が収容されているため、バルブ２２を流路Ｐ１と連通させて、ガスＧ１を廃棄してもよい。一方、Ｄ_２Ｏタンク１６内の液位が閾値よりも低い場合には、Ｄ_２Ｏタンク１６内のＤ_２Ｏ液体が不足しているため、バルブ２２を流路Ｐ２と連通させて、ガスＧ１を回収してもよい。

【0034】

図４および図５は、第１実施形態の基板Ｗの例を示す断面図である。

【0035】

図４は、反応器１１内の基板ＷがＤ_２ガスとＤ_２Ｏガスとを用いて処理されている様子を示している。図４に示す基板Ｗは例えば、半導体装置として３次元メモリを製造するために使用される。図４は、互いに垂直なＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示している。この明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。

【0036】

図４に示す基板Ｗは、半導体基板３１と、絶縁膜３２と、ソース層３３と、絶縁膜３４と、ゲート層３５と、絶縁膜３６と、積層膜３７と、柱状部３８とを備えている。半導体基板３１は、例えばＳｉ（シリコン）基板である。絶縁膜３２、ソース層３３、絶縁膜３４、ゲート層３５、絶縁膜３６、および積層膜３７は、半導体基板３１上に順に設けられている。柱状部３８は、ソース層３３、絶縁膜３４、ゲート層３５、絶縁膜３６、および積層膜３７内に設けられている。

【0037】

ソース層３３は、絶縁膜３２上に順に設けられた金属層４１、下部半導体層４２、中間半導体層４３、および上部半導体層４４を含んでいる。積層膜３７は、絶縁膜３６上に交互に設けられた複数の犠牲層４５および複数の絶縁層４６を含んでいる。柱状部３８は、ソース層３３、絶縁膜３４、ゲート層３５、絶縁膜３６、および積層膜３７内に順に設けられたブロック絶縁膜５１、電荷蓄積層５２、トンネル絶縁膜５３、チャネル半導体層５４、およびコア絶縁膜５５を含んでいる。チャネル半導体層５４は、図４に示すように中間半導体層４３に接している。

【0038】

図４に示す基板Ｗはさらに、ソース層３３、絶縁膜３４、ゲート層３５、絶縁膜３６、および積層膜３７内にスリットＳＴを備えている。Ｄ_２ガスは、スリットＳＴや積層膜３７を介して柱状部３８内に入り込む。その結果、柱状部３８内にＤ原子が導入される。一方、Ｄ_２Ｏガスは、中間半導体層４３、上部半導体層４４、ゲート層３５などの表面を酸化する。その結果、これらの表面に酸化膜が形成される。なお、Ｄ_２Ｏガスは、これらの表面を酸化すると共に、またはこれらの表面を酸化する代わりに、Ｄ_２ガスと同様に柱状部３８内に入り込んでもよい。

【0039】

図５は、Ｄ_２ガスとＤ_２Ｏガスとを用いて処理された後の基板Ｗを示している。図５は、中間半導体層４３、上部半導体層４４、ゲート層３５内に酸化により形成された酸化膜４３ａ、４４ａ、３５ａを示している。本実施形態では、その後に基板Ｗが反応器１１から搬出され、犠牲層４５がブロック絶縁膜４７および電極層４８にリプレイスされ、スリットＳＴが絶縁膜３９で埋め込まれる（図５）。このようにして、基板Ｗから半導体装置が製造される。

【0040】

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、反応器１１から排出されたガスＧ１をリサイクル用に回収する回収系を備えている。よって、本実施形態によれば、反応器１１から排出されたガスＧ１が無駄に廃棄されることを抑制することが可能となる。

【0041】

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【0042】

図６の半導体製造装置は、図１の半導体製造装置のＤ_２Ｏ凝縮器１５、Ｄ_２Ｏタンク１６、Ｄ_２Ｏ気化器１７、液位計２１、およびＤ_２供給部４を、ガスボンベ１８、圧力計２４、およびＤ_２供給部５に置き換えた構成を有している。ガスボンベ１８は収容部の例であり、圧力計２４は計測部の例である。また、流路Ｐ２、ガスボンベ１８、およびＤ_２Ｏ生成器１４は、回収部の例である。

【0043】

ガスボンベ１８は、バルブ２２から流入したガスＧ１を収容する。このようにして、ガスＧ１がガスボンベ１８内にリサイクル用に回収される。後述するように、ガスボンベ１８内のガスＧ１は、反応器１１内でＤ_２Ｏガスとして再利用される。なお、ガスボンベ１８内のガスＧ１は、このような形でリサイクルされる代わりに、Ｄ_２ガスを生成するための原材料として使用されることでリサイクルされてもよい。ガスボンベ１８はさらに、ガスボンベ１８内のガスが不足している場合などに、Ｄ_２供給部５からＤ_２ガスを導入することができる。本実施形態のガスボンベ１８は、ガスボンベ１８内のガスの圧力を計測する圧力計２４を備えている。これにより、ガスボンベ１８内のガスの量を、圧力を通じて計測することができる。

【0044】

本実施形態のＤ_２Ｏ生成器１４は、ガスボンベ１８から排出されたガス内のＤ_２ガスを、Ｏ_２供給部３から導入されたＯ_２ガスと反応させる。その結果、Ｄ_２ガスおよびＯ_２ガスからＤ_２Ｏガスが生成される。本実施形態のＤ_２Ｏ生成器１４は、Ｄ_２ガスをＯ_２ガスにより燃焼させてＤ_２Ｏガスを生成してもよいし、図２に示すようにＤ_２ガスとＯ_２ガスとの触媒反応によりＤ_２Ｏガスを生成してもよい。

【0045】

ガスボンベ１８から排出されたガスは、ガスＧ１に由来するＤ_２ガスを含んでいてもよいし、Ｄ_２供給部４に由来するＤ_２ガスを含んでいてもよい。これらのＤ_２ガスは、Ｄ_２Ｏ生成器１４内でＤ_２Ｏガスに変化する。また、ガスボンベ１８から排出されたガスは、ガスＧ１に由来するＤ_２Ｏガスを含んでいてもよい。本実施形態のＤ_２Ｏ生成器１４は、これらのＤ_２Ｏガスを含む「ガスＧ２」を排出する。このガスＧ２は、流路Ｐ２を介して反応器１１へと供給され、反応器１１内でＤ_２Ｏガスとして用いられる。

【0046】

制御部２３は、図６の半導体製造装置の種々の動作を制御する。本実施形態の制御部２３は、ガスボンベ１８内の圧力の計測データを圧力計２４から受信し、受信した計測データに基づいてバルブ２２を制御する。例えば、ガスボンベ１８内の圧力が閾値よりも高い場合には、ガスボンベ１８内に十分な量のガスが収容されているため、バルブ２２を流路Ｐ１と連通させて、ガスＧ１を廃棄してもよい。一方、ガスボンベ１８内の圧力が閾値よりも低い場合には、ガスボンベ１８内のガスが不足しているため、バルブ２２を流路Ｐ２と連通させて、ガスＧ１を回収してもよい。

【0047】

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、反応器１１から排出されたガスＧ１をリサイクル用に回収することができる。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ガスＧ１内のＤ_２ガスが無駄に廃棄されることを抑制することが可能となる。
また、本実施形態の半導体製造装置は、ガスボンベ１８の後段にＤ_２Ｏ生成器１４を備えており、ガスボンベ１８内に溜まったガスをＤ_２Ｏ生成器１４を介して反応器１１に自動的に供給している。仮にガスボンベ１８の後段にＤ_２Ｏ生成器１４が存在しないと、ガスボンベ１８内のガスが頻繁に高圧になり、その度ごとにガスボンベ１８を交換する必要が生じる。本実施形態によれば、ガスボンベ１８内に溜まったガスをＤ_２Ｏ生成器１４が使用することで、ガスボンベ１８内のガスが高圧になりにくくなり、ガスボンベ１８の交換頻度を低減することが可能となる。

【0048】

本実施形態の反応器１１は、Ｄ_２ガスおよびＤ_２Ｏガス以外のガスを用いて基板Ｗを処理してもよい。例えば、本実施形態の反応器１１は、Ｈ_２ガスとＨ_２Ｏガスとを用いて基板Ｗを処理してもよい。この場合、浄化器１３は、Ｈ_２を燃焼させ、ガスボンベ１８およびＤ_２Ｏ生成器１４は、Ｈ_２およびＨ_２Ｏを処理することとなる。

【0049】

本実施形態の半導体製造装置は、Ｄ_２供給部１、５の両方を備える代わりに、Ｄ_２供給部１、５の一方のみを備えていてもよい。例えば、反応器１１が使用するＤ_２ガスを、Ｄ_２供給部５のみで十分に供給できる場合には、Ｄ_２供給部１は設けなくてもよい。また、反応器１１が使用するＤ_２Ｏガスを、ガスボンベ１８およびＤ_２Ｏ生成器１４のみで十分に供給できる場合には、Ｄ_２Ｏ供給部２は設けなくてもよい。

【0050】

また、本実施形態の半導体製造装置は、ガスボンベ１８およびＤ_２Ｏ生成器１４の両方を備える形で製造者から購入者に販売されてもよいし、ガスボンベ１８およびＤ_２Ｏ生成器１４の少なくとも一方を備えない形で製造者から購入者に販売されてもよい。例えば、ガスボンベ１８は、半導体製造装置のオプション品として製造者から購入者に販売されてもよいし、購入者が自分で用意してもよい。これは、Ｄ_２Ｏ生成器１４についても同様である。

【0051】

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、反応器１１から排出されたガスＧ１をリサイクル用に回収する回収系を備えている。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、反応器１１から排出されたガスＧ１が無駄に廃棄されることを抑制することが可能となる。

【0052】

なお、本実施形態の回収系には例えば、第１実施形態の回収系に比べて、構成がシンプルであるという利点がある。一方、第１実施形態の回収系には例えば、本実施形態の回収系に比べて、純度の高いＤ_２Ｏガスを生成できるという利点がある。なお、第１実施形態で説明した図３、図４、および図５の内容は、本実施形態にも適用可能である。

【0053】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0054】

１：Ｄ_２供給部、２：Ｄ_２Ｏ供給部、３：Ｏ_２供給部、
４：Ｄ_２供給部、５：Ｄ_２供給部、
１１：反応器、１２：ポンプ、１３：浄化器、１４：Ｄ_２Ｏ生成器、
１４ａ：反応炉、１４ｂ：Ｐｔ触媒、１５：Ｄ_２Ｏ凝縮器、
１６：Ｄ_２Ｏタンク、１７：Ｄ_２Ｏ気化器、１８：ガスボンベ、
２１：液位計、２２：バルブ、２３：制御部、２４：圧力計、
３１：半導体基板、３２：絶縁膜、３３：ソース層、
３４：絶縁膜、３５：ゲート層、３５ａ：酸化膜、
３６：絶縁膜、３７：積層膜、３８：柱状部、３９：絶縁膜、
４１：金属層、４２：下部半導体層、４３：中間半導体層、４３ａ：酸化膜、
４４：上部半導体層、４４ａ：酸化膜、４５：犠牲層、
４６：絶縁層、４７：ブロック絶縁膜、４８：電極層、
５１：ブロック絶縁膜、５２：電荷蓄積層、５３：トンネル絶縁膜、
５４：チャネル半導体層、５５：コア絶縁膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】