JPH11297681A - 高誘電率薄膜形成用ｃｖｄ装置および高誘電率薄膜の形成方法 - Google Patents
高誘電率薄膜形成用ｃｖｄ装置および高誘電率薄膜の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原料の析出や残渣の発生が抑制され、ＢＳＴ
薄膜を安定に形成することができるように改良された高
誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置を提供することを主要な目
的とする。 【解決手段】 当該装置は反応室３ａと原料ガス供給管
１と反応性ガス供給管２とを有する。原料ガス供給管１
と反応性ガス供給管２の少なくとも一方には、反応室３
ａの内壁に沿ってガスを噴出させる噴出手段１ａが設け
られている。
薄膜を安定に形成することができるように改良された高
誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置を提供することを主要な目
的とする。 【解決手段】 当該装置は反応室３ａと原料ガス供給管
１と反応性ガス供給管２とを有する。原料ガス供給管１
と反応性ガス供給管２の少なくとも一方には、反応室３
ａの内壁に沿ってガスを噴出させる噴出手段１ａが設け
られている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に高誘電率薄
膜形成用ＣＶＤ装置に関するものであり、より特定的に
は、化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition ）法に
よって、各種の薄膜、特に半導体メモリなどに用いられ
ている誘電体薄膜を形成するためのＣＶＤ装置に関す
る。この発明は、また、そのような誘電体薄膜をＣＶＤ
法によって形成する方法に関する。
膜形成用ＣＶＤ装置に関するものであり、より特定的に
は、化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition ）法に
よって、各種の薄膜、特に半導体メモリなどに用いられ
ている誘電体薄膜を形成するためのＣＶＤ装置に関す
る。この発明は、また、そのような誘電体薄膜をＣＶＤ
法によって形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体メモリやデバイスの集積化
が急速に進んでおり、たとえばダイナミックランダムア
クセスメモリ（ＤＲＡＭ）では、３年間にビット数が４
倍という急激なペースで集積化が進んでいる。この集積
化は、デバイスの小型化、低消費電力化、低コスト化等
を目的としている。しかし、集積度がいかに向上しよう
とも、ＤＲＡＭの構成要素であるキャパシタは、一定の
電荷量を蓄積できなければならない。そのため、デバイ
スの高集積化に伴い、キャパシタ誘電体膜の極薄膜化、
あるいは形状を複雑化させてキャパシタ面積を増大させ
るなどの工夫がなされてきた。
が急速に進んでおり、たとえばダイナミックランダムア
クセスメモリ（ＤＲＡＭ）では、３年間にビット数が４
倍という急激なペースで集積化が進んでいる。この集積
化は、デバイスの小型化、低消費電力化、低コスト化等
を目的としている。しかし、集積度がいかに向上しよう
とも、ＤＲＡＭの構成要素であるキャパシタは、一定の
電荷量を蓄積できなければならない。そのため、デバイ
スの高集積化に伴い、キャパシタ誘電体膜の極薄膜化、
あるいは形状を複雑化させてキャパシタ面積を増大させ
るなどの工夫がなされてきた。
【０００３】ところが、これまで用いられてきたＳｉＯ
2 を主な誘電体膜材料とするキャパシタでは、これ以上
の薄膜化を行なうことはもはや困難な状況になってきて
いる。そこで、これに代わる蓄積電荷密度増大のための
方策として、キャパシタの誘電体膜材料を、より高い誘
電率のものに変更することが注目されている。高誘電率
材料を用いることで、従来の薄膜化による蓄積電荷密度
増大と同等の効果が得られる。また、高誘電率薄膜を用
いることができれば、ある程度の厚さの膜でよいため、
成膜プロセスや膜の信頼性に関しても、高誘電率材料を
利用することには、利点があると考えられる。
2 を主な誘電体膜材料とするキャパシタでは、これ以上
の薄膜化を行なうことはもはや困難な状況になってきて
いる。そこで、これに代わる蓄積電荷密度増大のための
方策として、キャパシタの誘電体膜材料を、より高い誘
電率のものに変更することが注目されている。高誘電率
材料を用いることで、従来の薄膜化による蓄積電荷密度
増大と同等の効果が得られる。また、高誘電率薄膜を用
いることができれば、ある程度の厚さの膜でよいため、
成膜プロセスや膜の信頼性に関しても、高誘電率材料を
利用することには、利点があると考えられる。
【０００４】このようなキャパシタ誘電体膜に要求され
る性能としては、上記のように高誘電率を有する薄膜で
あること、およびリーク電流が小さいことが最も重要で
ある。その特性の目標値は、一般的にＳｉＯ2 換算膜厚
で、およそ０．５ｎｍ以下であること、および１Ｖ電圧
印加時のリーク電流密度として、２×１０-7Ａ／ｃｍ 2
以下が望ましいとされている。
る性能としては、上記のように高誘電率を有する薄膜で
あること、およびリーク電流が小さいことが最も重要で
ある。その特性の目標値は、一般的にＳｉＯ2 換算膜厚
で、およそ０．５ｎｍ以下であること、および１Ｖ電圧
印加時のリーク電流密度として、２×１０-7Ａ／ｃｍ 2
以下が望ましいとされている。
【０００５】このような観点から、酸化タンタル、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ラン
タン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（Ｓ
Ｔ）、チタン酸バリウム（ＢＴ）、チタン酸バリウムス
トロンチウム（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 （以下ＢＳＴと略
す）等の酸化物系誘電体膜が検討されている。また、こ
れらの薄膜を作製する方法としても、いくつかの方法が
考案され、試験的な段階ではあるが実用されている。
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ラン
タン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（Ｓ
Ｔ）、チタン酸バリウム（ＢＴ）、チタン酸バリウムス
トロンチウム（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 （以下ＢＳＴと略
す）等の酸化物系誘電体膜が検討されている。また、こ
れらの薄膜を作製する方法としても、いくつかの方法が
考案され、試験的な段階ではあるが実用されている。
【０００６】一般に微小な段差形状からなるＤＲＡＭの
キャパシタ用電極上に薄膜を形成するためには、複雑な
形状の表面への被覆性（付き周り性）が良好な、ＣＶＤ
法を用いた成膜が、プロセスの簡略化の点で大変有利で
ある。ＣＶＤ法では、高誘電率を有する薄膜の原料とし
て、所定の金属を含んだ有機金属化合物が用いられる。
その原料を気化させ、その気体を基板に吹付けることに
よって高誘電率の薄膜が形成される。しかし、以前から
ＣＶＤ用原料として、安定で良好な気化特性を有するも
のが存在しないことが大きな問題となっていた。これ
は、主としてＣＶＤ原料として多く用いられているβ−
ジケトン系のジピバロイルメタン（以下、ＤＰＭと略
す）と金属との化合物の、加熱による気化特性が良好で
ないことによるものである。
キャパシタ用電極上に薄膜を形成するためには、複雑な
形状の表面への被覆性（付き周り性）が良好な、ＣＶＤ
法を用いた成膜が、プロセスの簡略化の点で大変有利で
ある。ＣＶＤ法では、高誘電率を有する薄膜の原料とし
て、所定の金属を含んだ有機金属化合物が用いられる。
その原料を気化させ、その気体を基板に吹付けることに
よって高誘電率の薄膜が形成される。しかし、以前から
ＣＶＤ用原料として、安定で良好な気化特性を有するも
のが存在しないことが大きな問題となっていた。これ
は、主としてＣＶＤ原料として多く用いられているβ−
ジケトン系のジピバロイルメタン（以下、ＤＰＭと略
す）と金属との化合物の、加熱による気化特性が良好で
ないことによるものである。
【０００７】このような状況下において、発明者らの一
部は、特開平７−２６８６３４号公報において、従来の
固体原料をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）なる有機溶剤
に溶解して溶液化することによって、気化特性を飛躍的
に向上させたＣＶＤ原料を提案した。さらに、液体原料
を気化させて反応室に安定に供給できる液体原料用ＣＶ
Ｄ装置も開発し、良好な表面モホロジ・電気特性を有す
る高誘電率薄膜の成膜に利用できることを見い出してい
る。
部は、特開平７−２６８６３４号公報において、従来の
固体原料をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）なる有機溶剤
に溶解して溶液化することによって、気化特性を飛躍的
に向上させたＣＶＤ原料を提案した。さらに、液体原料
を気化させて反応室に安定に供給できる液体原料用ＣＶ
Ｄ装置も開発し、良好な表面モホロジ・電気特性を有す
る高誘電率薄膜の成膜に利用できることを見い出してい
る。
【０００８】しかし、この液体原料用ＣＶＤ装置を用い
て誘電体膜を作製しても、長期間安定して良好な特性の
膜が得られないことがわかった。その原因を調べたとこ
ろ、微量ながら原料の気化工程で発生する気化残渣によ
るものであることが明らかであった。
て誘電体膜を作製しても、長期間安定して良好な特性の
膜が得られないことがわかった。その原因を調べたとこ
ろ、微量ながら原料の気化工程で発生する気化残渣によ
るものであることが明らかであった。
【０００９】また、他社では米国ＡＴＭ社が提案する液
体原料用気化器（ＵＳ５２０４３１４）を用いても、原
料の気化部分に固形物が発生し、配管が閉塞状態になる
などの問題が生じるため、成膜の安定性が十分でないこ
とがわかった。
体原料用気化器（ＵＳ５２０４３１４）を用いても、原
料の気化部分に固形物が発生し、配管が閉塞状態になる
などの問題が生じるため、成膜の安定性が十分でないこ
とがわかった。
【００１０】ここで、従来の液体原料用ＣＶＤ装置の構
成について説明する。図５は、従来の液体原料用ＣＶＤ
装置の概略を示す模式図である。ここでは、固体のＢａ
（ＤＰＭ）2 、Ｓｒ（ＤＰＭ）2 、ＴｉＯ（ＤＰＭ）2
をＴＨＦに溶解させた液体原料と、反応性ガスであるＯ
2 を使用してＢＳＴ膜を堆積する例を示す。ＣＶＤ装置
は、原料ガス供給管１、反応性ガス供給管２、反応器３
を含む。反応器３内には、加熱ステージ４が設けられて
いる。加熱ステージ４には、サセプタ５が取付けられて
いる。サセプタ５は基板６を支持している。反応器３の
上方部には、拡散板７が設けられている。反応室３に
は、圧力計８ａ，８ｂが取付けられている。反応器３に
は、排気経路１１が接続されている。排気経路１１の途
中には、真空弁９と圧力調整器１０が設けられている。
ＣＶＤ装置は、また、気化器２１、気化器ヒータ２２、
恒温箱体２３、配管ヒータ２４、ミキサ２５を有してい
る。
成について説明する。図５は、従来の液体原料用ＣＶＤ
装置の概略を示す模式図である。ここでは、固体のＢａ
（ＤＰＭ）2 、Ｓｒ（ＤＰＭ）2 、ＴｉＯ（ＤＰＭ）2
をＴＨＦに溶解させた液体原料と、反応性ガスであるＯ
2 を使用してＢＳＴ膜を堆積する例を示す。ＣＶＤ装置
は、原料ガス供給管１、反応性ガス供給管２、反応器３
を含む。反応器３内には、加熱ステージ４が設けられて
いる。加熱ステージ４には、サセプタ５が取付けられて
いる。サセプタ５は基板６を支持している。反応器３の
上方部には、拡散板７が設けられている。反応室３に
は、圧力計８ａ，８ｂが取付けられている。反応器３に
は、排気経路１１が接続されている。排気経路１１の途
中には、真空弁９と圧力調整器１０が設けられている。
ＣＶＤ装置は、また、気化器２１、気化器ヒータ２２、
恒温箱体２３、配管ヒータ２４、ミキサ２５を有してい
る。
【００１１】Ｎ2 １３は、気体流量コントローラ１６
で、その量が制御され、接続管２６を通って、気化器２
１へ送られる。液体原料容器１７内のＢａ（ＤＰＭ）2
／ＴＨＦは、加圧管１４を通じて、加圧用Ｎ2 １３ａに
より加圧され、液体流量コントローラ１５で、その量が
制御され、接続管２６を通って気化器２１へ送られる。
液体原料容器１８内のＳｒ（ＤＰＭ）2 ／ＴＨＦは、加
圧管１４を通じて、加圧用Ｎ2 １３ａによって加圧さ
れ、液体流量コントローラ１５によって、その量が制御
され、接続管２６を通って気化器２１へ送られる。
で、その量が制御され、接続管２６を通って、気化器２
１へ送られる。液体原料容器１７内のＢａ（ＤＰＭ）2
／ＴＨＦは、加圧管１４を通じて、加圧用Ｎ2 １３ａに
より加圧され、液体流量コントローラ１５で、その量が
制御され、接続管２６を通って気化器２１へ送られる。
液体原料容器１８内のＳｒ（ＤＰＭ）2 ／ＴＨＦは、加
圧管１４を通じて、加圧用Ｎ2 １３ａによって加圧さ
れ、液体流量コントローラ１５によって、その量が制御
され、接続管２６を通って気化器２１へ送られる。
【００１２】液体原料容器１９内のＴｉＯ（ＤＰＭ）2
／ＴＨＦは、加圧管１４を通じて加圧用Ｎ2 １３ａによ
って加圧され、その量が、液体流量コントローラ１５に
よって制御され、接続管２６を通って気化器２１へ送ら
れる。
／ＴＨＦは、加圧管１４を通じて加圧用Ｎ2 １３ａによ
って加圧され、その量が、液体流量コントローラ１５に
よって制御され、接続管２６を通って気化器２１へ送ら
れる。
【００１３】液体原料容器２０内のＴＨＦは、加圧管１
４を通じて、加圧用Ｎ2 １３ａにより加圧され、その量
が、液体流量コントローラ１５によって制御され、接続
管２６を通って気化器２１へ送られる。
４を通じて、加圧用Ｎ2 １３ａにより加圧され、その量
が、液体流量コントローラ１５によって制御され、接続
管２６を通って気化器２１へ送られる。
【００１４】次に、動作について説明する。Ｎ2 １３
が、その流量を気体流量コントローラ１６により調整さ
れ、接続管２６中を流れている。そこに、液体原料容器
１７，１８，１９，２０内の溶液原料が、加圧管１４か
ら加圧用Ｎ2 １３ａによって加圧され、液体流量コント
ローラ１５により、その量が制御されて気化器２１へ供
給される。その後、供給された液体原料は、気化器ヒー
タ２２により加熱された、気化器２１の内壁の、広い範
囲に衝突して、瞬時に気化する。気化器２１内で気化さ
れた原料は、恒温箱体２３および配管ヒータ２４により
加熱された原料ガス供給管１を通って、反応室３ａへと
供給される。一方、反応性ガス２ｂは、恒温箱体２３お
よび配管ヒータ２４によって加熱された反応性ガス供給
管２を通って、反応室３ａへと供給される。ただし、原
料ガスと反応性ガスはミキサ２５により混合されてか
ら、反応室３ａへと導入される。最終的に、原料ガスと
反応性ガスは、加熱ステージ４により加熱されたシリコ
ンなどの基板６上で反応を起こしＢＳＴ膜を形成する。
なお、薄膜形成に寄与しなかった混合ガスは、排気経路
１１を通って、真空ポンプにより、外部に排気される。
が、その流量を気体流量コントローラ１６により調整さ
れ、接続管２６中を流れている。そこに、液体原料容器
１７，１８，１９，２０内の溶液原料が、加圧管１４か
ら加圧用Ｎ2 １３ａによって加圧され、液体流量コント
ローラ１５により、その量が制御されて気化器２１へ供
給される。その後、供給された液体原料は、気化器ヒー
タ２２により加熱された、気化器２１の内壁の、広い範
囲に衝突して、瞬時に気化する。気化器２１内で気化さ
れた原料は、恒温箱体２３および配管ヒータ２４により
加熱された原料ガス供給管１を通って、反応室３ａへと
供給される。一方、反応性ガス２ｂは、恒温箱体２３お
よび配管ヒータ２４によって加熱された反応性ガス供給
管２を通って、反応室３ａへと供給される。ただし、原
料ガスと反応性ガスはミキサ２５により混合されてか
ら、反応室３ａへと導入される。最終的に、原料ガスと
反応性ガスは、加熱ステージ４により加熱されたシリコ
ンなどの基板６上で反応を起こしＢＳＴ膜を形成する。
なお、薄膜形成に寄与しなかった混合ガスは、排気経路
１１を通って、真空ポンプにより、外部に排気される。
【００１５】反応室３ａの圧力は、圧力調整器１０によ
って、１〜１０Ｔｏｒｒの間に制御される。また、低温
ほど段差被覆性が良好であることから、加熱ステージ４
のヒータ設定温度を４００〜６００℃とし、原料流量お
よび成膜時間をコントロールすることにより、成膜速度
を３０Å／ｍｉｎ程度にし、膜厚３００Å、ＢＳＴ膜の
組成比（Ｂａ＋Ｓｒ）／Ｔｉを１．０として成膜を行な
っている。ＰｔやＲｕなどの下部電極上に形成されたＢ
ＳＴ膜の上には、ＰｔやＲｕなどをスパッタすることに
よって、上部電極が形成される。この試料を用いて、Ｂ
ＳＴ膜の電気特性、すなわちリーク電流や酸化膜換算膜
厚が測定される。
って、１〜１０Ｔｏｒｒの間に制御される。また、低温
ほど段差被覆性が良好であることから、加熱ステージ４
のヒータ設定温度を４００〜６００℃とし、原料流量お
よび成膜時間をコントロールすることにより、成膜速度
を３０Å／ｍｉｎ程度にし、膜厚３００Å、ＢＳＴ膜の
組成比（Ｂａ＋Ｓｒ）／Ｔｉを１．０として成膜を行な
っている。ＰｔやＲｕなどの下部電極上に形成されたＢ
ＳＴ膜の上には、ＰｔやＲｕなどをスパッタすることに
よって、上部電極が形成される。この試料を用いて、Ｂ
ＳＴ膜の電気特性、すなわちリーク電流や酸化膜換算膜
厚が測定される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなＣＶＤ原料を用いて、従来の液体原料用ＣＶＤ装
置で成膜を行なう場合には、以下に述べるような問題点
があった。
ようなＣＶＤ原料を用いて、従来の液体原料用ＣＶＤ装
置で成膜を行なう場合には、以下に述べるような問題点
があった。
【００１７】第１に、気化器で気化したＣＶＤ原料ガス
と、酸化剤であるＯ2 などの反応性ガスを反応室に導入
するときに、それぞれの気体が反応室に入ったところで
熱を奪われる。そのため、有機溶剤に溶解していた有機
金属化合物が、基板に到達する前に、析出してしまう。
これが残渣として配管や反応室内壁に残ったり、あるい
は微粒子となって飛散し、素子内に混入して、素子欠陥
の原因となる。
と、酸化剤であるＯ2 などの反応性ガスを反応室に導入
するときに、それぞれの気体が反応室に入ったところで
熱を奪われる。そのため、有機溶剤に溶解していた有機
金属化合物が、基板に到達する前に、析出してしまう。
これが残渣として配管や反応室内壁に残ったり、あるい
は微粒子となって飛散し、素子内に混入して、素子欠陥
の原因となる。
【００１８】第２に、気化器で気化したＣＶＤ原料ガス
と、酸化剤であるＯ2 などの反応性ガスを反応室に導入
するときに、従来はミキサで両者を混合していた。しか
し、一方の気体が他方の気体の供給管に逆流し、それぞ
れの気体の供給管の途中で反応が生じるということがあ
った。その結果、ミキサから上流側にある、気体供給管
内や気化器内で、有機金属化合物が反応し、析出物が発
生し、ひいては気化残渣あるいは気相反応物からなる微
粒子を生じる。
と、酸化剤であるＯ2 などの反応性ガスを反応室に導入
するときに、従来はミキサで両者を混合していた。しか
し、一方の気体が他方の気体の供給管に逆流し、それぞ
れの気体の供給管の途中で反応が生じるということがあ
った。その結果、ミキサから上流側にある、気体供給管
内や気化器内で、有機金属化合物が反応し、析出物が発
生し、ひいては気化残渣あるいは気相反応物からなる微
粒子を生じる。
【００１９】第３に、それぞれの気体の供給管の途中
で、有機金属化合物が反応して残渣を生じることによ
り、供給管のコンダクタンスは低下し、気化器の内部圧
力が上昇した。その結果、さらに残渣の発生が加速度的
に進み、供給管が閉塞状態に陥り、頻繁に供給管の洗浄
作業が必要になるという問題点があった。
で、有機金属化合物が反応して残渣を生じることによ
り、供給管のコンダクタンスは低下し、気化器の内部圧
力が上昇した。その結果、さらに残渣の発生が加速度的
に進み、供給管が閉塞状態に陥り、頻繁に供給管の洗浄
作業が必要になるという問題点があった。
【００２０】以上のように、従来の溶液気化ＣＶＤ装置
では、装置内において、気化器、原料ガス供給管、ミキ
サなどにＣＶＤ原料の残渣等の異物が付着することがあ
った。このため、気化器の圧力が上昇し、さらに多くの
残渣の発生を引起していた。また、同時に発生した微粒
子が成膜中の膜中に取込まれて、素子欠陥の原因となっ
ていた。
では、装置内において、気化器、原料ガス供給管、ミキ
サなどにＣＶＤ原料の残渣等の異物が付着することがあ
った。このため、気化器の圧力が上昇し、さらに多くの
残渣の発生を引起していた。また、同時に発生した微粒
子が成膜中の膜中に取込まれて、素子欠陥の原因となっ
ていた。
【００２１】それゆえに、この発明の目的は、上記のよ
うな問題点を解決するためになされたものである。
うな問題点を解決するためになされたものである。
【００２２】すなわち、本発明の目的は、原料の析出、
残渣の発生が抑制されるように改良された高誘電率薄膜
形成用ＣＶＤ装置を提供することにある。
残渣の発生が抑制されるように改良された高誘電率薄膜
形成用ＣＶＤ装置を提供することにある。
【００２３】この発明の他の目的は、薄膜の膜厚が均一
になるように改良された高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置
を提供することにある。
になるように改良された高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置
を提供することにある。
【００２４】この発明の他の目的は、ＢＳＴ薄膜を、安
定に成膜することができるように改良された高誘電率薄
膜形成用ＣＶＤ装置を提供することにある。
定に成膜することができるように改良された高誘電率薄
膜形成用ＣＶＤ装置を提供することにある。
【００２５】この発明のさらに他の目的は、良好な電気
特性を持つ素子製造の歩留りが向上するように改良され
た高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置を提供することにあ
る。
特性を持つ素子製造の歩留りが向上するように改良され
た高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置を提供することにあ
る。
【００２６】この発明の他の目的は、原料の析出や残渣
の発生が抑制され、かつ膜厚の均一な薄膜が得られるよ
うに改良された、高誘電率薄膜を形成する方法を提供す
ることにある。
の発生が抑制され、かつ膜厚の均一な薄膜が得られるよ
うに改良された、高誘電率薄膜を形成する方法を提供す
ることにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係るＣＶＤ装
置は、原料ガスと反応性ガスとを反応させて薄膜を形成
する高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置にかかる。当該ＣＶ
Ｄ装置は、反応室と、該反応室内に原料ガスを供給する
原料ガス供給管と、上記反応室内に上記反応性ガスを供
給する反応性ガス供給管と、を備える。上記原料ガス供
給管と上記反応性ガス供給管の少なくとも一方には、上
記反応室の内壁に沿って上記ガスを噴出させる噴出手段
が設けられている。
置は、原料ガスと反応性ガスとを反応させて薄膜を形成
する高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置にかかる。当該ＣＶ
Ｄ装置は、反応室と、該反応室内に原料ガスを供給する
原料ガス供給管と、上記反応室内に上記反応性ガスを供
給する反応性ガス供給管と、を備える。上記原料ガス供
給管と上記反応性ガス供給管の少なくとも一方には、上
記反応室の内壁に沿って上記ガスを噴出させる噴出手段
が設けられている。
【００２８】この発明によれば、気体の一部が、反応室
内壁に、より長い時間、接することができるようにな
る。一般に、反応室内壁は高温に保たれており、導入さ
れた気体は、反応室内壁から熱を受取るため、温度低下
が抑制される。このため、温度低下に伴う原料の析出、
残渣の発生が抑制される。
内壁に、より長い時間、接することができるようにな
る。一般に、反応室内壁は高温に保たれており、導入さ
れた気体は、反応室内壁から熱を受取るため、温度低下
が抑制される。このため、温度低下に伴う原料の析出、
残渣の発生が抑制される。
【００２９】請求項２に係るＣＶＤ装置によれば、上記
噴出手段は、上記反応室の内壁に沿って、多方向に上記
ガスを噴出させる、複数の孔を有する拡散部材を含み、
上記複数個の孔の総開口面積は、上記供給管の断面積よ
りも小さくされている。
噴出手段は、上記反応室の内壁に沿って、多方向に上記
ガスを噴出させる、複数の孔を有する拡散部材を含み、
上記複数個の孔の総開口面積は、上記供給管の断面積よ
りも小さくされている。
【００３０】この発明によれば、気体の一部が反応室内
壁により長く接する。このため、気体が高温に保たれた
反応室内壁から熱を受取り、その温度低下が抑制される
とともに、気体が反応室全体に均等に拡散する。このた
め、温度低下に伴う原料の析出、残渣の発生が抑制さ
れ、薄膜の付着特性の面内均一性が保たれる。また、上
記複数個の孔の総開口面積が、気体供給管の断面積より
も小さくされているので、一度反応室に入った気体は、
他方の気体の気体導入部から上流側へ逆流しにくくな
る。このため、原料ガスと反応性ガスの供給管内での反
応に伴う、原料の析出、残渣の発生が抑制される。
壁により長く接する。このため、気体が高温に保たれた
反応室内壁から熱を受取り、その温度低下が抑制される
とともに、気体が反応室全体に均等に拡散する。このた
め、温度低下に伴う原料の析出、残渣の発生が抑制さ
れ、薄膜の付着特性の面内均一性が保たれる。また、上
記複数個の孔の総開口面積が、気体供給管の断面積より
も小さくされているので、一度反応室に入った気体は、
他方の気体の気体導入部から上流側へ逆流しにくくな
る。このため、原料ガスと反応性ガスの供給管内での反
応に伴う、原料の析出、残渣の発生が抑制される。
【００３１】請求項３に係るＣＶＤ装置においては、上
記拡散部材は、上記原料ガス供給管および上記反応性ガ
ス供給管の双方に設けられており、上記原料ガス供給管
の孔の近傍に、上記反応性ガス供給管の孔が設けられて
いる。
記拡散部材は、上記原料ガス供給管および上記反応性ガ
ス供給管の双方に設けられており、上記原料ガス供給管
の孔の近傍に、上記反応性ガス供給管の孔が設けられて
いる。
【００３２】この発明によれば、原料ガスおよび反応性
ガスは、反応室内壁に、より長い時間接し、高温に保た
れた反応室内壁で温められ、その温度低下が抑制される
とともに、反応室全体に均等に拡散する。また、原料ガ
スおよび反応性ガスの導入部にある拡散部材の孔が互い
に近接しているところでは、それぞれの気体が反応室に
入った直後から合流し、十分に混合される。このため、
温度低下に伴う原料の析出、残渣の発生が抑制され、ひ
いては、薄膜の付着特性が、面内において、均一とな
る。
ガスは、反応室内壁に、より長い時間接し、高温に保た
れた反応室内壁で温められ、その温度低下が抑制される
とともに、反応室全体に均等に拡散する。また、原料ガ
スおよび反応性ガスの導入部にある拡散部材の孔が互い
に近接しているところでは、それぞれの気体が反応室に
入った直後から合流し、十分に混合される。このため、
温度低下に伴う原料の析出、残渣の発生が抑制され、ひ
いては、薄膜の付着特性が、面内において、均一とな
る。
【００３３】請求項４に係るＣＶＤ装置においては、上
記原料ガス供給管の上記拡散部材と上記反応性ガス供給
管の上記拡散部材が、上記反応室の上部壁面の中央部
で、互いに重なるように設けられており、さらに上記複
数個の孔は、放射状に配置されている。
記原料ガス供給管の上記拡散部材と上記反応性ガス供給
管の上記拡散部材が、上記反応室の上部壁面の中央部
で、互いに重なるように設けられており、さらに上記複
数個の孔は、放射状に配置されている。
【００３４】この発明によれば、原料ガスおよび反応性
ガスは、反応室内壁により長い時間接し、高温に保たれ
た反応室内壁で保温され、その温度低下が抑制されると
ともに、反応室全体にわたって、均等に拡散する。この
ため、温度低下に伴う原料の析出、残渣の発生が抑制さ
れ、薄膜の付着特性の面内均一性が向上する。さらに、
反応室の上部中央から放出される気体は、反応室内に発
生している気体の対流に沿って、反応室内に円滑に流れ
込む。このため、乱流や淀みの発生が少なくなり、原料
の析出や残渣の発生が抑制される。ひいては、薄膜の付
着特性の面内均一性の向上に関して、特に有効となる。
ガスは、反応室内壁により長い時間接し、高温に保たれ
た反応室内壁で保温され、その温度低下が抑制されると
ともに、反応室全体にわたって、均等に拡散する。この
ため、温度低下に伴う原料の析出、残渣の発生が抑制さ
れ、薄膜の付着特性の面内均一性が向上する。さらに、
反応室の上部中央から放出される気体は、反応室内に発
生している気体の対流に沿って、反応室内に円滑に流れ
込む。このため、乱流や淀みの発生が少なくなり、原料
の析出や残渣の発生が抑制される。ひいては、薄膜の付
着特性の面内均一性の向上に関して、特に有効となる。
【００３５】請求項５に記載の高誘電率薄膜の形成方法
においては、まず、Ｂａ、ＳｒおよびＴｉを含むＤＰＭ
系有機金属化合物を有機溶剤に溶解した液体原料を気化
器で気化させ、原料ガスを得る。上記原料ガスを、原料
ガス供給管を通して反応室内に導入する。上記反応室内
で上記原料ガスとＯ2 とを反応させ、基板の上に薄膜を
成膜する。上記原料ガスの、上記気化器内、上記反応室
内および上記原料ガス供給管内における分圧を、その温
度における、上記原料ガスの飽和蒸気圧の１００分の１
以下にする。
においては、まず、Ｂａ、ＳｒおよびＴｉを含むＤＰＭ
系有機金属化合物を有機溶剤に溶解した液体原料を気化
器で気化させ、原料ガスを得る。上記原料ガスを、原料
ガス供給管を通して反応室内に導入する。上記反応室内
で上記原料ガスとＯ2 とを反応させ、基板の上に薄膜を
成膜する。上記原料ガスの、上記気化器内、上記反応室
内および上記原料ガス供給管内における分圧を、その温
度における、上記原料ガスの飽和蒸気圧の１００分の１
以下にする。
【００３６】この発明によれば、用いられるすべての有
機金属化合物の気相中での分圧を、上記気化器内、上記
反応室内および上記原料ガス供給管内において、その温
度における上記原料ガスの飽和蒸気圧の１００分の１以
下としたので、上記原料ガス供給管および上記反応室内
部において、原料の析出や残渣の発生が抑制され、ひい
てはＢＳＴ薄膜の成膜が安定し、かつ良好な電気特性を
持つ素子製造の歩留りが向上する。
機金属化合物の気相中での分圧を、上記気化器内、上記
反応室内および上記原料ガス供給管内において、その温
度における上記原料ガスの飽和蒸気圧の１００分の１以
下としたので、上記原料ガス供給管および上記反応室内
部において、原料の析出や残渣の発生が抑制され、ひい
てはＢＳＴ薄膜の成膜が安定し、かつ良好な電気特性を
持つ素子製造の歩留りが向上する。
【００３７】請求項６に記載の高誘電率薄膜の形成方法
においては、上記有機溶剤が、ＴＨＦまたはテトラグリ
ムを含む。
においては、上記有機溶剤が、ＴＨＦまたはテトラグリ
ムを含む。
【００３８】この発明によれば、有機溶剤としてＴＨＦ
またはテトラグリムを主成分として含む有機溶剤を用い
ているので、原料ガス供給管および反応室内部におい
て、原料の析出や残渣の発生が抑制され、ひいては、Ｂ
ＳＴ薄膜の付着特性の面内均一性および良好な電気特性
を持つ素子製造の歩留りが向上する。
またはテトラグリムを主成分として含む有機溶剤を用い
ているので、原料ガス供給管および反応室内部におい
て、原料の析出や残渣の発生が抑制され、ひいては、Ｂ
ＳＴ薄膜の付着特性の面内均一性および良好な電気特性
を持つ素子製造の歩留りが向上する。
【００３９】請求項７に記載の方法においては、上記気
化を２３０℃〜２８０℃で行ない、上記気化および上記
成膜を、１０Ｔｏｒｒ以下の圧力で行なう。
化を２３０℃〜２８０℃で行ない、上記気化および上記
成膜を、１０Ｔｏｒｒ以下の圧力で行なう。
【００４０】この発明によれば、気化の温度を２３０℃
以上２８０℃以下で行ない、かつ上記気化および上記成
膜を１０Ｔｏｒｒ以下の圧力で行なうので、原料ガス供
給管および反応室内部において、原料の析出や残渣の発
生が抑制され、ひいてはＢＳＴ薄膜の成膜安定性および
良好な電気特性を持つ素子製造の歩留りが向上する。
以上２８０℃以下で行ない、かつ上記気化および上記成
膜を１０Ｔｏｒｒ以下の圧力で行なうので、原料ガス供
給管および反応室内部において、原料の析出や残渣の発
生が抑制され、ひいてはＢＳＴ薄膜の成膜安定性および
良好な電気特性を持つ素子製造の歩留りが向上する。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。これらの実施の形態では、有機金
属化合物原料として、固体のＢａ（ＤＰＭ）2 、Ｓｒ
（ＤＰＭ）2 、ＴｉＯ（ＤＰＭ）2 を用いた。また、こ
れら溶解する有機溶媒として、ＴＨＦを用いた。液体原
料として、上記固体原料のＴＨＦ溶液を使用し、そし
て、反応性ガスとして、酸化剤であるＯ2 を使用して、
ＢＳＴ薄膜を堆積した。
に基づいて説明する。これらの実施の形態では、有機金
属化合物原料として、固体のＢａ（ＤＰＭ）2 、Ｓｒ
（ＤＰＭ）2 、ＴｉＯ（ＤＰＭ）2 を用いた。また、こ
れら溶解する有機溶媒として、ＴＨＦを用いた。液体原
料として、上記固体原料のＴＨＦ溶液を使用し、そし
て、反応性ガスとして、酸化剤であるＯ2 を使用して、
ＢＳＴ薄膜を堆積した。
【００４２】実施の形態１ 図１は、実施の形態１に係る液体原料用ＣＶＤ装置の一
部を示す概略図である。図５に示す従来の装置と同一ま
たは相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説
明を繰返さない。
部を示す概略図である。図５に示す従来の装置と同一ま
たは相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説
明を繰返さない。
【００４３】気化された原料は原料ガス供給管１を通っ
て、Ｏ2 は反応性ガス供給管２を通って、それぞれ反応
室３ａ内に供給される。原料ガスとＯ2 は拡散板７の上
の空間で混ざり合い、拡散板７にある多数の孔から吹出
して、加熱された基板６上で反応し、ＢＳＴ膜を形成す
る。
て、Ｏ2 は反応性ガス供給管２を通って、それぞれ反応
室３ａ内に供給される。原料ガスとＯ2 は拡散板７の上
の空間で混ざり合い、拡散板７にある多数の孔から吹出
して、加熱された基板６上で反応し、ＢＳＴ膜を形成す
る。
【００４４】従来の図５に示すＣＶＤ装置によれば、ミ
キサ２５を用いて原料ガスと反応性ガスを分散させた場
合には、双方のガスの一部が他方のガスの供給配管内に
逆流することにより、ミキサ部およびガス供給配管の内
部で残渣が発生し、成膜特性が変動したり、微粒子が発
生し、ＢＳＴ膜の特性が劣化するという問題点があっ
た。また、仮にミキサを取除いても、原料ガスとＯ
2 が、供給管よりもかなり大きな空間である反応室に直
接出る際には、膨張するためにその温度が低下し、原料
の一部が気相状態でいられなくなり、析出を起こし、そ
して微粒子が発生するという問題点があった。
キサ２５を用いて原料ガスと反応性ガスを分散させた場
合には、双方のガスの一部が他方のガスの供給配管内に
逆流することにより、ミキサ部およびガス供給配管の内
部で残渣が発生し、成膜特性が変動したり、微粒子が発
生し、ＢＳＴ膜の特性が劣化するという問題点があっ
た。また、仮にミキサを取除いても、原料ガスとＯ
2 が、供給管よりもかなり大きな空間である反応室に直
接出る際には、膨張するためにその温度が低下し、原料
の一部が気相状態でいられなくなり、析出を起こし、そ
して微粒子が発生するという問題点があった。
【００４５】これに対し、図１に示すＣＶＤ装置では、
原料ガス導入部１ａか反応性ガス導入部２ａの少なくと
も一方が、気体が反応室３ａの内壁に沿って吹出すよう
な構造にされている。そのため、気体は、高温に温めら
れた、反応器３の壁面から熱を受取り、気体の温度低下
が抑制できる。
原料ガス導入部１ａか反応性ガス導入部２ａの少なくと
も一方が、気体が反応室３ａの内壁に沿って吹出すよう
な構造にされている。そのため、気体は、高温に温めら
れた、反応器３の壁面から熱を受取り、気体の温度低下
が抑制できる。
【００４６】なお、実施の形態１では、原料ガス導入部
１ａおよび反応性ガス導入部２ａは、反応器３の上部に
取付けられているが、この発明はこれに限られるもので
なく、これらを反応器の側壁に取付けてもよい。また、
これらの原料ガス導入部および反応性ガス導入部は、複
数個取付けてもよい。
１ａおよび反応性ガス導入部２ａは、反応器３の上部に
取付けられているが、この発明はこれに限られるもので
なく、これらを反応器の側壁に取付けてもよい。また、
これらの原料ガス導入部および反応性ガス導入部は、複
数個取付けてもよい。
【００４７】実施の形態１に係るＣＶＤ装置を用いる
と、数〜数十ミクロン程度の異物の発生は少なくなっ
た。そのために、ＢＳＴ膜を用いたキャパシタにおい
て、電気特性などの不良個数が減少した。
と、数〜数十ミクロン程度の異物の発生は少なくなっ
た。そのために、ＢＳＴ膜を用いたキャパシタにおい
て、電気特性などの不良個数が減少した。
【００４８】実施の形態２ 図２は、実施の形態２に係る液体原料用ＣＶＤ装置の一
部を示す概略図である。実施の形態２に係るＣＶＤ装置
では、原料ガス導入部１ａか反応性ガス導入部２ａの少
なくとも一方は、気体が反応室３ａの内壁に沿って、多
方向に吹出すようにできる拡散器１２ａを有している。
ここでは、原料ガス導入部１ａに拡散器１２ａが接続さ
れている。原料ガスは、反応器３の内壁に沿うように、
多方向に、噴出される。このとき、原料ガスは、高温に
加熱されている、反応器３の内壁から、熱を受取り、か
つ、反応室３ａの全体にわたり拡散する。したがって、
残渣の発生も抑制され、かつ、面内均一性の優れた成膜
を行なうことができる。
部を示す概略図である。実施の形態２に係るＣＶＤ装置
では、原料ガス導入部１ａか反応性ガス導入部２ａの少
なくとも一方は、気体が反応室３ａの内壁に沿って、多
方向に吹出すようにできる拡散器１２ａを有している。
ここでは、原料ガス導入部１ａに拡散器１２ａが接続さ
れている。原料ガスは、反応器３の内壁に沿うように、
多方向に、噴出される。このとき、原料ガスは、高温に
加熱されている、反応器３の内壁から、熱を受取り、か
つ、反応室３ａの全体にわたり拡散する。したがって、
残渣の発生も抑制され、かつ、面内均一性の優れた成膜
を行なうことができる。
【００４９】拡散器１２ａに設けられた孔の総開口面積
は、原料ガスが供給されてきた供給管１の断面積より
も、十分小さい。反応室３ａは、十分に広い容積を持
つ。圧力調整器１０によって、反応室３ａ内の圧力は、
適切な圧力に制御される。このように構成することによ
り、原料ガスと反応性ガスが、それぞれ相手側へ逆流す
るのを防止することができた。
は、原料ガスが供給されてきた供給管１の断面積より
も、十分小さい。反応室３ａは、十分に広い容積を持
つ。圧力調整器１０によって、反応室３ａ内の圧力は、
適切な圧力に制御される。このように構成することによ
り、原料ガスと反応性ガスが、それぞれ相手側へ逆流す
るのを防止することができた。
【００５０】実施の形態２では、原料ガス導入部１ａと
反応性ガス導入部２ａを、反応器３の上部に取付けた場
合を例示したが、この発明はこれに限られるものでな
く、これらを反応器３の側壁に取付けてもよい。また、
これらを、複数個、反応器３に取付けてもよい。
反応性ガス導入部２ａを、反応器３の上部に取付けた場
合を例示したが、この発明はこれに限られるものでな
く、これらを反応器３の側壁に取付けてもよい。また、
これらを、複数個、反応器３に取付けてもよい。
【００５１】図２に係るＣＶＤ装置を用いれば、成膜さ
れたＢＳＴ膜の特性の面内均一性が向上する。また、反
応室３ａおよび配管経路内での残渣発生も大きく低減さ
れ、装置のクリーニングの頻度が下がり、生産性が大き
く向上した。
れたＢＳＴ膜の特性の面内均一性が向上する。また、反
応室３ａおよび配管経路内での残渣発生も大きく低減さ
れ、装置のクリーニングの頻度が下がり、生産性が大き
く向上した。
【００５２】実施の形態３ 図３は、実施の形態３に係る液体原料用ＣＶＤ装置の一
部を示す概略図である。図３を参照して、原料ガス導入
部１ａおよび反応性ガス導入部２ａの両方に、気体が反
応室３ａの内壁に沿って、多方向に吹出すようにできる
拡散器１２ａ，１２ｂが取付けられている。原料ガスと
Ｏ2 は、反応器３の内壁に沿うように、多方向に噴出さ
れる。拡散器１２ａ，１２ｂに設けられた孔の総開口面
積は、原料ガスが供給されてきた供給管の断面積より
も、十分小さい。反応室３ａは十分広い容積を持ってい
る。反応室３ａ内の圧力は、圧力調整器１０によって、
適切にコントロールされる。実施の形態３に係るＣＶＤ
装置は、実施の形態２と同様に、一方の気体が、他方の
気体の供給管に逆流しにくくなる。また、原料ガスとＯ
2 の一部は、反応室３ａに入ってすぐに混合され、反応
を開始する。そのため、未反応のまま排出される原料の
割合をさらに低減でき、ひいては、成膜速度が向上す
る。
部を示す概略図である。図３を参照して、原料ガス導入
部１ａおよび反応性ガス導入部２ａの両方に、気体が反
応室３ａの内壁に沿って、多方向に吹出すようにできる
拡散器１２ａ，１２ｂが取付けられている。原料ガスと
Ｏ2 は、反応器３の内壁に沿うように、多方向に噴出さ
れる。拡散器１２ａ，１２ｂに設けられた孔の総開口面
積は、原料ガスが供給されてきた供給管の断面積より
も、十分小さい。反応室３ａは十分広い容積を持ってい
る。反応室３ａ内の圧力は、圧力調整器１０によって、
適切にコントロールされる。実施の形態３に係るＣＶＤ
装置は、実施の形態２と同様に、一方の気体が、他方の
気体の供給管に逆流しにくくなる。また、原料ガスとＯ
2 の一部は、反応室３ａに入ってすぐに混合され、反応
を開始する。そのため、未反応のまま排出される原料の
割合をさらに低減でき、ひいては、成膜速度が向上す
る。
【００５３】成膜されたＢＳＴ膜は、面内均一性に優れ
た特性を持っていた。また、原料ガス供給管および反応
性ガス供給管のいずれの配管経路においても、残渣の発
生が大きく低減され、装置のクリーニングの頻度がさら
に減少し、生産性がさらに向上した。
た特性を持っていた。また、原料ガス供給管および反応
性ガス供給管のいずれの配管経路においても、残渣の発
生が大きく低減され、装置のクリーニングの頻度がさら
に減少し、生産性がさらに向上した。
【００５４】実施の形態４ 図４は、実施の形態４に係る液体原料用ＣＶＤ装置の一
部を示す概略図である。図４を参照して、原料ガス導入
部１ａおよび反応性ガス導入部２ａは、上下２段に分か
れた拡散器１２ａ，１２ｂに接続されている。拡散器１
２ａ，１２ｂには、それぞれ、気体が反応室３ａの内壁
にそって、多方向に吹出すように、多数の孔が設けられ
ている。原料ガスとＯ2 は、反応器３の内壁に沿うよう
に、多方向に噴出される。拡散器１２ａ，１２ｂに設け
られた孔の総開口面積は、ガスが供給されてきた供給管
の断面積よりも、十分小さい。また、反応室３ａは十分
広い空間である。さらに、反応室３ａ内は、圧力調整器
１０によって、適切な圧力にコントロールされている。
このように構成されていることから、一方の気体が他方
の気体の供給管に逆流しにくい。また、実施の形態４に
係る装置によれば、原料ガスとＯ2 の一部は、気化器３
内に入ってすぐに混合されるという効果も奏する。
部を示す概略図である。図４を参照して、原料ガス導入
部１ａおよび反応性ガス導入部２ａは、上下２段に分か
れた拡散器１２ａ，１２ｂに接続されている。拡散器１
２ａ，１２ｂには、それぞれ、気体が反応室３ａの内壁
にそって、多方向に吹出すように、多数の孔が設けられ
ている。原料ガスとＯ2 は、反応器３の内壁に沿うよう
に、多方向に噴出される。拡散器１２ａ，１２ｂに設け
られた孔の総開口面積は、ガスが供給されてきた供給管
の断面積よりも、十分小さい。また、反応室３ａは十分
広い空間である。さらに、反応室３ａ内は、圧力調整器
１０によって、適切な圧力にコントロールされている。
このように構成されていることから、一方の気体が他方
の気体の供給管に逆流しにくい。また、実施の形態４に
係る装置によれば、原料ガスとＯ2 の一部は、気化器３
内に入ってすぐに混合されるという効果も奏する。
【００５５】上段および下段の拡散器１２ａ，１２ｂの
孔は、上下方向では位置が揃っており、面内に向かう方
向では、放射状に等間隔に配置されている。このように
構成することにより、原料とＯ2 の均一な混合が行なえ
る。また、拡散器１２ａ，１２ｂは、反応室３ａの上部
の壁面の中央に設けられている。反応室３ａは、中ほど
で、拡散板７によって仕切られており、拡散板７ａより
上部の空間では、供給された気体が対流している。反応
室３ａの上部の中央から気体が噴出するので、気流を乱
すことなく、対流に沿って、気体を反応室３ａ内に流し
込むことができる。これは、高温の反応器の内壁に沿っ
て気体を流し、ひいては気体の温度低下を抑制するとい
う目的にも合致している。
孔は、上下方向では位置が揃っており、面内に向かう方
向では、放射状に等間隔に配置されている。このように
構成することにより、原料とＯ2 の均一な混合が行なえ
る。また、拡散器１２ａ，１２ｂは、反応室３ａの上部
の壁面の中央に設けられている。反応室３ａは、中ほど
で、拡散板７によって仕切られており、拡散板７ａより
上部の空間では、供給された気体が対流している。反応
室３ａの上部の中央から気体が噴出するので、気流を乱
すことなく、対流に沿って、気体を反応室３ａ内に流し
込むことができる。これは、高温の反応器の内壁に沿っ
て気体を流し、ひいては気体の温度低下を抑制するとい
う目的にも合致している。
【００５６】成膜されたＢＳＴ膜の特性のうち、組成の
面内均一性が向上し、良好な電気特性を有していた。ま
た、原料ガス供給管および反応性ガス供給管のいずれの
配管経路においても、残渣の発生が大きく低減され、装
置のクリーニングの頻度が格段に減少し、ひいては生産
性が大きく向上した。
面内均一性が向上し、良好な電気特性を有していた。ま
た、原料ガス供給管および反応性ガス供給管のいずれの
配管経路においても、残渣の発生が大きく低減され、装
置のクリーニングの頻度が格段に減少し、ひいては生産
性が大きく向上した。
【００５７】表１に、従来の液体原料用ＣＶＤ装置と本
発明の装置を用いて、成膜をおこなったときの、膜の特
性の一例を示す。
発明の装置を用いて、成膜をおこなったときの、膜の特
性の一例を示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】同一の原料、同一の流量という条件下にお
いて、気化器内の圧力は、従来のものでは１５〜２０Ｔ
ｏｒｒであったが、本発明によるものでは５〜１０Ｔｏ
ｒｒに減少した。残渣率、すなわち気化せずに残った量
の、供給した固体原料の総量に対する割合は、５〜２０
％から０〜２％に低下した。また、成膜速度は３０〜５
０Å／ｍｉｎから５０〜９０Å／ｍｉｎに増加するとい
う効果が得られた。すなわち、実施の形態４によれば、
従来のものと同様な特性のＢＳＴ膜を形成するのに費や
す原料の流量そのものが少なくてよいため、残渣の発生
がより少なくなる。気化器内の圧力の減少および原料消
費量の低減化という２つの効果の相乗で、装置をクリー
ニングする必要性がほとんどないという効果が得られ
る。
いて、気化器内の圧力は、従来のものでは１５〜２０Ｔ
ｏｒｒであったが、本発明によるものでは５〜１０Ｔｏ
ｒｒに減少した。残渣率、すなわち気化せずに残った量
の、供給した固体原料の総量に対する割合は、５〜２０
％から０〜２％に低下した。また、成膜速度は３０〜５
０Å／ｍｉｎから５０〜９０Å／ｍｉｎに増加するとい
う効果が得られた。すなわち、実施の形態４によれば、
従来のものと同様な特性のＢＳＴ膜を形成するのに費や
す原料の流量そのものが少なくてよいため、残渣の発生
がより少なくなる。気化器内の圧力の減少および原料消
費量の低減化という２つの効果の相乗で、装置をクリー
ニングする必要性がほとんどないという効果が得られ
る。
【００６０】実施の形態５ 本実施の形態で、液体原料用ＣＶＤ装置を用いるＢＳＴ
膜の成膜プロセスの特徴を説明する。表２は、気化器内
の圧力と原料の残渣率との関係を示す実験データであ
る。
膜の成膜プロセスの特徴を説明する。表２は、気化器内
の圧力と原料の残渣率との関係を示す実験データであ
る。
【００６１】
【表２】
【００６２】ここでは、気化器の温度は２５０℃であ
る。残渣は、圧力の増加とともに増える傾向があり、特
に、圧力が２５Ｔｏｒｒ付近から、急増することが見い
出された。
る。残渣は、圧力の増加とともに増える傾向があり、特
に、圧力が２５Ｔｏｒｒ付近から、急増することが見い
出された。
【００６３】残渣の発生の原因は、原料ガスがその飽和
蒸気圧以上の量存在するか、または、状態の変化によ
り、飽和蒸気圧が減少した結果、気相状態では、いられ
なくなった原料ガスが、析出することによる。飽和蒸気
圧に関しては、たとえば“Ｓｒ（ＤＰＭ）2 の蒸気圧”
（第４４回応用物理学関係連合会（１９９７年春季），
講演予行集Ｎｏ．２、３９８頁）に記載されている。こ
れによると、Ｓｒ（ＤＰＭ）2 の飽和蒸気圧は、２３１
℃で０．１Ｔｏｒｒ、２５０℃で、０．３１６Ｔｏｒｒ
と推定される。したがって、原料の分圧がこれ以下とな
るように、気化器・配管内および反応室の全圧を制御す
るか、または、Ｏ2 やＴＨＦ等の気体成分の割合を多く
して、原料ガスの分圧を低く抑えるように、条件を決め
る必要があると考えられる。
蒸気圧以上の量存在するか、または、状態の変化によ
り、飽和蒸気圧が減少した結果、気相状態では、いられ
なくなった原料ガスが、析出することによる。飽和蒸気
圧に関しては、たとえば“Ｓｒ（ＤＰＭ）2 の蒸気圧”
（第４４回応用物理学関係連合会（１９９７年春季），
講演予行集Ｎｏ．２、３９８頁）に記載されている。こ
れによると、Ｓｒ（ＤＰＭ）2 の飽和蒸気圧は、２３１
℃で０．１Ｔｏｒｒ、２５０℃で、０．３１６Ｔｏｒｒ
と推定される。したがって、原料の分圧がこれ以下とな
るように、気化器・配管内および反応室の全圧を制御す
るか、または、Ｏ2 やＴＨＦ等の気体成分の割合を多く
して、原料ガスの分圧を低く抑えるように、条件を決め
る必要があると考えられる。
【００６４】たとえば、温度２５０℃、圧力１０Ｔｏｒ
ｒの条件下で、原料としてＳｒ（ＤＰＭ）2 のみが毎分
０．０００１モルずつ送られている場合には、それ以外
の気体成分が０．００３０６モル（毎分）あればよいこ
とになる。
ｒの条件下で、原料としてＳｒ（ＤＰＭ）2 のみが毎分
０．０００１モルずつ送られている場合には、それ以外
の気体成分が０．００３０６モル（毎分）あればよいこ
とになる。
【００６５】これに対し、実際の実験では、気化しない
で残る残渣の発生の抑制ができる、原料以外の、気体成
分の流量は、上記条件下では、０．３０６モル（毎分）
に対応していることがわかった。したがって、長時間の
成膜に対しても十分であるように、原料ガスの量は、そ
の飽和蒸気圧の１００分の１としておくことが必要であ
ることがわかった。
で残る残渣の発生の抑制ができる、原料以外の、気体成
分の流量は、上記条件下では、０．３０６モル（毎分）
に対応していることがわかった。したがって、長時間の
成膜に対しても十分であるように、原料ガスの量は、そ
の飽和蒸気圧の１００分の１としておくことが必要であ
ることがわかった。
【００６６】従来の装置では、残渣の発生によって、原
料の気化特性が変化し、成膜の安定性が劣化した。ま
た、残渣から発生した微粒子が、ＢＳＴ膜中に混入し
て、電気特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
しかし、実施の形態５によれば、残渣量を十分低く抑え
ることができる。
料の気化特性が変化し、成膜の安定性が劣化した。ま
た、残渣から発生した微粒子が、ＢＳＴ膜中に混入し
て、電気特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
しかし、実施の形態５によれば、残渣量を十分低く抑え
ることができる。
【００６７】実施の形態６ 実施の形態６において、液体原料用ＣＶＤ装置を用いた
ＢＳＴ膜の成膜プロセスのさらなる特徴を説明する。こ
こで用いられている、ＴＨＦおよびテトラグリムは、Ｄ
ＰＭ系の有機金属の有機溶剤としての溶解能力に優れた
ものであり、ＤＰＭ系有機金属の気化特性を向上させる
ものとして、知られているものである。これを、本発明
に適用することで、原料を安定して気化させることがで
き、ひいては、残渣の発生のない、安定な成膜を実現す
ることが可能となった。
ＢＳＴ膜の成膜プロセスのさらなる特徴を説明する。こ
こで用いられている、ＴＨＦおよびテトラグリムは、Ｄ
ＰＭ系の有機金属の有機溶剤としての溶解能力に優れた
ものであり、ＤＰＭ系有機金属の気化特性を向上させる
ものとして、知られているものである。これを、本発明
に適用することで、原料を安定して気化させることがで
き、ひいては、残渣の発生のない、安定な成膜を実現す
ることが可能となった。
【００６８】実施の形態７ 実施の形態７では、液体原料用ＣＶＤ装置を用いたＢＳ
Ｔ膜の成膜プロセスのさらなる特徴を説明する。表３
は、気化器の温度と原料の残渣率との関係を示したもの
である。
Ｔ膜の成膜プロセスのさらなる特徴を説明する。表３
は、気化器の温度と原料の残渣率との関係を示したもの
である。
【００６９】
【表３】
【００７０】ここでは、気化器の圧力は、１０Ｔｏｒｒ
としている。残渣は、気化器の温度が２３０〜２８０℃
の間にあるときに、最も少なくなっている。この知見を
本発明に適用すれば、残渣量を低く抑えることができ
る。
としている。残渣は、気化器の温度が２３０〜２８０℃
の間にあるときに、最も少なくなっている。この知見を
本発明に適用すれば、残渣量を低く抑えることができ
る。
【００７１】
【発明の効果】請求項１に係るＣＶＤ装置によれば、気
体の一部が、反応室内壁に、より長い時間、接すること
ができるようになる。一般に、反応室内壁は高温に保た
れており、導入された気体は、反応室内壁から熱を受取
るため、温度低下が抑制される。このため、温度低下に
伴う原料の析出、残渣の発生が抑制される。
体の一部が、反応室内壁に、より長い時間、接すること
ができるようになる。一般に、反応室内壁は高温に保た
れており、導入された気体は、反応室内壁から熱を受取
るため、温度低下が抑制される。このため、温度低下に
伴う原料の析出、残渣の発生が抑制される。
【００７２】請求項２に係るＣＶＤ装置によれば、気体
の一部が反応室内壁により長く接する。このため、気体
が高温に保たれた反応室内壁から熱を受取り、その温度
低下が抑制されるとともに、気体が反応室全体に均等に
拡散する。このため、温度変化に伴う原料の析出、残渣
の発生が抑制され、薄膜の付着特性の面内均一性が保た
れる。また、上記複数個の孔の総開口面積が、気体供給
管の断面積よりも小さくされているので、一度反応室に
入った気体は、他方の気体の気体導入部から上流側へ逆
流しにくくなる。このため、原料ガスと反応性ガスの供
給管内での反応に伴う、原料の析出、残渣の発生が抑制
される。
の一部が反応室内壁により長く接する。このため、気体
が高温に保たれた反応室内壁から熱を受取り、その温度
低下が抑制されるとともに、気体が反応室全体に均等に
拡散する。このため、温度変化に伴う原料の析出、残渣
の発生が抑制され、薄膜の付着特性の面内均一性が保た
れる。また、上記複数個の孔の総開口面積が、気体供給
管の断面積よりも小さくされているので、一度反応室に
入った気体は、他方の気体の気体導入部から上流側へ逆
流しにくくなる。このため、原料ガスと反応性ガスの供
給管内での反応に伴う、原料の析出、残渣の発生が抑制
される。
【００７３】請求項３に係るＣＶＤ装置によれば、原料
ガスおよび反応性ガスは、反応室内壁に、より長い時間
接し、高温に保たれた反応室内壁で温められ、その温度
低下が抑制されるとともに、反応室全体に均等に拡散す
る。また、原料ガスおよび反応性ガスの導入部にある拡
散部材の孔が互いに近接しているところでは、それぞれ
の気体が反応室に入った直後から合流し、十分に交合さ
れる。このため、温度低下に伴う原料の析出、残渣の発
生が抑制され、ひいては、薄膜の付着特性が、面内にお
いて、均一となる。
ガスおよび反応性ガスは、反応室内壁に、より長い時間
接し、高温に保たれた反応室内壁で温められ、その温度
低下が抑制されるとともに、反応室全体に均等に拡散す
る。また、原料ガスおよび反応性ガスの導入部にある拡
散部材の孔が互いに近接しているところでは、それぞれ
の気体が反応室に入った直後から合流し、十分に交合さ
れる。このため、温度低下に伴う原料の析出、残渣の発
生が抑制され、ひいては、薄膜の付着特性が、面内にお
いて、均一となる。
【００７４】請求項４に係るＣＶＤ装置によれば、原料
ガスおよび反応性ガスは、反応室内壁により長い時間接
し、高温に保たれた反応室内壁で保温され、その温度低
下が抑制されるとともに、反応室全体にわたって、均等
に拡散する。
ガスおよび反応性ガスは、反応室内壁により長い時間接
し、高温に保たれた反応室内壁で保温され、その温度低
下が抑制されるとともに、反応室全体にわたって、均等
に拡散する。
【００７５】請求項５に記載の高誘電率反応の形成方法
によれば、用いられるすべての有機金属化合物の気相中
での分圧を、上記気化内、上記反応室内および上記原料
ガス供給管内において、その温度における上記原料ガス
の飽和蒸気圧の１００分の１以下としたので、上記原料
ガス供給管および上記反応室内部において、原料の析出
や残渣の発生が抑制され、ひいてはＢＳＴ薄膜の成膜が
安定し、かつ良好な電気特性を持つ素子製造の歩留りが
向上する。
によれば、用いられるすべての有機金属化合物の気相中
での分圧を、上記気化内、上記反応室内および上記原料
ガス供給管内において、その温度における上記原料ガス
の飽和蒸気圧の１００分の１以下としたので、上記原料
ガス供給管および上記反応室内部において、原料の析出
や残渣の発生が抑制され、ひいてはＢＳＴ薄膜の成膜が
安定し、かつ良好な電気特性を持つ素子製造の歩留りが
向上する。
【００７６】請求項６に記載の高誘電率薄膜の形成方法
によれば、有機溶剤としてＴＨＦまたはテトラグリムを
主成分として含む有機溶剤を用いているので、原料ガス
供給管および反応室内部において、原料の析出や残渣の
発生が抑制され、ひいては、ＢＳＴ薄膜の付着特性の面
内均一性および良好な電気特性を持つ素子製造の歩留り
が向上する。
によれば、有機溶剤としてＴＨＦまたはテトラグリムを
主成分として含む有機溶剤を用いているので、原料ガス
供給管および反応室内部において、原料の析出や残渣の
発生が抑制され、ひいては、ＢＳＴ薄膜の付着特性の面
内均一性および良好な電気特性を持つ素子製造の歩留り
が向上する。
【００７７】請求項７に記載の高誘電率反応の形成方法
によれば、気化の温度を２３０℃以上２８０℃以下で行
ない、かつ上記気化および上記成膜を１０Ｔｏｒｒ以下
の圧力で行なうので、原料ガス供給管および反応室内部
において、原料の析出や残渣の発生が抑制され、ひいて
はＢＳＴ薄膜の成膜安定性および良好な電気特性を持つ
素子製造の歩留りが向上する。
によれば、気化の温度を２３０℃以上２８０℃以下で行
ない、かつ上記気化および上記成膜を１０Ｔｏｒｒ以下
の圧力で行なうので、原料ガス供給管および反応室内部
において、原料の析出や残渣の発生が抑制され、ひいて
はＢＳＴ薄膜の成膜安定性および良好な電気特性を持つ
素子製造の歩留りが向上する。
【図１】 実施の形態１に係る高誘電率薄膜形成用ＣＶ
Ｄ装置の概念図である。
Ｄ装置の概念図である。
【図２】 実施の形態２に係る高誘電率薄膜形成用ＣＶ
Ｄ装置の概念図である。
Ｄ装置の概念図である。
【図３】 実施の形態３に係る高誘電率薄膜形成用ＣＶ
Ｄ装置の概念図である。
Ｄ装置の概念図である。
【図４】 実施の形態４に係る高誘電率薄膜形成用ＣＶ
Ｄ装置の概念図である。
Ｄ装置の概念図である。
【図５】 従来の高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置の概念
図である。
図である。
１ 原料ガス供給管、１ａ 原料ガス導入部、２ 反応
性ガス供給管、２ａ反応性ガス導入部、３ａ 反応室。
性ガス供給管、２ａ反応性ガス導入部、３ａ 反応室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/8242 (72)発明者 山向 幹雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 原料ガスと反応性ガスとを反応させて薄
膜を形成する高誘電率薄膜形成用ＣＶＤ装置であって、 反応室と、 前記反応室内に前記原料ガスを供給する原料ガス供給管
と、 前記反応室内に前記反応性ガスを供給する反応性ガス供
給管と、を備え、 前記原料ガス供給管と前記反応性ガス供給管の少なくと
も一方には、前記反応室の内壁に沿って前記ガスを噴出
させる噴出手段が設けられている、高誘電率薄膜形成用
ＣＶＤ装置。 - 【請求項２】 前記噴出手段は、前記反応室の内壁に沿
って、多方向に前記ガスを噴出させるための、複数の孔
を有する、拡散部材を含み、 前記複数の孔の総開口面積は、前記供給管の断面積より
も小さくされている、請求項１に記載の高誘電率薄膜形
成用ＣＶＤ装置。 - 【請求項３】 前記拡散部材は、前記原料ガス供給管お
よび前記反応性ガス供給管の双方に設けられており、 前記原料ガス供給管の孔の近傍に、前記反応性ガス供給
管の孔が設けられている、請求項２に記載の高誘電率薄
膜形成用ＣＶＤ装置。 - 【請求項４】 前記原料ガス供給管の前記拡散部材と前
記反応性ガス供給管の前記拡散部材は、前記反応室の上
部壁面の中央部で、互いに重なるように設けられてお
り、 前記複数個の孔は、それぞれの拡散部材の中で、放射状
に配置されている、請求項３に記載の高誘電率薄膜形成
用ＣＶＤ装置。 - 【請求項５】 Ｂａ、ＳｒおよびＴｉを含むジピバロイ
ルメタン系有機金属化合物を有機溶剤に溶解してなる液
体原料を気化器で気化させ、原料ガスを得る工程と、 前記原料ガスを、原料ガス供給管を通して反応室内に導
入する工程と、 前記反応室内で前記原料ガスとＯ2 とを反応させ、基板
の上に薄膜を成膜する工程と、を備え、 前記原料ガスの、前記気化器内、前記反応室内および前
記原料ガス供給管内における分圧を、その温度におけ
る、前記原料ガスの飽和蒸気圧の１００分の１以下にす
る、高誘電率薄膜の形成方法。 - 【請求項６】 前記有機溶剤は、テトラヒドロフランま
たはテトラグリムを含む、請求項５に記載の高誘電率薄
膜の形成方法。 - 【請求項７】 前記気化を２３０℃〜２８０℃で行な
い、 前記気化および前記成膜を、１０Ｔｏｒｒ以下の圧力で
行なう、請求項５に記載の高誘電率薄膜の形成方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10094587A JPH11297681A (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | 高誘電率薄膜形成用ｃｖｄ装置および高誘電率薄膜の形成方法 |
| TW087112597A TW393669B (en) | 1998-04-07 | 1998-07-31 | CVD apparatus for and method of forming thin film with high dielectric constant |
| US09/150,212 US6179920B1 (en) | 1998-04-07 | 1998-09-09 | CVD apparatus for forming thin film having high dielectric constant |
| KR1019980039706A KR100300834B1 (ko) | 1998-04-07 | 1998-09-24 | 고유전률박막형성용cvd장치및고유전률박막형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10094587A JPH11297681A (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | 高誘電率薄膜形成用ｃｖｄ装置および高誘電率薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11297681A true JPH11297681A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14114420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10094587A Pending JPH11297681A (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | 高誘電率薄膜形成用ｃｖｄ装置および高誘電率薄膜の形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6179920B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11297681A (ja) |
| KR (1) | KR100300834B1 (ja) |
| TW (1) | TW393669B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2002002842A3 (en) * | 2000-06-29 | 2002-05-23 | Applied Materials Inc | Low temperature cvd bst deposition |
| US6527865B1 (en) | 1997-09-11 | 2003-03-04 | Applied Materials, Inc. | Temperature controlled gas feedthrough |
| US7112541B2 (en) | 2004-05-06 | 2006-09-26 | Applied Materials, Inc. | In-situ oxide capping after CVD low k deposition |
| US7273823B2 (en) | 2005-06-03 | 2007-09-25 | Applied Materials, Inc. | Situ oxide cap layer development |
| JP2013541182A (ja) * | 2010-08-16 | 2013-11-07 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ガス注入分散デバイスを備えるシャワーヘッドアセンブリ |
| JP2015175060A (ja) * | 2014-03-18 | 2015-10-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置 |
| JP2016117933A (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置 |
| KR20190011191A (ko) * | 2017-07-24 | 2019-02-01 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 가스 처리 장치 |
Families Citing this family (23)
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|---|---|---|---|---|
| JP3065041B2 (ja) * | 1998-10-29 | 2000-07-12 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 半導体デバイスの成膜方法及び成膜装置 |
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