JP2008182183A - Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device - Google Patents

Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device Download PDF

Info

Publication number
JP2008182183A
JP2008182183A JP2007226597A JP2007226597A JP2008182183A JP 2008182183 A JP2008182183 A JP 2008182183A JP 2007226597 A JP2007226597 A JP 2007226597A JP 2007226597 A JP2007226597 A JP 2007226597A JP 2008182183 A JP2008182183 A JP 2008182183A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film forming
film
liquid
atomic layer
raw material
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
Application number
JP2007226597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jiro Senda
二郎 千田
Motohiro Oshima
元啓 大嶋
Koji Tominaga
浩二 富永
Masakuni Terasaka
正訓 寺阪
Yutaka Yamagishi
豊 山岸
Koichiro Matsuda
耕一郎 松田
Tetsuo Shimizu
哲夫 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horiba Ltd
Doshisha Co Ltd
Horiba Stec Co Ltd
Original Assignee
Horiba Ltd
Doshisha Co Ltd
Horiba Stec Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horiba Ltd, Doshisha Co Ltd, Horiba Stec Co Ltd filed Critical Horiba Ltd
Priority to JP2007226597A priority Critical patent/JP2008182183A/en
Publication of JP2008182183A publication Critical patent/JP2008182183A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To apply atomic layer deposition (ALD) methods to various film formations to improve throughput, and to miniaturize a device simultaneously. <P>SOLUTION: The film forming method using the atomic layer deposition (ALD) method is characterized in that a liquid raw material composed of an organic metal compound is directly jetted into a film forming chamber 2 holding a substrate W therein by a liquid raw material jetting valve 41. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、原子層成長(ALD:Atomic Layer Deposition)法を用いた成膜方法及び成膜装置に関するものである。   The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus using an atomic layer deposition (ALD) method.

近年、半導体装置などに用いる成膜方法の1つとして原子層成長(ALD)法が注目されている。このような成膜方法を用いた成膜装置としては、例えば特許文献1に示すように、高い蒸気圧の成膜原料を気化して成膜室内に供給し、基板表面に吸着させ、その次に酸化剤ガス又は窒化剤ガスを供給し、基板表面に吸着した成膜原料を酸化又は窒化させ、それを繰り返すことによって原子を積み重ねていく成膜するものがある。   In recent years, an atomic layer growth (ALD) method has attracted attention as one of film formation methods used for semiconductor devices and the like. As a film forming apparatus using such a film forming method, for example, as shown in Patent Document 1, a high vapor pressure film forming raw material is vaporized and supplied into a film forming chamber and adsorbed on a substrate surface. A film is formed by stacking atoms by supplying an oxidant gas or a nitriding agent gas to oxidize or nitride a film forming material adsorbed on the surface of the substrate and repeating the process.

しかしながら、ALD法により成膜することができる薄膜の種類は、高い蒸気圧を有する成膜原料を用いるものに制限されてしまうという問題がある。   However, there is a problem that the types of thin films that can be formed by the ALD method are limited to those using a film forming material having a high vapor pressure.

また、液体原料を供給する供給管などに気化器を必要とするとともに、成膜室までの原料供給管を高温に維持しなければならないがために、装置が大がかりなってしまい、装置コスト、エネルギコストが増大するという問題がある。   In addition, a vaporizer is required for a supply pipe for supplying a liquid raw material, and the raw material supply pipe to the film formation chamber must be maintained at a high temperature. There is a problem that the cost increases.

さらに、性状が室温で固体の成膜原料又は液体であっても蒸気圧の低い成膜原料を用いる場合、成膜室内に気化した成膜原料を供給する時間が、長時間(数秒〜数十秒)必要になり、スループットが悪くなるという問題がある。
特開2005−347446号公報 玉谷洋平、外3名、「新規鉛前駆体含有カクテル原料を用いた液体供給MOCVD法による強誘電体PZT薄膜作成」第52回応用物理学関連連合講演会予稿集、社団法人応用物理学会 p.653 30a−P2−6
Further, when a film forming material having a low vapor pressure is used even if the property is a solid film forming material or liquid at room temperature, the time for supplying the vaporized film forming material into the film forming chamber is long (several seconds to several tens of hours). Second), and the throughput is degraded.
JP 2005-347446 A Yohei Tamaya, 3 others, "Preparation of Ferroelectric PZT Thin Films by Liquid Supply MOCVD Using New Lead Precursor-Containing Cocktail Raw Material" Proceedings of the 52nd Applied Physics Related Joint Lecture, Japan Society of Applied Physics p. 653 30a-P2-6

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、原子層成長法を種々の成膜に適用すること及びスループットを向上させることを可能にし、同時に装置の小型化を実現することをその主たる所期課題とするものである。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems all at once, making it possible to apply the atomic layer growth method to various film formation and to improve the throughput, and at the same time to reduce the size of the apparatus. Realization is the main desired issue.

すなわち本発明に係る原子層成長法を用いた成膜方法は、基板を内部に保持する成膜室内に、有機金属化合物からなる液体原料を噴射弁により直接噴射することを特徴とする。   That is, the film forming method using the atomic layer growth method according to the present invention is characterized in that a liquid material made of an organometallic compound is directly injected by an injection valve into a film forming chamber that holds a substrate inside.

このようなものであれば、噴射弁により液体原料を成膜室内に直接噴射して、液体原料を減圧沸騰により気化しているので、蒸気圧の大きな成膜原料に限られず、種々の原料を用いて、ALD法により成膜することができる。また、噴射弁を用いて瞬間的に気化しているので、成膜のスループットを向上させることができる。さらに、原料供給管を加熱するヒータを必ずしも必要とせず、装置の小型化を実現することができる。また、その上、短い時間内で多くの液体原料を速やかに気化できるだけでなく、気化する液体原料の量及び加工時間を正確に制御することができる。したがって、ALD法を用いて、高速で再現性良く成膜することができるようになる。   In such a case, since the liquid raw material is directly injected into the film forming chamber by the injection valve and the liquid raw material is vaporized by boiling under reduced pressure, it is not limited to the film forming raw material having a high vapor pressure, and various raw materials can be used. The film can be formed by the ALD method. In addition, since the vaporization is instantaneously performed using the injection valve, the deposition throughput can be improved. Furthermore, a heater for heating the raw material supply pipe is not necessarily required, and the apparatus can be downsized. Moreover, not only can many liquid raw materials be rapidly vaporized within a short time, but also the amount of liquid raw material to be vaporized and the processing time can be accurately controlled. Therefore, it becomes possible to form a film at high speed with high reproducibility by using the ALD method.

特に、液体原料を直接噴霧する方式では、噴霧した液体原料が、ミスト状のまま気化せず基板まで到達する場合があり、歩留まりが下がる問題があるが、自己組織化された単一原子層を成膜するALD法においては、不活性ガスを導入することにより、余分な前駆体がパージされ、その問題を生じること無く高速かつ再現性の良い成膜を行いうる。   In particular, in the method of directly spraying the liquid raw material, the sprayed liquid raw material may reach the substrate without being vaporized in the form of a mist, and there is a problem that the yield decreases, but a self-organized single atomic layer is formed. In the ALD method for forming a film, by introducing an inert gas, excess precursor is purged, and film formation can be performed at high speed and with good reproducibility without causing the problem.

基板表面に吸着した原料の酸化又は窒化を精緻に行うためには、前記成膜室内に、液状の酸化剤又は窒化剤を噴射弁により直接噴射することが望ましい。   In order to precisely oxidize or nitride the raw material adsorbed on the substrate surface, it is desirable to inject a liquid oxidizing agent or nitriding agent directly into the film forming chamber by an injection valve.

特に、複合金属酸化薄膜を成膜する場合、構成金属毎に「気化器」、「ガス供給ライン」、「原料容器」が必要となり、成膜装置が複雑化、大型化するという問題がある。これを解決するために、非特許文献1に示すように、CVD法においては、カクテル溶液を用いて複合金属酸化薄膜(Pb(ZrTi)O3)の成膜が行われている。しかし、成膜条件(基板温度や成膜室内圧力など)が変化すると、化学反応の反応率が原料毎に異なることから、複合金属酸化薄膜の組成比が変化してしまい、再現性のある成膜ができないという問題がある。 In particular, when a composite metal oxide thin film is formed, a “vaporizer”, a “gas supply line”, and a “raw material container” are required for each constituent metal, and there is a problem that the film forming apparatus becomes complicated and large. In order to solve this problem, as shown in Non-Patent Document 1, in the CVD method, a composite metal oxide thin film (Pb (ZrTi) O 3 ) is formed using a cocktail solution. However, when the deposition conditions (substrate temperature, deposition chamber pressure, etc.) change, the reaction rate of the chemical reaction varies from raw material to raw material, so the composition ratio of the composite metal oxide thin film changes, and reproducible growth is achieved. There is a problem that the film cannot be formed.

前記液体原料が、2種類以上の有機金属化合物からなる混合溶液である場合でも、表面吸着させるALD法であれば、化学反応率と無関係に、混合組成比でもって、より確実に精度良く成膜組成比を制御することができる。   Even if the liquid raw material is a mixed solution composed of two or more kinds of organometallic compounds, the ALD method for surface adsorption can form a film more reliably and accurately with a mixed composition ratio regardless of the chemical reaction rate. The composition ratio can be controlled.

室温で固体又は液体(特に、蒸気圧の低い液体)の有機金属化合物であっても原子層成長法に用いることができるようにするためには、前記液体原料が、室温で固体又は液体の有機金属化合物に低沸点有機化合物を混ぜた混合溶液であることが望ましい。   In order to make it possible to use an organometallic compound that is solid or liquid at room temperature (particularly a liquid having a low vapor pressure) for the atomic layer growth method, the liquid raw material is a solid or liquid organic material at room temperature. A mixed solution in which a low-boiling organic compound is mixed with a metal compound is desirable.

例えば室温で固体又は液体の有機金属化合物としては、テトラキスジメチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)2]4、TDMAHf)、テトラキスジエチルアミノハフニウム(Hf[N(C2H5)2]4、TDEAHf)、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)
(C2H5)]4、TEMAHf)、テトラキスジメチルアミノジルコニウム(Zr[N(CH3)2]4、TDMAZr)、テトラキスジエチルアミノジルコニウム(Zr[N(C2H5)2]4、TDEAZr)、テトラキスメチルエチルアミノジルコニウム(Zr[N(CH3)
(C2H5)]4、TEMAZr)等のアミン系有機金属化合物を挙げることができる。また、低沸点有機化合物としては、ペンタンやヘキサンなどC2X+2で示される化合物又はベンゼンを挙げることができる。
For example, the organometallic compounds that are solid or liquid at room temperature include tetrakisdimethylaminohafnium (Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 , TDMAHf), tetrakisdiethylaminohafnium (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , TDEAHf ), Tetrakismethylethylaminohafnium (Hf [N (CH 3 )
(C 2 H 5)] 4 , TEMAHf), tetrakis (dimethylamino) zirconium (Zr [N (CH 3) 2] 4, TDMAZr), tetrakis (diethylamino) zirconium (Zr [N (C 2 H 5) 2] 4, TDEAZr) , Tetrakismethylethylaminozirconium (Zr [N (CH 3 )
Amine-based organometallic compounds such as (C 2 H 5 )] 4 , TEMAZr) can be mentioned. As the low boiling point organic compound may be a compound or a benzene represented by C X H 2X + 2 such as pentane or hexane.

また、本発明に係る原子層成長法を用いた成膜装置は、基板を内部に保持する成膜室と、有機金属化合物からなる液体原料を前記成膜室内に直接噴射する第1供給機構と、酸化剤又は窒化剤を前記成膜室内に供給する第2供給機構と、前記成膜室内をパージするためのパージガスを供給するパージガス供給機構と、前記第1供給機構、第2供給機構及びパージガス供給機構を、前記基板上に原子層成長による膜が形成されるように制御する制御装置と、を備えていることを特徴とする。   In addition, a film forming apparatus using the atomic layer growth method according to the present invention includes a film forming chamber that holds a substrate inside, and a first supply mechanism that directly injects a liquid source composed of an organometallic compound into the film forming chamber. A second supply mechanism for supplying an oxidizing agent or a nitriding agent into the film formation chamber, a purge gas supply mechanism for supplying a purge gas for purging the film formation chamber, the first supply mechanism, the second supply mechanism, and the purge gas. And a control device that controls the supply mechanism so that a film formed by atomic layer growth is formed on the substrate.

このように構成した本発明によれば、2種以上の前駆体を採用するなどして原子層成長法を種々の成膜に適用すること及びスループットを向上させることを可能にし、同時に装置の小型化を実現することができる。   According to the present invention configured as described above, the atomic layer growth method can be applied to various film formations by adopting two or more kinds of precursors and the throughput can be improved. Can be realized.

<第1実施形態>
以下に本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図1は、本実施形態に係る成膜装置1を示す模式的構成図である。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a film forming apparatus 1 according to this embodiment.

本実施形態に係る成膜装置1は、加工対象基板であるシリコン基板W(例えば、厚さ0.5mm)上に酸化ハフニウム(HfO2)膜を成膜するための原子層成長法を用いた成膜装置であり、図1に示すように、基板Wを内部に保持する成膜室2と、前記成膜室2内に設けられ、シリコン基板Wの温度を調節する温調機構3と、第1の前駆体として、有機金属化合物からなる液体原料を前記成膜室2内に直接噴射する第1供給機構(以下、液体原料供給機構という。)4と、第2の前駆体として、酸化剤を前記成膜室2内に直接噴射する第2供給機構(以下、酸化剤供給機構という。)5と、前記成膜室2内をパージするためのパージガスを供給するパージガス供給機構6と、成膜室2内の圧力を調節する調圧機構7と、液体原料供給機構4、酸化剤供給機構5及びパージガス供給機構6等を、前記シリコン基板W上に原子層成長による膜が形成されるように制御する制御装置8と、を備えている。 The film forming apparatus 1 according to the present embodiment uses an atomic layer growth method for forming a hafnium oxide (HfO 2 ) film on a silicon substrate W (for example, a thickness of 0.5 mm) that is a processing target substrate. As shown in FIG. 1, a film forming apparatus, a film forming chamber 2 that holds a substrate W therein, a temperature adjusting mechanism 3 that is provided in the film forming chamber 2 and adjusts the temperature of the silicon substrate W, As a first precursor, a first supply mechanism (hereinafter referred to as a liquid source supply mechanism) 4 that directly injects a liquid source composed of an organometallic compound into the film forming chamber 2, and as a second precursor, an oxidation source A second supply mechanism (hereinafter referred to as an oxidant supply mechanism) 5 for directly injecting the agent into the film forming chamber 2, a purge gas supply mechanism 6 for supplying a purge gas for purging the film forming chamber 2, A pressure adjusting mechanism 7 for adjusting the pressure in the film forming chamber 2, a liquid material supply mechanism 4, an acid Agent supply mechanism 5 and the purge gas supply mechanism 6 and the like, and a, a control unit 8 for controlling so that a film is formed by atomic layer deposition on the silicon substrate W.

本実施形態においては、液体原料として例えばテトラジエチルアミノハフニウム(Hf[N(C2H52]4、TDEAHf)を用い、酸化剤として例えば水(H2O)を用いている。 In the present embodiment, for example, tetradiethylaminohafnium (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , TDEAHf) is used as the liquid material, and water (H 2 O) is used as the oxidant.

以下に各部2〜8について説明する。   Each part 2-8 is demonstrated below.

成膜室2は、保持機構(図示しない)により内部に加工対象基板となるシリコン基板Wを例えば水平に保持するものであり、シリコン基板Wの温度を調節するための基板ヒータ等の温調機構3を備えている。そして、成膜室2は、調圧機構7の真空ポンプ71によって所定圧力(例えば約13Pa(0.1Torr))に減圧されている。   The film formation chamber 2 holds, for example, a silicon substrate W as a processing target substrate horizontally inside a holding mechanism (not shown), and a temperature control mechanism such as a substrate heater for adjusting the temperature of the silicon substrate W. 3 is provided. The film forming chamber 2 is decompressed to a predetermined pressure (for example, about 13 Pa (0.1 Torr)) by the vacuum pump 71 of the pressure adjusting mechanism 7.

温調機構である基板ヒータ3は、シリコン基板Wの温度が約150℃〜約250℃の高温で一定に保たれるように、制御装置8により制御されている。このように、シリコン基板Wが約150〜250℃に保たれているので、シリコン基板Wに吸着した原料(Hf[N(C2H52]4)は分解させることなく、液体状態の原料を再蒸発させ余剰な前駆体をパージガスでもって排出させうる。 The substrate heater 3 which is a temperature control mechanism is controlled by the control device 8 so that the temperature of the silicon substrate W is kept constant at a high temperature of about 150 ° C. to about 250 ° C. Thus, since the silicon substrate W is maintained at about 150 to 250 ° C., the raw material (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 ) adsorbed on the silicon substrate W is not decomposed and is in a liquid state. The raw material can be re-evaporated and excess precursor can be discharged with a purge gas.

液体原料供給機構(第1供給機構)4は、液体原料噴射弁(第1噴射弁)41と、当該噴射弁41に液体原料(Hf[N(C2H52]4)を供給するための液体原料供給管42と、液体原料容器43と、を備えている。 The liquid raw material supply mechanism (first supply mechanism) 4 supplies the liquid raw material injection valve (first injection valve) 41 and the liquid raw material (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 ) to the injection valve 41. A liquid raw material supply pipe 42 and a liquid raw material container 43 are provided.

液体原料噴射弁41は、成膜室2の壁(例えば上壁)にシリコン基板Wに対向して取り付けられて、成膜室2内に液体原料を直接噴射するものである。   The liquid material injection valve 41 is attached to the wall (for example, the upper wall) of the film formation chamber 2 so as to face the silicon substrate W, and directly injects the liquid material into the film formation chamber 2.

ここで、「直接噴射」とは、噴射弁から射出された液体原料が、成膜室2内の空間に直接射出されることをいう。   Here, “direct injection” means that the liquid material injected from the injection valve is directly injected into the space in the film forming chamber 2.

本実施形態における噴射弁41は、電磁弁であり、図2に示すように、本体部411と、その本体部411に内蔵されたソレノイド412と、当該ソレノイド412の電磁誘導により噴射口411Aを開閉する弁体413とからなり、制御装置8により制御されるものである。そして、ヒータ414を用いて本体部411の噴射口411Aの近傍を例えば数十℃程度(室温よりも幾らか高温)に加熱している。なお、図2は噴射口411Aが閉じている状態を示している。   The injection valve 41 in the present embodiment is an electromagnetic valve, and as shown in FIG. 2, a main body 411, a solenoid 412 built in the main body 411, and an injection port 411 A is opened and closed by electromagnetic induction of the solenoid 412. And is controlled by the control device 8. Then, the vicinity of the injection port 411A of the main body 411 is heated to, for example, about several tens of degrees Celsius (somewhat higher than room temperature) using the heater 414. FIG. 2 shows a state where the injection port 411A is closed.

弁体413は、本体部411の内部空間411Bに位置し、スプリング415によって噴射口411A側に付勢され、噴射口411Aを閉塞するものであり、その先端部413Aに傘状のフランジ4131と環状溝4132とを形成するようにしている。   The valve body 413 is located in the internal space 411B of the main body portion 411 and is urged toward the injection port 411A by the spring 415 to close the injection port 411A. An annular flange 4131 and an annular shape are formed at the tip portion 413A. A groove 4132 is formed.

このように噴射弁41として電磁弁を用いているので、噴射される液体原料の噴射量などの制御を正確に行うことが容易になる。   Thus, since the electromagnetic valve is used as the injection valve 41, it becomes easy to accurately control the injection amount of the liquid raw material to be injected.

そして、この液体原料供給機構4により、液体原料は、液体原料容器43に圧入された加圧Arガスにより液体原料供給管42を通り圧送され、液体原料噴射弁41を介して成膜室2内部に供給される。さらに、液体原料は、液体原料噴射弁41から成膜室2内に直接噴射されると同時に、減圧沸騰現象が起きて、気化されて成膜室2内に充満する。「減圧沸騰現象」とは、開放された液体の外圧がその蒸気圧よりも小さくなるときに液体が沸騰して気化する現象をいい、本実施形態の成膜装置1は、この減圧沸騰現象を利用して、加圧状態の液体原料を真空ポンプ71によって減圧した成膜室2内に噴射することにより、必要最低限の熱量で所定量の液体原料を瞬時に気化する。   Then, by this liquid source supply mechanism 4, the liquid source is pumped through the liquid source supply pipe 42 by the pressurized Ar gas press-fitted into the liquid source container 43, and the inside of the film forming chamber 2 through the liquid source injection valve 41. To be supplied. Further, the liquid material is directly injected into the film forming chamber 2 from the liquid material injection valve 41, and at the same time, a vacuum boiling phenomenon occurs and is vaporized to fill the film forming chamber 2. The “reduced pressure boiling phenomenon” refers to a phenomenon in which the liquid boils and vaporizes when the external pressure of the opened liquid becomes smaller than the vapor pressure. The film forming apparatus 1 of the present embodiment uses this reduced pressure boiling phenomenon. By utilizing the pressurized liquid material into the film forming chamber 2 decompressed by the vacuum pump 71, a predetermined amount of the liquid material is instantly vaporized with a minimum amount of heat.

酸化剤供給機構(第2供給機構)5は、酸化剤噴射弁(第2噴射弁)51と、当該噴射弁51に液状の酸化剤を供給するための酸化剤供給管52と、酸化剤容器53と、を備えている。   The oxidant supply mechanism (second supply mechanism) 5 includes an oxidant injection valve (second injection valve) 51, an oxidant supply pipe 52 for supplying a liquid oxidant to the injection valve 51, and an oxidant container. 53.

酸化剤噴射弁51は、前記液体原料噴射弁41と同様に、成膜室2の壁(例えば上壁)にシリコン基板Wに対向して取り付けられて、成膜室2内に液状の酸化剤(水)を直接噴射するものである。酸化剤噴射弁51の構成は、前記液体原料噴射弁41と同じ電磁弁である。   Similar to the liquid source injection valve 41, the oxidant injection valve 51 is attached to the wall (for example, the upper wall) of the film formation chamber 2 so as to face the silicon substrate W, and the liquid oxidant is formed in the film formation chamber 2. (Water) is directly injected. The configuration of the oxidant injection valve 51 is the same electromagnetic valve as the liquid raw material injection valve 41.

そして、この酸化剤供給機構5により、酸化剤は、酸化剤容器53に圧入された加圧Arガスにより酸化剤供給管52を通り圧送され、酸化剤噴射弁51を介して成膜室2内部に供給される。さらに、酸化剤は、酸化剤噴射弁51から成膜室2内に直接噴射されると同時に、減圧沸騰現象が起きて、気化されて成膜室2内に充満する。   The oxidizing agent supply mechanism 5 pumps the oxidizing agent through the oxidizing agent supply pipe 52 by the pressurized Ar gas press-fitted into the oxidizing agent container 53, and passes through the oxidizing agent injection valve 51 to form the inside of the film forming chamber 2. To be supplied. Further, the oxidant is directly injected into the film forming chamber 2 from the oxidant injection valve 51, and at the same time, a vacuum boiling phenomenon occurs and is vaporized to fill the film forming chamber 2.

パージガス供給機構6は、パージガスであるアルゴン(Ar)ガスを成膜室2内に供給するパージガス供給管61と、その供給管61上に設けられたパージガス導入バルブ62(以下、「導入バルブ62」と略す。)と、パージガスバイパスバルブ63(以下、「バイパスバルブ63」と略す。)と、パージガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ(MFC)64と、を備えている。マスフローコントローラ64は、制御装置8により、その流量が例えば500ml/minとなるように制御されている。   The purge gas supply mechanism 6 includes a purge gas supply pipe 61 for supplying argon (Ar) gas, which is a purge gas, into the film forming chamber 2, and a purge gas introduction valve 62 (hereinafter referred to as “introduction valve 62”) provided on the supply pipe 61. ), A purge gas bypass valve 63 (hereinafter abbreviated as “bypass valve 63”), and a mass flow controller (MFC) 64 for controlling the flow rate of the purge gas. The mass flow controller 64 is controlled by the control device 8 so that the flow rate becomes, for example, 500 ml / min.

制御装置8は、上記各機構3〜7の動作を制御して、シリコン基板W上に原子層成長による薄膜が形成されるようにするものであり、その機器構成は、CPU、内部メモリ、入出力インタフェイス、AD変換器などを備えた汎用乃至専用のコンピュータである。より詳細には、制御装置8は、液体原料噴射弁41、酸化剤噴射弁51、導入バルブ62、バイパスバルブ63、基板ヒータ3、真空ポンプ71等を制御するものである。   The control device 8 controls the operation of each of the mechanisms 3 to 7 so that a thin film is formed by atomic layer growth on the silicon substrate W. The device configuration includes a CPU, an internal memory, and an input device. A general-purpose or dedicated computer equipped with an output interface, an AD converter, and the like. More specifically, the control device 8 controls the liquid raw material injection valve 41, the oxidant injection valve 51, the introduction valve 62, the bypass valve 63, the substrate heater 3, the vacuum pump 71, and the like.

以下に、制御装置8の制御機能を、成膜方法とともに説明する。   Below, the control function of the control apparatus 8 is demonstrated with the film-forming method.

まず、成膜開始前の状態においては、図3に示すように、液体原料噴射弁41と酸化剤噴射弁51は「閉(close)」であり、バイパスバルブ63は「開(open)」であり、導入バルブ62は「閉(close)」である。   First, in the state before the start of film formation, as shown in FIG. 3, the liquid material injection valve 41 and the oxidant injection valve 51 are “closed”, and the bypass valve 63 is “open”. Yes, the introduction valve 62 is “closed”.

<ステップSa1:液体原料供給工程>
制御装置8は、図3に示すように、液体原料噴射弁41を約2msec開いて閉じる。このとき、液体原料は、成膜室2内に供給される。液体原料の一部は気化して、シリコン基板W表面に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する(図4(a)右側)。
<Step Sa1: Liquid raw material supply step>
As shown in FIG. 3, the control device 8 opens and closes the liquid material injection valve 41 for about 2 msec. At this time, the liquid material is supplied into the film forming chamber 2. A part of the liquid raw material is vaporized and adsorbed on the surface of the silicon substrate W to form a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction (right side of FIG. 4A).

一方、ミスト状態(つまり液体状体)の原料は、シリコン基板Wに付着する(図4(a)左側)。ここで、成膜室2内が減圧下であること及び基板温度が約150〜250℃であることから、基板W表面に接している有機金属化合物である成膜原料以外は蒸発し、基板W表面に残った成膜原料は、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。また、このとき蒸発した成膜原料は、再び基板W表面に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する(図4(a)参照)。   On the other hand, the raw material in a mist state (that is, a liquid body) adheres to the silicon substrate W (left side in FIG. 4A). Here, since the inside of the film forming chamber 2 is under reduced pressure and the substrate temperature is about 150 to 250 ° C., the materials other than the film forming raw material which is an organometallic compound in contact with the surface of the substrate W are evaporated, and the substrate W The film forming raw material remaining on the surface forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction. Further, the film forming raw material evaporated at this time is adsorbed again on the surface of the substrate W, and forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction (see FIG. 4A).

最終的に、成膜原料(Hf[N(C2H52]4)の分子は、シリコン基板Wの最表面に均一な単一原子層を形成する。 Finally, the molecules of the film forming raw material (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 ) form a uniform single atomic layer on the outermost surface of the silicon substrate W.

<ステップSa2:過剰原料排出工程>
次に、制御装置8は、基板Wを加熱しつつ液体原料の再蒸発を促すとともに、図3に示すように、バイパスバルブ63を閉じて、導入バルブ62を開けて、Arなどの不活性なガスからなるパージガスを導入して、成膜室2内に残留している余分な液体原料のガスを排出する(図4(b)参照)。
<Step Sa2: Excess raw material discharging step>
Next, the control device 8 promotes re-evaporation of the liquid material while heating the substrate W, and closes the bypass valve 63 and opens the introduction valve 62 as shown in FIG. A purge gas composed of a gas is introduced to discharge excess liquid source gas remaining in the film forming chamber 2 (see FIG. 4B).

<ステップSa3:酸化剤供給工程>
次に、制御装置8は、図3に示すように、導入バルブ62を閉じた後、バイパスバルブ63を開けて、酸化剤噴射弁51から酸化剤(水)を約5msec導入する。これにより、基板W表面に吸着している成膜原料の分子は加水分解されて、酸化される(図4(c)参照)。
<Step Sa3: Oxidant supply step>
Next, as shown in FIG. 3, the control device 8 closes the introduction valve 62, then opens the bypass valve 63, and introduces the oxidizing agent (water) from the oxidizing agent injection valve 51 for about 5 msec. Thereby, the molecules of the film forming raw material adsorbed on the surface of the substrate W are hydrolyzed and oxidized (see FIG. 4C).

<ステップSa4:過剰酸化剤排出工程>
次に、制御装置8は、図3に示すように、バイパスバルブ63を閉じて導入バルブ62を開けて、パージガスを導入して成膜室2内に残留している余分な酸化剤ガス(水蒸気)を排出する(図4(d)参照)。
<Step Sa4: Excess oxidizing agent discharging step>
Next, as shown in FIG. 3, the control device 8 closes the bypass valve 63 and opens the introduction valve 62, introduces a purge gas, and surplus oxidant gas (water vapor) remaining in the film forming chamber 2. ) Is discharged (see FIG. 4D).

以上の第1の前駆体/パージガス/第2の前駆体/パージガスをそれぞれ供給する1サイクルの工程(ステップSa1)〜(ステップSa4)により、分子層一層分の成膜がなされる。そして、上記一連の工程を約500回繰り返すと、膜厚約50nmのHfO2膜を形成することができる。このように成膜されたHfO2膜はゲート絶縁膜に用いられる。また、上記工程の各時間は、1秒以下にすることができ、短時間で成膜に必要な量の原料を供給して、従来よりも非常にスループット良く成膜することが可能となる。 Film formation for one molecular layer is performed by one cycle of steps (step Sa1) to (step Sa4) for supplying the first precursor / purge gas / second precursor / purge gas, respectively. Then, when the above series of steps is repeated about 500 times, an HfO 2 film having a film thickness of about 50 nm can be formed. The HfO 2 film thus formed is used as a gate insulating film. In addition, each time of the above steps can be set to 1 second or less, and it is possible to supply a necessary amount of raw materials in a short time and to form a film with a much higher throughput than in the past.

このように構成した本実施形態に係る成膜装置1によれば、成膜室2内に液体原料及び酸化剤を噴射弁41、51で直接噴射して、液体原料及び酸化剤を減圧沸騰により気化しているので、蒸気圧の大きな成膜原料に限られず、種々の成膜原料を用いて、ALD法により成膜することができる。また、噴射弁41、51を用いて瞬間的に気化しているので、成膜のスループットを向上させることができる。さらに、原料供給管を加熱するヒータを必要とせず、成膜装置1の小型化を実現することができる。さらに、液体原料を必要最小限の加熱によって気化供給することができることも、装置1の小型化に寄与することができる。加えて、短い時間内で多くの液体原料及び酸化剤を速やかに気化できるだけでなく、気化する液体原料酸化剤の量及び加工時間を正確に制御することができる。したがって、原子層成長法を用いて、高速で再現性良く成膜することができるようになる。   According to the film forming apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above, the liquid raw material and the oxidant are directly injected into the film forming chamber 2 by the injection valves 41 and 51, and the liquid raw material and the oxidant are obtained by boiling under reduced pressure. Since it is vaporized, it is not limited to a film forming material having a high vapor pressure, and it can be formed by an ALD method using various film forming materials. Further, since the vaporization is instantaneously performed using the injection valves 41 and 51, the throughput of film formation can be improved. Furthermore, the heater for heating the raw material supply pipe is not required, and the film forming apparatus 1 can be downsized. Furthermore, the ability to vaporize and supply the liquid raw material with the minimum necessary heating can also contribute to the downsizing of the apparatus 1. In addition, many liquid raw materials and oxidizing agents can be quickly vaporized within a short time, and the amount of liquid raw material oxidizing agent to be vaporized and the processing time can be accurately controlled. Therefore, it becomes possible to form a film at high speed and with high reproducibility by using the atomic layer growth method.

特に、液体原料を直接噴霧する方式では、噴霧した液体原料が、ミスト状のまま気化せず基板Wまで到達する場合があり、歩留まりが下がることがあるが、自己組織化された単一原子層を成膜するALD法においては、不活性ガスを導入することにより、余分な前駆体がパージされ、問題を生じること無く高速かつ再現性の良い成膜を行いうる。   In particular, in the method of directly spraying the liquid raw material, the sprayed liquid raw material may reach the substrate W without being vaporized in a mist state, and the yield may be reduced, but the self-organized single atomic layer In the ALD method for forming a film, by introducing an inert gas, excess precursor is purged, and film formation can be performed at high speed and with good reproducibility without causing a problem.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る成膜装置1について図面を参照して説明する。
Second Embodiment
Next, a film forming apparatus 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態に係る成膜装置1は、シリコン基板W上に酸化タンタルニオブ(NbTaO5)膜を成膜するための原子層成長法を用いた成膜装置であり、その機器構成は前記第1実施形態と同様であり、液体原料が異なる。つまり、本実施形態の液体原料は、ペンタエトキシニオブ(Nb(OC2H55)とペンタエトキシタンタル(Ta(OC2H55)との混合溶液である。混合組成比は、Nb(OC2H55:Ta(OC2H55=1:1(mol比)である。 A film forming apparatus 1 according to the present embodiment is a film forming apparatus using an atomic layer growth method for forming a tantalum niobium oxide (NbTaO 5 ) film on a silicon substrate W, and the device configuration thereof is the first configuration. It is the same as that of embodiment, and a liquid raw material differs. That is, the liquid raw material of this embodiment is a mixed solution of pentaethoxyniobium (Nb (OC 2 H 5 ) 5 ) and pentaethoxy tantalum (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ). The mixing composition ratio is Nb (OC 2 H 5 ) 5 : Ta (OC 2 H 5 ) 5 = 1: 1 (mol ratio).

このように構成した成膜装置1を用いた成膜方法について説明する。   A film forming method using the film forming apparatus 1 configured as described above will be described.

まず、成膜開始前の状態において、液体原料噴射弁41及び酸化剤噴射弁51は「閉(close)」であり、バイパスバルブ63は「開(open)」であり、導入バルブ62は「閉(close)」である。   First, in the state before the start of film formation, the liquid source injection valve 41 and the oxidant injection valve 51 are “closed”, the bypass valve 63 is “open”, and the introduction valve 62 is “closed”. (Close) ".

<ステップSb1:液体原料供給工程>
制御装置8は、図3に示すように、液体原料噴射弁41を約1.5msec開いて閉じ、混合溶液が成膜室2内に供給される。このとき、混合溶液の一部は気化して、シリコン基板W表面に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する(図5(a)右側参照)。
<Step Sb1: Liquid Raw Material Supply Process>
As shown in FIG. 3, the control device 8 opens and closes the liquid raw material injection valve 41 for about 1.5 msec, and the mixed solution is supplied into the film forming chamber 2. At this time, a part of the mixed solution is vaporized and adsorbed on the surface of the silicon substrate W to form a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction (see the right side of FIG. 5A).

一方、ミスト状態(つまり液体状体)の混合溶液は、シリコン基板Wに付着する(図5(a)左側参照)。ここで、成膜室2内が減圧下であること及び基板温度が約150〜250℃であることから、基板W表面に接している成膜原料以外は蒸発し、基板W表面に残った成膜原料は、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。また、このとき蒸発した混合溶液は、再び基板W表面に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。   On the other hand, the mixed solution in a mist state (that is, a liquid body) adheres to the silicon substrate W (see the left side of FIG. 5A). Here, since the inside of the film forming chamber 2 is under a reduced pressure and the substrate temperature is about 150 to 250 ° C., the components other than the film forming raw material in contact with the surface of the substrate W evaporate and remain on the surface of the substrate W. The film material forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction. Further, the mixed solution evaporated at this time is adsorbed again on the surface of the substrate W and forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction.

最終的には、混合溶液の分子は、シリコン基板Wの最表面に均一な単一原子層を形成する。この吸着原子は、ペンタエトキシニオブからなるNb原子と、ペンタエトキシタンタルからなるTa原子である(図5(a)参照)。   Eventually, the molecules of the mixed solution form a uniform monoatomic layer on the outermost surface of the silicon substrate W. The adsorbed atoms are Nb atoms made of pentaethoxyniobium and Ta atoms made of pentaethoxytantalum (see FIG. 5A).

<ステップSb2:過剰原料排出工程>
次に、制御装置8は、基板Wを加熱しつつ混合溶液の再蒸発を促すとともに、図3に示すように、バイパスバルブ63を閉じて、導入バルブ62を開けて、パージガスを導入して、成膜室2内に残留している余分な混合液体のガスを排出する(図5(b)参照)。
<Step Sb2: Excess Raw Material Discharge Process>
Next, the control device 8 promotes re-evaporation of the mixed solution while heating the substrate W, and closes the bypass valve 63 and opens the introduction valve 62 to introduce the purge gas as shown in FIG. Excess mixed liquid gas remaining in the film forming chamber 2 is discharged (see FIG. 5B).

<ステップSb3:酸化剤供給工程>
次に、制御装置8は、図3に示すように、導入バルブ62を閉じた後、バイパスバルブ63を開けて、酸化剤噴射弁51から酸化剤である水を約5msec導入する。これにより、基板W表面に吸着している混合溶液の分子は加水分解されて、酸化する(図5(c)参照)。
<Step Sb3: Oxidant supply step>
Next, as shown in FIG. 3, the control device 8 closes the introduction valve 62, then opens the bypass valve 63, and introduces water, which is an oxidizing agent, from the oxidizing agent injection valve 51 for about 5 msec. Thereby, the molecules of the mixed solution adsorbed on the surface of the substrate W are hydrolyzed and oxidized (see FIG. 5C).

<ステップSb4:過剰酸化剤排出工程>
次に、制御装置8は、図3に示すように、バイパスバルブ63を閉じて導入バルブ62を開けて、パージガスを供給して、成膜室2内に残留している酸化剤ガス(水蒸気)を排出する(図5(d)参照)。
<Step Sb4: Excess oxidizing agent discharging step>
Next, as shown in FIG. 3, the control device 8 closes the bypass valve 63 and opens the introduction valve 62, supplies a purge gas, and oxidant gas (water vapor) remaining in the film forming chamber 2. Is discharged (see FIG. 5D).

以上の第1の前駆体/パージガス/第2の前駆体/パージガスをそれぞれ供給する1サイクルの工程(ステップSb1)〜(ステップSb4)により、分子層一層分の成膜がなされる。そして、上記一連の工程を約500回繰り返すと、膜厚約50nmのNbTaO膜を形成することができる。このときのNb金属とTa金属の組成比は、混合溶液のモル比がそのまま反映される。つまり、この組成比は原子の基板Wへの吸着により支配されているため、成膜条件が変化しても組成比は化学反応率によって変わることがない。 Film formation for one molecular layer is performed by one cycle of steps (step Sb1) to (step Sb4) for supplying the first precursor / purge gas / second precursor / purge gas, respectively. Then, when the above series of steps is repeated about 500 times, an NbTaO 5 film having a film thickness of about 50 nm can be formed. The molar ratio of the mixed solution is directly reflected in the composition ratio of Nb metal and Ta metal at this time. That is, since this composition ratio is governed by the adsorption of atoms onto the substrate W, the composition ratio does not change depending on the chemical reaction rate even if the film formation conditions change.

そうすると、例えば(Nb1.5Ta0.5)O等を形成したい場合には、混合溶液のモル比をNb(OC2H55:Ta(OC2H55=3:1(mol比)にすれば良い。このように、ニオブ(Nb)とタンタル(Ta)の比を自由に変えることによって、つまり、比誘電率の異なる2種類以上の成膜原料の比を変えることによって、膜の比誘電率を変更することが可能となり、DRAM用のキャパシタ用薄膜として、自由に設計できるという有益な効果を得ることができる(Ta=100%の場合、比誘電率は約25であり、Nb=100%の場合、比誘電率は60である。)。 Then, for example, when it is desired to form (Nb 1.5 Ta 0.5 ) O 5 or the like, the molar ratio of the mixed solution is Nb (OC 2 H 5 ) 5 : Ta (OC 2 H 5 ) 5 = 3: 1. (Mol ratio) may be used. Thus, by changing the ratio of niobium (Nb) and tantalum (Ta) freely, that is, by changing the ratio of two or more film forming materials having different relative dielectric constants, the relative dielectric constant of the film is changed. As a thin film for a capacitor for DRAM, it is possible to obtain a beneficial effect that it can be designed freely (when Ta = 100%, the relative dielectric constant is about 25, and when Nb = 100%) The dielectric constant is 60.)

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る成膜装置について図面を参照して説明する。
<Third Embodiment>
Next, a film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態に係る成膜装置1は、シリコン基板W上に複合金属酸化物薄膜(例えばHfAlOx膜)を成膜するための原子層成長法を用いた成膜装置であり、図6に示すように、その機器構成は液体原料供給機構4が、各前駆体としての各液体原料毎に、第1液体原料供給機構4Aと、第2液体原料供給機構4Bとで構成してある。それぞれの機構4A、4Bの構成は、前記第1実施形態の液体原料供給機構4と同様である。 A film forming apparatus 1 according to this embodiment is a film forming apparatus using an atomic layer growth method for forming a composite metal oxide thin film (for example, an HfAlO x film) on a silicon substrate W, and is shown in FIG. As described above, the liquid material supply mechanism 4 includes a first liquid material supply mechanism 4A and a second liquid material supply mechanism 4B for each liquid material as each precursor. The structure of each mechanism 4A, 4B is the same as that of the liquid raw material supply mechanism 4 of the first embodiment.

第1液体原料は、トリメチルアルミニウム(Al(CH33)であり、第2液体原料は、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)(C2H5)]4、TEMAHf)である。 The first liquid source is trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ), and the second liquid source is tetrakismethylethylaminohafnium (Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , TEMAHf). is there.

このように構成した成膜装置1を用いた成膜方法について説明する。   A film forming method using the film forming apparatus 1 configured as described above will be described.

まず、成膜開始前の状態においては、図7に示すように、第1、第2液体原料噴射弁41A、41Bと酸化剤噴射弁51は「閉(close)」であり、バイパスバルブ63は「開(open)」であり、導入バルブ62は「閉(close)」である。   First, in the state before the start of film formation, as shown in FIG. 7, the first and second liquid source injection valves 41A and 41B and the oxidant injection valve 51 are “closed”, and the bypass valve 63 is “Open” and the introduction valve 62 is “closed”.

<ステップSc1:第1液体原料供給工程>
制御装置8は、図7に示すように、第1液体原料噴射弁41Aを約2msec開いて閉じ、第1液体原料が成膜室2内に供給される。このとき、第1液体原料の一部は気化して、シリコン基板W表面に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する(図8(a)右側参照)。
<Step Sc1: First liquid raw material supply step>
As shown in FIG. 7, the control device 8 opens and closes the first liquid material injection valve 41 </ b> A for about 2 msec, and the first liquid material is supplied into the film forming chamber 2. At this time, a part of the first liquid source is vaporized and adsorbed on the surface of the silicon substrate W to form a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction (see the right side of FIG. 8A).

一方、ミスト状態(つまり液体状体)の第1液体原料は、シリコン基板Wに付着する(図8(a)左側参照)。ここで、成膜室2内が減圧下であること及び基板温度が約150〜250℃であることから、基板W表面に接している有機金属化合物である成膜原料以外は蒸発し、基板W表面に残った成膜原料は、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。また、このとき蒸発した成膜原料は、再び基板W表面に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。   On the other hand, the first liquid source in a mist state (that is, a liquid body) adheres to the silicon substrate W (see the left side of FIG. 8A). Here, since the inside of the film forming chamber 2 is under reduced pressure and the substrate temperature is about 150 to 250 ° C., the materials other than the film forming raw material which is an organometallic compound in contact with the surface of the substrate W are evaporated, and the substrate W The film forming raw material remaining on the surface forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction. Further, the film-forming raw material evaporated at this time is adsorbed again on the surface of the substrate W, and forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction.

最終的に、第1液体原料の原子は、シリコン基板Wの最表面に均一な単一原子層を形成する。   Finally, the atoms of the first liquid source form a uniform single atomic layer on the outermost surface of the silicon substrate W.

<ステップSc2:過剰原料排出工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、基板Wを加熱しつつ第1液体原料の再蒸発を促すとともに、バイパスバルブ63を閉じて、導入バルブ62を開けて、パージガスを導入して、成膜室2内に残留している余分な第1液体原料のガスを排出する(図8(b)参照)。
<Step Sc2: Excess Raw Material Discharge Process>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 prompts the re-evaporation of the first liquid material while heating the substrate W, closes the bypass valve 63, opens the introduction valve 62, and introduces the purge gas. Then, excess gas of the first liquid source remaining in the film forming chamber 2 is discharged (see FIG. 8B).

<ステップSc3:酸化剤供給工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、導入バルブ62を閉じた後、バイパスバルブ63を開けて、酸化剤噴射弁51から酸化剤である水を約5msec導入する。これにより、基板W表面に吸着している第1液体原料の分子は加水分解されて、酸化する(図8(c)参照)。
<Step Sc3: Oxidant supply step>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 closes the introduction valve 62, then opens the bypass valve 63, and introduces water, which is an oxidizing agent, from the oxidizing agent injection valve 51 for about 5 msec. Thereby, the molecules of the first liquid raw material adsorbed on the surface of the substrate W are hydrolyzed and oxidized (see FIG. 8C).

<ステップSc4:過剰酸化剤排出工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、バイパスバルブ63を閉じて導入バルブ62を開けて、成膜室2内に残留している余分な酸化剤ガス(水蒸気)を排出する(図8(d)参照)。
<Step Sc4: Excess oxidizing agent discharging step>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 closes the bypass valve 63 and opens the introduction valve 62 to discharge excess oxidant gas (water vapor) remaining in the film forming chamber 2 ( (Refer FIG.8 (d)).

<ステップSc5:第2液体原料供給工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、第2液体原料噴射弁41Bを約2msec開いて閉じ、第2液体原料が成膜室2内に供給される。このとき、第2液体原料の一部は気化して、シリコン基板W表面(より詳細には、第1液体原料の酸化膜上)に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する(図8(e)右側参照)。
<Step Sc5: Second Liquid Material Supply Step>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 opens and closes the second liquid material injection valve 41 </ b> B for about 2 msec, and the second liquid material is supplied into the film forming chamber 2. At this time, a part of the second liquid source is vaporized and adsorbed on the surface of the silicon substrate W (more specifically, on the oxide film of the first liquid source) to form a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction. (See the right side of FIG. 8 (e)).

一方、ミスト状態(つまり液体状体)の第1液体原料は、シリコン基板W(より詳細には、第1液体原料の酸化膜上)に付着する(図8(e)左側参照)。ここで、成膜室2内が減圧下であること及び基板温度が約150〜250℃であることから、第1液体原料の酸化膜に接している有機金属化合物である成膜原料以外は蒸発し、第1液体原料の酸化膜上に残った成膜原料は、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。また、このとき蒸発した成膜原料は、再び第1液体原料の酸化膜に吸着し、吸着反応又は置換反応によって単一原子層を形成する。   On the other hand, the first liquid source in a mist state (that is, a liquid body) adheres to the silicon substrate W (more specifically, on the oxide film of the first liquid source) (see the left side of FIG. 8 (e)). Here, since the inside of the film forming chamber 2 is under reduced pressure and the substrate temperature is about 150 to 250 ° C., the materials other than the film forming raw material which is an organometallic compound in contact with the oxide film of the first liquid raw material are evaporated. The film-forming raw material remaining on the oxide film of the first liquid raw material forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction. Further, the film forming material evaporated at this time is adsorbed again on the oxide film of the first liquid material, and forms a single atomic layer by an adsorption reaction or a substitution reaction.

最終的に、第2液体原料の分子は、第1液体原料の酸化膜表面に単一原子層を形成する。   Finally, the molecules of the second liquid source form a single atomic layer on the surface of the oxide film of the first liquid source.

<ステップSc6:過剰原料排出工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、バイパスバルブ63を閉じて、第2液体原料の再蒸発を促すとともに、導入バルブ62を開けて、パージガスを導入して、成膜室2内に残留している余分な第2液体原料のガスを排出する(図8(f)参照)。
<Step Sc6: Excess Raw Material Discharge Process>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 closes the bypass valve 63 to promote re-evaporation of the second liquid raw material, opens the introduction valve 62, introduces purge gas, and forms the film formation chamber 2. Excess second liquid source gas remaining inside is discharged (see FIG. 8F).

<ステップSc7:酸化剤供給工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、導入バルブ62を閉じた後、バイパスバルブ63を開けて、酸化剤噴射弁51から酸化剤である水を約5msec導入する。これにより、基板W表面(より具体的には第1液体原料の酸化膜)に吸着している第2液体原料の分子は加水分解されて、酸化する(図8(g)参照)。
<Step Sc7: Oxidant Supply Step>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 closes the introduction valve 62, then opens the bypass valve 63, and introduces water, which is an oxidizing agent, from the oxidizing agent injection valve 51 for about 5 msec. Thereby, the molecules of the second liquid source adsorbed on the surface of the substrate W (more specifically, the oxide film of the first liquid source) are hydrolyzed and oxidized (see FIG. 8G).

<ステップSc8:過剰酸化剤排出工程>
次に、制御装置8は、図7に示すように、バイパスバルブ63を閉じて導入バルブ62を開けて、成膜室2内に残留している余分な酸化剤ガス(水蒸気)を排出する(図8(h)参照)。
<Step Sc8: Excess oxidizing agent discharging step>
Next, as shown in FIG. 7, the control device 8 closes the bypass valve 63 and opens the introduction valve 62 to discharge excess oxidant gas (water vapor) remaining in the film forming chamber 2 ( (Refer FIG.8 (h)).

以上の第1の前駆体(第1液体原料)/パージガス/第2の前駆体(酸化剤)/パージガスをそれぞれ供給する第1サイクル及び第3の前駆体(第2液体原料)/パージガス/第4の前駆体(酸化剤)/パージガスをそれぞれ供給する第2サイクルの1サイクルの工程(ステップSc1)〜(ステップSc8)により、分子層一層分の成膜がなされる。そして、上記一連の1サイクル工程を約250回繰り返すと、膜厚約50nmのHfAlOx膜を形成することができる。HfAlOx膜はゲート絶縁膜に用いられる。 The first cycle and the third precursor (second liquid source) / purge gas / second supplying the first precursor (first liquid source) / purge gas / second precursor (oxidant) / purge gas, respectively. Film formation for one molecular layer is performed by the steps (Step Sc1) to (Step Sc8) of the second cycle in which the precursor (oxidant) / purge gas 4 is supplied. Then, when the above series of one cycle steps is repeated about 250 times, an HfAlO x film having a film thickness of about 50 nm can be formed. The HfAlO x film is used as a gate insulating film.

なお、前記成膜方法においては、HfO2膜厚:Al2O3膜厚=1:1、原子比においてAl量が約60%の場合を示したが、それらの組成比を変えて成膜することもできる。 In the film forming method, the case where the HfO 2 film thickness: Al 2 O 3 film thickness = 1: 1 and the Al amount is about 60% in the atomic ratio is shown. You can also

例えば、ステップSc1等を(1)等と表すとすると、「(1)(2)(3)(4)」→「(5)(6)(7)(8)」→「(5)(6)(7)(8)」→「(5)(6)(7)(8)」→「(1)(2)(3)(4)」→「(5)(6)(7)(8)」→「(5)(6)(7)(8)」→「(5)(6)(7)(8)」とすることで、HfO2膜厚:Al2O3膜厚=3:1、原子比において概ねAl量が約40%のHfAlOx膜を成膜することができる。この組成比は原料の基板Wへの吸着により支配されているため、成膜条件(例えば温度や圧力等)が変化しても、その組成比は変わらない。 For example, if step Sc1 etc. are represented as (1) etc., “(1) (2) (3) (4)” → “(5) (6) (7) (8)” → “(5) ( 6) (7) (8) ”→“ (5) (6) (7) (8) ”→“ (1) (2) (3) (4) ”→“ (5) (6) (7) (8) ”→“ (5) (6) (7) (8) ”→“ (5) (6) (7) (8) ”, HfO 2 film thickness: Al 2 O 3 film thickness = 3: 1, and an HfAlO x film having an Al ratio of approximately 40% in the atomic ratio can be formed. Since this composition ratio is governed by the adsorption of the raw material to the substrate W, the composition ratio does not change even if the film formation conditions (for example, temperature, pressure, etc.) change.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る成膜装置1について図面を参照して説明する。
<Fourth embodiment>
Next, the film-forming apparatus 1 which concerns on 4th Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings.

本実施形態に係る成膜装置1は、図9に示すように、シリコン基板W上に酸化ハフニウム(HfO2)膜を成膜するための原子層成長法を用いた成膜装置であり、液体原料及び酸化剤供給機構5が異なる。また、パージガスとしてアルゴン(Ar)ガスを用いている。 A film forming apparatus 1 according to this embodiment is a film forming apparatus using an atomic layer growth method for forming a hafnium oxide (HfO 2 ) film on a silicon substrate W as shown in FIG. The raw material and the oxidizing agent supply mechanism 5 are different. Further, argon (Ar) gas is used as the purge gas.

本実施形態の液体原料は、アミン系有機金属化合物であるテトラキスメチルエチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)(C2H5)]4、TEMAHf)と、低沸点有機化合物であるn−ペンタン(n-C5H12)との混合溶液である。混合組成比は、TEMAHf:n−ペンタン(n-C5H12)=1:9(mol比)である。 The liquid raw materials of the present embodiment are tetrakismethylethylaminohafnium (Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , TEMAHf), which is an amine-based organometallic compound, and n-pentane, which is a low-boiling organic compound. It is a mixed solution with (nC 5 H 12 ). The mixed composition ratio is TEMAHf: n-pentane (nC 5 H 12 ) = 1: 9 (mol ratio).

このように、液体原料をTEMAHfとn−ペンタン(n-C5H12)との混合溶液としているので、図10に示すように、TEMAHfのみの溶液に比べて飽和蒸気圧を数十倍に上昇させることができる。なお、図10からn−ペンタンのモル比を大きくするに連れて飽和蒸気圧が上昇することが分かる。また、図10中、Xはn−ペンタン(mol)/{n−ペンタン(mol)+TEMAHf(mol)}を示す。 As described above, since the liquid raw material is a mixed solution of TEMAHf and n-pentane (nC 5 H 12 ), as shown in FIG. 10, the saturated vapor pressure is increased by several tens of times compared to a solution containing only TEMAHf. be able to. It can be seen from FIG. 10 that the saturated vapor pressure increases as the molar ratio of n-pentane is increased. Further, in FIG. 10, X represents n-pentane (mol) / {n-pentane (mol) + TEMAHf (mol)}.

また、本実施形態の成膜装置1は、酸化剤として酸素(O)ガスを用いており、前記第1実施形態とは異なり、酸化剤供給機構は酸化剤噴射弁51を必要としない。 Further, the film forming apparatus 1 of the present embodiment uses oxygen (O 2 ) gas as an oxidant, and unlike the first embodiment, the oxidant supply mechanism does not require the oxidant injection valve 51.

つまり、本実施形態の酸化剤供給機構5は、図9に示すように、酸化剤ガスである酸素(O2)ガスを成膜室2内に供給する酸化剤供給管501と、その供給管501上に設けられた酸化剤導入バルブ502と、酸化剤バイパスバルブ503と、酸化剤ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ(MFC)504と、を備えている。マスフローコントローラ504は、制御装置8により、その流量が所定値となるように制御されている。また、酸化剤導入バルブ502及び酸化剤バイパスバルブ504も前記制御装置8により制御される。 That is, the oxidant supply mechanism 5 of the present embodiment includes an oxidant supply pipe 501 that supplies oxygen (O 2 ) gas, which is an oxidant gas, into the film forming chamber 2 as shown in FIG. An oxidant introduction valve 502, an oxidant bypass valve 503, and a mass flow controller (MFC) 504 for controlling the flow rate of the oxidant gas are provided. The mass flow controller 504 is controlled by the control device 8 so that the flow rate becomes a predetermined value. Further, the oxidant introduction valve 502 and the oxidant bypass valve 504 are also controlled by the control device 8.

このように構成した成膜装置1の成膜方法を図11に示す。このとき、液体原料噴射弁41は、約5msec開いて閉じる。なお、パージガス導入バルブ62及びパージガスバイパスバルブ63の開閉動作は、前記第1実施形態と同じである。また、酸化剤導入バルブ502の開閉動作は、前記第1実施形態の酸化剤噴射弁51と同じであり、酸化剤バイパスバルブ503の開閉動作は、前記酸化剤導入バルブ502と逆である。このようにして、第1の前駆体/パージガス/第2の前駆体/パージガスをそれぞれ供給する1サイクルの工程により、分子層一層分の成膜がなされる。   A film forming method of the film forming apparatus 1 configured as described above is shown in FIG. At this time, the liquid material injection valve 41 is opened and closed for about 5 msec. The opening / closing operations of the purge gas introduction valve 62 and the purge gas bypass valve 63 are the same as those in the first embodiment. The opening / closing operation of the oxidant introduction valve 502 is the same as that of the oxidant injection valve 51 of the first embodiment, and the opening / closing operation of the oxidant bypass valve 503 is opposite to that of the oxidant introduction valve 502. In this way, one molecular layer is formed by one cycle of supplying the first precursor / purge gas / second precursor / purge gas.

この成膜装置1において、加圧ヘリウムガスの圧力を0.4〜0.5MPa、シリコン基板Wの温度を約150℃〜約250℃、酸化剤ガスである酸素(O2)ガスの流量を500ml/min、成膜室の圧力を約133Pa(1Torr)とする。この状況下において、液体原料噴射弁41を1Hz周期で120秒間実施、つまり、前記一連の工程を120回繰り返すと、膜厚約12nmのHfO2膜を形成することができる。また、このときの成膜速度は、約6nm/minである。 In this film forming apparatus 1, the pressure of pressurized helium gas is 0.4 to 0.5 MPa, the temperature of the silicon substrate W is about 150 ° C. to about 250 ° C., and the flow rate of oxygen (O 2 ) gas as an oxidant gas is set. The pressure in the film formation chamber is 500 ml / min and the pressure is about 133 Pa (1 Torr). Under this situation, when the liquid source injection valve 41 is carried out for 120 seconds at a 1 Hz cycle, that is, when the above-described series of steps is repeated 120 times, an HfO 2 film having a film thickness of about 12 nm can be formed. Further, the film forming speed at this time is about 6 nm / min.

このように構成した本実施形態の成膜装置1によれば、飽和蒸気圧が低く(TEMAHfは83℃(356K)において飽和蒸気圧が133Pa)、安定したガス供給が困難であるTEMAHf等のアミン系有機金属化合物を安定して気化させることができ、HfO2膜又はHfO2を含有する薄膜の成膜の再現性を向上させることができる。このHfO2膜は、High−k材料として次世代の高集積LSIの電界効果型トランジスタ(FET)のゲート絶縁膜や、DRAMのキャパシタ用絶縁膜として用いられるものであり、成膜装置1によって高集積LSI及びDRAMを再現性良く安定して生産することができるようになる。 According to the film forming apparatus 1 of the present embodiment configured as described above, an amine such as TEMAHf that has a low saturated vapor pressure (TEMAHf has a saturated vapor pressure of 133 Pa at 83 ° C. (356 K)) and is difficult to supply stably. The organic organometallic compound can be stably vaporized, and the reproducibility of the HfO 2 film or the thin film containing HfO 2 can be improved. This HfO 2 film is used as a high-k material as a gate insulating film of a next-generation highly integrated LSI field effect transistor (FET) or a DRAM capacitor insulating film. Integrated LSI and DRAM can be stably produced with good reproducibility.

<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment. In the following description, the same reference numerals are given to members corresponding to the above-described embodiment.

例えば、前記第1実施形態において、成膜原料としてトリス(ジピバロイルメタナト)ランタン(La(C11H19O23:室温で固体)を低沸点有機化合物であるアセトンに溶かして液体原料とすることで、膜厚約50nmの酸化ランタン(La2O3)薄膜を形成することができる。この薄膜もゲート絶縁膜に用いることができる。 For example, in the first embodiment, tris (dipivaloylmethanato) lanthanum (La (C 11 H 19 O 2 ) 3 : solid at room temperature) is dissolved in acetone, which is a low-boiling organic compound, as a film forming raw material. By using it as a raw material, a lanthanum oxide (La 2 O 3 ) thin film having a thickness of about 50 nm can be formed. This thin film can also be used as a gate insulating film.

また、ペンタエトキシニオブ(Nb(OC2H55:室温で液体)を低沸点有機化合物であるエタノールに溶かして液体原料とすることで、膜厚約50nmの五酸化ニオブ(Nb2O5)薄膜を形成することができる。この薄膜は、高誘電率薄膜であるDRAMのキャパシタ用薄膜に用いられる。 Further, niobium pentoxide (Nb 2 O 5) having a film thickness of about 50 nm is obtained by dissolving pentaethoxyniobium (Nb (OC 2 H 5 ) 5 : liquid at room temperature) in ethanol, which is a low-boiling organic compound, to obtain a liquid raw material. ) A thin film can be formed. This thin film is used as a capacitor thin film for DRAM which is a high dielectric constant thin film.

さらに、前記第2実施形態において、Pb(C11H19O22とZr(C11H19O24とTi(C11H19O22(i-OC3H72と低沸点有機化合物であるアセトンとを混ぜた混合溶液を用いて、PZT(Pb(ZrTi)O3)膜を形成することもできる。モル比は、Pb:(ZrxTi1-x)=1:1として、Xを変化させるとPZTの比誘電率を自由に変化させることが可能となる。 Further, in the second embodiment, Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2 , Zr (C 11 H 19 O 2 ) 4 and Ti (C 11 H 19 O 2 ) 2 (i-OC 3 H 7 ) 2 A PZT (Pb (ZrTi) O 3 ) film can also be formed using a mixed solution obtained by mixing acetone and acetone, which is a low-boiling organic compound. When the molar ratio is Pb: (Zr x Ti 1-x ) = 1: 1 and X is changed, the relative dielectric constant of PZT can be freely changed.

加えて、前記第1〜第3実施形態では、水(H2O)を酸化剤として用い、前記第4実施形態では、酸素(O2)ガスを用いているが、その他に、オゾン(O3)、過酸化水素(H2O2)、金属アルコキシド(Metal-Alkoxide)等を用いても良い。 In addition, in the first to third embodiments, water (H 2 O) is used as an oxidizing agent, and in the fourth embodiment, oxygen (O 2 ) gas is used. 3 ) Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), metal alkoxide (Metal-Alkoxide) or the like may be used.

また、酸化剤噴射弁51を用いずに、酸化剤として液状の酸化剤(例えば水(H2O)又は過酸化水素水(H2O2))を用いることもできる。この場合、酸化剤供給機構5は、図12に示すように、バブリング法により液状の酸化剤を気化するものであり、酸化剤容器5aと、当該酸化剤容器5a内の酸化剤内にアルゴンガスを供給してバブリングするためのアルゴンガス供給管5bと、バブリングにより気化した酸化剤を成膜室2に供給する酸化剤供給管5cと、その供給管5c上に設けられた酸化剤導入バルブ5dと、酸化剤バイパスバルブ5eと、アルゴンガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ(MFC)5fと、を備えている。このように構成した成膜装置1の成膜方法は、前記酸化剤としてガスを用いた場合と同様である。 Further, without using the oxidant injection valve 51, a liquid oxidant (for example, water (H 2 O) or hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 )) can be used as the oxidant. In this case, as shown in FIG. 12, the oxidant supply mechanism 5 vaporizes the liquid oxidant by the bubbling method, and the oxidant container 5a and the oxidant in the oxidant container 5a contain argon gas. Gas supply pipe 5b for supplying and bubbling, an oxidant supply pipe 5c for supplying the oxidant vaporized by bubbling to the film forming chamber 2, and an oxidant introduction valve 5d provided on the supply pipe 5c. And an oxidant bypass valve 5e and a mass flow controller (MFC) 5f for controlling the flow rate of the argon gas. The film forming method of the film forming apparatus 1 configured as described above is the same as that when gas is used as the oxidizing agent.

また、前記成膜装置は、金属酸化膜を成膜するものではなく、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(NH2-NH2)、フェニルヒドラジン(C6H5-NH-NH2)などの窒化剤を用いて金属窒化膜を成膜するものであっても良い。 The film forming apparatus does not form a metal oxide film, but nitrides such as ammonia (NH 3 ), hydrazine (NH 2 —NH 2 ), and phenyl hydrazine (C 6 H 5 —NH—NH 2 ). A metal nitride film may be formed using an agent.

その上、前記第3実施形態では、複合金属酸化膜としてHfAlOx膜を成膜するために、第1原料としてトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)、第2液体原料としてテトラキスメチルエチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)(C2H5)]4、TEMAHf)を用いているが、HfAlOx膜を成膜するための原料としては上記に限られず、図13に示すものであっても良い。また、図13に示すように、他の複合金属酸化薄膜を成膜するものであっても良く、それら膜を成膜するための原料としては、図13に掲げるものを挙げることができる。なお、図13に示す原料において、特に、室温(約25℃)において、固体又は液体のものについては、低沸点有機化合物を用いて、蒸気圧を上昇させることで本発明の直接噴霧に適用することが考えられる。 In addition, in the third embodiment, in order to form the HfAlO x film as the composite metal oxide film, trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 ) as the first raw material and tetrakismethylethylaminohafnium as the second liquid raw material (Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 , TEMAHf) is used, but the raw material for forming the HfAlO x film is not limited to the above, and is shown in FIG. Also good. Further, as shown in FIG. 13, another composite metal oxide thin film may be formed, and examples of raw materials for forming these films include those listed in FIG. 13. In addition, in the raw material shown in FIG. 13, especially about room temperature (about 25 degreeC), it is applied to the direct spraying of this invention by raising vapor pressure using a low boiling point organic compound about a solid or a liquid. It is possible.

前記第4実施形態では、アミン系有機金属化合物としてTEMAHfを用い、低沸点有機化合物としてn−ペンタンを用いたものであったが、その他、以下のアミン系有機金属化合物及び低沸点有機化合物と用いることができる。つまり、アミン系有機金属化合物として、テトラキスジメチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)2]4、TDMAHf)、テトラキスジエチルアミノハフニウム(Hf[N(C2H5)2]4、TDEAHf)、テトラキスジメチルアミノジルコニウム(Zr[N(CH3)2]4、TDMAZr)、テトラキスジエチルアミノジルコニウム(Zr[N(C2H5)2]4、TDEAZr)又はテトラキスメチルエチルアミノジルコニウム(Zr[N(CH3)
(C2H5)]4、TEMAZr)等を用いることもできる。
In the fourth embodiment, TEMAHf is used as the amine-based organometallic compound and n-pentane is used as the low-boiling organic compound. However, the following amine-based organometallic compounds and low-boiling organic compounds are used. be able to. That is, as an amine-based organometallic compound, tetrakisdimethylaminohafnium (Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 , TDMAHf), tetrakisdiethylaminohafnium (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , TDEAHf), tetrakisdimethyl Aminozirconium (Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 , TDMAZr), tetrakisdiethylaminozirconium (Zr [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , TDAZr) or tetrakismethylethylaminozirconium (Zr [N (CH 3 ))
(C 2 H 5 )] 4 , TEMAZr) or the like can also be used.

また、低沸点有機化合物として、C2X+2で示される化合物、具体的には、例えばi−ペンタン、n−ヘキサン又はi−ヘキサン或いはベンゼン等を用いることもできる。このようなアミン系有機金属合物と低沸点有機化合物との組み合わせは、相互溶解が可能なものを選択して決定する。相互溶解が可能か否かの判断は、それらの混合溶液の臨界共溶温度を求め、その臨界共溶温度が室温(約25℃)以下であれば相互溶解可能と判断し、そうでなければ相互溶解不可とする。なお、TEMAHfに溶解する低沸点有機化合物には酸素原子が分子中に含まれていないものが望ましい。また、ベンゼンは、TDEAHfの飽和蒸気圧を上昇させるときのみに有効である。 Further, as the low-boiling organic compound, a compound represented by C X H 2X + 2 , specifically, for example, i-pentane, n-hexane, i-hexane, benzene, or the like can be used. The combination of such an amine-based organometallic compound and a low-boiling organic compound is determined by selecting those capable of mutual dissolution. To determine whether mutual dissolution is possible, the critical solution temperature of these mixed solutions is obtained. If the critical solution temperature is room temperature (about 25 ° C.) or less, it is determined that mutual dissolution is possible, otherwise Mutual dissolution is not allowed. In addition, the low boiling point organic compound dissolved in TEMAHf is preferably one in which no oxygen atom is contained in the molecule. Benzene is effective only when increasing the saturated vapor pressure of TDEAHf.

具体例としてTEMAHfと上記の各低沸点有機化合物との混合溶液の蒸気圧曲線を図14に示す。この図14から、いずれの混合溶液においても飽和蒸気圧が上昇していることが分かる。   As a specific example, a vapor pressure curve of a mixed solution of TEMAHf and each of the above low boiling point organic compounds is shown in FIG. It can be seen from FIG. 14 that the saturated vapor pressure is increased in any mixed solution.

また、前記実施形態では、混合溶液等を圧送するための加圧ラインのガスとしてアルゴン(Ar)ガスを用いているが、不活性ガスであれば良く、例えば窒素(N)ガスやヘリウム(He)ガスを用いることもできる。ヘンリー定数の観点からすると、ヘリウム(He)ガスを用いることが良い。 In the embodiment, argon (Ar) gas is used as the gas in the pressurization line for pumping the mixed solution or the like. However, any inert gas may be used, for example, nitrogen (N 2 ) gas or helium ( He) gas can also be used. From the viewpoint of Henry's constant, helium (He) gas is preferably used.

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。   In addition, some or all of the above-described embodiments and modified embodiments may be combined as appropriate, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .

本発明の第1実施形態に係る成膜装置の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態における噴射弁の模式断面図。The schematic cross section of the injection valve in the embodiment. 同実施形態における成膜方法を示す図。The figure which shows the film-forming method in the embodiment. 同実施形態におけるALDプロセスを示す模式図。The schematic diagram which shows the ALD process in the embodiment. 第2実施形態におけるALDプロセスを示す模式図。The schematic diagram which shows the ALD process in 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る成膜装置の全体構成図。The whole block diagram of the film-forming apparatus concerning 3rd Embodiment. 同実施形態における成膜方法を示す図。The figure which shows the film-forming method in the embodiment. 同実施形態におけるALDプロセスを示す模式図。The schematic diagram which shows the ALD process in the embodiment. 第4実施形態に係る成膜装置の全体構成図。The whole block diagram of the film-forming apparatus which concerns on 4th Embodiment. TEMAHfとn−ペンタンとの混合溶液の蒸気圧曲線。The vapor pressure curve of the mixed solution of TEMAHf and n-pentane. 同実施形態における成膜方法を示す図。The figure which shows the film-forming method in the embodiment. その他の変形実施形態に係る成膜装置の全体構成図。The whole block diagram of the film-forming apparatus which concerns on other deformation | transformation embodiment. 複合金属酸化膜とその成膜に用いる原料の組み合わせを示す図。The figure which shows the combination of the raw material used for a composite metal oxide film and its film-forming. TEMAHfと各低沸点有機化合物との混合溶液の蒸気圧曲線。The vapor pressure curve of the mixed solution of TEMAHf and each low boiling point organic compound.

符号の説明Explanation of symbols

W ・・・基板
1 ・・・成膜装置
2 ・・・成膜室
3 ・・・調温機構(基板ヒータ)
4 ・・・液体原料供給機構(第1供給機構)
41・・・液体原料噴射弁(第1噴射弁)
5 ・・・酸化剤供給機構(第2供給機構)
51・・・酸化剤噴射弁(第2噴射弁)
6 ・・・パージガス供給機構
7 ・・・調圧機構
8 ・・・制御装置
W ... Substrate 1 ... Deposition device 2 ... Deposition chamber 3 ... Temperature control mechanism (substrate heater)
4 ... Liquid raw material supply mechanism (first supply mechanism)
41 ... Liquid raw material injection valve (first injection valve)
5 ... Oxidant supply mechanism (second supply mechanism)
51 ... Oxidant injection valve (second injection valve)
6 ... Purge gas supply mechanism 7 ... Pressure adjusting mechanism 8 ... Control device

Claims (7)

基板を内部に保持する成膜室内に、有機金属化合物からなる液体原料を噴射弁により直接噴射することを特徴とする原子層成長法を用いた成膜方法。   A film forming method using an atomic layer growth method, characterized in that a liquid material made of an organometallic compound is directly injected by an injection valve into a film forming chamber that holds a substrate inside. 前記成膜室内に、液状の酸化剤又は窒化剤を噴射弁により直接噴射することを特徴とする請求項1記載の原子層成長法を用いた成膜方法。   2. The film forming method using an atomic layer growth method according to claim 1, wherein a liquid oxidizing agent or nitriding agent is directly injected into the film forming chamber by an injection valve. 前記液体原料が、2種類以上の有機金属化合物からなる混合溶液であることを特徴とする請求項1又は2記載の原子層成長法を用いた成膜方法。   3. The film forming method using an atomic layer growth method according to claim 1, wherein the liquid raw material is a mixed solution composed of two or more kinds of organometallic compounds. 前記液体原料が、室温で固体又は液体の有機金属化合物に低沸点有機化合物を混ぜた混合溶液であることを特徴とする請求項1又は2記載の原子層成長法を用いた成膜方法。   3. The film forming method using an atomic layer growth method according to claim 1, wherein the liquid material is a mixed solution in which a low-boiling organic compound is mixed with a solid or liquid organometallic compound at room temperature. 前記有機金属化合物が、アミン系有機金属化合物であることを特徴とする請求項4記載の原子層成長法を用いた成膜方法。   5. The film forming method using an atomic layer growth method according to claim 4, wherein the organometallic compound is an amine-based organometallic compound. 前記低沸点有機化合物が、C2X+2で示される化合物又はベンゼンであることを特徴とする請求項4又は5記載の原子層成長法を用いた成膜方法。 6. The film forming method using an atomic layer growth method according to claim 4, wherein the low boiling point organic compound is a compound represented by C X H 2X + 2 or benzene. 基板を内部に保持する成膜室と、
有機金属化合物からなる液体原料を前記成膜室内に直接噴射する第1供給機構と、
酸化剤又は窒化剤を前記成膜室内に供給する第2供給機構と、
前記成膜室内をパージするためのパージガスを供給するパージガス供給機構と、
前記第1供給機構、第2供給機構及びパージガス供給機構を、前記基板上に原子層成長による膜が形成されるように制御する制御装置と、を備えている成膜装置。
A film formation chamber for holding the substrate inside;
A first supply mechanism for directly injecting a liquid source composed of an organometallic compound into the film forming chamber;
A second supply mechanism for supplying an oxidizing agent or a nitriding agent into the film forming chamber;
A purge gas supply mechanism for supplying a purge gas for purging the film forming chamber;
And a control device that controls the first supply mechanism, the second supply mechanism, and the purge gas supply mechanism so that a film is formed by atomic layer growth on the substrate.
JP2007226597A 2006-12-26 2007-08-31 Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device Pending JP2008182183A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007226597A JP2008182183A (en) 2006-12-26 2007-08-31 Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006349380 2006-12-26
JP2007226597A JP2008182183A (en) 2006-12-26 2007-08-31 Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008182183A true JP2008182183A (en) 2008-08-07

Family

ID=39725829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007226597A Pending JP2008182183A (en) 2006-12-26 2007-08-31 Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008182183A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2146533A2 (en) 2008-07-14 2010-01-20 Sony Corporation Communication apparatus, communication system, notification method, and program product
WO2011151889A1 (en) * 2010-06-01 2011-12-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 Apparatus for forming metal oxide film, method for forming metal oxide film, and metal oxide film
JP2013026276A (en) * 2011-07-15 2013-02-04 Hitachi Kokusai Electric Inc Manufacturing method for semiconductor device, and substrate processing apparatus
WO2013038484A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-21 東芝三菱電機産業システム株式会社 Oxide film deposition method and oxide film deposition device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001081560A (en) * 1999-07-08 2001-03-27 Air Prod And Chem Inc Method and composition for growing polyphyletic metallic or metallic compound layer
JP2006511716A (en) * 2002-11-15 2006-04-06 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Atomic layer deposition using metal amidinates.
JP2006269620A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method and apparatus for wet film formation using ald

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001081560A (en) * 1999-07-08 2001-03-27 Air Prod And Chem Inc Method and composition for growing polyphyletic metallic or metallic compound layer
JP2006511716A (en) * 2002-11-15 2006-04-06 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Atomic layer deposition using metal amidinates.
JP2006269620A (en) * 2005-03-23 2006-10-05 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method and apparatus for wet film formation using ald

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2146533A2 (en) 2008-07-14 2010-01-20 Sony Corporation Communication apparatus, communication system, notification method, and program product
EP3723402A1 (en) 2008-07-14 2020-10-14 Sony Corporation Communication apparatus, notification method, and program product
WO2011151889A1 (en) * 2010-06-01 2011-12-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 Apparatus for forming metal oxide film, method for forming metal oxide film, and metal oxide film
CN102918178A (en) * 2010-06-01 2013-02-06 东芝三菱电机产业系统株式会社 Apparatus for forming metal oxide film, method for forming metal oxide film and metal oxide film
JP5614558B2 (en) * 2010-06-01 2014-10-29 東芝三菱電機産業システム株式会社 Metal oxide film forming apparatus and metal oxide film forming method
KR101570266B1 (en) 2010-06-01 2015-11-18 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 Apparatus for forming metal oxide film, method for forming metal oxide film, and metal oxide film
US9279182B2 (en) 2010-06-01 2016-03-08 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Apparatus for forming metal oxide film, method for forming metal oxide film, and metal oxide film
JP2013026276A (en) * 2011-07-15 2013-02-04 Hitachi Kokusai Electric Inc Manufacturing method for semiconductor device, and substrate processing apparatus
WO2013038484A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-21 東芝三菱電機産業システム株式会社 Oxide film deposition method and oxide film deposition device
TWI474872B (en) * 2011-09-13 2015-03-01 Toshiba Mitsubishi Elec Inc Method for forming oxide film and apparatus for forming oxide film
KR101505354B1 (en) 2011-09-13 2015-03-23 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 Oxide film deposition method and oxide film deposition device
US10016785B2 (en) 2011-09-13 2018-07-10 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Oxide film deposition method and oxide film deposition device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4158975B2 (en) Atomic layer deposition of nanolaminate films
US7833913B2 (en) Method of forming crystallographically stabilized doped hafnium zirconium based films
US7767262B2 (en) Nitrogen profile engineering in nitrided high dielectric constant films
US20060090702A1 (en) Duplex chemical vapor deposition system and pulsed processing method using the same
US8304021B2 (en) Vapor phase deposition apparatus, method for depositing thin film and method for manufacturing semiconductor device
US7771535B2 (en) Semiconductor manufacturing apparatus
US20060019033A1 (en) Plasma treatment of hafnium-containing materials
KR101696957B1 (en) Pulsed chemical vapor deposition of metal-silicon-containing films
US7755128B2 (en) Semiconductor device containing crystallographically stabilized doped hafnium zirconium based materials
KR20080021709A (en) Atomic layer deposition using alkaline earth metal beta-diketiminate precursors
JP2004256916A (en) Atomic layer deposition of oxide film
JPWO2006057400A1 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
US20080079111A1 (en) Semiconductor devices containing nitrided high dielectric constant films
KR101761449B1 (en) Method and apparatus of forming metal compound film, and electronic product
KR100762575B1 (en) Methods Of Depositing Materials Over Substrates, And Methods Of Forming Layers Over Substrates
JP2008182183A (en) Film forming method using atomic layer deposition method and its film forming device
JP5248855B2 (en) Film forming apparatus and film forming method
JP4845782B2 (en) Film forming raw material
KR20030014659A (en) FORMING FERROELECTRIC Pb(Zr,Ti)O3 FILMS
JP2010258411A (en) Zirconium precursor useful in atomic layer deposition of zirconium-containing film
WO2000055387A1 (en) Method and apparatus for formation of thin film
KR101372162B1 (en) Method for making oriented tantalum pentoxide films
KR20090038461A (en) Methods and apparatus for the vaporization and delivery of solution precursors for atomic layer deposition
KR100621765B1 (en) Method for forming thin film in semiconductor device and apparatus thereof
JP6061385B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100823

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111122

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120417