JPH11236666A - 成膜装置、および誘電体膜の製造方法 - Google Patents
成膜装置、および誘電体膜の製造方法Info
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- JPH11236666A JPH11236666A JP10043781A JP4378198A JPH11236666A JP H11236666 A JPH11236666 A JP H11236666A JP 10043781 A JP10043781 A JP 10043781A JP 4378198 A JP4378198 A JP 4378198A JP H11236666 A JPH11236666 A JP H11236666A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 意図する比誘電率を有する誘電体膜を安定し
て成膜することのできる誘電体膜の成膜方法、及びその
ための成膜装置を提供する。 【解決手段】 主として真空装置から構成されるスパッ
タ成膜装置に付設した質量分析器および分光測定装置に
より、スパッタ成膜装置内のＨ2Ｏ分圧を成膜開始前、
および成膜中に測定し、その測定結果をフィードバック
してＨ2Ｏ分圧を調整する。
て成膜することのできる誘電体膜の成膜方法、及びその
ための成膜装置を提供する。 【解決手段】 主として真空装置から構成されるスパッ
タ成膜装置に付設した質量分析器および分光測定装置に
より、スパッタ成膜装置内のＨ2Ｏ分圧を成膜開始前、
および成膜中に測定し、その測定結果をフィードバック
してＨ2Ｏ分圧を調整する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、比誘電率のばらつ
きの少ない誘電体膜を安定して形成することのできる成
膜装置、および誘電体膜の製造方法に関する。
きの少ない誘電体膜を安定して形成することのできる成
膜装置、および誘電体膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体デバイス等に用いられ
る誘電体膜としては、ＳｉＯ2が主として用いられてい
る。しかし、ＳｉＯ2は比誘電率が４と低く、大きな静
電容量を実現するためには広面積を必要とし、半導体デ
バイスの小型化の障害となっていた。近年、ＳｉＯ2に
代わる誘電体膜として、ＳｒＴｉＯ3の使用が検討さ
れ、その実用化が進められている。ＳｒＴｉＯ3は比誘
電率が１００を越え、誘電体膜の半導体デバイスへのモ
ノリシック化、半導体デバイスの小型化を実現すること
が可能となる。なお、これらの誘電体膜は、通常、スパ
ッタリング法等の薄膜形成技法を用いて形成される。
る誘電体膜としては、ＳｉＯ2が主として用いられてい
る。しかし、ＳｉＯ2は比誘電率が４と低く、大きな静
電容量を実現するためには広面積を必要とし、半導体デ
バイスの小型化の障害となっていた。近年、ＳｉＯ2に
代わる誘電体膜として、ＳｒＴｉＯ3の使用が検討さ
れ、その実用化が進められている。ＳｒＴｉＯ3は比誘
電率が１００を越え、誘電体膜の半導体デバイスへのモ
ノリシック化、半導体デバイスの小型化を実現すること
が可能となる。なお、これらの誘電体膜は、通常、スパ
ッタリング法等の薄膜形成技法を用いて形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳｒＴｉＯ
3を半導体デバイスに応用するに際しては、半導体製造
プロセスの都合から、ＳｒＴｉＯ3の成膜温度が３００
℃以下に制約される場合が少なくない。このような場
合、成膜温度が低いためにＳｒＴｉＯ3の結晶化が不完
全なものとなる。この結果、真空容器内に存在するＨ2
Ｏの影響によって、ＳｒＴｉＯ3の比誘電率が変動して
しまい、比誘電率のばらつきの大きいＳｒＴｉＯ3膜し
か成膜することができなかった。
3を半導体デバイスに応用するに際しては、半導体製造
プロセスの都合から、ＳｒＴｉＯ3の成膜温度が３００
℃以下に制約される場合が少なくない。このような場
合、成膜温度が低いためにＳｒＴｉＯ3の結晶化が不完
全なものとなる。この結果、真空容器内に存在するＨ2
Ｏの影響によって、ＳｒＴｉＯ3の比誘電率が変動して
しまい、比誘電率のばらつきの大きいＳｒＴｉＯ3膜し
か成膜することができなかった。
【０００４】従って本発明の目的は、意図する比誘電率
を有する誘電体膜を安定して成膜することのできる誘電
体膜の成膜方法、及びそのための成膜装置を提供するこ
とにある。
を有する誘電体膜を安定して成膜することのできる誘電
体膜の成膜方法、及びそのための成膜装置を提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の誘電体膜の製造方法は、真空容器と、真空
容器内に設けられたターゲット電極と、同じく真空容器
内にターゲット電極と対向して設けられた下地基板と、
ターゲット電極上に載置されるターゲットと、ターゲッ
ト電極に電圧を印加する電源と、真空容器内にスパッタ
リングガスを導入するガス導入系および該ガスを排気す
る排気系と、真空容器内のＨ2Ｏの分圧を検出する検出
手段を備えてなる成膜装置を用いた誘電体膜の製造方法
であって、前記検知手段を用いて真空容器内のＨ2Ｏ分
圧を検出し、真空容器内のＨ2Ｏ分圧を所定の値に保持
することにより、成膜する誘電体膜の比誘電率を調整す
る。
に、本発明の誘電体膜の製造方法は、真空容器と、真空
容器内に設けられたターゲット電極と、同じく真空容器
内にターゲット電極と対向して設けられた下地基板と、
ターゲット電極上に載置されるターゲットと、ターゲッ
ト電極に電圧を印加する電源と、真空容器内にスパッタ
リングガスを導入するガス導入系および該ガスを排気す
る排気系と、真空容器内のＨ2Ｏの分圧を検出する検出
手段を備えてなる成膜装置を用いた誘電体膜の製造方法
であって、前記検知手段を用いて真空容器内のＨ2Ｏ分
圧を検出し、真空容器内のＨ2Ｏ分圧を所定の値に保持
することにより、成膜する誘電体膜の比誘電率を調整す
る。
【０００６】なお、ここで用いられる検知手段として
は、質量分析器あるいは成膜過程において発生するプラ
ズマ光の発光スペクトルを検出する分光測定装置のいず
れか一方または双方の使用が予定されている。
は、質量分析器あるいは成膜過程において発生するプラ
ズマ光の発光スペクトルを検出する分光測定装置のいず
れか一方または双方の使用が予定されている。
【０００７】このように、成膜される誘電体膜の比誘電
率に影響を及ぼす真空容器内のＨ2Ｏ分圧を、上述の検
出手段を用いて検出・確認することができるので、その
分圧を希望する値に一定に保持することが可能となる。
Ｈ2Ｏ分圧を所定の値に保持できるので、成膜される誘
電体膜の比誘電率のばらつきは抑えられ、意図する比誘
電率を有する誘電体膜を安定して成膜する事が可能とな
る。
率に影響を及ぼす真空容器内のＨ2Ｏ分圧を、上述の検
出手段を用いて検出・確認することができるので、その
分圧を希望する値に一定に保持することが可能となる。
Ｈ2Ｏ分圧を所定の値に保持できるので、成膜される誘
電体膜の比誘電率のばらつきは抑えられ、意図する比誘
電率を有する誘電体膜を安定して成膜する事が可能とな
る。
【０００８】なお、前述の分光測定装置は、プラズマに
よって分解および励起されるＨ2ＯのＨ原子およびＯＨ
分子に固有の光波長の強度を検出することにより、真空
容器内のＨ2Ｏ分圧を測定する。
よって分解および励起されるＨ2ＯのＨ原子およびＯＨ
分子に固有の光波長の強度を検出することにより、真空
容器内のＨ2Ｏ分圧を測定する。
【０００９】また、本発明の誘電体膜の製造方法によっ
て成膜される具体的な誘電体膜としては、一般式ＡＢＯ
3（但し、式中のＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂからなる
群より選ばれた少なくとも一種、ＢはＴｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｓｎからなる群より選ばれた少なくとも一種）で表
されるペロブスカイト結晶構造を有する誘電体膜が挙げ
られる。従来この種の誘電体膜の成膜に際しては、真空
容器内のＨ2Ｏの分圧の変化によってその比誘電率が大
きく変化していたため、本発明の製造方法により真空容
器内のＨ2Ｏの分圧を制御することにより、特に大きな
メリットを受ける。
て成膜される具体的な誘電体膜としては、一般式ＡＢＯ
3（但し、式中のＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂからなる
群より選ばれた少なくとも一種、ＢはＴｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｓｎからなる群より選ばれた少なくとも一種）で表
されるペロブスカイト結晶構造を有する誘電体膜が挙げ
られる。従来この種の誘電体膜の成膜に際しては、真空
容器内のＨ2Ｏの分圧の変化によってその比誘電率が大
きく変化していたため、本発明の製造方法により真空容
器内のＨ2Ｏの分圧を制御することにより、特に大きな
メリットを受ける。
【００１０】本発明の誘電体膜の製造方法を実現するた
めには、真空容器と、真空容器内に設けられたターゲッ
ト電極と、同じく真空容器内にターゲット電極と対向し
て設けられた下地基板と、ターゲット電極上に載置され
るターゲットと、ターゲット電極に電圧を印加する電源
と、真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導
入系および該ガスを排気する排気系とを有しており、か
つ、真空容器内のＨ2Ｏの分圧を検出する検出手段を備
えた成膜装置を用いればよい。前述の検出手段を付加す
る基となる成膜装置には、例えば高周波マグネトロンス
パッタリング装置などが用いられる。前述の検出手段と
しては、質量分析器あるいは成膜過程において発生する
プラズマ光の発光スペクトルを検出する分光測定装置の
いずれか一方または双方の使用が予定されている。
めには、真空容器と、真空容器内に設けられたターゲッ
ト電極と、同じく真空容器内にターゲット電極と対向し
て設けられた下地基板と、ターゲット電極上に載置され
るターゲットと、ターゲット電極に電圧を印加する電源
と、真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導
入系および該ガスを排気する排気系とを有しており、か
つ、真空容器内のＨ2Ｏの分圧を検出する検出手段を備
えた成膜装置を用いればよい。前述の検出手段を付加す
る基となる成膜装置には、例えば高周波マグネトロンス
パッタリング装置などが用いられる。前述の検出手段と
しては、質量分析器あるいは成膜過程において発生する
プラズマ光の発光スペクトルを検出する分光測定装置の
いずれか一方または双方の使用が予定されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【００１２】図１は、本実施例の誘電体膜の製造に用い
る成膜装置を表す模式図である。図１において、１は真
空容器、２はスパッタリングガスの導入系、３は排気
系、５は絶縁体４を介して真空容器に取り付けられる陰
極組立体（ターゲット電極）、６は真空容器内を観察す
るためのガラスの覗き窓、７は真空容器内の雰囲気を測
定するための質量分析器を示している。陰極組立体５の
真空容器１内側の表面にはＳｒＴｉＯ3等のターゲット
９が接着固定されており、真空容器１内のターゲット９
と対向する位置には被膜される下地基板１１が配置され
ている。ターゲット９と下地基板１１との間にはシャッ
ター８が取り付けられている。陰極組立体５の真空容器
１外側には、陰極組立体５に電圧を印加するスパッタ電
源１０が接続されている。覗き窓６の外側には真空容器
内のプラズマ光を測定するための発光スペクトル解析装
置（分光測定装置）１８が設けられている。該解析装置
１８は、プラズマ光を受光する受光部１２、光ファイバ
１３、分光器１４、フォトダイオードアレイ１５、コン
トローラ１６、解析システム１７から構成されている。
る成膜装置を表す模式図である。図１において、１は真
空容器、２はスパッタリングガスの導入系、３は排気
系、５は絶縁体４を介して真空容器に取り付けられる陰
極組立体（ターゲット電極）、６は真空容器内を観察す
るためのガラスの覗き窓、７は真空容器内の雰囲気を測
定するための質量分析器を示している。陰極組立体５の
真空容器１内側の表面にはＳｒＴｉＯ3等のターゲット
９が接着固定されており、真空容器１内のターゲット９
と対向する位置には被膜される下地基板１１が配置され
ている。ターゲット９と下地基板１１との間にはシャッ
ター８が取り付けられている。陰極組立体５の真空容器
１外側には、陰極組立体５に電圧を印加するスパッタ電
源１０が接続されている。覗き窓６の外側には真空容器
内のプラズマ光を測定するための発光スペクトル解析装
置（分光測定装置）１８が設けられている。該解析装置
１８は、プラズマ光を受光する受光部１２、光ファイバ
１３、分光器１４、フォトダイオードアレイ１５、コン
トローラ１６、解析システム１７から構成されている。
【００１３】以上で説明した成膜装置を用い、以下のよ
うにして誘電体膜を成膜する。
うにして誘電体膜を成膜する。
【００１４】まず、真空容器１を所定の真空度まで排気
した後に、質量分析器７により真空容器１内のＨ2Ｏ分
圧を測定する。この測定結果に基づき、あらかじめ収集
されたデータ（図２参照）に基づいて、成膜する誘電体
膜が所望の比誘電率となるようにＨ2Ｏ分圧を調整す
る。
した後に、質量分析器７により真空容器１内のＨ2Ｏ分
圧を測定する。この測定結果に基づき、あらかじめ収集
されたデータ（図２参照）に基づいて、成膜する誘電体
膜が所望の比誘電率となるようにＨ2Ｏ分圧を調整す
る。
【００１５】引き続き、スパッタリングガス（Ｏ2及び
Ａｒ）を導入し、これを排気系３によって一定の排気速
度で排気し、真空容器１内のガス圧力を一定に維持す
る。なお、この段階では、シャッタ８は閉じられてお
り、下地基板１１上への成膜は行われない。次に、スパ
ッタ電源１０により陰極組立体１０に所定の電圧を印加
して、真空容器１内にプラズマを発生させ、維持する。
適当な時間の経過後にシャッタ８を開き、下地基板１１
表面上への成膜を開始する。
Ａｒ）を導入し、これを排気系３によって一定の排気速
度で排気し、真空容器１内のガス圧力を一定に維持す
る。なお、この段階では、シャッタ８は閉じられてお
り、下地基板１１上への成膜は行われない。次に、スパ
ッタ電源１０により陰極組立体１０に所定の電圧を印加
して、真空容器１内にプラズマを発生させ、維持する。
適当な時間の経過後にシャッタ８を開き、下地基板１１
表面上への成膜を開始する。
【００１６】ところで、プラズマ中においては、真空容
器１内のＨ2Ｏは解離現象によりＨ原子とＯＨ分子とに
分解・励起される。この分解されたＨ原子及びＯＨ分子
のプラズマ中の励起発光を前述の発光スペクトル解析装
置１８によって測定し、Ｈ原子発光スペクトル強度及び
ＯＨ分子発光スペクトル強度を測定する。この測定結果
に基づき、あらかじめ収集されたデータ（図３、図４参
照）に基づいて、成膜する誘電体膜が所望の比誘電率と
なるようにＨ2Ｏ分圧を調整する。
器１内のＨ2Ｏは解離現象によりＨ原子とＯＨ分子とに
分解・励起される。この分解されたＨ原子及びＯＨ分子
のプラズマ中の励起発光を前述の発光スペクトル解析装
置１８によって測定し、Ｈ原子発光スペクトル強度及び
ＯＨ分子発光スペクトル強度を測定する。この測定結果
に基づき、あらかじめ収集されたデータ（図３、図４参
照）に基づいて、成膜する誘電体膜が所望の比誘電率と
なるようにＨ2Ｏ分圧を調整する。
【００１７】下地基板１１への成膜を開始してから、予
め定めたスパッタリング時間を経過した時点で、シャッ
タ８を閉じて成膜を終了する。
め定めたスパッタリング時間を経過した時点で、シャッ
タ８を閉じて成膜を終了する。
【００１８】以上のような工程を経て誘電体膜を成膜す
ることにより、成膜開始前においては質量分析器７によ
って、成膜中は分光測定装置１８によって、真空容器１
中のＨ2Ｏ分圧を測定することができるので、比誘電率
のばらつきの少ない、ＳｒＴｉＯ3等の誘電体膜を安定
して成膜することができる。
ることにより、成膜開始前においては質量分析器７によ
って、成膜中は分光測定装置１８によって、真空容器１
中のＨ2Ｏ分圧を測定することができるので、比誘電率
のばらつきの少ない、ＳｒＴｉＯ3等の誘電体膜を安定
して成膜することができる。
【００１９】なお、本実施例においては、真空容器中の
Ｈ2Ｏ分圧を検出する手段として、質量分析器および分
光測定装置の双方を併せて使用しているが、どちらか一
方の検出手段のみを用いるようにしても構わない。双方
の検出手段を併用することにより、より微妙な調整を行
うことが可能となる。
Ｈ2Ｏ分圧を検出する手段として、質量分析器および分
光測定装置の双方を併せて使用しているが、どちらか一
方の検出手段のみを用いるようにしても構わない。双方
の検出手段を併用することにより、より微妙な調整を行
うことが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
においては、質量分析器と、プラズマ光の発光スペクト
ルを検出する分光測定装置とを設けて、真空容器内のＨ
2Ｏ分圧を測定することとした。これにより成膜する誘
電体膜の比誘電率に作用する真空容器内のＨ2Ｏ分圧を
成膜前および成膜中に測定する事ができるので、誘電体
膜の比誘電率を意図する値に調整することが可能にな
り、所望する比誘電率を有する誘電体膜を安定して成膜
することが可能になる。
においては、質量分析器と、プラズマ光の発光スペクト
ルを検出する分光測定装置とを設けて、真空容器内のＨ
2Ｏ分圧を測定することとした。これにより成膜する誘
電体膜の比誘電率に作用する真空容器内のＨ2Ｏ分圧を
成膜前および成膜中に測定する事ができるので、誘電体
膜の比誘電率を意図する値に調整することが可能にな
り、所望する比誘電率を有する誘電体膜を安定して成膜
することが可能になる。
【図１】 本発明の実施例で用いる成膜装置を示す模式
図である。
図である。
【図２】 スパッタリングガス導入前の真空容器内のＨ
2Ｏ分圧と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図
である。
2Ｏ分圧と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図
である。
【図３】 スパッタリング成膜中のＨ原子発光スペクト
ル強度と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図で
ある。
ル強度と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図で
ある。
【図４】 スパッタリング成膜中のＯＨ分子発光スペク
トル強度と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図
である。
トル強度と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図
である。
１ ・・・ 真空容器 ２ ・・・ ガス導入系 ３ ・・・ 排気系 ４ ・・・ 絶縁体 ５ ・・・ 陰極組立体（ターゲット電極） ６ ・・・ 覗き窓 ７ ・・・ 質量分析器 ８ ・・・ シャッタ ９ ・・・ ターゲット １０ ・・・ スパッタ電源 １１ ・・・ 下地基板 １２ ・・・ 受光部 １３ ・・・ 光ファイバ １４ ・・・ 分光器 １５ ・・・ フォトダイオードアレイ １６ ・・・ コントローラ １７ ・・・ 解析システム １８ ・・・ 発光スペクトル解析装置（分光測定装
置）
置）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (7)
- 【請求項１】 真空容器と、 真空容器内に設けられたターゲット電極と、 同じく真空容器内にターゲット電極と対向して設けられ
た下地基板と、 ターゲット電極上に載置されるターゲットと、 ターゲット電極に電圧を印加する電源と、 真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導入系
および該ガスを排気する排気系と、を有してなる成膜装
置であって、 真空容器内のＨ2Ｏ分圧を検出する検出手段を備えたこ
とを特徴とする成膜装置。 - 【請求項２】 前記検出手段は、質量分析器あるいは成
膜過程において発生するプラズマ光の発光スペクトルを
検出する分光測定装置のいずれか一方または双方である
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 - 【請求項３】 真空容器と、 真空容器内に設けられたターゲット電極と、 同じく真空容器内にターゲット電極と対向して設けられ
た下地基板と、 ターゲット電極上に載置されるターゲットと、 ターゲット電極に電圧を印加する電源と、 真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導入系
および該ガスを排気する排気系と、 真空容器内のＨ2Ｏの分圧を検出する検出手段を備えて
なる成膜装置を用いた誘電体膜の製造方法であって、 前記検出手段を用いて真空容器内のＨ2Ｏ分圧を検出
し、真空容器内のＨ2Ｏ分圧を所定の値に保持すること
により、成膜する誘電体膜の比誘電率を調整することを
特徴とする誘電体膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記検出手段は、質量分析器あるいは成
膜過程において発生するプラズマ光の発光スペクトルを
検出する分光測定装置のいずれか一方または双方である
ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。 - 【請求項５】 前記プラズマ光の発光スペクトルを検出
する分光測定装置は、プラズマによって分解および励起
されるＨ2ＯのＨ原子およびＯＨ分子に固有の光波長の
強度を検出することが可能な分光測定装置であることを
特徴とする請求項４に記載の誘電体膜の製造方法。 - 【請求項６】 前記誘電体膜は、一般式ＡＢＯ3（但
し、式中のＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂからなる群より
選ばれた少なくとも一種、ＢはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ
からなる群より選ばれた少なくとも一種）で表されるペ
ロブスカイト結晶構造を有する誘電体膜であることを特
徴とする請求項３ないし請求項５に記載の誘電体膜の製
造方法。 - 【請求項７】 前記成膜装置に、高周波マグネトロンス
パッタリング装置を用いたことを特徴とする請求項３な
いし請求項６に記載の誘電体膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10043781A JPH11236666A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 成膜装置、および誘電体膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10043781A JPH11236666A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 成膜装置、および誘電体膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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