JP3761951B2 - 強誘電体薄膜形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミスト状態の強誘電体材料を基板上に導くことにより、強誘電体薄膜を成膜させる強誘電体薄膜形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在の強誘電体材料の開発には、DRAMのキャパシタの高誘電率材料としての開発と、印加電圧と誘電分極のヒステリシス特性を利用した不揮発性メモリとしての開発という両方の流れがある。また、半導体デバイスへの応用として最も研究開発が進められている強誘電体薄膜材料として、バリウム,ストロンチウム,チタンを主成分とするBST 膜や、ビスマス系の層状化合物のY1などがある。また、強誘電体材料の成膜方法としてスパッタ法やスピン塗布法などのゾルゲル法などがあり、なかでも近年には、強誘電体材料を含有した揮発性の溶液をミスト化し、それをキャリアガスで運び、シリコン基板に堆積させる強誘電体薄膜形成装置がある。
【0003】
以下に従来の強誘電体薄膜形成装置について説明する。図2は従来の強誘電体薄膜形成装置の構成を示す簡単な模式図である。
図2において、16は強誘電体薄膜形成を行うプロセスチャンバー、11は超音波発振子により強誘電体材料を含有する揮発性の溶液をミスト化するアトマイザー(ミスト発生器)、12はミスト化された強誘電体材料をアトマイザー11からプロセスチャンバー16へ導くキャリアガスの配管である。プロセスチャンバー16内には、シリコン基板を置く基板ステージ15、その上方に所定の間隔で設置された上部プレート14および真空引き配管13が設けられている。
【0004】
次に、強誘電体の薄膜形成は以下のように行われる。アトマイザー11でミスト化された強誘電体材料は、キャリアガスの流れに沿って、キャリアガス配管12を通って減圧下にあるプロセスチャンバー16内に導入される。キャリアガス配管先端の吐出口17から吐出したミストは真空引きの流れに沿って拡散し、その一部が回転する基板ステージ15と上部プレート14のギャップに導かれ、そこで層流を形成し、シリコン基板に強誘電体薄膜を堆積する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、吐出口17から吐出したミストが、全方向に拡散し、基板ステージ15と上部プレート14のギャップに導かれるミストは、ミスト全体の一部となるために成膜レートが低いことや、拡散したミストがプロセスチャンバー内壁などに付着する点からメンテナンス頻度が高いという欠点を有していた。
【0006】
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、強誘電体薄膜の成膜レートを高め、メンテナンス頻度を低く抑えた強誘電体薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の強誘電体薄膜形成方法は、プロセスチャンバーと、プロセスチャンバーに設けた真空引き配管と、プロセスチャンバー内に設けた基板ステージと、前記プロセスチャンバー内に、前記基板ステージに対向して設けた基板ステージより小さい上部プレートと、強誘電体材料を含む溶液をミスト化するミスト発生器と、真空引き配管と対向して設けられ、ミスト発生器でミスト化されたミストを基板ステージと上部プレートとの間に吐出するための、基板ステージより上方に設けられたキャリアガス配管と、プロセスチャンバー内におけるキャリアガス配管の上方で、且つ基板ステージと上部プレートのギャップの周囲より斜め上方に設けられ、ミストの流れを制御してミストが全方向に拡散することを抑制するとともに基板上に効率良く誘導するための制御用ガスを基板ステージに対して斜め上方から噴出する制御用ガス配管とを備えたものである。
【0009】
この発明の強誘電体薄膜形成装置によると、キャリアガス配管から吐出したミストは、制御用ガス配管から噴出した対拡散用のバリアとして働く制御用ガスがあるため、拡散が最小限に抑えられる。また、制御用ガスの方向および流量を調整することにより、ミストを最も効率良く基板上に導き、そこに堆積させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態における強誘電体薄膜形成装置について説明する。図1は、強誘電体薄膜形成装置のプロセスチャンバー内の断面図を示す。図1において、1はアトマイザー(ミスト発生器)、2は新設したキャリアガスの流れを制御する制御用ガス配管、3はキャリアガス配管、4は真空引き配管、5は上部プレート、6は基板ステージ、7はプロセスチャンバーである。
【0011】
この実施の形態の装置では、装置の構成上、キャリアガス配管3の上方に制御用ガス配管2を設け、キャリアガス配管3の吐出口8と同じ形状をもつ制御用ガス配管2の噴出口9の面方向は、基板ステージ6と上部プレート5のギャップよりやや上方に向けられている。また、キャリアガスおよび制御用ガスとして共通のアルゴンを用い、キャリアガス流量と制御用ガス流量を同じ200sccmに設定し、キャリアガス圧力1kg/cm3に対し制御用ガス圧力を2kg/cm3と高い値に設定する。
【0012】
つぎに、図1の強誘電体薄膜形成装置を用いた強誘電体薄膜形成方法について説明する。ミスト化された強誘電体材料は、従来と同様にして、キャリアガス配管3を通って、プロセスチャンバー7内に導かれる。キャリアガス配管3の吐出口8から吐出したミストは本来全方向に拡散されるはずであるが、上方に設置した制御用ガス配管2から噴出する高圧のガスの流れの影響を受ける。つまり、上方への拡散に対して、この制御用ガスがバリアとして作用し、制御用ガスの配管設置位置、噴出口9の面方向、ガス流量、ガス圧力を調整することにより、ミストを基板ステージ6と上部プレート5のギャップに導く。このようにして、基板ステージ6に置いたシリコン基板上に強誘電体薄膜が形成される。
【0013】
このように構成された強誘電体薄膜形成装置によると、制御用ガス配管2を設置したことにより、ミストの拡散を抑え、基板上に堆積するミストの割合が高まり、強誘電体薄膜の成膜レートが向上する。また、プロセスチャンバー内壁に付着するミストの量も最小限に抑えることができるので、本装置では従来のものに比べてメンテナンス頻度を減らし、スループットを高めることができる。
【0014】
なお、前記実施の形態では、制御用ガス配管2をキャリアガス配管3の上方に設置し、ガスの種類、ガス流量およびガス圧力を上述したように設定したが、そのような構成に限定されるものではなく、装置の構成に合わせて決定すればよく、同様の効果が得られる。
【0015】
【発明の効果】
この発明の強誘電体薄膜形成装置によると、キャリアガス配管から吐出したミストは、制御用ガス配管から噴出した対拡散用のバリアとして働く制御用ガスがあるため、拡散が最小限に抑えられる。また、制御用ガスの方向および流量を調整することにより、ミストを最も効率良く基板上に導き、そこに堆積させることができる。これにより、強誘電体薄膜の成膜レートの向上を実現することができ、またプロセスチャンバー内壁などに付着するミストの量を最小限に抑え、メンテナンス頻度を低く抑えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態における強誘電体薄膜形成装置の模式図である。
【図2】従来例の強誘電体薄膜形成装置の模式図である。
【符号の説明】
1 アトマイザー(ミスト発生器)
2 制御用ガス配管
3 キャリアガス配管
4 真空引き配管
5 上部プレート
6 基板ステージ
7 プロセスチャンバー
8 吐出口
9 噴出口
Claims (1)
- プロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバーに設けた真空引き配管と、
前記プロセスチャンバー内に設けた基板ステージと、
前記プロセスチャンバー内に、前記基板ステージに対向して設けた前記基板ステージより小さい上部プレートと、
強誘電体材料を含む溶液をミスト化するミスト発生器と、
前記真空引き配管と対向して設けられ、前記ミスト発生器でミスト化されたミストを前記基板ステージと前記上部プレートとの間に吐出するための、前記基板ステージより上方に設けられたキャリアガス配管と、
前記プロセスチャンバー内における前記キャリアガス配管の上方で、且つ前記基板ステージと前記上部プレートのギャップの周囲より斜め上方に設けられ、前記ミストの流れを制御して前記ミストが全方向に拡散することを抑制するとともに前記基板上に効率良く誘導するための制御用ガスを前記基板ステージに対して斜め上方から噴出する制御用ガス配管とを備えた強誘電体薄膜形成装置。
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