JP2001284336A

JP2001284336A - 成膜装置及び成膜方法

Info

Publication number: JP2001284336A
Application number: JP2000095504A
Authority: JP
Inventors: Toru Tatsumi; 徹辰巳; Hiroshi Jinriki; 博神力; Kenji Matsumoto; 賢治松本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; NEC Corp
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; NEC Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】膜中の組成比の再現性を向上させることがで
きる成膜装置を提供する。【解決手段】被処理体Ｗを載置する載置台２０を収容
して真空引き可能になされた処理容器４と、成膜に用い
られる複数の原料を貯留する原料タンク２Ａ，２Ｂ，２
Ｃと、前記原料タンク内の原料をガス状態で前記処理容
器へ向けて流す原料供給路８，１０，１２と、前記原料
の流量を制御する流量制御器１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと
を有する成膜装置において、前記原料供給路に介設され
て前記ガス状態の原料に検査光を照射して吸収波長及び
吸収量を測定する光吸収測定手段４０と、この光吸収測
定手段の測定結果に基づいて前記流量制御器を制御する
流量制御器コントロール手段４２とを備える。これによ
り、膜中の組成比の再現性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等に
成膜処理を施す成膜装置及び成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電体メモリ素子は、主としてＩＣカ
ード向けの次世代不揮発メモリとして注目を集め、活発
に研究開発がなされている。この強誘電体メモリ素子
は、２つの電極の間に強誘電体膜を介在させた強誘電体
キャパシタをメモリセルに用いた半導体素子である。強
誘電体は［自発分極］、つまり、一度電圧を加えると、
電圧をゼロにしても電荷が残っているという特性（ヒス
テリシス）を持っており、強誘電体メモリ素子はこれを
利用した不揮発性メモリである。このような強誘電体メ
モリ素子の強誘電体膜としては、Ｐｂ（Ｚｒ_x ，Ｔｉ_1-
_x ）Ｏ₃ （以下、ＰＺＴという）膜が広く用いられてい
る。

【０００３】このＰＺＴ膜は、例えばＰｂ（ＤＰＭ）₂
（＝Ｂｉｓｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎａｔｏｌ
ｅａｄ：Ｐｂ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂ ）₂ ）（以下、Ｐｂ原料と
称す）、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ ）（＝Ｔｅｔｒａｔ
ｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｏｘｙｚｉｒｃｏｎｉｕｍ（以
下、Ｚｒ原料と称す）及びＴｉ（ｉ−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ ）
（＝Ｔｅｔｒａｉｓｏｐｒｏｐｏｘｙｔｉｔａｎｉｕ
ｍ）（以下、Ｔｉ原料と称す）よりなる有機金属材料と
酸化剤として例えばＮＯ₂ とを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に
より、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x ）Ｏ₃ のペロブスカイト構
造の結晶膜を形成することにより得られる。尚、Ｐｂは
鉛、Ｚｒはジルコニウム、Ｔｉはチタンをそれぞれ示
す。

【０００４】このＰＺＴ膜を成膜するには、例えば上述
のようにＣＶＤ装置が用いられる。ここでＰＺＴ膜を成
膜する際の従来の成膜装置について説明する。図９は従
来の成膜装置の一例を示す概略構成図である。上記Ｐｂ
原料、Ｚｒ原料及びＴｉ原料は、室温で固体もしくは液
体であり、これらの原料を貯留する各原料タンク２Ａ、
２Ｂ、２Ｃからは、真空引き可能になされた処理容器４
のシャワーヘッド部６に向けて原料供給通路８、１０、
１２が延びている。そして、この各原料供給路８、１
０、１２の途中に、マスフローコントローラのような流
量制御器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを介設し、各原料タン
ク２Ａ、２Ｂ、２Ｃの近傍に設けた各加熱ヒータ１６
Ａ、１６Ｂ、１６Ｃにより加熱気化させた各原料ガスを
それぞれ上記流量制御器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃで流量
制御しつつシャワーヘッド部６に向けて搬送するように
なっている。また、シャワーヘッド部６に更に酸化ガス
供給路１８を接続し、これより酸化ガスとして例えばＮ
Ｏ₂ ガスを流量制御器１４Ｄにより流量制御しつつ供給
している。シャワーヘッド部６より噴射された各原料ガ
スとＮＯ₂ ガスは、処理容器４内にて混合され、所定の
温度及び圧力の成膜処理条件下で加熱ヒータ内蔵の載置
台２０上の半導体ウエハＷの表面に強誘電体のＰＺＴ膜
を堆積することになる。

【０００５】図１０は従来の成膜装置ではあるが、図９
に示したものとは別のタイプの成膜装置を示す概略構成
図である。ここでは、加圧Ｈｅガスなどの圧送ガスによ
り、各原料タンク３Ａ、３Ｂ、３Ｃから各液体原料を液
体のまま各原料供給路８、１０、１２に圧送し、これを
液体流量制御器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにより流量制御
しつつそれぞれの気化器２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃへ導入
して気化させる。気化した各原料ガスは、Ｈｅなどのキ
ャリアガスによりシャワーヘッド部６へ輸送されるよう
になっている。以降のＰＺＴ膜の成膜操作は、図９にて
説明したものと同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＰＺＴ
膜のヒステリシス特性やリーク特性などの、いわゆる電
気的特性を向上させるためには、ＰＺＴ膜中のＰｂ、Ｚ
ｒ及びＴｉの各組成比、例えばＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）を
ある特定の範囲内に維持する必要がある。しかしなが
ら、前記の従来の成膜装置及び成膜方法では、ＰＺＴ膜
中のＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各組成比の再現性を高く維持
することはかなり困難であった。例えば図９に示す装置
では、原料タンクから発生した原料ガスを流量制御器１
４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにより直接制御しているが、ＰＺ
Ｔなどの多元素系金属酸化物薄膜の原料になるような原
料ガスは、その蒸気圧が極めて低いものが多く、これら
原料がガス状であるためには原料タンクから流量制御
器、原料供給路、シャワーヘッド部、処理容器に至るま
で高温に維持しなければならない。このような理由か
ら、流量制御器は高温に耐えうる特殊な仕様でなければ
ならないが、特殊仕様であるがために流量制御の精度が
比較的劣る場合が多い。また、常に原料タンクが高温に
維持されているため、原料タンク内で原料が分解し易
く、仮に流量制御器で精度良く原料ガス流量を制御して
も、その原料ガスの中には成膜に寄与しないような分解
成分が含まれていることが多く、必ずしも期待した組成
の膜が成膜できるとは限らない。図９に示す装置では、
以上に述べたこれらの現象が、ＰＺＴ膜の膜中組成比再
現性の向上を阻害していた。図１０に示す装置では、原
料タンクが室温であるために原料の分解は比較的少な
く、また、原料の流量制御が液体流量制御器により室温
で行われるため、流量制御の精度が比較的良好という特
徴を持つ。しかし、分解の起こっていない液体原料を流
量精度良く気化器に供給できたとしても、ここで原料を
気化する際に、気化率のふらつき、脈動や気化率の極端
な低下といった現象が起こることがあり、やはり、必ず
しも期待した組成の膜が成膜できるとは限らない。図１
０に示す装置では、以上に述べたこれらの現象が、ＰＺ
Ｔ膜の膜中組成比再現性の向上を阻害していた。

【０００７】そこで、この問題点を解決するために図１
１に示すように、Ｐｂ原料とＺｒ原料とＴｉ原料の３つ
を所望の比率で混合させたＰｂ・Ｚｒ・Ｔｉ混合液体原
料を予め形成してこれを原料タンク２内に貯留し、この
混合液体原料を液体流量制御器２２で流量制御しつつ供
給して気化器２４にて気化し、混合原料ガスを発生させ
ることも行なわれている。この場合には、気化器におい
て気化率のふらつき、脈動や気化率の極端な低下といっ
た現象が起こったとしても、気化した原料の組成比自体
が大きく変化することが比較的少ないため、膜中の各元
素の組成比は一定となって再現性は良好になる。しか
し、異なる材料を用いる２段階成膜、例えばＰｂ原料と
Ｔｉ原料とを用いてＰＴＯ核付け処理を行ない、これに
引き続いてＰＺＴ膜の成膜を行なうような２段階成膜処
理の場合には、前記Ｐｂ・Ｚｒ・Ｔｉ混合液体原料の中
に、ＰＴＯ核付け処理には不要なＺｒ原料が混入されて
いるので、この核付け処理を行なうことができない、と
いう新たな問題があった。本発明の目的は、以上のよう
な問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案された
ものである。本発明の目的は、膜中の組成比の再現性を
向上させることができる成膜装置及び成膜方法を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、再現性を高
く維持しつつ複数段階の成膜処理を行なうことができる
成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、被処理体を載置する載置台を収容して真空引き可能
になされた処理容器と、成膜に用いられる複数の原料を
貯留する原料タンクと、前記原料タンク内の原料をガス
状態で前記処理容器へ向けて流す原料供給路と、前記原
料の流量を制御する流量制御器とを有する成膜装置にお
いて、前記ガス状態の原料に検査光を照射して吸収波長
及び吸収量を測定する光吸収測定手段と、この光吸収測
定手段の測定結果に基づいて前記流量制御器を制御する
流量制御器コントロール手段とを備えるようにしたもの
である。これにより、光吸収測定手段では原料供給路内
を処理容器に向けて流れて行く原料ガスに、検査光を照
射し、その吸収波長及び吸収量を測定する。この吸収波
長は原料の種類に依存し、吸収量はその原料ガスの存在
密度に依存しているので、この測定結果に基づいて流量
制御器コントロール手段は、流量制御器を制御する。こ
れにより常に予め定められた一定量の原料ガスを流すこ
とができるので膜中の組成比の再現性を高く維持するこ
とが可能となる。

【０００９】請求項２に規定するように、例えば前記光
吸収測定手段は、前記原料供給路に介設されて内部に原
料ガスを通す光透過セルと、前記検査光を発生する検査
光源と、前記光透過セルを透過した前記検査光を分光す
る分光器と、受光器とを有する。請求項３に規定するよ
うに、例えば前記光吸収測定手段は、前記複数の原料ガ
スが混合された混合原料ガス中に前記検査光を照射する
ようにしてもよい。これによれば、単独の原料ガス中に
検査光を照射する場合と比較して装置構成を簡単化する
ことが可能となる。請求項４に規定するように、例えば
前記光吸収測定手段は、感度校正を行なうために原料ガ
スを流さないダミー部を有しているようにしてもよい。
これによれば、測定値の感度校正を行なうことができる
ので、膜中の組成の再現性を一層向上させることが可能
となる。

【００１０】請求項５に規定するように、例えば前記複
数の原料は、Ｐｂ（ＤＰＭ）₂ とＺｒ（ｔ−ＯＣ₄ Ｈ
₉ ）₄ 、Ｚｒ（ＤＰＭ）₄ 、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）
₄ 、Ｚｒ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ）₄ 、Ｚｒ（Ｃ₅ ＨＦ₆ Ｏ₂ ）
₄ よりなる群から選択される１つと、及びＴｉ（ｉ−Ｏ
Ｃ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₂ （ＤＰＭ）₂
よりなる群から選択される１つとからなる有機金属原料
である。請求項６に規定する発明は、被処理体に対して
異なる組成の膜を複数段階で堆積させる成膜装置におい
て、被処理体を載置する載置台を収容して真空引き可能
になされた処理容器と、複数段階の各成膜時に同時に用
いられる複数の液体原料が混合状態で貯留された複数の
混合液体原料タンクと、前記各混合液体原料タンクから
前記処理容器に向けて混合液体原料を気化状態で搬送す
る原料供給路とを備えるようにしたものである。このよ
うに、複数段階の各成膜時に同時に用いられる複数の液
体原料をそれぞれ予め混合して複数の混合液体原料を作
製し、これを別々に混合液体原料タンク内に貯留するよ
うにしたので、複数段階の成膜処理を行なうことがで
き、しかも各膜中の組成比も安定しており、その再現性
を向上させることが可能となる。

【００１１】請求項７に規定するように、例えば前記原
料供給路には、前記各混合液体原料を気化させる共用気
化器が介設されている。これによれば、用いる気化器の
数を減らすことが可能となる。請求項８に規定するよう
に、例えば前記原料供給路に、前記各混合液体原料を個
別に気化させる専用気化器を介設させるようにしてもよ
い。これによれば、成膜に用いる原料を替える時に気化
器を洗浄等する必要がない。請求項９に規定する発明
は、請求項１に規定した成膜装置を用いて行なう方法発
明であり、複数の原料を気化させて原料ガスを形成し、
この原料ガスを用いて真空引き可能になされた処理容器
内にて被処理体に所定の成膜を行なう成膜方法におい
て、前記原料ガスに検査光を照射して前記原料ガスによ
る光吸収波長及び吸収量を検出する工程と、検出された
光吸収の波長と強度とに応じて前記各原料ガスの流量を
制御する工程とを有するようにしたものである。

【００１２】請求項１０に規定する発明は、請求項６に
規定した成膜装置を用いて行なう方法発明であり、成膜
時に同時に使用する複数の液体原料を予め混合して混合
液体原料を形成し、この混合液体原料を気化させて混合
原料ガスを形成し、この混合原料ガスを用いて真空引き
可能になされた処理容器内にて被処理体に所定の成膜を
行なう成膜方法において、予め複数種類の混合液体原料
を形成し、該混合液体原料を成膜順序に従って選択的に
前記処理容器へ向けて搬送するようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜装置及
び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は第１発明に係る成膜装置を示す構成図、図２は光
源の光強度及び原料の光吸収量の波長依存性を示すグラ
フ、図３は各原料の光吸収量を示すグラフである。ここ
では、原料として前述したＰｂ原料、Ｔｉ原料及びＺｒ
原料を用い、また、酸化ガスとしてＮＯ₂ ガスを用い
て、ＰＺＴ膜を成膜する場合を例にとって説明する。図
１において、図９に示した部材と同一部分については同
一符号を付して説明する。図示するようにこの成膜装置
３０においては、各原料タンク２Ａ、２Ｂ、２Ｃには、
それぞれＰｂ原料、Ｚｒ原料及びＴｉ原料が貯留され、
各加熱ヒータ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃにより加熱されて
いる。一般に、強誘電体などの酸化物薄膜を堆積するた
めに用いられる原料は、室温において固体もしくは粘性
を持つ液体であることが多いので、充分な蒸気圧が得ら
れるまで各原料を加熱して気化させ、これを処理容器４
へ導く手法が用いられる。本実施例では、Ｐｂ原料は１
００〜２００℃程度、Ｚｒ原料及びＴｉ原料はそれぞれ
５０〜１００℃程度に加熱されている。

【００１４】真空引き可能になされた処理容器４内に
は、加熱ヒータを内蔵した載置台２０が設けられ、この
上面に半導体ウエハＷを載置保持する。尚、ウエハＷが
加熱するために加熱ランプを用いるようにしてもよい。
この載置台２０に対向する天井部には、いわゆるポスト
ミックス構造のシャワーヘッド部６が設けられる。上記
各原料タンク２Ａ〜２Ｃとシャワーヘッド部６との間
は、それぞれ例えば配管よりなる原料供給路８、１０、
１２により接続され、各供給路８、１０、１２にはマス
フローコントローラのような流量制御器１４Ａ〜１４Ｃ
が介設される。また、流量制御器１４Ａ〜１４Ｃの上流
側の原料供給路８、１０、１２には、容器バルブ３２
Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが、また、下流側には配管バルブ３
４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃがそれぞれ介設されている。ま
た、この各配管バルブ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの直前の
上流側からは、途中にベントバルブ３６Ａ、３６Ｂ、３
６Ｃを介設したベント管３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃが介設
されている。

【００１５】また同様に、シャワーヘッド部６と図示し
ない酸化ガスタンクとを結ぶ酸化ガス供給路１８にも、
流量制御器１４Ｄ、容器バルブ３２Ｄ、配管バルブ３４
Ｄがそれぞれ介設され、ベントバルブ３６Ｄを介設した
ベント管３８Ｄが分岐されている。さて、本発明装置で
は、上記構成に加え、更に、各原料ガスの吸収波長及び
吸収量を測定する光吸収測定手段４０と、この測定結果
に基づいて上記各流量制御器１４Ａ〜１４Ｃ（１４Ｄは
除く）を制御する流量制御器コントロール手段４２を設
けている。具体的には、この光吸収測定手段４０は、各
原料供給路８、１０、１２に介設した光透過セル４４
Ａ、４４Ｂ、４４Ｃと、検査光を発生する検査光源４６
Ａ、４６Ｂ、４６Ｃと、各光透過セル４４Ａ〜４４Ｃと
を透過した検査光をスペクトルに分光する分光器４８
と、受光器５０を有している。

【００１６】上記各光透過セル４４Ａ〜４４Ｃは、その
内部に原料ガスを通過させることができるように、小さ
な容器状に作られており、各光透過セル４４Ａ〜４４Ｃ
には、例えばガラス製の光導入窓５２Ａ、５２Ｂ、５２
Ｃ及び光射出窓５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃがそれぞれ対向
させて設けてある。上記各検査光源４６Ａ〜４６Ｃは、
対応する原料ガスが吸収し得る波長を含んだ単色光を放
射するようになっている。上記各光射出窓５４Ａ〜５４
Ｃの外側と上記分光器４８との間は、それぞれ光ファイ
バ５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃで接続されており、透過した
検査光を各光ファイバ５６Ａ〜５６Ｃを介して分光器４
８へ導くようになっている。また、光検出の感度校正を
行なうためにダミー部として何ら原料ガスを流さないダ
ミーセル４４Ｄを併設しており、これにも光導入窓５２
Ｄ、光照射窓５４Ｃ、３つの検査光源４６Ａ、４６Ｂ、
４６Ｃ及び光ファイバ５６Ｄを設けている。この分光器
４８では、例えば時分割で各入力検査光から必要な波長
を選別する。また、上記受光器５０は、各原料ガスが吸
収し得る波長近傍にて感度を有している。

【００１７】次に、図２及び図３を参照して上記成膜装
置の動作原理について説明する。前述のように、各原料
ガスはそれぞれ異なった特異の吸収波長帯域を有してい
る。例えば図２（Ａ）に示すように、ある波長帯域にお
いて光強度が一定の検査光を検査光源より出力し、図２
（Ｂ）に示すようにこれを、中心波長λ１において吸収
波長帯域を有する原料ガス、例えばＰｂ原料ガスに通す
とここで光吸収が生じ、透過した検査光は、図２（Ｃ）
に示すように波長λ１で大きな光強度の低下を生ずる。
例えば図３に示すようにＰｂ原料ガス、Ｚｒ原料ガス及
びＴｉ原料ガスはそれぞれ異なる中心波長λ１、λ２及
びλ３で光吸収が生じている。Ｐｂ原料ガスに着目して
説明すると、この時の光強度の低下、すなわち光吸収量
はＰｂ原料ガスの存在密度に比例することになり、従っ
て、この光吸収量が常に一定になるように制御すれば原
料ガス量を常に一定量だけ安定して供給できることにな
る。尚、Ｐｂ原料、Ｚｒ原料、Ｔｉ原料の実際の吸収波
長領域は、それぞれおよそ、〜４００ｎｍ、〜２００ｎ
ｍ、〜３００ｎｍである。

【００１８】次に、本発明装置の動作を具体的に説明す
る。まず、各原料タンク２Ａ、２Ｂ、２Ｃからは加熱し
て蒸気化されたＰｂ原料ガス、Ｚｒ原料ガス及びＴｉ原
料ガスが、それぞれ流量制御器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ
により流量制御されつつ所定の流量で各原料供給路８、
１０、１２内を流れ、各光透過セル４４Ａ、４４Ｂ、４
４Ｃを通過した後にシャワーヘッド部６内に導入され、
これより処理容器４内に噴射される。ここで、各原料供
給路８、１０、１２内で原料ガスが再固化もしくは再液
化することを防止するために、各供給路には図示しない
ヒータ等が設置されており、Ｐｂ原料用の原料供給路８
は例えば１００〜２００℃程度に、ＺｒとＴｉ原料用の
原料供給路１０、１２は５０〜１５０℃程度にそれぞれ
加熱されている。この場合、加熱の対象は各容器バルブ
３２Ａ〜３２Ｃ、流量制御器１４Ａ〜１４Ｃ、ベント管
３８Ａ〜３８Ｃ及び光透過セル４４Ａ〜４４Ｃ等を含
む。

【００１９】これと同時に、ＮＯ₂ の酸化ガスも酸化剤
供給路１８内を流量制御されつつ流れ、シャワーヘッド
部６から処理容器４内へ噴射される。尚、ＮＯ₂ は減圧
された室温では気体であるが、処理容器４内へ噴射した
際に原料ガスを冷却しないように、これもヒータ等によ
り５０〜１５０℃程度に加熱される。Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ
の各原料ガスはＮＯ₂ ガスと処理容器４内で初めて混合
され、所定の温度及び圧力の所定の処理条件のもとで、
ＣＶＤ成膜処理がなされ、ウエハＷの表面にＰＺＴ膜を
堆積させる。ここで、流量制御器１４Ａ〜１４Ｃは、耐
熱性を有するように設計されてはいるが、常に動作が安
定しているとは限らず、特に１５０〜２００℃程度の高
温状態では動作が不安定になる恐れもある。また、ガス
流量を多めに設定した時も動作が不安定になり易い。し
かしながら、本発明においては、各光透過セル４４Ａ〜
４４Ｃにて常時ガスを監視してその結果を、各流量制御
器１４Ａ〜１４Ｃへフィードバックしているので、各原
料ガスの流量が安定し、膜中の元素の組成比が一定とな
り、再現性を高く維持することができる。具体的には、
各光透過セル４４Ａ〜４４Ｃにおいては検査光源４６Ａ
〜４６Ｃからそれぞれ検査光が光透過セル４４Ａ〜４４
Ｃに向けて照射されており、この時、セル内を流れてい
るガス種に依存して特定の波長で光吸収が起こり、その
吸収量はその時のガス存在密度に依存している。

【００２０】各セルを透過した検査光は各光ファイバ５
６Ａ〜５６Ｃにより分光器４８に導かれる。また、これ
と同時に、何らガスを流していないダミーセル４４Ｄに
おける透過検査光も、光ファイバ５６Ｄを介して分光器
４８に導かれる。この分光器４８及び受光器５０によ
り、各検査光の吸収波長及びその強度が測定される。そ
して、流量制御器コントロール手段４２は、上記光強度
から各波長の吸収量を求めてダミーセル５６Ｄからの測
定値により感度校正をする。この吸収量はガス流量に対
して比例関係にあることから、この感度校正後の吸収量
が一定になるように各流量制御器１４Ａ〜１４Ｃをコン
トロールすることになる。これにより、前述したように
各原料ガスの流量を常に一定量に安定化させることがで
き、膜中の元素組成比を均一化してその再現性を高く維
持することが可能となる。尚、各光射出窓５４Ａ〜５４
Ｄと対応する光ファイバ５６Ａ〜５６Ｄとの間に、例え
ば時分割用の開閉シャッタを設けるなどしてもよい。

【００２１】また、ここでは各検査光源４６Ａ〜４６Ｃ
として特定波長の単色光源を用いたが、これに替えて全
ての原料ガスの吸収波長をカバーすることができる広い
周波数帯域に亘って光を放射できる、例えば白色光源を
用いることができる。この場合には、図４に示すように
この白色光源５８から光ファイバ６０Ａ〜６０Ｄを用い
て各セル４４Ａ〜４４Ｄへ検査光を導くようにすればよ
い。この場合には検査光源を少なくすることができる。
更に、上記実施例では各原料供給路８、１０、１２にそ
れぞれ別個に光透過セル４４Ａ〜４４Ｃを設けたが、こ
れに替えて図５に示すように各原料供給路８、１０、１
２を一本にまとめて、或いはそのまま１つの光透過セル
４４Ａ中の混合原料ガス中に例えば白色光源５８より検
査光を照射するようにしてもよい。図示例ではダミーセ
ル４４Ｄも併設されている。この場合には、光透過セル
の数を削減することができる。

【００２２】この図５に示す例では上記光透過セル４４
Ａとしては、シャワーヘッド部６に内蔵されるガスミキ
シングルームを兼用させるようにしている。また、ここ
では原料タンク、例えば２Ｂとシャワーヘッド部６との
間の原料供給路１０に流量制御器、例えば１４Ｂを介設
した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、
図６に示すように、Ｈｅなどのキャリアガスで原料タン
ク２内の液体原料をバブリングして供給するような構成
の場合には、キャリアガス管６２に流量制御器１４を設
けるようにしてもよい。これによれば、流量制御器１４
として耐熱性のものを使わずに済むことができる。

【００２３】次に、第２発明について説明する。図７は
第２発明の成膜装置を示す構成図である。尚、図１１に
示す構成部分と同一部分については同一符号を付してそ
の説明を省略する。ここではウエハ表面にＰＺＴ膜を成
膜するために、最初にＰｂ原料とＴｉ原料とを用いてこ
の酸化物（ＰＴＯ）の結晶核を高真空で堆積させ、その
後、引き続いて本成膜としてＰｂ原料とＺｒ原料とＴｉ
原料とを用いてＰＺＴ膜を低真空で堆積させる。そのた
めに、予めＰｂ液体原料とＴｉ液体原料とを所定の比率
で混合させて第１の混合液体原料６３を作製してこれを
核付け用混合液体原料タンク６２に貯留しておく。この
場合、Ｐｂ液体原料とＴｉ液体原料の体積比は略１：１
程度である。また、本成膜用にＰｂ液体原料とＺｒ液体
原料とＴｉ液体原料とを所定の比率で混合させて第２の
混合液体原料６５を作製してこれを本成膜混合液体原料
タンク６４に貯留しておく。この場合、Ｐｂ液体原料と
Ｚｒ液体原料とＴｉ液体原料の体積比は略２：１：１で
ある。

【００２４】そして、第１の混合液体原料は、途中に液
体流量制御器２２Ａ及び気化器２４Ａを介設した原料供
給路８によりシャワーヘッド部６へ供給できるようにな
っている。また、本成膜用の混合液体原料タンク６４か
ら延びる原料供給路１０は、途中に液体流量制御器２２
Ｂを介設し、上記液体流量制御器２２Ａの直後の原料供
給路８に接合される。従って、上記気化器２４Ａは、第
１及び第２の混合液体原料６３、６５に共用されて共用
気化器として用いられる。各原料タンク６３、６５の直
ぐ下流側の原料供給路８、１０にはそれぞれのタンクバ
ルブ６６Ａ、６６Ｂが介設され、また、共用気化器２４
Ａの直ぐ上流側には途中に開閉弁６８Ａ及び流量制御器
７０Ａを介設した洗浄液管７２Ａが接続されている。ま
た、共用気化器２４Ａの下流側の原料供給路８には通路
開閉弁７４Ａが介設され、その直ぐ上流側からは途中に
ベント開閉弁７６Ａを介設したベント管７８Ａが分岐さ
れており、このベント管７８Ａは排気系８０に接続され
ている。また、共用気化器２４Ａには、途中に流量制御
器８２Ａ及びキャリアガス開閉弁８４Ａを介設したキャ
リアガス管８６Ａが接続されており、キャリアガスとし
て不活性ガス、例えばＨｅを流すようになっている。

【００２５】次に、以上のように構成された第２発明の
動作について説明する。まず、第１工程ではＰｂ原料と
Ｔｉ原料とにより結晶核を成長させるために、核付け用
混合液体原料タンク６２から圧送Ｈｅガスにより第１の
混合液体原料６３を圧送し、これを液体流量制御器２２
Ａにより所定量に流量制御しつつ共用気化器２４Ａへ導
入して気化させ、Ｐｂ原料とＴｉ原料の混合原料ガスを
作成する。尚、ここでは第２の混合液体原料６５の供給
は停止しておく。この混合原料ガスは、原料供給路８を
流下してシャワーヘッド部６から処理容器４内へ噴射さ
れる。これと同時に、酸化ガスであるＮＯ₂ ガスも流量
制御されつつシャワーヘッド部６から処理容器４内へ噴
射され、上記混合原料ガスと処理容器４内にて初めて混
合されてウエハＷの表面に結晶核を成長させることにな
る。

【００２６】この時の処理温度は４００〜６００℃程
度、処理圧力は１３．３Ｐａ以下の高真空であり、例え
ば１．３Ｐａ程度である。このようにして、結晶核の成
膜を完了したならば、一旦各ガスの供給を停止し、原料
供給路８内に残留する第１の混合液体原料を排除するた
めに、洗浄液管７２Ａから洗浄液を原料供給路８内に導
入して、共用気化器２４Ａ内も洗浄し、これをベント管
７８Ａを介して排気系８０へ排除する。このようにし
て、洗浄処理が完了したならば、次に、ＰＺＴ膜の本成
膜処理を行なう。ここでは、本成膜用混合液体原料タン
ク６４から加圧Ｈｅガスで第２の混合液体原料６５を原
料供給路１０内へ圧送し、これを液体流量制御器２２Ｂ
で流量制御しつつ共用気化器２４Ａ内へ導入して気化さ
せ、混合原料ガスを作成する。尚、ここでは、第１の混
合液体原料６３の供給を停止しているのは勿論である。

【００２７】上記Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ原料よりなる混合原
料ガスは、原料供給路８内を流下してシャワーヘッド部
６から処理容器４内へ噴射される。これと同時に、ＮＯ
₂ 酸化ガスもシャワーヘッド部６から処理容器４内へ噴
射され、このＮＯ₂ ガスが上記混合原料ガスと混合され
てウエハＷの表面の結晶核上にＰＺＴ膜を堆積すること
になる。この時の処理温度は４００〜６００℃程度、処
理圧力は１３．３Ｐａ以上の低真空状態である。このよ
うに、本発明では、予め所定の比率で各液体原料を混合
して必要な混合液体原料６３、６５を作製してあるの
で、膜中の元素の組成比は非常に安定しており、且つ再
現性の高い複数段階の成膜処理を行なうことができる。
また、気化器を共用することとしたので、この数も１つ
で済み、装置構成を簡単化することが可能となる。

【００２８】上記実施例では、上述のように気化器２４
Ａを共用したが、これに替えて、図８に示すように各混
合液体原料に対して専用の気化器を用いるようにしても
よい。すなわち、ここでは本成膜用の混合液体原料タン
ク６４から延びる原料供給路１０をシャワーヘッド部６
の直前まで延ばして他方の原料供給路８へ接続してい
る。尚、この原料供給路１０を直接シャワーヘッド部６
へ接続するようにしてもよい。そして、この原料供給路
１０にも、気化器２４Ｂ、通路開閉弁７４Ｂ、ベント用
開閉弁７６Ｂを介設したベント管７８Ｂ、流量制御器７
０Ｂ及び開閉弁６８Ｂを介設した洗浄液管７２Ｂを設け
る。更に、気化器２４Ｂには、途中に流量制御器８２
Ｂ、キャリアガス開閉弁８４Ｂを介設したキャリアガス
管８６Ｂを接続する。

【００２９】さて、この実施例においては、まず核付け
用混合液体原料タンク６２から第１の混合液体原料６３
を、一方の原料供給路８を介して圧送し、これを専用気
化器２４Ａにて気化させてシャワーヘッド部６より処理
容器４内へ導入する。そして、同時に供給されるＮＯ₂
酸化ガスと混合させて前述のように高真空下にて結晶核
を成長させる。この結晶核の成膜が完了したら、この第
１の混合液体原料６３の供給を停止し、次に、本成膜用
混合液体原料タンク６４から第２の混合液体原料６５
を、他方の原料供給路１０を介して圧送し、これを他方
の専用気化器２４Ｂにて気化させてシャワーヘッド部６
より処理容器４内へ導入する。そして、同時に供給され
るＮＯ₂ 酸化ガスと混合させて前述のように低真空下に
てＰＺＴ膜を堆積させることになる。この場合にも、膜
中の元素の組成比は非常に安定しており、且つ再現性の
高い複数段階の成膜処理を行なうことができる。また、
使用する気化器の数は、上記実施例よりも増加するが、
使用する原料を切り換える際にその洗浄を必要としない
ので、その分、スループットを向上させることが可能と
なる。

【００３０】上記第２発明においても、図示されていな
いが各原料供給路等には再固化もしくは再液化防止用の
ヒータが設置されているのは勿論である。尚、以上の各
実施例では、液体原料として、Ｐｂ原料、Ｚｒ原料、Ｔ
ｉ原料を用いた場合を例にとって説明したが、これに限
定されず、他の有機金属材料、例えばＢａ原料、Ｓｔ原
料、Ｔｉ原料を用いてＢＳＴ膜を堆積する場合、或いは
Ｓｔ原料、Ｂｉ原料、Ｔａ原料を用いてＳＢＴ膜を堆積
する場合等にも本発明を適用することができる。また、
酸化ガスとしてはＮＯ₂ に限定されず、Ｏ₂ 、Ｏ₃Ｎ₂
Ｏ等を用いてもよいのは勿論である。また、被処理体と
しては半導体ウエハに限定されず、例えばＬＣＤ基板、
ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。請求項１、２、５及び９に規定す
る発明によれば、光吸収測定手段により各原料ガスの供
給量をリアルタイムで測定し、この測定結果をフィード
バックして原料ガスの供給量を制御するようにしたの
で、これにより常に予め定められた一定量の原料ガスを
流すことができるので膜中の組成比の再現性を高く維持
することができる。請求項３に規定する発明によれば、
使用する光透過セルの数を少なくできるので、その分、
装置構成を簡単化できる。請求項４に規定する発明によ
れば、測定値の感度校正を行なうことができるので、膜
中の組成の再現性を一層向上させることができる。請求
項６及び１０に規定する発明によれば、複数段階の各成
膜時に同時に用いられる複数の液体原料をそれぞれ予め
混合して複数の混合液体原料を作製し、これを別々に混
合液体原料タンク内に貯留するようにしたので、複数段
階の成膜処理を行なうことができ、しかも各膜中の組成
比も安定しており、その再現性を向上させることができ
る。請求項７に規定する発明によれば、気化器を共用す
るようにしたので、用いる気化器の数を減らすことがで
きる。請求項８に規定する発明によれば、成膜に用いる
原料ガスを替える時に気化器を洗浄等する必要がなく、
その分スループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明に係る成膜装置を示す構成図である。

【図２】光源の光強度及び原料の光吸収量の波長依存性
を示すグラフである。

【図３】各原料の光吸収量を示すグラフである。

【図４】光吸収測定手段として白色光源を用いた時の構
成図である。

【図５】全体で１つの光透過セルを用いた時の状態を示
す構成図である。

【図６】液体原料をバブリングして原料ガスを生成する
時の状態を示す構成図である。

【図７】図７は第２発明の成膜装置を示す構成図であ
る。

【図８】第２発明の変形例を示す構成図である。

【図９】従来の成膜装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図１０】従来の他の成膜装置を示す概略構成図であ
る。

【図１１】図１０に示す成膜装置の変形例を示す図であ
る。

【符号の説明】

２Ａ，２Ｂ，２Ｃ原料タンク４処理容器６シャワーヘッド部８，１０，１２原料供給路２０載置台２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ液体流量制御器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ気化器３０成膜装置４０光吸収測定手段４２流量制御器コントロール手段４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ光透過セル４４Ｄダミーセル（ダミー部）４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ検査光源４８分光器５０受光器６２核付け用混合液体原料タンク６３第１の混合液体原料６４本成膜用混合液体原料タンク６５第２の混合液体原料Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神力博山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地東京エレクトロン株式会社総合研究所内 (72)発明者松本賢治山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地東京エレクトロン株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 4K030 AA11 EA01 HA15 JA05 KA39 KA41 5F045 AA04 AC07 AC11 AD08 AD09 AD10 AE15 AE17 BB04 BB08 EC08 EE02 EE04 EE05 EE12 EF05 EK07 EK11 GB07 5F058 BA20 BC20 BF04 BF27 BF29 BG02 BG10 5F083 FR01 GA30 JA15 PR21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を載置する載置台を収容して真
空引き可能になされた処理容器と、成膜に用いられる複
数の原料を貯留する原料タンクと、前記原料タンク内の
原料をガス状態で前記処理容器へ向けて流す原料供給路
と、前記原料の流量を制御する流量制御器とを有する成
膜装置において、前記原料供給路に介設されて前記ガス
状態の原料に検査光を照射して吸収波長及び吸収量を測
定する光吸収測定手段と、この光吸収測定手段の測定結
果に基づいて前記流量制御器を制御する流量制御器コン
トロール手段とを備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記光吸収測定手段は、内部に原料ガス
を通す光透過セルと、前記検査光を発生する検査光源
と、前記光透過セルを透過した前記検査光を分光する分
光器と、受光器とを有することを特徴とする請求項１記
載の成膜装置。
【請求項３】前記光吸収測定手段は、前記複数の原料
ガスが混合された混合原料ガス中に前記検査光を照射す
ることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項４】前記光吸収測定手段は、感度校正を行な
うために原料ガスを流さないダミー部を有していること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜装
置。
【請求項５】前記複数の原料は、Ｐｂ（ＤＰＭ）₂ と
Ｚｒ（ｔ−ＯＣ₄ Ｈ₉ ）₄ 、Ｚｒ（ＤＰＭ）₄ 、Ｚｒ
（ｉ−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｚｒ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ）₄ 、Ｚｒ
（Ｃ₅ ＨＦ₆ Ｏ₂ ）₄ よりなる群から選択される１つ
と、及びＴｉ（ｉ−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃
Ｈ₇ ）₂ （ＤＰＭ）₂ よりなる群から選択される１つと
からなる有機金属原料であることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】被処理体に対して異なる組成の膜を複数
段階で堆積させる成膜装置において、被処理体を載置す
る載置台を収容して真空引き可能になされた処理容器
と、複数段階の各成膜時に同時に用いられる複数の液体
原料が混合状態で貯留された複数の混合液体原料タンク
と、前記各混合液体原料タンクから前記処理容器に向け
て混合液体原料を気化状態で搬送する原料供給路とを備
えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項７】前記原料供給路には、前記各混合液体原
料を気化させる共用気化器が介設されていることを特徴
とする請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】前記原料供給路には、前記各混合液体原
料を個別に気化させる専用気化器が介設されていること
を特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【請求項９】複数の原料を気化させて原料ガスを形成
し、この原料ガスを用いて真空引き可能になされた処理
容器内にて被処理体に所定の成膜を行なう成膜方法にお
いて、前記原料ガスに検査光を照射して前記原料ガスに
よる光吸収波長を検出する工程と、検出された光吸収の
波長と強度とに応じて前記各原料ガスの流量を制御する
工程とを有することを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】成膜時に同時に使用する複数の液体原
料を予め混合して混合液体原料を形成し、この混合液体
原料を気化させて混合原料ガスを形成し、この混合原料
ガスを用いて真空引き可能になされた処理容器内にて被
処理体に所定の成膜を行なう成膜方法において、予め複
数種類の混合液体原料を形成し、該混合液体原料を成膜
順序に従って選択的に前記処理容器へ向けて搬送するよ
うにしたことを特徴とする成膜方法。