JPH11236675A

JPH11236675A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH11236675A
Application number: JP4149298A
Authority: JP
Inventors: Takako Motai; 貴子もたい; Masahiro Kiyotoshi; 正弘清利; Kazuhiro Eguchi; 和弘江口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＳＴ等の高誘電体薄膜の形成に用いるＣＶ
Ｄ装置で、薄膜形成基板以外で原料ガスが分解、凝縮、
附着し、材料効率を下げ、ダスト発生源となる。【解決手段】抵抗加熱ヒーターと共に高周波加熱ヒー
ターを有するＣＶＤ装置。薄膜形成基板のみを高周波で
加熱することにより、選択的に高温にして薄膜を形成す
る。他の部分は抵抗加熱ヒーターで低温に予備加熱する
のみとすることで、周辺部への附着を防止し、ダスト発
生等を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成装置およ
び薄膜形成方法に関するものであり、特に高誘電率材
料、強誘電体材料を絶縁膜として用いるキャパシタ絶縁
薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ(Dynamic Random Access Memory；以下ＤＲＡＭと
略記する) に代表される半導体集積回路は、その用途の
多様化、使用機器の高機能化に伴って、近年ますます高
集積化・超微細化が進んでいる。それに伴い素子製造に
用いるデザインルールは急速にその最少寸法を縮小する
ことを要求され続けている。しかしながら、例えばＤＲ
ＡＭセルに用いられるキャパシタでは、その目的からキ
ャパシタ容量は一定以上の値を維持することを求められ
る。このために、半導体素子の素子構造を立体化するこ
とにより同一単位面積でより多くの実効面積を確保し、
また、例えばキャパシタ絶縁膜を極薄膜とし、または、
キャパシタ絶縁膜に高誘電体薄膜を用いることにより同
一実効面積でより多くのキャパシタ容量を確保する要請
が高まっている。

【０００３】このような状況で、成膜技術としては化学
的気相成長(Chemical Vapour Deposition；以下CVD
と略記する。) 法の重要性が増している。すなわち一般
にCVD 法は組成の精密制御性、プロセスの再現性に優
れ、また反応律速条件下で成膜を行うことで優れた段差
被覆性が得られる特長がある。これらの特長からＣＶＤ
法は、立体的に素子を形成する場合、絶縁膜や電極等を
薄く、また、均一性良く形成し、良好な信頼性を確保す
る上で有利である。中でも優れた段差被覆性を確保する
ことは、高集積化・超微細化には特に重要で、他の成膜
技術、例えばスパッタ法などでは実現不可能であり、Ｃ
ＶＤ法を採用する大きな動機となっている。

【０００４】ＣＶＤ法において、良好な段差被覆性を確
保するためには反応律速条件での成膜が必須である。ま
た、反応律速条件下で成膜を行う場合には、成膜速度や
膜特性が成膜温度に強く依存することが知られており、
このため、このような目的には、均一な温度分布が比較
的容易に得られるホットウォール型のCVD 装置が最も適
している。またホットウォール型のCVD 装置は量産性や
装置の維持・管理の点でも優れており、ホットウォール
型のCVD 装置は今や成膜装置として主流となっている。

【０００５】一方、これまでにない優れた機能を持つ新
規材料を用いて、半導体集積回路の高集積化・超微細化
を進める動きがある。例えばＤＲＡＭではキャパシタ面
積が縮小しても十分なキャパシタ容量が確保できるよう
に、キャパシタ絶縁膜材料に従来の酸化シリコン/ 窒化
シリコン積層膜より誘電率の高い高誘電率材料を用いる
ことが検討されている。高誘電率材料としては、チタン
酸ストロンチウム( ＳｒＴｉＯ₃；以下ＳＴＯと略記す
る）チタン酸ストロンチウムバリウム（Ｂａ_xＳｒ_1-xＴ
ｉＯ₃（０＜ｘ＜１；以下ＢＳＴと略記する）などが挙
げられる。また強誘電性を示すチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰｂＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃（０＜ｘ＜１；以下ＰＺＴと略
記する）やストロンチウムビスマスタンタル酸化物（Ｓ
ｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉：以下ＳＢＴと略記する）などの機能
性材料薄膜の開発も進んでいて、ＦｅＲＡＭ(Ferroelec
tronic Random Access read write Memory) 等の
全く新しい機能をもったデバイスが提案されている。こ
れら新規材料の成膜技術としても上述の点からホットウ
ォール型のCVD 装置を用いることが望ましい。

【０００６】以下に、高誘電率材料薄膜の形成に用いる
従来のホットウォール型のＣＶＤ装置（薄膜形成装置）
およびＣＶＤ方法( 薄膜形成方法) について説明する。図４は、従来のホットウォール型ＣＶＤ装置の要部断面
図である。

【０００７】図４で１４１は下部が開放された石英製の
ベルジャー型反応容器であり、その下部にはオーリング
１４３を介してステンレス製のマニホールド１４２が接
続されている。反応容器141 内部のマニホールド142 上
には反応容器１４１側壁面とほぼ平行にガスの整流と均
熱向上のために石英製内管１４４が取り付けられてい
る。マニホールド１４２下部はオーリング１４５を介し
てステンレス製キャップ１４６が反応容器１４１に下か
ら蓋をするように接続されており、これら反応容器１４
１、マニホールド１４２、ステンレス製キャップ１４６
によって反応容器１４１内は気密が保たれている。ま
た、ステンレス製キャップ１４６の下部には上下駆動機
構１７０が接続され、これによりステンレス製キャップ
１４６が支持され、また、上下に移動可能とされてい
る。

【０００８】ステンレス製キャップ１４６の中央には図
示しないシール材を介してステンレス製キャップ１４６
を貫通した回転機構１４７が取り付けられており、この
回転機構１４７上部の反応容器１４１内には、石英製の
保温筒１４８、石英製の基板ボート１４９がそれぞれ石
英製内管１４４の内側に一定距離離間して載置固定さ
れ、基板ボート１４９には複数のシリコン基板が平行か
つ等間隔に載置可能となっている。

【０００９】マニホールド１４２の一方の側面にはキャ
リアガス供給管１２２１、１２３１、原料ガス供給管１
１３１がそれぞれ接続されており、他方の側面には排気
ポート１５３が接続され、その先端は圧力調整器１５５
を介して排気用ポンプ１５４に接続されている。キャリ
アガス導入管には、マスフローコントローラー１２２、
１２３を経由して流量の制御されたガス（Ａｒ、酸素）
が供給される。

【００１０】原料ガス供給管１１３１の一端はマニホー
ルド内側でガスノズル１５１、１５２に接続されてお
り、ガスノズル１５１、１５２は石英製内管１４４と基
板ボート１４９の間に、基板ボート１４９側に原料ガス
を噴出可能となるようにそれぞれから離間固定されてい
る。

【００１１】原料ガス供給管１１３１の他端には配管、
バルブを介して有機金属液体原料容器１０１、１０２、
１０３が接続され、薄膜の形成原料である有機金属ガス
が供給可能となっている。これらの有機金属液体原料容
器から供給された有機金属原料は、液体原料混合マニホ
ールド１１１で混合され、液体原料秤量マイクロポンプ
１１２で秤量され、液体原料気化器１１３で気化され
る。この液体原料気化器１１３には図示しない配管を介
して流量の制御されたＡｒキャリアガスが導入されてお
り、気化された有機金属原料はこのＡｒキャリアガスに
より輸送され、原料ガス供給管１１３１を経由して反応
容器１４１中に導入される。また、原料ガス供給管１１
３１は、管内での有機金属の液化附着防止のため、図示
しない恒温槽内に配置され、又は図示しないリボンヒー
ターが巻かれて、加熱可能となっている。

【００１２】一方、反応容器１４１側壁外面に一定距離
離間してスーパーカンタル製の抵抗加熱ヒーター１５０
が、基板ボート載置部分よりも上下に広いところにまで
対応して取り付けられており、基板ボート１４９全体が
均一温度に出来るように、図示しない電源部によって通
電加熱可能となっている。次に、上述の従来の薄膜形成装置を用いて絶縁膜を形成
する方法を説明する。まず、基板ボート１４９の各基板
載置部に８インチシリコン基板を１２枚それぞれ載置し
た。シリコン基板としては表面を熱酸化し、その上に５
０ｎｍのＲｕ膜を形成したものを用いた。その後、反応
容器内をガス置換し、キャリアガスとしてＡｒを１００
ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ₂）を５００ｓｃｃｍ流して反応容
器１４１の内圧を０．５Ｔｏｒｒに制御し、抵抗加熱ヒ
ーター１５０でシリコン基板を加熱して４２０℃まで昇
温した。

【００１３】内圧、温度が安定した後、予め所望の組成
比（Ｂａ：Ｓｒ＝１：１，（Ｂａ＋Ｓｒ）：Ｔｉ＝１：
１）の薄膜が形成されるように混合比を制御したＢａ，
Ｓｒ，Ｔｉ各々の有機金属原料ガスを原料ガス供給管１
１３１からガスノズル１５１、１５２を介して反応容器
１４１内に供給した。

【００１４】この状態で３０分間保持しＢＳＴ膜の成膜
を行った。この後有機金属原料ガスの供給を停止するこ
とによって成膜を終了し、ＡｒとＯ₂が流れている状態
で抵抗加熱ヒーター１５０でシリコン基板を更に加熱
し、６５０℃まで昇温した。この状態で２０分間保持
し、ＢＳＴの結晶化を行った後、反応容器を冷却してシ
リコン基板を取り出した。

【００１５】上記の方法により、シリコン基板上に２０
ｎｍの厚さで、所望の組成のＢＳＴ膜を得ることが出来
た。しかしながら上記のホットウォール型のＣＶＤ装置
及びＣＶＤ方法では、次のような問題があった。

【００１６】即ち、ＣＶＤ反応容器１４１の外側から抵
抗加熱ヒーター１５０によって加熱してシリコン基板の
温度を制御しているため、反応容器１４１内の側壁や基
板ボート１４９、ガスノズル１５１、１５２は基本的に
はシリコン基板と等しい温度に維持され、基板のみを高
温にすることが出来なかった。また、一般にＢＳＴ膜の
堆積速度は温度に比例して上昇するため、原料供給の上
でシリコン基板よりも上流側に位置する反応容器１４１
側壁や基板ボート１４９、ガスノズル１５１、１５２な
どの接ガス面では、少なくともシリコン基板上と同程度
の膜堆積が起こり、その堆積物が剥離してシリコン基板
上に附着し、基板上の堆積膜に数千個以上の欠陥が発生
すると言う不都合があった。またこのような堆積の結
果、下流側に行くほど原料ガス濃度は減少していき、や
がて反応律速条件を維持できなくなってしまうことが分
かった。その結果下流側では膜の堆積量が著しく減少し
たり、堆積膜の組成、膜厚が変化するなどの不均一を生
じるばかりではなく、良好な段差被覆性を保つこともで
きなくなるという問題があった。特に８インチ等の大口
径のシリコン基板を使用した場合には下流側には全く膜
成長がおきない場合も生じていた。

【００１７】また、ホットウォール型のCVD 装置では、
もともと原料ガスの利用効率は高くなく、多量の原料ガ
スをＣＶＤ反応容器１４１内に供給しなければならな
い。一方、上記のＢＳＴ等の金属酸化物のＣＶＤ原料と
しては有機金属化合物が使用されているが、これらの化
合物は蒸気圧が低く、熱的に不安定なため、供給できる
量には限界がある。即ち、相当量が消費されても尚、反
応律速条件を維持できるほどに十分過剰な原料蒸気を送
り込むことが困難である。従ってシリコン基板間および
同一シリコン基板内の膜厚・組成の均一性を維持し、す
べてのシリコン基板で良好な段差被覆性を確保するため
には、反応容器１４１内壁や基板ボート１４９、ガスノ
ズル１５１、１５２などの接ガス面での原料ガスの消費
を抑制することが不可欠になる。しかし、上述の従来の
ＣＶＤ装置では、これは反応管の温度自体を低くするこ
とを意味し、そのことは堆積速度を急激に低下させるこ
とになる。即ち、必要な堆積速度を確保しながら反応律
速条件を維持することが出来ないという問題があった。

【００１８】さらに、反応容器１４１内壁などへの付着
物は発塵の原因になるため、付着量が多くなれば、それ
だけ頻繁なクリーニングが必要になる。しかし、これら
の附着物である金属化合物及びその構成金属にはもとも
と蒸気圧の高い化合物がなく、クリーニングガスによる
除去は極めて困難である。そのため、塩酸、硝酸等の酸
による洗浄が最も簡便、確実な方法ではあるが、酸洗浄
の場合には、水洗、乾燥等に多大な時間と手間がかか
り、その間、薄膜形成装置としての稼動が停止してしま
う問題があった。

【００１９】従ってＣＶＤ装置の稼働率をあげ、量産化
を可能とするためには、反応容器１４２内壁などへの原
料の分解・付着を極力抑制することが必須である。とこ
ろで、上記のようにこれらの金属酸化物のＣＶＤ装置と
してはシリコン基板以外の部分における原料の分解・付
着を極力抑えることが不可欠になる。このためにはシリ
コン基板以外の部分の温度を原料分解温度以下にするこ
とが必要になる。

【００２０】これに対し、基板ボート１４９、ガスノズ
ル１５１、１５２などの構造を複雑化して、例えば2 重
管にして、内部に冷媒を流し、冷却するという方法もあ
るが、冷却効果には限度があり、原料分解温度以下にす
ることは不可能である。加えてＣＶＤ装置や基板ボート
の構造が複雑になる、均一に冷却できないなどの問題が
有り、実用的な問題解決には至っていない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ホットウォール型のＣＶＤ装置、ＣＶＤ方法では、ＣＶ
Ｄ反応管の外側から抵抗加熱ヒーターによって温度を制
御しているため、基本的にはシリコン基板のみを部分的
に高温にすることが出来なかった。

【００２２】また、従来の薄膜形成装置では、反応容器
１４１側壁等にシリコン基板上と同程度の膜堆積が起こ
り、その堆積物が剥離してシリコン基板上に附着し、基
板上の堆積膜に欠陥が発生すると言う不都合があった。

【００２３】また、装置の下流側に行くほど原料ガス濃
度は減少していき、やがて反応律速条件を維持できなく
なり、その結果下流側では膜の堆積量が減少したり、堆
積膜の組成、厚が変化するなどの不均一を生じるばかり
ではなく、良好な段差被覆性を保つこともできなくなる
という問題があった。

【００２４】更に、付着物( 基板上以外の堆積物) は発
塵の原因になるため、頻繁なクリーニングが必要になる
が、塩酸、硝酸等の酸による洗浄の場合には、水洗、乾
燥等に多大な時間と手間がかかり、その間、薄膜成長装
置としての稼動が停止してしまう問題があった。

【００２５】このため、高誘電率材料金属酸化物を用い
た微細・高集積な半導体集積回路装置の量産は不可能で
あった。本発明の目的は、上記の問題を解決するために、シリコ
ン基板等の被堆積基板のみを部分的に加熱することの出
来る、稼働率の高い薄膜形成装置及びそれを用いた膜
質、膜厚均一性の良い、薄膜形成方法を提供することに
ある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明に記載の薄膜形成
装置では、上記の問題を解決するため、薄膜を形成すべ
き基板を収納する反応容器と、前記反応容器内に反応ガ
スを供給するガス供給機構と、前記反応容器から反応ガ
スを排出するガス排出機構と、前記反応容器内を加熱す
る加熱機構とを具備し、前記加熱機構が抵抗加熱機構と
高周波加熱機構とを具備していることを特徴とする。ま
た、前記高周波加熱機構は前記反応容器外周から一定距
離離間して形成されており、前記抵抗加熱機構は前記高
周波加熱機構の外側に前記反応容器外周から更に離間し
て形成されていることを特徴とする。

【００２７】また、本発明に記載の薄膜形成方法では、
薄膜を形成すべき基板を反応容器内の基板ボートに載置
する工程と、前記半導体基板、前記基板ボートを第一の
温度に昇温する工程と、次に前記基板のみを前記第一の
温度よりも高い第二の温度に昇温する工程と、前記反応
容器内に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成す
る工程とを具備したことを特徴とする。

【００２８】また、前記原料ガスがＢａ，Ｓｒ，Ｂｉ，
Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｐｂの何れかを少なくとも含み、前
記薄膜がチタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ス
トロンチウム、ストロンチウムビスマスタンタル酸化
物、チタン酸ジルコン酸鉛の何れかを少なくとも含むこ
とを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】( 第一の実施の形態)以下に図面
を参照して、本発明の第一の実施の形態について詳細に
説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態に基づく
薄膜形成装置の要部断面図を示したものである。

【００３０】図１は、ホットウォール型ＣＶＤ装置の要
部断面図であって、ここで１４１は下部が開放された石
英製のベルジャー型反応容器であり、その下部にはカル
レッツオーリング１４３を介してステンレス製のマニホ
ールド１４２が接続されている。反応容器141 内部のマ
ニホールド142 上には、ガスの整流と均熱向上のため
に、反応容器１４１側壁面とほぼ平行に一定距離離間し
て円筒状の石英製内管１４４が取り付けられている。マ
ニホールド１４２下部はカルレッツオーリング１４５を
介してステンレス製キャップ１４６が下側から蓋をする
ように接続されており、これら反応容器１４１、マニホ
ールド１４２、ステンレス製キャップ１４６によって反
応容器１４１内は気密に保たれている。また、ステンレ
ス製キャップ１４６の下部には上下駆動機構１７０が接
続され、これによりステンレス製キャップ１４６が支持
され、また、上下に移動可能とされいる。

【００３１】ステンレス製キャップ１４６の中央には図
示しないシール材を介してステンレス製キャップ１４６
を貫通した回転機構１４７が取り付けられており、この
回転機構１４７上部の反応容器１４１内には、石英製の
保温筒１４８、石英性の基板ボート１４９がそれぞれ石
英製内管１４４の内側に一定距離離間して載置固定さ
れ、基板ボート１４９には複数のシリコン基板が平行か
つ等間隔に載置可能となっている。

【００３２】マニホールド１４２の一方の側面にはキャ
リアガス供給管１２２１、１２３１、原料ガス供給管１
１３１がそれぞれ接続されガス供給機構をなしている。
また、他方の側面には排気ポート１５３が接続され、そ
の先端は圧力調整器１５５を介して排気用ポンプ１５４
に接続されてガス排出機構を構成している。

【００３３】キャリアガス供給管１２２１、１２３１に
は、マスフローコントローラー１２２、１２３を経由し
て流量の制御されたキャリアガス（Ａｒ、酸素）が供給
される。

【００３４】一方、原料ガス供給管１１３１はマニホー
ルド内側でガスノズル１５１、１５２に接続されてい
る。ガスノズル１５１、５２は石英製内管と基板ボート
１４９の間に、基板ボート１４９側に原料ガスが噴出可
能となるようにガス吹き出し口が多数設けられた分散型
ノズルであり、基板ボートと一定距離離間して固定され
ている。

【００３５】原料ガス供給管１１３１の先にはステンレ
ス製の有機金属液体原料容器１０１、１０２、１０３が
接続され、それぞれに有機金属液体原料としてＢａ（Ｃ
₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂（以下Ｂａ（ＴＨＤ）₂と略記する），Ｓ
ｒ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂（以下Ｓｒ（ＴＨＤ）₂と略記す
る），Ｔｉ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₂（以下
Ｔｉ（ＴＨＤ）₂（ｉ−ＯＰｒ）₂と略記する）（ここ
で、ＴＨＤは、2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedion
e、即ち、（（ＣＨ₃）₃ＣＣＯ）₂ＣＨ−の略）を溶剤の
ＴＨＦ（ＴＨＦ：ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ＝Ｃ
₄Ｈ₈Ｏ）に溶解せしめた原料が格納されている。上記の
各原料は有機金属液体原料容器101 、102 、103 からキ
ャリアガス（Ａｒ）により圧送され、有機金属混合マニ
ホールド111 で所望の原料比に混合され、更に有機金属
秤量マイクロポンプ112 で秤量され、高温の有機金属気
化器113 で一気に気化される。気化器113 には図示しな
いＡｒキャリアガス配管が接続され、所望の流量に制御
されたＡｒガスが供給される。気化された有機金属原料
はこのＡｒガスによって輸送され、加熱により250 ℃に
加熱された原料ガス供給管１１３１を通して、原料ガス
として反応容器141 内に導入される。有機金属気化器11
3 より先の配管は図示しない恒温槽内に配置され、又は
図示しないリボンヒーターが巻かれて、加熱可能となっ
ている。

【００３６】一方、反応容器１４１側壁外面から一定距
離離間してスーパーカンタル製の抵抗加熱ヒーター（抵
抗加熱機構）１５０が、反応容器１４１外周を一周以上
周回するように、基板ボート１４９載置部分にほぼ対応
して取り付けられている。この抵抗加熱ヒーター１５０
は図示しない電源部によって通電加熱可能となってお
り、これにより、基板ボート１４９全体が均一温度に加
熱可能である。また、これらの抵抗加熱ヒーターは一体
のものとして図示されているが、３分割乃至４分割程度
に分割して、それぞれを独立して温度制御することによ
り基板ボートの温度のバラツキを押えることが望まし
い。

【００３７】更に、抵抗加熱ヒーター１５０と反応容器
１４１側壁外面との間には高周波加熱ヒーター（高周波
加熱機構）１６０がほぼ基板ボート設置部に対応して抵
抗加熱ヒーター１５０取り付け領域よりも狭い範囲に、
抵抗加熱ヒーター１５０と同様に反応容器１４１外周か
ら一定距離離間して一周以上周回するように取り付けら
れている。また、高周波加熱ヒーター１６０と抵抗加熱
ヒーター１５０との間にはステンレスからなる高周波遮
蔽板１６１が設置され、高周波加熱時に高周波が外側に
伝播することを防止している。この構成を取る事により
高周波は高周波遮蔽板１６１により遮断され、反応容器
１４１内側のみに伝播される。

【００３８】上述の本発明の第一の実施の形態にかかる
薄膜形成装置によれば、加熱手段として抵抗加熱ヒータ
ー１５０に加えて高周波加熱ヒーター１６０を備えるこ
とにより、抵抗加熱ヒーター１５０により反応容器１４
１内全体を加熱すると同時に高周波加熱ヒーター１５０
を用いて高周波誘導により加熱されうる材質のみを選択
的に更に加熱し、部分的に高温を得ることが出来る。こ
れにより、例えば被加熱物質がシリコン基板のように高
周波誘導加熱を受けるものであれば、その部分のみを選
択的に、周辺と比較して高温にすることが出来る。尚、本第一の実施例では抵抗加熱ヒーター１５０の内側
に高周波ヒーター１６０が設置されているが、抵抗加熱
ヒーター１５０と高周波ヒーター１６０の位置関係には
何ら制限はなく、同一円周上に交互に配置されていても
構わない。また、高周波ヒーター１６０の内側に抵抗加
熱ヒーター１６０が設置されていてもよい。

【００３９】さらに本実施例では高周波ヒーター１６０
は、反応容器１４１を支持しているマニホールド１４２
がステンレス製で導電性を持つため、これを加熱しない
ように高周波ヒーター１６０の下部にも遮蔽板１６１が
展延して設けられているが、マニホールドの温度を210
〜240 ℃に保持するように遮蔽の程度を調整することは
可能である。このような調整を行うことにより、マニホ
ールドの接ガス面での原料蒸気の凝縮を防ぎ、原料ガス
の利用効率をより高めることができる。

【００４０】( 第二の実施の形態)次に、本発明の第二
の実施の形態として、上述の第一の実施の形態で述べた
薄膜形成装置を用いた薄膜形成方法について、図１に記
載の装置でＢＳＴ薄膜を形成する場合を例にとって詳細
に説明する。

【００４１】薄膜を形成する下地基板には熱酸化した8
インチシリコン基板上にスパッタリング法で50nmの厚さ
でRuを形成したものを用いた。まず、上記シリコン基板
を基板ボート149 の所定の位置に載置し、反応容器141
内に導入した。基板の載置に当たっては上下駆動機構１
７０によってマニホールドを下げ、基板ボート１４９を
反応容器１４１から外部に出した。そして、シリコン基
板１２枚を基板ボート１４９の所定の位置に載置した
後、上下駆動機構１７０により、マニホールド１４２を
上げ反応容器１４１内を気密状態とした次に排気装置154 を用いて反応容器１４１内を真空に排
気し、その後Arガスを100sccm、Ｏ₂ガスを500sccm の流
量で反応容器内に導入するとともに、抵抗加熱ヒーター
１５０で加熱し、反応容器内の温度を240 ℃に設定し
た。さらに高周波加熱ヒーター１６０でシリコン基板温
度を420 ℃に設定した。この際、シリコン基板のみは導
電性が有り高周波誘導を受けるため420 ℃に昇温する
が、石英製の反応容器141 、内管144 、基板ボート149
、ガスノズル151,152 は全て絶縁体なので高周波では
加熱されない。

【００４２】尚、反応容器１４１およびシリコン基板等
の温度を放射温度計により測定した結果、内管144 、基
板ボート149 、ガスノズル１５１、１５２は、240 ℃に
温度制御されており、シリコン基板のみが420 ℃に保持
されていることが確認された。また搭載された複数枚の
シリコン基板はその位置には因らず、全体で±2 ℃以下
の温度分布に留まっていることが確認された。

【００４３】また、反応容器１４１内の圧力は圧力制御
装置155 で0.5Torr に設定した。圧力、温度が所望の値
( この場合、0.5Torr、シリコン基板部で420 ℃) に安定
した後、Ba、Sr、Ti の原料を導入した。各原料の組成比、
流量の設定は、成膜する膜のBa：Sr組成比が1 ：1、(Ba+
Sr) ：Tiの組成比が1 ：1 になるように予め混合マニホ
ールド111 の動作を設定しておき、マイクロポンプの制
御流量を0.6sccm とすることにより行った。気化器113
の温度は230 ℃、原料ガス導入管１１３１の恒温槽によ
る加熱温度は240 ℃とした。この条件で30min 間Ba、Sr、
Ti原料ガスを導入しＢＳＴ薄膜を成膜した。成膜終了
は、ＢＳＴ原料ガスの反応容器141 への導入を停止する
ことにより行った。次に堆積したＢＳＴ薄膜を結晶化す
るため、反応容器141 内にＡｒとＯ₂のみが流れてい
る状態で、高周波ヒーター１６０の出力を上げ、シリコ
ン基板温度のみを650 ℃迄100 ℃/minの昇温速度で昇温
し、20min間熱処理を行った。この際も、石英製の反応容
器141 、内管144 、基板ボート149 、ガスノズル151,15
2 は絶縁体なので高周波では加熱されない。実際には高
周波ヒーターによって650 ℃に加熱された堆積基板から
の輻射・伝導によってこれらの絶縁物も温度上昇を起こ
すが、400 ℃以上になることはない。熱処理終了後は、
冷却時間を待って被処理基板を装置から取り出した。次に、上記の方法により薄膜を形成したシリコン基板の
分析を行った。この結果、断面の電子顕微鏡観察からＢ
ＳＴの膜厚は20nmであり、蛍光X 線分析からその組成は
Ｂａ_0.5Ｓｒ_0.5ＴｉＯ₃で、当初設計通りであることが
わかり、膜厚・組成の基板面内の均一性は±4%、基板間
のばらつきは±6%であり、従来と比較して大幅に改善さ
れていることが判った。また、薄膜形成が終了した後、CVD装置内を調べた結果、
内管１４４，基板ボート１４９、ガスノズル１５１、１
５２には概観上の変化はなく、原料の凝縮、分解・堆積
は見られなかった。この結果、シリコン基板上の粒子汚
染は基板1 枚当たり100 個以下になり、発塵を抑制でき
たことが示された。更に、同一の薄膜形成装置を用い
て、装置の洗浄を行わずに引続いて同様の薄膜形成を行
った場合にも、上記と同様の結果が得られ、シリコン基
板上の粒子汚染は基板１枚当たり１００個以下が維持さ
れた。粒子汚染の低減は、素子を微細化したときの不良セルを
低減させ、歩留まり高く半導体装置を作製する為の不可
欠の要件である。さらに、原料の凝集、堆積を抑えるこ
とは、原料の利用効率を高くすること、および堆積する
膜の膜厚・組成の制御性を高くすることに繋がり、結果
として薄膜の極薄化が可能になり高集積・高微細の半導
体装置が実現に寄与できる。

【００４４】尚、本第二の実施の形態ではシリコン基板
を反応容器１４１内に搬送してから反応容器１４１を抵
抗加熱ヒーター１５０で加熱しているが、反応管は常時
240℃に加熱していてもよく、この場合にはシリコン基
板の搬送後、高周波ヒーター１６０によってシリコン基
板のみを加熱し、温度の安定化を待って堆積を開始でき
るので、処理時間が短縮できる。同様にシリコン基板を
反応管から取り出す場合も、シリコン基板のみが冷却す
ればよいのであるから、短時間で済み、速やかにシリコ
ン基板を装置から取り出す事ができる。

【００４５】( 第三の実施の形態)次に本発明の第三の
実施の形態にかかる薄膜形成方法について説明する。但
し、第三の実施の形態に用いる薄膜形成装置は、第二の
実施の形態で用いた装置と同一であるので説明を省略す
る。また、本実施の形態にかかる薄膜形成方法について
は第二の実施の形態と異なる部分のみを説明する。

【００４６】本第３の実施の形態では、抵抗加熱ヒータ
ー１５０による設定温度は２４０℃で第二の実施の形態
と変らないが、ＢＳＴ成膜時の高周波ヒーター１６０に
よるシリコン基板加熱温度を600 ℃と高くしている。ま
た、これにより、ＢＳＴ成膜後の熱処理は省略した。こ
れは、ＢＳＴの成膜温度が高く、成膜直後に既に結晶化
しているため結晶加熱処理が必要ないためである。

【００４７】本実施の形態の場合、高周波ヒーター１６
０によってシリコン基板の温度を600 ℃に加熱した状態
では、輻射や伝導によって、近接している基板ボート１
４９やガスノズル１５１、１５２の温度も上昇し、240
℃以下に保持しておくことは困難である。そして、これ
らの温度上昇によって有機金属原料蒸気の分解が起こ
り、基板ボート１４９やガスノズル１５１、１５２にＢ
ＳＴの付着が発生する。

【００４８】しかし、この場合も基板ボート１４９やガ
スノズル１５１、１５２の温度を400 ℃以下に保持する
ことは可能であり、付着量は６００℃に保持されている
シリコン基板上の堆積量の数十分の1 に過ぎない。さら
にシリコン基板搬入から搬出まで内管１４４，基板ボー
ト１４９、ガスノズル１５１、１５２の温度変化はあま
り大きくないので、抵抗加熱ヒーター１５０により高温
に加熱した場合とは異なり、熱膨張の違いなどによる付
着物の剥離発生は極力抑制される。従って堆積回数が多
くなり、膜の付着が生じた場合でも、比較的発塵は増加
しない。

【００４９】本実施の形態によれば、第二の実施の形態
で述べた効果に加えて、薄膜形成時に同時に結晶化が行
われるため、高品質の結晶がえられ、また、結晶化工程
を省けるために、工程を短縮できる。

【００５０】( 第四の実施の形態)次に本発明の第四の
実施の形態にかかる薄膜形成装置につき、図２、図３を
用いて説明する。

【００５１】図２は本実施の形態の薄膜形成装置の要部
断面図であり、図１と同一部分には同一の符号を付し説
明を省略する。また、図３は本実施の形態の薄膜形成装
置の一部分の見取り図である。

【００５２】本実施の形態では、原料ガス供給管に接続
されているガスノズルは１５１のみとなっている。そし
て、基板ボート１４９を中心にして、ガスノズル１５１
に対向した部分にステンレス製の再拡散防止板１６２が
載置されている。

【００５３】再拡散防止板１６２は図２及び図３の見取
り図に示したように、ガスノズル１５１と対向して、基
板ボート１４９を取り囲むように半円筒状に形成され、
ステンレスキャップ１４６上に固定されている。そし
て、ガスノズル１５１から噴出し、基板ボート１４９上
のシリコン基板上を通った原料ガスが吹き付けられるよ
うになっている。このように、再拡散防止板１６２は、
ステンレスキャップ１４６の移動によって、基板ボート
と共に移動できる構造になっている。

【００５４】本実施の形態にかかる薄膜形成装置では、
シリコン基板周辺に高周波印加で加熱され得る再拡散防
止板１６２を設置することによって、シリコン基板上を
分解せずに通過した原料ガスを効果的に分解することが
出来、他の部分へのＢＳＴの附着を極力低減することが
出来る。また、この再拡散防止板１６２はステンレスキ
ャップ１４６上に固定されているため、ステンレスキャ
ップ１４６の移動により容易に反応容器１４１の外部に
移動可能であり、ＢＳＴが附着した場合に容易に取り外
して交換、洗浄が可能である。この場合、反応容器１４
１本体は洗浄を行う必要が無いため、水洗、乾燥の必要
が無く、薄膜形成装置の稼動を停止する必要が無い。

【００５５】尚、本実施の形態では再拡散防止板１６２
を基板ボート149 とは別個に設置したが、基板ボートと
一体化した構造を取る事も可能である。通常、基板ボー
トはＣＶＤ毎に交換洗浄するため、この構成によれば再
拡散防止板１６２も同時に交換洗浄可能となる。

【００５６】また拡散防止板の形状も図３の限定される
ものではなく、複雑化して表面積を大きくすることで再
拡散防止効果をより高めることができる。また、再拡散
防止板１６２はステンレスに限ることはなく、高周波誘
導を受ける電気伝導体であれば良い。

【００５７】（第五の実施の形態)本発明の第五の実施
の形態にかかる薄膜形成方法につき、図２、図３を用い
て詳細に説明する。

【００５８】尚、本実施の形態で第二の実施の形態と同
一部分に付いては説明を省略する。図２に記載した反応
容器１４１にシリコン基板を搬送し、抵抗加熱ヒーター
１５０で反応容器全体の温度を240 ℃に保持する。これ
と同時に高周波ヒーター１６０で加熱を行うと、シリコ
ン基板と共に再拡散防止板１６２も420 ℃に保持され
る。その結果、十分に原料ガスが供給される場合には、
再拡散防止板１６２にも堆積基板と同程度の膜堆積が起
こる。しかし、この場合は原料ガスの流れの下流側での
堆積であるので、原料ガスの利用効率が落ちることはな
く、発塵などの問題も発生しない。

【００５９】本実施の形態では、上述の第二の実施の形
態で述べた効果に加えて、一旦ガスノズルから吹き出
し、堆積基板間を通過した未反応の原料ガスが再拡散防
止板１６２上で分解・堆積するので、反応容器１４１等
に衝突、再拡散して逆流する原料ガスをなくすことがで
き、反応律速条件を維持した上でシリコン基板間・同一
シリコン基板内の堆積膜の膜厚・組成分布を向上させる
ことができる。

【００６０】以上の各実施の形態ではシリコン基板を例
にとって説明したが、本発明の実施はこれに限られるも
のではなく、高周波で加熱しうる基板であればガリウム
砒素などの化合物半導体基板であってもよい。さらに、
サファイアなどの高周波で加熱できない基板の場合で
も、基板の一部に高周波で加熱しうる膜が形成されてい
れば実施可能であることは言うまでもない。

【００６１】また、上記の各実施の形態では、反応容器
等は石英を用いて形成したが、本発明の実施はこれに限
られるものではなく、高周波で加熱されない材料であれ
ば実施可能である。また、例え一部に高周波加熱されう
る材料を用いる場合でも、その加熱の度合いが十分に小
さければ、本発明を逸脱しないことは言うまでもない。
また、この他にも、本発明の趣旨に反しない限り、種々
の構成要件を変化させて実施することが可能である。

【００６２】さらに、基板上に形成する薄膜はＢＳＴに
限られるものではなく、ＰＺＴ、ＳＴＯ、ＢＴＯ，二酸
化タンタルなどの成膜でも同様に適用できる。また、そ
の際に使用する原料ガスは、成膜すべき膜に応じて適宜
選定することが出来る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
膜を成長する基板のみを高温に維持することが可能であ
る。また、反応容器側壁等への堆積物の附着を大幅に削減
し、その剥離による基板表面への附着物を大幅に削減す
ることが出来る。また、上流側、下流側での反応ガス濃
度均一化により、堆積膜の均質化、膜厚の均一化が実現
できる。さらに、反応容器の洗浄が殆ど不要になり、薄
膜形成装置の稼働率を大幅に向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態にかかる薄膜形成装
置の要部断面図である。

【図２】本発明の第三の実施の形態にかかる薄膜形成装
置の要部断面図である。

【図３】本発明の第三の実施の形態にかかる薄膜形成装
置の要部の見取り図である。

【図４】従来の薄膜形成装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１０１、１０２、１０３有機金属液体原料容器１１１液体原料混合マニホールド１１２液体原料秤量マイクロポン
プ１１３液体原料気化器１２２、１２３マスフローコントローラー１１３１原料ガス供給管１２２１、１２３１キャリアガス供給管１４１反応容器１４２マニホールド１４３オーリング１４４内管１４５オーリング１４６キャップ１４７回転機構１４８保温筒１４９基板ボート１５０抵抗加熱ヒータ１５１、１５２ガスノズル１５３排気ポート１５４排気用ポンプ１５５圧力調整器１６０高周波ヒーター１６１高周波遮蔽板１６２再拡散防止板１７０上下駆動機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜を形成すべき基板を収納する反応容器
と、前記反応容器内に反応ガスを供給するガス供給機構
と、前記反応容器から反応ガスを排出するガス排出機構
と、前記反応容器内を加熱する加熱機構とを具備し、前
記加熱機構が抵抗加熱機構と高周波加熱機構とを具備し
ていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】前記高周波加熱機構は前記反応容器外周か
ら一定距離離間して形成されており、前記抵抗加熱機構
は前記高周波加熱機構の外側に前記反応容器外周から更
に離間して形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の薄膜形成装置。
【請求項３】薄膜を形成すべき基板を反応容器内の基板
ボートに載置する工程と、前記半導体基板、前記基板ボ
ートを第一の温度に昇温する工程と、次に前記基板のみ
を前記第一の温度よりも高い第二の温度に昇温する工程
と、前記反応容器内に原料ガスを供給して前記基板上に
薄膜を形成する工程とを具備したことを特徴とする薄膜
形成方法。
【請求項４】前記原料ガスがＢａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｔｉ，
Ｔａ，Ｚｒ，Ｐｂの何れかを少なくとも含み、前記薄膜
がチタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ストロン
チウム、ストロンチウムビスマスタンタル酸化物、チタ
ン酸ジルコン酸鉛の何れかを少なくとも含むことを特徴
とする請求項３に記載の薄膜形成方法。