JPH0936040A - 成膜方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＶＤ法とスパッタリング法とを同時に行う
ことにより複合元素薄膜の形成における組成制御を良好
に行う。 【構成】 ステージ４に半導体ウエハ３を搭載し、ヒー
タ８によりステージ４を６００℃〜６５０℃程度まで加
熱して真空ポンプ１１を動作させ、有機ガス供給系１３
から有機金属ガスをキャリアガスと伴に導入管１２から
チャンバ２内に供給し、ＣＶＤ法による成膜を行う。一
方、酸素プラズマを発生させる酸素ガスが生成ガス導入
管１０から供給され、高周波発生器７により高周波を印
加し、ＣＶＤ法を行いながらスパッタリング法を行う。
所望の組成比となるように有機金属ガスの流量、チャン
バ内の圧力および高周波電源のパワーを可変させて所定
の組成制御の複合元素薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成膜方法および装置に
関し、特に、複合元素薄膜の形成における組成制御に適
用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者が検討したところによれば、た
とえば、ＤＲＡＭにおけるキャパシタ用の高誘電率体薄
膜の形成は、一般に基板表面に原料となるガスを供給
し、化学反応により膜を形成するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法または放
電プラズマ中のイオンをターゲットに衝突させ、ターゲ
ット原子をはじき出して基板表面に膜を形成するスパッ
タリング法が行われている。

【０００３】なお、ＣＶＤ法およびスパッタリング法に
ついて詳しく述べてある例としては、株式会社プレスジ
ャーナル、平成４年７月２０日発行「月刊セミコンダク
ターワールド」１９９２年８月号、Ｐ１２５〜Ｐ１３８
があり、この文献には、それぞれの方法による強誘電体
薄膜形成技術が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な強誘電体薄膜形成技術では、次のような問題点がある
ことが本発明者により見い出された。

【０００５】すなわち、ＣＶＤ法およびスパッタリング
法では、蒸気圧の高い成分を含む材料がほとんどである
ので、その組成制御が困難であり、特に、ＰｂＴｉＯ
₃(チタン酸鉛）系の場合、膜中のＰｂ成分の欠損が深刻
となっている。

【０００６】本発明の目的は、ＣＶＤ法とスパッタリン
グ法とを同時に行うことにより複合元素薄膜の形成にお
ける組成制御を良好にできる成膜方法および装置を提供
することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０００９】すなわち、本発明の成膜方法は、化学的成
膜方法と物理的成膜方法とを同時に行い、複合元素薄膜
を形成するものである。

【００１０】また、本発明の成膜方法は、前記化学的成
膜方法がＣＶＤ法、前記物理的成膜方法がスパッタリン
グ法により複合元素薄膜を形成するものである。

【００１１】さらに、本発明の成膜方法は、スパッタリ
ング法により生成されるプラズマを酸素混合プラズマと
するものである。

【００１２】また、本発明の成膜方法は、成膜された複
合元素が、比誘電率４以上の高誘電材料よりなるもので
ある。

【００１３】さらに、本発明の成膜装置は、スパッタリ
ング法により成膜を行うスパッタリング手段と、ＣＶＤ
法により成膜を行うＣＶＤ成膜手段とを設け、前記スパ
ッタリング手段とＣＶＤ成膜手段とにより成膜を同時に
行うものである。

【００１４】また、本発明の成膜装置は、前記スパッタ
リング手段に設けられたプラズマ生成を行う電源が、高
周波プラズマを生成させる高周波発生手段よりなるもの
である。

【００１５】

【作用】上記した本発明の成膜方法によれば、蒸気圧の
高い成分の元素を物理的成膜方法であるスパッタリング
法により、その他の元素を化学的成膜方法であるＣＶＤ
法によって同時に成膜させることにより、組成制御が精
密に行われた複合元素薄膜を形成することができる。

【００１６】また、上記した本発明の成膜方法によれ
ば、キャリアガスと同時に酸素を導入し、スパッタリン
グ法により生成されるプラズマを酸素混合プラズマにす
ることにより複合元素薄膜中の酸素不足を補うことがで
き、より良好な組成制御が行われた複合元素薄膜を形成
することができる。

【００１７】さらに、上記した本発明の成膜方法によれ
ば、成膜された複合元素を比誘電率４以上の高誘電材料
とすることによって、良好な強誘電体薄膜を形成するこ
とができる。

【００１８】また、上記した本発明の成膜装置によれ
ば、スパッタリング手段により蒸気圧の高い成分の元素
をターゲットにしてスパッタを行いながら、その他の元
素をＣＶＤ成膜手段によって同時に成膜させることによ
り、組成制御が精密に行われた複合元素薄膜を形成する
ことができる。

【００１９】さらに、上記した本発明の成膜装置によれ
ば、高周波発生手段より高周波プラズマを生成すること
によって、ターゲット材が絶縁物の元素であっても良好
なスパッタを行うことができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施例による成膜装置
の構成説明図である。

【００２２】本実施例において、複合元素により、たと
えば、ＤＲＡＭのキャパシタに用いられる強誘電体薄膜
を形成する成膜装置１は、アルミニウムなどの材質から
なるチャンバ（処理室）２が設けられている。

【００２３】また、このチャンバ２の下方には、半導体
ウエハ（被処理物）３を載置するステージ（載置手段）
４が設けられ、ステージ４の下側には、ステージ４に載
置された半導体ウエハ３を加熱するタンタルヒータなど
のヒータ５が設けられている。

【００２４】さらに、このヒータ５は電源５ａに接続さ
れており、ステージ４に載置されている半導体ウエハ３
を６００℃〜６５０℃程度まで自動的に加熱が行われ
る。

【００２５】また、成膜装置１には、ステージ４に載置
された半導体ウエハ３をスパッタリング法により成膜す
るスパッタリング手段Ｓ１およびＣＶＤ法により成膜す
るＣＶＤ成膜手段Ｃ１が設けられている。

【００２６】さらに、成膜装置１にはチャンバ２内の上
方に電極６が設けられ、この電極６はプラズマを発生さ
せる励起エネルギ源となる、たとえば、１3.５６ＭＨｚ
程度の高周波電源を発生する高周波発生器（高周波発生
手段）７と接続され、電極６と高周波発生器７との間に
はチャンバ２内のインピーダンス変化に合わせて整合を
行うブロッキングコンデンサ８が直列接続されている。

【００２７】そして、これら電極６、高周波発生器７お
よびブロッキングコンデンサ８により、プラズマを発生
させる電源印加手段Ｄ１が構成されている。

【００２８】さらに、電極６の下側には、成膜したい元
素、たとえば、Ｐｂ（鉛）からなるターゲット９が設け
られている。

【００２９】また、成膜装置１は、チャンバ２における
プラズマ生成時に、一種の化学反応を伴わせてスパッタ
を行うための、たとえば、Ｏ₂(酸素）ガスなどの活性ガ
スを導入する生成ガス導入管（活性ガス供給手段）１０
が設けられ、この生成ガス導入管１０は、Ｏ₂ ガスを供
給する図示しないＯ₂ ガス供給手段に接続されている。

【００３０】さらに、成膜装置１には、チャンバ２内を
真空引きするターボ分子ポンプなどの真空ポンプ（真空
引き手段）１１が設けられている。

【００３１】また、成膜装置１は、チャンバ２内に所定
のガスを導入する導入管（反応ガス供給手段）１２が設
けられており、プラズマ反応ガスとなるＡｒ（アルゴ
ン）ガスが供給されている。

【００３２】そして、これら電極６、高周波発生器７、
ブロッキングコンデンサ８、ターゲット９、生成ガス導
入管１０および導入管１２によりスパッタリング手段Ｓ
１が構成されている。

【００３３】次に、成膜装置１には、Ｔｉ（Ｏｉ−Ｃ₃
Ｈ₇)₄ （テトライソプロポキシチタン）などの有機金属
ガスを供給する有機ガス供給系（有機金属ガス供給手
段）１３が設けられ、この有機ガス供給系１３は前述し
た導入管１２に接続されている。

【００３４】この導入管１２から供給されているＡｒガ
スが、Ｔｉ（Ｏｉ−Ｃ₃ Ｈ₇)₄ のキャリアガスとして有
機ガス供給系１３の近傍に設けられた図示しない加熱ヒ
ータにより３０℃程度の温度に加熱されてチャンバ２内
に導入される。

【００３５】また、これら導入管１２および有機ガス供
給系１３によりＣＶＤ成膜手段が構成されている。

【００３６】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３７】まず、ステージ４に半導体ウエハ３を搭載
し、ヒータ８によって半導体ウエハ３を６００℃〜６５
０℃程度まで加熱する。

【００３８】そして、真空ポンプ１１を動作させ、加熱
ヒータによって３０℃程度に加熱された有機ガス供給系
１３から供給される有機金属ガスをキャリアガスである
Ａｒガスと伴に導入管１２を介してチャンバ２内に供給
する。

【００３９】ここで、ＣＶＤ法による成膜において、所
望の組成比となるように条件出しを行い、有機金属ガス
の流量およびチャンバ内の圧力を設定する。

【００４０】次に、生成ガス導入管１０からプラズマ生
成ガスである酸素をチャンバ２内に供給し、高周波発生
器７により１3.５６ＭＨｚ程度の高周波を印加する。

【００４１】ここでも、同様に、ＣＶＤ法を行いながら
スパッタを行い、高周波電源のパワーを可変させて条件
出しを行い、スパッタレートの制御を行う。

【００４２】そして、ＣＶＤ法における有機金属ガスの
流量およびチャンバ内の圧力およびスパッタの高周波電
源のパワーが設定されると、次回からはＣＶＤ法とスパ
ッタリング法を同時に行うことにより、所定の組成制御
が行われた複合元素薄膜を形成することができる。

【００４３】それにより、本実施例においては、有機金
属ガスにより供給できない元素および温度特性上組成比
率の制御が困難な元素をスパッタリング手段Ｓ１によっ
てスパッタリング法により成膜させ、その他の元素をＣ
ＶＤ成膜手段Ｃ１によってＣＶＤ法により成膜させるこ
とにより、組成比率を精密に制御しながら複合元素薄膜
を形成することができる。

【００４４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４５】たとえば、前記実施例では、スパッタリン
グ法におけるターゲットは１元素であったが、スパッタ
リング法に用いるターゲットは１元素だけでなくてもよ
く、複数のターゲットを成膜装置内に設けることによっ
て１度のスパッタリング法により複数の元素における成
膜を行うこともできる。

【００４６】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００４７】（１）本発明によれば、物理的成膜方法お
よび化学的成膜方法によって同時に成膜させることによ
り、複合元素薄膜における組成比の制御を精密に行うこ
とができる。

【００４８】（２）また、本発明では、有機金属ガスを
供給しにくい元素であっても複合元素薄膜を容易に形成
できるようになる。

【００４９】（３）さらに、本発明においては、上記
（１),（２）により、高品質の強誘電体薄膜を容易に成
膜することができ、ＤＲＡＭなどの電気的特性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による成膜装置の構成説明図
である。

【符号の説明】

１ 成膜装置 ２ チャンバ（処理室） ３ 半導体ウエハ（被処理物） ４ ステージ（載置手段） ５ ヒータ ５ａ 電源 ６ 電極 ７ 高周波発生器（高周波発生手段） ８ ブロッキングコンデンサ ９ ターゲット １０ 生成ガス導入管（活性ガス供給手段） １１ 真空ポンプ（真空引き手段） １２ 導入管（反応ガス供給手段） １３ 有機ガス供給系（有機金属ガス供給手段） Ｓ１ スパッタリング手段 Ｃ１ ＣＶＤ成膜手段 Ｄ１ 電源印加手段

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 秀文 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学的成膜方法と物理的成膜方法とを同
   時に行い、被処理物に複合元素薄膜を形成することを特
   徴とする成膜方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の成膜方法において、前記
   化学的成膜方法がＣＶＤ法であり、前記物理的成膜方法
   がスパッタリング法であることを特徴とする成膜方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の成膜方法において、前記
   スパッタリング法により生成されるプラズマが、酸素プ
   ラズマであることを特徴とする成膜方法。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の成膜方法に
   おいて、成膜された前記複合元素が、比誘電率４以上の
   高誘電材料であることを特徴とする成膜方法。
5. 【請求項５】 処理室内を真空引きする真空引き手段が
   設けられた成膜装置であって、前記処理室内に設けられ
   た載置手段に載置された被処理物の成膜をスパッタリン
   グ法により行うスパッタリング手段と、前記被処理物の
   成膜をＣＶＤ法により行うＣＶＤ成膜手段とを設け、前
   記スパッタリング手段と前記ＣＶＤ成膜手段とにより前
   記被処理物の成膜を同時に行うことを特徴とする成膜装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の成膜装置において、前記
   スパッタリング手段が、前記処理室に反応ガスを供給す
   る反応ガス供給手段と、前記処理室に活性ガスを供給す
   る活性ガス供給手段と、成膜の材料であるターゲット
   と、プラズマを発生させる電源印加手段とよりなり、前
   記ＣＶＤ成膜手段が、前記処理室にＣＶＤ成膜用の有機
   金属ガスをキャリアガスと伴に供給する有機金属ガス供
   給手段とよりなることを特徴とする成膜装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の成膜装置において、前記
   電源印加手段により印加される電圧が、高周波プラズマ
   を生成させる高周波発生手段であることを特徴とする成
   膜装置。