JP2005072196A - 薄膜成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被成膜基板の膜圧の均一化に貢献するすることができる薄膜成膜装置を提供すること。
【解決手段】気化器１１で気化された原料ガスが配管１４を経由して供給されると共にその原料ガスをノズル表面１５ｂに対向配置された被成膜基板Ｐへと噴射するシャワーノズル１５に外壁１５ａの拡開端部から立ち上がる周壁１５ｃを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属有機化合物又は金属有機錯体化合物を有機溶媒に溶解した溶液を気化して生成されたガスを被成膜基板上に供給して、化学的気相成長法により成膜を行う薄膜成膜装置に関する。
特開２００２−３０５１９４号公報
近年、電子デバイスの分野においては、回路の高密度化と共に電子デバイスの一層の小型化および高性能化が望まれており、例えば、トランジスタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、或いはトランジスタとキャパシタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などのように、電子デバイスの機能を単に回路構成のみで達成するばかりではなく、機能性薄膜等の材料自体の特性を利用してデバイスの機能を実現することが有利になりつつある。
そのため、電子部品に用いられる誘電体材料などの薄膜化が望まれている。このような材料を薄膜化する一つの方法として、ＣＶＤ法がある。
このＣＶＤ法は、ＰＶＤ法、ゾルゲル法、その他の成膜法に比べて成膜速度が大きく、多層薄膜の製造が容易であるなどの特徴を有している。また、ＭＯＣＶＤ法は、有機物を含む化合物を原料として用いるＣＶＤ法であり、安全性が高く、膜中のハロゲン化物の混入がないなどの利点を有する。
ＭＯＣＶＤ法に用いられる原料は、一般的に固体粉末あるいは液体であり、これらの原料を容器に入れ、一般的に減圧中で加熱して原料を気化させ、キャリアガスによって成膜チャンバ内に送り込んでいる。
図２は、このようなＭＯＣＶＤ法に用いられる薄膜成膜装置の概略の説明図である。
図２において、１は気化器、２は燃焼室、３は反応容器、４は配管、５は略円錐状のシャワーノズルである。
気化器１は、Ｈｅガスで加圧された複数種類（Ｂａ、Ｓｒ、Ｔｉ）の液体原料を所望の比率で混合した混合原料が一定速度で輸送されてその流量制御された原料を気化する。その気化条件は、設定温度が２５０℃、気化圧力が２ｋＰａとした。気化器１で気化された原料ガスはキャリアガスのＡｒと混合され、２５０〜２６０℃に加熱された配管を経由して燃焼室２に導入される。
燃焼室２では、酸素と原料ガスとが混合され、所望の温度に設定された細管を通りながら加熱される構造になっている。燃焼室２を出た原料ガスは２６０〜２７０℃に加熱された配管４及びシャワーノズル５を通って、反応容器３内に導入される。燃焼室２内では、原料ガス中の有機溶媒の少なくとも一部が燃焼する温度に設定する。
シャワーノズル５は、必要に応じてその内部で原料ガスに酸素を混合することが可能である。シャワーノズル５に所定間隔を存して対向配置された誘電体膜を成膜する被成膜基板Ｐは窒化アルミニウム製のサセプタ６上に置かれ、ヒータ７によって加熱される。サセプタ６には熱電対が取り付けられており、熱電対指示値による帰還制御及び、ヒータ７への投入電力による温度制御が可能である。
気化器１で気化された原料ガスは、燃焼室２内で混合され、シャワーノズル５を通して反応容器３内に導入され、被成膜基板Ｐに誘電体膜が成膜される。
ところで、上記の如く構成された薄膜成膜装置にあっては、配管４を中心としてその導入口から単に拡開（円錐状又は角錐状）しているだけなので、ノズル表面の中央付近と端部付近とでは原料ガスの流速が異なってしまい、ノズル表面から反応容器３内に導入される際の圧力に差が発生してしまう（図の矢印の長さで示す）。
この圧力差は、被成膜基板Ｐに成膜される誘電体膜の膜圧の差となってしまい、均一な膜圧の誘電体膜を被成膜基板Ｐに成膜することができないという問題を生じていた。
本発明は、上記問題を解決するため、被成膜基板の膜圧の均一化に貢献するすることができる薄膜成膜装置を提供することを目的とする。
その目的を達成するため、請求項１に記載の薄膜成膜装置は、気化器で気化された原料ガスが配管を経由して供給されると共にその原料ガスをノズル表面に対向配置された被成膜基板へと噴射するシャワーノズルを備えた薄膜成膜装置において、前記シャワーノズルを、前記配管の導入口を中心として拡開する外壁と、該外壁の拡開端部から立ち上がる周壁と、該周壁の端部を覆うノズル表面とで構成したことを要旨とする。
請求項２に記載の薄膜成膜装置は、前記周壁の高さを、前記配管の導入口から前記ノズル表面までの高さの半分以上としたことを要旨とする。
請求項３に記載のシャワーノズルは、気化器で気化された原料ガスが供給されると共にその原料ガスを被成膜基板へと噴射するシャワーノズルにおいて、前記配管の導入口を中心として拡開する外壁と、該外壁の拡開端部から立ち上がる周壁と、該周壁の端部を覆うノズル表面とで構成したことを要旨とする。
請求項４に記載のＭＯＣＶＤ用薄膜成膜装置は、請求項１乃至請求項３に記載の薄膜姓膜装置若しくはシャワーノズルを備えていることを要旨とする。
本発明の薄膜成膜装置は、シャワーノズルに周壁を設けたことにより、外壁形状に伴うシャワーノズル内での原料ガスの流速差を緩和することがき、よって被成膜基板の膜圧の均一化に貢献するすることができる。
また、周壁の高さを配管の導入口からノズル表面までの高さの半分以上としたことにより、シャワーノズル内での原料ガスの流速差をより確実に緩和することがきる。
次に、本発明の薄膜成膜装置を図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）において、１１は気化器、１２はヒータ、１３は反応容器、１４は配管、１５は略円錐状のシャワーノズルである。
気化器１１は、キャリアガス（Ａｒ＋Ｏ2又はＮ2＋Ｏ2）で加圧された複数種類（Ｔａ、Ｓｒ、Ｂｉ等）の液体原料を所望の比率で混合した混合原料が一定速度で輸送されてその流量制御された原料を気化する。気化器１１で気化されたキャリアガスは配管１４を経由してシャワーノズル１５へと導入される。
シャワーノズル１５は、必要に応じてその内部で原料ガスに酸素を混合することが可能である。シャワーノズル１５には、反応容器１３内に配置された誘電体膜を成膜するための被成膜基板Ｐが所定間隔を存して対向されている。また、シャワーノズル１５には、その中心から拡開する外壁１５ａとノズル表面１５ｂとの間に周壁１５ｃが一体に設けられている。
この周壁１５ｃは、外壁１５ａとノズル表面１５ｂとの距離を確保するためのもので、ノズル表面１５ｂの中央付近と端部付近との原料ガスの流速差を小さくすることができる。なお、周壁１５ｃの高さｈは、シャワーノズル１５の最大高さ、即ち、配管１４の導入口１４ａからノズル表面１５ｂの中心までの高さＨの半分以上（ｈ＞Ｈ／２）とすることが好ましい。
これにより、気化器１１で気化されたキャリアガスをシャワーノズル１５を通して反応容器１３内に導入する際、ノズル表面１５ｂの中央付近と端部付近との原料ガスの流速差が緩和され、ノズル表面１５ｂから反応容器１３内に導入される際の圧力差を緩和し（図の矢印の長さで示す）、略均一な誘電体膜を被成膜基板Ｐに成膜することができる。
ところで、上記実施例では、配管１４にシャワーノズル１５が一体に連続するようなものを開示したが、例えば、図１（Ｂ）に示すように、配管１４の先端よりも上方でシャワーノズル１５が接続されたものでも良い。
本発明のＭＯＣＶＤ法に用いられる薄膜成膜装置を示し、（Ａ）は薄膜成膜装置の概略の説明図、（Ｂ）は薄膜成膜装置の変形例の要部の説明図である。 従来のＭＯＣＶＤ法に用いられる薄膜成膜装置の概略の説明図である。
符号の説明
１１…気化器
１２…ヒータ
１３…反応容器
１４…配管
１５…シャワーノズル
１５ａ…外壁
１５ｂ…ノズル表面
１５ｃ…周壁

Claims (4)

  1. 気化器で気化された原料ガスが配管を経由して供給されると共にその原料ガスをノズル表面に対向配置された被成膜基板へと噴射するシャワーノズルを備えた薄膜成膜装置において、
    前記シャワーノズルを、前記配管の導入口を中心として拡開する外壁と、該外壁の拡開端部から立ち上がる周壁と、該周壁の端部を覆うノズル表面とで構成したことを特徴とする薄膜成膜装置。
  2. 前記周壁の高さを、前記配管の導入口から前記ノズル表面までの高さの半分以上としたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜成膜装置。
  3. 気化器で気化された原料ガスが供給されると共にその原料ガスを被成膜基板へと噴射するシャワーノズルにおいて、
    前記配管の導入口を中心として拡開する外壁と、該外壁の拡開端部から立ち上がる周壁と、該周壁の端部を覆うノズル表面とで構成したことを特徴とするシャワーノズル。
  4. 請求項１乃至請求項３に記載の薄膜成膜装置若しくはシャワーノズルを備えることを特徴とするＭＯＣＶＤ用薄膜成膜装置。
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