JP2003023005A - 化学気相成長法による膜堆積装置および膜堆積方法 - Google Patents
化学気相成長法による膜堆積装置および膜堆積方法Info
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- JP2003023005A JP2003023005A JP2001206513A JP2001206513A JP2003023005A JP 2003023005 A JP2003023005 A JP 2003023005A JP 2001206513 A JP2001206513 A JP 2001206513A JP 2001206513 A JP2001206513 A JP 2001206513A JP 2003023005 A JP2003023005 A JP 2003023005A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓｉ基板上に金属酸化薄膜からなる誘電率の
高い材料（High-k）をＳｉ基板との界面を酸化すること
なく小型で、かつ、コスト安に得ることができる化学気
相成長法による薄膜堆積装置および堆積方法を提供する
こと。 【解決手段】 Ｓｉ基板２０上に金属酸化膜１０からな
る誘電率の高い材料を成膜するための化学気相成長法に
よる膜堆積方法であって、反応室２に前記金属酸化膜１
０の原料ガスＧと還元性ガスＨ2 を導入してＳｉ基板２
０上に金属層９を堆積し、続いて、前記還元性ガスＨ2
を酸化ガスＯ2 に切替えて前記反応室２に前記酸化ガス
Ｏ2 を導入し、前記金属酸化膜１０を堆積する。
高い材料（High-k）をＳｉ基板との界面を酸化すること
なく小型で、かつ、コスト安に得ることができる化学気
相成長法による薄膜堆積装置および堆積方法を提供する
こと。 【解決手段】 Ｓｉ基板２０上に金属酸化膜１０からな
る誘電率の高い材料を成膜するための化学気相成長法に
よる膜堆積方法であって、反応室２に前記金属酸化膜１
０の原料ガスＧと還元性ガスＨ2 を導入してＳｉ基板２
０上に金属層９を堆積し、続いて、前記還元性ガスＨ2
を酸化ガスＯ2 に切替えて前記反応室２に前記酸化ガス
Ｏ2 を導入し、前記金属酸化膜１０を堆積する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、化学気相成長法
による膜堆積装置および膜堆積方法に関する。
による膜堆積装置および膜堆積方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】Ｓｉ
基板上に金属酸化膜からなる誘電率の高い材料（High-k
材料）を成膜する場合、その金属酸化膜とＳｉ基板の界
面にシリコン酸化物層ができてしまい有効的な誘電率が
低下してしまう問題があった。
基板上に金属酸化膜からなる誘電率の高い材料（High-k
材料）を成膜する場合、その金属酸化膜とＳｉ基板の界
面にシリコン酸化物層ができてしまい有効的な誘電率が
低下してしまう問題があった。
【０００３】そのため、Ｓｉ基板上に一旦、薄い金属層
を敷き、その上に改めてその金属層の酸化物（金属酸化
膜）を堆積させる手段が行われている。しかし、Ｓｉ基
板上への前記金属層の成膜と、さらにその上への前記金
属酸化膜の成膜は別の反応室で行われており、さらに、
その反応室間の前記Ｓｉ基板の搬送は真空中で行わなけ
ればならない。よって、装置自体も大きなものとなり、
かつ、装置の値段も非常に高くなるという問題がある。
を敷き、その上に改めてその金属層の酸化物（金属酸化
膜）を堆積させる手段が行われている。しかし、Ｓｉ基
板上への前記金属層の成膜と、さらにその上への前記金
属酸化膜の成膜は別の反応室で行われており、さらに、
その反応室間の前記Ｓｉ基板の搬送は真空中で行わなけ
ればならない。よって、装置自体も大きなものとなり、
かつ、装置の値段も非常に高くなるという問題がある。
【０００４】例えば、誘電率の高いＡｌ2 Ｏ 3薄膜を得
るのに、Ｓｉ基板上にＡｌ金属層をスパッタリングによ
り成膜し、そのＡｌ金属層上にＡｌ2 Ｏ 3薄膜を化学気
相成長法（ＣＶＤ法：Chemical Vapour Deposition）に
より成膜しているので、スパッタリングのための反応室
と化学気相成長のための反応室が必要である。
るのに、Ｓｉ基板上にＡｌ金属層をスパッタリングによ
り成膜し、そのＡｌ金属層上にＡｌ2 Ｏ 3薄膜を化学気
相成長法（ＣＶＤ法：Chemical Vapour Deposition）に
より成膜しているので、スパッタリングのための反応室
と化学気相成長のための反応室が必要である。
【０００５】この発明は上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的は、Ｓｉ基板上に金属酸化薄膜からな
る誘電率の高い材料（High-k）をＳｉ基板との界面を酸
化することなく小型で、かつ、コスト安に得ることがで
きる化学気相成長法による薄膜堆積装置および堆積方法
を提供することである。
もので、その目的は、Ｓｉ基板上に金属酸化薄膜からな
る誘電率の高い材料（High-k）をＳｉ基板との界面を酸
化することなく小型で、かつ、コスト安に得ることがで
きる化学気相成長法による薄膜堆積装置および堆積方法
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、Ｓｉ基板上に金属酸化膜からなる誘電
率の高い材料を成膜する化学気相成長法による膜堆積装
置であって、前記金属酸化膜の原料ガスの導入路に連通
している反応室に、還元性ガスの導入路と酸化ガスの導
入路とを切替え可能に接続してあることを特徴とする化
学気相成長法による膜堆積装置を提供する。
に、この発明は、Ｓｉ基板上に金属酸化膜からなる誘電
率の高い材料を成膜する化学気相成長法による膜堆積装
置であって、前記金属酸化膜の原料ガスの導入路に連通
している反応室に、還元性ガスの導入路と酸化ガスの導
入路とを切替え可能に接続してあることを特徴とする化
学気相成長法による膜堆積装置を提供する。
【０００７】また、この発明は別の観点から、Ｓｉ基板
上に金属酸化膜からなる誘電率の高い材料を成膜するた
めの化学気相成長法による膜堆積方法であって、反応室
に前記金属酸化膜の原料ガスと還元性ガスを導入してＳ
ｉ基板上に金属層を堆積し、続いて、前記還元性ガスを
酸化ガスに切替えて前記反応室に前記酸化ガスを導入
し、前記金属酸化膜を堆積することを特徴とする化学気
相成長法による膜堆積方法を提供する。
上に金属酸化膜からなる誘電率の高い材料を成膜するた
めの化学気相成長法による膜堆積方法であって、反応室
に前記金属酸化膜の原料ガスと還元性ガスを導入してＳ
ｉ基板上に金属層を堆積し、続いて、前記還元性ガスを
酸化ガスに切替えて前記反応室に前記酸化ガスを導入
し、前記金属酸化膜を堆積することを特徴とする化学気
相成長法による膜堆積方法を提供する。
【０００８】この発明の金属酸化膜（後述する）の原料
としては、（１）例えばＡｌ，Ｂｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｃ
ｏ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎ
ｉ，Ｔａ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｙ，Ｚｎ，Ｚｒなどのいず
れかの元素を含むアルキル金属と、（２）例えばＡｌ，
Ｂｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｓ
ｒ，Ｔａ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒなどのいずれかの元
素を含む金属アルコキシドと、（３）例えばＡｌ，Ｂ
ｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｐ
ｂ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｙ，Ｚｎ，
Ｚｒなどのいずれかの元素を含むβジケトン金属とに大
別できる。
としては、（１）例えばＡｌ，Ｂｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｃ
ｏ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎ
ｉ，Ｔａ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｙ，Ｚｎ，Ｚｒなどのいず
れかの元素を含むアルキル金属と、（２）例えばＡｌ，
Ｂｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｓ
ｒ，Ｔａ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒなどのいずれかの元
素を含む金属アルコキシドと、（３）例えばＡｌ，Ｂ
ｉ，Ｃｄ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｉｎ，Ｆｅ，Ｐ
ｂ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｙ，Ｚｎ，
Ｚｒなどのいずれかの元素を含むβジケトン金属とに大
別できる。
【０００９】この発明の金属層は、反応室に後述する金
属酸化膜の原料ガスと還元性ガスを導入して還元反応さ
せることによりＳｉ基板上に堆積される。前記金属層
は、前記アルキル金属や金属アルコキシド、あるいは、
βジケトン金属を構成する上述した各種元素のいずれか
よりなる。この金属層は、基板温度、反応室内の圧力、
原料ガスや還元性ガスの導入流量などの諸条件に応じて
金属原子一層分に相当する厚みに薄く堆積したり、ま
た、金属原子多層分に相当する厚みに堆積したりするこ
とが可能である。
属酸化膜の原料ガスと還元性ガスを導入して還元反応さ
せることによりＳｉ基板上に堆積される。前記金属層
は、前記アルキル金属や金属アルコキシド、あるいは、
βジケトン金属を構成する上述した各種元素のいずれか
よりなる。この金属層は、基板温度、反応室内の圧力、
原料ガスや還元性ガスの導入流量などの諸条件に応じて
金属原子一層分に相当する厚みに薄く堆積したり、ま
た、金属原子多層分に相当する厚みに堆積したりするこ
とが可能である。
【００１０】そして、Ｓｉ基板上に所定の厚みの前記金
属層を得た後、前記原料ガスの反応室への導入を止める
ことなく反応室への導入ガスを前記還元性ガスから酸化
ガスに切替えることにより反応室に酸化ガスを導入し
て、例えば、Ａｌ2 Ｏ 3、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ
2 、Ｂｉ2 Ｏ 3などの前記金属酸化膜からなる誘電率の
高い材料を前記金属層を介してＳｉ基板上に堆積する。
前記金属酸化膜からなる誘電率の高い材料は、基板温
度、反応室内の圧力、原料ガスや還元性ガスの導入流量
などの諸条件に応じて前記金属層上に所定の厚みに堆積
される。前記金属酸化膜は薄膜であるのが好ましい。
属層を得た後、前記原料ガスの反応室への導入を止める
ことなく反応室への導入ガスを前記還元性ガスから酸化
ガスに切替えることにより反応室に酸化ガスを導入し
て、例えば、Ａｌ2 Ｏ 3、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ
2 、Ｂｉ2 Ｏ 3などの前記金属酸化膜からなる誘電率の
高い材料を前記金属層を介してＳｉ基板上に堆積する。
前記金属酸化膜からなる誘電率の高い材料は、基板温
度、反応室内の圧力、原料ガスや還元性ガスの導入流量
などの諸条件に応じて前記金属層上に所定の厚みに堆積
される。前記金属酸化膜は薄膜であるのが好ましい。
【００１１】なお、前記誘電率の高い材料（High-k材
料）とは、約２０以上の誘電率を持つものを言う。
料）とは、約２０以上の誘電率を持つものを言う。
【００１２】この発明において、前記金属酸化膜の原料
ガス（常温）としては、例えば以下のものを挙げること
ができる。
ガス（常温）としては、例えば以下のものを挙げること
ができる。
【００１３】（１）前記アルキル金属よりなる原料ガ
ス：Ａｌを含む原料ガス： Ａｌ（Ｃ2 Ｈ 5）3 ，Ａｌ（ＣＨ
3 ）3 ，Ａｌ（ｉ−Ｃ4 Ｈ 9）3 ，Ａｌ（ＣＨ3 ）Ｈ2 Ｂｉを含む原料ガス： Ｂｉ（ＣＨ3 ）3 ，Ｂｉ（Ｃ2 Ｈ
5）3 ，Ｂｉ（Ｃ6 Ｈ 5）3 Ｃｄを含む原料ガス： Ｃｄ（ＣＨ3 ）3 Ｃｒを含む原料ガス： Ｃｒ（Ｃ2 Ｈ 5）3 Ｃｏを含む原料ガス： Ｃｏ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｇａを含む原料ガス： Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ，Ｇａ（Ｃ2 Ｈ
5）3 Ｇｅを含む原料ガス： Ｇｅ（ＣＨ3 ）4 ，Ｇｅ（Ｃ2 Ｈ
5）4 ，Ｇｅ（Ｃ6 Ｈ 5）4 Ｉｎを含む原料ガス： Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ，Ｉｎ（Ｃ2 Ｈ
5）3 Ｆｅを含む原料ガス： Ｆｅ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｐｂを含む原料ガス： Ｐｂ（ＣＨ3 ）4 ，Ｐｂ（Ｃ2 Ｈ
5）4 ，Ｐｂ（Ｃ6 Ｈ 5）4 Ｍｇを含む原料ガス： Ｍｇ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｍｎを含む原料ガス： Ｍｎ（Ｃ 5Ｈ 5）2 ，Ｍｎ（ＣＨ
3 Ｃ 5Ｈ4 ）2 Ｎｉを含む原料ガス： Ｎｉ（Ｃ 5Ｈ 5）2 ，Ｎｉ（ＣＨ
3 Ｃ 5Ｈ4 ）2 Ｔａを含む原料ガス： Ｔａ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］ 5 ，Ｔ
ａ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｈ3 Ｓｎを含む原料ガス： Ｓｎ（ＣＨ3 ）4 ，Ｓｎ（Ｃ2 Ｈ
5）4 Ｔｉを含む原料ガス： Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］ 5 Ｖを含む原料ガス： Ｖ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｙを含む原料ガス： Ｙ（Ｃ 5Ｈ 5）3 ，Ｙ（ＣＨ3 Ｃ 5
Ｈ4 ）3 Ｚｎを含む原料ガス： Ｚｎ（ＣＨ3 ）2 ，Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ
5）2 Ｚｒを含む原料ガス： Ｚｒ（ＢＨ4 ）4 ，Ｚｒ［Ｎ（Ｃ
Ｈ3 ）2 ］4 ，Ｚｒ［Ｎ（Ｃ2 Ｈ 5）2 ］4
ス：Ａｌを含む原料ガス： Ａｌ（Ｃ2 Ｈ 5）3 ，Ａｌ（ＣＨ
3 ）3 ，Ａｌ（ｉ−Ｃ4 Ｈ 9）3 ，Ａｌ（ＣＨ3 ）Ｈ2 Ｂｉを含む原料ガス： Ｂｉ（ＣＨ3 ）3 ，Ｂｉ（Ｃ2 Ｈ
5）3 ，Ｂｉ（Ｃ6 Ｈ 5）3 Ｃｄを含む原料ガス： Ｃｄ（ＣＨ3 ）3 Ｃｒを含む原料ガス： Ｃｒ（Ｃ2 Ｈ 5）3 Ｃｏを含む原料ガス： Ｃｏ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｇａを含む原料ガス： Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ，Ｇａ（Ｃ2 Ｈ
5）3 Ｇｅを含む原料ガス： Ｇｅ（ＣＨ3 ）4 ，Ｇｅ（Ｃ2 Ｈ
5）4 ，Ｇｅ（Ｃ6 Ｈ 5）4 Ｉｎを含む原料ガス： Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ，Ｉｎ（Ｃ2 Ｈ
5）3 Ｆｅを含む原料ガス： Ｆｅ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｐｂを含む原料ガス： Ｐｂ（ＣＨ3 ）4 ，Ｐｂ（Ｃ2 Ｈ
5）4 ，Ｐｂ（Ｃ6 Ｈ 5）4 Ｍｇを含む原料ガス： Ｍｇ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｍｎを含む原料ガス： Ｍｎ（Ｃ 5Ｈ 5）2 ，Ｍｎ（ＣＨ
3 Ｃ 5Ｈ4 ）2 Ｎｉを含む原料ガス： Ｎｉ（Ｃ 5Ｈ 5）2 ，Ｎｉ（ＣＨ
3 Ｃ 5Ｈ4 ）2 Ｔａを含む原料ガス： Ｔａ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］ 5 ，Ｔ
ａ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｈ3 Ｓｎを含む原料ガス： Ｓｎ（ＣＨ3 ）4 ，Ｓｎ（Ｃ2 Ｈ
5）4 Ｔｉを含む原料ガス： Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］ 5 Ｖを含む原料ガス： Ｖ（Ｃ 5Ｈ 5）2 Ｙを含む原料ガス： Ｙ（Ｃ 5Ｈ 5）3 ，Ｙ（ＣＨ3 Ｃ 5
Ｈ4 ）3 Ｚｎを含む原料ガス： Ｚｎ（ＣＨ3 ）2 ，Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ
5）2 Ｚｒを含む原料ガス： Ｚｒ（ＢＨ4 ）4 ，Ｚｒ［Ｎ（Ｃ
Ｈ3 ）2 ］4 ，Ｚｒ［Ｎ（Ｃ2 Ｈ 5）2 ］4
【００１４】（２）前記金属アルコキシドよりなる原料
ガス：Ａｌを含む原料ガス： Ａｌ（ＯＣ2 Ｈ 5）3 ，Ａｌ（Ｏ
ＣＨ3 ）3 ，Ａｌ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 Ｂｉを含む原料ガス： Ｂｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ，Ｂｉ
（ＯＣ2 Ｈ 5）3 Ｇａを含む原料ガス： Ｇａ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ，Ｇａ
（ＯＣ2 Ｈ 5）3 Ｇｅを含む原料ガス： Ｇｅ（ＯＣＨ3 ）4 ，Ｇｅ（ＯＣ
2 Ｈ 5）4 ，Ｇｅ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 Ｆｅを含む原料ガス： Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3 ，Ｆｅ（ＯＣ
2 Ｈ 5）3 Ｍｇを含む原料ガス： Ｍｇ（ＯＣＨ3 ）2 ，Ｍｇ（ＯＣ
2 Ｈ 5）2 ，Ｍｇ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2 Ｍｎを含む原料ガス： Ｍｎ（ＯＣＨ3 ）2 ，Ｍｎ（ＯＣ
2 Ｈ 5）2 Ｎｂを含む原料ガス： Ｎｂ（ＯＣＨ3 ）5 ，Ｎｂ（ＯＣ
2 Ｈ 5）5 ，Ｎｂ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）5 Ｎｉを含む原料ガス： Ｎｉ（Ｃ 5Ｈ 5）2 ，Ｎｉ（ＣＨ
3 Ｃ 5Ｈ4 ）2 Ｓｒを含む原料ガス： Ｓｒ（ＯＣ2 Ｈ 5）2 Ｔａを含む原料ガス： Ｔａ（ＯＣＨ3 ）5 ，Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ 5）5 ，Ｔａ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）5 Ｓｎを含む原料ガス： Ｓｎ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ，Ｓｎ
（ＯＣ2 Ｈ 5）4 Ｔｉを含む原料ガス： Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ，Ｔｉ
（ＯＣＨ3 ）4 ，Ｔｉ（ＯＣ2 Ｈ 5）4 Ｚｎを含む原料ガス： Ｚｎ（ＯＣＨ3 ）2 ，Ｚｎ（ＯＣ
2 Ｈ 5）2 Ｚｒを含む原料ガス： Ｚｒ（ＯＣ2 Ｈ 5）4 ，Ｚｒ（ｉ
−ＯＣ3 Ｈ7 ）4
ガス：Ａｌを含む原料ガス： Ａｌ（ＯＣ2 Ｈ 5）3 ，Ａｌ（Ｏ
ＣＨ3 ）3 ，Ａｌ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 Ｂｉを含む原料ガス： Ｂｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ，Ｂｉ
（ＯＣ2 Ｈ 5）3 Ｇａを含む原料ガス： Ｇａ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ，Ｇａ
（ＯＣ2 Ｈ 5）3 Ｇｅを含む原料ガス： Ｇｅ（ＯＣＨ3 ）4 ，Ｇｅ（ＯＣ
2 Ｈ 5）4 ，Ｇｅ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 Ｆｅを含む原料ガス： Ｆｅ（ＯＣＨ3 ）3 ，Ｆｅ（ＯＣ
2 Ｈ 5）3 Ｍｇを含む原料ガス： Ｍｇ（ＯＣＨ3 ）2 ，Ｍｇ（ＯＣ
2 Ｈ 5）2 ，Ｍｇ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2 Ｍｎを含む原料ガス： Ｍｎ（ＯＣＨ3 ）2 ，Ｍｎ（ＯＣ
2 Ｈ 5）2 Ｎｂを含む原料ガス： Ｎｂ（ＯＣＨ3 ）5 ，Ｎｂ（ＯＣ
2 Ｈ 5）5 ，Ｎｂ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）5 Ｎｉを含む原料ガス： Ｎｉ（Ｃ 5Ｈ 5）2 ，Ｎｉ（ＣＨ
3 Ｃ 5Ｈ4 ）2 Ｓｒを含む原料ガス： Ｓｒ（ＯＣ2 Ｈ 5）2 Ｔａを含む原料ガス： Ｔａ（ＯＣＨ3 ）5 ，Ｔａ（ＯＣ
2 Ｈ 5）5 ，Ｔａ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）5 Ｓｎを含む原料ガス： Ｓｎ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ，Ｓｎ
（ＯＣ2 Ｈ 5）4 Ｔｉを含む原料ガス： Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ，Ｔｉ
（ＯＣＨ3 ）4 ，Ｔｉ（ＯＣ2 Ｈ 5）4 Ｚｎを含む原料ガス： Ｚｎ（ＯＣＨ3 ）2 ，Ｚｎ（ＯＣ
2 Ｈ 5）2 Ｚｒを含む原料ガス： Ｚｒ（ＯＣ2 Ｈ 5）4 ，Ｚｒ（ｉ
−ＯＣ3 Ｈ7 ）4
【００１５】（３）前記βジケトン金属よりなる原料ガ
ス：Ａｌを含む原料ガス： Ａｌ（ＤＰＭ）3 ここで、ＤＰＭ：（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）ジピバロイルメタン
の略（以下同様）Ｂｉを含む原料ガス： Ｂｉ（ＤＰＭ）3 Ｃｄを含む原料ガス： Ｃｄ（ＤＰＭ）2 Ｃｒを含む原料ガス： Ｃｒ（ＤＰＭ）3 Ｃｏを含む原料ガス： Ｃｏ（ＤＰＭ）3 Ｇａを含む原料ガス： Ｇａ（ＤＰＭ）3 Ｈｆを含む原料ガス： Ｈｆ（ＤＰＭ）4 Ｉｎを含む原料ガス： Ｉｎ（ＤＰＭ）3 Ｆｅを含む原料ガス： Ｆｅ（ＤＰＭ）3 Ｐｂを含む原料ガス： Ｐｂ（ＤＰＭ）2 Ｍｇを含む原料ガス： Ｍｇ（ＤＰＭ）2 Ｍｎを含む原料ガス： Ｍｎ（ＤＰＭ）2 Ｎｉを含む原料ガス： Ｎｉ（ＤＰＭ）2 Ｓｒを含む原料ガス： Ｓｒ（ＤＰＭ）2 Ｓｎを含む原料ガス： Ｓｎ（ＤＰＭ）4 Ｔｉを含む原料ガス： Ｔｉ（ＤＰＭ）4 Ｙを含む原料ガス： Ｙ（ＤＰＭ）3 Ｚｎを含む原料ガス： Ｚｎ（ＤＰＭ）2 Ｚｒを含む原料ガス： Ｚｒ（ＤＰＭ）4
ス：Ａｌを含む原料ガス： Ａｌ（ＤＰＭ）3 ここで、ＤＰＭ：（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）ジピバロイルメタン
の略（以下同様）Ｂｉを含む原料ガス： Ｂｉ（ＤＰＭ）3 Ｃｄを含む原料ガス： Ｃｄ（ＤＰＭ）2 Ｃｒを含む原料ガス： Ｃｒ（ＤＰＭ）3 Ｃｏを含む原料ガス： Ｃｏ（ＤＰＭ）3 Ｇａを含む原料ガス： Ｇａ（ＤＰＭ）3 Ｈｆを含む原料ガス： Ｈｆ（ＤＰＭ）4 Ｉｎを含む原料ガス： Ｉｎ（ＤＰＭ）3 Ｆｅを含む原料ガス： Ｆｅ（ＤＰＭ）3 Ｐｂを含む原料ガス： Ｐｂ（ＤＰＭ）2 Ｍｇを含む原料ガス： Ｍｇ（ＤＰＭ）2 Ｍｎを含む原料ガス： Ｍｎ（ＤＰＭ）2 Ｎｉを含む原料ガス： Ｎｉ（ＤＰＭ）2 Ｓｒを含む原料ガス： Ｓｒ（ＤＰＭ）2 Ｓｎを含む原料ガス： Ｓｎ（ＤＰＭ）4 Ｔｉを含む原料ガス： Ｔｉ（ＤＰＭ）4 Ｙを含む原料ガス： Ｙ（ＤＰＭ）3 Ｚｎを含む原料ガス： Ｚｎ（ＤＰＭ）2 Ｚｒを含む原料ガス： Ｚｒ（ＤＰＭ）4
【００１６】この発明における還元性ガスとしては、Ｈ
2 （水素）を挙げることができる。
2 （水素）を挙げることができる。
【００１７】この発明における酸化ガスとしては、Ｏ2
（酸素）、Ｏ3 （オゾン）、Ｎ2 Ｏ（一酸化窒素）、Ｈ
2 Ｏ（水蒸気）のいずれかを挙げることができる。
（酸素）、Ｏ3 （オゾン）、Ｎ2 Ｏ（一酸化窒素）、Ｈ
2 Ｏ（水蒸気）のいずれかを挙げることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を、図
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１９】図１〜図３は、化学気相成長法（ＣＶＤ
法：Chemical Vapour Deposition）による膜堆積装置１
において、成膜方法をコントロールすることによって金
属酸化薄膜からなる誘電率の高い材料（High-k材料薄
膜）をＳｉ基板上にエピタキシャル（配向）成長させる
ようにしたこの発明の一実施形態を示す。
法：Chemical Vapour Deposition）による膜堆積装置１
において、成膜方法をコントロールすることによって金
属酸化薄膜からなる誘電率の高い材料（High-k材料薄
膜）をＳｉ基板上にエピタキシャル（配向）成長させる
ようにしたこの発明の一実施形態を示す。
【００２０】すなわち、この実施形態では、前記High-k
材料薄膜として挙げられるＡｌ2 Ｏ 3、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、ＨｆＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ 3などの金属酸化薄膜のう
ち、Ｓｉ基板のＳｉの結晶方位に則したＡｌ2 Ｏ 3薄膜
を得るものである。
材料薄膜として挙げられるＡｌ2 Ｏ 3、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、ＨｆＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ 3などの金属酸化薄膜のう
ち、Ｓｉ基板のＳｉの結晶方位に則したＡｌ2 Ｏ 3薄膜
を得るものである。
【００２１】図１において、前記膜堆積装置（以下、Ｃ
ＶＤ装置という）１は、Ｓｉ基板２０上にＡｌ2 Ｏ 3薄
膜（金属酸化薄膜の一例）１０からなる誘電率の高い材
料（High-k材料薄膜）を成膜するために用いられる装置
である。Ａｌ2 Ｏ 3薄膜１０の原料は、沸点が−２０℃
程度の液体原料〔例えばＡｌ（Ｃ2 Ｈ 5）3 〕１５であ
るが、常温ではガスとなっている。このガス化したもの
を以下原料ガスＧという。この原料ガスＧは、Ａｌ（Ｃ
2 Ｈ 5）3 よりなるガスを用いている。
ＶＤ装置という）１は、Ｓｉ基板２０上にＡｌ2 Ｏ 3薄
膜（金属酸化薄膜の一例）１０からなる誘電率の高い材
料（High-k材料薄膜）を成膜するために用いられる装置
である。Ａｌ2 Ｏ 3薄膜１０の原料は、沸点が−２０℃
程度の液体原料〔例えばＡｌ（Ｃ2 Ｈ 5）3 〕１５であ
るが、常温ではガスとなっている。このガス化したもの
を以下原料ガスＧという。この原料ガスＧは、Ａｌ（Ｃ
2 Ｈ 5）3 よりなるガスを用いている。
【００２２】２は、ＣＶＤ装置１の反応室で、Ｓｉ基板
２０がこれを所定の温度に温調するためのヒータ４と共
に収容されている。反応室２の内部は真空ポンプ３によ
って所定の真空圧に制御されている。反応室２は、上部
に設けたガス導入口２ａを介してガス導入のためのノズ
ル５を有する。
２０がこれを所定の温度に温調するためのヒータ４と共
に収容されている。反応室２の内部は真空ポンプ３によ
って所定の真空圧に制御されている。反応室２は、上部
に設けたガス導入口２ａを介してガス導入のためのノズ
ル５を有する。
【００２３】前記反応室２は、図示しない質量流量コン
トローラ（マスフローコントローラ）で所定流量に制御
される前記原料ガスＧの導入路６と、図示しない質量流
量コントローラ（マスフローコントローラ）で所定流量
に制御される還元性ガス（Ｈ 2 ）の導入路７と、図示し
ない質量流量コントローラ（マスフローコントローラ）
で所定流量に制御される酸化ガス（例えばＯ2 ）の導入
路８に接続されている。前記各導入路６，７，８は、前
記ノズル５を介して反応室２内に連通している。
トローラ（マスフローコントローラ）で所定流量に制御
される前記原料ガスＧの導入路６と、図示しない質量流
量コントローラ（マスフローコントローラ）で所定流量
に制御される還元性ガス（Ｈ 2 ）の導入路７と、図示し
ない質量流量コントローラ（マスフローコントローラ）
で所定流量に制御される酸化ガス（例えばＯ2 ）の導入
路８に接続されている。前記各導入路６，７，８は、前
記ノズル５を介して反応室２内に連通している。
【００２４】そして、前記原料ガスＧと同時に還元性ガ
ス（Ｈ2 ）を反応室２内に導入してＳｉ基板２０上にＡ
ｌ金属層９〔図２（Ｂ）参照〕を薄く形成した後、原料
ガスＧの反応室２への導入を止めることなく還元性ガス
（Ｈ2 ）を酸化ガス（Ｏ2 ）に切り替えて酸化ガス（Ｏ
2 ）を反応室２内に導入してＡｌ2 Ｏ 3薄膜１０〔図２
（Ｃ）参照〕を堆積させる。そのために、前記各導入路
６，７，８には、それぞれエアー駆動バルブ１１，１
２，１３が設けられ、これらエアー駆動バルブ１１，１
２，１３は切り替え可能に構成されている。
ス（Ｈ2 ）を反応室２内に導入してＳｉ基板２０上にＡ
ｌ金属層９〔図２（Ｂ）参照〕を薄く形成した後、原料
ガスＧの反応室２への導入を止めることなく還元性ガス
（Ｈ2 ）を酸化ガス（Ｏ2 ）に切り替えて酸化ガス（Ｏ
2 ）を反応室２内に導入してＡｌ2 Ｏ 3薄膜１０〔図２
（Ｃ）参照〕を堆積させる。そのために、前記各導入路
６，７，８には、それぞれエアー駆動バルブ１１，１
２，１３が設けられ、これらエアー駆動バルブ１１，１
２，１３は切り替え可能に構成されている。
【００２５】１４は、原料ガスの導入路６に設けた恒温
水槽で、アルコール１６を介して前記固体原料〔Ａｌ
（Ｃ2 Ｈ 5）3 〕１５を密封してなる容器１７が収容さ
れている。この密封容器１７は、内部で発生する前記原
料ガスＧを反応室２内に運ぶためのＡｒなどの不活性ガ
スよりなるキャリアガスの入口１８と、前記原料ガスＧ
および前記キャリアガスの出口１９を上部に有する。
水槽で、アルコール１６を介して前記固体原料〔Ａｌ
（Ｃ2 Ｈ 5）3 〕１５を密封してなる容器１７が収容さ
れている。この密封容器１７は、内部で発生する前記原
料ガスＧを反応室２内に運ぶためのＡｒなどの不活性ガ
スよりなるキャリアガスの入口１８と、前記原料ガスＧ
および前記キャリアガスの出口１９を上部に有する。
【００２６】この実施形態で得られるＡｌ2 Ｏ 3薄膜１
０からなる材料は、誘電率が２０程度であり、ＳｉＯ2
のシリコン酸化物の誘電率（≒４）に比して遙に高い。
このように誘電率の高い前記High-k材料は、例えばトラ
ンジスタの微細ゲートに使用されたりするが、特にこの
実施形態で得られる前記Ａｌ2 Ｏ 3薄膜１０からなる材
料は、略同じ誘電率を持つ前記ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｈ
ｆＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ 3の各薄膜からなる材料に比してミク
ロ的に存在する結晶粒界（結晶粒間の微細な隙間）が極
めて少ないので、Ｓｉの結晶方位に則した理想的な金属
酸化薄膜（High-k材料薄膜）である。
０からなる材料は、誘電率が２０程度であり、ＳｉＯ2
のシリコン酸化物の誘電率（≒４）に比して遙に高い。
このように誘電率の高い前記High-k材料は、例えばトラ
ンジスタの微細ゲートに使用されたりするが、特にこの
実施形態で得られる前記Ａｌ2 Ｏ 3薄膜１０からなる材
料は、略同じ誘電率を持つ前記ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｈ
ｆＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ 3の各薄膜からなる材料に比してミク
ロ的に存在する結晶粒界（結晶粒間の微細な隙間）が極
めて少ないので、Ｓｉの結晶方位に則した理想的な金属
酸化薄膜（High-k材料薄膜）である。
【００２７】以下、ＣＶＤ装置１を用いたＡｌ2 Ｏ 3薄
膜１０からなる誘電率の高い材料の成膜方法について説
明する。
膜１０からなる誘電率の高い材料の成膜方法について説
明する。
【００２８】前記成膜には、図２（Ａ）に示すように、
所定圧力の真空雰囲気中で所定温度に温調されたＳｉ基
板２０が収容されている反応室２において、還元反応工
程および酸化反応工程の２段階の工程を順次施す。
所定圧力の真空雰囲気中で所定温度に温調されたＳｉ基
板２０が収容されている反応室２において、還元反応工
程および酸化反応工程の２段階の工程を順次施す。
【００２９】つまり、エアー駆動バルブ１１を開弁し、
図３に示すように、導入路６からマスフローコントロー
ラで制御された所定流量の原料ガス〔Ａｌ（Ｃ2 Ｈ 5）
3 ガス〕Ｇを反応室２に送りながら、エアー駆動バルブ
１２を開弁することにより導入路７から還元性ガス（Ｈ
2 ）を反応室２に所定時間Ｔの間送り、まず最初に前記
原料ガスＧの還元反応を行い、図２（Ｂ）に示すよう
に、Ｓｉ基板２０上にＡｌ金属層９を薄く堆積させる。
図３に示すように、導入路６からマスフローコントロー
ラで制御された所定流量の原料ガス〔Ａｌ（Ｃ2 Ｈ 5）
3 ガス〕Ｇを反応室２に送りながら、エアー駆動バルブ
１２を開弁することにより導入路７から還元性ガス（Ｈ
2 ）を反応室２に所定時間Ｔの間送り、まず最初に前記
原料ガスＧの還元反応を行い、図２（Ｂ）に示すよう
に、Ｓｉ基板２０上にＡｌ金属層９を薄く堆積させる。
【００３０】続いて、エアー駆動バルブ１１は開弁した
まま、前記所定時間Ｔが経過した後にエアー駆動バルブ
１２を閉弁して還元性ガス（Ｈ2 ）の反応室２への導入
を断つ一方、エアー駆動バルブ１３を開弁し、今度は酸
化反応によってＳｉ基板２０上に、Ａｌ金属層９を介し
てＡｌ2 Ｏ 3薄膜１０を所定の膜厚に堆積する。
まま、前記所定時間Ｔが経過した後にエアー駆動バルブ
１２を閉弁して還元性ガス（Ｈ2 ）の反応室２への導入
を断つ一方、エアー駆動バルブ１３を開弁し、今度は酸
化反応によってＳｉ基板２０上に、Ａｌ金属層９を介し
てＡｌ2 Ｏ 3薄膜１０を所定の膜厚に堆積する。
【００３１】これにより、Ｓｉとの界面は酸化されるこ
とはなく、Ｓｉの結晶方位に則したＡｌ2 Ｏ 3薄膜１０
よりなる金属酸化薄膜（High-k材料薄膜）を得ることが
できる。
とはなく、Ｓｉの結晶方位に則したＡｌ2 Ｏ 3薄膜１０
よりなる金属酸化薄膜（High-k材料薄膜）を得ることが
できる。
【００３２】なお、この発明は、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、
ＨｆＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ 3などの金属酸化膜からなる誘電率
の高い材料を金属（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂｉなど）層を
介してＳｉ基板上に堆積させる場合にも適用できる。
ＨｆＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ 3などの金属酸化膜からなる誘電率
の高い材料を金属（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂｉなど）層を
介してＳｉ基板上に堆積させる場合にも適用できる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、Ｓｉ
基板上に金属酸化薄膜からなる誘電率の高い材料（High
-k）をＳｉ基板との界面を酸化することなく小型で、か
つ、コスト安に得ることができる化学気相成長法による
薄膜堆積装置および堆積方法を提供することができる。
基板上に金属酸化薄膜からなる誘電率の高い材料（High
-k）をＳｉ基板との界面を酸化することなく小型で、か
つ、コスト安に得ることができる化学気相成長法による
薄膜堆積装置および堆積方法を提供することができる。
【００３４】そして、この発明では、得られるＡｌ2 Ｏ
3の金属酸化薄膜からなる誘電率の高い材料（High-k材
料薄膜）は、成膜方法をコントロールすることによって
Ｓｉ基板上にエピタキシャル（配向）成長させることが
できるので、ＦＥＴなどのトランジスタの微細ゲートな
どの半導体部品に利用することで、高品質な半導体部品
を得ることができる。
3の金属酸化薄膜からなる誘電率の高い材料（High-k材
料薄膜）は、成膜方法をコントロールすることによって
Ｓｉ基板上にエピタキシャル（配向）成長させることが
できるので、ＦＥＴなどのトランジスタの微細ゲートな
どの半導体部品に利用することで、高品質な半導体部品
を得ることができる。
【図１】この発明の一実施形態による膜堆積装置を示す
全体構成説明図である。
全体構成説明図である。
【図２】上記膜堆積装置によって得られる金属酸化膜か
らなる誘電率の高い材料の膜堆積方法を示す構成説明図
である。
らなる誘電率の高い材料の膜堆積方法を示す構成説明図
である。
【図３】上記実施形態で用いたタイミクグチャートであ
る。
る。
１…ＣＶＤ装置、２…反応室、６…原料ガス導入路、７
…還元性ガス導入路、８…酸化ガス導入路、９…Ａｌ金
属層、１０…Ａｌ2 Ｏ 3薄膜（金属酸化膜）、２０…Ｓ
ｉ基板、Ｇ…原料ガス、Ｈ2 …還元性ガス、Ｏ2 …酸化
ガス。
…還元性ガス導入路、８…酸化ガス導入路、９…Ａｌ金
属層、１０…Ａｌ2 Ｏ 3薄膜（金属酸化膜）、２０…Ｓ
ｉ基板、Ｇ…原料ガス、Ｈ2 …還元性ガス、Ｏ2 …酸化
ガス。
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Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA02 BA43 BB13 CA04
EA03 FA10 KA11 LA15
5F045 AA03 AA04 AC07 AC08 AC09
AC11 AC16 AF03 BB08 DC63
5F140 AA39 AA40 BA01 BD01 BD04
BD11 BE10 CE10 CE16
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板上に金属酸化膜からなる誘電率
の高い材料を成膜する化学気相成長法による膜堆積装置
であって、前記金属酸化膜の原料ガスの導入路に連通し
ている反応室に、還元性ガスの導入路と酸化ガスの導入
路とを切替え可能に接続してあることを特徴とする化学
気相成長法による膜堆積装置。 - 【請求項２】 Ｓｉ基板上に金属酸化膜からなる誘電率
の高い材料を成膜するための化学気相成長法による膜堆
積方法であって、反応室に前記金属酸化膜の原料ガスと
還元性ガスを導入してＳｉ基板上に金属層を堆積し、続
いて、前記還元性ガスを酸化ガスに切替えて前記反応室
に前記酸化ガスを導入し、前記金属酸化膜を堆積するこ
とを特徴とする化学気相成長法による膜堆積方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001206513A JP2003023005A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 化学気相成長法による膜堆積装置および膜堆積方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001206513A JP2003023005A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 化学気相成長法による膜堆積装置および膜堆積方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003023005A true JP2003023005A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19042631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001206513A Pending JP2003023005A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 化学気相成長法による膜堆積装置および膜堆積方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003023005A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005298874A (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Japan Pionics Co Ltd | Ｃｖｄ原料及びそれを用いた気化供給方法並びに成膜方法 |
| US7265401B2 (en) | 2005-01-28 | 2007-09-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having high dielectric constant gate insulating layer and its manufacture method |
| WO2012114819A1 (ja) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | ソニー株式会社 | 撮像装置、および撮像装置制御方法、並びにプログラム |
-
2001
- 2001-07-06 JP JP2001206513A patent/JP2003023005A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005298874A (ja) * | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Japan Pionics Co Ltd | Ｃｖｄ原料及びそれを用いた気化供給方法並びに成膜方法 |
| JP4508702B2 (ja) * | 2004-04-08 | 2010-07-21 | 日本パイオニクス株式会社 | 成膜方法 |
| US7265401B2 (en) | 2005-01-28 | 2007-09-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having high dielectric constant gate insulating layer and its manufacture method |
| WO2012114819A1 (ja) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | ソニー株式会社 | 撮像装置、および撮像装置制御方法、並びにプログラム |
| CN102845066A (zh) * | 2011-02-24 | 2012-12-26 | 索尼公司 | 图像拾取设备和图像拾取设备控制方法、以及程序 |
| US8786731B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-07-22 | Sony Corporation | Image pickup apparatus and image pickup apparatus control method that generates an image with transformed number of pixels |
| US9001233B2 (en) | 2011-02-24 | 2015-04-07 | Sony Corporation | Image pickup apparatus and image pickup apparatus control method that generates an image with transformed number of pixels |
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