JP2004289035A - Chemical vapor deposition method and chemical vapor deposition apparatus - Google Patents

Chemical vapor deposition method and chemical vapor deposition apparatus Download PDF

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JP2004289035A JP2003081795A JP2003081795A JP2004289035A JP 2004289035 A JP2004289035 A JP 2004289035A JP 2003081795 A JP2003081795 A JP 2003081795A JP 2003081795 A JP2003081795 A JP 2003081795A JP 2004289035 A JP2004289035 A JP 2004289035A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a thin film particles of which can be measured by on-the-spot observation. <P>SOLUTION: A chemical vapor deposition method includes steps of (a) vaporizing a film-formation raw material solution to form a raw gas; (b) transporting a substrate into a room provided with a particle counter, and introducing the gas onto the substrate while keeping a film formation gas containing the raw material gas at a temperature not lower than a vaporization temperature and lower than a decomposition temperature; (c) measuring the number of particles on the substrate after the step (b); and (d) increasing the substrate temperature to a temperature not lower than the decomposition temperature to form a thin film when the number of particles is not larger than a predetermined number after the step (c). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学気相堆積方法と化学気相堆積装置に関し、特に結晶化しやすい絶縁薄膜を成長するのに適した化学気相堆積方法と化学気相堆積装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学気相堆積(CVD)装置においては、通常排気可能な反応室内にシャワーヘッドとヒータ付のサセプタが対向配置され、原料ガスがシャワーヘッドからサセプタ上の基板上に降り注ぎ、加熱された基板上で原料ガスが熱分解して所望の膜を形成する。熱の代わりに、又は熱と共にプラズマを用いて成膜を行う場合はプラズマCVDと呼ばれる。原料として有機金属を用いる場合は、有機金属(MO)CVDとも呼ばれる。
【0003】
キャパシタ誘電体膜としてPb(ZrTi)O(PZT)等の強誘電体薄膜を用いた不揮発性メモリが開発されている。強誘電体膜はゾルゲル法や、スパッタリングなどにより成膜されている。メモリの集積度が向上すると、強誘電体キャパシタも微細化することが望まれる。ゾルゲル法やスパッタリングで薄膜化を進めたり、段差被覆性を向上することは困難になってきている。
【0004】
強誘電体膜をCVDで成膜する方法も知られている。CVDで成膜すれば、膜厚制御が容易になり、薄膜化も可能である。段差被覆性もよい。例えば、MOCVDで強誘電体薄膜を成膜する方法が提案されている(例えば、特許文献1、2)。
【0005】
強誘電体は、一般に結晶化しやすい性質を有する。強誘電体としての性質を利用するためには、一定の配向を生じさせることも要求される。例えば(100)面の成長が優先的な強誘電体を(111)に配向して成膜すると、膜表面に頂部が多数露出した形状になりやすく、膜表面はざらつく。
【0006】
強誘電体膜のCVDにおいては、パーティクルが発生し易い。パーティクルが付着すると、CVDにおいて異常成長の原因となり、膜厚分布を乱す原因となる。場合によっては、その後のホトリソグラフィの焦合の障害ともなる。又、パーティクルを含んだ膜は、異物を含んだ膜となり、膜の性能を低下させる原因となる。
【0007】
パーティクルの発生を抑制したCVDが望まれる。WSiのCVDにおいては、パーティクル発生を抑制するため、多孔板を用い、原料ガス間の反応を抑制する提案もある(例えば特許文献3)。
【0008】
強誘電体膜のCVDにおいて、現状を確認するため成膜後パーティクルを光散乱で測定しようとすると、膜表面そのものの粗さによっても光散乱が生じ、精度よい測定が困難になる。パーティクルの発生状況をモニタしつつ、成膜条件を改良することが困難となる。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−67556号公報
【特許文献2】
特開2003−59917号公報
【特許文献3】
特開2002−69650号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、その場観察でパーティクルの測定を行なうことのできる化学気相堆積方法を提供することである。
【0011】
本発明の他の目的は、その場観察でパーティクルの測定を行うことができる化学気相堆積装置を提供することである。
ここで「その場」とは、同一成膜装置内を意味し、必ずしも同一成膜室内を意味しない。
【0012】
本発明のさらに他の目的は、成膜ガス中のパーティクルをモニタすることができる化学気相堆積方法を提供することである。
本発明のその他の目的は、成膜ガス中のパーティクルをモニタすることができる化学気相堆積装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の1観点によれば、(a)成膜原料液を気化し、原料ガスを形成する工程と、(b)基板をパーティクルカウンタを備えた室内に搬入し、前記原料ガスを含む成膜ガスを気化温度以上、分解温度未満の温度に保って、基板上に導入する工程と、(c)前記工程(b)の後、基板上のパーティクルの数を測定する工程と、(d)前記工程(c)の後、パーティクルの数が所定数以下の場合、基板温度を分解温度以上に昇温し、薄膜を成膜する工程とを含む化学気相堆積方法が提供される。
【0014】
本発明の他の観点によれば、液体原料を気化する気化器と、温度調節可能な壁と、前記気化器に接続されたシャワーヘッドと、温度調節可能な基板保持用サセプタと、を有する基板収納室と、前記基板収納室に結合され、前記サセプタ上に配置された基板上のパーティクルをカウントできるパーティクルカウンタと、
を有する化学気相堆積装置が提供される。
【0015】
【発明の実施の形態】
強誘電体メモリ装置において、強誘電体膜を成膜すると、膜表面がざらつき、膜表面においてパーティクルの測定を行なうことが困難に成る。パーティクルをモニタするには、成膜した膜表面以外でパーティクルをモニタする必要がある。
【0016】
パーティクル発生の最も大きな原因は、成膜ガスが成膜チャンバに導入されるまでにパーティクルが発生する現象であろう。特に、MOCVDにおいて、液相原料をマスフローコントローラを介して気化器に導入し、ノズルから噴射させ加熱面で蒸発させる原料供給系を有するCVD装置においては、気化器のノズルがパーティクル発生の大きな原因となる。その他、配管の途中にパーティクル発生の原因が生じる場合もある。
【0017】
パーティクルの発生が多い場合には、気化器のノズルを洗浄する、配管全体を洗浄する等のメインテナンス処理を行なうことが望ましい。本発明者は、成膜室に導入される成膜ガスが既にパーティクルを含んでいる場合、その測定を可能とする方法を考察した。
【0018】
図1(A)は、予備実験に用いたCVD装置の構成を概略的に示す。原料容器RA、RB、RCは、それぞれ溶媒中にPb、Zr、Tiの有機金属を一定濃度で溶解した原料溶液を収容している。例えば、Pb原料RAとしては、図1(b)に示すPb(THD)(THDはテトラメチルヘプタンディオネート)、Zr原料RBとしては、図1(C)に示すZr(DMHD)(DMHDはジメチルヘプタンディオネート)、Ti原料RCとしては図1(D)に示すTi(O−iPr)(THD)(iPrは、イソプロポキシ)を用いる。
【0019】
原料容器には、上方から2本のパイプが挿入され、1本は液面より上、1本は液面より下に達している。液面より上のパイプに圧送ガス、例えば窒素ガス、を送り込むと、他方のパイプから原料溶液が供給される。
【0020】
なお、原料容器は3つに限らずさらに他の原料容器を備えてもよい。溶媒容器SVには、原料液と同一の溶媒のみが収納されている。溶媒も原料溶液と同時に送出される。
【0021】
原料溶液及び溶媒は、マスフローコントローラMFCを介して気化器VRに導入される。気化器VR内では、各液体はノズルから加熱面上に供給され、加熱面で気化され、成膜ガスが生成される。PZT原料の気化温度は主に、190℃以上であり、分解温度は300℃以下である。
【0022】
生成した成膜ガスは、配管P1に供給される。配管P1は、バルブV1を介して配管P2に接続されている。配管P2の途中には、パージ用Nガスが合流する合流個所が設けられている。配管P2は、ガス混合器GMに接続されている。
【0023】
ガスは、マスフローコントロールバルブMFCVを介して熱交換器HEに供給され。所定温度に加熱された後配管P3に送られる。配管P3は、ガス混合器GMに接続されている。
【0024】
ガス混合器GM内においては、対向して配置された原料配管と酸素配管から、それぞれガスが噴出し、衝突することで原料ガスと酸素ガスが混合され、混合ガスがシャワーヘッドSHに流れる。壁温度制御可能な成膜室DC内で、シャワーヘッドSHから、混合ガスが基板SB上に降り注ぐ。
【0025】
成膜時には、基板SBは、サセプタSC内のヒーターによって、例えば500〜650℃に加熱される。基板上に降り注いだ混合ガス中の有機金属ガスは、基板表面から温度エネルギーを受け取り、熱分解され、基板上に薄膜を形成する。成膜に利用されなかった成膜ガスは、排気ポートを介して配管P5に吸い出され、コールドトラップCT、排気系EV、除害装置HLを介して無害化され、大気中に廃棄される。
【0026】
なお、バルブV1と並列に、バルブV2が配管P1に接続されており、配管P4を介してコールドトラップCTに接続されている。すなわち、一定流量の原料ガスを配管P2、配管P4に振り分けることにより、成膜期間、休止期間を設けると共に、流量の変動を防止することができる。配管P4の途中に接続されたNガス配管は、パージ用である。
【0027】
図中、ハッチングを付して示した配管P1〜P5は、搬送されるガスの液化を防止し、安定な状態を保つよう気化温度以上、分解温度未満に加熱されている配管を示す。成膜しての壁も、気化温度以上、分解温度未満に加熱され、成膜ガスの液化、分解を防止する。
【0028】
以上説明した構成は、従来公知のCVD装置の構成である。本実験においては、成膜室DCに、パーティクルカウンタPCを取り付けた。パーティクルカウンタPCは、レーザ光を用い、基板SB上のパーティクルをその場で観察することができる。
【0029】
成膜室DC内のサセプタSC上に、下部電極層までを作成した基板SBを搬入する。下部電極表面は滑らかであり、パーティクルの測定を行うことが可能である。この状態で、成膜室DCの壁及びサセプタSCの温度を、原料ガスの気化温度以上、分解温度未満の約同一温度に保つ。ここで、「約同一」とは、CVD反応において同一と見なせる温度を指す。
【0030】
成膜室DCに導入された成膜ガスは、基板上に降り注ぐが、壁や基板上で液化せず、かつ分解、成膜も生じない。この状態で成膜室DC内に、実際に成膜を行う時と同一の気化温度で同一組成の成膜ガスを生成し、同一の圧力、流量で成膜ガスを一定時間導入する。実際の成膜時と異なるのは基板SBが成膜温度に加熱されていない点である。成膜ガス中にパーティクルが混在していると、基板SB上に降り注ぐ成膜ガスから、パーティクルが基板SB表面に落下し、付着する。
【0031】
一定時間成膜ガスの導入を続けた後、成膜ガスの供給を停止し、パーティクルカウンタPCで基板SB上のパーティクル数を測定する。パーティクル数が少なければ、良好なCVD成膜を行える可能性が高い。パーティクル数が所定値よりも多い場合には、成膜を行ってもパーティクルが多く含まれた成膜となる可能性が高い。
【0032】
PZTの薄膜を成膜する場合を例にとって、実験を行なった。Pb原料としては、Pb(THD)(THDはテトラメチルヘプタンディオネート)、Zr原料としては、Zr(DMHD)(DMHDはジメチルへプタンディオネート)、Zr(THD)の2種類、Ti原料としてはTi(iPr)(THD)(iPr)は、イソプロポキシ)を用いた。溶媒としては、テトラヒドロフランTHF、酢酸ブチルを使用した。
【0033】
基板SBとしては、6インチシリコンウエハを使用した。成膜ガス供給中、成膜室DC内の圧力は5Torr(667Pa)、成膜ガスの流量は2500sccm、基板温度は230℃とした。
例1
Zr原料としてZr(DMHD)、溶媒としてTHFを用い、気化温度260℃で生成した成膜ガスを成膜室内に2分30秒間流し、その後成膜ガスを停止してパーティクルカウンターPCで基板上のパーティクル数を測定した。0.2μm以上のパーティクルが約1500個計測された。
【0034】
一般的に成膜を行わない時の壁温度、及び基板温度は気化温度以上、分解温度以下であるが、PZT成膜の場合、230℃±10℃の約同一温度が好ましいであろう。成膜時には基板温度を例えば600℃±50℃に昇温する。
【0035】
比較のため、基板温度を580℃にセットし、それ以外は上述と同じ条件(原料組成、溶媒、気化温度)で、同一の成膜ガスを流して、PZT膜の成膜を行った。基板SB表面にはPZT膜が成膜された。作成した膜表面でパーティクル数を測定した。0.2μm以上のパーティクル数として測定された数値は約30,000であった。基板表面のざらついた凹凸をパーティクルとして誤ってカウントしていると考えられる。実際のパーティクル数は測定できていないことになる。
【0036】
成膜室に流す成膜ガスの流量を変えてパーティクル数を測定し、パーティクル数の流量依存性を調べた。
図2(A)は、ガス流量の変化に対するパーティクル数の測定結果を示すグラフである。ガス流量が1000sccmの時、パーティクル数は10,000以上であった。ガス流量を2000sccmに増加すると、パーティクル数は10,000を大幅に下回った。しかし未だ1000以上である。ガス流量を4000、8000に増加すると、パーティクル数は数100に減少した。さらに、全パーティクルに対する粒径0.3〜1μm及び粒径1μmより大の比較的粒径の大きなパーティクルの比率が多くなった。
【0037】
図2(A)に示す結果から、ガス流量が少ないとパーティクル数が増加することが分かる。ガス流量としては、3000sccm以上が好ましいであろう。
次に、成膜室内の圧力を変えて、パーティクル数を測定し、パーティクル数の圧力依存性を調べた。
【0038】
図2(B)は、成膜室内の圧力の変化に対するパーティクル数の変化を示すグラフである。圧力を267、667、1333(Pa)と変化させた。測定されたパーティクル数は、圧力の増大と共に増加した。圧力1333Paの時には、パーティクル数は10,000以上であった。成膜室内の圧力は、800Pa以下にすることが好ましいであろう。
【0039】
Zr原料、溶媒、気化器における気化温度の影響を観察することを主な目的とし、例1と同様に、流量を2500sccm、圧力を5Torr(667Pa)、基板温度を230℃、Pb原料をPb(THD)、Ti原料Tiを(O−iPr)(THD)とし、Zr原料、溶媒、気化器における気化温度の少なくとも1つを例1とは異なるものに変化させ、パーティクル数を測定した。
【0040】
図2(C)は、例1を含めた5例の測定結果を示す。
例2
例1と比較して、Zr原料をZr(DMHD)からZr(THDに変化させた。パーティクル数が約2倍に増大した。Zr原料としては、Zr(DMHD)の方が好ましいと考えられる。
例3
例1と比較して、溶媒を酢酸ブチルに変更した。パーティクル数は、溶媒としてTHFを用いた例1の4倍以上に増加した。溶媒としては、酢酸ブチルよりTHFが好ましいであろう。
例4、5
例1、例3と比較して、気化温度を190℃に降温し、溶媒としてはTHFと酢酸ブチルとを用いた。気化温度260℃の場合と比較してパーティクル数は大幅(1/5以下)に減少した。溶媒としてTHFを用いた時のパーティクル数は、溶媒として酢酸ブチルを用いた時のパーティクル数の1/5以下であった。
【0041】
溶媒としてのTHFと酢酸ブチルとを比較すると、溶媒としてTHFを用いた方がパーティクル数が少なくなることが分る。気化温度260℃と190℃との結果から、気化温度は低いほどパーティクル数が少なくなることが推測される。
【0042】
この測定結果からは、Zr原料としてはZr(DMHD)を用い、溶媒はTHFを用い、気化温度は190℃±10℃を用いると、発生するパーティクル数の減少に有効であることが分る。成膜原料等により、気化温度は変わるであろうが、190℃以上、300℃以下が好ましいであろう。例1〜5では成膜ガスの流量を2500sccmとしたが、流量を3000sccm以上、例えば4000sccmに増大すると、パーティクル数が減少することが期待される。
【0043】
以上の実験結果に基づくCVD成膜方法及び成膜装置を以下に説明する。
図3(A)は、CVD成膜装置の構成を概略的に示す。搬送室T2、2つのロードロックチャンバLLC1、LLC2及び成膜室DC及び測定室MCが気密を保てるように接続されている。搬送室Tは、マジックハンドを供え、減圧雰囲気下で各チャンバ間でウエハの出し入れを行うことができる。成膜室DC及び測定室MCには、同一の成長ガス配管から、バルブV11、V12を介して成膜ガスを供給することができる。測定室MCは、成膜室DCとほぼ同一の構成であるが、図1に示したようにパーティクルカウンタを備えている点で成膜室DCと異なる。
【0044】
図3(B)は、成膜方法の工程を概略的に示す。処理がスタートすると、工程S1において基板を測定室MCに搬入する。基板を配置するサセプタと測定室の壁の温度は気化温度以上、分解温度未満の同一温度に設定する。
【0045】
工程S2において、成膜を行う場合と同一の成膜ガスを気化温度以上分解温度未満に保った基板上に一定時間流す。例えば2分30秒間成膜ガスを流し、パーティクルを基板表面に付着させる。
【0046】
工程S3において、成膜ガスの供給を停止し、基板上に付着したパーティクル数を測定する。
工程S4において、基板上のパーティクル数が所定値以下か否かを判定する。所定値以下の場合、YESの矢印に従って工程S5に進む。所定値よりも高い場合には、NOの矢印に従って工程S8に進み、基板を搬出した後、工程S1に戻り、別の基板を測定室に搬入する。
【0047】
工程S5においては、測定の結果パーティクル数が所定値以下であった基板を成膜室DCへ移動する。その後、別の基板を測定室に搬入する。
工程S6においては、成膜室DCに搬入された基板を成膜温度に加熱する。例えば、500〜650℃に加熱する。基板温度以外はパーティクルのモニタを行った時と同一条件である。
【0048】
工程S7において、加熱した基板上に成膜ガスを降り注ぎ、CVDにより誘電体膜を成膜する。パーティクル発生の少ない条件で成膜が行われるであろう。
工程S8においては、成膜を終えた基板を搬出する。その後、測定を終えた次の基板を成膜室へ移動する。次に成膜すべき基板がない場合には処理を終了する。
【0049】
工程S4において、パーティクル数が所定値よりも多い状態が続く場合には、成膜を中断し、工程S9に移り、メインテナンスを行なう。なお、測定室でパーティクルを測定し、成膜室で誘電体膜を成膜する場合を説明したが、同一室内で測定と成膜を行なうことも可能である。この場合は工程S5が省略され、YESの場合、工程S6に進む。
【0050】
図4は、上述の強誘電体膜を用いて作成される半導体装置の構成例を示す。シリコン基板101の表面には、LOCOS、STI等により素子分離領域102が形成される。素子分離領域102で画定された活性領域内に、MOSトランジスタを作成する。活性領域表面上にゲート絶縁膜103を形成し、その上にn型ポリシリコンのゲート電極104を作成する。ゲート電極104をパターニングした後、n型不純物のイオン注入を行ない、エクステンション領域105を作成する。
【0051】
その後、ゲート電極104側壁とにサイドウォールスペーサ106を作成し、ゲート電極104、サイドウォールスペーサ106をマスクとしてイオン注入を行ない、n型ソース/ドレイン領域107A、107B、107Cを作成する。なお、ソース/ドレイン領域107Cは、ソース/ドレイン領域107Aと対称的な構成とする。
【0052】
MOSトランジスタ構造を作成した後、ゲート電極を覆う層間絶縁膜111を形成する。層間絶縁膜111は、例えば酸化シリコン層111A及び窒化シリコン層111Bの積層で形成する。素子分離領域上の層間絶縁膜111上に、強誘電体キャパシタの下部電極115を作成する。例えば、Pt等の貴金属層と、Ir、Ru等の貴金属の酸化物層を積層し、下部電極115とする。
【0053】
下部電極115上に、強誘電体膜116を上述の実施例に従った方法により作成する。強誘電体膜116の上に、上部電極117を形成する。上部電極117は、強誘電体膜を作成した後に作成するため、下部電極よりも選択の範囲を広げることができる。下部電極、上部電極の材料、構成としては、公知のものを用いることができる。
【0054】
強誘電体キャパシタをパターニングした後、その表面を酸化シリコン等の絶縁層118で覆う。絶縁層118の表面上に、配線層を成膜し、パターニングすることによりMOSトランジスタのソース/ドレイン領域107Aと強誘電体キャパシタを接続する配線120A及びビット線120Bを作成する。配線をパターニングした後、表面にさらに酸化シリコン等の絶縁層121を成膜する。このようにして、1本のビット線の両側にMOSトランジスタと強誘電体キャパシタとが接続された不揮発性メモリ構造を作成することができる。
【0055】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、PZTの他種々の誘電体膜、特に強誘電体膜を作成することも可能である。原料ガスはPb、Zr、Ti、La、Ca、Sr、Br、Ta、Bi、Ru、Ir、Ptからなる群から選択した少なくとも1種を含むものとなろう。特に有機金属原料をもちいたMOCVDにおいて、上述の実施例同様の効果が期待できよう。その他種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【0056】
以下、本発明の特徴を付記する。
(付記1)(1) (a)成膜原料液を気化し、原料ガスを形成する工程と、
(b)基板をパーティクルカウンタを備えた室内に搬入し、前記原料ガスを含む成膜ガスを気化温度以上、分解温度未満の温度に保って、基板上に導入する工程と、
(c)前記工程(b)の後、基板上のパーティクルの数を測定する工程と、
(d)前記工程(c)の後、パーティクルの数が所定数以下の場合、基板温度を分解温度以上に昇温し、薄膜を成膜する工程と、
を含む化学気相堆積方法。
【0057】
(付記2)(2) 前記工程(b)において、前記室の壁温度と基板温度とを約同一温度とする付記1記載の化学気相堆積方法。
(付記3)(3) 前記工程(d)を、前記工程(b)、(c)と別の室内で行う付記1または2記載の化学気相堆積方法。
【0058】
(付記4)(4) さらに、(e)前記工程(c)の後、前記パーティクルの数が所定数より大きい場合、基板を交換して前記工程(b)に戻る工程、を含む付記1〜3のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
【0059】
(付記5)(5) さらに、(f)前記工程(e)の後、前記パーティクルの数が所定数より大きい場合が続く場合、成膜装置のメインテナンスを行う工程、を含む付記4記載の化学気相堆積方法。
【0060】
(付記6) 前記原料ガスが、Pb、Zr、Ti、La、Ca、Sr、Ba、Ta、Bi、Ru、Ir、Ptからなる群から選択した少なくとも1種を含む付記1〜5のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
【0061】
(付記7)(6) 前記原料ガスがPZTの構成元素の酸素以外の元素の有機金属原料ガスを含み、気化温度が190℃以上であり、分解温度が300℃以下である付記1〜6のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
【0062】
(付記8)(7) 前記原料ガスが、テトラヒドロフランを含む付記7記載の化学気相堆積方法。
(付記9) 前記工程(b)における基板温度が230℃±10℃である付記7又は8記載の化学気相堆積方法。
【0063】
(付記10) 前記工程(d)における基板温度が600℃±50℃である付記7〜9のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
(付記11)(8) 前記工程(b)、(d)における成膜ガスの流量が3000sccm以上である付記7〜10のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
【0064】
(付記12)(9) 前記工程(b)、(d)における成膜ガスの圧力が800Pa以下である付記7〜11のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
(付記13) 前記基板がキャパシタの下部電極用導電層を堆積した基板である付記7〜12のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
【0065】
(付記14) 前記工程(d)が(111)配向のPZT膜を成膜する付記7〜13のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。
(付記15)(10) 液体原料を気化する気化器と、
温度調節可能な壁と、前記気化器に接続されたシャワーヘッドと、温度調節可能な基板保持用サセプタと、を有する基板収納室と、
前記基板収納室に結合され、前記サセプタ上に配置された基板上のパーティクルをカウントできるパーティクルカウンタと、
を有する化学気相堆積装置。
【0066】
【発明の効果】
発生するパーティクル数が少ないことを確認した上でCVD成膜を行うことができるため、成膜した膜のパーティクル数を予想することができる。
【0067】
パーティクル数の少ない条件で成膜を行い、歩留りを向上することができる。信頼性の高い強誘電体メモリデバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明者の行なった予備実験に用いたCVD装置の構成を概略的に示すブロック図および有機金属原料の化学構造式である。
【図2】実験結果を示すグラフ及び表である。
【図3】実施例によるCVD成膜装置及び成膜方法を示す概略ブロック図及びフローチャートである。
【図4】実施例に従って作成する半導体装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
R 原料容器
SV 溶媒容器
MFC マスフローコントローラ
VR 気化器
P 配管
MFCV マスフローコントロールバルブ
GM ガス混合器
SH シャワーヘッド
DC 成膜室
SC サセプタ
SB 基板
LLC ロードロックチャンバ
T 搬送室
MC 測定室
V バルブ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical vapor deposition method and a chemical vapor deposition apparatus, and more particularly, to a chemical vapor deposition method and a chemical vapor deposition apparatus suitable for growing an insulating thin film that is easily crystallized.
[0002]
[Prior art]
In a chemical vapor deposition (CVD) apparatus, a shower head and a susceptor with a heater are usually arranged opposite to each other in a reaction chamber that can be evacuated, and raw material gas flows down from the shower head onto a substrate on the susceptor, and is heated on the heated substrate. The source gas is thermally decomposed to form a desired film. When film formation is performed using plasma instead of or together with heat, it is called plasma CVD. When an organic metal is used as a raw material, it is also called an organic metal (MO) CVD.
[0003]
A nonvolatile memory using a ferroelectric thin film such as Pb (ZrTi) O 3 (PZT) as a capacitor dielectric film has been developed. The ferroelectric film is formed by a sol-gel method, sputtering, or the like. As the degree of integration of memories increases, it is desired that ferroelectric capacitors be miniaturized. It is becoming difficult to promote thinning by the sol-gel method or sputtering or to improve step coverage.
[0004]
A method of forming a ferroelectric film by CVD is also known. If the film is formed by CVD, the film thickness can be easily controlled and the film can be made thinner. Good step coverage. For example, a method of forming a ferroelectric thin film by MOCVD has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2).
[0005]
Ferroelectrics generally have the property of being easily crystallized. In order to utilize the properties as a ferroelectric, it is also required to generate a certain orientation. For example, when a ferroelectric film is grown with (100) plane preferentially oriented to (111), the film surface tends to have many tops exposed on the film surface, and the film surface is rough.
[0006]
In CVD of a ferroelectric film, particles are easily generated. When the particles adhere, they cause abnormal growth in CVD and cause a disturbance in the film thickness distribution. In some cases, it also hinders subsequent photolithographic focusing. Further, the film containing particles becomes a film containing foreign matter, which causes a deterioration in the performance of the film.
[0007]
A CVD that suppresses generation of particles is desired. In WSi CVD, there is a proposal to suppress the reaction between source gases by using a perforated plate in order to suppress generation of particles (for example, Patent Document 3).
[0008]
In the CVD of a ferroelectric film, if it is attempted to measure particles after film formation by light scattering in order to confirm the current state, light scattering occurs due to the roughness of the film surface itself, and accurate measurement becomes difficult. It becomes difficult to improve the film formation conditions while monitoring the state of particle generation.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-67556 [Patent Document 2]
JP 2003-59917 A [Patent Document 3]
JP-A-2002-69650
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition method capable of measuring particles by in-situ observation.
[0011]
It is another object of the present invention to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of measuring particles by in-situ observation.
Here, “in situ” means within the same film forming apparatus and does not necessarily mean the same film forming chamber.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition method capable of monitoring particles in a film forming gas.
Another object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus capable of monitoring particles in a deposition gas.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a step of vaporizing a film forming raw material liquid to form a raw material gas; and (b) carrying a substrate into a room equipped with a particle counter and forming a film containing the raw material gas. (C) introducing the gas onto the substrate while maintaining the gas at a temperature equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature; (c) measuring the number of particles on the substrate after the step (b); After the step (c), when the number of particles is equal to or less than a predetermined number, a step of raising the substrate temperature to the decomposition temperature or more and forming a thin film is provided.
[0014]
According to another aspect of the present invention, a substrate having a vaporizer for vaporizing a liquid material, a temperature-adjustable wall, a shower head connected to the vaporizer, and a temperature-adjustable substrate holding susceptor. A storage chamber, a particle counter coupled to the substrate storage chamber and capable of counting particles on a substrate disposed on the susceptor;
Is provided.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In a ferroelectric memory device, when a ferroelectric film is formed, the film surface becomes rough, and it becomes difficult to measure particles on the film surface. In order to monitor particles, it is necessary to monitor the particles other than the surface of the formed film.
[0016]
The biggest cause of the particle generation is a phenomenon in which particles are generated before the film formation gas is introduced into the film formation chamber. In particular, in MOCVD, in a CVD apparatus having a raw material supply system in which a liquid-phase raw material is introduced into a vaporizer through a mass flow controller, is injected from a nozzle, and is evaporated on a heating surface, the nozzle of the vaporizer is a major cause of particle generation. Become. In addition, a cause of particle generation may occur in the middle of the pipe.
[0017]
When a large amount of particles are generated, it is desirable to perform maintenance processing such as cleaning the nozzle of the vaporizer or cleaning the entire pipe. The present inventor has considered a method for enabling measurement when a film formation gas introduced into a film formation chamber already contains particles.
[0018]
FIG. 1A schematically shows a configuration of a CVD apparatus used in a preliminary experiment. Each of the raw material containers RA, RB, and RC contains a raw material solution obtained by dissolving organic metals of Pb, Zr, and Ti at a constant concentration in a solvent. For example, the Pb raw material RA is Pb (THD) 2 (THD is tetramethyl heptandionate) shown in FIG. 1B, and the Zr raw material RB is Zr (DMHD) 4 (DMHD) shown in FIG. 1C. Is dimethyl heptandionate), and Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 (iPr is isopropoxy) shown in FIG. 1D is used as the Ti raw material RC.
[0019]
Two pipes are inserted from above into the raw material container, one above the liquid level and one below the liquid level. When a pumping gas, for example, nitrogen gas, is fed into the pipe above the liquid level, the raw material solution is supplied from the other pipe.
[0020]
The number of raw material containers is not limited to three, and another raw material container may be provided. The solvent container SV contains only the same solvent as the raw material liquid. The solvent is also delivered at the same time as the raw material solution.
[0021]
The raw material solution and the solvent are introduced into the vaporizer VR via the mass flow controller MFC. In the vaporizer VR, each liquid is supplied from a nozzle onto a heating surface, and is vaporized on the heating surface to generate a deposition gas. The vaporization temperature of the PZT raw material is mainly 190 ° C. or higher, and the decomposition temperature is 300 ° C. or lower.
[0022]
The generated film forming gas is supplied to the pipe P1. The pipe P1 is connected to the pipe P2 via a valve V1. In the middle of the pipe P2 is merging point is provided with N 2 gas for purging are merged. The pipe P2 is connected to the gas mixer GM.
[0023]
O 2 gas is supplied to the heat exchanger HE via the mass flow control valve MFCV. After being heated to a predetermined temperature, it is sent to the pipe P3. The pipe P3 is connected to the gas mixer GM.
[0024]
In the gas mixer GM, the gas is ejected from the raw material pipe and the oxygen pipe that are arranged to face each other, and the gas collides with each other, whereby the raw material gas and the oxygen gas are mixed, and the mixed gas flows to the shower head SH. In the film forming chamber DC in which the wall temperature can be controlled, the mixed gas falls from the shower head SH onto the substrate SB.
[0025]
During film formation, the substrate SB is heated to, for example, 500 to 650 ° C. by a heater in the susceptor SC. The organometallic gas in the mixed gas that has dropped onto the substrate receives temperature energy from the substrate surface, is thermally decomposed, and forms a thin film on the substrate. The film forming gas not used for film formation is sucked into the pipe P5 via the exhaust port, rendered harmless via the cold trap CT, the exhaust system EV, and the harm removal device HL, and discarded in the atmosphere.
[0026]
Note that a valve V2 is connected to the pipe P1 in parallel with the valve V1, and is connected to the cold trap CT via the pipe P4. That is, by distributing a constant flow of the source gas to the pipes P2 and P4, it is possible to provide a film formation period and a pause period and prevent a change in the flow rate. N 2 gas pipe connected to the middle of the pipe P4 is for purging.
[0027]
In the drawing, pipes P1 to P5 indicated by hatching indicate pipes heated to a temperature equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature so as to prevent liquefaction of the transported gas and maintain a stable state. The wall after film formation is also heated to a temperature equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature, thereby preventing liquefaction and decomposition of the film formation gas.
[0028]
The configuration described above is a configuration of a conventionally known CVD apparatus. In this experiment, a particle counter PC was attached to the film forming chamber DC. The particle counter PC can observe the particles on the substrate SB on the spot by using a laser beam.
[0029]
The substrate SB on which the lower electrode layer has been formed is loaded onto the susceptor SC in the film forming chamber DC. The surface of the lower electrode is smooth, and it is possible to measure particles. In this state, the temperature of the wall of the film forming chamber DC and the temperature of the susceptor SC are maintained at about the same temperature that is equal to or higher than the vaporization temperature of the source gas and lower than the decomposition temperature. Here, “about the same” refers to a temperature that can be regarded as the same in the CVD reaction.
[0030]
The film formation gas introduced into the film formation chamber DC flows down onto the substrate, but does not liquefy on the wall or the substrate, and neither decomposition nor film formation occurs. In this state, a film forming gas having the same composition is generated in the film forming chamber DC at the same vaporization temperature as when the film is actually formed, and the film forming gas is introduced at the same pressure and flow rate for a certain period of time. The difference from the actual film formation is that the substrate SB is not heated to the film formation temperature. If particles are mixed in the film-forming gas, the particles fall from the film-forming gas falling onto the substrate SB and adhere to the surface of the substrate SB.
[0031]
After the introduction of the deposition gas for a certain period of time, the supply of the deposition gas is stopped, and the number of particles on the substrate SB is measured by the particle counter PC. If the number of particles is small, there is a high possibility that good CVD film formation can be performed. When the number of particles is larger than a predetermined value, there is a high possibility that a film containing many particles will be formed even if the film is formed.
[0032]
An experiment was performed with a case where a PZT thin film was formed as an example. Pb raw material is Pb (THD) 2 (THD is tetramethyl heptandionate), and Zr raw material is Zr (DMHD) 4 (DMHD is dimethyl heptandionate) and Zr (THD) 4. As a raw material, Ti (iPr) 2 (THD) 2 (iPr) was used as isopropoxy). As the solvent, tetrahydrofuran THF and butyl acetate were used.
[0033]
A 6-inch silicon wafer was used as the substrate SB. During the supply of the deposition gas, the pressure in the deposition chamber DC was 5 Torr (667 Pa), the flow rate of the deposition gas was 2500 sccm, and the substrate temperature was 230 ° C.
Example 1
Using Zr (DMHD) 4 as a Zr raw material and THF as a solvent, a film formation gas generated at a vaporization temperature of 260 ° C. is flowed into the film formation chamber for 2 minutes and 30 seconds. Was measured. About 1500 particles of 0.2 μm or more were measured.
[0034]
Generally, the wall temperature and the substrate temperature when the film is not formed are higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature, but in the case of the PZT film formation, approximately the same temperature of 230 ° C. ± 10 ° C. may be preferable. During film formation, the substrate temperature is raised to, for example, 600 ° C. ± 50 ° C.
[0035]
For comparison, a PZT film was formed by setting the substrate temperature to 580 ° C. and otherwise flowing the same film forming gas under the same conditions (raw material composition, solvent, vaporization temperature) as described above. A PZT film was formed on the surface of the substrate SB. The number of particles was measured on the surface of the formed film. The value measured as the number of particles of 0.2 μm or more was about 30,000. It is considered that rough irregularities on the substrate surface are erroneously counted as particles. The actual number of particles cannot be measured.
[0036]
The number of particles was measured while changing the flow rate of the film forming gas flowing into the film forming chamber, and the flow rate dependence of the number of particles was examined.
FIG. 2A is a graph showing measurement results of the number of particles with respect to a change in gas flow rate. When the gas flow rate was 1000 sccm, the number of particles was 10,000 or more. When the gas flow rate was increased to 2000 sccm, the number of particles dropped significantly below 10,000. But still more than 1,000. When the gas flow rate was increased to 4000 or 8000, the number of particles decreased to several hundreds. Furthermore, the ratio of particles having a relatively large particle diameter of 0.3 to 1 μm and a particle diameter of more than 1 μm with respect to all the particles was increased.
[0037]
From the results shown in FIG. 2A, it is found that the number of particles increases when the gas flow rate is small. A gas flow rate of 3000 sccm or more would be preferable.
Next, the number of particles was measured while changing the pressure in the film formation chamber, and the pressure dependence of the number of particles was examined.
[0038]
FIG. 2B is a graph showing a change in the number of particles with respect to a change in pressure in the film formation chamber. The pressure was changed to 267, 667, 1333 (Pa). The number of particles measured increased with increasing pressure. At a pressure of 1333 Pa, the number of particles was 10,000 or more. It is preferable that the pressure in the film forming chamber be 800 Pa or less.
[0039]
The main purpose is to observe the effects of the Zr raw material, the solvent, and the vaporization temperature in the vaporizer. As in Example 1, the flow rate is 2500 sccm, the pressure is 5 Torr (667 Pa), the substrate temperature is 230 ° C., and the Pb raw material is Pb ( THD) 2 , Ti raw material Ti was (O-iPr) 2 (THD) 2, and the number of particles was measured by changing at least one of the Zr raw material, the solvent, and the vaporization temperature in the vaporizer to those different from those in Example 1. .
[0040]
FIG. 2C shows the measurement results of five examples including Example 1.
Example 2
Compared with Example 1, the Zr raw material was changed from Zr (DMHD) 4 to Zr (THD 4. ) The number of particles was increased by about twice.Zr (DMHD) 4 was more preferable as the Zr raw material. Conceivable.
Example 3
Compared to Example 1, the solvent was changed to butyl acetate. The number of particles increased four times or more compared to Example 1 using THF as a solvent. THF would be preferred as the solvent over butyl acetate.
Examples 4, 5
As compared with Examples 1 and 3, the vaporization temperature was lowered to 190 ° C., and THF and butyl acetate were used as solvents. The number of particles was greatly reduced (1/5 or less) as compared with the case where the vaporization temperature was 260 ° C. The number of particles when using THF as a solvent was 1/5 or less of the number of particles when using butyl acetate as a solvent.
[0041]
Comparing THF as a solvent and butyl acetate, it can be seen that the number of particles is smaller when THF is used as a solvent. From the results of the vaporization temperatures of 260 ° C. and 190 ° C., it is estimated that the lower the vaporization temperature, the smaller the number of particles.
[0042]
From this measurement result, it is found that the use of Zr (DMHD) 4 as the Zr raw material, the use of THF as the solvent, and the use of a vaporization temperature of 190 ° C. ± 10 ° C. are effective in reducing the number of generated particles. . The vaporization temperature will vary depending on the film forming material and the like, but it is preferably 190 ° C. or more and 300 ° C. or less. In Examples 1 to 5, the flow rate of the film forming gas was 2500 sccm. However, if the flow rate is increased to 3000 sccm or more, for example, 4000 sccm, the number of particles is expected to decrease.
[0043]
A CVD film forming method and a film forming apparatus based on the above experimental results will be described below.
FIG. 3A schematically shows the configuration of a CVD film forming apparatus. The transfer chamber T2, the two load lock chambers LLC1, LLC2, the film formation chamber DC, and the measurement chamber MC are connected so as to maintain airtightness. The transfer chamber T is provided with a magic hand, and can transfer wafers between the chambers under a reduced pressure atmosphere. The film formation gas can be supplied to the film formation chamber DC and the measurement chamber MC from the same growth gas pipe via the valves V11 and V12. The measurement room MC has almost the same configuration as the film formation room DC, but differs from the film formation room DC in that a particle counter is provided as shown in FIG.
[0044]
FIG. 3B schematically illustrates steps of a film forming method. When the process starts, the substrate is carried into the measurement room MC in step S1. The temperature of the susceptor on which the substrate is arranged and the temperature of the wall of the measurement chamber are set to the same temperature which is equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature.
[0045]
In step S2, the same deposition gas as in the case of forming a film is flowed over a substrate maintained at a temperature equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature for a certain period of time. For example, a deposition gas is flowed for 2 minutes and 30 seconds to attach particles to the substrate surface.
[0046]
In step S3, the supply of the deposition gas is stopped, and the number of particles attached to the substrate is measured.
In step S4, it is determined whether the number of particles on the substrate is equal to or less than a predetermined value. If it is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to step S5 according to the arrow of YES. If it is higher than the predetermined value, the process proceeds to step S8 according to the arrow of NO, unloads the substrate, returns to step S1, and loads another substrate into the measurement chamber.
[0047]
In step S5, the substrate whose number of particles is equal to or smaller than a predetermined value as a result of the measurement is moved to the film formation chamber DC. After that, another substrate is carried into the measurement chamber.
In step S6, the substrate carried into the film forming chamber DC is heated to a film forming temperature. For example, it heats to 500-650 degreeC. Except for the substrate temperature, the conditions are the same as when monitoring the particles.
[0048]
In step S7, a film forming gas is poured onto the heated substrate, and a dielectric film is formed by CVD. The film will be formed under the condition of low particle generation.
In step S8, the substrate on which the film formation has been completed is carried out. After that, the next substrate after the measurement is moved to the film formation chamber. If there is no substrate to be formed next, the process is terminated.
[0049]
If the state in which the number of particles is larger than the predetermined value continues in step S4, the film formation is interrupted, and the process proceeds to step S9 to perform maintenance. Although the case where particles are measured in the measurement chamber and a dielectric film is formed in the film formation chamber has been described, measurement and film formation can be performed in the same room. In this case, step S5 is omitted, and if YES, the process proceeds to step S6.
[0050]
FIG. 4 shows a configuration example of a semiconductor device formed using the above-described ferroelectric film. An element isolation region 102 is formed on the surface of the silicon substrate 101 by LOCOS, STI, or the like. A MOS transistor is formed in the active region defined by the element isolation region 102. A gate insulating film 103 is formed on the surface of the active region, and an n-type polysilicon gate electrode 104 is formed thereon. After patterning the gate electrode 104, ion implantation of an n-type impurity is performed to form the extension region 105.
[0051]
Thereafter, sidewall spacers 106 are formed on the side walls of the gate electrode 104, and ions are implanted using the gate electrode 104 and the sidewall spacers 106 as masks to form n + -type source / drain regions 107A, 107B, and 107C. Note that the source / drain region 107C has a symmetric configuration with the source / drain region 107A.
[0052]
After forming the MOS transistor structure, an interlayer insulating film 111 covering the gate electrode is formed. The interlayer insulating film 111 is formed, for example, by stacking a silicon oxide layer 111A and a silicon nitride layer 111B. The lower electrode 115 of the ferroelectric capacitor is formed on the interlayer insulating film 111 on the element isolation region. For example, a lower electrode 115 is formed by laminating a noble metal layer such as Pt and an oxide layer of a noble metal such as Ir and Ru.
[0053]
A ferroelectric film 116 is formed on the lower electrode 115 by a method according to the above-described embodiment. The upper electrode 117 is formed on the ferroelectric film 116. Since the upper electrode 117 is formed after the ferroelectric film is formed, the range of selection can be wider than that of the lower electrode. Known materials and structures can be used for the lower electrode and the upper electrode.
[0054]
After patterning the ferroelectric capacitor, its surface is covered with an insulating layer 118 such as silicon oxide. A wiring layer is formed on the surface of the insulating layer 118 and patterned to form a wiring 120A and a bit line 120B connecting the source / drain region 107A of the MOS transistor and the ferroelectric capacitor. After patterning the wiring, an insulating layer 121 such as silicon oxide is further formed on the surface. Thus, a non-volatile memory structure in which a MOS transistor and a ferroelectric capacitor are connected to both sides of one bit line can be created.
[0055]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, various dielectric films other than PZT, in particular, ferroelectric films can be formed. The source gas will include at least one selected from the group consisting of Pb, Zr, Ti, La, Ca, Sr, Br, Ta, Bi, Ru, Ir, and Pt. In particular, in MOCVD using an organometallic raw material, the same effect as in the above embodiment can be expected. It will be apparent to those skilled in the art that various other modifications, improvements, and combinations are possible.
[0056]
Hereinafter, the features of the present invention will be additionally described.
(Supplementary Note 1) (1) (a) a step of vaporizing a film forming raw material liquid to form a raw material gas;
(B) carrying the substrate into a room equipped with a particle counter, introducing the film-forming gas containing the source gas at a temperature equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature, and introducing the film onto the substrate;
(C) after the step (b), measuring the number of particles on the substrate;
(D) after the step (c), when the number of particles is equal to or less than a predetermined number, increasing the substrate temperature to the decomposition temperature or more, and forming a thin film;
A chemical vapor deposition method comprising:
[0057]
(Supplementary note 2) (2) The chemical vapor deposition method according to supplementary note 1, wherein in the step (b), the temperature of the wall of the chamber and the temperature of the substrate are approximately the same.
(Supplementary note 3) (3) The chemical vapor deposition method according to Supplementary note 1 or 2, wherein the step (d) is performed in a different room from the steps (b) and (c).
[0058]
(Supplementary Note 4) (4) Supplementary notes 1 to 5 further including (e) after the step (c), when the number of the particles is larger than a predetermined number, replacing the substrate and returning to the step (b). 4. The chemical vapor deposition method according to claim 3.
[0059]
(Supplementary note 5) (5) The chemical reaction according to Supplementary note 4, further comprising: (f) after the step (e), when the number of the particles is larger than a predetermined number, performing a maintenance of the film forming apparatus. Vapor deposition method.
[0060]
(Supplementary note 6) Any one of Supplementary notes 1 to 5, wherein the source gas includes at least one selected from the group consisting of Pb, Zr, Ti, La, Ca, Sr, Ba, Ta, Bi, Ru, Ir, and Pt. 2. The chemical vapor deposition method according to claim 1.
[0061]
(Supplementary Note 7) (6) The supplementary notes 1 to 6, wherein the source gas contains an organometallic source gas of an element other than oxygen as a constituent element of PZT, and has a vaporization temperature of 190 ° C or higher and a decomposition temperature of 300 ° C or lower. The chemical vapor deposition method according to claim 1.
[0062]
(Supplementary Note 8) (7) The chemical vapor deposition method according to supplementary note 7, wherein the source gas includes tetrahydrofuran.
(Supplementary note 9) The chemical vapor deposition method according to supplementary note 7 or 8, wherein the substrate temperature in the step (b) is 230 ° C ± 10 ° C.
[0063]
(Supplementary note 10) The chemical vapor deposition method according to any one of Supplementary notes 7 to 9, wherein the substrate temperature in the step (d) is 600 ° C ± 50 ° C.
(Supplementary Note 11) (8) The chemical vapor deposition method according to any one of Supplementary Notes 7 to 10, wherein the flow rate of the film forming gas in the steps (b) and (d) is 3000 sccm or more.
[0064]
(Supplementary Note 12) (9) The chemical vapor deposition method according to any one of Supplementary Notes 7 to 11, wherein the pressure of the film forming gas in the steps (b) and (d) is 800 Pa or less.
(Supplementary note 13) The chemical vapor deposition method according to any one of Supplementary notes 7 to 12, wherein the substrate is a substrate on which a conductive layer for a lower electrode of a capacitor is deposited.
[0065]
(Supplementary Note 14) The chemical vapor deposition method according to any one of Supplementary Notes 7 to 13, wherein the step (d) forms a PZT film having a (111) orientation.
(Supplementary Note 15) (10) A vaporizer for vaporizing the liquid raw material,
A substrate storage chamber having a temperature-adjustable wall, a shower head connected to the vaporizer, and a temperature-adjustable substrate holding susceptor,
A particle counter coupled to the substrate storage chamber and capable of counting particles on the substrate disposed on the susceptor;
Chemical vapor deposition apparatus having:
[0066]
【The invention's effect】
Since the CVD film formation can be performed after confirming that the number of generated particles is small, the number of particles of the formed film can be estimated.
[0067]
Film formation can be performed under conditions with a small number of particles, and the yield can be improved. A highly reliable ferroelectric memory device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a CVD apparatus used in a preliminary experiment conducted by the inventor and a chemical structural formula of an organometallic raw material.
FIG. 2 is a graph and a table showing experimental results.
FIG. 3 is a schematic block diagram and a flowchart showing a CVD film forming apparatus and a film forming method according to an embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a semiconductor device manufactured according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
R Raw material container SV Solvent container MFC Mass flow controller VR Vaporizer P Piping MFCV Mass flow control valve GM Gas mixer SH Shower head DC Film formation room SC Susceptor SB Substrate LLC Load lock chamber T Transfer room MC Measurement room V Valve

Claims (10)

(a)成膜原料液を気化し、原料ガスを形成する工程と、
(b)基板をパーティクルカウンタを備えた室内に搬入し、前記原料ガスを含む成膜ガスを気化温度以上、分解温度未満の温度に保って、基板上に導入する工程と、
(c)前記工程(b)の後、基板上のパーティクルの数を測定する工程と、
(d)前記工程(c)の後、パーティクルの数が所定数以下の場合、基板温度を分解温度以上に昇温し、薄膜を成膜する工程と、
を含む化学気相堆積方法。
(A) vaporizing a film-forming raw material liquid to form a raw material gas;
(B) carrying the substrate into a room equipped with a particle counter, introducing the film-forming gas containing the source gas at a temperature equal to or higher than the vaporization temperature and lower than the decomposition temperature, and introducing the film onto the substrate;
(C) after the step (b), measuring the number of particles on the substrate;
(D) after the step (c), when the number of particles is equal to or less than a predetermined number, increasing the substrate temperature to the decomposition temperature or more, and forming a thin film;
A chemical vapor deposition method comprising:
前記工程(b)において、前記室の壁温度と基板温度とを約同一温度とする請求項1記載の化学気相堆積方法。2. The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein in the step (b), the temperature of the wall of the chamber and the temperature of the substrate are about the same. 前記工程(d)を、前記工程(b)、(c)と別の室内で行う請求項1または2記載の化学気相堆積方法。The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the step (d) is performed in a different room from the steps (b) and (c). さらに、(e)前記工程(c)の後、前記パーティクルの数が所定数より大きい場合、基板を交換して前記工程(b)に戻る工程、を含む請求項1〜3のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。4. The method according to claim 1, further comprising: (e) after the step (c), when the number of particles is larger than a predetermined number, replacing the substrate and returning to the step (b). The chemical vapor deposition method as described. さらに、(f)前記工程(e)の後、前記パーティクルの数が所定数より大きい場合が続く場合、成膜装置のメインテナンスを行う工程、を含む請求項4記載の化学気相堆積方法。5. The chemical vapor deposition method according to claim 4, further comprising: (f) after the step (e), when the number of the particles is larger than a predetermined number, performing a maintenance of the film forming apparatus. 前記原料ガスがPZTの構成元素の酸素以外の元素の有機金属原料ガスを含み、気化温度が190℃以上であり、分解温度が300℃以下である請求項1〜5のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。The said source gas contains the organometallic source gas of elements other than oxygen which is a constituent element of PZT, The vaporization temperature is 190 degreeC or more, The decomposition temperature is 300 degreeC or less, The Claims any one of Claims 1-5. Chemical vapor deposition method. 前記原料ガスが、テトラヒドロフランを含む請求項6記載の化学気相堆積方法。7. The chemical vapor deposition method according to claim 6, wherein the source gas includes tetrahydrofuran. 前記工程(b)、(d)における成膜ガスの流量が3000sccm以上である請求項6または7記載の化学気相堆積方法。8. The chemical vapor deposition method according to claim 6, wherein the flow rate of the film forming gas in the steps (b) and (d) is 3000 sccm or more. 前記工程(b)、(d)における成膜ガスの圧力が800Pa以下である請求項6〜8のいずれか1項記載の化学気相堆積方法。The chemical vapor deposition method according to any one of claims 6 to 8, wherein the pressure of the film forming gas in the steps (b) and (d) is 800 Pa or less. 液体原料を気化する気化器と、
温度調節可能な壁と、前記気化器に接続されたシャワーヘッドと、温度調節可能な基板保持用サセプタと、を有する基板収納室と、
前記基板収納室に結合され、前記サセプタ上に配置された基板上のパーティクルをカウントできるパーティクルカウンタと、
を有する化学気相堆積装置。
A vaporizer for vaporizing the liquid raw material,
A substrate storage chamber having a temperature-adjustable wall, a shower head connected to the vaporizer, and a temperature-adjustable substrate holding susceptor,
A particle counter coupled to the substrate storage chamber and capable of counting particles on the substrate disposed on the susceptor;
Chemical vapor deposition apparatus having:
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