JP2009129966A - Film formation method, film-forming apparatus, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成膜方法、成膜装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、有機溶媒に有機金属化合物を溶解した液体原料を使用する成膜方法と、その成膜方法を実施するための成膜装置と、強誘電体膜を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a film forming method, a film forming apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, a film forming method using a liquid raw material in which an organometallic compound is dissolved in an organic solvent, and a composition for performing the film forming method. The present invention relates to a film device and a method for manufacturing a semiconductor device having a ferroelectric film.
強誘電体メモリデバイスでは、さらなる高集積化の要求に伴い、チップ内にて占有率が大きい強誘電体キャパシタの微細化が進みつつある。微細化に関わるキャパシタ製造技術上の課題は、十分な大きさのキャパシタ容量を確保することである。キャパシタ容量を大きくするための1つの手段は、強誘電体膜を薄く形成することである。 In a ferroelectric memory device, with the demand for further higher integration, the miniaturization of a ferroelectric capacitor having a large occupation ratio in a chip is progressing. A problem in the capacitor manufacturing technology related to miniaturization is to secure a sufficiently large capacitor capacity. One means for increasing the capacitance of the capacitor is to form a thin ferroelectric film.
強誘電体キャパシタを構成する強誘電体膜として例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)が使用され、PZT膜の形成方法としてスパッタリング法、ゾルゲル法、気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法等が知られている。 For example, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ) is used as the ferroelectric film constituting the ferroelectric capacitor, and the PZT film is formed by sputtering, sol-gel method, vapor phase growth ( A CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like is known.
CVD法は、キャパシタ容量を大きくするための強誘電体膜の薄膜化が可能な成膜方法である。CVD法に使用される原料ガスの供給方法としては、室温にて固体である有機金属化合物を有機溶剤に溶解して液体原料となし、これを気化器により気化して基板に供給する方法がある。 The CVD method is a film forming method capable of reducing the thickness of a ferroelectric film for increasing the capacitor capacity. As a method for supplying a source gas used in the CVD method, there is a method in which an organometallic compound that is solid at room temperature is dissolved in an organic solvent to form a liquid source, which is vaporized by a vaporizer and supplied to a substrate .
そして、CVD法による強誘電体膜の薄膜化の方法として、例えば、膜形成のプロセス時間を短くする方法と、原料中の有機金属化合物の濃度を低くする方法がある。
プロセス時間を短くする方法は、基板に供給する原料ガスの供給時間を制御する方法であり、具体的には、原料を成膜チャンバーに向けて供給する流路に設けられたバルブの開口時間を短くする方法である。
As a method of thinning the ferroelectric film by the CVD method, for example, there are a method of shortening the film formation process time and a method of reducing the concentration of the organometallic compound in the raw material.
The method of shortening the process time is a method of controlling the supply time of the source gas supplied to the substrate. Specifically, the opening time of the valve provided in the flow path for supplying the source toward the film forming chamber is set. It is a method of shortening.
しかし、基板を載置する成膜チャンバー内でのガス流量、圧力、基板温度等の条件が安定するためにはある程度の時間がかかるので、プロセス時間を短くすると強誘電体膜の組成、厚さ、電気特性の再現性が悪くなる。
これに対し、原料中の有機金属化合物濃度を低くする方法では、膜成長速度が遅くなるが、成膜時間を変更する必要がないので、成膜チャンバー内でのガス流量、圧力、基板温度を安定にすることが可能になる。
However, it takes a certain amount of time to stabilize the conditions such as gas flow rate, pressure, and substrate temperature in the deposition chamber on which the substrate is placed. Therefore, if the process time is shortened, the composition and thickness of the ferroelectric film are reduced. , The reproducibility of the electrical characteristics deteriorates.
In contrast, in the method of reducing the organometallic compound concentration in the raw material, the film growth rate is slow, but there is no need to change the film formation time, so the gas flow rate, pressure, and substrate temperature in the film formation chamber must be adjusted. It becomes possible to make it stable.
反応ガスに対して有機金属化合物の割合を減らすことにより膜の成長速度が低下することは、特開2003−40627号公報(特許文献1)に記載されている。
また、有機金属化合物の希釈濃度の調整のために、原料容器に溶剤を直接供給する構造を有する成膜装置が特開平10−229076号公報(特許文献2)に記載されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 10-229076 (Patent Document 2) describes a film forming apparatus having a structure in which a solvent is directly supplied to a raw material container in order to adjust the dilution concentration of an organometallic compound.
ところで、原料中の有機金属化合物濃度を低くする方法を採用すると、膜の厚さについて再現性を良くすることはできる。しかし、膜厚の再現性の良い成長条件が電気的特性の再現性に寄与するかどうかは確認されていない。 By the way, if the method of reducing the concentration of the organometallic compound in the raw material is adopted, the reproducibility of the film thickness can be improved. However, it has not been confirmed whether growth conditions with good reproducibility of film thickness contribute to reproducibility of electrical characteristics.
本発明の目的は、膜質を保持しつつ膜を薄く形成することが可能な成膜方法及び成膜装置と、成膜工程を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of forming a thin film while maintaining film quality, and a method for manufacturing a semiconductor device having a film forming process.
本発明の1つの観点によれば、金属有機化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して原料ガスを生成する工程と、気化したオクタンを前記原料ガスに添加してオクタン添加原料ガスを生成する工程と、前記オクタン添加原料ガスを成膜雰囲気に導入して基板上に金属を含む膜を成膜する工程とを有することを特徴とする成膜方法が提供される。
また、別の観点によれば、基板が設置される反応室と、金属有機化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して生成した原料ガスと気化したオクタンを添加してオクタン添加原料ガスを生成するオクタン添加部と、反応室内にオクタン添加原料ガスを導入する導入部とを有することを特徴とする成膜装置が提供される。
さらに、別の観点によれば、半導体基板の上方に下部電極を形成する工程と、下部電極上に誘電体膜を形成する工程と、誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、を有し、誘電体膜を形成する工程は、有機金属化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して原料ガスを生成し、原料ガスにオクタンガスを添加して下部電極上に供給する工程を含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a step of generating a raw material gas by vaporizing a solution in which a metal organic compound is dissolved in an organic solvent, and an octane-added raw material gas are generated by adding the vaporized octane to the raw material gas. There is provided a film forming method comprising: a process; and a process of introducing the octane-added source gas into a film forming atmosphere to form a film containing a metal on a substrate.
According to another aspect, an octane-added source gas is generated by adding a reaction chamber in which a substrate is installed, a source gas generated by vaporizing a solution in which a metal organic compound is dissolved in an organic solvent, and a vaporized octane. There is provided a film forming apparatus having an octane addition section for introducing an introduction section for introducing an octane addition source gas into a reaction chamber.
Further, according to another aspect, the method includes a step of forming a lower electrode above the semiconductor substrate, a step of forming a dielectric film on the lower electrode, and a step of forming the upper electrode on the dielectric film. The step of forming the dielectric film includes a step of generating a raw material gas by vaporizing a solution obtained by dissolving an organometallic compound in an organic solvent, and adding an octane gas to the raw material gas and supplying the raw material gas onto the lower electrode. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
本発明によれば、金属有機化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して生成した原料ガスにオクタンガスを添加し、オクタンを含む原料ガスを成膜雰囲気に導入することにより金属含有膜を形成すると、その金属含有膜の成長速度はオクタンガスの添加量調整により制御することが可能になる。そのような成膜方法によれば、キャパシタの誘電体膜の成長速度を制御して膜厚の調整が容易になり、膜質の再現性も良い。
原料ガスとオクタンガスは、液相ではなく、互いに気相の状態で混合される。
According to the present invention, a metal-containing film is formed by adding octane gas to a raw material gas generated by vaporizing a solution in which a metal organic compound is dissolved in an organic solvent, and introducing the raw material gas containing octane into the film forming atmosphere. Then, the growth rate of the metal-containing film can be controlled by adjusting the amount of octane gas added. According to such a film forming method, the growth rate of the dielectric film of the capacitor is controlled to facilitate the adjustment of the film thickness, and the reproducibility of the film quality is also good.
The raw material gas and the octane gas are not mixed in a liquid phase but in a gas phase state.
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing a film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す成膜装置は、有機金属化合物を原料に用いてCVD法により膜を形成する装置であって、成膜チャンバー10内には、基板1を載置するウェーハステージ4と、基板1を加熱するヒータ5と、ウェーハステージ4の上方に配置されたシャワーヘッド6とが配置されている。
The film forming apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus for forming a film by a CVD method using an organometallic compound as a raw material. In a
シャワーヘッド6は、成膜チャンバー10の上部のガス導入ポート10aから導入するガスを拡散しつつ多数の孔を通してムラなく基板1に供給する構造を有するガス分散器であり、シャワーノズルともいう。
The
また、成膜チャンバー10の下部には、排気管11を介して外部の真空ポンプ12に接続される排気ポート10bが設けられている。排気管11には、成膜チャンバー10に取り付けられた圧力計13の測定値に基づいて排気量を制御する自動圧力制御器(APC:Auto Pressure Controller)14が設けられている。
In addition, an
成膜チャンバー10のガス導入ポート10aは、第1のガス配管15を介して気化器16のガス放出ポートに接続される。また、第1のガス配管15のうち成膜チャンバー10寄りには第1のバルブ15vが接続され、さらに第1のバルブ15vより上流側には、排気管11に繋がるバイパス配管17が接続されている。
The
バイパス配管17には第2のバルブ17vが取り付けられており、第1のガス配管15を流れるガスの流路は、第1、第2のバルブ15v,17vの操作によって成膜チャンバー10かバイパス配管17のいずれかを選択することが可能になっている。
A
第1のガス配管15のうちバイパス配管17との接続部より上流側には、第2のガス配管18aを介して酸化剤供給源18が接続されている。酸化剤供給源18から供給される酸化剤として、例えば、酸素(O2)、オゾン(O3)、一酸化窒素(N2O)、二酸化窒素(NO2)のうち少なくとも1つのガスが使用される。なお、以下の説明では酸化剤(酸化ガス)として、酸素ガスを例に挙げる。
An oxidant supply source 18 is connected to the upstream side of the connection with the bypass pipe 17 in the
第1のガス配管15と第2のガス配管18aとバイパス配管17とそれらの接続部分はそれぞれステンレスから形成されている。なお、第2のガス配管18aにはバルブ18vが取り付けられている。
The
気化器16は、原料導入ポートから導入した液体原料を気化してガス放出ポートから第1のガス配管15に放出する装置であり、キャリアガスとともに導入した液体原料を霧化して気化チャンバー16a内に放出する気化ノズル16bと、気化チャンバー16aを液体原料の気化温度に予め加熱し且つ保温するヒータ16cとを有している。さらに、気化チャンバー16aには、気化チャンバー16a内に液相のオクタンを導入するオクタン導入ポート16dが設けられている。なお、オクタンは、例えばC8H18の化学式で表される。
The vaporizer 16 is a device that vaporizes the liquid raw material introduced from the raw material introduction port and discharges the liquid raw material introduced from the gas discharge port to the
ヒータ16cは、液体原料とともに液相のオクタンをも気化する温度に制御される。気化チャンバー16aの温度は、有機金属化合物を含む液体原料を気化する際に吸熱作用により低下し易いので、これを防止するために熱容量を稼げるステンレスなどの材質で気化チャンバー16aを構成する。
The
気化チャンバー16a内の圧力は、気化したガスの搬送先となる成膜チャンバー10内の圧力にも影響されるが、気化ノズル16bに導入する液体原料の流量及びキャリアガス流量によって制御される。
The pressure in the
気化ノズル16bには、第3のガス配管19と第1の給液管21が接続されている。第3のガス配管19の上流側には、アルゴン(Ar)、窒素(N2)等のキャリアガスを供給するためのキャリアガス源20がバルブ19vを介して接続されている。また、第1の給液管21の上流側には、マニホールド22の原料出力ポートが接続されている。
A
マニホールド22は、第1〜第4の流量制御器(マスフローコントローラ:MFC)24a〜24d、第2〜第5の給液管23a〜23dを介して第1〜第4の原料容器28〜31から導入する液体原料を混合して原料放出部から放出する構造を有するとともに、液体原料の気化温度より低い温度に内部を加熱するヒータ22aを有している。
The
気化チャンバー16aのオクタン導入ポート16dは、第6の給液管23e、第5のマスフローコントローラ24eを介して第5の原料容器25に接続されている。第5の原料容器25には液相のオクタンが充填され、そのオクタンの中には第6の給液管23eが差し込まれている。また、第1の原料容器25の上部空間は、不活性ガス供給配管26e、バルブ27vを介して不活性ガス源27に接続されている。
The
第1、第6の給液管21,23e、第1、第3のガス配管15、19及び成膜チャンバー10等には、気化した有機金属化合物の凝集を防止するためのヒータ9が設けられている。
The first and sixth
第1〜第4の原料容器28〜31のそれぞれに充填された液体原料には、第2〜第5の給液管23a〜23dが差し込まれている。また、第1〜第4の原料容器28〜31の各上部にはそれぞれ不活性ガス導入管26a〜26dを介して不活性ガス源32が接続される。
Second to fifth
不活性ガス原32には、ネオン、窒素、アルゴン等の不活性ガスが封入されている。不活性ガス原32のガス放出部にはバルブ33が取り付けられている。
これにより、第1〜第4の原料容器28〜31内に充填された液体原料は、不活性ガスの供給により、第2〜第5の給液管23a〜23dを介してマニホールド22に圧送されることになる。
The
Thereby, the liquid raw material filled in the first to fourth
第1〜第4の原料容器28〜31のそれぞれは、密封状態で液体原料を収納する容器であって、その液体原料に対して耐腐食性が優れるステンレスなどの材料から構成されている。また、第5の原料容器25は密封状態で液相のオクタンを収納する容器であって、その液体原料に対して耐腐食性が優れるステンレスなどの材料から構成されている。
Each of the first to fourth
第1〜第5の原料容器25、28〜31に付随する第2〜第6の給液管23a〜22e、不活性ガス導入管26a〜26eの他、Oリング、ガスケット及びバルブ等も同様にステンレスから構成される。
In addition to the second to sixth
なお、図中符号34a〜34nは、第1〜第6の給液管21、23a〜23eに接続されるバルブを示し、符号35a〜35dは、不活性ガス導入管26a〜26dのそれぞれに接続されるバルブを示している。
次に、図1に示す成膜装置を使用して成膜チャンバー10内の基板1上に膜を形成する成膜方法について説明する。その膜として、PZTを例に挙げる。
In addition, the code |
Next, a film forming method for forming a film on the
まず、Pb(DMHD)2を酢酸ブチルに溶解させて液化した第1のCVD原料を第1の原料容器28の中に充填し、また、Zr(DMHD)4を酢酸ブチルに溶解させて液化した第2のCVD原料を第2の原料容器29の中に充填し、Ti(O iPr)2(DPM)2を酢酸ブチルに溶解させて液化した第3のCVD原料を第3の原料容器30の中に充填し、有機溶剤として酢酸ブチルを第4の原料容器31の中に充填する。
First, the first CVD raw material in which Pb (DMHD) 2 was dissolved in butyl acetate and liquefied was filled in the first
Pb(DMHD)2、Zr(DMHD)4、Ti(O iPr)2(DPM)2はそれぞれ金属と有機化合物との金属錯体を含む有機金属化合物である。Ti(OiPr)2(DPM)2の代わりにTi(OiPr)2(DMHD)2を使用しても効果は同じである。 Pb (DMHD) 2 , Zr (DMHD) 4 and Ti (O iPr) 2 (DPM) 2 are organometallic compounds each containing a metal complex of a metal and an organic compound. Ti (OiPr) 2 effect can be used in place of (DPM) 2 Ti a (OiPr) 2 (DMHD) 2 are the same.
そして、第1のCVD原料中のPb(DMHD)2の濃度、第2のCVD原料中のZr(DMHD)4の濃度、および第3のCVD原料中のTi(OiPr)2(DPM)2の濃度をそれぞれ0.5mol/l〜1.0mol/lの範囲で調整する。それらの濃度は、PZTの堆積速度を低くするために低濃度化処理は施されない。 The concentration of Pb (DMHD) 2 in the first CVD material, the concentration of Zr (DMHD) 4 in the second CVD material, and Ti (OiPr) 2 (DPM) 2 in the third CVD material The concentration is adjusted in the range of 0.5 mol / l to 1.0 mol / l, respectively. These concentrations are not subjected to a reduction treatment in order to reduce the deposition rate of PZT.
Pb(DMHD)2、Zr(DMHD)4、Ti(O iPr)2(DPM)2のそれぞれの有機金属化合物は室温において白色の固体であって微粉末状になっている。 Each organometallic compound of Pb (DMHD) 2 , Zr (DMHD) 4 , Ti (O iPr) 2 (DPM) 2 is a white solid at room temperature and is in the form of fine powder.
第4の原料容器31中の有機溶剤としてはテトラヒドロフラン(THF)或いは酢酸ブチル(n−Ba)のどちらの有機溶剤を選択しても同じ効果を得ることができる。
The same effect can be obtained by selecting either an organic solvent of tetrahydrofuran (THF) or butyl acetate (n-Ba) as the organic solvent in the fourth
PZT膜を形成するために、まず、不活性ガスを第1〜第4の原料容器28〜31に送ることにより、それらの内部空間の圧力を高くし、さらに、第2〜第5の給液管22a〜22dにそれぞれ接続されたバルブ34a〜34nを制御することにより、第1〜第3の原料容器28〜30内のCVD原料と第4の原料容器31内の有機溶剤をマニホールド22に圧送する。
In order to form the PZT film, first, an inert gas is sent to the first to fourth
これにより、第1〜第3のCVD原料は有機溶剤とともにマニホールド22内で混合され、さらに第1の給液管21を通して気化器16に搬送される。
第1の給液管21での液体原料の流量は、気化器16の気化能力、成膜チャンバー10へのガス流量などの条件によって決定され、マスフローコントローラ23a〜23c、23fにより制御される。
Thereby, the first to third CVD raw materials are mixed in the manifold 22 together with the organic solvent, and further conveyed to the vaporizer 16 through the first
The flow rate of the liquid raw material in the first
そしてマニホールド22から圧送された第1〜第3のCVD原料及び有機溶剤は、キャリアガス源20からのキャリアガスとともに気化ノズル16bから気化チャンバー16a内に噴霧される。さらに、霧化された第1〜第3のCVD原料及び有機溶剤は、ヒータ16cの加熱によって気化されてCVD原料ガスとなる。
Then, the first to third CVD raw materials and the organic solvent pumped from the manifold 22 are sprayed into the vaporizing
その気化条件として、気化チャンバー16a内での温度を240℃〜280℃、好ましくは250℃〜270℃の範囲内に設定し、また、気化チャンバー16a内での気化圧力を20Torr(2666.4Pa)以下に設定する。温度制御はヒータ16cによって行われる。
As the vaporization conditions, the temperature in the
一方、第5の原料容器25に充填されたオクタンは、不活性ガス源27から不活性ガスを導入することにより圧送され、さらにマスフローコントローラ24eにより流量制御されて第6の給液管23eを通して気化器16に供給される。さらに、オクタンは、気化器16内において上記の温度で気化し、キャリアガスを含むCVD原料ガスに添加されて第1のガス配管15に送られる。
On the other hand, the octane filled in the fifth
気化圧力は、成膜チャンバー10の圧力に影響されるが、第1〜第3のCVD原料の流量、キャリアガスの流量などの調整によって制御される。CVD原料ガスはオクタンガスとともに第1のガス配管15を通して成膜チャンバー10に送られ、その途中で酸化剤供給源18から酸素ガスが添加される。
これにより、CVD原料ガスと酸化ガスは基板1表面にムラ無く到達し、そこで反応及び分解を繰り返すことによりPZT膜2が基板1上に形成される。この場合、CVD原料ガスの流量を変えずに、成膜チャンバー10に導入されるオクタンガスの流量調整によりPZT膜2の成長速度を制御することができる。
The vaporization pressure is influenced by the pressure in the
Thereby, the CVD source gas and the oxidizing gas reach the surface of the
次に、強誘電体キャパシタを構成するPZTの膜厚とキャパシタ容量の関係を図2に基づいて説明する。
図2における縦軸に示すキャパシタ容量は、PZT膜の厚さを120nmとした場合のキャパシタ容量(単位:μC/cm2)を「1」として規格化した値である。
図2に示す実線と破線の特性線は、有機溶媒に溶解した有機金属化合物を原料にして形成したPZTの電気的特性を示している。それらの特性繊によれば、PZTが100nmから薄くなるにつれてキャパシタ容量が低下していく現象が現れている。
Next, the relationship between the film thickness of PZT constituting the ferroelectric capacitor and the capacitor capacity will be described with reference to FIG.
The capacitor capacity shown on the vertical axis in FIG. 2 is a value normalized by assuming that the capacitor capacity (unit: μC / cm 2 ) when the thickness of the PZT film is 120 nm is “1”.
The solid and broken characteristic lines shown in FIG. 2 indicate the electrical characteristics of PZT formed using an organometallic compound dissolved in an organic solvent as a raw material. According to these characteristic fibers, a phenomenon in which the capacitor capacity decreases as PZT becomes thinner from 100 nm appears.
また、PZT成膜条件のうち原料中の有機金属化合物濃度については、濃度0.05mol/lを示す実線の特性線の方が、濃度0.5mol/lを示す破線の特性線より低くなっているので、有機金属化合物濃度を低くするほどPZTの電気的特性が劣ることがわかる。即ち、膜厚を100nmよりも薄く形成しようとする場合には、有機金属化合物濃度を高くした方が好ましいことがわかる。
一方、図2の一点鎖線は、有機溶媒を使用せずに有機金属化合物を加熱昇華したガスを原料として形成したPZTの膜厚とキャパシタ容量の関係を示している。この特性線によれば、PZT膜が薄くなってもキャパシタ容量が殆ど低下していない。
In addition, among the PZT film forming conditions, regarding the organometallic compound concentration in the raw material, the solid characteristic line indicating the concentration of 0.05 mol / l is lower than the broken characteristic line indicating the concentration of 0.5 mol / l. Therefore, it can be seen that the electrical characteristics of PZT are inferior as the concentration of the organometallic compound is lowered. That is, it is understood that it is preferable to increase the concentration of the organometallic compound when the film thickness is to be formed thinner than 100 nm.
On the other hand, the alternate long and short dash line in FIG. 2 shows the relationship between the film thickness of PZT formed using a gas obtained by heating and sublimating an organometallic compound without using an organic solvent as a raw material and the capacitor capacity. According to this characteristic line, even when the PZT film is thinned, the capacitance of the capacitor hardly decreases.
図2の各特性線を比較して検討すると、PZT膜の薄層化に伴うキャパシタ容量の劣化は、原料中に含まれる有機溶媒が原因と考えられる。
従って、有機溶媒に溶解される有機金属化合物の濃度調整によりPZT堆積速度を制御してPZT膜を薄く形成することは好ましくないといえる。
PZTの堆積速度の制御については、本実施形態に示したように、CVD原料ガスに添加されるオクタンガスの流量を調整することによっても可能であり、この方法によればCVD原料中の有機溶媒濃度の調整は不要である。
When the characteristic lines in FIG. 2 are compared and examined, it is considered that the deterioration of the capacitor capacity accompanying the thinning of the PZT film is caused by the organic solvent contained in the raw material.
Accordingly, it can be said that it is not preferable to form a thin PZT film by controlling the PZT deposition rate by adjusting the concentration of the organometallic compound dissolved in the organic solvent.
As shown in the present embodiment, the PZT deposition rate can be controlled by adjusting the flow rate of octane gas added to the CVD source gas. According to this method, the organic solvent in the CVD source can be adjusted. It is not necessary to adjust the density.
CVD原料ガスへのオクタンガスの添加量とPZTの堆積速度の関係を調べたところ図3に示すような結果が得られた。この場合、CVD原料中の有機金属化合物濃度を変更しないことを条件としている。 When the relationship between the amount of octane gas added to the CVD source gas and the deposition rate of PZT was examined, the results shown in FIG. 3 were obtained. In this case, the condition is that the concentration of the organometallic compound in the CVD raw material is not changed.
図3に示すようにオクタン添加量を液体流量換算で0流量%〜20流量%の間で変化させると、PZTの堆積速度は、オクタン添加量が増加するに従って減少し、さらにその添加量が15流量%より大きくなると極めてゼロに近くなる。堆積速度がゼロとは、基板上にPZTを構成する元素が堆積しないということを意味する。
従って、オクタン添加量を0流量%より大きく、15流量%以下で調整することにより、PZTの堆積速度を任意に設定できることが可能になることがわかる。この際、プロセス時間及び原料濃度を変える必要がない。なお、オクタン添加量の安定性を考慮するとオクタン添加量は3流量%以上が好ましい。
As shown in FIG. 3, when the amount of octane added is changed between 0 flow% and 20 flow% in terms of the liquid flow rate, the deposition rate of PZT decreases as the amount of added octane increases, and the amount added becomes 15%. When it becomes larger than the flow rate%, it becomes very close to zero. A deposition rate of zero means that the elements constituting PZT are not deposited on the substrate.
Therefore, it can be seen that the deposition rate of PZT can be arbitrarily set by adjusting the octane addition amount to be greater than 0 flow rate% and 15 flow rate% or less. At this time, there is no need to change the process time and the raw material concentration. In view of the stability of the octane addition amount, the octane addition amount is preferably 3% by flow or more.
図3の実線と破線は、PZTの形成に使用される原料である有機金属化合物を溶解する有機溶媒の種類の違いを示しており、破線はテトラヒドロフランを使用した場合であり、実線は酢酸ブチルを使用した場合であり、双方とも殆ど違いはない。
なお、図3の縦軸は、オクタン添加量がゼロの場合のPZT堆積速度を1として規格化した値である。
次に、図4に、オクタン添加量を0流量%と5流量%として作製したPZT膜堆積速度の処理枚数依存を示す。0流量%は従来技術を意味する。
The solid line and broken line in FIG. 3 show the difference in the type of organic solvent that dissolves the organometallic compound that is the raw material used for the formation of PZT, the broken line is when tetrahydrofuran is used, and the solid line is butyl acetate. This is the case when used, and there is almost no difference between the two.
In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 3 is the value normalized by setting the PZT deposition rate in case an octane addition amount is zero to 1.
Next, FIG. 4 shows the dependence of the deposition rate on the number of processed PZT films prepared with the octane addition amount of 0% flow rate and 5% flow rate. 0 flow% means the prior art.
図4におけるいずれの条件でも、500枚の処理枚数まで安定した堆積速度を確保することができる。
従って、PZT膜を形成する場合に、気相のオクタンをCVD原料ガスに添加することにより、堆積速度の制御性の良いPZT膜を安定して形成することができる。
Under any of the conditions in FIG. 4, a stable deposition rate can be ensured up to 500 processed sheets.
Therefore, when forming a PZT film, a PZT film with good deposition rate controllability can be stably formed by adding vapor-phase octane to the CVD source gas.
図5は、CVD原料にオクタンを添加する方法の違いによるオクタン添加量とPZT堆積速度の関係を示している。なお、図5の実線は、図3の破線で示した特性を再掲した特性である。 FIG. 5 shows the relationship between the amount of octane added and the PZT deposition rate depending on the method of adding octane to the CVD raw material. Note that the solid line in FIG. 5 is a characteristic obtained by reproducing the characteristic indicated by the broken line in FIG.
図5の破線に示す特性は、マニホールド内又は原料容器内で互いに混合した液相のCVD原料と液相のオクタンを混合し、これを気化器により気化して成膜チャンバーに供給した場合の特性を示している。図5の破線によれば、オクタン添加量を3流量%以上とすると基板上で膜を形成することができない。 The characteristic shown by the broken line in FIG. 5 is the characteristic when the liquid phase CVD raw material and the liquid phase octane mixed in the manifold or the raw material container are mixed, and vaporized by the vaporizer and supplied to the film forming chamber. Is shown. According to the broken line in FIG. 5, a film cannot be formed on the substrate when the octane addition amount is 3% by flow or more.
従って、CVD原料とオクタンの双方を気相状態として混合することにより、PZTの堆積速度の調整が容易になることがわかる。
以上のことから、キャパシタ容量が低下する原因となる有機溶媒である酢酸ブチル又はテトラヒドロフランの濃度を変更せずに、オクタンガスの添加量調整によって誘電体膜の堆積速度の制御が可能になることがわかる。
次に、上記した成膜方法を適用する例として半導体装置の製造方法を説明する。
図6A〜図6Iは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
Therefore, it can be seen that the PZT deposition rate can be easily adjusted by mixing both the CVD raw material and octane in a gas phase.
From the above, it is possible to control the deposition rate of the dielectric film by adjusting the amount of octane gas added without changing the concentration of butyl acetate or tetrahydrofuran, which is the organic solvent that causes the capacitor capacity to decrease. Recognize.
Next, a method for manufacturing a semiconductor device will be described as an example to which the above-described film forming method is applied.
6A to 6I are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図6Aに示す断面構造を形成するまでの工程を説明する。
図6Aにおいて、p型又はn型のシリコン(半導体)基板41のメモリセル領域Aと周辺回路領域Bにおける所定の活性領域にp型不純物とn型不純物のいずれかを選択して導入することにより、メモリセル領域Aの活性領域に第1のウェル42aを形成し、周辺回路領域Bの活性領域には第2のウェル42bを形成する。
First, steps required until a sectional structure shown in FIG. 6A is formed will be described.
6A, by selectively introducing either a p-type impurity or an n-type impurity into a predetermined active region in the memory cell region A and the peripheral circuit region B of the p-type or n-type silicon (semiconductor)
なお、シリコン基板41のうち活性領域の周囲には素子分離絶縁膜43が形成されている。
シリコン基板41の表面上に、ゲート絶縁膜44として例えばシリコン酸化膜を熱酸化法により形成する。さらに、第1のウェル42a上のゲート絶縁膜44の上に、間隔をおいて第1、第2のゲート電極45a,45bを形成する。
An element
On the surface of the
第1のウェル42aの上にゲート絶縁膜44を介して形成された2つのゲート電極45a、45bの両側に、第1のウェル42aと逆導電型の不純物をシリコン基板1にイオン注入してエクステンション領域47a、47b、47cを形成する。
次に、図6Bに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
Impurities are formed by ion-implanting impurities of opposite conductivity type to the
Next, steps required until a structure shown in FIG. 6B is formed will be described.
まず、シリコン酸化膜の形成とその後のエッチバックにより、ゲート電極45a,45bの側面に絶縁性のサイドウォール50を形成する。続いて、ゲート電極45a,45b及びサイドウォール50をマスクにして第1のウェル42aにエクステンション領域47a,47b,47cと同じ導電型の不純物をイオン注入することにより、エクステンション領域47a,47b,47cの一部に重なる第1、第2及び第3の高濃度不純物拡散領域48a,48b,48cを形成する。第1、第2及び第3の高濃度不純物拡散領域48a,48b,48cは、それぞれエクステンション領域47a、47b、47cとともに第1、第2及び第3のソース/ドレイン領域49a,49b,49cを構成する。
First, an insulating
続いて、全面に、例えばスパッタリング法により、例えばコバルト膜を形成する。さらに、コバルト膜を熱処理することにより、ゲート電極45a,45bを構成するドープトシリコン膜とコバルト膜がシリサイド反応し、ゲート電極45a,45bの上面にシリサイド層46を形成する。また、図示はしていないが、高濃度不純物拡散領域48a,48b,48cの上層部においてもシリサイド層が形成される。その後、フッ酸等を用いて未反応のコバルト膜を除去する。
Subsequently, for example, a cobalt film is formed on the entire surface by, eg, sputtering. Further, by heat-treating the cobalt film, the doped silicon film constituting the
これにより、第1のウェル42a、ゲート絶縁膜44、第1のゲート電極45a、第1、第2のソース/ドレイン領域49a、49b等により第1のMOSトランジスタT1が構成され、また、第1のウェル42a、ゲート絶縁膜44、第2のゲート電極45b、第2、第3のソース/ドレイン領域49b、49c等により第2のMOSトランジスタT2が構成される。
Thus, the
続いて、MOSトランジスタT1,T2をカバー絶縁膜51、第1の層間絶縁膜52で覆い、さらに、第1、第2及び第3の高濃度不純物拡散領域48a,48b,48cのそれぞれの上に第1、第2及び第3のプラグ電極55a,55b,55cを形成する。第1、第2及び第3のプラグ電極55a,55b,55cは、次のような工程により形成される。
Subsequently, the MOS transistors T 1 and T 2 are covered with the
まず、第1、第2のMOSトランジスタT1 、T2を覆う例えば酸窒化シリコン(SiON)のカバー絶縁膜51をプラズマ化学気相成長(P−CVD)法によりシリコン基板41の上に形成する。
First, a
次に、TEOS(テトラエトキシシラン)ガスを用いるP−CVD法により、カバー膜51上にシリコン酸化膜(SiO2膜)を成長し、このシリコン酸化膜を第1の層間絶縁膜52とする。続いて、第1の層間絶縁膜52の緻密化処理として、常圧の窒素素雰囲気中で第1の層間絶縁膜52を所定温度、所定時間で熱処理する。その後に、第1の層間絶縁膜52の上面を化学機械研磨(CMP)法により研磨して平坦化する。
Next, a silicon oxide film (SiO 2 film) is grown on the
カバー絶縁膜51及び第1の層間絶縁膜52をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、第1、第2及び第3のソース/ドレイン領域49a,49b,49cのそれぞれの上に、第1、第2及び第3のコンタクトホール52a,52b,52cを形成する。さらに、第1、第2及び第3のコンタクトホール52a,52b,52cの内壁及び底面には、グルー(密着)膜53として厚さ30nmのTi膜、厚さ50nmのTiN膜をスパッタリング法により順に形成する。
By patterning the
さらに、第1、第2及び第3のコンタクトホール52a,52b,52cを埋め込む厚さのタングステン(W)膜54をCVD法によりグルー膜53上に形成する。その後に、W膜54とグルー膜53をCMP法により研磨して第1の層間絶縁膜52の上面を露出させる。
Further, a tungsten (W)
これにより、第1、第2及び第3のコンタクトホール51a、52b、52c内に残されたW膜54及びグルー膜53は、それぞれ第1、第2及び第3のプラグ電極55a,55b,55cとなる。
As a result, the
次に、図6Cに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第1の層間絶縁膜52と第1、第2及び第3のプラグ電極55a,55b,15cの上に、チタン(Ti)膜をスパッタリング法により20nmの厚さに形成する。Ti膜は、自己配向性の強い性質を有する金属膜の1つであり、c軸に配向する良好な結晶性を有する。続いて、Ti膜を窒素(N2)雰囲気中で急速熱アニール(RTA)処理を行って窒化することによりTiN膜56を形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG.
First, a titanium (Ti) film is formed to a thickness of 20 nm on the first
TiN膜56は、酸化防止膜であり、Ti膜の結晶性を受け継ぐために、強く<111>に配向した良好な結晶性を有する。Ti膜を窒化させるのはTiが酸化し易いからであり、窒化により耐酸化性が向上する。TiN膜56は、第1の層間絶縁膜52及びプラグ電極55a,55b,55cを覆うとともに、次の工程で形成され膜の結晶性を向上させる配向性向上膜として機能する。
The
さらに、TiN膜56の上に酸素バリア膜57、電極膜58を順に形成する。酸素バリア膜47は、例えばスパッタリング法により形成された厚さ100nmのチタンアルミナイトライド(TiAlN)膜のような酸化防止機能を有する膜である。また、電極膜58は、スパッタリング法により形成されたIr膜であり、例えば100nmの厚さを有している。なお、電極膜58として、Pt膜のような他の貴金属膜、又は酸化イリジウムのような貴金属酸化膜を採用してもよい。
Further, an
次に、図6Dに示すように、電極膜58上に強誘電体膜として例えばPZT膜59を例えば120nm以下の厚さに形成する。
PZT膜59は、図1に示す成膜装置を使用して成膜チャンバー10内でCVD法により形成される。
Next, as shown in FIG. 6D, for example, a
The
この場合、成膜チャンバー10には、上述した成膜方法により、原料ガスとして有機金属材料としてPb(DMHD)2、Zr(DMHD)4、Ti(OiPr)2(DPM)2をそれぞれ有機溶剤に溶解したCVD原料ガスとオクタンガスと酸化ガスをそれぞれキャリアガスとともに導入している。また、オクタンはCVD原料に対する濃度を上げることによりPZT膜59を薄く形成することが容易になる。ただし、オクタンの添加量は上記したように0流量%より大きく、15流量%以下とする。
In this case, the
PZT膜59の成膜時の基板温度は例えば620℃であり、成長雰囲気の圧力は例えば5Torr(約667Pa)である。
なお、PZT膜59の他の強誘電体膜として、PZTにCa、Sr、La、Nbなどのドーパントを添加したPZT系膜をCVD法により形成してもよく、ドーパント原料として有機金属原料が使用される。
The substrate temperature at the time of forming the
As another ferroelectric film of the
その後に、PZT膜59を酸素含有雰囲気中の減圧下でアニールし、これにより、PZT膜59中の酸素欠損を減少させておく。
次に、図6Eに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
Thereafter, the
Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、PZT膜59上に、例えば厚さ150nmの酸化イリジウム(IrOx)膜61をスパッタ法により形成する。ここで、導電性酸化物である酸化イリジウムを用いたのは、PZT膜59の水素劣化耐性を向上させるためであるが、Pt膜、SrRuO3(SRO)を用いてもよい。
First, an iridium oxide (IrO x )
続いて、酸化イリジウム膜61上に、膜厚100nmのイリジウムなどの貴金属膜62をスパッタリング法により形成する。なお、貴金属膜62とその下の酸化イリジウム膜61は、強誘電体キャパシタ用の上部電極膜となる。
Subsequently, a
続いて、貴金属膜62の上にキャパシタ形成領域を覆うハードマスク63を形成する。ハードマスク63の形成は、膜厚200nmのTiN膜63aをスパッタ法により形成し、その上に膜厚700nmのシリコン酸化膜63bをTEOS使用のプラズマCVD法により成膜し、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより形成される。
Subsequently, a
次に、ハードマスク63から露出した領域の貴金属膜62から下側のIr電極膜58までの各層を誘導結合プラズマ(ICP)型エッチング装置を用いて連続して一括で高温エッチングする。その後に、ハードマスク63を構成するシリコン酸化膜63bを反応性イオンエッチングによる除去する。さらに、ハードマスク63を構成するTiN膜63a、およびTiNAlN膜57、TiN膜56を反応性イオンエッチングにより除去した後に、それらのエッチング残渣をウェット処理により除去する。これにより、図6Fに示すスタック構造の強誘電体キャパシタQが形成される。
Next, each layer from the
ここで、TiN膜56、酸素バリア膜57及び電極膜58は強誘電体キャパシタQの下部電極64を構成し、強誘電体膜59は強誘電体キャパシタQのキャパシタ誘電体膜となり、また、第1及び第2の酸化イリジウム膜60,61及び貴金属膜62は強誘電体キャパシタQの上部電極65を構成する。スタック型のキャパシタ構造においては、強誘電体キャパシタQの下部電極64は、各々のプラグ電極55a,55cとその周辺領域を覆って島状に形成されている。
Here, the
次に、図6Gに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第1の酸化アルミニウム(Al2O3;以降、ALOと表記する)膜66を保護膜として強誘電体キャパシタQ、層間絶縁膜52及び第2のプラグ電極55bの表面の上に形成する。ここでは、ステップカバレッジが良好な第1のALO膜66をALD(ALD;Atomic Layer Deposition)法により40nmの厚さに形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG.
First, a first aluminum oxide (Al 2 O 3 ; hereinafter referred to as ALO)
続いて、強誘電体キャパシタQを覆う第1のALO膜66の上に、第2の層間絶縁膜67として例えばTEOSを用いたプラズマCVD法によりシリコン酸化膜を膜厚1500nm〜2500nm程度に形成する。その後、第2の層間絶縁膜67の上面をCMP処理により研磨する。
Subsequently, a silicon oxide film having a film thickness of about 1500 nm to 2500 nm is formed on the
CMP処理後に、第2の層間絶縁膜67の脱水を目的として、例えばN2Oのプラズマアニール処理を施す。続いて、脱水処理された第2の層間絶縁膜67上に、第2のALO膜68を高周波スパッタ法により50nmの膜厚に形成する。さらに、第2のALO膜68の上に、TEOSを用いたプラズマCVD法により第3の層間絶縁膜69としてシリコン酸化膜を成膜する。
After the CMP process, for example, a N 2 O plasma annealing process is performed for the purpose of dehydrating the second
次に、図6Hに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、フォトレジストをマスクとするフォトリソグラフィー法により第3の層間絶縁膜69、第2のALO膜68、第2の層間絶縁膜67及び第1のALO膜66の一部をエッチングし、これにより第1、第3のプラグ電極55a,55cの上方の上部電極65の表面を露出させる第1、第3のビアホール70a,70cを形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG.
First, a part of the third
その後、強誘電体キャパシタQの膜質改善のための最後の回復アニールを行う。この場合の回復アニールとしては、例えば、温度500℃程度、O2雰囲気の炉内でアニールを60分間程度行う。 Thereafter, the final recovery annealing for improving the film quality of the ferroelectric capacitor Q is performed. As recovery annealing in this case, for example, annealing is performed for about 60 minutes in a furnace having a temperature of about 500 ° C. and an O 2 atmosphere.
続いて、フォトレジストをマスクとするフォトリソグラフィー法により、第3の層間絶縁膜69、第2のALO膜68、第2の層間絶縁膜67及び第1のALO膜66の一部をエッチングすることにより、第2のプラグ電極55bの上面に達する深さの第2のビアホール70bを形成する。
Subsequently, the third
さらに、第1〜第3のビアホール70a〜70c内と第3の層間絶縁膜69上に、例えば、スパッタリング法により厚さ100nm程度のTiN膜を堆積して、これをグルー膜71とする。
Further, a TiN film having a thickness of about 100 nm is deposited on the first to third via
続いて、第1〜第3のビアホール70a〜70c内を埋めるのに足る厚さのタングステン膜72を堆積した後、CMP法により第3の層間絶縁膜69の表面が露出までタングステン膜72とグルー膜71を研磨及び平坦化することにより、第1〜第3のビアホール70a〜70c内にそれぞれ第1〜第3のビアプラグ電極73a〜73cを形成する。この段階で、第2のビアプラグ電極73bとその下の第2のプラグ電極55bとで、via−to−viaコンタクトが実現できる。
Subsequently, after depositing a
次いで、図6Iに示すように、下側グルー膜74a、配線膜74b及び上側グルー膜74cから構成される金属配線75a、金属パッド75bを形成する。
具体的には、まず、全面に例えばスパッタリング法により、厚さ60nm程度のTi膜、厚さ30nm程度のTiN膜からなる下側グルー膜74aを形成し、さらに厚さ400nm程度のAlCu合金からなる配線膜74bを形成し、続いて厚さ5nm程度のTi膜、及び厚さ70nm程度のTiN膜からなる上側グルー膜74cを順次積層する。
Next, as shown in FIG. 6I, a
Specifically, first, a
続いて、フォトリソグラフィー技術を用いて、下側グルー膜74a、配線膜74b及び上側グルー膜74cを所定形状にパターニングすることにより、第1、第3のビアプラグ電極73a,73cに接続される金属配線75aと、第2のビアプラグ電極72bに接続される金属パッド75bを形成する。
Subsequently, the
その後に、特に図示しないが層間絶縁膜や更なる上層配線の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるスタック型の強誘電体メモリを完成させる。
以上のような工程によれば、CVD原料ガスにオクタンガスを添加するとともに、CVD原料中の有機金属化合物の濃度を変えずにオクタンガスの濃度の調整によりPZT膜59の成長速度を制御している。これにより、PZT膜59を薄く形成した場合にも膜質の再現性を高めることが可能になり、しかも成膜チャンバー10に導入されるCVD原料中の有機溶媒の量を増やさずにPZT膜59の電気的特性を良好にすることができる。
Thereafter, although not shown in the drawing, the stack type ferroelectric memory according to the present embodiment is completed through various processes such as formation of an interlayer insulating film and further upper layer wiring.
According to the above process, while adding octane gas to the CVD source gas, the growth rate of the
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。
図5に示す成膜装置は、有機金属化合物を原料に用いてCVD法により膜を形成する装置であって、第1実施形態と同様に、成膜チャンバー10、第1〜第5の原料容器25、28〜31、キャリアガス源20、不活性ガス源32、27等から構成されている。
なお、図5において、図1と同一符号は同一要素を示しているので、その詳細は省略する。ただし、気化器16には、オクタン導入ポート16dは設けられていない。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a sectional view showing a film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The film forming apparatus shown in FIG. 5 is an apparatus for forming a film by a CVD method using an organometallic compound as a raw material, and similarly to the first embodiment, a
In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same elements, and the details thereof are omitted. However, the vaporizer 16 is not provided with the
成膜チャンバー10の上部にはガス導入ポート10aの他にオクタンガス導入ポート10cが設けられている。これにより、成膜チャンバー10内に別々の流路から導入されるCVD原料ガスとオクタンガスはシャワーヘッド6内で混合されることになる。
In addition to the
オクタンガス導入ポート10cは、第4のガス配管36を介してオクタン用気化器37のガス放出ポートに接続されている。また、オクタン用気化器37のガス導入ポートは第6の給液管23eを介して第5の原料容器25に接続されている。
The octane gas introduction port 10 c is connected to the gas discharge port of the
オクタン用気化器37は、液相のオクタンを気化して第4のガス配管36に放出する装置である。第4のガス配管36は、オクタンの凝集を防止するためのヒータ39により加熱される。
The
オクタン用気化器37は、キャリアガスとともに導入した液体原料を霧化して気化チャンバー37a内に放出する気化ノズル37bと、気化チャンバー37aを加熱し且つ保温するヒータ37cとを有している。気化ノズル37bには、第3のガス配管19と第6の給液管23eが接続されている。
The
ヒータ37cは、オクタンの気化温度に気化チャンバー37aを加熱する。オクタンの気化時には吸熱作用による温度低下が生じ易いので、これを防止するために熱容量を稼げるステンレスなどの材質で気化チャンバー37aを構成することが好ましい。
The
気化チャンバー37a内の圧力は、気化したガスの搬送先となる成膜チャンバー10内の圧力にも影響されるが、気化ノズル37bに導入するオクタン流量及びキャリアガス流量によって制御される。
なお、第4のガス配管36は、バルブ17uを介してバイパス配管17に接続され、また、バルブ36vを介して成膜チャンバー10のオクタンガス導入ポート10cに接続されている。
The pressure in the vaporizing
The
次に、図5に示す成膜装置を使用して成膜チャンバー内の基板上に膜を形成する成膜方法について説明する。その膜として、PZTを例に挙げる。
まず、第1実施形態に示したと同様に、第1〜第3の原料容器28〜30のそれぞれに第1〜第3のCVD原料を充填し、さらに第4の原料容器31に有機溶剤として酢酸ブチルを充填する。
Next, a film forming method for forming a film on the substrate in the film forming chamber using the film forming apparatus shown in FIG. 5 will be described. An example of such a film is PZT.
First, as shown in the first embodiment, each of the first to third
PZT膜を形成するために、第1実施形態と同様に、第1〜第3の原料容器28〜30内のCVD原料と第4の原料容器28内の有機溶剤をマニホールド22に圧送する。
これにより、第1〜第3のCVD原料は有機溶剤とともにマニホールド22内で互いに混合され、さらに第1の給液管21を通して気化器16に搬送される。
In order to form the PZT film, the CVD raw material in the first to third
Thereby, the first to third CVD raw materials are mixed with each other in the manifold 22 together with the organic solvent, and further conveyed to the vaporizer 16 through the first
そしてマニホールド22から圧送された第1〜第3のCVD原料及び有機溶剤はキャリアガスとともに気化ノズル16bから気化チャンバー16a内に噴霧され、さらに霧化された第1〜第3のCVD原料及び有機溶剤は、ヒータ16cの加熱によって気化されてCVD原料ガスとなる。CVD原料ガスは、第1のガス配管15を通して成膜チャンバー10に送られ、その途中で酸化剤供給源18から酸素ガスが添加される。気化条件は第1実施形態と同様に設定される。
The first to third CVD raw materials and organic solvent pumped from the manifold 22 are sprayed into the vaporizing
一方、第5の原料容器25に充填された液相のオクタンは、不活性ガスの導入により圧送され、さらにマスフローコントローラ24eにより流量制御されて第6の給液管23eを通してオクタン用気化器37に供給される。そのオクタンは、オクタン用気化器37内において例えば150℃〜230℃の温度範囲にて気化して第4のガス配管36を介して成膜チャンバー10に送られる。
On the other hand, the liquid-phase octane filled in the fifth
第4のガス配管36から成膜チャンバー10に導入されたオクタンガスは、シャワーヘッド16内又は基板1上でCVD原料ガス及び酸化ガスに添加、混合されて基板1に供給される。
The octane gas introduced from the
基板1表面にムラ無く到達したCVD原料ガスと酸化ガスは、反応及び分解を繰り返すことによりPZT膜2を基板1上に形成する。
以上のように気相のオクタンを流量調整して、CVD原料ガスに添加、混合することにより、第1実施形態と同様に、PZT膜2の堆積速度を制御でき、図3、図4に示したと同様な効果が得られる。
The CVD source gas and the oxidizing gas that have reached the surface of the
As described above, the deposition rate of the
また、本実施形態に係る成膜装置又は成膜方法によるPZT膜の形成工程は半導体装置の製造工程にも採用できる。その実施形態として図6A〜図6Iに沿った工程があり、これにより半導体装置を構成する強誘電体キャパシタの微細化が可能になる。 Further, the PZT film forming process by the film forming apparatus or the film forming method according to the present embodiment can also be adopted in the manufacturing process of the semiconductor device. As an embodiment thereof, there are steps along FIGS. 6A to 6I, and this makes it possible to miniaturize the ferroelectric capacitor constituting the semiconductor device.
なお、上記した各実施形態による成膜方法はPZT膜を形成するためにのみ適用されるものではなく、ランタン、カルシウムなどのドーパントをPZTに添加したPZT系膜の形成についても適用できる。また、PZT以外の膜、例えばストロンチウム・ビスマス・タンタル酸化物膜を形成する場合にも適用できる。 The film forming method according to each of the embodiments described above is not only applied to form a PZT film, but can also be applied to the formation of a PZT-based film in which a dopant such as lanthanum or calcium is added to PZT. Further, the present invention can be applied to the case of forming a film other than PZT, for example, a strontium / bismuth / tantalum oxide film.
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、各構成要素を組み合わせること、その変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。 The embodiment described above is merely given as a typical example, and it is obvious for those skilled in the art to combine the components and modifications and variations thereof, and those skilled in the art described the principle of the present invention and the claims. Obviously, various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention.
1 基板
2 PZT膜
4 ウェーハステージ
5 ヒータ
6 シャワーヘッド
9 ヒータ
10 成膜チャンバー
15、18a、19 ガス配管
16 気化器
17 バイパス配管
18 酸化剤供給源
20 キャリアガス源
22 マニホールド
21、23a〜23e 給液管
24a〜24e マスフローコントローラ
25、28〜31 原料容器
37 気化器
36 オクタン用ガス配管
37 オクタン用気化器
41 シリコン基板(半導体基板)
59 PZT膜
64 下部電極
65 上部電極
Qキャパシタ。
DESCRIPTION OF
59 PZT film 64
Claims (7)
気化したオクタンを前記原料ガスに添加してオクタン添加原料ガスを生成する工程と、
前記オクタン添加原料ガスを成膜雰囲気に導入して基板上に金属を含む膜を成膜する工程と
を有することを特徴とする成膜方法。 A step of generating a raw material gas by vaporizing a solution in which a metal organic compound is dissolved in an organic solvent;
Adding vaporized octane to the source gas to generate an octane-added source gas;
A film forming method comprising: introducing the octane-added source gas into a film forming atmosphere to form a film containing a metal on the substrate.
金属有機化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して生成した原料ガスと気化したオクタンを添加してオクタン添加原料ガスを生成するオクタン添加部と、
前記反応室内に前記オクタン添加原料ガスを導入する導入部と、
を有することを特徴とする成膜装置。 A reaction chamber in which the substrate is installed;
An octane addition section for generating an octane-added source gas by adding a source gas generated by vaporizing a solution in which a metal organic compound is dissolved in an organic solvent and the vaporized octane;
An introduction part for introducing the octane-added source gas into the reaction chamber;
A film forming apparatus comprising:
前記下部電極上に誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、を有し、
前記誘電体膜を形成する工程は、
有機金属化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して原料ガスを生成し、原料ガスにオクタンガスを添加して前記下部電極上に供給する工程を含む、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a lower electrode above the semiconductor substrate;
Forming a dielectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric film,
The step of forming the dielectric film includes
Vaporizing a solution in which an organometallic compound is dissolved in an organic solvent to generate a raw material gas, and adding a octane gas to the raw material gas and supplying the raw gas onto the lower electrode,
A method for manufacturing a semiconductor device.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023191361A1 (en) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 솔브레인 주식회사 | Thin film modification composition, method for forming thin film using same, and semiconductor substrate and semiconductor element, manufactured therefrom |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10229076A (en) * | 1997-02-13 | 1998-08-25 | Shimadzu Corp | Liquid material vaporizer |
JP2000512076A (en) * | 1996-05-21 | 2000-09-12 | シメトリックス・コーポレーション | Method and apparatus for performing spray liquid source deposition of thin films with high yield |
JP2000277505A (en) * | 1999-01-19 | 2000-10-06 | Asahi Denka Kogyo Kk | Formation of phosphorus-doped silica film and manufacture of electronic component |
JP2002324794A (en) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Fujitsu Ltd | Vapor growth method and vapor growth system |
JP2003040627A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Raw material for quartz glass and its producing method |
JP2003133300A (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | Tokyo Electron Ltd | Apparatus and method for forming film |
JP2003142473A (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Tokyo Electron Ltd | Gas supplying apparatus and method therefor, and film forming apparatus and method therefor |
JP2004023077A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Fujitsu Ltd | Apparatus and method for forming film |
JP2004260023A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Japan Pionics Co Ltd | Process for depositing ferroelectric film |
JP2005026455A (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Tokyo Electron Ltd | Processing method and apparatus thereof |
JP2006351880A (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Forming method of interlayer insulating film and structure of interlayer insulating film |
-
2007
- 2007-11-20 JP JP2007300403A patent/JP2009129966A/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000512076A (en) * | 1996-05-21 | 2000-09-12 | シメトリックス・コーポレーション | Method and apparatus for performing spray liquid source deposition of thin films with high yield |
JPH10229076A (en) * | 1997-02-13 | 1998-08-25 | Shimadzu Corp | Liquid material vaporizer |
JP2000277505A (en) * | 1999-01-19 | 2000-10-06 | Asahi Denka Kogyo Kk | Formation of phosphorus-doped silica film and manufacture of electronic component |
JP2002324794A (en) * | 2001-04-26 | 2002-11-08 | Fujitsu Ltd | Vapor growth method and vapor growth system |
JP2003040627A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Raw material for quartz glass and its producing method |
JP2003133300A (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-09 | Tokyo Electron Ltd | Apparatus and method for forming film |
JP2003142473A (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Tokyo Electron Ltd | Gas supplying apparatus and method therefor, and film forming apparatus and method therefor |
JP2004023077A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Fujitsu Ltd | Apparatus and method for forming film |
JP2004260023A (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Japan Pionics Co Ltd | Process for depositing ferroelectric film |
JP2005026455A (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-27 | Tokyo Electron Ltd | Processing method and apparatus thereof |
JP2006351880A (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Forming method of interlayer insulating film and structure of interlayer insulating film |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023191361A1 (en) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 솔브레인 주식회사 | Thin film modification composition, method for forming thin film using same, and semiconductor substrate and semiconductor element, manufactured therefrom |
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