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BEREICH DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren
und eine Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung
zum Herstellen einer PZT-Dünnschicht,
die als eine ferroelektrische Schicht dient, welche Blei (Pb), Zirkonium
(Zr), Titan (Ti) und Sauerstoff (O) enthält.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Ferroelektrische
Speicherelemente haben als ein nichtflüchtiger Speicher der nächsten Generation
viel Aufmerksamkeit erfahren, und an ihnen wurden umfangreiche Studien
ausgeführt.
Dieses ferroelektrische Speicherelement ist als eine Speicherzelle ausgebildet,
wobei ein ferroelektrischer Kondensator verwendet wird, in dem eine
ferroelektrische Schicht zwischen zwei Elektroden eingeschoben wird.
Ein Ferroelektrikum weist ein Merkmal der "spontanen Polarisation" auf, d.h. ein Merkmal,
in dem die Polarisation selbst bei einer Nullspannung erhalten bleibt, wenn
einmal eine Spannung an das Ferroelektrikum angelegt worden ist.
Ein ferroelektrisches Speicherelement ist ein nichtflüchtiger
Speicher, der dies verwendet.
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Als
die ferroelektrische Schicht eines solchen ferroelektrischen Speicherelements
wird in großem
Umfange eine Pb(Zr, Ti)O3(PZT)-Schicht verwendet.
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Nachfolgend
wird der Aufbau eines ferroelektrischen Speicherelements unter Verwendung
einer PZT-Dünnschicht
beschrieben. Wie in 9 dargestellt ist, ist in diesem
Speicherelement grundsätzlich
ein geschichteter Kondensator unter Verwendung einer ferroelektrischen
Schicht an einen MOS-Transistor angeschlossen, der auf einem Siliziumsubstrat 901 ausgebildet
ist. Der MOS-Transistor besteht aus einer Gate-Elektrode 903,
die auf einem Halbleitersubstrat 901 durch eine Gate-Isolationsschicht 902 ausgebildet
ist, und einer Source sowie einem Drain 904, die von Diffusionsschichten
gebildet werden, die auf zwei Seiten der Gate- Elektrode 903 ausgebildet sind.
Der Kondensator besteht aus einer unteren Pt/TiN-Elektrode 921,
einer dielektrischen PZT-Schicht 922, die auf der unteren
Elektrode 921 ausgebildet ist, und einer oberen Ir/IrO2-Elektrode 923, die auf der dielektrischen
Schicht 922 ausgebildet ist.
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Zum
Abdecken der Gate-Elektrode 903 ist eine Zwischenebenenisolationsschicht 905 ausgebildet.
Auf der Zwischenebenenisolationsschicht 905 ist eine Verbindungsschicht 906 ausgebildet,
die als eine Bitleitung dient, welche in dem Schnitt von 9 nicht
in Erscheinung tritt. Auf der Verbindungsschicht 906 ist
eine Zwischenebenenisolationsschicht 907 ausgebildet. Die
Verbindungsschicht 906 ist mit einem der Bereiche Source
oder Drain 904 verbunden. Auf der Zwischenebenenisolationsschicht 907 ist eine
Verbindungsschicht 908 ausgebildet. Der Kondensator ist
auf einer Zwischenebenenisolationsschicht 909 ausgebildet,
die ausgebildet ist, um die Verbindungsschicht 908 abzudecken.
Die untere Elektrode 921, die den Kondensator aufbaut,
ist durch einen Anschluß 910 aus
Wolfram (W), der in einem Durchgangsloch ausgebildet ist, um durch
die Zwischenebenenisolationsschichten 905, 907 und 909 hindurchzuführen, mit
dem anderen Bereich aus Source und Drain 904 verbunden.
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Zum
Abdecken des Kondensators ist eine Isolationsschicht 911 ausgebildet.
Auf der Isolationsschicht 911 ist eine Verbindungsschicht 912 ausgebildet,
die an die oberen Elektrode 923 angeschlossen ist.
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Wenn – wie oben
beschrieben wurde – eine ferroelektrische
Schicht aus PZT oder dergleichen verwendet wird, dann ist die ferroelektrische
Schicht aus dem folgenden Grunde auf einer oberen Schicht im integrierten
Schaltkreis angeordnet.
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PZT
ist ein Oxid und wird in einer reduzierenden Atmosphäre leicht
reduziert, wodurch die ferroelektrischen Kenngrößen verschlechtert werden.
Die ferroelektrischen Kenngrößen verschlechtern
sich leicht in einer hochreaktionsfähigen Umgebung beim Trockenätzen oder
dergleichen.
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Ein
Bereich, der in der Anfangsstufe im allgemeinen Herstellungsprozeß der Halbleitervorrichtungen
ausgebildet wurde, tendiert dazu, in dem nachfolgenden Prozeß einer
reduzierenden Atmosphäre des
Wasserstofftemperns oder dergleichen ausgesetzt zu werden. Viele
Trockenprozesse unter Verwendung von Plasmen, wie z.B. die Verbindungsmusterbildung,
müssen
ausgeführt
werden.
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In
der Struktur eines herkömmlichen
DRAM oder dergleichen, in der ein Kondensator unmittelbar über einem
Transistor angeordnet ist, wird ein Kondensator in der Anfangsstufe
der Herstellung der Halbleitervorrichtung ausgebildet, und auf dem
Kondensator wird eine Verbindungsstruktur ausgebildet. Eine PZT-Schicht,
die einen Kondensator aufbaut, muß viele Prozesse in einer Atmosphäre durchlaufen,
in der sich die oben erwähnten
Kenngrößen schnell
verschlechtern.
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In
einem ferroelektrischen Speicherelement, das einen Kondensator aufweist,
der aus einer PZT-Dünnschicht
ausgebildet ist, ist der Kondensator oben plaziert, z.B. auf einer
Mehrebenen-Verbindungsstruktur einer Halbleitervorrichtung. Der
Kondensator wird in der Endstufe bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung
ausgebildet.
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Da
der Kondensator – wie
oben beschrieben wurde – über der
Verbindungsstruktur ausgebildet ist, wird die PZT-Dünnschicht,
welche den Kondensator bildet, aus den folgenden Gründen bei
einer Temperatur von 450 °C
oder darunter ausgebildet. Die Verbindungsstruktur, die unter dem
Kondensator plaziert ist, besteht im allgemeinen aus einem Metallmaterial, wie
z.B. Aluminium, und das Metallmaterial kann hohen Temperaturen,
die 450 °C überschreiten,
nicht standhalten.
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In
Anbetracht der Wärmebeständigkeitstemperatur
der darunterliegenden Aluminiumverbindung ist ein Verfahren zum
Ausbilden einer PZT-Schicht bei einer Temperatur von 450 °C oder darunter
vorgeschlagen worden. Dieses Verfahren zum Ausbilden der PZT-Dünnschicht
wird nachfolgend beschrieben. Organometallische Quellengase aus
Pb und Ti und ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O,
O2 oder NO2, werden
bei einem Druck so niedrig wie 5 mTorr einem Substrat zugeführt, das
auf 445 °C
erhitzt ist. Durch Abscheiden aus der Dampfphase (CVD – chemical vapor
deposition) unter Verwendung organometallischer (MO) Materialien
wird ein PbTiO3-Kristallkeim gebildet. Während der
Druck so niedrig wie 5 mTorr gehalten wird, werden die organometallischen
Quellengase aus Pb, Zr und Ti und ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O, dem Substrat zugeführt, das auf 445 °C gehalten
wird. Da der PbTiO3-Kristallkeim auf dem
Substrat bereits vorhanden ist, wächst ein PZT-Kristall selbst
bei einer so niedrigen Temperatur wie 445 °C, um auf dem Substrat eine
PZT-Dünnschicht
aus Perovskitkristall zu bilden.
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Entsprechend
dem herkömmlichen
Verfahren kann eine PZT-Dünnschicht
mit einer auf dem gesamten Substrat gleichförmigen Zusammensetzung nicht
ausgebildet werden. Die nicht gleichförmige Zusammensetzung erzeugt
Abweichungen in den ferromagnetischen Kenngrößen in der resultierenden PZT-Dünnschicht.
Die Abweichungen in der Zusammensetzung der resultierenden Dünnschicht
können durch
die Molekularströmung
der MO-Quellengase hervorgerufen werden, die dem Substrat zugeführt werden.
Herkömmlich
werden, wie oben dargelegt wurde, die MO-Quellengase bei einem Druck
zugeführt,
der so niedrig ist wie einige mTorr (Hochvakuumzustand). Im Hochvakuum
wird die Strömung
eines jeden MO-Quellengases
zu einem Molekularströmungszustand.
Es ist sehr schwierig, in diesem Molekularströmungszustand jedes MO-Quellengas dem
Substrat gleichmäßig zuzuführen.
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Artverwandte
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von PZT-Dünnschichten
sind offengelegt in SHIMIZU M. u.a: "GROWTH AND CHARACTERIZATION OF FERROELECTRIC
PB(ZR, TI)O
3 THIN FILMS BY MOCVD USING A
6 INCH SINGLE WAFER CVD SYSTEM",
MATERIALS RESEARCH SOCIETY SYMPOSIUM PROCEEDINGS; MATERIALS RESEARCH
SOCIETY, PITTSBURG, PA, US, Bd. 310, 1993, S. 255–260, XP000884142 ISSN:
0272-9172;
US-A-5 714
194 ; SHIMIZU M. u.a: "EFFECTS
OF THE UTILIZATION OF A BUFFER LAYER ON THE GROWTH OF PB(ZR, TI)O
3 THIN FILMS BY METALORGANIC VAPOR DEPOSITION", JOURNAL OF CRYSTAL
GROWTH; NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO., AMSTERDAM, NL, Bd. 145, Nr.
1/4, 2. Dezember 1994 (1994-12-02), S. 226–231, XP 000511734 ISSN: 0022-0248; und
JP-A-6 275 548 .
Weitere Vorrichtungen zum Ausbilden von PZT-Dünnschichten sind bekannt aus
TADASHI SHIOSAKI u.a., PANDEA R. K. u.a.: "COMPARISON OF THE PROPERTIES OF PB(ZR,
TI)O
3 THIN FILMS OBTAINED BY MOCVD USING
DIFFERENT SOURCE MATERIALS",
PROCEEDINGS OF THE NINTH IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLICATIONS
OF FERROELECTRICS (ISAF), UNIVERSITY PARK, PENNSYLVANIA; 7.–10. Aug.
1994, PROCEEDINGS OF THE IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLICATIONS
OF FERROELECTRICS (ISAF), NEW YORK, IEEE; Bd. SYMP. 9, 7. August
1994 (1994-08-07), S. 303–308,
XP 000553141 ISBN: 0-7803-1858-7 und
US-A-5,876,503 .
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Um
die obigen Aufgaben gemäß vorliegender
Erfindung zu lösen,
wird ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren
nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Gemäß vorliegender
Erfindung umfaßt
der Herstellungsschritt der PZT-Dünnschicht ein Zuführen von
Organometall-Quellengasen in einem viskosen Strömungszustand, der sich infolge
des Druckes von nicht weniger als 0,1 Torr aus einem Zwischenströmungszustand
umgewandelt hat.
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Gemäß vorliegender
Erfindung wird nach Anspruch 12 auch eine Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung bereitgestellt.
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Da
die Schichtherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
die Verdünnungsmittel
umfaßt,
wird der Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Reaktor
von dem zweiten Quellengas-Erzeugungsmittel durch das Quellengas-Zuführungsmittel
zugeführt
wird, niedrig. Aus diesem Grund wird das Voranschreiten der Reaktion
zwischen den Quellengasen und dem Oxidationsgas in einer Gasphase
im Reaktor, bevor die Quellengase und das Oxidationsgas das Substrat
erreichen, unterdrückt,
und die Oxidationsreaktion läuft
auf dem Substrat ab, so daß sich
auf dem Substrat eine PZT-Dünnschicht
ausbildet, die einen guten kristallinen Zustand aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung
zeigt, die in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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2-A ist eine graphische Darstellung für den Vergleich
des Schichtbildungszustandes der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
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2-B ist eine graphische Darstellung für den Vergleich
des Schichtbildungszustandes der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
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3 ist
eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung
zeigt, die in der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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4-A ist eine graphische Darstellung für den Vergleich
des Schichtbildungszustandes der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
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4-B ist eine graphische Darstellung für den Vergleich
des Schichtbildungszustandes der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
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5 ist
eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung
zeigt, die in der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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6-A ist eine graphische Darstellung für den Vergleich
des Schichtbildungszustandes der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
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6-B ist eine graphische Darstellung für den Vergleich
des Schichtbildungszustandes der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
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7 ist
eine graphische Darstellung der Wechselbeziehung zwischen der Zuführungsmenge von
Quellengasen und der Schichtbildungsgeschwindigkeit.
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8 ist
eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung
zeigt, die in der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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9 ist
eine Schnittansicht, welche die Einrichtung eines ferroelektrischen
Speicherelements zeigt.
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BESTES VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben
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Erste Ausführungsform
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Zunächst wird
die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform
wird eine PZT-Dünnschicht
ausgebildet, indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet
wird, wie sie in 1 dargestellt ist. Die Schichtherstellungs vorrichtung
enthält
eine Waferplattform 102 und einen Sprühkopf 103, der in
einem Reaktor 101 gegenüber
der Waferplattform 102 angeordnet ist. Die Waferplattform 102 schließt einen Heizer 102a ein,
und der Heizer 102a heizt einen Wafer 104, der
auf der Waferplattform 102 plaziert ist. Der Wafer 104 besteht
z.B. aus einem Siliziumsubstrat, und ein integrierter Schaltkreis,
der aus mehreren Transistoren, Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut
ist, ist bereits auf der Oberfläche
der Wafers 104 ausgebildet. Einige der obigen Transistoren erzeugen
Speicherzellen, und eine untere, aus Platin oder ähnlichem
bestehende Elektrode eines Kondensators, der mit jedem entsprechenden
Transistor zu verbinden ist, ist bereits ausgebildet. Als ein Beispiel in
der folgenden Beschreibung einschließlich der anderen Ausführungsformen
wird ein Fall beschrieben, in dem eine PZT-Dünnschicht, die als eine Kondensator-Isolationsschicht
dient, auf der unteren Elektrode ausgebildet ist. Deshalb bedeutet
die Zufuhr von Gas auf einen Wafer das Zuführen von Gas auf die auf dem
Wafer ausgebildete untere Elektrode, die aus Platin oder ähnlichem
besteht.
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Die
erzeugten MO-Quellengase werden von zwei Pb-Quellenerzeugern 105 und 106,
einem Zr-Quellenerzeuger 107 und einem Ti-Quellenerzeuger 108 dem
Reaktor 101 zugeführt,
in welchem der Wafer 104 plaziert ist. Ein Oxidationsgas,
wie z.B. N2O oder O2,
wird von einem Oxidationsgaserzeuger 109 zugeführt.
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Zuerst
wird in dem Pb-Quellenerzeuger 105 eine Butylacetatlösung, in
der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von
0,1 mol gelöst
ist, präpariert.
Die von dem Pb-Quellenerzeuger 105 zugeführte Butylacetatlösung, in
der die Pb-Quelle gelöst
ist, wird in einen Verdampfer 105b transportiert, wobei
die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel (MFC) 105a geregelt
wird. DPM bedeutet "Dipivaloylmethanat
C11H19O2". Das Verdampfen
der Butylacetatlösung
durch den Verdampfer 105b ermöglicht es, daß das entstehende
Butylacetatgas und das Pb(DPM)2-Gas durch
den Sprühkopf 103 dem
Reaktor 101 zugeführt
werden. Es ist zu beachten, daß die
entstehenden Gase zusammen mit einem Trägergas, wie z.B. Helium, von
dem Verdampfer 105b zum Sprühkopf 103 transportiert
werden. Das Trägergas
ist ein Verdünnungsgas
zur Verringerung der Konzentration eines Quellengases, und der Verdampfer 105b erzeugt
ein Quellengas und wirkt gleichzeitig als ein Verdünnungsmittel
für das
Verdünnen
des Quellengases mit einem Verdünnungsgas.
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Ebenso
wird in dem Pb-Quellengaserzeuger 106 Pb(DPM)2 präpariert.
Das Pb(DPM)2 sublimiert durch Erhitzen auf
eine Temperatur von ungefähr
170 °C,
um ein Pb-Quellengas zu er zeugen. In dem Zr-Quellengaserzeuger 107 wird
Zr(O-t-Bu)4 präpariert. Das Zr(O-t-Bu)4 sublimiert durch Erhitzen auf eine Temperatur
von ungefähr
80 °C, um
ein Zr-Quellengas zu erzeugen. Das Zr-Quellengas wird durch den
Sprühkopf 103 dem
Reaktor 101 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 107a geregelt
wird. Auf die gleiche Weise wird in dem Ti-Quellenerzeuger 108 Ti(O-i-Pr)4 präpariert.
Das Ti(O-i-Pr)4 sublimiert durch Erhitzen
auf eine Temperatur von ungefähr
75 °C, um
ein Ti-Quellengas
zu erzeugen. Das Ti-Quellengas wird durch den Sprühkopf 103 dem Reaktor 101 zugeführt, wobei
die Durchflußrate
des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 108a geregelt
wird.
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Es
ist zu beachten, daß ein
Oxidationsgas, das vom Oxidationsgaserzeuger 109 zu transportieren
ist, durch den Sprühkopf 103 dem
Reaktor 101 zugeführt
wird, wobei die Durchflußrate
des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 109a geregelt
wird. In der ersten Ausführungsform bilden
der Pb-Quellenerzeuger 106 und der Ti-Quellenerzeuger 108 das
erste Quellengas-Erzeugungsmittel, und der Pb-Quellenerzeuger 105,
der Zr-Quellenerzeuger 107 und
der Ti-Quellenerzeuger 108 bilden das zweite Quellengas-Erzeugungsmittel.
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Die
obigen Quellengase werden im Sprühkopf 103 miteinander
gemischt und dann dem Reaktor 101 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind
auf der Reaktorseite 101 des Sprühkopfes 103 eingerichtet. Das
Quellengasgemisch wird dem Wafer 104, der auf der Waferplattform 102 plaziert
ist, durch die mehreren Ausflußdüsen gleichmäßig zugeführt. Das
Quellengassystem des Sprühkopfs 103 bildet
ein Quellengas-Zuführungsmittel.
Andererseits wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 103 transportiert
wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die
auf der Reaktorseite 101 des Sprühkopfes 103 vorgesehen
sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 103 gemischt
worden zu sein. Das Oxidationsgassystem des Sprühkopfes 103 bildet
ein Oxidationsgas-Zuführungsmittel.
Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen auf dem Wafer 104 gemischt,
der auf der Waferplattform 102 plaziert ist. Das verhindert,
daß die
Quellengase und das Oxidationsgas miteinander im Sprühkopf 103 gemischt
werden. Da die Erzeugung eines Reaktionsprodukts im Ergebnis einer
Reaktion zwischen den Quellengasen und dem Oxidationsgas im Duschkopf 103 verhindert
werden kann, kann dementsprechend jedes Quellengas dem Wafer 104 stabil
zugeführt
werden.
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Der
Reaktor 101 steht über
eine Kühlfalle 110 und
ein Druckregelungsmittel 111 mit einer Vakuumpumpe 112 in
Verbindung, und diese bilden ein Evakuierungsmittel. Der Reaktor 101 ist
so eingerichtet, daß gesteuert
durch das Druckregelungsmittel 111 mit Hilfe der Vakuumpumpe 112 ein
Zustand mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte
Zustand wird so geregelt, daß er
z.B. im Bereich von ungefähr
0,001 bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 110 eine aus
dem Reaktor 101 austretende Substanz entfernt, welche bei
einer tiefen Temperatur flüssig
oder fest wird.
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In
der ersten Ausführungsform
wird unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung eine PZT-Dünnschicht
auf dem Wafer 104 auf die folgende Weise gebildet.
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Zunächst wird
auf dem Wafer 104 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
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Zuerst
wird der Wafer 104 auf der Waferplattform 102 plaziert,
und der Heizer 102a erhitzt den Wafer 104 auf
eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe (Druck) im
Reaktor 101 wird z.B. durch Evakuieren unter Verwendung
einer Vakuumpumpe 112 auf 0,001 bis 0,01 Torr eingestellt.
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Als
nächstes
wird dem Wafer 104 N2O als ein Oxidationsgas
zugeführt,
und anschließend
wird Gas (Pb-Quellengas), das durch Sublimation von Pb(DPM)2 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate von
0,4 sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) vom Pb-Gaserzeuger 106 zum
Sprühkopf 103 transportiert.
Das Gas wird dann vom Sprühkopf 103 dem Wafer 104 zugeführt, und
PbO wird durch Ansaugen auf die Oberfläche des Wafers 104 gezogen.
Danach wird Gas (Ti-Quellengas), das durch Sublimation von Ti(O-i-Pr)4 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate von
0,3 sccm aus dem Ti-Quellenerzeuger 106 zum Sprühkopf 103 transportiert,
während
N2O und das Pb-Quellengas zugeführt werden.
Das Ti-Quellengas wird im Sprühkopf 103 mit
dem Pb-Quellengas gemischt und dem Wafer 104 zugeführt. N2O als das Oxidationsgas wird mit einer Durchflußrate von
6 sccm zum Sprühkopf 103 transportiert.
Wie oben beschrieben wurde, wird das zum Sprühkopf 103 transportierte
Ti-Quellengas im Sprühkopf 103 mit
dem Pb-Quellengas gemischt und dem Wafer 104 im Reaktor 101 zugeführt. Andererseits
wird N2O dem Wafer 104 im Reaktor 101 zugeführt, ohne
mit den Quellengasen im Sprühkopf 103 gemischt
worden zu sein.
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Im
Ergebnis wird in der ersten Ausführungsform
ein Kristallkeim aus PbTiO3 auf dem erhitz ten Wafer 104 ausgebildet,
während
der Druck im Reaktor 101 auf ungefähr 0,01 bis 0,001 Torr, d.h.
in einem Hochvakuumzustand, gehalten wird. Die Ausbildung von Kristallkeimen
wird in ungefähr
50 s vollzogen.
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Anschließend an
diese Keimbildung wird auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht
ausgebildet.
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Zuerst
wird die Heiztemperatur des Wafers 104 auf der gleichen
Temperatur gehalten wie in dem vorherigen Schritt. Die Vakuumstufe
im Reaktor 101 wird so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt.
In diesem Zustand wird die Erzeugung des Pb-Quellengases vom Pb-Quellenerzeuger 106 zum
Pb-Quellenerzeuger 105 umgelenkt. Genauer gesagt, eine
Butylacetatlösung,
in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von
0,1 mol gelöst
ist, wird aus dem Pb-Quellenerzeuger 105 zum Verdampfer 105b transportiert,
wobei die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
durch das Durchflußraten-Regelungsmittel 105a auf
eine vorgegebene Durchflußrate
eingeregelt wird, um das Pb(DPM)2, das zusammen
mit dem Butylacetat gelöst
ist, durch den Verdampfer 105b zu verdampfen. Zu diesen
wird Heliumgas bei einer Durchflußrate "250 sccm" hinzugefügt, und das Mischgas wird zum
Sprühkopf 103 transportiert.
Gleichzeitig wird die Transportdurchflußrate des Pb-Quellengases,
d.h. das verdampfte Pb(DPM)2, das aus dem
Verdampfer 105b transportiert wird, auf ungefähr "0,4 sccm" in einem Normalzustand
eingestellt. Es ist zu beachten, daß die Transportdurchflußrate des
verdampften Butylacetats ungefähr "27 sccm" ist.
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Ebenso
wird das Ti-Quellengas bei einer Durchflußrate "0,35 sccm" zum Sprühkopf 103 transportiert.
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Zusätzlich wird
dem Wafer 104 frisches Zr-Quellengas zugeführt. Das
Zr-Quellengas, d.h. ein Gas, das durch Sublimation von Zr(O-t-Bu)4 erhalten wurde, wird bei einer Durchflußrate "0,3 sccm" zum Sprühkopf 103 transportiert.
Im Ergebnis werden im Sprühkopf 103 Butylacetat,
Helium und das Zr-Quellengas zu dem Pb-Quellengas und dem Ti-Quellengas
hinzugefügt
und miteinander vermischt. Das im voraus gemischte Pb-Quellengas,
Ti-Quellengas, Zr-Quellengas, Butylacetat und Helium wird dem Wafer 104 zugeführt. Getrennt
von den Quellengasen wird dem Wafer 104 auch N2O
zugeführt.
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Zu
dieser Zeit ist auf dem Wafer 104 im Reaktor 101 der
Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,4/(0,4
+ 27 + 250 + 0,3 + 0,35 + 6)} = 0,000141 Torr. Ebenso ist der Partialdruck
von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,3/(0,4
+ 27 + 250 + 0,3 + 0,35 + 6)} = 0,000105 Torr und der von Zr(O-t-Bu)4 als Zr-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,35/(0,4
+ 27 + 250 + 0,3 + 0,35 + 6)} = 0,000123 Torr.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist in der ersten Ausführungsform der Druck im Reaktor 101 nach der
Keimbildung so niedrig wie ungefähr
0,1 Torr. Das Hinzufügen
eines Gases, das für
die Schichtbildung bedeutungslos ist, als ein Verdünnungsgas,
wie z.B. das verdampfte Gas eines organischen Lösungsmittels oder Helium, setzt
den Partialdruck eines jeden zugeführten Quellengases herab. Da
ein Kristallkeim von PbTiO3 auf dem Wafer 104 bereits
ausgebildet ist, wird darüber
hinaus eine PZT-Dünnschicht
gebildet, die eine Perovskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der
ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim dient. Da beim Ausbilden
einer PZT-Dünnschicht
in der ersten Ausführungsform
die Vakuumstufe im Reaktor 101 so niedrig wie 0,1 Torr
eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 101 zugeführt wird,
nicht in einem Molekularströmungszustand
sondern in einem viskosen Strömungszustand zugeführt, der
sich aus einem Zwischenströmungszustand
umgewandelt hat.
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Im
Ergebnis wird gemäß der ersten
Ausführungsform
wegen der Verwendung des Sprühkopfes 103 ein
gleichförmiger
Gaszuführungseffekt
für jedes Gas
erhalten, das dem Wafer 104 zugeführt wird, so daß sich auf
dem Wafer 104 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung
ausbildet.
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Die 2-A und 2-B zeigen
die Ergebnisse, die durch einen Vergleich der obigen PZT-Dünnschicht mit einer PZT-Dünnschicht
erhalten werden, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird. 2A zeigt
die Abweichungen in dem Verhältnis
Pb/(Zr + Ti) der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die
Ordinate des in 2-A dargestellten
Diagramms zeigt das Verhältnis
Pb/(Zr + Ti). 2-B zeigt die Abweichungen
in dem Verhältnis
Zr/Ti der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die
Ordinate des in 2-B dargestellten
Diagramms zeigt das Verhältnis
Zr/Ti. In beiden Diagrammen zeigen die schwarzen Punkte die in der
ersten Ausführungsform
erhaltenen Ergebnisse und die quadratischen Punkte die Ergebnisse für eine PZT-Schicht,
die durch ein herkömmliches Verfahren
ausgebildet wurde.
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Wie
aus den in 2-A und 2-B dargestellten
Ergebnissen ersichtlich wird, kann gemäß der ersten Ausführungsform
in dem Wafer eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall mit einer gleichförmigen Zusammensetzung
ausgebildet werden.
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Obwohl
in der ersten Ausführungsform
das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels als ein Verdünnungsgas
verwendet wird, ist zu beachten, daß es vorzuziehen ist, daß das verdampfte
Gas des organischen Lösungsmittels
nicht in einer großen
Menge zugeführt
wird. Es wird vorzugsweise eine Menge verwendet, die zum Verdampfen
und Zuführen
der Quellen benötigt
wird. Zum Beispiel ist in dem obigen Fall die Menge des verdampften
Gases des organischen Lösungsmittels
vorzugsweise auf das 100-fache der Menge der Quellen begrenzt. Obwohl
auch Heliumgas als ein Verdünnungsgas
verwendet wird, ist das Verdünnungsgas
nicht darauf beschränkt.
Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und
es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
-
Zweite Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird die zweite Ausführungsform
der vorliegende Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform
wird eine PZT-Dünnschicht ausgebildet,
indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet wird, wie
sie in 3 dargestellt ist. Die Schichtherstellungsvorrichtung
enthält
eine Waferplattform 302 und einen Sprühkopf 303, der in einem
Reaktor 301 gegenüber
der Waferplattform 302 angeordnet ist. Die Waferplattform 302 schließt einen
Heizer 302a ein, und der Heizer 302a heizt einen
Wafer 304, der auf der Waferplattform 302 plaziert
ist. Der Wafer 304 besteht z.B. aus einem Siliziumsubstrat,
und ein integrierter Schaltkreis, der aus mehreren Transistoren,
Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut ist, ist bereits
auf der Oberfläche
der Wafers 304 ausgebildet. Diese Teile sind nahezu die
gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
-
Die
erzeugten MO-Quellengase werden von einem Pb-Quellenerzeuger 305,
einem Zr-Quellenerzeuger 306 und
einem Ti-Quellenerzeuger 307 dem Reaktor 301 zugeführt. Ebenso
wird ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder
O2, dem Reaktor 301 von einem Oxidationsgaserzeuger 308 zugeführt. Zuerst wird
eine Butylacetatlösung,
in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von
0,1 mol gelöst
ist, in dem Pb-Quellenerzeuger 305 präpariert. Die von dem Pb-Quellenerzeuger 305 zugeführte Butylacetatlösung, in
der die Pb-Quelle gelöst
ist, wird zu einem Verdampfer 305b transportiert, wobei
die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel
(MFC) 305a geregelt wird. Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch
den Verdampfer 305b ermöglicht
es, daß das
entstehende Butylacetatgas und Pb(DPM)2-Gas
durch den Sprühkopf 303 dem Reaktor 301 zugeführt wird.
Es ist zu be achten, daß die
entstehenden Gase zusammen mit einem Trägergas, wie z.B. Helium, aus
dem Verdampfer 305b zum Sprühkopf 303 transportiert
werden.
-
Ebenso
wird in dem Zr-Quellengaserzeuger 306 Zr(O-t-Bu)4 präpariert.
Das Zr(O-t-Bu)4 sublimiert durch Erhitzen,
um ein Zr-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch
den Sprühkopf 303 dem
Reaktor 301 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 306a geregelt
wird.
-
Auf
die gleiche Weise wird in dem Ti-Quellenerzeuger 307 Ti(O-i-Pr)4 präpariert.
Das Ti(O-i-Pr)4 sublimiert auch durch Erhitzen, um ein
Ti-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den
Sprühkopf 303 dem
Reaktor 301 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 307a geregelt
wird. In der zweiten Ausführungsform
bilden der Pb-Quellenerzeuger 305 und der Ti-Quellenerzeuger 307 das erste
Quellengas-Erzeugungsmittel, und der Pb-Quellenerzeuger 305,
der Zr-Quellenerzeuger 306 und der Ti-Quellenerzeuger 307 bilden
das zweite Quellengas-Erzeugungsmittel.
-
Es
ist zu beachten, daß ein
Oxidationsgas, das vom Oxidationsgaserzeuger 308 erzeugt
wird, durch den Sprühkopf 303 dem
Reaktor 301 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 308a geregelt
wird.
-
Die
obigen Quellengase werden im Sprühkopf 303 miteinander
gemischt und dann dem Reaktor 301 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind
auf der Reaktorseite 301 des Sprühkopfes 303 eingerichtet. Das
Quellengasgemisch wird dem Wafer 304, der auf der Waferplattform 302 plaziert
ist, durch die mehreren Ausflußdüsen des
Sprühkopfes 303 gleichmäßig zugeführt. Andererseits
wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 303 transportiert
wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die
auf der Reaktorseite 301 des Sprühkopfes 303 vorgesehen
sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 303 gemischt
worden zu sein. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen
auf dem Wafer 304 gemischt, der auf der Waferplattform 302 plaziert
ist.
-
Der
Reaktor 301 steht über
eine Kühlfalle 310 und
ein Druckregelungsmittel 311 mit einer Vakuumpumpe 312 in
Verbindung. Der Reaktor 301 ist so eingerichtet, daß gesteuert
durch das Druckregelungsmittel 311 mit Hilfe der Vakuumpumpe 312 ein Zustand
mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte
Zustand im Reaktor 301 wird so gere gelt, daß er z.B.
im Bereich von ungefähr 0,001
bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 310 eine aus
dem Reaktor 301 austretende Substanz entfernt, welche bei
einer tiefen Temperatur verflüssigt
wird.
-
In
der zweiten Ausführungsform
wird unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung eine PZT-Dünnschicht
auf dem Wafer 304 auf die folgende Weise gebildet.
-
Zunächst wird
auf dem Wafer 304 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
-
Zuerst
wird der Wafer 304 auf der Waferplattform 302 plaziert,
und der Heizer 302a erhitzt den Wafer 304 auf
eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe im Reaktor 301 wird z.B.
durch Evakuieren unter Verwendung der Vakuumpumpe 312 auf
0,1 Torr eingestellt.
-
Als
nächstes
wird Pb-Quellengas auf die folgende Weise zugeführt, nachdem dem Wafer 304 N2O als das Oxidationsgas zugeführt wurde.
Eine Butylacetatlösung,
in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von
0,1 mol gelöst
ist, wird aus dem Pb-Quellenerzeuger 305 zum Verdampfer 305b transportiert, wobei
die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 305a auf
ungefähr
0,15 g/min geregelt wird, um das gelöste Pb(DPM)2 zusammen
mit dem Butylacetat durch den Verdampfer 305b zu verdampfen.
Zu diesen wird Heliumgas bei einer Durchflußrate "250 sccm" hinzugefügt, und das Mischgas wird zum
Sprühkopf 303 transportiert.
Das Pb-Quellengas wird dann dem Wafer 304 vom Sprühkopf 303 zugeführt. Gleichzeitig wird
die Transportdurchflußrate
des Pb-Quellengases, d.h. das verdampfte Pb(DPM)2,
das aus dem Verdampfer 305b transportiert wird, auf ungefähr "0,35 sccm" in einem Normalzustand
eingestellt. Ebenso ist die Transportdurchflußrate des verdampften Butylacetats
ungefähr "27 sccm". N2O
wird zum Sprühkopf 303 bei
einer Durchflußrate
von "6 sccm" transportiert.
-
Nachdem
das Oxidationsgas und das Pb-Quellengas eine vorgegebene Zeit über zugeführt wurden,
wird während
der Zufuhr dieser Gase ein Gas (Ti-Quellengas), das durch Sublimation
von Ti(O-i-Pr)4 erhalten wurde, bei einer
Durchflußrate "0,31 sccm" aus dem Ti-Quellenerzeuger 307 zum Sprühkopf 303 transportiert.
Im Ergebnis werden das zum Sprühkopf 303 transportierte
Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Butylacetat und Helium miteinander im
Sprühkopf 303 gemischt
und dem Wafer 304 im Reaktor 301 zugeführt. Andererseits
wird N2O dem Wafer 304 im Reaktor 301 zugeführt, ohne
mit den Quellengasen gemischt worden zu sein.
-
Zu
dieser Zeit ist auf dem Wafer 304 im Reaktor 301 der
Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,35/(0,35
+ 27 + 250 + 6 + 0,31)} = 0,000123 Torr. Ebenso ist der Partialdruck
von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,31/(0,35
+ 27 + 250 + 6 + 0,31)} = 0,000109 Torr.
-
Wie
oben beschrieben wurde, ist in der zweiten Ausführungsform der Druck im Reaktor 301 ungefähr 0,1 Torr,
d.h. in einem Grobvakuumzustand. Da der Partialdruck eines jeden
Quellengases, das dem Wafer 304 zugeführt wird, niedrig eingestellt
ist, wird auf dem erhitzten Wafer 304 ein Kristallkeim
aus PbTiO3 gebildet. Die Ausbildung von
Kristallkeimen wird in ungefähr
50 s vollzogen.
-
Anschließend an
die Keimbildung wird als nächstes
auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht
ausgebildet.
-
Zuerst
wird dem Wafer 304 Zr-Quellengas zugeführt, während die Heiztemperatur des
Wafers 304 und die Vakuumstufe im Reaktor 301 auf
der gleichen Höhe
gehalten werden wie in dem vorherigen Schritt. Das Zr-Quellengas,
d.h. ein Gas, das durch Sublimation von Zr(O-t-Bu)4 erhalten
wird, wird bei einer Durchflußrate "0,33 sccm" aus dem Zr-Erzeuger 306 zum
Sprühkopf 303 transportiert.
Im Ergebnis wird das Zr-Quellengas im Sprühkopf 303 zum Pb-Quellengas, Ti-Quellengas,
Butylacetat und Helium hinzugefügt
und miteinander gemischt. Das im voraus gemischte Pb-Quellengas,
Ti-Quellengas, Zr-Quellengas, Butylacetat und Helium wird dem Wafer 304 zugeführt. Getrennt
von den Quellengasen wird dem Wafer 304 auch N2O
zugeführt.
-
Zu
dieser Zeit ist auf dem Wafer 304 im Reaktor 301 der
Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,35/(0,35
+ 27 + 250 + 0,31 + 0,33 + 6)} = 0,000123 Torr. Ebenso ist der Partialdruck
von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich
0,000109 Torr und der von Zr(O-t-Bu)4 als Zr-Quellengas
gleich 0,000116 Torr.
-
Wie
oben beschrieben wurde, ist in der zweiten Ausführungsform der Druck im Reaktor 301 ungefähr 0,1 Torr,
d.h. in einem Grobvakuumzustand. Das Hinzufügen eines Gases, das für die Schichtbildung
bedeutungslos ist, als ein Verdünnungsgas,
wie z.B. das verdampfte Gas eines organischen Lösungsmittels oder Helium, setzt
den Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Wafer zugeführt wird,
herab. Da ein Kristallkeim von PbTiO3 auf
dem Wafer 304 bereits ausgebildet ist, wird darüber hinaus
auf dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht gebildet, die eine
Perovskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der ausgebildete Kristallkeim
als ein Wachstumskeim dient. Da beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht
in der zweiten Ausführungsform
die Vakuumstufe im Reaktor 301 so niedrig wie 0,1 Torr
eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 301 zugeführt wird,
nicht in einem Molekularströmungszustand
sondern in einem viskosen Strömungszustand zugeführt, der
sich aus einem Zwischenströmungszustand
umgewandelt hat.
-
Im
Ergebnis wird gemäß der zweiten
Ausführungsform
wegen der Verwendung des Sprühkopfes 303 ein
gleichförmiger
Gaszuführungseffekt
für jedes Gas
erhalten, das dem Wafer 304 zugeführt wird, so daß sich auf
dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung
ausbildet.
-
Die 4-A und 4-B zeigen
die Ergebnisse, die durch einen Vergleich der obigen PZT-Dünnschicht mit einer PZT-Dünnschicht
erhalten werden, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird. 4-A zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Pb/(Zr
+ Ti) der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die
Ordinate des in 4-A dargestellten
Diagramms zeigt das Verhältnis
Pb/(Zr + Ti). 4-B zeigt die Abweichungen
in dem Verhältnis
Zr/Ti der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die
Ordinate des in 4-B dargestellten
Diagramms zeigt das Verhältnis
Zr/Ti. In beiden Diagrammen zeigen die schwarzen Punkte die in der
ersten Ausführungsform
erhaltenen Ergebnisse und die quadratischen Punkte die Ergebnisse für eine PZT-Schicht
an, die durch ein herkömmliches Verfahren
ausgebildet wurde.
-
Wie
aus den in 4-A und 4-B dargestellten
Ergebnissen ersichtlich wird, kann gemäß der zweiten Ausführungsform
in dem Wafer eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall mit einer gleichförmigen Zusammensetzung
ausgebildet werden.
-
Es
ist zu beachten, daß vorzuziehen
ist, daß das
verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels nicht
in einer großen
Menge zugeführt
wird, obwohl in der zweiten Ausführungsform
das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels als ein Verdünnungsgas
verwendet wird. Es wird vorzugsweise eine Menge verwendet, die zum
Verdampfen und Zuführen
der Quellen benötigt
wird. Zum Beispiel ist in dem obigen Fall die Menge des verdampften
Gases des organischen Lösungsmittels
vorzugsweise auf das 100-fache der Menge der Quellen begrenzt. Obwohl
Heliumgas als ein Verdünnungsgas
verwendet wird, ist das Verdünnungsgas
auch nicht darauf beschränkt.
Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und
es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
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Dritte Ausführungsform
-
Als
nächstes
wird die dritte Ausführungsform der
vorliegende Erfindung beschrieben. In der dritten Ausführungsform
wird eine PZT-Dünnschicht
ausgebildet, indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet
wird, wie sie in 5 dargestellt ist. Die Schichtherstellungsvorrichtung
enthält
eine Waferplattform 502 und einen Sprühkopf 503, der in
einem Reaktor 501 gegenüber
der Waferplattform 502 angeordnet ist. Die Waferplattform 502 schließt einen Heizer 502a ein,
und der Heizer 502a heizt einen Wafer 504, der
auf der Waferplattform 502 plaziert ist. Der Wafer 504 besteht
z.B. aus einem Siliziumsubstrat, und ein integrierter Schaltkreis,
der aus mehreren Transistoren, Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut
ist, ist bereits auf der Oberfläche
der Wafers 504 ausgebildet. Diese Teile sind nahezu die gleichen
wie in der ersten und zweiten Ausführungsform.
-
Die
erzeugten MO-Quellengase werden aus einem Pb-Quellenerzeuger 505,
einem Zr-Quellenerzeuger 506 und
einem Ti-Quellenerzeuger 507 dem Reaktor 501 zugeführt. Ebenso
wird dem Reaktor 501 aus einem Oxidationsgaserzeuger 508 ein
Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder O2, zugeführt.
-
Zuerst
wird in dem Pb-Quellenerzeuger 505 Pb(DPM)2 präpariert.
Das Pb(DPM)2 sublimiert durch Erhitzen,
um ein Pb-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch
den Sprühkopf 503 dem
Reaktor 501 zugeführt,
wobei die Durchflußrate des
Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 505a geregelt
wird.
-
Ebenso
wird in dem Zr-Quellengaserzeuger 506 Zr(O-t-Bu)4 präpariert.
Das Zr(O-t-Bu)4 sublimiert durch Erhitzen,
um ein Zr-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch
den Sprühkopf 503 dem
Reaktor 501 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 506a geregelt
wird.
-
Auf
die gleiche Weise wird in dem Ti-Quellenerzeuger 507 Ti(O-i-Pr)4 präpariert.
Das Ti(O-i- Pr)4 sublimiert auch durch Erhitzen, um ein
Ti-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den
Sprühkopf 503 dem
Reaktor 501 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Ti-Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 507a geregelt
wird.
-
Es
ist zu beachten, daß ein
Oxidationsgas, das im Oxidationsgaserzeuger 508 erzeugt
wird, durch den Sprühkopf 503 dem
Reaktor 501 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 508a geregelt
wird.
-
Die
obigen Quellengase werden im Sprühkopf 503 miteinander
gemischt und dann dem Reaktor 501 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind
auf der Reaktorseite 501 des Sprühkopfes 503 eingerichtet. Das
Quellengasgemisch wird dem Wafer 504, der auf der Waferplattform 502 plaziert
ist, durch die mehreren Ausflußdüsen des
Sprühkopfes 503 gleichmäßig zugeführt. Andererseits
wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 503 transportiert
wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die
auf der Reaktorseite 501 des Sprühkopfes 503 vorgesehen
sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 503 gemischt
worden zu sein. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen
auf dem Wafer 504 gemischt, der auf der Waferplattform 502 plaziert
ist.
-
Eine
in der dritten Ausführungsform
verwendete Schichtherstellungsvorrichtung enthält ferner einen Verdünnungsgaserzeuger 509,
und in der Schichtherstellungsvorrichtung wird ein Verdünnungsgas,
das aus einem Inertgas, wie z.B. Helium, besteht, zum Sprühkopf 503 transportiert,
wobei die Durchflußrate
des Verdünnungsgases
durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 509a geregelt
wird. Das Verdünnungsgas
wird im Sprühkopf 503 mit
den Quellengasen gemischt und der Reaktionskammer 501 zugeführt.
-
Der
Reaktor 501 steht über
eine Kühlfalle 510 und
ein Druckregelungsmittel 511 mit einer Vakuumpumpe 512 in
Verbindung. Der Reaktor 501 ist so eingerichtet, daß gesteuert
durch das Druckregelungsmittel 511 mit Hilfe der Vakuumpumpe 512 ein Zustand
mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte
Zustand im Reaktor 501 wird so geregelt, daß er z.B.
im Bereich von ungefähr 0,001
bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 510 eine aus
dem Reaktor 501 austretende Substanz entfernt, welche bei
einer tiefen Temperatur verflüssigt
wird.
-
In
der dritten Ausführungsform
wird unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung eine PZT-Dünnschicht
auf dem Wafer 504 auf die folgende Weise gebildet.
-
Zunächst wird
auf dem Wafer 504 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
-
Zuerst
wird der Wafer 504 auf der Waferplattform 502 plaziert,
und der Heizer 502a erhitzt den Wafer 504 auf
eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe im Reaktor 501 wird z.B.
durch Evakuieren unter Verwendung der Vakuumpumpe 512 auf
0,1 Torr eingestellt.
-
Unter
den obigen Einstellbedingungen wird N2O
als das Oxidationsgas dem Wafer 504 zugeführt, und
dann wird ein Pb-Quellengas, das durch Erhitzen auf 170 °C und Sublimation
von Pb(DPM)2 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate "0,4 sccm" aus dem Pb-Quellenerzeuger 505 zum
Sprühkopf 503 transportiert.
Das Pb-Quellengas wird dann dem Wafer 504 zugeführt. Es
ist zu beachten, daß das
N2O bei einer Durchflußrate von "5 sccm" zum Sprühkopf 503 transportiert
wird.
-
Nachdem
das Oxidationsgas und das Pb-Quellengas für eine vorgegebene Zeit über zugeführt wurden,
wird während
der Zufuhr dieser Gase ein Ti-Quellengas, das durch Erhitzen auf
eine Temperatur von 80 °C
und Sublimation von Ti(O-i-Pr)4 erhalten
wurde, bei einer Durchflußrate "0,3 sccm" aus dem Ti-Quellenerzeuger 507 zum
Sprühkopf 503 transportiert.
Zusätzlich
wird in der dritten Ausführungsform
Stickstoffgas als ein Verdünnungsgas
bei einer Durchflußrate "250 sccm" aus dem Verdünnungsgaserzeuger 509 zum
Sprühkopf 503 transportiert.
-
Mit
dem obigen Prozeß werden
Pb-Quellengas, Ti-Quellengas und das Verdünnungsgas, die zum Sprühkopf 503 transportiert
werden, im Sprühkopf 503 gemischt
und dem Wafer 504 im Reaktor 501 zugeführt. Andererseits
wird N2O dem Wafer 504 im Reaktor 501 zugeführt, ohne
mit den Quellengasen im Sprühkopf 503 gemischt
worden zu sein.
-
Zu
dieser Zeit ist auf dem Wafer 504 im Reaktor 501 der
Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,4/(0,4
+ 0,3 + 250 + 5)} = 0,000156 Torr. Ebenso ist der Partialdruck von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,3/(0,4
+ 0,3 + 250 + 5)} = 0,000117 Torr.
-
Wie
oben beschrieben wurde, ist in der dritten Ausführungsform der Druck im Reaktor 501 ungefähr 0,1 Torr,
d.h. in einem Grobvakuumzustand. Da der Partialdruck eines jeden
Quellengases, das dem Wafer 504 zugeführt wird, durch Hinzufügen eines
Verdünnungsgases
nied rig eingestellt ist, wird auf dem erhitzten Wafer 504 ein
Kristallkeim aus PbTiO3 gebildet. Die Ausbildung
von Kristallkeimen wird in ungefähr
50 s vollzogen.
-
Anschließend an
die Keimbildung wird als nächstes
auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht
ausgebildet.
-
Zuerst
wird dem Wafer 504 Zr-Quellengas zugeführt, während die Heiztemperatur des
Wafers 504 und die Vakuumstufe im Reaktor 501 auf
der gleichen Höhe
gehalten werden wie in dem vorherigen Schritt. Gas (Zr-Quellengas),
das durch Sublimation von Zr(O-t-Bu)4 erhalten
wird, wird bei einer Durchflußrate "0,3 sccm" aus dem Zr-Erzeuger 506 zum Sprühkopf 503 transportiert.
Die Transportdurchflußrate
des Ti-Quellengases wird auf "0,35
sccm" eingestellt.
-
Im
Ergebnis wird das Zr-Quellengas im Sprühkopf 303 zum Pb-Quellengas,
Ti-Quellengas und zum Verdünnungsgas
hinzugefügt
und miteinander gemischt. Das im voraus gemischte Pb-Quellengas,
Ti-Quellengas, Zr-Quellengas und das Verdünnungsgas wird dem Wafer 304 zugeführt. Getrennt von
den Quellengasen wird dem Wafer 304 auch N2O zugeführt.
-
Zu
dieser Zeit ist auf dem Wafer 304 im Reaktor 301 der
Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich
0,1 Torr × {0,4/(0,4
+ 0,35 + 0,3 + 250 + 5)} = 0,000156 Torr. Ebenso ist der Partialdruck
von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,000137
Torr und der von Zr(O-t-Bu)4 als Zr-Quellengas gleich 0,000117 Torr.
-
Wie
oben beschrieben wurde, ist in der dritten Ausführungsform der Druck im Reaktor 301 ungefähr 0,1 Torr,
d.h. in einem Grobvakuumzustand. Das Hinzufügen von Stickstoff als Verdünnungsgas, das
für die
Schichtbildung bedeutungslos ist, setzt den Partialdruck eines jeden
Quellengases, das dem Wafer 504 zugeführt wird, herab. Da ein Kristallkeim von
PbTiO3 auf dem Wafer 304 bereits
ausgebildet ist, wird darüber
hinaus auf dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht
gebildet, die eine Perovskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der
ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim dient.
-
Da
beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht
in der dritten Ausführungsform
die Vakuumstufe im Reaktor 301 so niedrig wie 0,1 Torr
eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 301 zugeführt wird, nicht
in einem Molekularströmungszustand
sondern in einem viskosen Strö mungszustand
zugeführt,
der sich aus einem Zwischenströmungszustand
umgewandelt hat.
-
Im
Ergebnis wird gemäß der dritten
Ausführungsform
wegen der Verwendung des Sprühkopfes 303 ein
gleichförmiger
Gaszuführungseffekt
für jedes Gas
erhalten, das dem Wafer 304 zugeführt wird, so daß sich auf
dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung
ausbildet.
-
6 zeigt die Ergebnisse, die durch einen Vergleich
der obigen PZT-Dünnschicht
mit einer PZT-Dünnschicht
erhalten werden, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet
wird. 6-A zeigt die Abweichungen in
dem Verhältnis
Pb/(Zr + Ti) der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die
Ordinate des in 6-A dargestellten Diagramms
zeigt das Verhältnis
Pb/(Zr + Ti). 6-B zeigt die Abweichungen
in dem Verhältnis
Zr/Ti der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die
Ordinate des in 6-B dargestellten
Diagramms zeigt das Verhältnis
Zr/Ti. In beiden Diagrammen zeigen die schwarzen Punkte die in der ersten
Ausführungsform
erhaltenen Ergebnisse und die quadratischen Punkte die Ergebnisse
für eine PZT-Schicht
an, die durch ein herkömmliches
Verfahren ausgebildet wurde.
-
Wie
aus den in 6-A und 6-B dargestellten
Ergebnissen ersichtlich wird, kann auch gemäß der dritten Ausführungsform
in dem Wafer eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall mit einer gleichförmigen Zusammensetzung
ausgebildet werden.
-
Obwohl
in der dritten Ausführungsform
Heliumgas als ein Verdünnungsgas
verwendet wird, ist zu beachten, daß das Verdünnungsgas nicht darauf beschränkt ist.
Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und
es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
-
Da
in einem Schichtherstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung, wie
es in der obigen ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben ist, die
Vakuumstufe im Stadium der Herausbildung einer PZT-Dünnschicht
so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt ist, können Quellengase, wie z.B.
ein Quellengas, dem Reaktor in einer größeren Menge zugeführt werden.
Auf diese Weise kann die PZT-Schichtbildungsgeschwindigkeit erhöht werden,
da in den Reaktor eine größere Menge
von Quellengasen eingespeist werden kann.
-
7 ist
eine graphische Darstellung, welche die Wechselbeziehung zwischen
der Zuführungsmenge
der Quellengase und der Schichtbildungsgeschwindigkeit zeigt. Wie
aus 7 ersichtlich ist, kann die Schichtbildungsgeschwindigkeit durch
Erhöhen
der Zuführungsmenge
der Quellengase vergrößert werden.
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Vierte Ausführungsform
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Als
nächstes
wird die vierte Ausführungsform
der vorliegende Erfindung beschrieben. In der vierten Ausführungsform
wird eine PZT-Dünnschicht ausgebildet,
indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet wird, wie
sie in 8 dargestellt ist. Die Schichtherstellungsvorrichtung
enthält
eine Waferplattform 802 und einen Sprühkopf 803, der in einem
Reaktor 801 gegenüber
der Waferplattform 802 angeordnet ist. Die Waferplattform 802 schließt einen
Heizer 802a ein, und der Heizer 802a heizt einen
Wafer 804, der auf der Waferplattform 802 plaziert
ist. Der Wafer 804 besteht z.B. aus einem Siliziumsubstrat,
und ein integrierter Schaltkreis, der aus mehreren Transistoren,
Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut ist, ist bereits
auf der Oberfläche
der Wafers 804 ausgebildet. Diese Teile sind nahezu die
gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
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Die
erzeugten MO-Quellengase werden von einem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805,
und einem Kristallschicht-Quellenerzeuger 806 dem Reaktor 801 zugeführt. Ein
erzeugtes Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder
O2, wird dem Reaktor 801 von einem
Oxidationsgaserzeuger 808 auch zugeführt.
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Zuerst
wird eine Butylacetatlösung,
in der Pb(DPM)2 und Ti(i-OC3H7)4 gelöst sind,
in dem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805 präpariert.
Die von dem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805 zugeführte Butylacetatlösung, in
der die Pb-Quelle, Ti-Quelle und Zr-Quelle gelöst sind, wird in einen Verdampfer 805b transportiert,
wobei die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel
(MFC) 805a geregelt wird. Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch
den Verdampfer 805b ermöglicht
es, daß das
entstehende, im voraus gemischte Butylacetatgas, Pb(DPM)2-Gas und Ti(i-OC3H7)4-Gas durch den
Sprühkopf 803 dem
Reaktor 801 zugeführt
wird. Es ist zu beachten, daß die entstehenden
Gase zusammen mit einem Trägergas, wie
z.B. Helium, aus dem Verdampfer 805b zum Sprühkopf 803 transportiert
werden.
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Ebenso
wird in dem Kristallschicht-Quellengaserzeuger 806 eine
Butylacetatlösung
präpariert, in
der Pb(DPM)2, Ti(i-OC3H7)4 und Zr(t-OC4H9)4 gelöst sind.
Die Butylacetatlösung,
in der die vom Kristallschicht-Quellenerzeuger 806 eingespeiste
Pb-Quelle, Ti-Quelle und Zr-Quelle
gelöst
sind, wird zu einem Verdampfer 806b transportiert, wobei
die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel
(MFC) 806a geregelt wird. Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch
den Verdampfer 806b ermöglicht
es, daß das
entstehende, im voraus gemischte Butylacetatgas, Pb(DPM)2-Gas, Ti(i-OC3H7)4-Gas und Zr(t-OC4H9)4 durch den Sprühkopf 803 dem
Reaktor 801 zugeführt
wird.
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Es
ist zu beachten, daß ein
Oxidationsgas, das im Oxidationsgaserzeuger 808 erzeugt
wird, durch den Sprühkopf 803 dem
Reaktor 801 zugeführt,
wobei die Durchflußrate
des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 808a geregelt
wird.
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Die
obigen Quellengase werden aus dem Sprühkopf 803 dem Reaktor 801 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind
auf der Reaktorseite 801 des Sprühkopfes 803 eingerichtet.
Das Quellengasgemisch wird dem Wafer 804, der auf der Waferplattform 802 plaziert
ist, durch die mehreren Ausflußdüsen des
Sprühkopfes 803 gleichmäßig zugeführt. Andererseits
wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 803 transportiert
wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die auf
der Reaktorseite 801 des Sprühkopfes 803 vorgesehen
sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 803 gemischt
worden zu sein. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen
auf dem Wafer 804 gemischt, der auf der Waferplattform 802 plaziert
ist.
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Der
Reaktor 801 steht über
eine Kühlfalle 810 und
ein Druckregelungsmittel 811 mit einer Vakuumpumpe 812 in
Verbindung. Der Reaktor 801 ist so eingerichtet, daß gesteuert
durch das Druckregelungsmittel 811 mit Hilfe der Vakuumpumpe 812 ein Zustand
mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte
Zustand im Reaktor 801 wird so geregelt, daß er z.B.
im Bereich von ungefähr 0,001
bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 810 eine aus
dem Reaktor 801 austretende Substanz entfernt, welche bei
einer tiefen Temperatur verflüssigt
wird.
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Als
nächstes
wird die Ausbildung einer PZT-Dünnschicht
unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung erläutert.
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Zunächst wird
auf dem Wafer 804 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
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Zuerst
wird der Wafer 804 auf der Waferplattform 802 plaziert,
und der Heizer 802a erhitzt den Wafer 804 auf
eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe im Reaktor 801 wird z.B.
durch Evakuieren unter Verwendung der Vakuumpumpe 812 auf
0,1 Torr eingestellt.
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Eine
Butylacetatlösung,
in der die Pb-Quelle und die Ti-Quelle gelöst sind, wird von dem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805 zum
Verdampfer 805b transportiert, wobei die Durchflußrate der
Butylacetatlösung
durch das Durchflußraten-Regelungsmittel 805a auf
eine vorgegebene Durchflußrate
geregelt wird, um die gelösten
Quellen zusammen mit dem Butylacetat durch den Verdampfer 805b zu
verdampfen. Zu diesen wird Heliumgas bei einer vorgegebenen Durchflußrate hinzugefügt, und
das Mischgas wird zum Sprühkopf 803 transportiert.
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Mit
dem obigen Prozeß wird
das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Butylacetat
und Helium zum Sprühkopf 803 transportiert
und durch den Sprühkopf 803 dem
Wafer 804 im Reaktor 801 gleichmäßig zugeführt. Andererseits
wird N2O dem Wafer 804 im Reaktor 801 zugeführt, ohne
mit den Quellengasen im Sprühkopf 803 gemischt
worden zu sein. In der vierten Ausführungsform ist der Druck im
Reaktor 801 ungefähr
0,1 Torr, d.h. auch in einem Grobvakuumzustand. Wenn der Partialdruck eines
jeden zugeführten
Quellengases auf die gleiche Weise niedrig eingestellt ist wie in
der obigen zweiten Ausführungsform,
dann wird auf dem erhitzten Wafer 804 ein Kristallkeim
aus PbTiO3 gebildet.
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Anschließend an
die Keimbildung wird als nächstes
auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht
ausgebildet.
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Während die
Heiztemperatur des Wafers 804 und die Vakuumstufe im Reaktor 801 auf
der gleichen Höhe
gehalten werden wie in dem vorhergehenden Schritt, wird zuerst eine
Butylacetatlösung,
in welcher die Pb-Quelle, Ti-Quelle und Zr-Quelle gelöst sind,
aus dem Kristallschicht-Quellenerzeuger 806 zum Verdampfer 806b transportiert,
wobei die Durchflußrate
der Butylacetatlösung
auf eine vorgegebene Durchflußrate
geregelt wird. Die Quellen werden zusammen mit dem Butylacetat durch
den Verdampfer 806b verdampft. Zu diesen wird Heliumgas
bei einer vorgegebenen Durchflußrate
hinzugefügt,
und das Mischgas wird zum Sprühkopf 803 transportiert.
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Mit
dem obigen Prozeß wird
das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Zr- Quellengas, Butylacetat
und Helium zum Sprühkopf 803 transportiert
und vom Sprühkopf 803 dem
Wafer 804 im Reaktor 801 gleichmäßig zugeführt. Andererseits wird
dem Wafer 804 im Reaktor 801 N2O
zugeführt, ohne
mit den Quellengasen im Sprühkopf 803 gemischt
worden zu sein. Im Ergebnis werden die Quellengase, in denen das
Pb-Quellengas, Ti-Quellengas,
Butylacetat, Helium und Zr-Quellengas gemischt sind, vom Sprühkopf 803 dem
Wafer 804 zugeführt.
Es ist zu bemerken, daß dem
Wafer 804 getrennt von den anderen Quellengasen auch N2O zugeführt
wird.
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In
der vierten Ausführungsform
wird der Druck im Reaktor 801 auch ungefähr 0,1 Torr
eingestellt, d.h. in einen Grobvakuumzustand. Wenn der Partialdruck
eines jeden zugeführten
Quellengases auf die gleiche Weise niedrig eingestellt ist wie in
der zweiten Ausführungsform,
dann wird auf dem Wafer 804 eine PZT-Dünnschicht gebildet, welche
eine Perowskit-Kristallstruktur
aufweist, wobei der ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim
verwendet wird. Da beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht in der vierten Ausführungsform
die Vakuumstufe im Reaktor 801 so niedrig wie 0,1 Torr
eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 801 zugeführt wird, nicht
in einem Molekularströmungszustand
sondern in einem viskosen Strömungszustand
zugeführt,
der sich aus einem Zwischenströmungszustand
umgewandelt hat.
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Da
gemäß der vierten
Ausführungsform
die im voraus gemischten Quellengase zum Sprühkopf 803 transportiert
werden, kann auf dem Wafer 804 eine PZT-Dünnschicht
mit einer gleichförmigen
Zusammensetzung gebildet werden.
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Obwohl
in der vierten Ausführungsform
das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels als ein Verdünnungsgas
verwendet wird, ist zu beachten, daß es vorzuziehen ist, daß das verdampfte
Gas des organischen Lösungsmittels
nicht in einer großen
Menge zugeführt
wird. Es wird vorzugsweise eine Menge verwendet, die zum Verdampfen
und Zuführen
der Quellen benötigt
wird. Zum Beispiel ist in dem obigen Fall die Menge des verdampften
Gases des organischen Lösungsmittels
vorzugsweise auf das 100-fache der Menge der Quellen begrenzt. Obwohl
Heliumgas als ein Verdünnungsgas
verwendet wird, ist das Verdünnungsgas
auch nicht darauf beschränkt.
Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und
es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben wurde, werden gemäß der vorliegenden Erfindung
in dem zweiten Schritt die Organometall-Quellengase und dergleichen
in einem viskosen Strömungszustand
zugeführt,
der sich aus einem Zwischenströmungszustand
umgewandelt hat. Da die Organometall-Quellengase nach einem Verdünnen mit
einem Verdünnungsgas
zugeführt
werden, ist der Partialdruck eines jeden Quellengases auf einem
Substrat selbst bei einem hohen Druck so gering wie weniger als 0,01
Torr. Das heißt,
in dem zweiten Schritt wird die Schichtherstellung in einem Hochvakuumzustand ausgeführt. Da
gemäß der zweiten
Ausführungsform die
Organometallquellen und dergleichen gleichmäßig zugeführt werden können, kann
im Ergebnis eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall, die für die dielektrische
Schicht eines Kondensators oder dergleichen eines DRAM verwendet
wird, gleichförmig
bei einer geringen Temperatur von 450 °C oder darunter ausgebildet
werden.