JP2000058529A - Chemical vapor deposition device and manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属液体材料単独
で、又は金属液体材料と酸素又は亜酸化窒素などの酸化
剤を併用して高誘電体絶縁膜Ta2O5及び金属膜RuO
2又はRuを成膜することができる気相成長装置に関す
る。更に詳細には、本発明は上記の膜を用いた半導体キ
ャパシタ装置構造の製造方法に関する。The present invention relates to a liquid metal material alone, or a metal liquid material and an oxidant such as oxygen or nitrous oxide in combination high dielectric insulating film Ta 2 O 5 and the metal film RuO
The present invention relates to a vapor phase growth apparatus capable of forming 2 or Ru. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor capacitor device structure using the above film.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、キャパシタの高誘電体絶縁膜と金
属膜の形成方法はスパッタ法からCVD法(化学気相成
長法)に移ってきている。スパッタは真空中で金属ター
ゲットにArガス粒子を打込む物埋的作用によりウエハ
上にターゲット材の膜を均一に形成する。さらに、現在
上記のスパッタ法に酸化剤を加え、いわゆる反応性スパ
ッタ法と言われる方法により金属膜のみならず絶縁膜を
形成することも可能である。2. Description of the Related Art In recent years, the method of forming a high dielectric insulating film and a metal film of a capacitor has been shifted from a sputtering method to a CVD method (chemical vapor deposition method). Sputtering uniformly forms a film of a target material on a wafer by the embedding action of injecting Ar gas particles into a metal target in a vacuum. Further, an oxidizing agent is added to the above-described sputtering method, and it is possible to form not only a metal film but also an insulating film by a so-called reactive sputtering method.
【0003】しかし、スパッタ法による成膜は半導体の
微細化に伴い複雑なキャパシタ構造において均一な膜厚
が得られず、段差被覆性に限りが見え始めてきた。そこ
でスパッタ法に代り優れた段差被覆特性を示す熱CVD
法が注目されている。熱CVD法によって形成された膜
の段差被覆性はスパッタ法とは異なり、均一に加熱され
ている部分においては供給ガス条件を最適化さえすれば
複雑なキャパシタ構造においても均一な膜厚を堆積する
ことが可能である。However, the film formation by the sputtering method cannot obtain a uniform film thickness in a complicated capacitor structure with miniaturization of a semiconductor, and the step coverage is beginning to be seen. Therefore, thermal CVD showing excellent step coverage characteristics instead of sputtering
The law is drawing attention. The step coverage of the film formed by the thermal CVD method is different from that of the sputtering method, and a uniform film thickness can be deposited even in a complicated capacitor structure by optimizing a supply gas condition in a portion heated uniformly. It is possible.
【0004】特開平9−153485号公報及び特開平
9−30893号公報には、枚葉式でコールドウオール
方式の反応炉を有する熱CVD装置が記載されており、
Ta 205膜を含め液体材料を用いる高誘電体膜などの絶
縁膜を成膜する熱CVD法が開示されている。[0004] JP-A-9-153485 and JP-A-9-153485
No. 9-30893 discloses a single-wafer type cold wall.
A thermal CVD apparatus having a reaction furnace of the type is described,
Ta Two0FiveInsulation of high-dielectric films using liquid materials including films
A thermal CVD method for forming an edge film is disclosed.
【0005】半導体ICにおけるDRAMの大容量化は
メモリセルの微細化を意味する。メモリセルの微細化は
縮小されたキャパシタ面積に対してどれだけの蓄積容量
を確保できるかが重要である。An increase in the capacity of a DRAM in a semiconductor IC means miniaturization of a memory cell. For miniaturization of a memory cell, it is important how much storage capacity can be secured for a reduced capacitor area.
【0006】これまでのDRAM(〜1M)では平面キ
ャパシタ構造で比較的セル面積が広いため、蓄積容量を
確保するにはゲートキャパシタ絶縁膜を薄くすることで
補ってきた。しかし、微細化(4M〜)が進むと平面横
造では蓄積容量を確保することが難しくなり、立体構造
のキャパシ夕構造が必須となった。Conventional DRAMs (up to 1M) have a relatively large cell area with a planar capacitor structure, and therefore, in order to secure a storage capacity, it has been supplemented by making the gate capacitor insulating film thin. However, as miniaturization (4M or more) progresses, it becomes difficult to secure a storage capacity in a planar structure, and a three-dimensional capacity structure is indispensable.
【0007】16MのDRAMキャパシター構造は単純
STC(スタックトレンチキャパシテイ)、フィンやト
レンチ構造が一般的に用いられていた。電極材料にはポ
リシリコンが用いられキャパシタ絶縁膜としてはSi3
N4が主流である。Si3N4は低圧CVD法で650〜
750℃の高温で成膜されることが多く、特徴は誘電率
が7〜8と比較的高いこと、膜厚、膜質の均一性が良く
優れた段差被覆性を示すことなどが挙げられ、現在も使
用されている。As a 16M DRAM capacitor structure, a simple STC (stack trench capacity), a fin or a trench structure has been generally used. Polysilicon is used for the electrode material, and Si 3 is used for the capacitor insulating film.
N 4 is the mainstream. Si 3 N 4 is 650 to 650 by low pressure CVD.
Films are often formed at a high temperature of 750 ° C., and are characterized by a relatively high dielectric constant of 7 to 8 and excellent uniformity of film thickness and film quality and excellent step coverage. Is also used.
【0008】しかし、高集積化によってα線によるソフ
トエラー対策に必要な蓄積容量の確保が限界にきてい
る。セルの蓄積電荷量は電気容量(C)に比例しC=ε
・ε0xS/d(式中、ε0:真空の誘電率、S:キャパシ
タ面積、d:膜厚)で決定する。However, due to the high integration, the securing of storage capacity required for countermeasures against soft errors due to α rays has reached its limit. The amount of charge stored in the cell is proportional to the capacitance (C) and C = ε
It is determined by ε 0 xS / d (where ε 0 : dielectric constant in vacuum, S: capacitor area, d: film thickness).
【0009】従って、対策の第一の方法として立体構造
のキャパシタ表面積を増加させること、つまりフィン構
造でいえばフィンを2〜3枚と重ねる方法やトレンチ構
造ではアスペクト比を高くして表面積を得る方法が挙げ
られるが、これらの対策はプロセス的に非常に複雑にな
ってしまい、構造および製造技術的に限界がある。Therefore, the first measure is to increase the surface area of the capacitor in a three-dimensional structure, that is, in the case of a fin structure, a method of stacking two or three fins or in a trench structure, the aspect ratio is increased to obtain a surface area. There are methods, but these measures are very complicated in terms of processes and have limitations in structure and manufacturing technology.
【0010】第二の方法は膜厚の薄膜化が挙げられる
が、薄膜化を行った結果として、リーク電流増加などの
間題が懸念され、この第2の方法にも限界がある。そこ
で、最も有効的な手段として誘電率(ε)の高い材料を
用いて絶縁膜を形成することが挙げられる。現在、この
キャパシタ絶縁膜には熱CVDを用いたTa205膜が使
用されている。[0010] The second method is to reduce the film thickness. However, as a result of reducing the film thickness, there is a concern that a problem such as an increase in leakage current may occur, and the second method has a limit. Therefore, the most effective means is to form an insulating film using a material having a high dielectric constant (ε). Currently, Ta 2 0 5 film using a thermal CVD is used for the capacitor insulating film.
【0011】Ta205膜の特徴は、絶縁耐圧〜5MW/
cmで、誘電率(ε)は〜28とSi3N4に比べ約4倍
の値を示すことである。MlS(Metal/Insu
later/Poly‐Si)キャパシタ構造における
Ta2O5膜の間題点は、酸素欠乏によるリーク電流の発
生であり、このリーク電流により、容量が低滅すること
である。これは液体材料中のC(炭素)などの不純物が
成膜後の膜の電気的な特性に反映するためである。した
がって、成膜後に酸素プラズマやオゾンアニールなどの
酸素を補充する高温での後処理が必要となる。[0011] Ta 2 0 5 film characteristics of the dielectric breakdown voltage ~5MW /
cm, the dielectric constant (ε) is 〜28, which is about four times the value of Si 3 N 4 . Mls (Metal / Insu
A problem with the Ta 2 O 5 film in the (later / Poly-Si) capacitor structure is the generation of a leak current due to oxygen deficiency, and the leak current causes a decrease in capacitance. This is because impurities such as C (carbon) in the liquid material reflect on the electrical characteristics of the formed film. Therefore, post-treatment at a high temperature for replenishing oxygen, such as oxygen plasma or ozone annealing, is required after film formation.
【0012】さらに、Ta2O5膜の下地電極にポリシリ
コンを用いた場合、この酸化アニール処理によってポリ
シリコン上にSiO2が生成され、これがTa2O5膜の
リーク電流発生の原因の1つにもなっている。Further, when polysilicon is used as a base electrode of the Ta 2 O 5 film, SiO 2 is generated on the polysilicon by this oxidation annealing treatment, which is one of the causes of the leak current generation of the Ta 2 O 5 film. It has become one.
【0013】そこで現在、Ta2O5膜に適した下地金属
電極膜の検討が進められている。この下地電極膜の条件
としてTa2O5膜との密着性が良好であること、Ta2
O5膜と電極間に反応層(酸化膜)が形成されないこ
と、さらに段差被覆性に優れることなどが挙げられる。Therefore, studies are currently being made on a base metal electrode film suitable for a Ta 2 O 5 film. It adhesion between the Ta 2 O 5 film as a condition of the base electrode film is good, Ta 2
The reaction layer (oxide film) is not formed between the O 5 film and the electrode, and the step coverage is excellent.
【0014】このTa2O5膜に有望な下地電極膜とし
て、RuあるいはRuO2が有望とされており、現在ス
パッタでの形成を行っている。Ru or RuO 2 is considered to be a promising underlying electrode film for the Ta 2 O 5 film, and is currently formed by sputtering.
【0015】RuO2膜は導電性を示すためRu膜上に
Ta2O5膜を成膜して、高温O3アニール(RTO)処
理によってRu膜とTa2O5膜の界面にRuO2の反応
層が形成されてもTa2O5膜の容量が低滅するという間
題はない。また、RuO2膜自体をTa2O5膜の下地電
極膜として用いることも可能である。Since the RuO 2 film exhibits conductivity, a Ta 2 O 5 film is formed on the Ru film, and a RuO 2 film is formed on the interface between the Ru film and the Ta 2 O 5 film by high-temperature O 3 annealing (RTO). Even if the reaction layer is formed, there is no problem that the capacity of the Ta 2 O 5 film decreases. Further, the RuO 2 film itself can be used as a base electrode film of the Ta 2 O 5 film.
【0016】一方、スパッタによるRu電極膜の間題点
としてメモリセルの微細化に伴うキャパシタの複雑かつ
高アスペクトな構造に対しては均一な膜厚の被覆性が得
られず、その結果、キャパシタ構造を構築することがで
きない。On the other hand, as a problem of the Ru electrode film formed by sputtering, a uniform and high-aspect coverage cannot be obtained for a complicated and high-aspect structure of a capacitor accompanying miniaturization of a memory cell. Unable to build structure.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高アスペクトなトレンチや円筒型キャパシタ構造に
対してコンフォーマルかつ結晶性に優れた成膜が可能な
熱化学気相成長装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermal chemical vapor deposition apparatus capable of forming a film with high conformality and excellent crystallinity on a high aspect trench or cylindrical capacitor structure. It is to be.
【0018】本発明の別の目的は、Ta2O5膜の上下電
極に金属液体材料Ru(C5H4C2H5)を用いてRuま
たはRuO2を成膜する熱化学気相成長装置を提供する
ことである。Another object of the present invention is to provide a thermal chemical vapor deposition for forming Ru or RuO 2 by using a metallic liquid material Ru (C 5 H 4 C 2 H 5 ) for upper and lower electrodes of a Ta 2 O 5 film. It is to provide a device.
【0019】本発明の他の目的は、従来のTa2O5膜と
本発明のRuまたはRuO2の成膜によって、工程時間
が短縮され低コストで安定したキャパシタ構造を有する
半導体デバイスの製造方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a stable capacitor structure at a low cost with a reduced processing time by forming a conventional Ta 2 O 5 film and a Ru or RuO 2 film of the present invention. It is to provide.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】前記課題は、反応炉を有
し、該反応炉内に、反応ガスと酸化剤ガスとを別々に炉
内へ吹き出すことができるガスヘッドと、該ガスヘッド
と対峙して上面に基板が載置されるサセプタを有し、前
記ガスヘッドはガスマニホールドと組み合わせて使用さ
れる気相成長装置において、液体反応材料を気化するた
めのコラム充填気化器を有し、該コラム充填気化器と前
記ガスマニホールドは、一端に排気管が接続された三方
弁を中間に有するパイプにより連結することにより解決
される。An object of the present invention is to provide a gas head having a reaction furnace in which a reaction gas and an oxidizing gas can be separately blown into the furnace. The gas head has a susceptor on which a substrate is placed facing the upper surface, and the gas head has a column filling vaporizer for vaporizing a liquid reaction material in a vapor phase growth apparatus used in combination with a gas manifold. The column-filled vaporizer and the gas manifold are solved by being connected by a pipe having a three-way valve having an exhaust pipe connected to one end thereof.
【0021】前記コラム充填気化器と前記ガスマニホー
ルドとの間隔を1m以下とすることが好ましい。It is preferable that the distance between the column-filled vaporizer and the gas manifold is 1 m or less.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の装置構成によれば、気化
されたRu(C5H4C2H5)と酸化剤の酸素又は亜酸化
窒素をそれぞれ別々に反応炉に供給できるガスヘッドを
有することで、配管及ぴガスヘッド内での反応が発生せ
ず、反応物による管詰まりが無くなる。その結果、異物
の発生が抑制される。According to the device structure of the embodiment of the present invention, the vaporized Ru (C 5 H 4 C 2 H 5) with oxygen or nitrous gas head oxidizing nitrogen can be supplied to the reactor separately each oxidant By having the above, no reaction occurs in the pipe and the gas head, and clogging of the pipe by a reactant is eliminated. As a result, generation of foreign matter is suppressed.
【0023】更に、コラム充填気化器からガスマニホー
ルドまでの距離を1m以内と短くし、かつ、この間にベ
ントラインを有する三方弁を設置した構造により、反応
までのガス安定時間が短縮されるため、配管内の再液化
の防止に有効である。また、設定したガス流量の安定ま
で三方弁の一端に接続された排気管(ベントライン)か
ら排流される気化ガスが低滅できること、更にはベント
ラインを有した三方弁を設置したことにより安定した気
化ガスの供給が可能となる。Further, the distance from the column-filled vaporizer to the gas manifold is reduced to 1 m or less, and a three-way valve having a vent line is provided between the two. It is effective in preventing re-liquefaction in the piping. In addition, until the set gas flow rate becomes stable, the vaporized gas discharged from the exhaust pipe (vent line) connected to one end of the three-way valve can be reduced, and furthermore, the three-way valve having the vent line is more stable by installing the three-way valve. Supply of vaporized gas becomes possible.
【0024】本発明の装置では、このような構成を採用
したことによって、従来の高誘電体膜Ta2O5膜とカバ
レッジに優れた金属電極膜の形成が可能となり、リーク
電流の無いギガ対応のMlMキャパシタ構造の構築が可
能となる。In the apparatus of the present invention, by adopting such a configuration, it is possible to form a metal electrode film having excellent coverage with the conventional high dielectric film Ta 2 O 5, and to cope with the giga without leakage current. Can be constructed.
【0025】図1は本発明による気相成長装置の反応室
の概要断面図である。この装置の反応炉2自体は特開平
9−153485号公報及び特開平9−30893号公
報に示される枚葉式のコールドウオールタイプの反応炉
と概ね同じである。FIG. 1 is a schematic sectional view of a reaction chamber of a vapor phase growth apparatus according to the present invention. The reactor 2 of this apparatus is substantially the same as a single-wafer cold wall type reactor described in JP-A-9-153485 and JP-A-9-30893.
【0026】反応炉2の上部にはガスヘッド6が設けら
れている。ガスヘッド6はガスヘッドベースlの下面側
に装着され、一方、ガスヘッドベース1の上面にはガス
マニホールド8が装着されている。ガスマニホールド8
には気化ガス(例えば、Ru(C5H4C2H5))を挿入
するガス導路5aと酸化剤(例えば、酸素又は亜酸化窒
素)を導入するガス導路4aが設けられている。このガ
ス導路5a及ぴ4aは各々ガスヘッドベース1のガス導
路4b及び5bにそれぞれ連通し、更にガスヘッド6に
設けられたガス導路5c及び4cに連通している。ガス
ヘッド6に設けられたガス導路5c及ぴ4cの下端側に
は反応炉内に向けて開口する微小なガス吹き出し口9が
設けられている。またガスマニホールド8及びガスヘッ
ドベースl内には、気化ガスの再液化を防止するため、
加熱用熱媒体を循環させるための導路7が設けられてい
る。加熱媒体循環用導路を設ける代りに、別の加熱手段
(例えば、コイルヒータ等)を使用することもできる。A gas head 6 is provided above the reaction furnace 2. The gas head 6 is mounted on the lower surface side of the gas head base 1, while the gas manifold 8 is mounted on the upper surface of the gas head base 1. Gas manifold 8
Vaporized gas (e.g., Ru (C 5 H 4 C 2 H 5)) to insert the gas conduit 5a and an oxidizing agent (e.g., oxygen or nitrous oxide) gas conduit 4a to introduce is provided in the . The gas conduits 5a and 4a communicate with the gas conduits 4b and 5b of the gas head base 1, respectively, and further communicate with the gas conduits 5c and 4c provided in the gas head 6. At the lower ends of the gas conduits 5c and 4c provided in the gas head 6, there are provided minute gas outlets 9 opening toward the inside of the reaction furnace. Further, in the gas manifold 8 and the gas head base 1, in order to prevent re-liquefaction of the vaporized gas,
A conduit 7 for circulating the heating heat medium is provided. Instead of providing the heating medium circulation path, another heating means (for example, a coil heater or the like) can be used.
【0027】チャンバベース3に石英フード15が設け
られいる。石英フード15は締着手段23により着脱可
能に設けられている。石英フード15の内部にはヒータ
13が設けられている。ヒータ13の下部には石英製の
絶縁材18が配備され、更にこの絶縁材18の下部には
3段重ねのリフレクタ35が配備されている。リフレク
タ35は必ずしも使用する必要はないが、使用すると熱
効率が高まる。使用する場合、リフレクタ35は少なく
とも1段あればよい。リフレクタの材質は特に限定され
ない。例えば、リフレクタ35用の材料としてモリプデ
ンなどが好適に使用される。ヒータ13は例えば、Si
C、ニクロム線、カーポンなど公知の全てのものを使用
できる。ヒータ13は周方向に沿って複数個に分割され
ており、所望により必要筒所だけ(例えば、最外周部分
だけ)を駆動させることができる。A quartz hood 15 is provided on the chamber base 3. The quartz hood 15 is provided detachably by fastening means 23. A heater 13 is provided inside the quartz hood 15. A quartz insulating material 18 is provided below the heater 13, and a three-tiered reflector 35 is provided below the insulating material 18. Although it is not necessary to use the reflector 35, the use thereof increases the thermal efficiency. When used, the reflector 35 may have at least one stage. The material of the reflector is not particularly limited. For example, molybdenum or the like is suitably used as a material for the reflector 35. The heater 13 is, for example, Si
All known materials such as C, nichrome wire and carpon can be used. The heater 13 is divided into a plurality of pieces along the circumferential direction, and can drive only a necessary cylinder portion (for example, only the outermost peripheral portion) as desired.
【0028】石英フード15の厚さは特に限定されな
い。反応炉内の圧力変動及ぴ石英フード15の上面に載
置されるサセプタ10の重量に耐えることができる強度
を有する必要十分な厚さであればよい。例えば、本発明
の気相成長装置を滅圧CVD装置として使用する場合、
反応炉2内の圧力は1Torr程度にまで滅圧されるの
で、石英フード15の上部厚さは約25mm程度であ
り、脚部の厚さは約10mm程度であり、足部の厚さは
約20mm程度である。これ以外の厚さも当然使用でき
る。炉内圧力と石英フード15内の圧力を一致させるよ
うに調整すれば石英フード15の厚さを薄くすることも
可能である。しかし、炉内圧力よりもフード内圧力を低
くするほうが、石英フード15への熱拡散が防止され熱
効率が向上する。このため、石英フード15内の排気は
ドライポンプ24により10-3〜10 -4Torrに保た
れている。また、反応炉2内はモレキュラドラグポンプ
25により排気される。The thickness of the quartz hood 15 is not particularly limited.
No. Pressure fluctuation in the reactor and on the top of quartz hood 15
Strength to withstand the weight of the susceptor 10 to be placed
It is sufficient if the thickness has a necessary and sufficient value. For example, the present invention
When using the vapor deposition apparatus of the above as a decompression CVD apparatus,
The pressure in the reactor 2 is reduced to about 1 Torr
The upper thickness of the quartz hood 15 is about 25 mm.
The thickness of the leg is about 10mm, and the thickness of the foot is
It is about 20 mm. Other thicknesses can of course be used
You. The pressure in the furnace and the pressure in the quartz hood 15 are matched.
The thickness of the quartz hood 15 can be reduced by adjusting
It is possible. However, the pressure in the hood is lower than the pressure in the furnace.
It is better to prevent heat diffusion to the quartz hood 15
Efficiency is improved. Therefore, the exhaust in the quartz hood 15
10 by dry pump 24-3-10 -FourKept in Torr
Have been. The inside of the reactor 2 is a molecular drag pump.
It is exhausted by 25.
【0029】石英フード15の略中央部上面にはサセプ
タ10が載置されている。サセプタ10は実際にウエハ
が載置される内側サセプタ10と、このサセプタを取り
囲む外側サセプタ11とからなる。外側サセプタ11は
ガイドリングまたはウエハガイドとも呼ばれる。The susceptor 10 is placed on the upper surface of the quartz hood 15 substantially at the center. The susceptor 10 includes an inner susceptor 10 on which a wafer is actually mounted, and an outer susceptor 11 surrounding the susceptor. The outer susceptor 11 is also called a guide ring or a wafer guide.
【0030】内側サセプタ10及ぴ外側サセプタ11の
形成材料は特に限定されないが、ウエハが重金属で汚染
されることを避けるために、例えば、グラッシーカーボ
ンなどから構成することが望ましい。石英フード15の
脇にはウエハ受け渡しのため内側サセプタ10上のウエ
ハを上下させる昇降ツメ12が配備されている。The material for forming the inner susceptor 10 and the outer susceptor 11 is not particularly limited, but is preferably made of, for example, glassy carbon or the like in order to prevent the wafer from being contaminated with heavy metals. A lifting claw 12 for raising and lowering the wafer on the inner susceptor 10 for transferring the wafer is provided beside the quartz hood 15.
【0031】石英フード15で覆われたチャンバベース
3の適当な筒所は切り欠けられており、その箇所には例
えば、アルミニウムまたはステンレスからなるヒータベ
ース21が設けられている。ヒータベース21の略中央
部には石英製の窓19が設けられている。この窓19に
対峙して放射温度計22が配設されている。また、ヒー
タベース21の石英製の窓19に対応するヒータ13及
ぴリフレクタ35の各箇所にも開口部14、20がそれ
ぞれ設けられている。石英フード15及ぴ絶縁材18は
それぞれ石英製であり透明なので、サセプタ10の温度
は反応炉外部に設けられた放射温度計22により測定す
ることができる。A suitable cylindrical portion of the chamber base 3 covered with the quartz hood 15 is notched, and a heater base 21 made of, for example, aluminum or stainless steel is provided at that portion. A window 19 made of quartz is provided substantially at the center of the heater base 21. A radiation thermometer 22 is provided to face the window 19. Further, openings 14 and 20 are provided at respective positions of the heater 13 and the reflector 35 corresponding to the quartz window 19 of the heater base 21. Since the quartz hood 15 and the insulating material 18 are each made of quartz and transparent, the temperature of the susceptor 10 can be measured by a radiation thermometer 22 provided outside the reactor.
【0032】石英フード15上の外部サセプタは水平方
向に、すなわち上下に、2つに分割された部品を積重さ
せることにより構成されている。また、本サセプタ構造
では、内側サセプタと外側サセプタとが接触しておら
ず、両部材の境界には隙間0.5〜1.5mmの範囲内
の隙間が存在する。本外部サセプタ11の分割は2分割
に限定されることはない。3分割または4分割でもよ
い。ここで重要なことは、分割された各片を密着させた
りする手段を決して取らないことである。したがって、
分割させた各片を単に積み重ねるだけにし、客分割片の
表面は鏡面に不均一な隙間が存在してもかまわない。ま
た、各分割片の厚さは相互に同一であってもよく、また
は異なっていてもよい。図示されていないが、各分割片
は位置決めピンで位置決めされている。The external susceptor on the quartz hood 15 is constructed by stacking two parts in a horizontal direction, that is, vertically. In the present susceptor structure, the inner susceptor and the outer susceptor are not in contact with each other, and there is a gap in the range of 0.5 to 1.5 mm at the boundary between the two members. The division of the external susceptor 11 is not limited to two. It may be divided into three or four. What is important here is that no means is taken to make the divided pieces adhere to each other. Therefore,
The divided pieces are simply stacked, and the surface of the customer divided piece may have an uneven gap in the mirror surface. Further, the thickness of each divided piece may be the same as each other, or may be different. Although not shown, each divided piece is positioned by a positioning pin.
【0033】反応ガス(例えば、(Ta(OC
2H5)4)またはRu(C5H4C2H5)など)と酸化剤
(例えば、酸素又は亜酸化窒素)はそれぞれ別々のガス
導路から、別々に反応チャンバ内に供給される。また、
図示されていないが反応ガスと酸化剤の供給法は同時供
給は勿論のこと、先に反応炉内に酸化剤を流して反応炉
内を酸化剤で置換した状態から反応ガスを導入すること
が可能なバルブ制御機構を備えており、逆に反応ガスを
先に供給してから酸化剤を導入することも可能である。The reaction gas (for example, (Ta (OC
2 H 5 ) 4 ) or Ru (C 5 H 4 C 2 H 5 ), etc.) and an oxidant (eg, oxygen or nitrous oxide) are each separately supplied from separate gas conduits into the reaction chamber. . Also,
Although not shown, the reaction gas and the oxidizing agent can be supplied at the same time by supplying the reaction gas from the state in which the oxidizing agent is first flown into the reaction furnace and the inside of the reaction furnace is replaced with the oxidizing agent. A possible valve control mechanism is provided, and conversely, the oxidizing agent can be introduced after the reaction gas is supplied first.
【0034】反応ガスは、液体反応材料のタンク28か
らN2ガスで圧送し液体マスフローコントローラ26を
介してコラム充填気化器30に送り、ここで気化させる
ことにより供給される。液体マスフローコントローラ2
6は0.02〜2sccmの範囲内の流量制御が可能で
ある。図示されていないが、液体材料のタンク28から
コラム充填気化器30までは適当な恒温機構を備えてい
る。符号27はエアバルブを示す。The reaction gas is supplied from a liquid reaction material tank 28 by N 2 gas under pressure and sent to a column filling vaporizer 30 via a liquid mass flow controller 26, where it is vaporized. Liquid mass flow controller 2
No. 6 is capable of controlling the flow rate within the range of 0.02 to 2 sccm. Although not shown, an appropriate constant temperature mechanism is provided from the liquid material tank 28 to the column filling vaporizer 30. Reference numeral 27 indicates an air valve.
【0035】コラム充填気化器30に導入するキャリア
ガス(例えば、N2)は気体マスフローコントローラ2
9を介し、500〜5000sccmの範囲内の流量で
流される。The carrier gas (for example, N 2 ) introduced into the column packed vaporizer 30 is supplied to the gas mass flow controller 2.
9 at a flow rate in the range of 500-5000 sccm.
【0036】このコラム充填気化器30は100〜25
0℃まで昇温可能であり、供給された液体反応材料を気
化し、キャリアガス(N2)によってガスヘッド6に反
応ガスを供給する。The column packed vaporizer 30 is 100 to 25
The temperature can be raised to 0 ° C., the supplied liquid reaction material is vaporized, and the reaction gas is supplied to the gas head 6 by the carrier gas (N 2 ).
【0037】図8はコラム充填気化器30の拡大概要図
である。この気化器30は、液体マスフローコントロー
ラ26で制御された金属液体反応材料Ru(C5H4C4
H5)と、気体マスフローコントローラ29で制御され
たキャリアガスN2がそれぞれ別の導入口から、ブロッ
クヒータ36により200℃以上に加熱されたカラム内
に供給され、気化する。FIG. 8 is an enlarged schematic view of the column packed vaporizer 30. The vaporizer 30 is provided with a metallic liquid reaction material Ru (C 5 H 4 C 4) controlled by the liquid mass flow controller 26.
H 5 ) and carrier gas N 2 controlled by the gas mass flow controller 29 are supplied from different inlets into the column heated to 200 ° C. or higher by the block heater 36 and vaporized.
【0038】カラム内には平均粒径が0.8mmのTi
ボール37が充填されている。従来、TEOSに用いら
れてきた充填材はSUS製のものであったが、RuO2
膜を成膜する場合、膜汚染防止が特に重要となるため、
金属汚染の危険性の少ないTi製が使用されている。In the column, a Ti having an average particle size of 0.8 mm was used.
The ball 37 is filled. Conventionally, the filler used for TEOS has been made of SUS, but RuO 2
When forming a film, prevention of film contamination is particularly important.
A product made of Ti which has a low risk of metal contamination is used.
【0039】また、本気化器の0.2mmキャピラリ3
8の先端はカラム中5〜7cmのところに位置している
ことを特徴としている。これは、カラム内の圧力を低減
することを目的としている。このカラム内圧力の低減目
的を図9に示されるTEOSの蒸気圧曲線で説明する。
キャピラリ38の先端がAの位置(図8参照)にある場
合よりも、先端がBの位置にある場合のほうが、反応ガ
スの出口までの抵抗が減少し、コラム内の圧力は低減す
ることとなる。コラム内の圧力が低減するということ
は、図9のTEOSの蒸気圧曲線において、蒸気圧が
(a)から(b)にまで低減できることを意味し、結果的に、
温度を(c)から(d)に低減する事が可能となり、その差を
マージンとして活用できる。従って、金属液体反応材料
Ru(C5H4C4H5)を用いる場合も、同様に温度を低
くすることが可能である。Further, the 0.2 mm capillary 3 of the vaporizer is used.
8 is characterized in that the tip is located 5 to 7 cm in the column. This is intended to reduce the pressure in the column. The purpose of reducing the pressure in the column will be described with reference to the vapor pressure curve of TEOS shown in FIG.
When the tip of the capillary 38 is at the position B (see FIG. 8), the resistance to the outlet of the reaction gas is reduced and the pressure in the column is reduced when the tip is at the position B. Become. The decrease in the pressure in the column means that the vapor pressure in the vapor pressure curve of TEOS in FIG.
It means that it can be reduced from (a) to (b), and consequently,
The temperature can be reduced from (c) to (d), and the difference can be used as a margin. Therefore, even when using a metallic liquid reaction material Ru (C 5 H 4 C 4 H 5), it is possible to lower the same temperature.
【0040】実際の運転では、気化器の許容限界温度の
ところに設定することができ、このコラム充填における
キャピラリ先端位置によりガス供給における安定性や気
化器の機械的信頼性も確保することができる。また、こ
の気化器を使用することにより、金属汚染が無い、気化
ガスが安定して得られる。一般的に、ベント側とガスヘ
ッド側との圧力差が小さいほど、ガス安定供給が可能と
なる。本発明で使用するコラム充填気化器30はエステ
ック(株)などから市販されている。In an actual operation, the temperature can be set at the allowable limit temperature of the vaporizer, and stability of gas supply and mechanical reliability of the vaporizer can be secured by the position of the capillary tip at the time of filling the column. . Further, by using this vaporizer, a vaporized gas free of metal contamination can be obtained stably. Generally, the smaller the pressure difference between the vent side and the gas head side, the more stable gas supply becomes possible. The column packed vaporizer 30 used in the present invention is commercially available from S-Tech Corporation.
【0041】コラム充填気化器30からガスヘッドマニ
ホールド8までの問にはベントライン(排気管)33を
有する三方弁34を設けている。三方弁34は流体輸送
などの配管用途で一般的に使用されるものならば全て使
用できる。三方弁34の切り替え動作は電磁弁方式によ
り、パイプ32とパイプ33の開閉切り替えを行う。A three-way valve 34 having a vent line (exhaust pipe) 33 is provided between the column filling vaporizer 30 and the gas head manifold 8. Any three-way valve 34 can be used as long as it is commonly used in piping applications such as fluid transportation. The switching operation of the three-way valve 34 switches the opening and closing of the pipes 32 and 33 by an electromagnetic valve method.
【0042】コラム充填気化器30からガスヘッドマニ
ホールド8までの配管31及び32は気化反応ガスの再
液化を防止するため250℃以下の加熱手段を備えてい
る。また、ベントライン33を有する三方弁34の設置
は反応を開始するまで、つまり気化された反応ガスを反
応炉2に導入するまでの間、ベントライン33に排流す
ることでコラム充填気化器30から安定した流量が得ら
れ、成膜時の三方弁34のバルブの切り替わりに対して
も設定した流量を瞬時に反応室に供給することが可能で
ある。更に、このように構成することにより、成膜の状
態になるまで排流している反応ガスの量を低滅でき、ス
ループットの向上にも有効である。The pipes 31 and 32 from the column filling vaporizer 30 to the gas head manifold 8 are provided with heating means at 250 ° C. or lower to prevent reliquefaction of the vaporized reaction gas. The three-way valve 34 having the vent line 33 is installed in the column filling vaporizer 30 by discharging the gas into the vent line 33 until the reaction starts, that is, until the vaporized reaction gas is introduced into the reaction furnace 2. Thus, a stable flow rate can be obtained, and the set flow rate can be instantaneously supplied to the reaction chamber even when the three-way valve 34 is switched during film formation. Further, with this configuration, the amount of the reaction gas discharged until the film is formed can be reduced, which is effective in improving the throughput.
【0043】従って、より速く安定した流量を得るため
にはコラム充填気化器30からガスヘッドマニホールド
8までの距離Dを短くすることが好ましい。本発明の装
置では、この距離Dは1m以下であることが好ましい。
距離Dは0.5m以下であることが更に好ましい。距離
Dの下限値は特に限定されないが、使用される三方弁3
4のサイズや、コラム充填気化器30と三方弁34とガ
スヘッドマニホールド8とをパイプ31及び33で相互
に接続することができる機械組立上の最低限界により規
定される。Accordingly, in order to obtain a faster and more stable flow rate, it is preferable to shorten the distance D from the column-filled vaporizer 30 to the gas head manifold 8. In the device of the present invention, the distance D is preferably 1 m or less.
More preferably, the distance D is 0.5 m or less. Although the lower limit of the distance D is not particularly limited, the three-way valve 3 used is
4 and the minimum limit in mechanical assembly in which the column-filled vaporizer 30, the three-way valve 34, and the gas head manifold 8 can be interconnected by pipes 31 and 33.
【0044】図1に示されるように、ガスヘッド6に、
マッチングボックス40を介して高周波電源42を接続
することにより、反応炉内でのプラズマ放電の発生が可
能である。従って、プラズマ励起による自動クリーニン
グを行うことができる。電源周波数は特に限定されない
が、一般的に、13.56MHz以上であることが好ま
しい。また、図示されていないが、例えば、酸化剤ガス
導路4aからクリーニング用塩素系ガス(例えば、Cl
F3)を反応炉2内に給送することができる。別法とし
て、導路5aからクリーニング用塩素系ガスを給送する
こともできる。ガス塩素系ガスにはN2あるいはArな
どの不活性ガスを混合することもできる。ClF3を含
む塩素系ガスを用いて、ガスヘッド6に13.56MH
zの高周波を印加し、反応炉内の圧力を10Torr以下と
し、反応炉2内に均一かつ安定なプラズマを発生させる
ことにより、成膜時に付着したRuO2膜及びRu膜を
高速で除去することができる。ガスヘッド6の材質はア
ルミ製で、サセプタの材質はカーボンやアルミなどの導
電体である。As shown in FIG. 1, the gas head 6
By connecting the high frequency power supply 42 via the matching box 40, it is possible to generate a plasma discharge in the reaction furnace. Therefore, automatic cleaning by plasma excitation can be performed. The power supply frequency is not particularly limited, but is generally preferably 13.56 MHz or higher. Although not shown, for example, a chlorine gas for cleaning (eg, Cl
F 3 ) can be fed into the reactor 2. Alternatively, a cleaning chlorine-based gas may be supplied from the conduit 5a. An inert gas such as N 2 or Ar can be mixed with the gaseous chlorine-based gas. 13.56 MH is applied to the gas head 6 using a chlorine-based gas containing ClF 3.
Applying a high frequency of z to reduce the pressure in the reaction furnace to 10 Torr or less and generating uniform and stable plasma in the reaction furnace 2, thereby removing the RuO 2 film and the Ru film adhered at the time of film formation at a high speed. Can be. The material of the gas head 6 is made of aluminum, and the material of the susceptor is a conductor such as carbon or aluminum.
【0045】従来のTa2O5膜を成膜する熱化学気相成
長装置のクリーニングでは、気化させたClF3ガスを
反応炉内に供給し、反応炉壁などに厚く堆積したTa2
O5膜を除去してきたが、クリーニングが均一でないた
め、クリーニング後の膜面内、面間均一性が悪くなるこ
とがあった。本発明の装置では、プラズマによるクリー
ニングによってガスヘッド及びサセプタ上の膜は均一に
除去される。その結果、クリーニング時間も短くなるた
め、スループットの向上が得られるばかりか、クリーニ
ングガス量の低減によるプロセスコストの低減も図れる
という優れた効果が得られる。[0045] In the cleaning of conventional the Ta 2 O 5 film thermal chemical vapor deposition apparatus for forming, and the ClF 3 gas vaporized fed to the reaction furnace, and thickly deposited like the reactor wall Ta 2
Although the O 5 film has been removed, the cleaning is not uniform, so that the in-plane and inter-plane uniformity after the cleaning may be deteriorated. In the apparatus of the present invention, the film on the gas head and the susceptor is uniformly removed by the cleaning using the plasma. As a result, the cleaning time is shortened, so that not only an improvement in the throughput is obtained, but also an excellent effect that the process cost can be reduced by reducing the amount of the cleaning gas is obtained.
【0046】従来のTa2O5膜を成膜する熱化学気相成
長装置のクリーニング法では、反応炉上部位置からCl
F3ガスをサセプタ方向に向かって2ヶ所から導入して
いた。本発明の装置ではプラズマ励起によるクリーニン
グ法が実施される。従来の装置と本発明の装置とのクリ
ーニング効果の違いについて実験した。実験はSi基板
上にTa2O5膜を2000オングストローム(以下
「A」という)程度堆積し、10分間それぞれクリーニ
ングを行い、目視及びエリプソメータで膜厚を測定し、
除去分布を調べた。その結果、従来のクリーニング法で
は、ガス導入方向のクリーニングは顕著であるが、その
他の方向のクリーニングは不十分であることが確認され
た。一方、本発明のクリーニング法では、反応炉壁及び
Si基板上の膜は均一に除去できた。また、プラズマを
用いたクリーニング速度は従来のクリーニング法の速度
の約5倍であった。In the conventional cleaning method of a thermal chemical vapor deposition apparatus for forming a Ta 2 O 5 film, Cl
F 3 gas was introduced from two places toward the susceptor. In the apparatus of the present invention, a cleaning method by plasma excitation is performed. An experiment was conducted on the difference in cleaning effect between the conventional apparatus and the apparatus of the present invention. In the experiment, a Ta 2 O 5 film was deposited on a Si substrate for about 2000 angstroms (hereinafter referred to as “A”), cleaned for 10 minutes, and the film thickness was measured visually and by an ellipsometer.
The removal distribution was examined. As a result, it was confirmed that in the conventional cleaning method, cleaning in the gas introduction direction was remarkable, but cleaning in other directions was insufficient. On the other hand, in the cleaning method of the present invention, the film on the reactor wall and the Si substrate could be uniformly removed. The cleaning speed using plasma was about five times the speed of the conventional cleaning method.
【0047】次に、クリーニング後の連続成膜における
異物確認を行った。測定はクリーニング後、1000A
程度空成膜を行い、その後、10枚連続して100A成
膜したときの異物数を測定した。その結果、従来法では
異物が128個であるのに対し、本発明のプラズマ励起
法では異物は僅か18個であった。この差は、従来法で
はクリーニングによって除去しきれなかった膜が残って
いるためと思われる。Next, foreign substances were confirmed in the continuous film formation after cleaning. Measurement is 1000A after cleaning
The film formation was carried out to the extent that the film was empty, and then the number of foreign substances was measured when 10 sheets were continuously formed at 100A. As a result, the number of foreign particles was 128 in the conventional method, but only 18 in the plasma excitation method of the present invention. This difference is considered to be due to the remaining film that could not be removed by cleaning in the conventional method.
【0048】図2は本発明の気相成長装置の一例の概要
平面図である。例えば、本装置は3チャンバまで構成す
ることが可能であり、第一の反応炉105はTa2O5膜
を、第二の反応炉107はRuまたはRuO2膜を成膜
する。第三の反応炉108は酸化処理を行う後処理室の
構成が可能である。また、同一の膜種を3つの反応炉で
成膜することも当然可能である。反応炉には隣接してモ
レキュラドラグポンプ106が設けられ、各反応炉は反
応ガス総流量を1000sccm/min以上の流量を
設定した場合に於ても1Torr以下での成膜及び後処
理が可能である。ウエハ(図示されていない)はウエハ
カセット部101の25枚収納カセット102より大気
側搬送アーム110によりバッファ室103のバッファ
104に載せられ真空に保持される。予め真空に保持さ
れた真空搬送室111及び成膜反応室105、107へ
はバッファ室103から真空搬送アーム109により各
反応室へ搬送され成膜およぴ後処理を行う。本装置で
は、サイズが3、4、5、6、8、12インチのウエハ
を成膜処理できる。また、これよりも大きなサイズのウ
エハも当然処理できる。FIG. 2 is a schematic plan view of an example of the vapor phase growth apparatus of the present invention. For example, the present apparatus can be configured with up to three chambers. The first reactor 105 deposits a Ta 2 O 5 film, and the second reactor 107 deposits a Ru or RuO 2 film. The third reaction furnace 108 can be configured as a post-processing chamber for performing an oxidation treatment. It is also possible to form the same film type in three reactors. A molecular drag pump 106 is provided adjacent to the reactor, and each reactor can perform film formation and post-treatment at 1 Torr or less even when the total flow rate of the reaction gas is set to 1000 sccm / min or more. It is. A wafer (not shown) is placed on a buffer 104 in a buffer chamber 103 by an atmosphere-side transfer arm 110 from a 25-sheet storage cassette 102 of a wafer cassette unit 101 and is held in a vacuum. The vacuum transfer chamber 111 and the film formation reaction chambers 105 and 107 which are held in a vacuum in advance are transferred from the buffer chamber 103 to the respective reaction chambers by the vacuum transfer arm 109 to perform film formation and post-processing. In the present apparatus, a film having a size of 3, 4, 5, 6, 8, or 12 inches can be formed. In addition, a wafer having a larger size can naturally be processed.
【0049】液体反応材料にTa(OC2H5)4を使用
し、酸化剤に酸素を使用することにより、第一の反応炉
でTa2O5膜を成膜することができる。一方、液体反応
材料にRu(C5H4C2H5)を使用し、酸化剤に酸素又
は亜酸化窒素を使用することにより、第二の反応炉でR
uO2膜を成膜することができる。別法として、液体反
応材料のRu(C5H4C2H5)のみを第二の反応炉で熱
分解することによりRuを成膜することができる。この
逆もまた可能である。成膜温度は特に限定されないが、
一般的に、400〜700℃の範囲内であることが好ま
しい。By using Ta (OC 2 H 5 ) 4 as the liquid reaction material and using oxygen as the oxidizing agent, a Ta 2 O 5 film can be formed in the first reaction furnace. On the other hand, by using Ru (C 5 H 4 C 2 H 5 ) as a liquid reaction material and using oxygen or nitrous oxide as an oxidizing agent, R
A uO 2 film can be formed. Alternatively, a Ru film can be formed by thermally decomposing only Ru (C 5 H 4 C 2 H 5 ) as a liquid reaction material in a second reactor. The converse is also possible. Although the film formation temperature is not particularly limited,
Generally, it is preferable to be in the range of 400 to 700 ° C.
【0050】[0050]
【実施例】次に、本発明の気相成長装置によるRuO2
膜及びTa2O5膜の成膜例について説明する。RuO2
膜の成膜条件は、基板温度500℃、液体ソースRu
(C5H4C2H5)流量0.05sccm、酸化剤O2流
量1500sccm、形成圧力0.5Torr、キャリ
アガスN2流量1000sccm、コラム充填気化器温
度250℃、コラム充填気化器からガスヘッドマニホー
ルドまでの距離50cm、電極間隔100mm、被処理
ウエハサイズ8インチであった。また、Ta2O5膜の成
膜条件は、基板温度550℃、液体ソースTa(OC2
H5)4流量0.06sccm、酸化剤O2流量1000
sccm、コラム充填気化器温度200℃であり、それ
以外はRuO2膜の成膜条件と同一であった。EXAMPLES Next, RuO 2 by vapor phase growth apparatus of the present invention
An example of forming a film and a Ta 2 O 5 film will be described. RuO 2
The film was formed under the conditions of a substrate temperature of 500 ° C. and a liquid source Ru.
(C 5 H 4 C 2 H 5 ) flow rate 0.05 sccm, oxidizing agent O 2 flow rate 1500 sccm, forming pressure 0.5 Torr, carrier gas N 2 flow rate 1000 sccm, column filling vaporizer temperature 250 ° C., gas head from column filling vaporizer The distance to the manifold was 50 cm, the electrode interval was 100 mm, and the size of the wafer to be processed was 8 inches. The Ta 2 O 5 film was formed under the conditions of a substrate temperature of 550 ° C., a liquid source Ta (OC 2
H 5 ) 4 flow rate 0.06 sccm, oxidant O 2 flow rate 1000
The sccm was 200 ° C. in the temperature of the column-filled vaporizer, and the other conditions were the same as the conditions for forming the RuO 2 film.
【0051】図3は8インチウエハ上の面内の均一性結
果を示す。図示されているように、膜厚は100Aで±
5%以下を確保している。図4は300枚の連続成膜し
た時の面間均一性を調べた結果で、本評価では±4%以
下で成膜可能である。これはコラム充填気化器から反応
炉までの距離を短く、かつベントラインを有する三方弁
を設置したことで、気化反応ガスを安定した流量で、バ
ルブの切り替えと同時に瞬時に反応室ヘ供給できたため
である。FIG. 3 shows the in-plane uniformity results on an 8-inch wafer. As shown in FIG.
5% or less is secured. FIG. 4 shows the result of examining the inter-plane uniformity when 300 sheets of continuous film were formed. In this evaluation, the film could be formed at ± 4% or less. This is because the distance from the column packed vaporizer to the reaction furnace is short, and a three-way valve with a vent line is installed, so that the vaporized reaction gas can be supplied to the reaction chamber instantaneously at the same time as the valve is switched at a stable flow rate. It is.
【0052】図5はRuO2膜のカバレッジの評価結果
である。図5(a)は従来のスパッタで成膜した時のカ
バレッジであり、図5(b)は本発明の装置で成膜した
時の結果である。カバレッジの評価サンプル201の材
質はシリコンでアスペクト比は5以上である。本構造は
円筒型(クラウン)と呼ばれる代表的なキャパシタの構
造の1つであり、図5(a)のスパッタ法では円筒底部
及ぴ裏部にはアスペクト比が高いため均一に膜がついて
おらず安定したキャパシタ構造を構築することが難し
い。一方、本発明の装置による成膜では熱反応によって
膜が堆積されるため、高アスペクトかつ複雑なサンプル
に対しても均一に安定したRuO2膜を成膜することが
可能である。FIG. 5 shows the evaluation result of the coverage of the RuO 2 film. FIG. 5A shows the coverage when the film is formed by the conventional sputtering, and FIG. 5B shows the result when the film is formed by the apparatus of the present invention. The material of the coverage evaluation sample 201 is silicon and the aspect ratio is 5 or more. This structure is one of the typical structures of a capacitor called a cylindrical type (crown). In the sputtering method of FIG. 5A, since the aspect ratio is high at the bottom and the back of the cylinder, the film is not uniformly formed. It is difficult to construct a stable capacitor structure. On the other hand, in the film formation by the apparatus of the present invention, since the film is deposited by a thermal reaction, it is possible to form a uniform and stable RuO 2 film even for a high aspect and complicated sample.
【0053】図6は従来のキャパシタ構造の例を示す。
図6のキャパシタ構造では、下部電極としてポリシリコ
ン204、高誘電体膜205としてTa2O5膜、上部電
極206としてTiNあるいはTaN膜を用いている。
このキャパシタ構造の間題点は、下部電極のポリシリコ
ン204上に高誘電体膜205のTa2O5膜を形成した
時、ポリシリコン204上に酸化膜が形成され、Ta2
O5膜の容量が低下してしまうことである。そこで、現
在では下部電極のポリシリコン204上に酸化膜が形成
されないように高温窒化表面処理(RTN)を行い、そ
の後Ta2O5膜205を成膜している。従って、Ta2
O5膜の理想的な上下電極膜として界面に酸化膜が形成
されない電極を形成することにより、安定したキャパシ
タが得られることになる。符号200はシリコン基板を
示す。FIG. 6 shows an example of a conventional capacitor structure.
In the capacitor structure shown in FIG. 6, a polysilicon 204 is used as a lower electrode, a Ta 2 O 5 film is used as a high dielectric film 205, and a TiN or TaN film is used as an upper electrode 206.
During this problem point of the capacitor structure, when forming Ta 2 O 5 film high dielectric layer 205 on the polysilicon 204 of the lower electrode, an oxide film is formed on the polysilicon 204, Ta 2
That is, the capacity of the O 5 film is reduced. Therefore, at present, high-temperature nitriding surface treatment (RTN) is performed so that an oxide film is not formed on the polysilicon 204 of the lower electrode, and then a Ta 2 O 5 film 205 is formed. Therefore, Ta 2
By forming an electrode on which no oxide film is formed at the interface as an ideal upper and lower electrode film of the O 5 film, a stable capacitor can be obtained. Reference numeral 200 indicates a silicon substrate.
【0054】図7(a)及び(b)は本発明によるRu
O2膜を用いた安定したキャパシタ構造の例を示す。図
7(a)に示されたキャパシタ構造では、下部電極20
7にRu又はRuO2もしくはRu・RuO2のいずれか
を使用し、高誘電体膜205としてTa2O5膜を使用
し、上部電極208にRuまたはRuO2もしくはRu
・RuO2のいずれかを使用する。従って、図7(a)
に示されたキャパシタ構造では、例えば、Ru/Ta2
O5/RuO2,Ru/Ta2O5/Ru,Ru/Ta2O5
/RuO2・Ru,RuO2/Ta2O5/Ru,又はRu
O2/Ta2O5/RuO2・Ruの何れかの構造を有す
る。また、図7(b)に示されたキャパシタ構造では、
下部電極207にRu又はRuO2もしくはRu・Ru
O2膜を使用し、高誘電体膜205としてTa2O5膜を
使用し、上部電極208にRuまたはRuO2もしくは
Ru・RuO2膜のいずれかを使用する。図7(b)に
示されたキャパシタ構造では、シリコン基板200と下
部電極207との界面に、Ti、TiNあるいはTaN
からなる接着層209を形成している。この接着層20
9により、シリコン基板と、キャパシタ構造体との密着
力が高められる。FIGS. 7A and 7B show Ru according to the present invention.
An example of a stable capacitor structure using an O 2 film will be described. In the capacitor structure shown in FIG.
7, any one of Ru or RuO 2 or Ru.RuO 2 is used, a Ta 2 O 5 film is used as the high dielectric film 205, and Ru, RuO 2 or Ru is used for the upper electrode 208.
• Use one of the RuO 2. Therefore, FIG.
In the capacitor structure shown in FIG. 1, for example, Ru / Ta 2
O 5 / RuO 2 , Ru / Ta 2 O 5 / Ru, Ru / Ta 2 O 5
/ RuO 2 · Ru, RuO 2 / Ta 2 O 5 / Ru, or Ru
It has any structure of O 2 / Ta 2 O 5 / RuO 2 .Ru. Further, in the capacitor structure shown in FIG.
Ru or RuO 2 or Ru · Ru is applied to the lower electrode 207.
An O 2 film is used, a Ta 2 O 5 film is used as the high dielectric film 205, and a Ru or RuO 2 or Ru · RuO 2 film is used for the upper electrode 208. In the capacitor structure shown in FIG. 7B, Ti, TiN or TaN is formed at the interface between the silicon substrate 200 and the lower electrode 207.
Is formed. This adhesive layer 20
Due to 9, the adhesion between the silicon substrate and the capacitor structure is enhanced.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高アスペクト比で、かつ、複雑なキャパシタ構造に対し
て均一で安定したRuO2の堆積が可能である。さら
に、1G以降のDRAM,システムLSIなどに搭載す
るキャパシタ構造の構築が1台の装置で可能である。As described above, according to the present invention,
Uniform and stable RuO 2 deposition with a high aspect ratio and a complicated capacitor structure is possible. Further, it is possible to construct a capacitor structure to be mounted on a 1G or later DRAM, system LSI, or the like with one device.
【図1】図1は本発明による気相成長装置の反応室の概
要断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a reaction chamber of a vapor phase growth apparatus according to the present invention.
【図2】図2は本発明の気相成長装置の一例の概要平面
図である。FIG. 2 is a schematic plan view of an example of a vapor phase growth apparatus of the present invention.
【図3】図1に示される本発明の装置で成膜したRuO
2膜の膜厚のウエハ面内均一性を示す特性図である。FIG. 3 shows a RuO film formed by the apparatus of the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing uniformity of two film thicknesses within a wafer surface.
【図4】図1に示される本発明の装置でRuO2膜を3
00枚連続成膜処理したときの、ウエハ処理枚数と膜厚
変動率との関係を示す特性図である。FIG. 4 shows a RuO 2 film of 3 in the apparatus of the present invention shown in FIG.
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating a relationship between the number of processed wafers and a film thickness variation rate when a continuous film formation process is performed on 00 wafers.
【図5】RuO2膜のカバレッジの評価結果を示す断面
図であり、(a)は従来のスパッタ法により成膜したと
きのカバレッジの評価結果を示す断面図であり、(b)
は図1に示される本発明の装置で成膜したときのカバレ
ッジの評価結果を示す断面図である。5A and 5B are cross-sectional views illustrating evaluation results of coverage of a RuO 2 film, and FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating evaluation results of coverage when a film is formed by a conventional sputtering method, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing evaluation results of coverage when a film is formed by the apparatus of the present invention shown in FIG.
【図6】図6は従来のキャパシタ構造を示す概要断面図
である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional capacitor structure.
【図7】図7は本発明によるRuO2膜を用いたキャパ
シタ構造を示す概要断面図であり、(a)は接着層を使
用しない例であり、(b)は接着層を使用した例であ
る。FIGS. 7A and 7B are schematic sectional views showing a capacitor structure using a RuO 2 film according to the present invention, wherein FIG. 7A is an example in which no adhesive layer is used, and FIG. 7B is an example in which an adhesive layer is used. is there.
【図8】図8はコラム充填気化器の拡大概要図である。FIG. 8 is an enlarged schematic view of a column packed vaporizer.
【図9】図9はTEOSの蒸気圧曲線である。FIG. 9 is a vapor pressure curve of TEOS.
1 ガスヘッドベース 2 反応炉 3 チャンバベース 4 O2ガス導路 5 Ruガス導路 6 ガスヘッド 7 加熱用熱媒体導路 8 ガスマニホールド 9 ガス吹き出し口 10 サセプタ 11 外側サセプタ 12 昇降ツメ 13 ヒータ 14 開口部 15 石英フード 16 ゲートバルプ 17 ロードロック室 18 絶縁材 19 石英ガラス窓 20 開口部 21 ヒータベース 22 放射温度計 23 締着手段 24 ドライポンプ 25 モレキュラドラグポンプ 26 液体マスフローコントローラ 27 エアバルブ 28 液体材料タンク 29 キャリアガスN2用マスフローコントローラ 30 コラム充填気化器 31、32 気化Ruガス導入配管 33 ベントライン 34 三方弁 35 リフレクタ 36 ブロックヒータ 37 Tiボール 38 キャピラリ 40 マッチングボックス 42 高周波電源 101 ウエハカセット部 102 ウエハカセット 103 バツファ室 104 バツファ 105 Ta2O5膜形成反応炉 106 モレキュラドラグポンプ 107 RuO2膜形成反応炉 108 後処埋反応炉 109 真空搬送アーム ll0 大気搬送アーム ll1 真空搬送室 200 シリコン基板 201 Si段差被覆性評価用試料 202 スパッタ法によるRuO2膜 203 CVD法によるRuO2膜 204 下部電極 205 高誘電体膜 206 上部電極 207 下部電極 208 上部電極 209 接着層1 Gas head base 2 reactor 3 chamber base 4 O 2 gas conduit 5 Ru gas conduit 6 gas head 7 for heating the heat medium canalization 8 gas manifold 9 gas outlet 10 susceptor 11 outside the susceptor 12 lifting claw 13 heater 14 opening Part 15 Quartz hood 16 Gate valve 17 Load lock chamber 18 Insulating material 19 Quartz glass window 20 Opening 21 Heater base 22 Radiation thermometer 23 Fastening means 24 Dry pump 25 Molecular drag pump 26 Liquid mass flow controller 27 Air valve 28 Liquid material tank 29 Mass flow controller for carrier gas N 2 30 Column filling vaporizer 31, 32 Vaporized Ru gas introduction pipe 33 Vent line 34 Three-way valve 35 Reflector 36 Block heater 37 Ti ball 38 Capillary 40 Matching Box 42 High-frequency power supply 101 Wafer cassette unit 102 Wafer cassette 103 Buffer chamber 104 Buffer 105 Ta 2 O 5 film forming reaction furnace 106 Molecular drag pump 107 RuO 2 film forming reaction furnace 108 Post-processing reaction furnace 109 Vacuum transfer arm 110 Atmospheric transfer arm LL1 RuO 2 film 204 lower electrode 205 high dielectric film 206 upper electrode 207 lower electrode 208 upper electrode 209 adhesive layer by RuO 2 film 203 CVD method using the vacuum transfer chamber 200 silicon substrate 201 Si step coverage evaluation sample 202 sputtering
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蜂谷 昌幸 東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 佐藤 栄治 東京都渋谷区東3丁目16番3号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA11 AA14 AA24 BA01 BA17 BA18 BA38 BA42 BB12 CA04 DA06 DA09 EA01 EA05 FA03 JA06 JA10 JA18 KA17 LA01 LA02 LA15 5F045 AA04 AB31 AC09 AC11 AC15 AD08 AD09 AD10 AD11 AE19 AF03 AF10 BB01 BB19 DC63 DP03 DQ10 DQ17 EB02 EB06 EB08 EC08 EC09 EE02 EE13 EF05 EH05 EH14 EK05 EK10 EK26 EM02 GB13 5F083 AD14 AD15 GA27 JA06 JA39 JA40 JA43 PR21 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Masayuki Hachiya 3-16-3 Higashi, Shibuya-ku, Tokyo Inside Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd. (72) Eiji Sato Inventor 3-16-3 Higashi, 3-3-1-3 Shibuya-ku, Tokyo Hitachi Electronic Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 4K030 AA11 AA14 AA24 BA01 BA17 BA18 BA38 BA42 BB12 CA04 DA06 DA09 EA01 EA05 FA03 JA06 JA10 JA18 KA17 LA01 LA02 LA15 5F045 AA04 AB31 AC09 AC11 AC15 AD08 AD09 AD10 AD11 AE19 AF03 AF10 DC DQ10 DQ17 EB02 EB06 EB08 EC08 EC09 EE02 EE13 EF05 EH05 EH14 EK05 EK10 EK26 EM02 GB13 5F083 AD14 AD15 GA27 JA06 JA39 JA40 JA43 PR21
Claims (14)
と酸化剤ガスとを別々に炉内へ吹き出すことができるガ
スヘッドと、該ガスヘッドと対峙して上面に基板が載置
されるサセプタを有し、前記ガスヘッドはガスマニホー
ルドと組み合わせて使用される化学気相成長装置におい
て、液体反応材料を気化するためのコラム充填気化器を
有し、該コラム充填気化器と前記ガスマニホールドは、
一端に排気管が接続された三方弁を中間に有するパイプ
により連結することを特徴とする化学気相成長装置。A gas head capable of separately blowing a reaction gas and an oxidizing gas into the furnace, and a substrate mounted on an upper surface facing the gas head. A gas head having a column filling vaporizer for vaporizing a liquid reactive material in the chemical vapor deposition apparatus used in combination with the gas manifold. The gas manifold is
A chemical vapor deposition apparatus characterized in that it is connected by a pipe having a three-way valve having an exhaust pipe connected to one end thereof at an intermediate position.
までの配管距離が1m以下であることを特徴とする請求
項1に記載の装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein a piping distance from the column packed vaporizer to the gas manifold is 1 m or less.
までの配管距離が0.5m以下であることを特徴とする
請求項2に記載の装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein a piping distance from the column packed vaporizer to the gas manifold is 0.5 m or less.
体メモリを構成する高誘電体絶縁膜及びその上下に形成
する金属電極膜を請求項1に記載の化学気相成長装置を
用いて化学的気相成長法(CVD)によって成膜するこ
とを特徴とする半導体デバイスの製造方法。4. A high-dielectric-constant insulating film constituting a high-dielectric memory in a semiconductor integrated circuit (IC) and a metal electrode film formed on and under the high-dielectric insulating film by a chemical vapor deposition apparatus according to claim 1. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a film is formed by a vapor deposition method (CVD).
属電極膜/高誘電体絶縁膜/金属電極膜(MIM)の構
造を有することを特徴とする請求項4に記載の方法。5. The method according to claim 4, wherein the high dielectric memory has a metal electrode film / high dielectric insulating film / metal electrode film (MIM) structure on a silicon substrate.
り、該Ta2O5高誘電体絶縁膜は、液体反応材料にTa
(OC2H5)4を使用し、酸化剤に酸素を用いて成膜さ
れることを特徴とする請求項4又は5に記載の方法。6. The high dielectric insulating film is made of Ta 2 O 5 , and the Ta 2 O 5 high dielectric insulating film is made of
The method according to claim 4, wherein the film is formed using (OC 2 H 5 ) 4 and using oxygen as an oxidizing agent.
絶縁膜を熱酸化処理する工程を更に含むことを特徴とす
る請求項6に記載の方法。7. The method according to claim 6, further comprising a step of thermally oxidizing the high dielectric insulating film to improve the film quality.
uからなり、該RuO2及び/又はRu金属電極膜は、
液体反応材料にRu(C5H4C2H5)を使用し、酸化剤
に酸素又は亜酸化窒素を用いてRuO2を成膜するか、
又は、Ru(C5H4C2H5)のみを熱分解することによ
りRuを成膜することにより生成されることを特徴とす
る請求項4又は5に記載の方法。8. The metal electrode film is made of RuO 2 and / or R
u, and the RuO 2 and / or Ru metal electrode film is
Ru (C 5 H 4 C 2 H 5 ) is used as a liquid reaction material, and RuO 2 is formed using oxygen or nitrous oxide as an oxidizing agent,
The method according to claim 4, wherein the film is formed by depositing Ru by thermally decomposing only Ru (C 5 H 4 C 2 H 5 ).
誘電体絶縁膜/金属電極膜(MIM)の構造を有し、高
誘電体キャパシタを構成することを特徴とする請求項5
に記載の方法。9. The high dielectric memory according to claim 5, wherein said high dielectric memory has a structure of a metal electrode film / a high dielectric insulating film / a metal electrode film (MIM) and constitutes a high dielectric capacitor.
The method described in.
電極膜/高誘電体絶縁膜/金属下部電極膜の構造を有
し、該金属上部電極膜/高誘電体絶縁膜/金属下部電極
膜は、Ru/Ta2O5/RuO2,Ru/Ta2O5/R
u,Ru/Ta2O5/RuO2・Ru,RuO2/Ta2
O5/Ru,又はRuO2/Ta2O5/RuO2・Ruの
何れかの構造を有することを特徴とする請求項9に記載
の方法。10. The high dielectric capacitor has a structure of a metal upper electrode film / high dielectric insulating film / metal lower electrode film, wherein the metal upper electrode film / high dielectric insulating film / metal lower electrode film is , Ru / Ta 2 O 5 / RuO 2 , Ru / Ta 2 O 5 / R
u, Ru / Ta 2 O 5 / RuO 2 .Ru, RuO 2 / Ta 2
The method according to claim 9, wherein the method has a structure of O 5 / Ru or RuO 2 / Ta 2 O 5 / RuO 2 .Ru.
面にTi、TiN又はTaNからなる接着層が更に存在
することを特徴とする請求項10に記載の方法。11. The method according to claim 10, further comprising an adhesive layer made of Ti, TiN or TaN at an interface between the silicon substrate and the metal lower electrode film.
膜することを特徴とする請求項4に記載の方法。12. The method according to claim 4, wherein the film is formed at a temperature in the range of 400 to 700 ° C.
れており、酸化剤ガス送入路を用いてクリーニング用塩
素系ガスを炉内に送入することができ、炉内でプラズマ
放電を発生することができることを特徴とする請求項1
に記載の化学気相成長装置。13. The gas head is connected to a high-frequency power supply, and can supply a chlorine-based gas for cleaning into a furnace using an oxidizing gas supply path, and generates a plasma discharge in the furnace. 2. The method according to claim 1, wherein
3. The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1.
z以上であり、塩素系ガスはClF3である請求項13
に記載の装置。14. The high frequency power supply has a frequency of 13.56 MHZ.
The chlorine-based gas is ClF 3 or more.
An apparatus according to claim 1.
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JP10227851A JP2000058529A (en) | 1998-08-12 | 1998-08-12 | Chemical vapor deposition device and manufacture of semiconductor device |
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