JP2003133310A - 強誘電体ｐｚｔ被膜の形成方法 - Google Patents
強誘電体ｐｚｔ被膜の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 工業規格の化学蒸着生産技法に適合するＰＺ
Ｔ薄膜の改良式形成方法を提供する。 【解決手段】 基板２２に強誘電体ＰＺＴ被膜を形成す
る方法であって、溶媒内に鉛前駆物質、チタン前駆物
質、及び、ジルコニウム前駆物質の混合物を含むプリミ
ックス原材料溶液を用意するステップと、前記原材料溶
液を気化させて、前駆物質の蒸気を生じさせるステップ
と、前記基板２２を納めた化学蒸着室１２内に前駆物質
の蒸気を送り込むステップと、を含む強誘電体ＰＺＴ被
膜の形成方法。
Ｔ薄膜の改良式形成方法を提供する。 【解決手段】 基板２２に強誘電体ＰＺＴ被膜を形成す
る方法であって、溶媒内に鉛前駆物質、チタン前駆物
質、及び、ジルコニウム前駆物質の混合物を含むプリミ
ックス原材料溶液を用意するステップと、前記原材料溶
液を気化させて、前駆物質の蒸気を生じさせるステップ
と、前記基板２２を納めた化学蒸着室１２内に前駆物質
の蒸気を送り込むステップと、を含む強誘電体ＰＺＴ被
膜の形成方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体ランダム
・アクセス・メモリ素子に用いられる強誘電体ＰＺＴ被
膜を含む、強誘電体Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）
被膜を形成するシステム及び方法に関するものである。
・アクセス・メモリ素子に用いられる強誘電体ＰＺＴ被
膜を含む、強誘電体Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＺＴ）
被膜を形成するシステム及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】今日、新材料テクノロジの開発を推進し
ている半導体デバイス製作産業及び電子産業には、いく
つかの傾向がある。まず、デバイスが、ますます小さく
なり続け、必要とする電力がますます少なくなり続けて
いる。この理由は、極めて小さく、携帯式の個人用装置
の生産が増大しており、従って、その電源として小型バ
ッテリに依存するためである。例えば、セルラ電話、個
人用計算装置、及び、パーソナル・サウンド・システム
は、消費者市場において大いに需要のある装置である。
第２に、個人用装置は、より小さく、より携帯しやすい
というだけではなく、より優れた計算力、及び、オン・
チップ・メモリを必要としている。こうした傾向に鑑み
て、当該産業では、かなりの量のメモリ及び論理機能が
同じ半導体チップに組み込まれた計算装置を提供するこ
とが必要とされている。この計算装置には、バッテリが
切れた場合に、メモリの内容が保持されるように、不揮
発性メモリが含まれている。従来の不揮発性メモリの例
には、電気的に消去可能で、プログラム可能な読み取り
専用メモリ及びフラッシュＥＥＰＲＯＭが含まれてい
る。
ている半導体デバイス製作産業及び電子産業には、いく
つかの傾向がある。まず、デバイスが、ますます小さく
なり続け、必要とする電力がますます少なくなり続けて
いる。この理由は、極めて小さく、携帯式の個人用装置
の生産が増大しており、従って、その電源として小型バ
ッテリに依存するためである。例えば、セルラ電話、個
人用計算装置、及び、パーソナル・サウンド・システム
は、消費者市場において大いに需要のある装置である。
第２に、個人用装置は、より小さく、より携帯しやすい
というだけではなく、より優れた計算力、及び、オン・
チップ・メモリを必要としている。こうした傾向に鑑み
て、当該産業では、かなりの量のメモリ及び論理機能が
同じ半導体チップに組み込まれた計算装置を提供するこ
とが必要とされている。この計算装置には、バッテリが
切れた場合に、メモリの内容が保持されるように、不揮
発性メモリが含まれている。従来の不揮発性メモリの例
には、電気的に消去可能で、プログラム可能な読み取り
専用メモリ及びフラッシュＥＥＰＲＯＭが含まれてい
る。
【０００３】強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）が、下部電
極と上部電極の間に配置されるコンデンサ誘電体として
強誘電体材料を利用する、不揮発性メモリである。Ｓｒ
Ｂｉ 2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3（ＰＺＴ）のような強誘電体材料が、強誘電体ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＦｅＲＡＭ）・デバイスを含
む、多種多様なメモリ素子の製作に利用されている。一
般に、強誘電体メモリ素子は、材料の双安定分極状態の
ため、不揮発性である。さらに、強誘電性メモリ素子
は、比較的低い電圧（例えば、５ボルト未満）でプログ
ラム可能であり、比較的速いアクセス時間（例えば、４
０ナノ秒未満）、及び、多数の読み取り及び書き込みサ
イクルにわたる動作信頼性を特徴とする。これらのメモ
リ素子は、やはり、消費電力が少なく、記憶密度を高く
することが可能であり、放射線耐久性を示す。
極と上部電極の間に配置されるコンデンサ誘電体として
強誘電体材料を利用する、不揮発性メモリである。Ｓｒ
Ｂｉ 2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）及びＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3（ＰＺＴ）のような強誘電体材料が、強誘電体ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＦｅＲＡＭ）・デバイスを含
む、多種多様なメモリ素子の製作に利用されている。一
般に、強誘電体メモリ素子は、材料の双安定分極状態の
ため、不揮発性である。さらに、強誘電性メモリ素子
は、比較的低い電圧（例えば、５ボルト未満）でプログ
ラム可能であり、比較的速いアクセス時間（例えば、４
０ナノ秒未満）、及び、多数の読み取り及び書き込みサ
イクルにわたる動作信頼性を特徴とする。これらのメモ
リ素子は、やはり、消費電力が少なく、記憶密度を高く
することが可能であり、放射線耐久性を示す。
【０００４】強誘電体材料の製作プロセスを開発する最
近の取り組みは、ＦｅＲＡＭテクノロジと半導体集積回
路テクノロジの統合に集中して行われている。従って、
こうした取り組みは、現行の集積回路寸法のスケールに
基づく、ＦｅＲＡＭコンデンサ面積、セル・サイズ、及
び、動作電圧のスケール・ダウンに集中している。強誘
電体は、動作電圧の低いＦｅＲＡＭを実現するには、側
方寸法（すなわち、被膜表面に平行な寸法）が小さいだ
けではなく、比較的薄くなければならず、また、抗電界
が比較的弱くなければならない。
近の取り組みは、ＦｅＲＡＭテクノロジと半導体集積回
路テクノロジの統合に集中して行われている。従って、
こうした取り組みは、現行の集積回路寸法のスケールに
基づく、ＦｅＲＡＭコンデンサ面積、セル・サイズ、及
び、動作電圧のスケール・ダウンに集中している。強誘
電体は、動作電圧の低いＦｅＲＡＭを実現するには、側
方寸法（すなわち、被膜表面に平行な寸法）が小さいだ
けではなく、比較的薄くなければならず、また、抗電界
が比較的弱くなければならない。
【０００５】最近、ＰＺＴは、比較的小さい側方寸法及
び低い動作温度に合わせてスケーリング可能であること
が立証された。例えば、国際特許出願ＷＯ ００／４９
６４６号には、アクセプタ・ドーピングまたは被膜改質
剤（例えば、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ等）の利用
といった、ＰＺＴ被膜改質技法を用いずに、液体配送有
機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってスケーラ
ブルＰＺＴ材料を形成するためのプロセスが開示されて
いる。このプロセスによれば、成分金属の前駆物質溶液
が混合され、フラッシュ気化される。結果生じる原材料
蒸気が、化学蒸着室に送り込まれ、基板上にＰＺＴ被膜
が蒸着する。実施態様の１つでは、有機金属前駆物質
は、Ｐｂ前駆物質としての鉛ビス（２，２，６，６−テ
トラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（今後は
「Ｐｂ（ｔｈｄ）2」）、Ｔｉ前駆物質としてのチタン
・ビス（イソプロポキシド）ビス（２，２，６，６−テ
トラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（今後は
「Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）2，（ｔｈｄ）2」）、及び、Ｚ
ｒ前駆物質としてのジルコニウム・テトラキス（２，
２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネー
ト）（今後は「Ｚｒ（ｔｈｄ）4」）である。もう１つ
の実施態様では、鉛前駆物質は、鉛ビス（２，２，６，
６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）Ｎ，
Ｎ’，Ｎ”−ペンタメチル・ジエチレントリアミン（今
後「Ｐｂ（ｔｈｄ）2ｐｍｄｅｔａ」であり、ジルコニ
ウム前駆物質は、ジルコニウム・ビス（イソプロポキシ
ド）ビス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘ
プタンジオネート）（今後は「Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）2
（ｔｈｄ）2」）である。液体配送ＭＯＣＶＤプロセス
に用いられる溶媒は、ＰＺＴ薄膜材料の形成に用いら
れ、成分液配送ステップ及びＣＶＤプロセス・ステップ
において有効な、特定の有機金属前駆物質と適合するよ
うに選択される。例証となる多成分溶媒組成には、体積
比が８：２：１のテトラヒドロフラン：イソプロパノー
ル：テトラグリム；体積比が５：４：１のオクタン：デ
カン：ポリアミン；及び、体積比が９：１のオクタン：
ポリアミンが含まれている。ＷＯ ００４９６４６特許
公告によれば、結果生じるＰＺＴ材料は、パルス長スケ
ーラブルまたはＥ界スケーラブル、あるいは、その両方
であり、誘電体厚が約２０ナノメートル〜約１５０ナノ
メートルにわたり、側方寸法がわずかにＯ．１５マイク
ロメートルほどしかない、強誘電体コンデンサに役立
つ。
び低い動作温度に合わせてスケーリング可能であること
が立証された。例えば、国際特許出願ＷＯ ００／４９
６４６号には、アクセプタ・ドーピングまたは被膜改質
剤（例えば、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ等）の利用
といった、ＰＺＴ被膜改質技法を用いずに、液体配送有
機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってスケーラ
ブルＰＺＴ材料を形成するためのプロセスが開示されて
いる。このプロセスによれば、成分金属の前駆物質溶液
が混合され、フラッシュ気化される。結果生じる原材料
蒸気が、化学蒸着室に送り込まれ、基板上にＰＺＴ被膜
が蒸着する。実施態様の１つでは、有機金属前駆物質
は、Ｐｂ前駆物質としての鉛ビス（２，２，６，６−テ
トラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（今後は
「Ｐｂ（ｔｈｄ）2」）、Ｔｉ前駆物質としてのチタン
・ビス（イソプロポキシド）ビス（２，２，６，６−テ
トラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（今後は
「Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）2，（ｔｈｄ）2」）、及び、Ｚ
ｒ前駆物質としてのジルコニウム・テトラキス（２，
２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネー
ト）（今後は「Ｚｒ（ｔｈｄ）4」）である。もう１つ
の実施態様では、鉛前駆物質は、鉛ビス（２，２，６，
６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）Ｎ，
Ｎ’，Ｎ”−ペンタメチル・ジエチレントリアミン（今
後「Ｐｂ（ｔｈｄ）2ｐｍｄｅｔａ」であり、ジルコニ
ウム前駆物質は、ジルコニウム・ビス（イソプロポキシ
ド）ビス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘ
プタンジオネート）（今後は「Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）2
（ｔｈｄ）2」）である。液体配送ＭＯＣＶＤプロセス
に用いられる溶媒は、ＰＺＴ薄膜材料の形成に用いら
れ、成分液配送ステップ及びＣＶＤプロセス・ステップ
において有効な、特定の有機金属前駆物質と適合するよ
うに選択される。例証となる多成分溶媒組成には、体積
比が８：２：１のテトラヒドロフラン：イソプロパノー
ル：テトラグリム；体積比が５：４：１のオクタン：デ
カン：ポリアミン；及び、体積比が９：１のオクタン：
ポリアミンが含まれている。ＷＯ ００４９６４６特許
公告によれば、結果生じるＰＺＴ材料は、パルス長スケ
ーラブルまたはＥ界スケーラブル、あるいは、その両方
であり、誘電体厚が約２０ナノメートル〜約１５０ナノ
メートルにわたり、側方寸法がわずかにＯ．１５マイク
ロメートルほどしかない、強誘電体コンデンサに役立
つ。
【０００６】化学蒸着（ＣＶＤ）は、生産工程にスケー
ル・アップするのが容易であるため、また、ＣＶＤテク
ノロジは、十分に成熟し、発達しているので、ＣＶＤを
新規の被膜プロセスに容易に適用することが可能である
ため、薄いＰＺＴ被膜の形成にとってとりわけ魅力のあ
る方法である。一般に、ＣＶＤは、成分原材料（すなわ
ち、問題となる元素または成分を含む前駆物質化合物及
び錯体）は、化学蒸着反応装置内への気相輸送を可能に
するのに十分なほど揮発性でなければならない。基本的
な成分原材料は、ＣＶＤ反応装置内で分解し、所望の成
長温度で、所望の基板表面に蒸着すべきである。粒子を
形成することになる早期気相反応は回避すべきである。
さらに、原材料は、反応装置の蒸着室に達する前に、輸
送ライン内で分解してはならない。要するに、望ましい
特性を備えたＣＶＤ被膜を蒸着するため、化学量論組成
及び他のプロセス条件を制御して、ある特定のベースラ
イン化学反応によって、基板上における成分材料の結合
を所望のように可能にする輸送ウィンドウを形成しなけ
ればならない。
ル・アップするのが容易であるため、また、ＣＶＤテク
ノロジは、十分に成熟し、発達しているので、ＣＶＤを
新規の被膜プロセスに容易に適用することが可能である
ため、薄いＰＺＴ被膜の形成にとってとりわけ魅力のあ
る方法である。一般に、ＣＶＤは、成分原材料（すなわ
ち、問題となる元素または成分を含む前駆物質化合物及
び錯体）は、化学蒸着反応装置内への気相輸送を可能に
するのに十分なほど揮発性でなければならない。基本的
な成分原材料は、ＣＶＤ反応装置内で分解し、所望の成
長温度で、所望の基板表面に蒸着すべきである。粒子を
形成することになる早期気相反応は回避すべきである。
さらに、原材料は、反応装置の蒸着室に達する前に、輸
送ライン内で分解してはならない。要するに、望ましい
特性を備えたＣＶＤ被膜を蒸着するため、化学量論組成
及び他のプロセス条件を制御して、ある特定のベースラ
イン化学反応によって、基板上における成分材料の結合
を所望のように可能にする輸送ウィンドウを形成しなけ
ればならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、工業規格の
化学蒸着生産技法に適合するＰＺＴ薄膜の改良式形成方
法を提供することを目的とする。本発明によって、ウェ
ーハ内での均一性を高くし、処理量を多くし、蒸着温度
を比較的低くして、厚さが７０ｎｍ以下のＰＺＴ薄膜を
製造することを可能とする。
化学蒸着生産技法に適合するＰＺＴ薄膜の改良式形成方
法を提供することを目的とする。本発明によって、ウェ
ーハ内での均一性を高くし、処理量を多くし、蒸着温度
を比較的低くして、厚さが７０ｎｍ以下のＰＺＴ薄膜を
製造することを可能とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、基板
（２２）に強誘電体ＰＺＴ被膜を形成する方法であっ
て、溶媒内に鉛前駆物質、チタン前駆物質、及び、ジル
コニウム前駆物質の混合物を含むプリミックス原材料溶
液を用意するステップと、前記原材料溶液を気化させ
て、前駆物質の蒸気を生じさせるステップと、前記基板
（２２）を納めた化学蒸着室（１２）内に前駆物質の蒸
気を送り込むステップと、を含む強誘電体ＰＺＴ被膜の
形成方法を提供するものである。
（２２）に強誘電体ＰＺＴ被膜を形成する方法であっ
て、溶媒内に鉛前駆物質、チタン前駆物質、及び、ジル
コニウム前駆物質の混合物を含むプリミックス原材料溶
液を用意するステップと、前記原材料溶液を気化させ
て、前駆物質の蒸気を生じさせるステップと、前記基板
（２２）を納めた化学蒸着室（１２）内に前駆物質の蒸
気を送り込むステップと、を含む強誘電体ＰＺＴ被膜の
形成方法を提供するものである。
【０００９】本発明は、基板上に強誘電体ＰＺＴ被膜を
形成する方法を特色とする。この方法によれば、溶媒内
に鉛前駆物質、チタン前駆物質、及び、ジルコニウム前
駆物質を含むプリミックス原材料溶液が用意される。原
材料溶液を気化させて、前駆物質の蒸気が形成される。
前駆物質の蒸気は、基板を納めた化学蒸着室に送り込ま
れる。
形成する方法を特色とする。この方法によれば、溶媒内
に鉛前駆物質、チタン前駆物質、及び、ジルコニウム前
駆物質を含むプリミックス原材料溶液が用意される。原
材料溶液を気化させて、前駆物質の蒸気が形成される。
前駆物質の蒸気は、基板を納めた化学蒸着室に送り込ま
れる。
【００１０】本発明の実施態様には、下記の特徴の１つ
以上を含むことが可能である。
以上を含むことが可能である。
【００１１】ジルコニウム前駆物質には、Ｚｒ（ＯｉＰ
ｒ）2（ｔｈｄ）2またはＺｒ（ｔｈｄ）4またはＺｒ
（ＯtＢｕ）2（ｔｈｄ）2を含むのが望ましい。実施態
様の１つでは、鉛前駆物質は、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ｐｍ
ｄｅｔａ）であり、ジルコニウム前駆物質がＺｒ（Ｏｉ
Ｐｒ）2（ｔｈｄ）2であり、チタン前駆物質がＴｉ（Ｏ
ｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2である。鉛前駆物質、チタン前駆
物質、及び、ジルコニウム前駆物質は、約０．０５Ｍと
約１．０Ｍの間の結合濃度を備えることが望ましい。原
材料溶液は、約５％〜９５％の鉛、ジルコニウム、及
び、チタン濃度を特徴とする。
ｒ）2（ｔｈｄ）2またはＺｒ（ｔｈｄ）4またはＺｒ
（ＯtＢｕ）2（ｔｈｄ）2を含むのが望ましい。実施態
様の１つでは、鉛前駆物質は、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ｐｍ
ｄｅｔａ）であり、ジルコニウム前駆物質がＺｒ（Ｏｉ
Ｐｒ）2（ｔｈｄ）2であり、チタン前駆物質がＴｉ（Ｏ
ｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2である。鉛前駆物質、チタン前駆
物質、及び、ジルコニウム前駆物質は、約０．０５Ｍと
約１．０Ｍの間の結合濃度を備えることが望ましい。原
材料溶液は、約５％〜９５％の鉛、ジルコニウム、及
び、チタン濃度を特徴とする。
【００１２】いくつかの実施態様では、化学蒸着室に、
５〜１００％のＮ2０、より望ましいのは、５０〜７５
％のＮ2Ｏを含む酸化共反応ガスが送り込まれる。酸化
共反応ガスには、Ｏ2またはＯ3、あるいは、その両方を
含むことが可能である。
５〜１００％のＮ2０、より望ましいのは、５０〜７５
％のＮ2Ｏを含む酸化共反応ガスが送り込まれる。酸化
共反応ガスには、Ｏ2またはＯ3、あるいは、その両方を
含むことが可能である。
【００１３】いくつかの実施態様では、溶媒内に鉛前駆
物質、チタン前駆物質、及び、ジルコニウム前駆物質の
第２のプリミックス混合物を含む第２の原材料溶液が用
意される。第１の原材料混合物は、第２の原材料混合物
と異なるのが望ましい。第１と第２の原材料溶液を混合
して、前駆物質溶液を形成し、前駆物質溶液を気化させ
て、前駆物質の蒸気を生じさせる。実施態様の１つで
は、第１及び第２の原材料溶液は、約２８〜６５％の範
囲内の鉛濃度、約１４〜２９％の範囲内のジルコニウム
濃度、及び、約２０〜４３％の範囲内のチタン濃度を特
徴とする。
物質、チタン前駆物質、及び、ジルコニウム前駆物質の
第２のプリミックス混合物を含む第２の原材料溶液が用
意される。第１の原材料混合物は、第２の原材料混合物
と異なるのが望ましい。第１と第２の原材料溶液を混合
して、前駆物質溶液を形成し、前駆物質溶液を気化させ
て、前駆物質の蒸気を生じさせる。実施態様の１つで
は、第１及び第２の原材料溶液は、約２８〜６５％の範
囲内の鉛濃度、約１４〜２９％の範囲内のジルコニウム
濃度、及び、約２０〜４３％の範囲内のチタン濃度を特
徴とする。
【００１４】溶媒には、オクタン・ベースの溶媒を含む
のが望ましい。
のが望ましい。
【００１５】原材料溶液は、約１８０〜２１０゜Ｃの範
囲内の温度で気化させることが可能である。蒸着中、化
学蒸着室は、約０．５〜１０トルの範囲内、より望まし
いのは、約０．５〜４トルの範囲内、さらに望ましいの
は、約４トルの圧力に維持される。原材料溶液は、Ｚｒ
／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約０．０５〜０．７０の範囲内
で、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約０．３〜３．０の範囲
内の前駆物質の蒸気が得られるように選択される。
囲内の温度で気化させることが可能である。蒸着中、化
学蒸着室は、約０．５〜１０トルの範囲内、より望まし
いのは、約０．５〜４トルの範囲内、さらに望ましいの
は、約４トルの圧力に維持される。原材料溶液は、Ｚｒ
／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約０．０５〜０．７０の範囲内
で、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約０．３〜３．０の範囲
内の前駆物質の蒸気が得られるように選択される。
【００１６】サセプタ上に基板を配置する前の予備加熱
期間中に、基板に予備加熱を施すのが望ましい。予備加
熱期間は、約５〜３０秒の長さとすることが可能であ
る。予備加熱した基板は、基板上にＰＺＴ被膜を形成す
る前の加熱期間中、加熱されたサセプタ上に配置するこ
とが可能である。加熱期間は、約３０〜６０秒以上とす
ることが可能である。パージ・ガス流を加えて、サセプ
タ及び蒸着室壁表面への被膜の蒸着を減少させることが
可能である。いくつかの実施態様では、パージ・ガス流
以外に、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、Ｏ3、及び、不活性ガス（例え
ば、Ｈｅ、Ｎ2、または、Ａｒ）といったガスのうち１
つ以上の組み合わせを含むガス流内において、予備加熱
及び加熱プロセスを実施することが可能である。
期間中に、基板に予備加熱を施すのが望ましい。予備加
熱期間は、約５〜３０秒の長さとすることが可能であ
る。予備加熱した基板は、基板上にＰＺＴ被膜を形成す
る前の加熱期間中、加熱されたサセプタ上に配置するこ
とが可能である。加熱期間は、約３０〜６０秒以上とす
ることが可能である。パージ・ガス流を加えて、サセプ
タ及び蒸着室壁表面への被膜の蒸着を減少させることが
可能である。いくつかの実施態様では、パージ・ガス流
以外に、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、Ｏ3、及び、不活性ガス（例え
ば、Ｈｅ、Ｎ2、または、Ａｒ）といったガスのうち１
つ以上の組み合わせを含むガス流内において、予備加熱
及び加熱プロセスを実施することが可能である。
【００１７】本発明の他の特徴及び利点については、図
面及び請求項を含めて、以下の説明から明らかになるで
あろう。
面及び請求項を含めて、以下の説明から明らかになるで
あろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下の説明では、同様の参照番号
を用いて、同様の構成要素が識別される。さらに、図面
は、典型的な実施態様の主たる特徴の概略を例示するこ
とを意図したものである。図面は、実際の実施態様の全
ての特徴を描くことを意図したものでも、あるいは、描
かれる構成要素の相対的寸法を表すことを意図したもの
でもなく、一定の縮尺率で描かれたものではない。
を用いて、同様の構成要素が識別される。さらに、図面
は、典型的な実施態様の主たる特徴の概略を例示するこ
とを意図したものである。図面は、実際の実施態様の全
ての特徴を描くことを意図したものでも、あるいは、描
かれる構成要素の相対的寸法を表すことを意図したもの
でもなく、一定の縮尺率で描かれたものではない。
【００１９】図１を参照すると、実施態様の１つでは、
液体配送有機金属化学蒸着によってＰＺＴ被膜を形成す
るためのシステム１０には、二重前駆物質アンプル液配
送システム１４及び単一気化器１６に結合された化学蒸
着（ＣＶＤ）室１２が含まれている。ＣＶＤ室１２は、
米国カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭ
ａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な２００ｎｍ
のＭＯＣＶＤ Ｇｉｇａ−Ｃａｐ(商標)とすることが
可能である。ＣＶＤ室１２には、ガス配送マニホールド
１８、及び、ＣＶＤ室１２にＰＺＴ前駆物質の蒸気を送
り込むように構成されたシャワー・ヘッド２０が含まれ
ており、これにより、加熱サセプタ２４上に支持された
基板２２の露出表面にＰＺＴ被膜を形成することが可能
になっている。ある実施態様では、シャワー・ヘッド２
０とサセプタ２４との間隔は、約７．５〜１０ｍｍであ
るが、約８．９ｍｍが望ましい。基板２２の露出表面
は、シリコン・ウェーハの上部表面、シリコン・ウェー
ハ上に形成された二酸化珪素の層、砒化ガリウム、酸化
マグネシウム、サファイアの層、または、例えば、半導
体ウェーハ上に形成された複雑な集積回路を含む多層構
造の上部表面に相当するものとすることが可能である。
ある実施態様では、基板２２には、シリコン・ウェーハ
上に形成されたＩｒ（１００ｎｍ）／ＴｉＡｌＮ（１０
０ｎｍ）／Ｓｉ3Ｎ4／ＳｉＯ2からなる多層底部電極構
造が含まれている。もう１つの実施態様では、基板２２
には、ＩｒＯx（５０ｎｍ）／Ｉｒ（５０ｎｍ）／Ｔｉ
ＡｌＮ（１００ｎｍ）／Ｓｉ3Ｎ4／ＳｉＯ2からなる多
層底部電極構造が含まれている。
液体配送有機金属化学蒸着によってＰＺＴ被膜を形成す
るためのシステム１０には、二重前駆物質アンプル液配
送システム１４及び単一気化器１６に結合された化学蒸
着（ＣＶＤ）室１２が含まれている。ＣＶＤ室１２は、
米国カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭ
ａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な２００ｎｍ
のＭＯＣＶＤ Ｇｉｇａ−Ｃａｐ(商標)とすることが
可能である。ＣＶＤ室１２には、ガス配送マニホールド
１８、及び、ＣＶＤ室１２にＰＺＴ前駆物質の蒸気を送
り込むように構成されたシャワー・ヘッド２０が含まれ
ており、これにより、加熱サセプタ２４上に支持された
基板２２の露出表面にＰＺＴ被膜を形成することが可能
になっている。ある実施態様では、シャワー・ヘッド２
０とサセプタ２４との間隔は、約７．５〜１０ｍｍであ
るが、約８．９ｍｍが望ましい。基板２２の露出表面
は、シリコン・ウェーハの上部表面、シリコン・ウェー
ハ上に形成された二酸化珪素の層、砒化ガリウム、酸化
マグネシウム、サファイアの層、または、例えば、半導
体ウェーハ上に形成された複雑な集積回路を含む多層構
造の上部表面に相当するものとすることが可能である。
ある実施態様では、基板２２には、シリコン・ウェーハ
上に形成されたＩｒ（１００ｎｍ）／ＴｉＡｌＮ（１０
０ｎｍ）／Ｓｉ3Ｎ4／ＳｉＯ2からなる多層底部電極構
造が含まれている。もう１つの実施態様では、基板２２
には、ＩｒＯx（５０ｎｍ）／Ｉｒ（５０ｎｍ）／Ｔｉ
ＡｌＮ（１００ｎｍ）／Ｓｉ3Ｎ4／ＳｉＯ2からなる多
層底部電極構造が含まれている。
【００２０】液体配送システム１４には、溶媒アンプル
２６、及び、ＰＺＴ被膜の形成に必要な成分金属のそれ
ぞれの有機金属混合物を納めた１対の原材料アンプル２
８、３０が含まれている。溶媒及び原材料アンプル２６
〜３０は、等しい数のマニホールド３８、４０、４２に
送り込まれる流体の正確な量を計るように構成された、
それぞれの液体流量コントローラ３２、３４、３６に結
合されている。計量された溶媒及び有機金属混合物は、
最終混合室４４に送られ、混合されて、液体ＰＺＴ前駆
物質の組成物が形成される。液体ＰＺＴ前駆物質の組成
物は、気化器１６に送り込まれ、例えば、前駆物質の蒸
気を形成するのに適した温度まで加熱された気化部品
（例えば、多孔性フリット部品またはワイヤ・グリッ
ド）上において、フラッシュ気化によって気化される。
ガス流コントローラ４６は、前駆物質の蒸気を輸送し、
弁４７を通ってＣＶＤ室１２に送り込むキャリヤ・ガス
（例えば、アルゴン・ガスまたはヘリウム・ガス）の流
量を制御する。ガス流量コントローラ４５を介して、追
加プッシュ・ガス源（例えば、アルゴンまたはヘリウ
ム）を気化器１６に直接接続することも可能である。ガ
ス流量コントローラ４８、４９、５０は、ガス配送マニ
ホールド１８に送り込まれる酸化共反応ガス（たとえ、
Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2０、または、これらのガスの１つ以上の
組み合わせ）の正確な量を計り、酸化ガスと前駆物質の
蒸気は、マニホールド内で混合してから、ＣＶＤ室１２
に送り込まれる。
２６、及び、ＰＺＴ被膜の形成に必要な成分金属のそれ
ぞれの有機金属混合物を納めた１対の原材料アンプル２
８、３０が含まれている。溶媒及び原材料アンプル２６
〜３０は、等しい数のマニホールド３８、４０、４２に
送り込まれる流体の正確な量を計るように構成された、
それぞれの液体流量コントローラ３２、３４、３６に結
合されている。計量された溶媒及び有機金属混合物は、
最終混合室４４に送られ、混合されて、液体ＰＺＴ前駆
物質の組成物が形成される。液体ＰＺＴ前駆物質の組成
物は、気化器１６に送り込まれ、例えば、前駆物質の蒸
気を形成するのに適した温度まで加熱された気化部品
（例えば、多孔性フリット部品またはワイヤ・グリッ
ド）上において、フラッシュ気化によって気化される。
ガス流コントローラ４６は、前駆物質の蒸気を輸送し、
弁４７を通ってＣＶＤ室１２に送り込むキャリヤ・ガス
（例えば、アルゴン・ガスまたはヘリウム・ガス）の流
量を制御する。ガス流量コントローラ４５を介して、追
加プッシュ・ガス源（例えば、アルゴンまたはヘリウ
ム）を気化器１６に直接接続することも可能である。ガ
ス流量コントローラ４８、４９、５０は、ガス配送マニ
ホールド１８に送り込まれる酸化共反応ガス（たとえ、
Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2０、または、これらのガスの１つ以上の
組み合わせ）の正確な量を計り、酸化ガスと前駆物質の
蒸気は、マニホールド内で混合してから、ＣＶＤ室１２
に送り込まれる。
【００２１】図１、２、３、４Ａ、４Ｂ、及び、５を参
照するが、まず、図１及び２を参照すると、下記のよう
に基板２２上にＰＺＴ被膜を形成することが可能であ
る。
照するが、まず、図１及び２を参照すると、下記のよう
に基板２２上にＰＺＴ被膜を形成することが可能であ
る。
【００２２】ＰＺＴの蒸着中、ガス流量コントローラ６
０は、ＣＶＤ室１２にパージ・ガス（例えば、アルゴン
・ガスまたはヘリウム・ガス）を流入させて、ＣＶＤ室
１２の内壁表面及びサセプタ２４への被膜の蒸着を減少
させる（ステップ６３）。ある実施態様では、パージガ
ス流量は、約２５０ｓｃｃｍである。ＰＺＴの蒸着中、
パージ・ガス流は、真空排気システム（または「真空フ
ォアライン」）５２に結合された弁５１を介して、消費
されなかったガス分子、部分的に反応した化合物、及
び、反応性副生成物をＣＶＤ室１２から除去するのを助
ける。真空排気システム５２には、いくつかのコールド
・トラップ５４、５６、及び、５８が含まれている。
０は、ＣＶＤ室１２にパージ・ガス（例えば、アルゴン
・ガスまたはヘリウム・ガス）を流入させて、ＣＶＤ室
１２の内壁表面及びサセプタ２４への被膜の蒸着を減少
させる（ステップ６３）。ある実施態様では、パージガ
ス流量は、約２５０ｓｃｃｍである。ＰＺＴの蒸着中、
パージ・ガス流は、真空排気システム（または「真空フ
ォアライン」）５２に結合された弁５１を介して、消費
されなかったガス分子、部分的に反応した化合物、及
び、反応性副生成物をＣＶＤ室１２から除去するのを助
ける。真空排気システム５２には、いくつかのコールド
・トラップ５４、５６、及び、５８が含まれている。
【００２３】アンプル２６〜３０に含まれた溶媒及び有
機金属混合物を混合して、ＰＺＴ前駆物質溶液が形成さ
れる（ステップ６４）。上述のように、原材料アンプル
２８、３０には、溶媒中の鉛前駆物質、チタン前駆物
質、及び、ジルコニウム前駆物質からなるさまざまなプ
リミックス濃縮溶液が含まれている。ある実施態様で
は、鉛前駆物質は、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ｐｍｄｅｔａ）
であり、ジルコニウム前駆物質は、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）2
（ｔｈｄ）2であり、チタン前駆物質は、Ｔｉ（ＯｉＰ
ｒ）2（ｔｈｄ）2である。溶媒は、オクタン・ベースの
溶媒である（例えば、米国コネチカット州ダンベリーの
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、体積比が５：４：１
のオクタン：デカン：ポリアミン混合物を含有する
「Ｇ」溶媒）。他の実施態様には、異なるＰｂ、Ｚｒ、
及び、Ｔｉ前駆物質及び溶媒系の混合物を含むことが可
能である。一般に、前駆物質は、優れた環境安定性、高
揮発性、及び、優れた熱適合性を示すのが望ましい。例
えば、いくつかの実施態様では、ジルコニウム前駆物質
Ｚｒ（ＯｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2は、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）6
（ｔｈｄ）2またはＺｒ（ＯtＢｕ）2（ｔｈｄ）2に置き
換えることが可能である。これらの前駆物質のそれぞれ
は、米国コネチカット州ダンベリーのＡｐｐｌｉｅｄ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．か
ら入手可能である。
機金属混合物を混合して、ＰＺＴ前駆物質溶液が形成さ
れる（ステップ６４）。上述のように、原材料アンプル
２８、３０には、溶媒中の鉛前駆物質、チタン前駆物
質、及び、ジルコニウム前駆物質からなるさまざまなプ
リミックス濃縮溶液が含まれている。ある実施態様で
は、鉛前駆物質は、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ｐｍｄｅｔａ）
であり、ジルコニウム前駆物質は、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）2
（ｔｈｄ）2であり、チタン前駆物質は、Ｔｉ（ＯｉＰ
ｒ）2（ｔｈｄ）2である。溶媒は、オクタン・ベースの
溶媒である（例えば、米国コネチカット州ダンベリーの
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な、体積比が５：４：１
のオクタン：デカン：ポリアミン混合物を含有する
「Ｇ」溶媒）。他の実施態様には、異なるＰｂ、Ｚｒ、
及び、Ｔｉ前駆物質及び溶媒系の混合物を含むことが可
能である。一般に、前駆物質は、優れた環境安定性、高
揮発性、及び、優れた熱適合性を示すのが望ましい。例
えば、いくつかの実施態様では、ジルコニウム前駆物質
Ｚｒ（ＯｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2は、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）6
（ｔｈｄ）2またはＺｒ（ＯtＢｕ）2（ｔｈｄ）2に置き
換えることが可能である。これらの前駆物質のそれぞれ
は、米国コネチカット州ダンベリーのＡｐｐｌｉｅｄ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．か
ら入手可能である。
【００２４】金属前駆物質のそれぞれを含有するプリミ
ックス溶液を利用すると、元素前駆物質または不完全な
前駆物質混合物が用いられるプロセスに対して、ＰＺＴ
被膜形成プロセスのラン間反復性及び処理能力が向上す
る。こうした完全な前駆物質混合物を利用すると、単一
気化器の使用も可能になり、これによって、システム設
計が単純化される。さらに、２つのこうした完全な前駆
物質混合物を利用すると、前駆物質溶液を形成が可能な
組成空間のサイズを大幅に縮小することが可能になり、
さらに、プロセスの反復性が向上し、同時に、プロセス
設計者が、ベースライン化学反応を最適化して、ある特
定のプロセス・パラメータ集合にとって所望の被膜組成
を実現するのに十分な適応性が得られる。
ックス溶液を利用すると、元素前駆物質または不完全な
前駆物質混合物が用いられるプロセスに対して、ＰＺＴ
被膜形成プロセスのラン間反復性及び処理能力が向上す
る。こうした完全な前駆物質混合物を利用すると、単一
気化器の使用も可能になり、これによって、システム設
計が単純化される。さらに、２つのこうした完全な前駆
物質混合物を利用すると、前駆物質溶液を形成が可能な
組成空間のサイズを大幅に縮小することが可能になり、
さらに、プロセスの反復性が向上し、同時に、プロセス
設計者が、ベースライン化学反応を最適化して、ある特
定のプロセス・パラメータ集合にとって所望の被膜組成
を実現するのに十分な適応性が得られる。
【００２５】図３に示すように、いくつかの実施態様で
は、有機金属前駆物質の組成空間に、５〜９５％の範囲
内の濃度で鉛、ジルコニウム、及び、チタンが含まれて
いる。ある実施態様では、鉛の濃度は、約２８％〜６５
％の範囲内であり、ジルコニウムは、約１４％〜２９％
の範囲内であり、チタンの濃度は、約２０％〜４３％の
範囲内である。鉛前駆物質、チタン前駆物質、及び、ジ
ルコニウム前駆物質は、溶液中における組み合わせ濃度
が約０．０５〜０．５Ｍであるが、溶液中における組み
合わせ濃度は約０．２〜０．３５Ｍのほうがより望まし
い。ある望ましい実施態様では、アンプル２８及び３０
には、それぞれ、下記のそれぞれの成分金属濃度を有す
る、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ｐｍｄｅｔａ）、Ｚｒ（ＯｉＰ
ｒ）2（ｔｈｄ）2、及び、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）2（ｔｈ
ｄ）2が含まれている：
は、有機金属前駆物質の組成空間に、５〜９５％の範囲
内の濃度で鉛、ジルコニウム、及び、チタンが含まれて
いる。ある実施態様では、鉛の濃度は、約２８％〜６５
％の範囲内であり、ジルコニウムは、約１４％〜２９％
の範囲内であり、チタンの濃度は、約２０％〜４３％の
範囲内である。鉛前駆物質、チタン前駆物質、及び、ジ
ルコニウム前駆物質は、溶液中における組み合わせ濃度
が約０．０５〜０．５Ｍであるが、溶液中における組み
合わせ濃度は約０．２〜０．３５Ｍのほうがより望まし
い。ある望ましい実施態様では、アンプル２８及び３０
には、それぞれ、下記のそれぞれの成分金属濃度を有す
る、Ｐｂ（ｔｈｄ）2（ｐｍｄｅｔａ）、Ｚｒ（ＯｉＰ
ｒ）2（ｔｈｄ）2、及び、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）2（ｔｈ
ｄ）2が含まれている：
【００２６】
【表１】
【００２７】この実施態様の場合、約２００ｍｇ／分の
全原材料溶液流量に対して、アンプル２８からの原材料
溶液の流量は約６５〜８２ｍｇ／分であり、アンプル３
０からの原材料溶液の流量は約１１８〜１３５ｍｇ／分
である。
全原材料溶液流量に対して、アンプル２８からの原材料
溶液の流量は約６５〜８２ｍｇ／分であり、アンプル３
０からの原材料溶液の流量は約１１８〜１３５ｍｇ／分
である。
【００２８】原材料溶液を混合して、前駆物質溶液を形
成した後、前駆物質溶液を気化させて、前駆物質の蒸気
が形成される（ステップ６６）。上述のベースライン化
学反応の場合、気化温度は、１８０〜２１０゜Ｃの範囲
内が望ましいが、より望ましいのは、約１９０゜Ｃであ
る。ジャケット、リッド、及び、フィードスルー装置
は、気化器１６と同じ温度に維持されるのが望ましい。
キャリヤ・ガスは、気化器１６から前駆物質の蒸気を輸
送する。ある実施態様では、気化器１６を通るキャリヤ
・ガスの流量は、約２５０ｓｃｃｍである。最初に、前
駆物質の蒸気が、真空排気システム５２に分流される
（ステップ６８）。
成した後、前駆物質溶液を気化させて、前駆物質の蒸気
が形成される（ステップ６６）。上述のベースライン化
学反応の場合、気化温度は、１８０〜２１０゜Ｃの範囲
内が望ましいが、より望ましいのは、約１９０゜Ｃであ
る。ジャケット、リッド、及び、フィードスルー装置
は、気化器１６と同じ温度に維持されるのが望ましい。
キャリヤ・ガスは、気化器１６から前駆物質の蒸気を輸
送する。ある実施態様では、気化器１６を通るキャリヤ
・ガスの流量は、約２５０ｓｃｃｍである。最初に、前
駆物質の蒸気が、真空排気システム５２に分流される
（ステップ６８）。
【００２９】図４Ａ及び４Ｂを参照すると、前駆物質の
蒸気が、真空排気システム５２に分流される間に、基板
２２が、ＣＶＤ室１２内のリフト・ピン６２に載せられ
る（ステップ７０）。リフト・ピン６２は、基板２２が
サセプタ２４によって間接的に加熱される（例えば、放
射加熱及び対流加熱によって）予備加熱間中、加熱され
たサセプタ２４の上方で基板２２を支持するように構成
されている（ステップ７２）。予備加熱プロセスによっ
て、基板２２を徐々に加熱することが可能であり、これ
によって、別様であれば、基板２２をサセプタ２４にす
ぐ接触するように配置した場合に生じる可能性のある熱
衝撃の発生が大幅に減少する。こうした熱衝撃は、ＣＶ
Ｄ室１２内において基板２２を破壊する可能性があり、
その場合、ＣＶＤ室１２を開けて、クリーニングを施す
ことが必要になるが、これは、システムの生産性を大幅
に低下させるプロセスである。ある実施態様の場合、予
備加熱期間は約５〜３０秒の長さである。
蒸気が、真空排気システム５２に分流される間に、基板
２２が、ＣＶＤ室１２内のリフト・ピン６２に載せられ
る（ステップ７０）。リフト・ピン６２は、基板２２が
サセプタ２４によって間接的に加熱される（例えば、放
射加熱及び対流加熱によって）予備加熱間中、加熱され
たサセプタ２４の上方で基板２２を支持するように構成
されている（ステップ７２）。予備加熱プロセスによっ
て、基板２２を徐々に加熱することが可能であり、これ
によって、別様であれば、基板２２をサセプタ２４にす
ぐ接触するように配置した場合に生じる可能性のある熱
衝撃の発生が大幅に減少する。こうした熱衝撃は、ＣＶ
Ｄ室１２内において基板２２を破壊する可能性があり、
その場合、ＣＶＤ室１２を開けて、クリーニングを施す
ことが必要になるが、これは、システムの生産性を大幅
に低下させるプロセスである。ある実施態様の場合、予
備加熱期間は約５〜３０秒の長さである。
【００３０】予備加熱期間が終了すると（ステップ７
４）、基板２２は、降下させられて、加熱したサセプタ
２４と接触する（ステップ７６）。一般に、基板２２
は、４５０〜６１０゜Ｃの最終処理温度まで加熱するこ
とが可能であるが、これは、前駆物質の蒸気の金属成分
からＰＺＴ皮膜を形成するのに適した温度範囲である。
ある実施態様では、加熱期間中、サセプタ２４は、約６
４０〜６５０゜Ｃの温度に設定されて、基板２２を約６
００〜６０９゜Ｃの最終処理温度まで加熱する。ある実
施態様では、加熱期間は、約３０〜６０秒以上である。
４）、基板２２は、降下させられて、加熱したサセプタ
２４と接触する（ステップ７６）。一般に、基板２２
は、４５０〜６１０゜Ｃの最終処理温度まで加熱するこ
とが可能であるが、これは、前駆物質の蒸気の金属成分
からＰＺＴ皮膜を形成するのに適した温度範囲である。
ある実施態様では、加熱期間中、サセプタ２４は、約６
４０〜６５０゜Ｃの温度に設定されて、基板２２を約６
００〜６０９゜Ｃの最終処理温度まで加熱する。ある実
施態様では、加熱期間は、約３０〜６０秒以上である。
【００３１】加熱期間が終了すると（ステップ７８）、
ＰＺＴ前駆物質の蒸気と酸化共反応ガス（例えば、
Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、または、これらのガスの１つ以上の
組み合わせ）が混合され、このガス／蒸気混合物をＣＶ
Ｄ室１２に送り込んで、所望の厚さのＰＺＴ皮膜が蒸着
されるまで（ステップ８１）、基板２２の露出表面にＰ
ＺＴ皮膜が形成される（ステップ８０）。ＰＺＴの蒸着
中、ＣＶＤ室１２は、約０．５〜１０トルの圧力に維持
されるのが望ましいが、より望ましいのは、約４トルの
圧力に維持されることである。観測結果によれば、ＰＺ
Ｔ皮膜の蒸着速度は、０．５〜１０トルの圧力範囲にわ
たって室圧と共に上昇する。実際、この圧力範囲におけ
る蒸着速度は、低い室圧（例えば、１トル未満）で得ら
れる蒸着速度を大幅に上回る。上述の望ましい蒸着条件
下において、蒸着速度は、約１２〜２０ｎｍ／分であ
り、ある実施態様では、蒸着速度は、約１６ｎｍ／分で
ある。
ＰＺＴ前駆物質の蒸気と酸化共反応ガス（例えば、
Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、または、これらのガスの１つ以上の
組み合わせ）が混合され、このガス／蒸気混合物をＣＶ
Ｄ室１２に送り込んで、所望の厚さのＰＺＴ皮膜が蒸着
されるまで（ステップ８１）、基板２２の露出表面にＰ
ＺＴ皮膜が形成される（ステップ８０）。ＰＺＴの蒸着
中、ＣＶＤ室１２は、約０．５〜１０トルの圧力に維持
されるのが望ましいが、より望ましいのは、約４トルの
圧力に維持されることである。観測結果によれば、ＰＺ
Ｔ皮膜の蒸着速度は、０．５〜１０トルの圧力範囲にわ
たって室圧と共に上昇する。実際、この圧力範囲におけ
る蒸着速度は、低い室圧（例えば、１トル未満）で得ら
れる蒸着速度を大幅に上回る。上述の望ましい蒸着条件
下において、蒸着速度は、約１２〜２０ｎｍ／分であ
り、ある実施態様では、蒸着速度は、約１６ｎｍ／分で
ある。
【００３２】一般に、皮膜組成は、自己補正Ｐｂ組成領
域内に納まるように調整すべきである。さらに、自己補
正領域内において、皮膜特性は、皮膜が化学量論に則っ
た状態のままであるという事実にもかかわらず、前駆物
質の濃度が大幅に変動する。従って、自己補正領域内に
おいて、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）（ガス）組成は、皮膜特
性を最適にするように選択すべきである。自己補正領域
に対応するＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、圧力、基板温
度、及び、酸化ガスを含む、さまざまなプロセス条件に
よって決まる。
域内に納まるように調整すべきである。さらに、自己補
正領域内において、皮膜特性は、皮膜が化学量論に則っ
た状態のままであるという事実にもかかわらず、前駆物
質の濃度が大幅に変動する。従って、自己補正領域内に
おいて、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）（ガス）組成は、皮膜特
性を最適にするように選択すべきである。自己補正領域
に対応するＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、圧力、基板温
度、及び、酸化ガスを含む、さまざまなプロセス条件に
よって決まる。
【００３３】図５に示すように、上述のベースライン化
学及びプロセス条件（下記の表２に要約される）の場
合、０．８〜１．３の前駆物質の蒸気Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）（ガス）比を特徴とする自己補正Ｐｂ組成領域に対
応する、単相ＰＺＴを生じるプロセス・ウィンドウが存
在する。従って、出発前駆物質溶液は、この組成範囲に
容易に近づけるように、選択される。図示のように、こ
のプロセス・ウィンドウ内において、Ｚｒ濃度は、Ｐｂ
比とはほぼ無関係である。一般に、過剰なＰｂがＰＺＴ
皮膜に加えられる場合、結果生じるＰＺＴ皮膜は、自己
補正領域よりも粗くなる。観測結果によれば、自己補正
鉛組成領域内において、前駆物質の蒸気Ｐｂ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）（ガス）比が、１．００〜１．０７であれば、最
適な電気特性のＰＺＴ皮膜が形成される。従って、蒸着
中、前駆物質の溶液（液体）Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比
は、０．３〜３．０が望ましいが、さらに望ましいの
は、０．８〜１．３であり、それより望ましいのは、
１．００〜１．０７である。これらの条件下において、
前駆物質の溶液（液体）Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、
０．０５〜０．７０が望ましいが、さらに望ましいの
は、０．３０〜０．４０である。ある実施態様では、前
駆物質の溶液（液体）Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、０．
４０であり、これは、結果生じるＰＺＴ皮膜において約
０．２５〜０．２７のＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比に変わ
る。表１に関連した上述の実施態様では、原材料アンプ
ル２８、３０内の前駆物質混合物は、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）比は同じであるが、Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比が異な
り、一方の原材料アンプルのＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比は
比較的大きいが、もう一方の原材料アンプルのＰｂ／
（Ｔｉ＋Ｚｒ）比は比較的小さい。
学及びプロセス条件（下記の表２に要約される）の場
合、０．８〜１．３の前駆物質の蒸気Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）（ガス）比を特徴とする自己補正Ｐｂ組成領域に対
応する、単相ＰＺＴを生じるプロセス・ウィンドウが存
在する。従って、出発前駆物質溶液は、この組成範囲に
容易に近づけるように、選択される。図示のように、こ
のプロセス・ウィンドウ内において、Ｚｒ濃度は、Ｐｂ
比とはほぼ無関係である。一般に、過剰なＰｂがＰＺＴ
皮膜に加えられる場合、結果生じるＰＺＴ皮膜は、自己
補正領域よりも粗くなる。観測結果によれば、自己補正
鉛組成領域内において、前駆物質の蒸気Ｐｂ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）（ガス）比が、１．００〜１．０７であれば、最
適な電気特性のＰＺＴ皮膜が形成される。従って、蒸着
中、前駆物質の溶液（液体）Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比
は、０．３〜３．０が望ましいが、さらに望ましいの
は、０．８〜１．３であり、それより望ましいのは、
１．００〜１．０７である。これらの条件下において、
前駆物質の溶液（液体）Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、
０．０５〜０．７０が望ましいが、さらに望ましいの
は、０．３０〜０．４０である。ある実施態様では、前
駆物質の溶液（液体）Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、０．
４０であり、これは、結果生じるＰＺＴ皮膜において約
０．２５〜０．２７のＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比に変わ
る。表１に関連した上述の実施態様では、原材料アンプ
ル２８、３０内の前駆物質混合物は、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）比は同じであるが、Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比が異な
り、一方の原材料アンプルのＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比は
比較的大きいが、もう一方の原材料アンプルのＰｂ／
（Ｔｉ＋Ｚｒ）比は比較的小さい。
【００３４】ベースライン・プロセスによって、原子間
力顕微鏡検査（ＡＦＭ）による測定で、ＲＭＳ粗さが８
ｎｍで、ｚ範囲が５８ｎｍの、７０ｎｍの皮膜が生じ
る。ＰＺＴ皮膜厚に対するＲＭＳ粗さの依存性が、図６
に例示されている。
力顕微鏡検査（ＡＦＭ）による測定で、ＲＭＳ粗さが８
ｎｍで、ｚ範囲が５８ｎｍの、７０ｎｍの皮膜が生じ
る。ＰＺＴ皮膜厚に対するＲＭＳ粗さの依存性が、図６
に例示されている。
【００３５】
【表２】
【００３６】前駆物質溶液Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比の正
しい選択以外に、低処理温度であっても、自己補正Ｐｂ
組成領域の特性を向上させる、他のプロセス・パラメー
タが発見された。例えば、プロセス圧及び酸化共反応ガ
スの組成が、自己補正Ｐｂ組成領域、従って、プロセス
温度の低下可能程度にかなりの影響を及ぼすことが発見
された。すなわち、０．５〜４トル、できれば、２トル
のプロセス圧、及び、Ｎ2Ｏの濃度が５〜１００％、で
きれば、５０〜７５％の酸化共反応ガス流（この実施態
様において、共反応ガスの残りの部分はＯ2である）の
付加によって、約５７５゜Ｃのウェーハ温度であって
も、自己補正Ｐｂ組成領域が比較的大きいＰＺＴ皮膜蒸
着プロセスが可能になる。
しい選択以外に、低処理温度であっても、自己補正Ｐｂ
組成領域の特性を向上させる、他のプロセス・パラメー
タが発見された。例えば、プロセス圧及び酸化共反応ガ
スの組成が、自己補正Ｐｂ組成領域、従って、プロセス
温度の低下可能程度にかなりの影響を及ぼすことが発見
された。すなわち、０．５〜４トル、できれば、２トル
のプロセス圧、及び、Ｎ2Ｏの濃度が５〜１００％、で
きれば、５０〜７５％の酸化共反応ガス流（この実施態
様において、共反応ガスの残りの部分はＯ2である）の
付加によって、約５７５゜Ｃのウェーハ温度であって
も、自己補正Ｐｂ組成領域が比較的大きいＰＺＴ皮膜蒸
着プロセスが可能になる。
【００３７】図７、８、９、及び、１０には、自己補正
Ｐｂ組成領域の相対的サイズに対するプロセス圧及びＮ
2Ｏの影響がグラフで例示されている。図７に示すよう
に、ウェーハ・ヒータの定温が６３０゜Ｃの場合、自己
補正Ｐｂ組成領域は、圧力の低下につれて、より低いＰ
ｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）（ガス）値まで延びる（従って、自
己補正領域の範囲が拡大する）。図８に示すように、酸
化共反応ガス流にＮ2０が加えられると、自己補正Ｐｂ
組成領域は、より高いＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）（ガス）値
まで延びる（従って、自己補正領域の範囲が拡大す
る）。図９及び１０に示すように、低プロセス圧とＮ2
Ｏを含む酸化共反応ガスを組み合わせることによって、
自己補正Ｐｂ組成領域の範囲を大幅に拡大して、蒸着プ
ロセスの信頼性を高めることが可能である。これらの特
徴を取り入れた２つの典型的なベースライン化学反応及
びプロセス条件の組み合わせが、下記の表３及び４に要
約されている。
Ｐｂ組成領域の相対的サイズに対するプロセス圧及びＮ
2Ｏの影響がグラフで例示されている。図７に示すよう
に、ウェーハ・ヒータの定温が６３０゜Ｃの場合、自己
補正Ｐｂ組成領域は、圧力の低下につれて、より低いＰ
ｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）（ガス）値まで延びる（従って、自
己補正領域の範囲が拡大する）。図８に示すように、酸
化共反応ガス流にＮ2０が加えられると、自己補正Ｐｂ
組成領域は、より高いＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）（ガス）値
まで延びる（従って、自己補正領域の範囲が拡大す
る）。図９及び１０に示すように、低プロセス圧とＮ2
Ｏを含む酸化共反応ガスを組み合わせることによって、
自己補正Ｐｂ組成領域の範囲を大幅に拡大して、蒸着プ
ロセスの信頼性を高めることが可能である。これらの特
徴を取り入れた２つの典型的なベースライン化学反応及
びプロセス条件の組み合わせが、下記の表３及び４に要
約されている。
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】所望の厚さのＰＺＴ皮膜が基板２２上に蒸
着されると（ステップ８１）、もう一度、ＰＺＴ前駆物
質の蒸気が真空排気システム５２に送られる（ステップ
８２）。蒸着後、基板２２は、蒸着後の待機期間にわた
って、ＣＶＤ室１２内に留まった後、ＣＶＤ室１２から
緩衝室に移送される。ある実施態様では、蒸着後の待機
期間は約５秒以上である。
着されると（ステップ８１）、もう一度、ＰＺＴ前駆物
質の蒸気が真空排気システム５２に送られる（ステップ
８２）。蒸着後、基板２２は、蒸着後の待機期間にわた
って、ＣＶＤ室１２内に留まった後、ＣＶＤ室１２から
緩衝室に移送される。ある実施態様では、蒸着後の待機
期間は約５秒以上である。
【００４１】他の実施態様は、請求の範囲内にある。例
えば、いくつかの実施態様では、鉛、チタン、及び、ジ
ルコニウム前駆物質の完全なプリミックス溶液を納めた
単一原材料アンプルを利用することが可能である。他の
実施態様では、３つ以上の完全なプリミックス原材料溶
液を混合して、有機金属組成空間を形成することが可能
である。
えば、いくつかの実施態様では、鉛、チタン、及び、ジ
ルコニウム前駆物質の完全なプリミックス溶液を納めた
単一原材料アンプルを利用することが可能である。他の
実施態様では、３つ以上の完全なプリミックス原材料溶
液を混合して、有機金属組成空間を形成することが可能
である。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、ウェーハ内での均一性
を高くし、処理量を多くし、蒸着温度を比較的低くし
て、厚さが７０ｎｍ以下のＰＺＴ薄膜を製造することが
可能となる。
を高くし、処理量を多くし、蒸着温度を比較的低くし
て、厚さが７０ｎｍ以下のＰＺＴ薄膜を製造することが
可能となる。
【図１】ＰＺＴ皮膜を形成するための化学蒸着システム
の概略図である。
の概略図である。
【図２】ＰＺＴ皮膜を形成する方法の流れ図である。
【図３】２つの原材料前駆物質混合物に関するベースラ
イン化学反応を表したグラフである。
イン化学反応を表したグラフである。
【図４Ａ】基板に対するＰＺＴ皮膜の蒸着前の予備加熱
期間中、加熱されたサセプタの上方に支持されている基
板の概略図である。
期間中、加熱されたサセプタの上方に支持されている基
板の概略図である。
【図４Ｂ】基板に対するＰＺＴ皮膜の蒸着前の加熱期間
中、加熱されたサセプタ上に配置される図４Ａの基板の
概略図である。
中、加熱されたサセプタ上に配置される図４Ａの基板の
概略図である。
【図５】前駆物質の蒸気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数
として描かれた、図２の方法によって形成されるＰＺＴ
皮膜におけるＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比及びＺｒ／（Ｚｒ
＋Ｔｉ）比のグラフである。
として描かれた、図２の方法によって形成されるＰＺＴ
皮膜におけるＰｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比及びＺｒ／（Ｚｒ
＋Ｔｉ）比のグラフである。
【図６】本明細書に解説のベースライン化学反応及びプ
ロセス条件に従って蒸着されたＰＺＴ皮膜に関して、原
子間力顕微鏡検査（ＡＦＭ）によって測定された、ＰＺ
Ｔ皮膜厚の関数として描かれたｚ範囲のグラフである。
ロセス条件に従って蒸着されたＰＺＴ皮膜に関して、原
子間力顕微鏡検査（ＡＦＭ）によって測定された、ＰＺ
Ｔ皮膜厚の関数として描かれたｚ範囲のグラフである。
【図７】４つの異なるＣＶＤ室圧に関する前駆物質の蒸
気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれた、図２
の方法によって形成されたＰＺＴ皮膜におけるＰｂ／
（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のグラフである。
気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれた、図２
の方法によって形成されたＰＺＴ皮膜におけるＰｂ／
（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のグラフである。
【図８】１００％Ｏ2を含む酸化ガスと５０％Ｏ2及び５
０％Ｎ2Ｏを含む酸化ガスに関する前駆物質の蒸気Ｐｂ
／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれた、図２の方法
によって形成されたＰＺＴ皮膜におけるＰｂ／（Ｔｉ＋
Ｚｒ）比のグラフである。
０％Ｎ2Ｏを含む酸化ガスに関する前駆物質の蒸気Ｐｂ
／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれた、図２の方法
によって形成されたＰＺＴ皮膜におけるＰｂ／（Ｔｉ＋
Ｚｒ）比のグラフである。
【図９】２トルのＣＶＤ室圧、及び、２つの異なるウェ
ーハ温度及び６３０゜Ｃの定サセプタ温度に関する５０
％Ｏ2及び５０％Ｎ2Ｏを含む酸化ガスに関する前駆物質
の蒸気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれた、
図２の方法によって形成されたＰＺＴ皮膜におけるＰｂ
／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のグラフである。
ーハ温度及び６３０゜Ｃの定サセプタ温度に関する５０
％Ｏ2及び５０％Ｎ2Ｏを含む酸化ガスに関する前駆物質
の蒸気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれた、
図２の方法によって形成されたＰＺＴ皮膜におけるＰｂ
／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のグラフである。
【図１０】２トルのＣＶＤ室圧、及び、２つの異なるウ
ェーハ温度及び６２０゜Ｃの定サセプタ温度に関する２
５％Ｏ2及び７５％Ｎ2Ｏを含む酸化ガスに関する前駆物
質の蒸気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれ
た、図２の方法によって形成されたＰＺＴ皮膜における
Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のグラフである。
ェーハ温度及び６２０゜Ｃの定サセプタ温度に関する２
５％Ｏ2及び７５％Ｎ2Ｏを含む酸化ガスに関する前駆物
質の蒸気Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比の関数として描かれ
た、図２の方法によって形成されたＰＺＴ皮膜における
Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）比のグラフである。
１２ 化学蒸着室
２２ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 スティーブン・アール・ギルバート
アメリカ合衆国カリフォルニア州94117,
サン・フランシスコ，フレデリック・スト
リート 116 ＃33
(72)発明者 カウシャル・シン
アメリカ合衆国カリフォルニア州95054,
サンタ・クララ，サン・ラファエル・アベ
ニュー 2118
(72)発明者 サンジーブ・アガーワル
アメリカ合衆国テキサス州75025，プラノ,
ハイ・メドウズ・ドライブ 8421
(72)発明者 スティーブン・ハンター
アメリカ合衆国コロラド州80528，フォー
ト・コリンズ，ユニティ・コート 1900
Ｆターム(参考） 5F058 BA06 BC03 BF06 BF27 BJ04
5F083 FR01 GA27 JA15 PR21 PR33
Claims (10)
- 【請求項１】 基板に強誘電体Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3
被膜を形成する方法であって、 溶媒内に鉛前駆物質、チタン前駆物質、および、ジルコ
ニウム前駆物質の混合物を含有するプリミックス原材料
溶液を用意するステップと、 前記原材料溶液を気化させて、前駆物質の蒸気を生じさ
せるステップと、 前記基板を納めた化学蒸着室内に前駆物質の蒸気を送り
込むステップと、を含む方法。 - 【請求項２】 前記ジルコニウム前駆物質に、Ｚｒ（Ｏ
ｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2またはＺｒ（ｔｈｄ）4またはＺ
ｒ（ＯtＢｕ）2（ｔｈｄ）2が含まれることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記鉛前駆物質がＰｂ（ｔｈｄ）2（ｐ
ｍｄｅｔａ）であり、前記ジルコニウム前駆物質がＺｒ
（ＯｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2であり、前記チタン前駆物質
がＴｉ（ＯｉＰｒ）2（ｔｈｄ）2であることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 さらに加えて、前記化学蒸着室に、５〜
１００％のＮ2０を含む酸化共反応ガスを送り込むステ
ップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項５】 さらに加えて、前記化学蒸着室に、Ｎ2
Ｏ、Ｏ2、及び、Ｏ3ガスのうちの１つ以上を含む酸化共
反応ガスを送り込むステップが含まれることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 さらに加えて、 溶媒内に鉛前駆物質、チタン前駆物質、および、ジルコ
ニウム前駆物質の第２の混合物を含む、第１のプリミッ
クス原材料溶液とは異なる第２のプリミックス原材料溶
液を用意するステップと、 前記第１と第２の原材料溶液を混合して、前駆物質溶液
を形成するステップと、 前記前駆物質溶液を気化させて、前駆物質の蒸気を生じ
させるステップと、を含むことを特徴とする、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項７】 前記第１及び第２の原材料溶液が、約２
８〜６５％の範囲内の鉛濃度、約１４〜２９％の範囲内
のジルコニウム濃度、及び、約２０〜４３％の範囲内の
チタン濃度によって特性が示されることを特徴とする、
請求項９に記載の方法。 - 【請求項８】 前記原材料溶液が、約１８０〜２１０゜
Ｃの範囲内の温度で気化することを特徴とする、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記化学蒸着室が、蒸着中、約０．５〜
４トルの範囲内の圧力に維持されることを特徴とする、
請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１０】 さらに加えて、予備加熱期間中、前記
基板を予備加熱するステップが含まれることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。
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