JP4754087B2 - 成膜方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は成膜装置及び成膜方法に係わり、特に多元系金属酸化物薄膜を化学的気相合成法により生成するために使用される成膜装置及び成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、プレーナスタック型FeRAMのメモリキャパシタ材としてPZT膜の使用が注目されており、高品質なPZT膜を短時間で生成する技術の開発が進められている。
【0003】
多元系金属酸化物薄膜であるPZT膜は、Pb(Zr1−xTi)Oのペロブスカイト構造の結晶膜である。PZT膜は、一般に、有機金属材料のガスと酸化剤として例えばNOとをCVD装置により反応させて基体上に堆積させることにより生成される。有機金属材料としては、例えばPb(DPM)、Zr(O−t−Bu)、及びTi(O−i−Pr)が用いられる。
【0004】
一般に、PZT膜などの酸化物薄膜を結晶状態で堆積するには、薄膜が堆積されるウェハ等の基体を600℃程度の温度に加熱する必要がある。そこで、基体に耐熱性の劣る構造がすでに形成されている場合は、高温で行われる結晶核の形成工程と、比較的低温で行われる成膜工程との2段階に分けて行われる。
【0005】
有機金属材料は気体の状態でCVD装置に供給されるが、材料そのものとしては室温において固体又は液体である。したがって、有機金属材料をCVD装置に供給するためには、有機金属材料を気体に変換する必要がある。有機金属材料を気体に変換する方法として、固体昇華法と溶液気化法がある。
【0006】
固体昇華法は、固体状態の有機金属材料を加熱して昇華により気体状態の有機金属材料を得る方法である。一方、溶液気化法は、有機金属材料を溶媒で溶かして液体原料を準備し、この液体原料を気化器により気化させて気体状態の有機金属材料を得る方法である。
【0007】
図1は固体昇華法を用いた従来のガス供給装置を有するCVD装置の概略構成図である。図1に示すCVD装置はPZT膜をウェハ上に堆積させるための装置であり、処理チャンバ2、シャワーヘッド4、冷却トラップ6、真空ポンプ8及びガス供給装置10を有する。
【0008】
処理チャンバ2内にはウェハWを載置するための載置台2aが設けられている。載置台2aにはヒータが埋め込まれており、載置台2aに載置されたウェハWを所定の処理温度に加熱する。処理チャンバ2は排気ポート2bを介して冷却トラップ6に接続され、さらに真空ポンプ8に接続されている。冷却トラップ6及び真空ポンプ8により処理チャンバ2内のガスを排気して所定の真空度に維持する。
【0009】
シャワーヘッド4は、載置台2aに対向した状態で処理チャンバ2の上部に設けられており、処理ガスとして原料ガス及び酸化ガスを混合して処理チャンバ2内に供給する。
【0010】
ガス供給装置10は、シャワーヘッド4に原料ガスを供給するための装置である。PZT膜を生成するためには、上述のように、Pb(DPM)(以下Pb原料と称する)のガス、Zr(O−t−Bu)(以下Zr原料と称する)のガス、及びTi(O−i−Pr)(以下Ti原料と称する)のガスをシャワーヘッド4に供給する。なお、処理チャンバには酸化剤として二酸化窒素(NO)も供給されるが、図1では簡略化のために図示を省略している。
【0011】
ガス供給装置10は、固体のPb原料を貯蔵するPb原料タンク12と、固体又は液体のZr原料を貯蔵するZr原料タンク14と、固体又は液体のTi原料を貯蔵するTi原料タンク16とを有する。
【0012】
Pb原料タンク12内の固体Pb原料は、Pb原料タンク12を加熱することにより昇華する。Pb原料タンク12内で昇華により気体となったPb原料は、高温気体用マスフローコントローラ(HTMFC)18を介してシャワーヘッド4に供給される。マスフローコントローラ18は気体のPb原料が所定の流量となるように制御する。
【0013】
Zr原料タンク14内の固体又は液体Zr原料は、Zr原料タンク14を加熱することにより昇華又は気化する。Zr原料タンク14内で昇華又は気化により気体となったZr原料は、高温気体用マスフローコントローラ(HTMFC)20を介してシャワーヘッド4に供給される。マスフローコントローラ20は気体のZr原料が所定の流量となるように制御する。
【0014】
Ti原料タンク16内の固体又は液体Ti原料は、Ti原料タンク16を加熱することにより昇華又は気化する。Ti原料タンク16内で昇華又は気化により気体となったTi原料は、高温気体用マスフローコントローラ(HTMFC)20を介してシャワーヘッド4に供給される。マスフローコントローラ20は気体のTi原料が所定の流量となるように制御する。
【0015】
以上のような構成のCVD装置において、シャワーヘッド4から供給される原料ガスと酸化ガスとを処理チャンバ2内において反応させ、ウェハW上にPZT膜を堆積する。なお、各原料の供給ラインはベントライン24に接続されており、原料ガスが不要な場合に、シャワーヘッドを迂回して排気ポート2bに直接原料ガスを排気することができる。また、図1において点線が設けられた部分は、ヒータにより加熱される部分を示す。
【0016】
図2は溶液気化法を用いた従来のガス供給装置を有するCVD装置の概略構成図である。図2に示すCVD装置はPZT膜をウェハ上に堆積させるための装置であり、ガス供給装置以外の基本的な構成は図1に示すCVD装置と同様であり、その説明は省略する。
【0017】
図2に示すガス供給装置30は、溶媒に溶解されたPb原料を貯蔵するPb溶液原料タンク32と、溶媒に溶解されたZr原料を貯蔵するZr溶液原料タンク34と、溶媒に溶解されたTi原料を貯蔵するTi溶液原料タンク36とを有する。
【0018】
Pb溶液原料タンク32には圧送ガスが供給され、その圧力によりPb溶液を液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を38介してPb用気化器40に供給する。Pb用気化器40にはマスフローコントローラ(MFC)42を介してキャリアガスが供給される。Pb用気化器40に供給されたPb溶液は、Pb用気化器40内でキャリアガスにより気化され、気体となったPb原料がシャワーヘッド4に供給される。
【0019】
Zr溶液原料タンク34には圧送ガスが供給され、その圧力によりZr溶液を液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を44介してZr用気化器46に供給する。Zr用気化器46にはマスフローコントローラ(MFC)48を介してキャリアガスが供給される。Zr用気化器46に供給されたZr溶液は、Zr用気化器46内でキャリアガスにより気化され、気体となったZr原料がシャワーヘッド4に供給される。
【0020】
Ti溶液原料タンク36には圧送ガスが供給され、その圧力によりTi溶液を液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を50介してTi用気化器52に供給する。Ti用気化器52にはマスフローコントローラ(MFC)54を介してキャリアガスが供給される。Ti用気化器52に供給されたTi溶液は、Ti用気化器52内でキャリアガスにより気化され、気体となったTi原料がシャワーヘッド4に供給される。
【0021】
図3は溶液気化法を用いた従来のガス供給装置を有するCVD装置の他の例を示す概略構成図である。図3に示すCVD装置はPZT膜をウェハ上に堆積させるための装置であり、ガス供給装置以外の基本的な構成は図1に示すCVD装置と同様であり、その説明は省略する。
【0022】
図3に示すガス供給装置60は、図2に示すガス供給装置30と同様に、溶媒に溶解されたPb原料を貯蔵するPb溶液原料タンク32と、溶媒に溶解されたZr原料を貯蔵するZr溶液原料タンク34と、溶媒に溶解されたTi原料を貯蔵するTi溶液原料タンク36とを有する。
【0023】
Pb溶液原料タンク32には圧送ガスが供給され、その圧力によりPb溶液を液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を38介して気化器62に供給する。また、Zr溶液原料タンク34には圧送ガスが供給され、その圧力によりZr溶液を液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を44介して気化器62に供給する。さらに、Ti溶液原料タンク36には圧送ガスが供給され、その圧力によりTi溶液を液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)を50介して気化器62に供給する。すなわち、Pb溶液、Zr溶液及びTi溶液は、全て一つの気化器62に供給される。
【0024】
気化器62にはマスフローコントローラ(MFC)64を介してキャリアガスが供給される。気化器62に供給されたPb溶液、Zr溶液及びTi溶液は、気化器62内でキャリアガスにより気化され、気体となったPb原料、Zr原料及びTi原料が混合原料ガスとしてシャワーヘッド4に供給される。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
上述の固体昇華法を用いた従来のガス供給装置は、生成される原料ガスの量が比較的少ないため、微量の原料ガスを精度よくシャワーヘッドに供給することができる。また、原料を気体にする際に原料以外のガスを使用しないので、不純物の少ない高品質の膜を生成することができる。その反面、大量の原料ガスを生成して供給することが難しく、成膜速度が遅いという問題がある。また、昇華又は気化を行うために原料を常に高温に維持する必要があり、原料の劣化が生じやすいという問題もある。
【0026】
一方、溶液気化法を用いた従来のガス供給装置は、比較的多量の原料ガスを生成することができ、成膜速度を上げることができる。また、溶液原料を高温に加熱する必要がないため、原料の劣化は生じ難い。さらに、予め複数の原料を混合した混合溶液原料を用いれば、一定の組成を有する膜を容易に生成することができる。その反面、気化器により生成する原料ガスの流量を制御することが難しく、特に微量の原料ガスを精度よくシャワーヘッドに供給することが難しい。また、原料ガスと共に気体となった溶媒もシャワーヘッドに供給されるため、高品質の膜を生成するには不向きであるという問題がある。
【0027】
PZT膜を生成する場合、一般に、PbとTiによる核を生成した後(PTO核付けと称する)、PZT膜を生成することにより、比較的低温で膜の結晶を成長させることができることが知られている。このPTO核付けには、原料ガスを微小流量で精度よく供給して高品質の膜(核)を生成する必要がある。一方、それに続くPZT膜の結晶成長には、原料ガスを大流量で供給する必要があり、また、原料の高温劣化防止及び組成の安定性が重要である。
【0028】
ところが、従来のガス供給装置は、固体昇華法又は溶液気化法のいずれか一方しか用いていなかったため、PTO核付け及びPZT膜の結晶成長の両方に要求されるガス供給条件の全てを満足することができなかった。
【0029】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、多元系金属酸化物薄膜の結晶核を生成するための工程に使用される原料ガスと、結晶核上に多元系金属酸化物薄膜の結晶を生成するための工程に使用される原料ガスとをそれぞれの工程に適した条件で供給することのできる成膜装置及び成膜法を提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【0036】
請求項1記載の発明は、基体上に多元系金属酸化物薄膜を生成する成膜方法であって、多元系金属酸化物薄膜の結晶核を生成するために、固体昇華法により結晶核原料ガスを生成して、内部を第1の圧力に設定した処理チャンバに前記結晶核原料ガスを供給する核付け工程と、前記結晶核上に前記多元系金属酸化物薄膜の結晶を成長させるために、流量が制御されたキャリアガスを供給して溶液気化法により所定の混合比率の原料混合ガスを生成し、内部を前記第1の圧力よりも高い第2の圧力に設定した処理チャンバに前記原料混合ガスを供給する成膜工程とを含み、前記第1の圧力は100mTorr以下であり、前記第2の圧力は100mTorr以上1000mTorr以下であることを特徴とするものである。
【0037】
請求項記載の発明は、請求項記載の成膜方法であって、前記多元系金属酸化物薄膜はPZT膜であり、前記核付け工程は、Pb原料及びTi原料を加熱することによりPbガス及びTiガスを生成して前記基体に対して供給する工程を含み、前記成膜工程は、Pb原料とZr原料とTi原料とを所定の比率で混合した混合原料を溶媒に溶解した混合溶液を気化させて混合ガスとして前記基体に対して供給する工程を含むことを特徴とするものである。
【0038】
請求項記載の発明は、請求項記載の成膜方法であって、前記核付け工程は、PbガスとTiガスの流量を個別の気体用流量制御装置により制御する工程を含み、前記成膜工程は、前記混合溶液の流量を制御することにより前記混合ガスの流量を制御する工程を含むことを特徴とするものである。
【0040】
例えば、PZT膜を生成する場合、PTO核の生成に用いる原料ガスの供給を固体昇華法を用いた第1のガス供給系により行い、PZT膜の結晶成長に用いる原料ガスの供給を溶液気化法により行う。固体昇華法を用いた第1のガス供給系では、生成される原料ガスの量が比較的少ないため、微量の原料ガスを精度よくシャワーヘッドに供給することができる。また、原料を気体にする際に原料以外のガスを使用しないので、不純物の少ない高品質の膜を生成することができる。一方、溶液気化法を用いた第2のガス供給系では、比較的多量の原料ガスを生成することができ、成膜速度を上げることができる。また、溶液原料を高温に加熱する必要がないため、原料の劣化は生じ難い。さらに、予め複数の原料を混合した混合溶液原料を用いれば、一定の組成を有する膜を容易に生成することができる。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【0041】
図4は本発明の第1の実施の形態によるガス供給装置を有するCVD装置の簡略構成図である。図4において、図1に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付す。図4に示す成膜装置としてのCVD装置は、PZT膜をウェハ上に堆積させるための装置であり、処理チャンバ2、シャワーヘッド4、冷却トラップ6、真空ポンプ8及びガス供給装置70を有する。
【0042】
処理チャンバ2内にはウェハWを載置するための載置台2aが設けられている。載置台2aにはヒータが埋め込まれており、載置台2aに載置されたウェハWを所定の処理温度に加熱する。処理チャンバ2は排気ポート2bを介して冷却トラップ6に接続され、さらに真空ポンプ8に接続されている。冷却トラップ6及び真空ポンプ8により処理チャンバ2内のガスを排気して所定の真空度に維持するための排気装置として機能する。シャワーヘッド4は、載置台2aに対向した状態で処理チャンバ2の上部に設けられており、処理ガスとして原料ガス及び酸化ガスを混合して処理チャンバ2内に供給する。
【0043】
ガス供給装置70は、シャワーヘッド4に原料ガスを供給するための装置である。PZT膜を生成するためには、上述のように、Pb(DPM)(以下Pb原料と称する)のガス、Zr(O−t−Bu)(以下Zr原料と称する)のガス、及びTi(O−i−Pr)(以下Ti原料と称する)のガスをシャワーヘッド4に供給する。なお、処理チャンバには酸化剤として二酸化窒素(NO)も供給されるが、図4では簡略化のために図示を省略している。
【0044】
ガス供給装置70は、固体のPb原料を貯蔵するPb原料タンク12及び固体又は液体のTi原料を貯蔵するTi原料タンク16とを有する。これらPb原料及びTi原料は、後述するようにPTO核付けに使用される。
【0045】
Pb原料タンク12内の固体Pb原料は、Pb原料タンク12を加熱することにより昇華する。Pb原料タンク12内で昇華により気体となったPb原料は、Pbガス供給ライン72に送られる。Pbガス供給ライン72の途中には、開閉弁74、高温気体用マスフローコントローラ(HTMFC)18及び開閉弁76が設けられている。
【0046】
Pb原料タンク12内で昇華して高温の気体となったPb原料は、開閉弁74を介してマスフローコントローラ18に送られる。マスフロ−コントローラ18は、気体のPb原料(以下、Pb原料ガスと称する)を所定の流量に制御するために設けられている。高温気体用マスフローコントローラ18を通過したPb原料ガスは、Pbガス供給ラインを72通じて開閉弁76を介してシャワーヘッド4に供給される。したがって、所定の流量のPb原料ガスがシャワーヘッド4に供給される。
【0047】
なお、マスフローコントローラ18と開閉弁76との間のPbガス供給ライン72には、開閉弁78を介してベントライン24が接続されている。開閉弁78を開くことにより、シャワーヘッド4及び真空チャンバ2を迂回して、Pb原料ガスを排気ポート2bに導くことができる。また、Pb原料タンク12からシャワーヘッド4及び排気ポート2bまでの通路(図中点線で示す)は、ヒータ等により例えば200℃に加熱されており、Pb原料ガスの再液化を防止している。
【0048】
Pb原料と同様に、Ti原料タンク16内の固体又は液体のTi原料は、Ti原料タンク16を加熱することにより昇華又は気化する。Ti原料タンク16内で昇華又は気化により気体となったTi原料は、Tiガス供給ライン80に送られる。Tiガス供給ライン80の途中には、開閉弁82、高温気体用マスフローコントローラ(HTMFC)22及び開閉弁84が設けられている。
【0049】
Ti原料タンク16内で昇華又は気化して高温の気体となったTi原料は、開閉弁84を介してマスフローコントローラ22に送られる。マスフロ−コントローラ22は、気体のTi原料(以下、Ti原料ガスと称する)を所定の流量に制御するために設けられている。高温気体用マスフローコントローラ22を通過したTi原料ガスは、Tiガス供給ラインを82通じて開閉弁86を介してシャワーヘッド4に供給される。したがって、所定の流量のTi原料ガスがシャワーヘッド4に供給される。
【0050】
なお、マスフローコントローラ22と開閉弁86との間のTiガス供給ライン82には、開閉弁88を介してベントライン24が接続されている。開閉弁88を開くことにより、シャワーヘッド4及び真空チャンバ2を迂回して、Ti原料ガスを排気ポート2bに導くことができる。また、Ti原料タンク16からシャワーヘッド4及び排気ポート2bまでの通路(図中点線で示す)は、ヒータ等により例えば150℃に加熱されており、Ti原料ガスの再液化を防止している。
【0051】
上述のPTO核付けのためにPbガス及びZrガスを供給する構成は第1のガス供給系に相当する。本実施の形態によるガス供給装置70は、上述の第1のガス供給系とは別に第2のガス供給系を有する。
【0052】
第2のガス供給系は、Pb原料、Zr原料及びTi原料を所定の比率で混合して溶媒に溶解したPb,Zr,Ti溶液原料(以下、混合溶液と称する)を貯蔵する混合溶液貯蔵タンク90を有する。
【0053】
混合溶液原料タンク90には圧送ガスが供給され、その圧力により混合溶液を混合溶液供給ライン92を通じて混合溶液気化器94へ供給する。混合溶液供給ライン92には、開閉弁96及び液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)98が設けられている。混合溶液貯蔵タンク90内の混合溶液は、開閉弁96を介してマスフローコントローラ98に供給され、流量が制御されて混合溶液気化器94に供給される。したがって、混合溶液気化器94には所定の流量の混合溶液が供給される。
【0054】
また、混合溶液気化器94にはキャリアガス供給ライン100を通じてキャリアガスが供給される。キャリアガス供給ライン100には、開閉弁102及びマスフローコントローラ(MFC)104が設けられている。したがって、マスフローコントローラ104により流量が制御されたキャリアガスが、混合溶液気化器94に供給される。
【0055】
混合溶液気化器94は、キャリアガスの噴出によるベンチュリ効果により混合溶液を気化させる。気体となった混合溶液(以下、混合ガスと称する)は、混合ガス供給ライン106を通じてシャワーヘッド4に供給される。なお、混合ガス供給ライン106には開閉弁108が設けられており、混合溶液気化器94と開閉弁108との間の混合ガス供給ラインには開閉弁110を介してベントライン24が接続されている。したがって、開閉弁110を開くことにより、シャワーヘッド4及び真空チャンバ2を迂回して、Ti原料ガスを排気ポート2bに導くことができる。
【0056】
なお、混合溶液気化器94からシャワーヘッド4及び排気ポート2bまでの通路(図中点線で示す)は、ヒータ等により加熱されており、混合ガスの再液化を防止している。
【0057】
次に、上述のガス供給装置及びCVD装置の動作について説明する。
【0058】
まず真空状態に維持された処理チャンバ2内にウェハWを搬入し、載置台2aに載置する。そして、載置台2aに組み込まれたヒータによりウェハWを所定の処理温度に加熱する。
【0059】
その後、まずPTO核付けを行う。すなわち、Pb原料ガス及びTi原料ガスをシャワーヘッド4に供給し、且つ酸化剤としてNOガスを処理チャンバ2に供給することにより、図5に示すようにPTO核120をウェハW上に生成する。PTO核付けにはZr原料を供給する必要はなく、処理ガスとしてPb原料ガス及びTi原料ガスが供給される。このPTO核付けには、微量の処理ガスを精度よく供給する必要がある。
【0060】
そこで、PTO核付けを行うときは、Pb原料タンク12において昇華して気体となったPb原料を、高温気体用マスフローコントローラ18で精密に流量制御してシャワーヘッド4に供給し、且つTi原料タンク16において昇華又は気化して気体となったTi原料を、高温気体用マスフローコントローラ22で精密に流量制御してシャワーヘッド4に供給する。
【0061】
PTO核付けを行うときの処理温度は400℃〜450℃程度である。また、処理チャンバ2内の圧力は100mTorr以下であり、好ましくは10mTorr程度の高真空である。
【0062】
PTO核付けが終了すると、次にPTO核の上にPZT膜122を堆積させる。PZT成膜工程では、Pb,Zr,Tiの混合ガスを処理ガスとしてシャワーヘッド4に供給し、且つ酸化剤としてNOを処理チャンバ2に供給する。PZT成膜工程では、処理温度は400℃〜450℃であり、処理チャンバ2内の圧力は100mTorr〜1000mTorrである。
【0063】
PZT成膜工程では、高い成膜速度を得るために、比較的多量の処理ガスをシャワーヘッド4に供給する必要がある。また、生成されるPZT膜の組成が均一となるように、Pb原料、Zr原料及びTi原料を一定の比率で供給しなければならない。
【0064】
そこで、本実施の形態では、PZT成膜工程において、予めPb原料、Zr原料及びTi原料が混合された混合溶液を用い、混合溶液を混合溶液気化器94により気化させてシャワーヘッド4に供給する。混合溶液は、Pb原料、Zr原料及びTi原料が所定の比率でされて溶媒に溶解された溶液であり、常に一定の処理ガスの混合比率を得ることができる。また、混合溶液は溶液気化法により気化されて混合ガスとされるので、比較的大きな流量で混合ガスを供給することができる。
【0065】
以上のように、本実施の形態によれば、固体昇華法を用いて第1のガス供給系により原料ガスを供給してPTO核付けを行った後、溶液気化法を用いて第2のガス供給系により原料ガスを供給してPZT膜を高い成膜速度でPTO核上に生成することができる。したがって、高品質のPZT膜を、比較的低温且つ高成膜速度でウェハW上に生成することができる。
【0066】
なお、第1のガス供給系から第2のガス供給系への切り換えは、開閉弁74,76,84,86,96,102,108を適宜開閉することにより行われる。
【0067】
また、本実施の形態では、一つの処理チャンバ2において、PTO核付け工程とPZT成膜工程とを連続して行うこととしたが、これらの工程を別々の処理チャンバで行うこととしてもよい。
【0068】
また、固体昇華法を用いた原料ガスの供給と、溶液気化法を用いた原料ガスの供給とを併用する本発明の応用例として、溶液気化法を用いて混合溶液を気化して供給するガス供給系に対して、少なくとも一つの原料を固体昇華法を用いて気体として供給するガス供給系を組み合わせることが考えられる。すなわち、溶液気化法によりガス供給を行うと同時に、固体昇華法によるガス供給も行うものである。このような構成によれば、固体昇華法を用いて供給する原料ガスの処理チャンバ2への供給量を精度良く制御することができ、混合溶液の混合比率により一定とされた原料ガスの比率を精度良く変更することができる。
【0069】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0070】
図6は本発明の第2の実施の形態によるガス供給装置を有するCVD装置の概略構成図である。図6において、図4に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。図6に示すCVD装置はPZT膜をウェハ上に堆積させるための装置であり、処理チャンバ2、シャワーヘッド4、冷却トラップ6、真空ポンプ8及びガス供給装置130を有する。
【0071】
本実施の形態によるガス供給装置は、図4に示すガス供給装置70において、固体昇華法を用いて原料ガスを昇華させる第1のガス供給系を、混合溶液による溶液気化法によるガス供給系に置き換えたものである。
【0072】
すなわち、図6に示すガス供給装置130は、図4に示すガス供給装置70においてPb原料タンク12及びTi原料タンク16の代わりに、PTO核付けを行う際に用いられる混合溶液を貯蔵する混合溶液貯蔵タンク132を有する。すなわち、混合溶液貯蔵タンク132には、Pb原料とTi原料を所定の比率で混合して溶媒に溶解した混合溶液が貯蔵される。
【0073】
混合溶液原料タンク132には圧送ガスが供給され、その圧力により混合溶液を混合溶液供給ライン134を通じて混合溶液気化器136へ供給する。混合溶液供給ライン134には、開閉弁138及び液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)140が設けられている。混合溶液貯蔵タンク132内の混合溶液は、開閉弁138を介してマスフローコントローラ140に供給され、流量が制御されて混合溶液気化器136に供給される。したがって、混合溶液気化器136には所定の流量の混合溶液が供給される。
【0074】
また、混合溶液気化器136にはキャリアガス供給ライン142を通じてキャリアガスが供給される。キャリアガス供給ライン142には、開閉弁144及びマスフローコントローラ(MFC)146が設けられている。したがって、マスフローコントローラ146により流量が制御されたキャリアガスが、混合溶液気化器136に供給される。
【0075】
混合溶液気化器136は、キャリアガスの噴出によるベンチュリ効果により混合溶液を気化させる。気体となった混合溶液(以下、混合ガスと称する)は、混合ガス供給ライン148を通じてシャワーヘッド4に供給される。なお、混合ガス供給ライン148には開閉弁150が設けられており、混合溶液気化器136と開閉弁150との間の混合ガス供給ライン148には開閉弁150を介してベントライン24が接続されている。したがって、開閉弁150を開くことにより、シャワーヘッド4及び真空チャンバ2を迂回して、混合ガスを排気ポート2bに導くことができる。
【0076】
なお、混合溶液気化器136からシャワーヘッド4及び排気ポート2bまでの通路(図中点線で示す)は、ヒータ等により加熱されており、混合ガスの再液化を防止している。
【0077】
また、第1のガス供給系から第2のガス供給系への切り換えは、開閉弁96,102,108,138,144,150を適宜開閉することにより行われる。
【0078】
本実施の形態によるガス供給装置130は、上述の第1の実施の形態によるガス供給装置70と同様に、PTO核付け工程におけるガス供給と、PZT成膜工程におけるガス供給とを別のガス供給系により行う。すなわち、PTO核付け工程においては、混合原料貯蔵タンク132内の混合溶液(Pb,Ti)を混合溶液気化器136により気化してシャワーヘッド4に供給し、PZT成膜工程においては、混合原料貯蔵タンク90内の混合溶液(Pb,Zr,Ti)を混合溶液気化器94により気化してシャワーヘッド4に供給する。
【0079】
本実施の形態によるガス供給装置130では、第1の実施の形態によるガス供給装置70に比較して、PTO核付け工程における処理ガスの流量制御の精度はそれほど高くないが、Pb原料とTi原料との混合比を一定に維持することができるという効果がある。
【0080】
上述の実施の形態では、PZT膜をウェハ上に生成する用途にCVD装置を適用しているが、本発明はPZT膜の生成に限られるものではない。すなわち、本発明は、結晶質膜であってもアモルファス膜であっても薄膜の界面付近での微妙な組成制御が必要とされるような成膜装置に対して適用することができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、多元系金属酸化物薄膜の結晶核を生成するための工程に使用される原料ガスと、結晶核上に多元系金属酸化物薄膜の結晶を生成するための工程に使用される原料ガスとをそれぞれの工程に適した条件で供給することのできる成膜装置及び成膜法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体昇華法を用いた従来のガス供給装置を有するCVD装置の概略構成図である。
【図2】溶液気化法を用いた従来のガス供給装置を有するCVD装置の概略構成図である。
【図3】溶液気化法を用いた従来のガス供給装置を有するCVD装置の他の例を示す概略構成図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態によるガス供給装置を有するCVD装置の簡略構成図である。
【図5】ウェハ上に形成されたPZT膜の拡大断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態によるガス供給装置を有するCVD装置の概略構成図である。
【符号の説明】
2 処理チャンバ
2a 載置台
2b 排気ポート
4 シャワーヘッド
6 冷却トラップ
8 真空ポンプ
12 Pb原料タンク
16 Ti原料タンク
18,22 高温気体用マスフローコントローラ(HTMFC)
24 ベントライン
70,130 ガス供給装置
72 Pbガス供給ライン
74,76,78,82,84,102,108,110,138,144,150 開閉弁
80 Tiガス供給ライン
90 混合溶液貯蔵タンク
92 混合溶液供給ライン
94 混合溶液気化器
100,142 キャリアガス供給ライン
104,146 マスフローコントローラ(MFC)
106 混合ガス供給ライン
120 PTO核
122 PZT膜
132 混合溶液貯蔵タンク
134 混合溶液供給ライン
136 混合溶液気化器
140 液体用マスフローコントローラ(Liq.MFC)
148 混合ガス供給ライン

Claims (3)

  1. 基体上に多元系金属酸化物薄膜を生成する成膜方法であって、
    多元系金属酸化物薄膜の結晶核を生成するために、固体昇華法により結晶核原料ガスを生成して、内部を第1の圧力に設定した処理チャンバに前記結晶核原料ガスを供給する核付け工程と、
    前記結晶核上に前記多元系金属酸化物薄膜の結晶を成長させるために、流量が制御されたキャリアガスを供給して溶液気化法により所定の混合比率の原料混合ガスを生成し、内部を前記第1の圧力よりも高い第2の圧力に設定した処理チャンバに前記原料混合ガスを供給する成膜工程と
    を含み、
    前記第1の圧力は100mTorr以下であり、前記第2の圧力は100mTorr以上1000mTorr以下であることを特徴とする成膜方法。
  2. 請求項1記載の成膜方法であって、
    前記多元系金属酸化物薄膜はPZT膜であり、
    前記核付け工程は、Pb原料及びTi原料を加熱することによりPbガス及びTiガスを生成して前記基体に対して供給する工程を含み、
    前記成膜工程は、Pb原料とZr原料とTi原料とを所定の比率で混合した混合原料を溶媒に溶解した混合溶液を気化させて混合ガスとして前記基体に対して供給する工程を含むことを特徴とする成膜方法。
  3. 請求項2記載の成膜方法であって、
    前記核付け工程は、PbガスとTiガスの流量を個別の気体用流量制御装置により制御する工程を含み、
    前記成膜工程は、前記混合溶液の流量を制御することにより前記混合ガスの流量を制御する工程を含むことを特徴とする成膜方法。
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