JP2003224118A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

成膜装置及び成膜方法

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JP2003224118A
JP2003224118A JP2002018975A JP2002018975A JP2003224118A JP 2003224118 A JP2003224118 A JP 2003224118A JP 2002018975 A JP2002018975 A JP 2002018975A JP 2002018975 A JP2002018975 A JP 2002018975A JP 2003224118 A JP2003224118 A JP 2003224118A
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JP
Japan
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film forming
mixed raw
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JP2002018975A
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Kenji Matsumoto
賢治 松本
Hiroshi Jinriki
博 神力
Toru Tatsumi
徹 辰巳
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Tokyo Electron Ltd
NEC Corp
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合原料溶液を使用した場合であっても、生
成されるPZT膜中の元素の組成比を制御することので
きる成膜装置及び成膜方法を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 Pb原料とZr原料とTi原料との混合
原料溶液を気化器66に供給して気化し、原料ガスを生
成する。配管70を通じて原料ガスを処理チャンバ2の
シャワープレート4に供給する。配管70をヒータ72
により加熱し、ヒータ72の発熱量を温度調整器74に
より制御する。これにより原料ガスの温度を所定の温度
として、生成されるPZT膜中の元素の組成比を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は成膜装置及び成膜方
法に係わり、特にPZT膜を化学的気相合成法により生
成するために使用される成膜装置及び成膜方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、プレーナスタック型FeRAMの
メモリキャパシタ材としてPZT膜の使用が注目されて
おり、高品質なPZT膜を短時間で生成する技術の開発
が進められている。
【0003】多元系金属酸化物薄膜であるPZT膜は、
Pb(Zr1−xTi)Oのペロブスカイト構造の
結晶膜である。PZT膜は、一般に、有機金属材料のガ
スと酸化剤として例えばNOとをCVD装置により反
応させて基体上に堆積させることにより生成される。有
機金属材料としては、例えばPb(DPM)、Zr
(O−t−Bu)、及びTi(O−i−Pr)が用
いられる。
【0004】有機金属材料は気体の状態でCVD装置に
供給されるが、材料そのものとしては室温において固体
又は液体である。したがって、有機金属材料をCVD装
置に供給するためには、有機金属材料を気体に変換する
必要がある。有機金属材料を気体に変換する方法とし
て、固体昇華法と溶液気化法がある。
【0005】固体昇華法は、固体状態の有機金属材料を
加熱して昇華により気体状態の有機金属材料を得る方法
である。一方、溶液気化法は、有機金属材料を溶媒で溶
かして液体原料を準備し、この液体原料を気化器により
気化させて気体状態の有機金属材料を得る方法である。
【0006】図1は溶液気化法を用いた従来のガス供給
装置を有するCVD装置の概略構成図である。図1に示
すCVD装置はPZT膜をウェハ上に堆積させるための
装置であり、処理チャンバ2、シャワーヘッド4、冷却
トラップ6、真空ポンプ8及びガス供給装置10を有す
る。
【0007】処理チャンバ2内にはウェハWを載置する
ための載置台2aが設けられている。載置台2aにはヒ
ータが埋め込まれており、載置台2aに載置されたウェ
ハWを所定の処理温度に加熱する。処理チャンバ2は排
気ポート2bを介して冷却トラップ6に接続され、さら
に真空ポンプ8に接続されている。冷却トラップ6及び
真空ポンプ8により処理チャンバ2内のガスを排気して
所定の真空度に維持する。
【0008】シャワーヘッド4は、載置台2aに対向し
た状態で処理チャンバ2の上部に設けられており、処理
ガスとして原料ガス及び酸化ガスを混合して処理チャン
バ2内に供給する。
【0009】ガス供給装置30は、シャワーヘッド4に
原料ガスを供給するための装置である。PZT膜を生成
するためには、上述のように、Pb(DPM)(以下
Pb原料と称する)のガス、Zr(O−t−Bu)
(以下Zr原料と称する)のガス、及びTi(O−i
−Pr)(以下Ti原料と称する)のガスをシャワー
ヘッド4に供給する。なお、処理チャンバには酸化剤と
して二酸化窒素(NO)も供給されるが、図1では簡
略化のために図示を省略している。
【0010】図1に示すガス供給装置30は、溶媒に溶
解されたPb原料を貯蔵するPb溶液原料タンク32
と、溶媒に溶解されたZr原料を貯蔵するZr溶液原料
タンク34と、溶媒に溶解されたTi原料を貯蔵するT
i溶液原料タンク36とを有する。
【0011】Pb溶液原料タンク32には圧送ガスが供
給され、その圧力によりPb溶液を液体用マスフローコ
ントローラ(Liq.MFC)を38介してPb用気化
器40に供給する。Pb用気化器40にはマスフローコ
ントローラ(MFC)42を介してキャリアガスが供給
される。Pb用気化器40に供給されたPb溶液は、P
b用気化器40内でキャリアガスにより気化され、気体
となったPb原料がシャワーヘッド4に供給される。
【0012】Zr溶液原料タンク34には圧送ガスが供
給され、その圧力によりZr溶液を液体用マスフローコ
ントローラ(Liq.MFC)を44介してZr用気化
器46に供給する。Zr用気化器46にはマスフローコ
ントローラ(MFC)48を介してキャリアガスが供給
される。Zr用気化器46に供給されたZr溶液は、Z
r用気化器46内でキャリアガスにより気化され、気体
となったZr原料がシャワーヘッド4に供給される。
【0013】Ti溶液原料タンク36には圧送ガスが供
給され、その圧力によりTi溶液を液体用マスフローコ
ントローラ(Liq.MFC)を50介してTi用気化
器52に供給する。Ti用気化器52にはマスフローコ
ントローラ(MFC)54を介してキャリアガスが供給
される。Ti用気化器52に供給されたTi溶液は、T
i用気化器52内でキャリアガスにより気化され、気体
となったTi原料がシャワーヘッド4に供給される。
【0014】以上のような構成のCVD装置において、
シャワーヘッド4から供給される原料ガスと酸化ガスと
を処理チャンバ2内において反応させ、ウェハW上にP
ZT膜を堆積する。なお、各原料の供給ラインはベント
ライン20に接続されており、原料ガスが不要な場合
に、シャワーヘッド4を迂回して排気ポート2bに直接
原料ガスを排気することができる。
【0015】図2は溶液気化法を用いた従来のガス供給
装置を有するCVD装置の他の例を示す概略構成図であ
る。図2に示すCVD装置はPZT膜をウェハ上に堆積
させるための装置であり、ガス供給装置以外の基本的な
構成は図1に示すCVD装置と同様であり、その説明は
省略する。
【0016】図2に示すガス供給装置60は、溶媒に溶
解されたPb原料とZr原料とTi原料との混合原料を
貯蔵する混合溶液原料タンク62を有する。
【0017】混合溶液原料タンク62には圧送ガスが供
給され、その圧力により混合溶液を液体用マスフローコ
ントローラ(Liq.MFC)を64介して気化器66
に供給する。すなわち、Pb原料とZr原料とTi原料
とが所定の比率で予め混合された溶液が気化器66に供
給される。
【0018】気化器66にはマスフローコントローラ
(MFC)68を介してキャリアガスが供給される。気
化器66に供給された混合溶液は、気化器66内でキャ
リアガスにより気化され、気体となったPb原料、Zr
原料及びTi原料が混合原料ガスとしてシャワーヘッド
4に供給される。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】図1に示すガス供給装
置のように、Pb原料、Zr原料及びTi原料を各々独
立に供給する場合、気化した混合原料ガス中のPb原
料、Zr原料及びTi原料の組成比を調整することは容
易である。すなわち、液体用マスフローコントローラ3
8,44,50により、液体のPb原料、Zr原料及び
Ti原料の流量を制御すればよい。また、PZT成膜の
ように、最初にPTO核付けを行うような場合に、原料
ガスの組成比を任意に調整することができる。
【0020】しかし、上述の方法では、組成比を調整し
易い反面、組成比を一定の値に維持することが難しいと
いった問題がある。また、原料の供給系を3系統設けな
ければならず、装置の製造コストが上昇してしまう。
【0021】一方、図2に示すガス供給装置のように、
Pb原料、Zr原料及びTi原料が予め混合された混合
原料溶液を供給する場合、溶液の段階で各原料が混合さ
れているので、各原料の組成比の変動は少ない。また、
原料の供給系統は一つであるため、装置の製造コストを
低く抑えることができる。このため、何枚ものウェハを
続けて処理する量産装置とし好適である。
【0022】しかし、混合原料溶液を供給するガス供給
装置の場合、原料の組成比を変更又は制御することがで
きないという問題がある。例えば、PZT成膜の場合、
得られたPZT膜の電気的特性は膜の組成比(特にPb
と(Zr+Ti)との比)に影響を受けるため、PZT
の量産の場合は組成比(Pbと(Zr+Ti)との比)
の再現性が重要である。ところが、組成比が何らかの理
由で変動してしまった場合、あるいはPZT膜の電気的
特性を変更する必要が生じた場合であっても、図2に示
すガス供給装置では直ちに対応することがでず、混合原
料溶液を交換しなければならない。
【0023】ここで、一般に、PZT膜などの酸化物薄
膜を結晶状態で堆積するには、薄膜が堆積されるウェハ
等の基体を600℃程度の温度に加熱する必要がある。
そこで、基体に耐熱性の劣る構造がすでに形成されてい
る場合は、高温で行われる結晶核の形成工程と、比較的
低温で行われる成膜工程との2段階に分けて行われる。
このようなPZT膜の結晶核を形成する工程をPTO核
付けと称する。また、PTO核が層状に形されたPTO
バッファ層を生成して、その上にPZT膜を生成するこ
ともできる。
【0024】図2に示すような混合原料溶液を使用する
場合、PZT成膜のようにPTO核付け又はPTOバッ
ファ層の形成を行うことが好ましいような場合であって
も、組成比の変更ができないためPTO核付け又はPT
Oバッファ層の形成を行うことはできない。すなわち、
PTO核付けの場合、最初にPb原料とTi原料を供給
し、その後Zr原料を追加して供給するというシーケン
スが必要であるが、混合原料溶液は予め3つの原料が混
合されたものなので、PTO核付けのシーケンスを行う
ことはできない。
【0025】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、混合原料溶液を使用してPZT膜を生成した場合
であっても、生成されるPZT膜に含まれる元素の組成
比を制御することのできる成膜装置及び成膜方法を提供
することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。
【0027】請求項1記載の発明は、PZT膜を化学的
気相合成法により基体上に生成する成膜装置であって、
気化した多元素混合原料溶液を、前記基体が配置された
処理チャンバに供給する原料ガス供給通路と、該原料ガ
ス供給通路の温度を調節して前記PZT膜に含まれる元
素の組成比を制御する組成比制御手段とを有することを
特徴とするものである。
【0028】請求項2記載の発明は、請求項1記載の成
膜装置であって、前記原料ガス供給通路は、前記処理チ
ャンバに原料ガスを供給するシャワーヘッドに接続され
た配管を含み、前記組成比制御手段は、前記配管に設け
られたヒータと該ヒータの発熱量を制御する温度調節器
とを有することを特徴とするものである。
【0029】請求項3記載の発明は、請求項1記載の成
膜装置であって、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原
料溶液との混合原料溶液を貯蔵する混合原料溶液貯蔵タ
ンクと、該混合原料溶液貯蔵タンクから供給される混合
原料溶液を気化する気化器とを有し、前記原料ガス供給
通路は該気化器を前記処理チャンバに接続する配管であ
ることを特徴とするものである。
【0030】請求項4記載の発明は、請求項1記載の成
膜装置であって、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原
料溶液との混合原料溶液を貯蔵する第1の混合原料溶液
貯蔵タンクと、該第1の混合原料溶液貯蔵タンクから供
給される混合原料溶液を気化する第1の気化器と、Pb
原料溶液とTi原料溶液との混合原料溶液を貯蔵する第
2の混合原料溶液貯蔵タンクと、該第2の混合原料溶液
貯蔵タンクから供給される混合原料溶液を気化する第2
の気化器とを有し、前記原料ガス供給通路は、前記第1
の気化器を前記処理チャンバに接続する配管と、前記第
2の気化器を前記処理チャンバに接続する配管とよりな
ることを特徴とするものである。
【0031】請求項5記載の発明は、請求項1記載の成
膜装置であって、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原
料溶液との混合原料溶液を貯蔵する第1の混合原料溶液
貯蔵タンクと、Pb原料溶液とTi原料溶液との混合原
料溶液を貯蔵する第2の混合原料溶液貯蔵タンクと、前
記第1及び第2の混合原料溶液貯蔵タンクから供給され
る混合原料溶液を気化する気化器とを有し、前記原料ガ
ス供給通路は、前記気化器を前記処理チャンバに接続す
る配管であることを特徴とするものである。
【0032】請求項6記載の発明は、請求項1記載の成
膜装置であって、Pb原料溶液とZr原料溶液との混合
原料溶液を貯蔵する第1の混合原料溶液貯蔵タンクと、
該第1の混合原料溶液貯蔵タンクから供給される混合原
料溶液を気化する第1の気化器と、Pb原料溶液とTi
原料溶液との混合原料溶液を貯蔵する第2の混合原料溶
液貯蔵タンクと、該第2の混合原料溶液貯蔵タンクから
供給される混合原料溶液を気化する第2の気化器とを有
し、前記原料ガス供給通路は、前記第1の気化器を前記
処理チャンバに接続する配管と、前記第2の気化器を前
記処理チャンバに接続する配管とよりなることを特徴と
するものである。
【0033】請求項7記載の発明は、請求項1記載の成
膜装置であって、Pb原料溶液とZr原料溶液との混合
原料溶液を貯蔵する第1の混合原料溶液貯蔵タンクと、
Pb原料溶液とTi原料溶液との混合原料溶液を貯蔵す
る第2の混合原料溶液貯蔵タンクと、前記第1及び第2
の混合原料溶液貯蔵タンクから供給される混合原料溶液
を気化する気化器とを有し、前記原料ガス供給通路は、
前記気化器を前記処理チャンバに接続する配管であるこ
とを特徴とするものである。
【0034】請求項8記載の発明は、PZT膜を化学的
気相合成法により基体上に生成する成膜方法であって、
多元素混合原料溶液を気化して原料ガスを生成し、前記
原料ガスの温度を所定の温度に調整しながら、前記基体
が配置された処理チャンバに前記原料ガスを供給して、
生成されるPZT膜に含まれる元素の組成比を制御する
ことを特徴とするものである。
【0035】請求項9記載の発明は、請求項8記載の成
膜方法であって、前記原料ガスは、前記処理チャンバの
シャワーヘッドに接続された配管を通じて前記処理チャ
ンバに供給され、前記配管の温度を調整することによ
り、前記原料ガスの温度を調整することを特徴とするも
のである。
【0036】請求項10記載の発明は、請求項8記載の
成膜方法であって、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi
原料溶液との混合原料溶液を気化して前記原料ガスを生
成することを特徴とするものである。
【0037】請求項11記載の発明は、請求項8記載の
成膜方法であって、Pb原料溶液とTi原料溶液との混
合原料溶液を気化してPTO核付け用原料ガスを生成
し、該PTO核付け用原料ガスの温度を所定の温度に調
整しながら、前記PTO核付け用原料ガスを前記処理チ
ャンバに供給して、前記基体上にPTO核又はPTOバ
ッファ層を形成し、PTO核又はPTOバッファ層を形
成した後に、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶
液との混合原料溶液を気化して前記原料ガスを生成する
ことを特徴とするものである。
【0038】請求項12記載の発明は、請求項8記載の
成膜方法であって、Pb原料溶液とTi原料溶液との混
合原料溶液を気化してPTO核付け用原料ガスを生成
し、該PTO核付け用原料ガスの温度を所定の温度に調
整しながら、前記PTO核付け用原料ガスを前記処理チ
ャンバに供給して、前記基体上にPTO核又はPTOバ
ッファ層を形成し、PTO核又はPTOバッファ層を形
成した後に、Pb原料溶液とZr原料溶との混合原料溶
液と、Pb原料溶液とZr原料溶液との混合原料溶液と
を気化して前記原料ガスを生成することを特徴とするも
のである。
【0039】上述の発明によれば、溶液の段階で混合さ
れている原料を気化して原料ガスとした後に、原料ガス
を加熱しながら処理チャンバに供給する。生成されるP
ZT膜を構成する元素の組成比は、原料ガスの加熱によ
り変化する。原料ガスを所定の温度に加熱することによ
り、所望の組成比となるように制御することができる。
【0040】本発明によるPZT膜の成膜方法におい
て、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混
合原料溶液を気化して原料ガス生成する。この原料ガス
を所定の温度に加熱することにより、生成されるPZT
膜が所望の組成比となるように制御することができる。
組成比の制御により、PZT膜の電気的特性を制御する
ことができる。
【0041】また、Pb原料溶液とTi原料溶液との混
合原料溶液を最初に供給することにより、PTO核付け
又はPTOバッファ層を形成することができ、この上に
効率的にPZT膜を生成することができる。
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。
【0042】本発明は、混合原料溶液を使用しながら、
供給する原料ガスの温度を調整することにより生成され
た薄膜に含まれる複数の元素の組成比を制御する組成比
制御手段を有することに特徴を有する。以下において、
PZT膜を生成する場合について説明する。
【0043】まず、本発明の原理について図3、4及び
5を参照しながら説明する。図3はPb原料ガスを供給
する配管の温度を変えた場合のPZT膜中の各原料(元
素)の組成比を示すグラフである。Pb配管温度が上昇
するにつれ、PZT膜中におけるPbの割合は上昇し、
結果としてZr及びTiの組成比は減少する。したがっ
て、Pb配管温度を変更することにより電気的特性の異
なるPZT膜が成膜される。例えば、Pb配管温度を2
25℃に維持しながら成膜したPZT膜の電気的特性
は、Pb配管温度を250℃あるいは275℃に維持し
ながら成膜したPZT膜の電気的特性とは異なったもの
となる。
【0044】なお、図3においてPb配管温度のみを変
化させており、Zr配管温度は155℃、及びTi配管
温度は160℃とした。また、各原料ガスの流量は一定
とし、PZT膜を生成するための基板であるウェハの温
度も一定とした。
【0045】一方、図4はZr原料ガスを供給する配管
の温度を変えた場合のPZT膜中の各原料の組成比を示
すグラフである。図4に示すように、Zr原料ガスを供
給する配管の温度を変化させても、PZT膜中の各原料
の組成比にはほとんど変化が見られないことがわかる。
なお、図4においてZr配管温度のみを変化させてお
り、Pb配管温度は225℃、及びTi配管温度は16
0℃とした。また、各原料ガスの流量は一定とし、PZ
T膜を生成するための基板であるウェハの温度も一定と
した。
【0046】また、図5はTi原料ガスを供給する配管
の温度を変えた場合のPZT膜中の各原料の組成比を示
すグラフである。図5に示すように、Ti原料ガスを供
給する配管の温度を変化させても、PZT膜中の各原料
の組成比にはほとんど変化が見られないことがわかる。
なお、図5においてTi配管温度のみを変化させてお
り、Pb配管温度は225℃、及びZr配管温度は15
5℃とした。また、各原料ガスの流量は一定とし、PZ
T膜を生成するための基板であるウェハの温度も一定と
した。
【0047】以上のグラフより、PZT膜中のPbの割
合を増やしたい場合には、混合溶液原料を気化して混合
原料ガスに変換する気化器以降の配管温度を上げればよ
く、また反対にPZT膜中のPbの割合を減らしたい場
合には、気化器以降の配管温度を下げればよいことがわ
かる。ただし、配管温度に依存するのはPb原料のみで
あり、したがって制御することのできる組成比はPb/
(Zr+Ti)である。すなわち、例えばZr/Tiの
比率を変えることはできない。
【0048】以上のように、原料ガスを供給するための
原料ガス供給通路としての配管の温度を調整することに
より、生成された薄膜に含まれる複数の元素の組成比を
制御することができる。
【0049】次に本発明の第1実施例によるガス供給機
構を備えた成膜装置について、図6を参照しながら説明
する。
【0050】図6は本発明の第1実施例によるガス供給
装置を備えた成膜装置の構成図である。図6に示す成膜
装置はウェハ上にPZT膜を生成するための装置であ
る。なお、図6において、図1又は2に示す構成部品と
同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【0051】本実施例による成膜装置は、組成比制御手
段としての配管温度制御機構を図2に示す成膜装置に加
えたものである。すなわち、混合原料溶液を気化する気
化器66をシャワーヘッド4に接続する配管70の周り
にヒータ72を設け、ヒータ72による加熱温度を温度
調整器74により制御する。ヒータ72としては、配管
70の外周に巻きつけるような電熱ヒータが好ましい。
【0052】温度調整器74は、例えば成膜装置全体の
動作を制御するためのコントローラに76接続され、コ
ントローラ76からの指示によりヒータ72に供給する
電力を調節してその発熱量を制御する。なお、配管70
に温度センサ(図示せず)を設けて配管70の温度を温
度調整器74にフィードバックすることにより、配管7
0の温度を目標値に維持することとしてもよい。
【0053】従来のガス供給装置においても、気化した
原料ガスの再液化を防ぐために、配管70は例えば20
0℃程度に保たれているが、本実施例では、配管70を
200℃以上、例えば200℃〜260℃程度の範囲で
制御する。これにより、処理チャンバ4中に配置された
ウェハW上に成膜されるPZT膜中のPbの組成比を増
減することができる。したがって、組成比の中でPZT
膜の電気的特性に最も強く影響を及ぼすPbの割合を制
御することができる。すなわち、配管70の温度を上述
のように制御することにより、PZT膜中のPb/(Z
r+Ti)の比を制御することができる。これにより、
得られたPZT膜の電気的特性を一定に維持することが
できる。
【0054】ただし、本実施例による成膜装置では、P
ZT膜中のZr/Tiの比は制御することはできない。
また、PTO核付けのシーケンスを行うことはできな
い。
【0055】なお、本実施例による成膜装置及び以下に
説明する実施例による成膜装置には、酸化剤供給機構及
び気化器洗浄ライン等が設けられているが、図面の簡略
化のためその図示は省略している。
【0056】次に本発明の第2実施例によるガス供給機
構を備えた成膜装置について、図7を参照しながら説明
する。
【0057】図7は本発明の第2実施例によるガス供給
装置を備えた成膜装置の構成図である。図7に示す成膜
装置はウェハ上にPZT膜を生成するための装置であ
る。なお、図7において、図1、2及び6に示す構成部
品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略す
る。
【0058】本実施例による成膜装置は、PZT膜生成
用のPTO核付けシーケンスを行うことができるよう構
成されたものである。すなわち、本実施例による成膜装
置は、図6に示す成膜装置に対して、PTO核付け用の
原料ガスを供給するガス供給系統を加えたものである。
【0059】PTO核付け用の原料ガスを供給するガス
供給系統は、溶媒に溶解されたPb原料とTi原料との
混合原料を貯蔵する混合溶液原料タンク82を有する。
混合溶液原料タンク82には圧送ガスが供給され、その
圧力により混合溶液を液体用マスフローコントローラ
(Liq.MFC)84を介して気化器86に供給す
る。すなわち、Pb原料とTi原料とが所定の比率で予
め混合された溶液が気化器86に供給される。
【0060】気化器86にはマスフローコントローラ
(MFC)88を介してキャリアガスが供給される。気
化器86に供給された混合溶液は、気化器86内でキャ
リアガスにより気化され、気体となったPb原料及びT
i原料が混合原料ガスとして、配管90を介してシャワ
ーヘッド4に供給される。すなわち、混合溶液原料タン
ク82から気化器86及び配管90を介してシャワーヘ
ッド4に供給される混合ガスは、Zr原料を含まないP
TO核付け用のPb原料とTi原料との混合原料ガスで
ある。
【0061】ここで、配管90のシャワーヘッド4に近
い部分にはヒータ72と同様な構成のヒータ92が設け
られる。ヒータ92は温度調整器74に接続され、入力
が制御される。
【0062】以上のような構成の成膜装置においてPZ
T膜を生成するには、まず混合溶液原料タンク82に貯
蔵されているPb原料とTi原料との混合溶液を気化器
86に供給することにより、Pb原料ガスとTi原料ガ
スとをシャワーヘッド4を介して処理チャンバ2に供給
して、PTO核付け又はPTOバッファ層の形成を行
う。
【0063】PTO核付けが終了したら、混合溶液原料
タンク82からの混合原料の供給を停止し、次に、混合
溶液原料タンク62に貯蔵されているPb原料とZr原
料とTi原料の混合溶液を気化器66に供給することに
より、Pb原料ガスとZr原料ガスとTi原料ガスとを
シャワーヘッド4に供給してPTO核上にPZT膜の生
成を行う。
【0064】以上のように、本発明の第2実施例による
ガス供給装置を備えた成膜装置では、配管70及び90
を200℃以上、例えば200℃〜260℃程度の範囲
で制御する。これにより、処理チャンバ2中に配置され
たウェハW上に成膜されるPZT膜中のPbの組成比を
増減することができる。したがって、組成比の中でPZ
T膜の電気的特性に最も強く影響を及ぼすPbの割合を
制御することができる。加えて、PTO核付け用の原料
ガスを供給するガス供給系統を備えているため、PTO
核付けシーケンスを行うことができ、PZT膜を効率的
に生成することができる。
【0065】次に本発明の第3実施例によるガス供給機
構を備えた成膜装置について、図8を参照しながら説明
する。
【0066】図8は本発明の第3実施例によるガス供給
装置を備えた成膜装置の構成図である。図8に示す成膜
装置はウェハ上にPZT膜を生成するための装置であ
る。なお、図8において、図1、2、6及び7に示す構
成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省
略する。
【0067】本実施例による成膜装置は、PZT膜生成
用のPTO核付けシーケンスを行うことができるよう構
成されたものである。すなわち、本実施例による成膜装
置は、図7に示す成膜装置と同様に、図6に示す成膜装
置に対してPTO核付け用の原料ガスを供給するガス供
給系統を加えたものである。ただし、図7に示す成膜装
置とは異なり、気化器66をPTO核付け用とPZT成
膜用とに共通して使用している。したがって、気化器が
一つで済むので装置の製造コストを低減することができ
る。
【0068】次に本発明の第4実施例によるガス供給機
構を備えた成膜装置について、図9を参照しながら説明
する。
【0069】図9は本発明の第4実施例によるガス供給
装置を備えた成膜装置の構成図である。図9に示す成膜
装置はウェハ上にPZT膜を生成するための装置であ
る。なお、図9において、図1、2及び7に示す構成部
品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略す
る。
【0070】本実施例による成膜装置は、PZT膜生成
用のPTO核付けシーケンスを行うことができるよう構
成されている。すなわち、本実施例による成膜装置は、
図7に示す成膜装置と同様に、PTO核付け用の原料ガ
スを供給するガス供給系統を備えている。
【0071】ここで、図7に示す成膜装置では、Pb原
料、Zr原料及びTi原料の3種類の原料を混合した混
合原料を用いてPZT膜を生成しているが、本実施例に
よる成膜装置では、3種類の原料を混合した混合原料の
代わりに、Pb原料とZr原料のみの混合原料を用いて
いる。
【0072】すなわち、本実施例による成膜装置は、P
b原料とZr原料のみの混合原料を貯蔵する混合溶液原
料タンク102を有する。混合溶液原料タンク102に
は圧送ガスが供給され、その圧力により混合溶液を液体
用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を104
介して気化器106に供給する。すなわち、Pb原料と
Zr原料とが所定の比率で予め混合された溶液が気化器
106に供給される。
【0073】気化器106にはマスフローコントローラ
(MFC)108を介してキャリアガスが供給される。
気化器106に供給された混合溶液は、気化器106内
でキャリアガスにより気化され、気体となったPb原料
及びZr原料が混合原料ガスとして、配管110を介し
てシャワーヘッド4に供給される。すなわち、混合溶液
原料タンク102から気化106及び配管110を介し
てシャワーヘッド4に供給される混合ガスは、Ti原料
を含まないPb原料とZr原料との混合原料ガスであ
る。
【0074】ここで、配管110のシャワーヘッド4に
近い部分にはヒータ72と同様な構成のヒータ112が
設けられる。ヒータ112は温度調整器74に接続さ
れ、入力が制御される。
【0075】以上のような構成の成膜装置においてPZ
T膜を生成するには、まず混合溶液原料タンク82に貯
蔵されているPb原料とTi原料との混合溶液を気化器
86に供給することにより、Pb原料ガスとTi原料ガ
スとをシャワーヘッド4に供給してPTO核付けを行
う。
【0076】次に、Pb原料ガスとTi原料ガスとをシ
ャワーヘッド4に供給しながら、混合溶液原料タンク1
02に貯蔵されているPb原料とZr原料との混合溶液
を気化器106に供給することにより、Pb原料ガスと
Zr原料ガスとをシャワーヘッド4に供給してPTO核
上にPZT膜の生成を行う。
【0077】上述のPZT膜の生成工程において、Pb
原料ガスとTi原料ガスの混合ガスが気化器86から供
給され、同時にPb原料ガスとZr原料ガスの混合ガス
が気化器106から供給される。したがって、Ti原料
ガスとZr原料ガスとは別個の供給系統から供給される
ため、Ti原料ガスとZr原料ガスとの比を制御するこ
とができる。すなわち、本実施例による成膜装置によれ
ば、Pb/(Zr+Ti)の比を配管温度の調節により
制御することができるとともに、混合溶液原料の流量を
調整することによりTi/Zrの比も制御することがで
きる。
【0078】次に本発明の第5実施例によるガス供給機
構を備えた成膜装置について、図10を参照しながら説
明する。
【0079】図10は本発明の第3実施例によるガス供
給装置を備えた成膜装置の構成図である。図10に示す
成膜装置はウェハ上にPZT膜を生成するための装置で
ある。なお、図10において、図1、2及び9に示す構
成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省
略する。
【0080】本実施例による成膜装置は、図9に示す成
膜装置と同様に、PTO核付け用の原料ガスを供給する
ガス供給系統と、Pb原料とZr原料との混合原料ガス
を供給する系統とを備えたものである。ただし、図9に
示す成膜装置とは異なり、気化器86をPTO核付け用
とPZT成膜用とに共通して使用している。したがっ
て、気化器が一つで済むので装置の製造コストを低減す
ることができる。
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、溶液の段階
で混合されている原料を気化して原料ガスとした後に、
原料ガスを加熱しながら処理チャンバに供給する。生成
されるPZT膜を構成する元素の組成比は、原料ガスの
加熱により変化する。原料ガスを所定の温度に加熱する
ことにより、所望の組成比となるように制御することが
できる。
【0081】本発明によるPZT膜の成膜方法におい
て、Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混
合原料溶液を気化して原料ガス生成する。この原料ガス
を所定の温度に加熱することにより、生成されるPZT
膜が所望の組成比となるように制御することができる。
組成比の制御により、PZT膜の電気的特性を制御する
ことができる。
【0082】また、Pb原料溶液とTi原料溶液との混
合原料溶液を最初に供給することにより、PTO核付け
又はPTOバッファ層を形成することができ、この上に
効率的にPZT膜を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶液気化法を用いた従来のガス供給装置を有す
るCVD装置の概略構成図である。
【図2】溶液気化法を用いた従来のガス供給装置を有す
るCVD装置の他の例を示す概略構成図である。
【図3】Pb原料ガスを供給する配管の温度を変えた場
合のPZT膜中の各原料の組成比を示すグラフである。
【図4】Zr原料ガスを供給する配管の温度を変えた場
合のPZT膜中の各原料の組成比を示すグラフである。
【図5】Ti原料ガスを供給する配管の温度を変えた場
合のPZT膜中の各原料の組成比を示すグラフである。
【図6】本発明の第1実施例によるガス供給装置を備え
た成膜装置の構成図である。
【図7】本発明の第2実施例によるガス供給装置を備え
た成膜装置の構成図である。
【図8】本発明の第3実施例によるガス供給装置を備え
た成膜装置の構成図である。
【図9】本発明の第4実施例によるガス供給装置を備え
た成膜装置の構成図である。
【図10】本発明の第5実施例によるガス供給装置を備
えた成膜装置の構成図である。
【符号の説明】
2 処理チャンバ 2a 載置台 2b 排気ポート 4 シャワーヘッド 6 冷却トラップ 8 真空ポンプ 20 ベントライン 62,82,102 混合溶液原料タンク 64,84,104 液体用マスフローコントローラ 66,86,106 気化器 68,88,108 マスフローコントローラ 70,90,110 配管 72,92,112 ヒータ 74 温度調整器 76 コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神力 博 東京都港区赤坂五丁目3番6号 TBS放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 辰巳 徹 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA11 BA01 BA18 BA22 BA42 BB12 EA01 EA03 EA11 JA06 JA10 5F045 AA04 AB31 AF03 BB04 BB08 BB16 DC63 DP03 EC09 EE02 EE04 EE12 EF05 GB05

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PZT膜を化学的気相合成法により基体
    上に生成する成膜装置であって、 気化した多元素混合原料溶液を、前記基体が配置された
    処理チャンバに供給する原料ガス供給通路と、 該原料ガス供給通路の温度を調節して前記PZT膜に含
    まれる元素の組成比を制御する組成比制御手段とを有す
    ることを特徴とする成膜装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の成膜装置であって、 前記原料ガス供給通路は、前記処理チャンバに原料ガス
    を供給するシャワーヘッドに接続された配管を含み、 前記組成比制御手段は、前記配管に設けられたヒータと
    該ヒータの発熱量を制御する温度調整器とを有すること
    を特徴とする成膜装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の成膜装置であって、 Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混合原
    料溶液を貯蔵する混合原料溶液貯蔵タンクと、該混合原
    料溶液貯蔵タンクから供給される混合原料溶液を気化す
    る気化器とを有し、 前記原料ガス供給通路は該気化器を前記処理チャンバに
    接続する配管であることを特徴とする成膜装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の成膜装置であって、 Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混合原
    料溶液を貯蔵する第1の混合原料溶液貯蔵タンクと、該
    第1の混合原料溶液貯蔵タンクから供給される混合原料
    溶液を気化する第1の気化器と、Pb原料溶液とTi原
    料溶液との混合原料溶液を貯蔵する第2の混合原料溶液
    貯蔵タンクと、該第2の混合原料溶液貯蔵タンクから供
    給される混合原料溶液を気化する第2の気化器とを有
    し、 前記原料ガス供給通路は、前記第1の気化器を前記処理
    チャンバに接続する配管と、前記第2の気化器を前記処
    理チャンバに接続する配管とよりなることを特徴とする
    成膜装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の成膜装置であって、 Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混合原
    料溶液を貯蔵する第1の混合原料溶液貯蔵タンクと、P
    b原料溶液とTi原料溶液との混合原料溶液を貯蔵する
    第2の混合原料溶液貯蔵タンクと、前記第1及び第2の
    混合原料溶液貯蔵タンクから供給される混合原料溶液を
    気化する気化器とを有し、 前記原料ガス供給通路は、前記気化器を前記処理チャン
    バに接続する配管であることを特徴とする成膜装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の成膜装置であって、 Pb原料溶液とZr原料溶液との混合原料溶液を貯蔵す
    る第1の混合原料溶液貯蔵タンクと、該第1の混合原料
    溶液貯蔵タンクから供給される混合原料溶液を気化する
    第1の気化器と、Pb原料溶液とTi原料溶液との混合
    原料溶液を貯蔵する第2の混合原料溶液貯蔵タンクと、
    該第2の混合原料溶液貯蔵タンクから供給される混合原
    料溶液を気化する第2の気化器とを有し、 前記原料ガス供給通路は、前記第1の気化器を前記処理
    チャンバに接続する配管と、前記第2の気化器を前記処
    理チャンバに接続する配管とよりなることを特徴とする
    成膜装置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の成膜装置であって、 Pb原料溶液とZr原料溶液との混合原料溶液を貯蔵す
    る第1の混合原料溶液貯蔵タンクと、Pb原料溶液とT
    i原料溶液との混合原料溶液を貯蔵する第2の混合原料
    溶液貯蔵タンクと、前記第1及び第2の混合原料溶液貯
    蔵タンクから供給される混合原料溶液を気化する気化器
    とを有し、 前記原料ガス供給通路は、前記気化器を前記処理チャン
    バに接続する配管であることを特徴とする成膜装置。
  8. 【請求項8】 PZT膜を化学的気相合成法により基体
    上に生成する成膜方法であって、 多元素混合原料溶液を気化して原料ガスを生成し、 前記原料ガスの温度を所定の温度に調整しながら、前記
    基体が配置された処理チャンバに前記原料ガスを供給し
    て、生成されるPZT膜に含まれる元素の組成比を制御
    することを特徴とする成膜方法。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の成膜方法であって、 前記原料ガスは、前記処理チャンバのシャワーヘッドに
    接続された配管を通じて前記処理チャンバに供給され、 前記配管の温度を調整することにより、前記原料ガスの
    温度を調整することを特徴とする成膜方法。
  10. 【請求項10】 請求項8記載の成膜方法であって、 Pb原料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混合原
    料溶液を気化して前記原料ガスを生成することを特徴と
    する成膜方法。
  11. 【請求項11】 請求項8記載の成膜方法であって、 Pb原料溶液とTi原料溶液との混合原料溶液を気化し
    てPTO核付け用原料ガスを生成し、 該PTO核付け用原料ガスの温度を所定の温度に調整し
    ながら、前記PTO核付け用原料ガスを前記処理チャン
    バに供給して、前記基体上にPTO核又はPTOバッフ
    ァ層を形成し、 PTO核又はPTOバッファ層を形成した後に、Pb原
    料溶液とZr原料溶液とTi原料溶液との混合原料溶液
    を気化して前記原料ガスを生成することを特徴とする成
    膜方法。
  12. 【請求項12】 請求項8記載の成膜方法であって、 Pb原料溶液とTi原料溶液との混合原料溶液を気化し
    てPTO核付け用原料ガスを生成し、 該PTO核付け用原料ガスの温度を所定の温度に調整し
    ながら、前記PTO核付け用原料ガスを前記処理チャン
    バに供給して、前記基体上にPTO核又はPTOバッフ
    ァ層を形成し、 PTO核又はPTOバッファ層を形成した後に、Pb原
    料溶液とZr原料溶との混合原料溶液と、Pb原料溶液
    とZr原料溶液との混合原料溶液とを気化して前記原料
    ガスを生成することを特徴とする成膜方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012118019A1 (ja) 2011-02-28 2012-09-07 株式会社渡邊商行 気化器および気化器に用いられるセンターロッド、ならびにキャリアガスに同伴される原料などの気化方法

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WO2012086728A1 (ja) 2010-12-21 2012-06-28 株式会社渡辺商行 気化器
KR20140034123A (ko) 2010-12-21 2014-03-19 가부시키가이샤 와타나베 쇼코 기화기
WO2012118019A1 (ja) 2011-02-28 2012-09-07 株式会社渡邊商行 気化器および気化器に用いられるセンターロッド、ならびにキャリアガスに同伴される原料などの気化方法

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