JP2004296522A - Method of forming thin film - Google Patents
Method of forming thin film Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004296522A JP2004296522A JP2003083468A JP2003083468A JP2004296522A JP 2004296522 A JP2004296522 A JP 2004296522A JP 2003083468 A JP2003083468 A JP 2003083468A JP 2003083468 A JP2003083468 A JP 2003083468A JP 2004296522 A JP2004296522 A JP 2004296522A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raw material
- thd
- organometallic
- organic solvent
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に半導体装置の製造方法に係り、特にMOCVD法を使った薄膜形成方法に関する。
【0002】
いわゆるDRAMあるいはSRAM等の半導体記憶装置はコンピュータを始めとする情報処理装置において高速主記憶装置として広く使われているが、これらは揮発性の記憶装置であり、電源をオフにすると記憶された情報は失われてしまう。これに対し、従来よりプログラムやデータを格納する大容量補助記憶装置として不揮発性の磁気ディスク装置が使われている。
【0003】
しかし、磁気ディスク装置は大型で機械的に脆弱であり、消費電力も大きく、さらに情報を読み書きする際のアクセス速度が遅い欠点を有している。これに対し、最近では不揮発性補助記憶装置として、フローティングゲート電極に情報を電荷の形で蓄積するEEPROMあるいはフラッシュメモリが使われていることが多くなっている。特にフラッシュメモリはDRAMと同様なセル構成を有するため大きな集積密度に形成しやすく、磁気ディスク装置に匹敵する大容量記憶装置として期待されている。
【0004】
一方、EEPROMやフラッシュメモリでは、情報の書き込みがトンネル絶縁膜を介してのフローティングゲート電極へのホットエレクトロンの注入によってなされるため、必然的に書き込みに時間がかかり、また情報の書き込みおよび消去を繰り返すとトンネル絶縁膜が劣化してしまう問題が生じていた。トンネル絶縁膜が劣化してしまうと書き込みあるいは消去動作が不安定になってしまう。
【0005】
これに対し、情報を強誘電体膜の自発分極の形で記憶する強誘電体記憶装置(以下FeRAMと記す)が提案されている。かかるFeRAMでは個々のメモリセルトランジスタがDRAMの場合と同様に単一のMOSFETよりなり、メモリセルキャパシタ中の誘電体膜をPZT(Pb(Zr,Ti)O3)あるいはPLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O3)、さらにはSBT(SrBi2Ta2O3)等の強誘電体に置き換えた構成を有しており、高い集積密度での集積が可能である。また、FeRAMは電界の印加により強誘電体キャパシタの自発分極を制御するため、書き込みをホットエレクトロンの注入によって行なうEEPROMやフラッシュメモリに比べて書き込み速度が1000倍あるいはそれ以上速くなり、また消費電力が約1/10に低減される有利な特徴を有している。さらにトンネル酸化膜を使う必要がないため寿命も長く、フラッシュメモリの10万倍の書き換え回数を確保できると考えられる。
【0006】
【従来の技術】
従来、このようなFeRAMに使われる強誘電体膜はゾルゲル法やスパッタ法により形成されているが、半導体装置の微細化が、特に0.18μm世代を超えて進むにつれて、これら従来の方法では微細な段差のカバレッジが困難になると予測される。このような事情で、次世代のFeRAMに使われる強誘電体膜の成膜技術として、CVD法は不可欠の技術であると考えられる。特に強誘電体膜を形成する場合、PbやZr,Tiなどの金属元素を含む原料を供給する必要があり、このことからCVD法はこれらの金属元素の有機金属原料を使ったMOCVD法とならざるを得ない。
【0007】
図1は、従来より強誘電体膜のMOCVD法による成膜に使われているMOCVD装置10の概略的構成を示す。
【0008】
図1を参照するに、MOCVD装置10では原料容器121,122,123から、Pb(THD)2(ビス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート),Zr(DMHD)4(テトラキス2,6−ジメチル−3,5−ヘプタジオナートジルコニウム),Ti(O−iPr)2(THD)2(ジ(イソプロポキシ)ビス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)チタニウム)などの固体有機金属原料をTHF(テトラヒドロフラン)などの有機溶媒に溶解して得られた液状の原料が気化器12に供給され、前記気化器12における気化により形成された有機金属気相原料が原料ガス供給ライン12Aを介してガス混合器13に供給される。前記ガス混合器13に供給された有機金属気相原料は、ガスライン13Aを介して供給される酸素ガスと混合され、このようにして形成された混合ガスは、図示を省略したシャワーヘッドから、サセプタ11A上に被処理基板Wを保持した成膜室11に供給される。前記成膜室11に導入された有機金属気相原料は、前記被処理基板Wの表面において熱分解し、その結果、前記被処理基板Wの表面にPZTなどの強誘電体膜が形成される。
【0009】
前記成膜室11は排気ライン11Bを介して真空ポンプ14に結合されており、その結果、前記成膜室11において前記有機金属気相原料の熱分解の結果生じた反応生成物、あるいは熱分解しなかった未反応の有機金属原料は、有機溶媒成分と共に、前記排気ライン11Bより排気される。また前記気化器12は前記真空ポンプ14に、バルブ12bおよびバイパスライン12Bにより結合されており、前記成膜室11において成膜がなされない場合には、前記気化器12において形成された有機金属気相原料は前記バルブ12bおよびバイパスライン12Bを介して排気される。
【0010】
前記バイパスライン12Bは前記排気ライン11Bと真空ポンプ14の上流側で合流し、前記合流位置の真空ポンプ14との間にはコールドトラップ15が設けられ、前記排気ライン11Bあるいは12Bを介して排気される未反応の有機金属原料を捕獲する。さらに前記真空ポンプ14の下流側には、有機溶媒を除去する除害装置16が設けられている。
【0011】
図1のMOCVD装置10では、前記気化器12から前記コールドとラップ15までの間の配管12A,12Bおよびバルブ12a,12bは加熱ジャケット17により加熱され、有機金属原料の析出を回避している。
【0012】
【特許文献1】
特開平11−199233号公報
【0013】
【特許文献2】
特開平9−199445号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
このようなMOCVD法を使った強誘電体膜の形成においては、得られる強誘電体膜の膜厚および組成について、均一性を実現することが重要であり、様々な研究が行われているが、同時に成膜時におけるパーティクル発生の抑制が重要である。このようなパーティクルは、酸化物形成の過程において発生しがちであることがわかっている。
【0015】
一般にCVD法は基板上への薄膜の形成のみならず、微粒子の形成にも使われる技術であり、CVD法を使った薄膜形成工程における微粒子発生の抑制は、そのメカニズムの解明を含め、重要な課題となっている。
【0016】
そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用なMOCVD法による薄膜形成方法を提供することを概括的目的とする。
【0017】
本発明のより具体的な目的は、MOCVD法による薄膜形成方法において、微粒子の発生を抑制することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、有機溶媒中に溶解された有機金属原料を気化させ、有機金属原料ガスを形成する工程と、前記有機金属原料ガスを、被処理基板を保持した処理容器中に導入する工程と、前記処理容器中における前記有機金属原料ガスの分解により、前記被処理基板上に薄膜を形成する工程とよりなる薄膜形成方法において、前記有機溶媒は、2−メチルペンタン,3−メチルペンタン,2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラール,エチルホルメート,メチルアセテートおよびn−プロピルアミンよりなる群から選ばれることを特徴とする薄膜形成方法により、解決する。
【0019】
本発明によれば、有機金属原料を溶解する有機溶媒として、単位体積あたり熱容量が56.5J/ml未満のもの、より好ましくは約50J/mlあるいはそれ以下のものを使うことにより、有機溶媒中に溶解された有機金属原料を気化する際に昇温が急速に生じ、昇温時における有機金属原料の分解あるいは劣化を抑制することが可能になる。その結果、有機金属原料がMOCVD装置の反応容器中に部分的に分解した有機金属原料が導入されてパーティクルを発生する問題が解消される。例えば単位体積あたりの熱容量が56.5J/ml未満の有機溶媒を使うことにより、6インチ径の基板上に堆積するパーティクルの数を約200個、あるいはそれ以下に抑制することができる。また単位体積あたりの熱容量が50J/ml以下の有機溶媒を使うことにより、同じ6インチ径の基板上に堆積するパーティクルの数を約150個あるいはそれ以下に抑制することができる。さらに単位堆積あたりの熱容量が40J/ml以下の有機溶媒を使うことにより、同じ6インチ径の基板上に堆積するパーティクルの数を約100個あるいはそれ以下に抑制することができる。また単位堆積あたりの熱容量が約30J/mlの有機溶媒を使うことにより、同じ6インチ径の基板上に体積するパーティクルの数を約50個あるいはそれ以下に抑制することができる。
【0020】
単位体積あたりの熱容量が50J/ml以下の有機溶媒としては、2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラール,n−プロピルアミンなどを使うことができる。また単位体積あたりの熱容量が40J/ml以下の有機溶媒としては、2,2−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラールなどを使うことができる。さらに単位体積あたりの熱容量が約30J/mlの有機溶媒としては、シクロペンタン,メチラールなどを使うことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
[第1実施例]
本発明の発明者は、本発明の基礎となる研究において、図1のMOCVD装置を使ってPZT膜を形成する実験を行っていたところ、有機金属原料を溶解するのに使われる有機溶媒の熱容量の値によって、形成されるPZT膜中に含まれるパーティクル数が変化することを見出した。
【0022】
より具体的に説明すると、本発明の発明者は本発明の基礎となる研究において、Pb(THD)2,Zr(DMHD)4およびTi(O−iPr)2(THD)2をそれぞれ単位体積あたりの熱容量が56.5J/mlのTHF(テトラヒドロフラン)溶媒中に溶解させてPb,ZrおよびTiの液体原料を形成し、これらの液体原料を前記原料容器121〜123から気化器12に供給し、6インチ径の被処理基板を保持している処理容器11中においてPZT膜を成膜する実験を行った。
【0023】
この実験では、前記液体原料を前記気化器12に合計で1.2ml/分の流量で給送し、前記気化器12において190℃の温度で気化させて有機金属原料ガスを形成し、このようにして形成された有機金属原料ガスを300SCCMのキャリアガスと共に、6インチ径の被処理基板W上を保持している処理容器11中に導入し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給することにより、前記被処理基板W上にPZT膜を580℃の基板温度で120nmの膜厚に形成した。
【0024】
またこの実験では、基板温度をPZT膜の堆積が生じない230℃の温度に設定し、この状態で前記有機金属原料ガスおよび酸素ガスを前記処理容器11中に供給し、基板W表面において生じるパーティクルの堆積を調べた。その結果、上記の条件下でPZT膜の堆積を行うと、6インチ径の被処理基板Wの表面に209個のパーティクルが堆積しているのが観察された。
【0025】
また本発明の発明者は、本発明の基礎となる実験において、前記有機金属原料Pb(THD)2,Zr(DMHD)4およびTi(O−iPr)2(THD)2をそれぞれ単位体積あたりの熱容量が175.2J/mlの酢酸ブチル溶媒中に溶解させてPb,ZrおよびTiの液体原料を形成し、これらの液体原料を前記原料容器121〜123から気化器12に供給し、6インチ径の被処理基板を保持している処理容器11中においてPZT膜を成膜する実験を行った。
【0026】
この実験でも、前記液体原料を前記気化器12に合計で1.2ml/分の流量で給送し、前記気化器12において190℃の温度で気化させて有機金属原料ガスを形成し、このようにして形成された有機金属原料ガスを300SCCMのキャリアガスおよび2500SCCMの酸素ガスと共に、6インチ径の被処理基板W上を保持している処理容器11中に導入し、前記被処理基板W上にPZT膜を580℃の基板温度において114nmの膜厚に形成した。
【0027】
またこの実験でも、基板温度をPZT膜の堆積が生じない230℃の温度に設定し、基板W表面に堆積したパーティクルの数を調べた。その結果、上記の条件下でPZT膜の堆積を行うと、6インチ径の被処理基板Wの表面に1163個のパーティクルが堆積しているのが観察された。
以下の表1は、上記の実験の結果をまとめて示す。
【0028】
【表1】
表1を参照するに、溶媒としてTHFを使った場合には、得られたPZT膜の膜厚が120nmで膜中のPb組成が1.16、Zr組成が0.42であるのに対し、溶媒として酢酸ブチルを使った場合、ほぼ同様な114nmの膜厚を有しほぼ同様な1.17のPb組成と0.45のZr組成を有するPZT膜が得られているのがわかる。一方、溶媒として酢酸ブチルを使った場合には、先にも述べたように基板上のパーティクル数が、溶媒としてTHFを使った場合に比べて大きく増大する。
【0029】
このように、使われた溶媒により膜中に含まれるパーティクル数が異なる理由は、おそらく気化器12中において溶媒の熱容量の差により昇温速度に差が生じ、特に大きな熱容量を有する溶媒を使った場合、液体原料の温度が所定の気化温度に達するまでに時間がかかるためと考えられる。
【0030】
図2は、THF溶媒および酢酸ブチル溶媒を1.2ml/分の割合で前記気化器12に給送した場合の、前記気化器12において生じる溶媒の昇温カーブを示す。
【0031】
図2を参照するに、熱容量が大きな酢酸ブチルを溶媒に使った場合、熱容量が小さなTHFを溶媒に使った場合に比べて、所定の190℃の気化温度に達するまでの昇温時間が約3倍まで増大しているのがわかる。
【0032】
図3は、様々な熱容量の有機溶媒を様々な流量で前記気化器12に供給した場合における、溶媒の温度が所定の気化温度に達するまでの時間を示す。
【0033】
図3を参照するに、有機溶媒の流量が一定の場合、溶媒の温度が前記所定の気化温度に達するまでの時間は、溶媒の熱容量が小さければ小さい程短く、また溶媒の流量が少なければ少ないほど短いことがわかる。
【0034】
図1のMOCVD装置では、前記気化器12に給送される液体原料の大部分、例えば90〜99%が溶媒であり、有機金属原料の熱容量の効果はほとんど無視することができる。そこで、溶媒の熱容量が大きい場合、液体原料の気化までに時間がかかり、その間に液体原料中に溶解している有機金属原料に部分的な分解や劣化が生じ、このように劣化した有機金属原料が処理容器11中に導入されることにより、パーティクルの発生が生じるものと考えられる。前記有機金属原料は、図4に示すように金属原子を複数の配位子が取り囲んだ構造を有しており、これらの配位子の一または複数が脱離することにより、気化温度は大きく変化する。
【0035】
図5は、上記の実験から求められた、液体原料中の溶媒の熱容量と、得られたPZT膜中のパーティクル数との関係を示す。
【0036】
図5を参照するに、まず溶媒の単位体積あたり熱容量を56.5J/ml未満に低減することにより、6インチ径の基板上において生じるパーティクルの数をほぼ200個あるいはそれ以下とすることができるのがわかる。
【0037】
さらに図5から、前記溶媒の単位体積あたり熱容量が約50J/ml以下の場合、6インチ径の基板上のパーティクル数を約150個あるいはそれ以下に抑制することが可能になるのがわかる。また前記溶媒の単位体積あたり熱容量が約40J/ml以下の場合、基板上のパーティクル数を約100個あるいはそれ以下に抑制することが可能になるのがわかる。さらに前記有機溶媒の単位体積あたり熱容量が約30J/mlの場合、基板上のパーティクルの数を約50個あるいはそれ以下に抑制することが可能になるのがわかる。
【0038】
このように基板上のパーティクル数を、上記の実験の場合よりも減少できる溶媒としては、以下の表2にまとめて示すものを使うことができる。
【0039】
【表2】
例えば、前記有機溶媒として熱容量が51.5J/mlの2−メチルペンタンを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約169個以下に抑制することが可能になる。
【0040】
また、前記有機溶媒として熱容量が55.9J/mlの3−メチルペンタンを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約240個以下に抑制することが可能になる。
【0041】
さらに、前記有機溶媒として熱容量が35.8J/mlの2,2−ジメチルブタンを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約43個以下に抑制することが可能になる。
【0042】
また前記有機溶媒として熱容量が47.5J/mlの2,3−ジメチルブタンを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約140個以下に抑制することが可能になる。
【0043】
さらに、前記有機溶媒として熱容量が32.5J/mlのシクロペンタンを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約17個以下に抑制することが可能になる。
【0044】
さらに、前記有機溶媒として熱容量が31.1J/mlのメチラールを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約5個以下に抑制することが可能になる。
【0045】
さらに、前記有機溶媒として熱容量が51.6J/mlのエチルホルメートを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約170個以下に抑制することが可能になる。
【0046】
さらに、前記有機溶媒として熱容量が56.4J/mlのメチルアセテートを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約208個以下に抑制することが可能になる。
【0047】
さらに、前記有機溶媒として熱容量が45.9J/mlのn−プロピルアミンを使い、この中にPb(THD)2,Zr(DMHD)2およびTi(O−iPr)2(THD)2を溶解してPb,ZrおよびTiの液体原料を作製した場合、このようにして作製された液体原料を、前記原料容器121〜123から前記気化器12に合計流量が1.2ml/分になるように供給し、190℃の温度で気化させることにより、前記処理容器11中に300SCCMの流量の窒素キャリアガスと共に供給し、さらに前記処理容器11中に酸素ガスを2500SCCMの流量で供給し、580°の基板温度においてPZT膜を6インチ径の基板上に形成した場合に得られるPZT膜中に含まれる径が0.2μm以上のパーティクルの数を、約124個以下に抑制することが可能になる。
【0048】
先にも述べたように、このような液体原料の昇温速度は主に有機溶媒の熱容量により決まるものであり、有機溶媒中に溶解される有機金属原料の種類には実質的に無関係である。また前記PZT膜を形成した例ではPbの有機金属原料としてPb(THD)2を使い、Zrの有機金属原料としてZr(DMHD)4を使い、Tiの有機金属原料としてTi(O−iPr)2(THD)2を使っているが、これらの化合物の気化温度はそれぞれ180〜200℃,250〜270℃および200〜220℃の範囲であり、従って上記のメカニズムによるパーティクル発生の抑制は、上記の原料系を使ったPZT膜の成膜工程に限定されるものではなく、同様な気化温度範囲、例えば180〜300℃の範囲の気化温度を有する有機金属原料を使う場合においても有効であると考えられる。
【0049】
また、上記の有機溶媒は、他の原料系を使って実行される他の膜、例えばBST(BaSrTiO3)膜やSBT(SrBi2(Ta,Nb)2O9)膜,BLT(BiLa)4Ti3O12膜,BIT(Bi4Ti3O12)膜の形成の際にも有効であると考えられる。
【0050】
例えばBST膜を形成する場合には、前記単位体積あたりの熱容量が56.5J/ml未満の有機溶媒中にBaの有機金属原料としてBa(THD)2を溶解して得られた液体原料と、前記有機溶媒中にSrの有機金属原料としてSr(THD)2を溶解して得られた液体原料と、さらにTiの有機金属原料として前記有機溶媒中にTi(O−iPr)2(THD)2を溶解して得られた液体原料とを使うことが可能である。
【0051】
またSBT膜を形成する場合には、前記有機溶媒中にBiの有機金属原料としてBi(ph)3を溶解して得られた液体原料と、前記有機溶媒中にSrの有機金属原料としてSr(THD)2を溶解して得られた液体原料と、Taの有機金属原料として前記有機溶媒中にTa(O−iPr)4(THD)を溶解して得られた液体原料と、さらに前記有機溶媒中にNbの有機金属原料としてNb(O−iPr)5を溶解して得られた液体原料とを使うことが可能である。
【0052】
さらにBLT膜を形成する場合には、前記有機溶媒中にBiの有機金属原料としてBi(ph)3を溶解して得られた液体原料と、前記有機溶媒中にLaの有機金属原料としてLa(THD)3を溶解して得られた液体原料と、Tiの有機金属原料として前記有機溶媒中にTi(O−iPr)2(THD)を溶解して得られた液体原料とを使うことが可能である。
【0053】
またBIT膜を形成する場合には、前記有機溶媒中にBiの有機金属原料としてBi(ph)3を溶解して得られた液体原料と、Tiの有機金属原料として前記有機溶媒中にTi(O−iPr)2(THD)を溶解して得られた液体原料とを使うことが可能である。
【0054】
なお、Biの原料としては、Bi(ph)3の他にBi(THD)3を使うことが可能である。またTaの原料としては、Ta(O−iPr)4(THD)の他にTa(OEt)5を使うことが可能である。
[第2実施例]
次に、図1のMOCVD装置10を使った、本発明の第2実施例によるFeRAMの製造工程を説明する。
【0055】
図6は、本発明の第2実施例によるFeRAM30の構成を示す。
【0056】
図6を参照するに、FeRAM30は素子分離構造30Aにより画成された素子領域を有するSi基板31上に形成されており、前記Si基板31上には前記活性領域に対応して、ゲート絶縁膜32を介して形成されたゲート電極33と、前記ゲート電極33の両側において前記Si基板31中に形成されたソースおよびドレイン拡散領域31A,31Bとが形成されている。
【0057】
さらに前記Si基板31上には、層間絶縁膜34が形成されており、前記層間絶縁膜34には、一方の拡散領域31Aに電気的に接続された導電性プラグ34Aが埋め込まれている。さらに層間絶縁膜34上には前記プラグ34Aを介して前記拡散領域31Aに電気的に接続されたビット線BLが形成されている。
【0058】
前記ビット線BLが形成された層間絶縁膜34上には、更に層間絶縁膜35が形成されており、前記層間絶縁膜35には層間絶縁膜34を貫通して他方の拡散領域31Bに電気的に接続された導電性プラグ35Bが埋め込まれている。
【0059】
前記導電性プラグ35Bが埋め込まれた層間絶縁膜35上にはバリアメタル層と下部電極層を順次積層した構造を有する下部キャパシタ電極36が形成されている。前記下部キャパシタ電極36において下部電極層はIr層あるいはPt層より構成される。前記下部電極層としてPt層を用いる場合には、バリアメタル層としてIr層が形成され、前記Ir層上に密着層として例えばIrOx層が形成される。Pt下部電極層は、このようにして形成されたIrOx層上に形成される。一方、前記下部電極層をIr層とする場合には、前記下部キャパシタ電極36は単一のIr層より構成される。図6は、前記下部キャパシタ電極36として、Ir層を用いた場合を示している。
【0060】
前記下部キャパシタ電極36上には、PZTよりなるキャパシタ誘電体膜37が形成されており、前記キャパシタ誘電体膜37上には、PtやIr、あるいはIrOxよりなる上部キャパシタ電極38が形成されている。前記下部キャパシタ電極36、強誘電体キャパシタ誘電体膜37および上部キャパシタ電極38は、FeRAMの強誘電体キャパシタを構成する。
【0061】
次に、図6のFeRAMの製造工程を、図7(A)〜10(H)を参照しながら説明する。
【0062】
図7(A)を参照するに、前記Si基板31中に、例えばシャロートレンチ法により、素子分離構造30Aを形成し、素子領域を画成する。
【0063】
次いで、前記素子分離構造30Aにより画成された素子領域上に、通常のMOSトランジスタの形成方法と同様にして、前記ゲート絶縁膜32を介して形成されたゲート電極33と、前記ゲート電極33の両側において前記Si基板31中に形成された拡散領域31A,31Bを形成し、FeRAMのメモリセルトランジスタを形成する。
【0064】
次に図7(B)の工程において、前記メモリセルトランジスタが形成されたSi基板31上に、例えばCVD法によりシリコン酸化膜を堆積し、前記層間絶縁膜34を形成する。さらにこのようにして形成された層間絶縁膜34の表面をCMP(化学的機械的研磨)法などにより研磨し、前記層間絶縁膜34の表面を平坦化する。
【0065】
さらに図7(B)の工程では、リソグラフィー技術及びエッチング技術により前記層間絶縁膜34に前記拡散領域31Aに達するコンタクトホール34aを形成し、図7(C)の工程において前記層間絶縁膜34上にスパッタ法などにより、タングステン(W)膜を前記コンタクトホール34aを充填するように堆積した後、前記層間絶縁膜34の表面が露出するまでCMP法により研磨する。その結果、前記コンタクトホール34a内に埋め込まれた導電性プラグ34Aが、前記拡散領域31Aに電気的に接続された状態で形成される。
【0066】
図7(C)の工程では、さらにスパッタ法などにより前記層間絶縁膜34上にW膜を堆積し、これをリソグラフィー技術及びエッチング技術によりパターニングすることにより、W膜よりなり、前記導電性プラグ34Aを介して前記拡散領域31Aに接続されたビット線BLが形成される。
【0067】
次に図8(D)の工程において、前記ビットBL線が形成された層間絶縁膜34上に、例えばCVD法によりシリコン酸化膜を堆積し、別の層間絶縁膜35を形成する。さらにリソグラフィー技術及びエッチング技術により、前記層間絶縁膜35に、その下の層間絶縁膜34を貫通して前記拡散領域31Bに達するコンタクトホール35bを形成する。
【0068】
さらに図8(E)の工程において、例えばスパッタ法などにより前記層間絶縁膜35上にW膜を堆積した後、前記層間絶縁膜35の表面が露出するまでCMP法により研磨し、コンタクトホール35bを充填し拡散領域31Bに電気的に接続された導電性プラグ35Bが形成される。
【0069】
図8(E)の工程では、さらにスパッタ法により、前記層間絶縁膜35上に下部キャパシタ電極36を構成するバリアメタルおよび下部電極層360を堆積する。
【0070】
次に、図9(F)の工程において図1のMOCVD装置10を使い、前記下部電極層360上にPb(THD)2,Zr(DMHD)4,Ti(iPrO)2(THD)2などの有機金属原料を、単位体積あたりの熱容量が56.5J/ml未満、より好ましくは50J/ml以下の有機溶媒中に溶解し、形成された液体原料を気化器12に送り、先の実施例と同様な条件下でPZT膜370を形成する。前記有機溶媒としては、先に表2に示したような材料を使うことができる。
【0071】
さらに図9(G)の工程において、前記PZT膜370上に、スパッタ法により、PtあるいはIr,あるいはIrOz膜を堆積し、上部電極層380を形成する。
【0072】
最後に図10(H)の工程において、リソグラフィーおよびエッチング技術により前記膜360〜380をパターニングし、下部キャパシタ電極36、強誘電体キャパシタ絶縁膜37および上部キャパシタ電極37を形成し、先に図6で説明した構造が得られる。
【0073】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【0074】
(付記1) 有機溶媒中に溶解された有機金属原料を気化させ、有機金属原料ガスを形成する工程と、
前記有機金属原料ガスを、被処理基板を保持した処理容器中に導入する工程と、
前記処理容器中における前記有機金属原料ガスの分解により、前記被処理基板上に薄膜を形成する工程とよりなる薄膜形成方法において、
前記有機溶媒は、2−メチルペンタン,3−メチルペンタン,2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラール,エチルホルメート,メチルアセテートおよびn−プロピルアミンよりなる群から選ばれることを特徴とする薄膜形成方法。
【0075】
(付記2) 前記有機溶媒は、2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラールおよびn−プロピルアミンよりなる群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成方法。
【0076】
(付記3) 前記有機溶媒は、2,2−ジメチルブタン,シクロペンタンおよびメチラールよりなる群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成方法。
【0077】
(付記4) 前記有機溶媒は、シクロペンタンまたはメチラールよりなることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成方法。
【0078】
(付記5) 前記有機金属原料は、180〜300℃の範囲の気化温度を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜形成方法。
【0079】
(付記6) 前記有機金属原料は、Pbの有機金属原料としてPb(THD)2を、Zrの有機金属原料としてZr(DMHD)4を,Tiの有機金属原料としてTi(O−iPr)2(THD)2を含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法。
【0080】
(付記7) 前記有機金属原料は、Baの有機金属原料としてBa(THD)2を、Srの有機金属原料としてSr(THD)2を、またTiの有機金属原料としてTi(O−iPr)2(THD)2含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法。
【0081】
(付記8) 前記有機金属原料は、Biの有機金属原料としてBi(THD)2およびBi(ph)3のいずれか一方を、Srの有機金属原料としてSr(THD)2を、Taの有機金属原料としてTa(OEt)5とTa(O−iPr)4(THD)のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法。
【0082】
(付記9) 前記有機金属原料は、Biの有機金属原料としてBi(THD)3とBi(ph)3のいずれか一方を、Laの有機金属原料としてLa(THD)3を、Tiの有機金属原料としてTi(O−iPr)2(THD)2のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法。
【0083】
(付記10) 前記有機金属原料は、Biの有機金属原料としてBi(THD)2とBi(ph)3のいずれか一方を、Tiの有機金属原料としてTi(O−iPr)2(THD)2を含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法。
【0084】
(付記11) 強誘電体キャパシタを含む半導体装置の製造方法であって、
下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程とを含み、
前記強誘電体膜を形成する工程は、
有機溶媒中に溶解された有機金属原料を気化させ、有機金属原料ガスを形成する工程と、
前記有機金属原料ガスの分解により、前記下部電極上に前記強誘電体膜を形成する工程とよりなり、
前記有機溶媒は、2−メチルペンタン,3−メチルペンタン,2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラール,エチルホルメート,メチルアセテートおよびn−プロピルアミンよりなる群から選ばれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【0085】
【発明の効果】
本発明によれば、気化器において有機金属原料を気化する工程を含む成膜方法において、有機金属原料を前記気化器に、2−メチルペンタン,3−メチルペンタン,2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラール,エチルホルメート,メチルアセテートおよびn−プロピルアミンよりなる群から選ばれる単位体積あたりの熱容量が56.6J/ml未満の有機溶媒に溶解して供給することにより、前記気化器中における有機金属原料の昇温および気化が短時間になされ、部分的に分解した有機金属原料が反応容器に供給されることによるパーティクルの発生が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使われるMOCVD装置の構成を示す図である。
【図2】図1のMOCVD装置の気化器中における液体原料の昇温特性を示す図である。
【図3】図1のMOCVD装置の気化器中における液体原料の昇温特性を示す別の図である。
【図4】図1のMOCVD装置で使われる有機金属原料の一例を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例によるPZT膜の成膜工程において基板上に堆積したパーティクルの数と、使われた有機溶媒の熱容量との関係を示す図である。
【図6】本発明第2実施例によるFeRAMの構成を示す図である。
【図7】(A)−(C)は、図6のFeRAMの製造工程を示す図(その1)である。
【図8】(D)−(E)は、図6のFeRAMの製造工程を示す図(その2)である。
【図9】(F)−(G)は、図6のFeRAMの製造工程を示す図(その3)である。
【図10】(H)は、図6のFeRAMの製造工程を示す図(その4)である。
【符号の説明】
10 MOCVD装置
11 成膜室
11A サセプタ
11B 排気ライン
12 気化器
121,122,123 原料容器
12A 原料ガス供給ライン
12B バイパスライン
12a,12b バルブ
13 ガス混合器
13A 酸化ガスライン
14 真空ポンプ
15 コールドトラップ
16,26 除害装置
17 加熱ジャケット
30 FeRAM
30A 素子分離構造
31 Si基板
31A,31B 拡散領域
32 ゲート絶縁膜
33 ゲート電極
34,35 層間絶縁膜
36 下部キャパシタ電極
37 強誘電体キャパシタ絶縁膜
38 上部キャパシタ電極
360 下部電極層
370 強誘電体膜
380 上部電極層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention generally relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a thin film using a MOCVD method.
[0002]
Semiconductor storage devices such as so-called DRAMs or SRAMs are widely used as high-speed main storage devices in information processing devices such as computers, but these are volatile storage devices, and information stored when power is turned off. Will be lost. On the other hand, a nonvolatile magnetic disk device has conventionally been used as a large-capacity auxiliary storage device for storing programs and data.
[0003]
However, the magnetic disk device has disadvantages that it is large, mechanically fragile, consumes large power, and has a low access speed when reading and writing information. On the other hand, recently, as a nonvolatile auxiliary storage device, an EEPROM or a flash memory that stores information in the form of electric charges in a floating gate electrode has been often used. In particular, since a flash memory has a cell configuration similar to that of a DRAM, it can be easily formed at a large integration density, and is expected as a large-capacity storage device comparable to a magnetic disk device.
[0004]
On the other hand, in an EEPROM or a flash memory, information is written by injecting hot electrons into a floating gate electrode through a tunnel insulating film, so that it takes a long time to write, and information writing and erasing are repeated. This causes a problem that the tunnel insulating film is deteriorated. If the tunnel insulating film is deteriorated, the writing or erasing operation becomes unstable.
[0005]
On the other hand, a ferroelectric memory device (hereinafter referred to as FeRAM) that stores information in the form of spontaneous polarization of a ferroelectric film has been proposed. In such an FeRAM, each memory cell transistor is formed of a single MOSFET as in the case of a DRAM, and the dielectric film in the memory cell capacitor is formed of PZT (Pb (Zr, Ti) O). 3 ) Or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), And SBT (SrBi 2 Ta 2 O 3 ), Etc., and can be integrated at a high integration density. In addition, the FeRAM controls the spontaneous polarization of the ferroelectric capacitor by applying an electric field. Therefore, the writing speed is 1000 times or more faster than an EEPROM or a flash memory in which writing is performed by injecting hot electrons, and power consumption is increased. It has the advantageous feature of being reduced to about 1/10. Furthermore, since it is not necessary to use a tunnel oxide film, the lifetime is long, and it is considered that the number of times of rewriting 100,000 times of the flash memory can be secured.
[0006]
[Prior art]
Conventionally, ferroelectric films used in such FeRAMs are formed by a sol-gel method or a sputtering method. However, as the miniaturization of semiconductor devices progresses, particularly, beyond the 0.18 μm generation, these conventional methods require a finer structure. It is predicted that coverage of a large step will be difficult. Under such circumstances, the CVD method is considered to be an indispensable technique as a technique for forming a ferroelectric film used in the next generation FeRAM. In particular, when forming a ferroelectric film, it is necessary to supply a raw material containing a metal element such as Pb, Zr, or Ti. Therefore, if the CVD method is the MOCVD method using an organic metal raw material of these metal elements, I have no choice.
[0007]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
[0008]
Referring to FIG. 1, in a
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
In the
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-11-199233
[0013]
[Patent Document 2]
JP-A-9-199445
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In the formation of a ferroelectric film using the MOCVD method, it is important to achieve uniformity in the thickness and composition of the obtained ferroelectric film, and various studies have been made. At the same time, it is important to suppress the generation of particles during film formation. It has been found that such particles tend to be generated during the oxide formation process.
[0015]
In general, the CVD method is used not only for forming a thin film on a substrate but also for forming fine particles. Suppression of the generation of fine particles in a thin film forming process using the CVD method is important, including clarification of its mechanism. It has become a challenge.
[0016]
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a novel and useful method of forming a thin film by MOCVD, which solves the above-mentioned problems.
[0017]
A more specific object of the present invention is to suppress generation of fine particles in a thin film forming method by MOCVD.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems by a step of vaporizing an organometallic raw material dissolved in an organic solvent to form an organometallic raw material gas, and introducing the organometallic raw material gas into a processing vessel holding a substrate to be processed. And a step of forming a thin film on the substrate to be processed by decomposing the organometallic source gas in the processing container, wherein the organic solvent is 2-methylpentane, 3-methyl The problem is solved by a thin film forming method characterized by being selected from the group consisting of pentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, ethyl formate, methyl acetate and n-propylamine. .
[0019]
According to the present invention, an organic solvent having a heat capacity per unit volume of less than 56.5 J / ml, more preferably about 50 J / ml or less is used as an organic solvent for dissolving an organometallic raw material. The temperature rises rapidly when the organic metal raw material dissolved in the gas is vaporized, and it is possible to suppress the decomposition or deterioration of the organic metal raw material at the time of raising the temperature. As a result, it is possible to solve the problem that the organic metal raw material in which the organic metal raw material is partially decomposed into the reaction vessel of the MOCVD apparatus is introduced to generate particles. For example, by using an organic solvent having a heat capacity per unit volume of less than 56.5 J / ml, the number of particles deposited on a 6-inch diameter substrate can be suppressed to about 200 or less. By using an organic solvent having a heat capacity per unit volume of 50 J / ml or less, the number of particles deposited on the same 6-inch diameter substrate can be suppressed to about 150 or less. Further, by using an organic solvent having a heat capacity per unit deposition of 40 J / ml or less, the number of particles deposited on the same 6-inch diameter substrate can be suppressed to about 100 or less. In addition, by using an organic solvent having a heat capacity per unit deposition of about 30 J / ml, the number of particles volumed on the same 6-inch diameter substrate can be suppressed to about 50 or less.
[0020]
As the organic solvent having a heat capacity per unit volume of 50 J / ml or less, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, n-propylamine and the like can be used. As the organic solvent having a heat capacity per unit volume of 40 J / ml or less, 2,2-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, and the like can be used. Further, as the organic solvent having a heat capacity per unit volume of about 30 J / ml, cyclopentane, methylal and the like can be used.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First embodiment]
The inventor of the present invention conducted an experiment for forming a PZT film using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 in the research on which the present invention is based, and found that the heat capacity of the organic solvent used to dissolve the organometallic material was increased. It has been found that the number of particles contained in the formed PZT film changes depending on the value of.
[0022]
More specifically, the inventor of the present invention carried out Pb (THD) 2 , Zr (DMHD) 4 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Are dissolved in a THF (tetrahydrofuran) solvent having a heat capacity per unit volume of 56.5 J / ml to form liquid raw materials of Pb, Zr, and Ti. 1 ~ 12 3 An experiment was performed in which a PZT film was formed in a
[0023]
In this experiment, the liquid raw material was fed to the vaporizer 12 at a flow rate of 1.2 ml / min in total, and was vaporized at a temperature of 190 ° C. in the vaporizer 12 to form an organometallic raw material gas. The organometallic raw material gas formed as described above is introduced together with a carrier gas of 300 SCCM into the
[0024]
In this experiment, the substrate temperature was set to 230 ° C. at which the deposition of the PZT film did not occur. Was examined. As a result, when the PZT film was deposited under the above conditions, it was observed that 209 particles were deposited on the surface of the substrate W having a diameter of 6 inches.
[0025]
In addition, the inventor of the present invention found that in the experiment which forms the basis of the present invention, the organometallic raw material Pb (THD) 2 , Zr (DMHD) 4 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Are dissolved in a butyl acetate solvent having a heat capacity per unit volume of 175.2 J / ml to form liquid raw materials of Pb, Zr, and Ti. 1 ~ 12 3 An experiment was performed in which a PZT film was formed in a
[0026]
Also in this experiment, the liquid raw material was supplied to the vaporizer 12 at a flow rate of 1.2 ml / min in total, and was vaporized at a temperature of 190 ° C. in the vaporizer 12 to form an organometallic raw material gas. The organic metal raw material gas formed as described above is introduced into a
[0027]
Also in this experiment, the substrate temperature was set to 230 ° C. at which the deposition of the PZT film did not occur, and the number of particles deposited on the surface of the substrate W was examined. As a result, when the PZT film was deposited under the above conditions, it was observed that 1163 particles had been deposited on the surface of the substrate W having a diameter of 6 inches.
Table 1 below summarizes the results of the above experiments.
[0028]
[Table 1]
Referring to Table 1, when THF was used as a solvent, the obtained PZT film had a thickness of 120 nm, a Pb composition in the film of 1.16 and a Zr composition of 0.42, It can be seen that when butyl acetate was used as the solvent, a PZT film having a substantially similar Pb composition of 1.17 and a substantially similar Pb composition of 1.17 and a Zr composition of 0.45 was obtained. On the other hand, when butyl acetate is used as the solvent, as described above, the number of particles on the substrate is greatly increased as compared with the case where THF is used as the solvent.
[0029]
As described above, the reason why the number of particles contained in the film varies depending on the solvent used is probably that the difference in heat capacity of the solvent in the vaporizer 12 causes a difference in the rate of temperature rise, and a solvent having a particularly large heat capacity was used. In this case, it is considered that it takes time until the temperature of the liquid raw material reaches a predetermined vaporization temperature.
[0030]
FIG. 2 shows a heating curve of the solvent generated in the vaporizer 12 when the THF solvent and the butyl acetate solvent are supplied to the vaporizer 12 at a rate of 1.2 ml / min.
[0031]
Referring to FIG. 2, when butyl acetate having a large heat capacity is used as a solvent, the heating time until reaching a predetermined vaporization temperature of 190 ° C. is about 3 times longer than when THF having a small heat capacity is used as a solvent. It can be seen that it has increased by a factor of two.
[0032]
FIG. 3 shows the time required for the solvent temperature to reach a predetermined vaporization temperature when the organic solvent having various heat capacities is supplied to the vaporizer 12 at various flow rates.
[0033]
Referring to FIG. 3, when the flow rate of the organic solvent is constant, the time until the temperature of the solvent reaches the predetermined vaporization temperature is shorter as the heat capacity of the solvent is smaller, and is smaller as the flow rate of the solvent is smaller. It turns out that it is short.
[0034]
In the MOCVD apparatus of FIG. 1, most of the liquid raw material supplied to the vaporizer 12, for example, 90 to 99% is a solvent, and the effect of the heat capacity of the organic metal raw material can be almost ignored. Therefore, when the heat capacity of the solvent is large, it takes time to evaporate the liquid raw material, during which time the organic metal raw material dissolved in the liquid raw material partially decomposes or deteriorates, and the organic metal raw material thus degraded It is considered that particles are generated by introducing the particles into the
[0035]
FIG. 5 shows the relationship between the heat capacity of the solvent in the liquid raw material and the number of particles in the obtained PZT film, obtained from the above experiment.
[0036]
Referring to FIG. 5, by reducing the heat capacity per unit volume of the solvent to less than 56.5 J / ml, the number of particles generated on a 6-inch diameter substrate can be reduced to almost 200 or less. I understand.
[0037]
Further, FIG. 5 shows that when the heat capacity per unit volume of the solvent is about 50 J / ml or less, the number of particles on a 6-inch diameter substrate can be suppressed to about 150 or less. Also, it can be seen that when the heat capacity per unit volume of the solvent is about 40 J / ml or less, the number of particles on the substrate can be suppressed to about 100 or less. Further, when the heat capacity per unit volume of the organic solvent is about 30 J / ml, it can be seen that the number of particles on the substrate can be suppressed to about 50 or less.
[0038]
As the solvent capable of reducing the number of particles on the substrate as compared with the case of the above experiment, those shown in Table 2 below can be used.
[0039]
[Table 2]
For example, 2-methylpentane having a heat capacity of 51.5 J / ml is used as the organic solvent, and Pb (THD) is contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0040]
Further, 3-methylpentane having a heat capacity of 55.9 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0041]
Further, 2,2-dimethylbutane having a heat capacity of 35.8 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the
[0042]
Further, 2,3-dimethylbutane having a heat capacity of 47.5 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0043]
Further, cyclopentane having a heat capacity of 32.5 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0044]
Further, methylal having a heat capacity of 31.1 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0045]
Further, as the organic solvent, ethyl formate having a heat capacity of 51.6 J / ml was used, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the
[0046]
Further, methyl acetate having a heat capacity of 56.4 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0047]
Further, n-propylamine having a heat capacity of 45.9 J / ml was used as the organic solvent, and Pb (THD) was contained therein. 2 , Zr (DMHD) 2 And Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 Is dissolved to produce a liquid raw material of Pb, Zr and Ti, the liquid raw material thus prepared is placed in the raw material container 12. 1 ~ 12 3 To the vaporizer 12 so that the total flow rate is 1.2 ml / min, and vaporized at a temperature of 190 ° C., thereby supplying the
[0048]
As described above, the rate of temperature rise of such a liquid material is mainly determined by the heat capacity of the organic solvent, and is substantially independent of the type of the organometallic material dissolved in the organic solvent. . In the example in which the PZT film is formed, Pb (THD) is used as an organic metal raw material of Pb. 2 And Zr (DMHD) as an organic metal raw material for Zr 4 And Ti (O-iPr) as an organometallic raw material for Ti 2 (THD) 2 However, the vaporization temperatures of these compounds are in the range of 180 to 200 ° C., 250 to 270 ° C., and 200 to 220 ° C., respectively. The present invention is not limited to the PZT film forming process described above, and is considered to be effective even when an organic metal material having a similar vaporization temperature range, for example, a vaporization temperature in the range of 180 to 300 ° C. is used.
[0049]
In addition, the above-mentioned organic solvent can be used in other films, for example, BST (BaSrTiO. 3 ) Film or SBT (SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O 9 ) Membrane, BLT (BiLa) 4 Ti 3 O 12 Membrane, BIT (Bi 4 Ti 3 O 12 It is considered to be effective also in the formation of a film.
[0050]
For example, when a BST film is formed, Ba (THD) is used as an organic metal raw material of Ba in an organic solvent having a heat capacity per unit volume of less than 56.5 J / ml. 2 And Sr (THD) as an organometallic raw material of Sr in the organic solvent. 2 And a liquid raw material obtained by dissolving Ti (O-iPr) in the organic solvent as an organic metal raw material for Ti. 2 (THD) 2 It is possible to use a liquid raw material obtained by dissolving
[0051]
When an SBT film is formed, Bi (ph) is used as an organometallic raw material of Bi in the organic solvent. 3 And Sr (THD) as an organometallic raw material of Sr in the organic solvent. 2 And Ta (O-iPr) in the organic solvent as an organic metal raw material of Ta. 4 (THD) and Nb (O-iPr) as an organic metal raw material of Nb in the organic solvent. 5 It is possible to use a liquid raw material obtained by dissolving
[0052]
Further, when a BLT film is formed, Bi (ph) is used as an organometallic raw material of Bi in the organic solvent. 3 And a liquid raw material obtained by dissolving La (THD) as an organic metal raw material of La in the organic solvent. 3 And a liquid raw material obtained by dissolving Ti (O-iPr) in the organic solvent as an organic metal raw material for Ti. 2 It is possible to use a liquid raw material obtained by dissolving (THD).
[0053]
When a BIT film is formed, Bi (ph) is used as an organometallic raw material of Bi in the organic solvent. 3 And a liquid raw material obtained by dissolving Ti (O-iPr) in the organic solvent as an organic metal raw material for Ti. 2 It is possible to use a liquid raw material obtained by dissolving (THD).
[0054]
In addition, as a raw material of Bi, Bi (ph) 3 Besides Bi (THD) 3 It is possible to use As a raw material of Ta, Ta (O-iPr) 4 (THD) and Ta (OEt) 5 It is possible to use
[Second embodiment]
Next, a manufacturing process of the FeRAM according to the second embodiment of the present invention using the
[0055]
FIG. 6 shows the configuration of the
[0056]
Referring to FIG. 6, the
[0057]
Further, an
[0058]
An interlayer insulating
[0059]
A
[0060]
A
[0061]
Next, a manufacturing process of the FeRAM of FIG. 6 will be described with reference to FIGS.
[0062]
Referring to FIG. 7A, an
[0063]
Then, a
[0064]
Next, in the step of FIG. 7B, a silicon oxide film is deposited on the
[0065]
Further, in the step of FIG. 7B, a
[0066]
In the step of FIG. 7C, a W film is further deposited on the
[0067]
Next, in the step of FIG. 8D, a silicon oxide film is deposited on the
[0068]
8E, a W film is deposited on the
[0069]
In the step of FIG. 8E, a barrier metal constituting the
[0070]
Next, in the step of FIG. 9F, Pb (THD) is formed on the
[0071]
9G, a Pt, Ir, or IrOz film is deposited on the
[0072]
Finally, in the step of FIG. 10H, the
[0073]
As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
[0074]
(Supplementary Note 1) a step of vaporizing an organometallic raw material dissolved in an organic solvent to form an organometallic raw material gas;
A step of introducing the organometallic raw material gas into a processing vessel holding a substrate to be processed,
Forming a thin film on the substrate to be processed by decomposing the organometallic source gas in the processing container,
The organic solvent is selected from the group consisting of 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, ethyl formate, methyl acetate and n-propylamine. A thin film forming method.
[0075]
(Supplementary Note 2) The thin film formation according to claim 1, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, and n-propylamine. Method.
[0076]
(Supplementary note 3) The method according to claim 1, wherein the organic solvent is selected from the group consisting of 2,2-dimethylbutane, cyclopentane, and methylal.
[0077]
(Supplementary Note 4) The method according to claim 1, wherein the organic solvent is made of cyclopentane or methylal.
[0078]
(Supplementary Note 5) The method of forming a thin film according to Claim 1, wherein the organometallic raw material has a vaporization temperature in a range of 180 to 300 ° C.
[0079]
(Supplementary Note 6) The organometallic raw material is Pb (THD) as an organometallic raw material of Pb. 2 With Zr (DMHD) as the organometallic raw material for Zr 4 And Ti (O-iPr) as an organometallic raw material for Ti 2 (THD) 2 6. The thin film forming method according to
[0080]
(Supplementary Note 7) The organometallic raw material is Ba (THD) as an organometallic raw material for Ba. 2 As Sr (THD) as an organometallic raw material for Sr 2 And Ti (O-iPr) as an organometallic raw material for Ti 2 (THD) 2 6. The method of forming a thin film according to
[0081]
(Supplementary Note 8) The organometallic raw material is Bi (THD) 2 And Bi (ph) 3 Sr (THD) as one of the organometallic raw materials for Sr 2 With Ta (OEt) as an organic metal raw material of Ta 5 And Ta (O-iPr) 4 6. The thin film forming method according to
[0082]
(Supplementary Note 9) The organometallic raw material is Bi (THD) as an organic metal raw material of Bi. 3 And Bi (ph) 3 One of La (THD) as an organic metal raw material of La 3 With Ti (O-iPr) as the organometallic raw material for Ti 2 (THD) 2 6. The thin film forming method according to
[0083]
(Supplementary Note 10) The organometallic raw material is Bi (THD) 2 And Bi (ph) 3 Is used as an organometallic raw material for Ti, Ti (O-iPr) 2 (THD) 2 6. The thin film forming method according to
[0084]
(Supplementary Note 11) A method of manufacturing a semiconductor device including a ferroelectric capacitor,
Forming a ferroelectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the ferroelectric film,
The step of forming the ferroelectric film,
Vaporizing the organometallic raw material dissolved in the organic solvent to form an organometallic raw material gas,
Forming the ferroelectric film on the lower electrode by decomposing the organometallic raw material gas,
The organic solvent is selected from the group consisting of 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, ethyl formate, methyl acetate and n-propylamine. A method of manufacturing a semiconductor device.
[0085]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a film forming method including a step of vaporizing an organic metal raw material in a vaporizer, the organic metal raw material is supplied to the vaporizer with 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2 Dissolved in an organic solvent having a heat capacity per unit volume of less than 56.6 J / ml selected from the group consisting of 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, ethyl formate, methyl acetate and n-propylamine. Thereby, the temperature rise and vaporization of the organometallic raw material in the vaporizer are performed in a short time, and the generation of particles due to the supply of the partially decomposed organometallic raw material to the reaction vessel is effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an MOCVD apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a view showing a temperature rise characteristic of a liquid raw material in a vaporizer of the MOCVD apparatus of FIG.
FIG. 3 is another diagram showing a temperature rise characteristic of a liquid raw material in a vaporizer of the MOCVD apparatus of FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an organometallic raw material used in the MOCVD apparatus of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the number of particles deposited on a substrate and a heat capacity of an organic solvent used in a PZT film forming process according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an FeRAM according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 7A to 7C are diagrams (part 1) illustrating the manufacturing process of the FeRAM of FIG. 6;
8 (D)-(E) are views (No. 2) showing the steps of manufacturing the FeRAM of FIG. 6;
9 (F)-(G) are views (No. 3) showing the steps of manufacturing the FeRAM of FIG. 6;
FIG. 10H is a view (part 4) showing a step of manufacturing the FeRAM of FIG. 6;
[Explanation of symbols]
10 MOCVD equipment
11 Deposition chamber
11A susceptor
11B exhaust line
12 vaporizer
12 1 , 12 2 , 12 3 Raw material container
12A source gas supply line
12B Bypass line
12a, 12b Valve
13 Gas mixer
13A Oxidizing gas line
14 Vacuum pump
15 Cold trap
16,26 abatement equipment
17 heating jacket
30 FeRAM
30A element isolation structure
31 Si substrate
31A, 31B Diffusion area
32 Gate insulating film
33 Gate electrode
34,35 interlayer insulating film
36 Lower capacitor electrode
37 Ferroelectric capacitor insulating film
38 Upper capacitor electrode
360 Lower electrode layer
370 Ferroelectric film
380 Upper electrode layer
Claims (10)
前記有機金属原料ガスを、被処理基板を保持した処理容器中に導入する工程と、
前記処理容器中における前記有機金属原料ガスの分解により、前記被処理基板上に薄膜を形成する工程とよりなる薄膜形成方法において、
前記有機溶媒は、2−メチルペンタン,3−メチルペンタン,2,2−ジメチルブタン,2,3−ジメチルブタン,シクロペンタン,メチラール,エチルホルメート,メチルアセテートおよびn−プロピルアミンよりなる群から選ばれることを特徴とする薄膜形成方法。Vaporizing the organometallic raw material dissolved in the organic solvent to form an organometallic raw material gas,
A step of introducing the organometallic raw material gas into a processing vessel holding a substrate to be processed,
Forming a thin film on the substrate to be processed by decomposing the organometallic source gas in the processing container,
The organic solvent is selected from the group consisting of 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, cyclopentane, methylal, ethyl formate, methyl acetate and n-propylamine. A thin film forming method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003083468A JP2004296522A (en) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | Method of forming thin film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003083468A JP2004296522A (en) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | Method of forming thin film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004296522A true JP2004296522A (en) | 2004-10-21 |
Family
ID=33398932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003083468A Pending JP2004296522A (en) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | Method of forming thin film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004296522A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010177661A (en) * | 2008-12-10 | 2010-08-12 | Air Products & Chemicals Inc | Precursor for depositing group 4 metal-containing film |
-
2003
- 2003-03-25 JP JP2003083468A patent/JP2004296522A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010177661A (en) * | 2008-12-10 | 2010-08-12 | Air Products & Chemicals Inc | Precursor for depositing group 4 metal-containing film |
US8471049B2 (en) | 2008-12-10 | 2013-06-25 | Air Product And Chemicals, Inc. | Precursors for depositing group 4 metal-containing films |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7585683B2 (en) | Methods of fabricating ferroelectric devices | |
US8067817B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US6597029B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
US6376299B1 (en) | Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP3971645B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US6787414B2 (en) | Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
US7811834B2 (en) | Methods of forming a ferroelectric layer and methods of manufacturing a ferroelectric capacitor including the same | |
JPH09142844A (en) | Production of bismuth oxide, formation of oxide film and preparation of capacitor structure of semiconductor element | |
US20030052376A1 (en) | Semiconductor device with high-k dielectric layer and method for manufacturing the same | |
JP2004193280A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2007081410A (en) | Ferroelectric film, ferroelectric capacitor forming method, and ferroelectric capacitor | |
JP2004296522A (en) | Method of forming thin film | |
US6989304B1 (en) | Method for manufacturing a ruthenium film for a semiconductor device | |
JP4616830B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US6417012B1 (en) | Method of forming ferroelectric capacitor in semiconductor device | |
CN1954430A (en) | Semiconductor device and process for fabricating same | |
JP2004079695A (en) | Method of forming pzt ferroelectric thin film, pzt ferrodielectric thin film formed with the same method, and semiconductor device using the same thin film | |
JP2004111928A (en) | Ferroelectric material for semiconductor device and its manufacturing method | |
JP4330907B2 (en) | Method for manufacturing metal oxide film and method for manufacturing capacitor element | |
KR19990005439A (en) | Ferroelectric capacitor of semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2003324096A (en) | Method for manufacturing semiconductor device and film forming processor | |
JP3751617B2 (en) | Method for forming ferroelectric film | |
JP2004080020A (en) | Method for forming ferroelectric semiconductor device | |
JP2000232102A (en) | Manufacture of dielectric film | |
JP2003152167A (en) | Capacitor of semiconductor element and its manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050413 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050929 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070821 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071017 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071211 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080408 |