KR100393937B1 - 액체원료 기화장치, 반도체장치 및 반도체장치의 제조방법 - Google Patents

액체원료 기화장치, 반도체장치 및 반도체장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이것에 의해, 기화 잔사의 발생을 억제할 수 있는 액체원료 기화장치를 제공하여, 막두께가 안정된 CVD 막을 갖는 반도체장치 및 그 제조방법이 얻어진다. 기화실 본체(20)와 기화실 윗덮개(21)에 의해 기화실이 구성되어 있고, 이 기화실 윗덮개(21)에는 액체원료를 기화실 내부에 도입하기 위한 원료 도입관(23)이 접속되어 있다. 기화실(20, 21)로부터 원료 도입관(23)으로의 열의 전달을 억제하기 위해, 기화실(20, 21)의 외벽 표면에 열방사 방지체(25)가 설치되어 있다.

Description

액체원료 기화장치, 반도체장치 및 반도체장치의 제조방법{LIQUID RAW MATERIAL VAPORIZER, SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 액체원료를 기화시키는 기화장치, 그 기화장치를 사용하여 제조된 반도체장치, 및 그 기화장치를 사용하여 반도체장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 이 기화장치는, 반도체 제조장치의 분야에서는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 장치에 사용되는 것이다.
최근에, 디바이스의 고속화, 저소비전력화, 저비용화 등의 목적을 위하여, 반도체 메모리나 디바이스의 집적화가 급속하게 진행되고 있다. 그러나, 집적도가향상하더라도, DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 구성요소인 커패시터에는 일정한 용량이 필요하고, 그것을 위해서는 커패시터 유전체층의 막두께를 얇게 할 필요가 있다.
그러나, 커패시터 유전체층으로서 지금까지 사용되고 있었던 산화 실리콘(SiO2)에서는 박막화에 한계가 생기고 있다. 이 때문에, 커패시터 유전체층의 재료를 변경하여 유전율을 높이기 위해, 고유전율 재료를 커패시터 유전체층의 재료로서 이용하고, 또한 커패시터 전극의 재료로서 금속재료를 이용하는 연구·개발이 활발히 행해지고 있다. 구체적으로는 고유전율 재료로서, 산화 탄탈, 티타늄산 지르코늄산 납(PZT), 티타늄산 지르코늄산 란탄 납(PLZT), 티타늄산 스트론튬(ST), 티타늄산 바륨(BT), 티타늄산 바륨 스트론튬((Ba,Sr)TiO3: 이하, BST로 약칭한다) 등이, 또한 금속재료로서 백금(Pt), 루테늄(Ru) 등이 각각 검토되고 있다.
이들 고유전율 재료 및 금속재료의 박막을 단차가 있는 반도체 소자의 패턴 상에 형성하기 위해서는, 복잡한 형상의 물체에의 부착성이 양호한 CVD법에 의한 막형성이 가장 유리하다. 그러나, 고유전율 박막, 금속 박막 형성용의 CVD용 원료로서 안정되고 양호한 기화특성을 갖는 원료가 존재하지 않은 것이 큰 문제가 되고 있다.
이러한 상황하에 있어서, 본 발명자들은 종래의 고체원료를 테트라히드로푸란(C4H80: 이하, THF로 약칭한다)이라는 유기용제에 용해함으로써 기화성을 비약적으로 향상시킨 CVD 원료를 제안하였다(일본국 특개평 7-268634호 공보). 그러나,이 원료를 SiO2막 작성용 등의 종래부터 있는 액체원료용 CVD 장치를 사용하여 고유전율 박막을 작성하더라도 반드시 양호한 결과를 얻을 수 있지 않았다. 따라서, 본 발명자들은, 액체원료를 충분히 기화시켜 반응실에 안정적으로 공급할 수 있는 액체원료용 CVD 장치를 더 제안하였다(특개평 8-186103호 공보).
도 8은, 특개평 8-186103호 공보에 기재된 고유전율 박막 작성용의 용액 기화 CVD 장치의 개략을 나타낸 모식도이다. 도 8을 참조하면, 종래의 CVD 장치는, 액체원료 기화장치(101)와, 액체원료 용기(102∼105)와, 가압관(106)과, 액체원료 유량제어계(107∼110)와, 캐리어 가스 공급관(111)과, 캐리어 가스 유량제어계(112)와, 접속관(113)과, 산화제 공급관(114)과, 원료가스 수송관(115)과, 수송관 가열히터(116)와, 반응실(117)과, 기판 히터(118)를 주로 갖고 있다.
4개의 액체원료 용기(102∼105) 각각은 가압관(106)에 접속되고, 또한 액체원료 유량제어계(107∼110)의 각각을 거쳐 접속관(113)에 접속되어 있다. 이 접속관(113)에는, 캐리어 가스 공급관(111)도 캐리어 가스 유량제어계(112)를 통해 접속되어 있다.
접속관(113)은, 액체원료 기화장치(101)의 원료 공급관(123)에 접속되어 있다. 액체원료 기화장치(101)에는, 반응실(117)측으로 연장되는 원료가스 수송관(115)이 접속되어 있다. 또한, 반응용기(117)측으로 연장되도록 산화제 공급관(114)이 배치되어 있다. 이 원료가스 수송관(115)을 가열하기 위한 수송관 가열히터(116)와, 산화제 공급관(114)을 가열하기 위한 가열히터가 배치되어 있다.
반응실(117) 내부에는, 반도체 기판(119)을 가열·지지하기 위한 기판히터(118)가 지지되어 있다.
다음에, 종래의 용액 기화 CVD 장치의 동작에 대해 설명한다.
캐리어 가스가 캐리어 가스 유량제어계(112)에 의해 유량이 조정되면서 캐리어 가스 공급관(111)으로부터 접속관(113)으로 흐르고 있다. 그것에서 액체원료 용기(102∼105) 내부의 용액 원료가 가압관(106)으로부터 가압되고 액체원료 유량제어계(107∼110)에 의해 유량조정되어 접속관(113)으로 공급되고, 액체원료 기화장치(101) 내부로 분무된다.
액체원료 기화장치(101) 내부에 분무된 액체원료는, 액체원료 기화장치(101) 내부에서 기화된다. 이 기화된 가스(원료가스)는, 수송관 가열히터(116)에서 가열된 원료가스 수송관(115) 내부를 통과하여 반응실(117) 내부로 공급된다. 이 원료가스는, 반응실(117) 내부에서, 산화제 공급관(114)으로부터 공급된 산화제와 반응하여, 기판 히터(118)로 가열된 반도체 기판(119) 상에 고유전율 박막 또는 금속박막을 막형성한다.
이때, 액체원료 용기(102∼105)에는 유기용매 THF 및 용액 원료가 각각 구비되어 있다. 반응실(117) 내부는 02분위기에서, 압력 133∼1330 Pa 정도로 되고, 히터 설정온도는 400∼600℃에서 막형성이 행해지고 있다.
그러나, 이 용액 기화 CVD 장치를 사용하여 고유전율 박막이나 금속박막을 작성하더라도 반드시 안정한 막형성을 할 수 없는 경우가 있는 것을 알았다. 실제로, 막형성시에 이물질이 반도체 기판(웨이퍼) 위로 낙하하고, 막형성마다 막형성 속도, 막질(막조성, 결정성), 전기 특성이 변화되는 등의 문제가 발생하는 경우가 있었다.
그 원인을 본 발명자들이 조사한 바, 액체원료 기화장치(101)에 있는 액체원료에서 석출되는 유기금속 화합물 등의 고형성분이 상기한 문제의 원인으로 되고 있는 것을 알았다. 이하, 도면을 사용하여 이것을 구체적으로 설명한다.
도 9는, 종래의 액체원료 기화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 9를 참조하면, 액체원료 기화장치(1O1)는, 기화기 본체(120)와, 기화기 윗덮개(121)와, 로드 히터(122)와, 원료 도입관(123)을 구비하고 있다. 기화기 본체(12O)와 기화기 윗덮개(121)는 기화실을 구성하고 있으며, 그들 내부에는 로드 히터(122)가 매립되어 있다. 기화기 윗덮개(121)에는 액체원료와 캐리어 가스의 혼합체를 기화실 내부로 공급하기 위한 원료 공급관(123)이 접속되어 있다. 또한, 기화기 본체(120)에는 기화된 원료를 배출하기 위한 기화실 출구가 설치되어 있으며, 이 기화실 출구에는, 기화된 원료를 반응실로 이끌기 위한 원료가스 수송관(115)이 접속되어 있다. 이 기화기 출구부분과 원료가스 수송관(115)의 주위에는 수송관 가열히터(116)가 설치되어 있다.
기화기 본체(120) 및 기화기 윗덮개(121)는 금속으로 형성되어 있는데, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되어 있다. 또한, 원료 공급관(123)에는 PTFE(폴리테트라풀루오로에틸렌)나 폴리이미드로 이루어진 가는 관이 사용되고, 원료가스 수송관(115)으로는 스테인레스의 가는 관이 사용된다.
이와 같은 액체원료 기화장치(1O1)에 있어서는, 원료 공급관(123)의 종단으로부터 액체원료가 캐리어 가스와 함께 비산 또는 분무되는 것에 의해 기화실 내부로 공급된다. 그리고, 기화실 내부로 공급된 액체원료는 기화실의 내벽에 충돌한다. 이때, 기화기 본체(120) 및 기화기 윗덮개(121)는 로드 히터(122)에 의해 가열된 상태로 되어 있기 때문에, 기화실의 내벽에 충돌한 액체원료는 순간적으로 기화하게 된다. 그리고, 이와 같이 기화된 액체원료(이하, 원료가스로 기재한다)는 기화실 출구부분으로부터 배출되어 반응실로 공급된다.
그러나, 기화기 본체(120) 및 기화기 윗덮개(121)는 로드 히터(122)에 의해 가열되고 있기 때문에, 기화기 윗덮개(121)에 접속된 원료 공급관(123)으로도 그 열이 전해져 원료 공급관(123)의 온도가 상승한다. 그 결과, 원료 공급관(123)의 내부에서 액체원료의 용매가 부분적으로 기화하는 경우가 있다. 이와 같이 용매가 부분적으로 기화할 때, 액체원료에 용해하고 있던 용질로서의 유기금속 화합물의 일부가 원료 공급관(123)의 내부에서 고체로서 석출하여 버리는 경우가 있다. 석출된 CVD 막의 원료인 유기화학 금속(이하, 기화 잔사(殘渣)라 한다)은, 기화실의 내부와 원료 공급관(123)의 내부에 축적하게 된다. 이러한 축적된 기화 잔사는 기화실 내벽의 온도를 미묘하게 변화시키고, 결과적으로 액체원료의 기화 특성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 기화실로부터 반응실(117)로 안정적으로 원료가스를 보낼 수 없게 되어, CVD 막의 특성이 열화한다고 하는 문제가 발생한다.
또한, 기화실의 내부 등에 축적된 기화 잔사는 분말형의 고체성분으로서 기화된 원료와 함께 기화실 출구부분으로부터 배출되어, 반응실(117)에 도착하는 경우도 있다. 이러한 경우, 기화 잔사가 반응실(117)에서 CVD 막 가운데에 이물질로서 들어가, 이와 같은 CVD 막을 사용한 디바이스의 동작 불량의 요인이 되는 경우가 있다.
또한, 상기한 것과 같은 CVD 장치를 장기간 사용하면, 기화실 내부에 축적된 기화 잔사에 의해, 기화실의 내벽 온도가 저하한다. 이 결과, 액체원료의 기화특성이 악영향을 받아, 기화 잔사가 기화기 내부에 점점 더 축적된다고 하는 악순환이 일어난다. 이 때문에, 양호한 막질을 갖는 CVD 막을 장기간 안정적으로 얻는 것이 곤란하다.
본 발명의 한가지 목적은, 기화 잔사의 발생을 억제하여, 막질이 안정된 막을 형성할 수 있는 액체원료 기화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 막질이 안정된 CVD 막을 갖는 반도체장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 액체원료 기화장치를 구비한 용액 기화 CVD 장치의 구성을 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 액체원료 기화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이며,
도 3은 도 1의 용액 기화 CVD 장치를 사용하여 제조된 반도체장치의 웨이퍼 상태를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 액체원료 기화장치를 구비한 용액 기화 CVD 장치를 사용하여 제조된 반도체장치의 구성을 나타낸 개략 단면도이며,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 액체원료 기화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 6은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 액체원료 기화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이며,
도 7은 본 발명의 실시예 4에 있어서의 액체원료 기화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 8은 종래의 액체원료 기화장치를 구비한 용액 기화 CVD 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이며,
도 9는 종래의 액체원료 기화장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 액체원료 기화장치 20: 기화기 본체
21: 기화기 윗덮개 22: 로드 히터
23: 원료 공급관 25: 열방사 방지체
26: 열흡수 방지체 27: 단열재
27a, 27b: 단열층
본 발명의 액체원료 기화장치는, 유기금속 착체(錯體)를 용매에 용해시킨 액체원료를 기화시키는 기화장치에 있어서, 원료 공급관과, 기화실과, 억제수단을 구비하고 있다. 원료 공급관은, 액체원료를 도입하는 것이다. 기화실은, 원료 공급관에 접속되고, 또한 원료 공급관으로부터 도입된 액체원료를 가열하여 기화시키는 것이다. 억제수단은, 기화실 및 원료 공급관의 적어도 어느 하나에 부착되고, 또한기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달을 억제하는 것이다.
본 발명의 액체원료 기화장치에서는, 억제수단에 의해 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달이 억제되기 때문에, 원료 공급관의 온도상승을 억제할 수 있다. 이 때문에, 원료 공급관 부분에서 용매가 부분적으로 기화하여 유기금속 화합물의 일부가 고체로서 석출되는 것이 방지될 수 있다. 즉, 기화 잔사의 발생을 억제할 수 있다.
이에 따라, 기화 잔사가 기화실 내벽의 온도를 변화시키는 것을 방지할 수 있기 때문에, 내벽 온도의 변화에 의한 막특성의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 기화 잔사가 이물질로서 막 가운데로 유입되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 양호한 특성의 막을 얻을 수 있다.
또한, 기화 잔사가 기화실 내벽 온도를 저하시키는 것을 방지할 수 있기 때문에, 기화 잔사의 축적에 의한 악순환도 방지할 수 있어, 양호한 막질을 갖는 막을 장기간 안정적으로 얻는 것이 용이하게 된다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 억제수단은, 기화실의 외벽에 설치되고, 또한 기화실보다도 열방사율이 낮은 재질로 이루어진 열방사 방지체이다.
이 열방사 방지체에 의해, 기화실 외벽 표면으로부터 열의 방사가 방지되기 때문에, 이 방사에 의한 원료 공급관의 가열을 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 열방사 방지체의 재질은, 유리, 폴리이미드, 섬유, 테프론 및 표면을 산화시킨 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 되어 있다.
이들 재질이 선택되는 것에 의해, 열방사 방지체의 열방사율을 기화실보다도 낮게 할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 억제수단은, 원료 공급관의 외주 표면을 둘러싸도록 설치되고, 또한 원료 공급관보다도 열을 흡수하기 어려운 재질로 이루어진 열흡수 방지체이다.
이 열흡수 방지체에 의해, 기화실의 외벽 표면으로부터 방사된 열의 흡수를 방지할 수 있기 때문에, 원료 공급관의 가열을 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 열흡수 방지체의 재질은, 알루미늄, 구리, 니켈 및 스테인레스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 되어 있다.
이들 재질이 선택되는 것에 의해, 열흡수 방지체를 원료 공급관보다도 열을 흡수하기 어려운 구성으로 할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 억제수단은, 기화실과 원료 공급관 사이에 설치되고, 또한 기화실보다도 낮은 열전도도를 갖는 재질로 이루어진 단열재이다.
이 단열재에 의해, 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달을 차단할 수 있기 때문에, 원료 공급관의 가열을 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 단열재는, 다층의 단열층이 중첩된 구성을 갖고 있다.
이에 따라, 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달을 차단하는 능력이 향상되어, 원료 공급관의 가열을 더 한층 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 단열재의 재질은, 셀룰로이드, 폴리이미드, 테프론, 불소 고무 및 실리콘 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 되어 있다.
이들 재질이 선택되는 것에 의해, 단열재의 열전도도를 기화실보다도 낮게 할 수 있다.
본 발명의 반도체장치는, 고유전율 재료를 포함하는 커패시터 유전체층을 금속을 포함하는 1쌍의 전극 사이에 끼워 이루어진 커패시터를 갖고, 그 커패시터 유전체층 및 1쌍의 전극 중에서 적어도 1개의 막두께 안정성의 표준편차가 3% 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 반도체장치에서, 막두께 안정성의 표준편차가 3% 이하로 막두께가 안정된 커패시터 전극 또는 커패시터 유전체층을 갖는 반도체장치가 얻어진다.
여기에서, 「막두께 안정성의 표준편차」란, 커패시터 유전체층 또는 커패시터 전극의 임의로 선택된 복수 위치에 있어서 측정된 막두께(측정값)로부터 그것의 측정값의 평균값(기대값)을 뺀 값(편차)으로부터 구해지는 것이다. 이 「막두께 안정성의 표준편차」를 s로 하면, 이 s는 이하의 식에서 구해진다.
n: 측정 위치수
xi: 측정값
: 평균값
상기한 반도체장치에 있어서 바람직하게는, 커패시터 유전체층의 재질은, 산화 탄탈, 티타늄산 지르코늄산 납, 티타늄산 지르코늄산 란탄 납, 티타늄산 스트론튬, 티타늄산 바륨 및 티타늄산 바륨 스트론튬으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고 있다.
이들 재질로부터 선택함으로써, 고유전율의 커패시터 유전체층을 얻을 수 있다.
상기한 반도체장치에 있어서 바람직하게는, 커패시터 유전체층은, 티타늄산 지르코늄산 납, 티타늄산 지르코늄산 란탄 납 및 티타늄산 바륨 스트론튬의 1종 이상을 포함하고, 커패시터 유전체층의 조성비의 안정성의 표준편차가 5% 이하이다.
이에 따라, 조성비가 안정된 커패시터 유전체층을 갖는 반도체장치를 얻을 수 있다.
여기에서, 「조성비의 안정성의 표준편차」란, 커패시터 유전체층의 임의로 선택된 복수 위치에 있어서 측정된 조성비(측정값)로부터 그 측정값의 모평균(기대값)을 뺀 값(편차)으부터 구해지는 것으로, 상기 수학식 1과 같은 식으로부터 구해진다.
상기한 반도체장치에 있어서 바람직하게는, 1쌍의 전극의 적어도 어느 하나의 재질은, 백금 및 루테늄의 적어도 어느 하나를 포함하고 있다.
이들 재질이 선택되는 것에 의해, 전극 사이에 끼워지는 커패시터 유전체층을 고유전율로 할 수 있다.
본 발명의 반도체장치의 제조방법은, 유기금속 착체를 용매에 용해시킨 액체원료를 액체원료 기화장치를 사용하여 기화하여 기화 원료로 하는 공정과, 내부에 반도체 기판을 지지하는 반응실 내부에 기화 원료를 도입하고, 그 기화 원료를 사용하여 반도체 기판 상에 화학기상증착법에 의해 커패시터 전극 및 커패시터 유전체층의 적어도 어느 하나를 형성하는 공정을 구비하고 있다. 그 액체원료 기화장치는, 원료 공급관과, 기화실과, 억제수단을 구비하고 있다. 원료 공급관은, 액체원료를 도입하는 것이다. 기화실은, 원료 공급관에 접속되고, 또한 원료 공급관으로부터 도입된 액체원료를 가열하여 기화시키는 것이다. 억제수단은, 기화실 및 원료 공급관의 적어도 어느 하나에 부착되고, 또한 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달을 억제하는 것이다.
본 발명의 반도체장치의 제조방법에서는, 액체원료 기화장치에 있어서 기화실로부터 원료 공급관으로 열의 전달을 제어할 수 있기 때문에, 막두께 안정성의 표준편차가 3% 이하로 막두께가 안정된 커패시터 전극 또는 커패시터 유전체층을 갖는 반도체장치를 제조할 수 있다.
상기한 반도체장치의 제조방법에 있어서 바람직하게는, 유기금속 착체는, 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 백금(Pt) 및 루테늄(Ru)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고 있다.
이것에 의해, 화학기상증착법에 의해 고유전율 재료로 이루어진 커패시터 유전체층 또는 금속재료로 이루어진 커패시터 전극을 형성할 수 있다.
상기한 반도체장치의 제조방법에 있어서 바람직하게는, 유기금속 착체가 디비발로일메탄(divivaloylmethane: DPM)기를 포함하고, 또한 기화실 내벽의 온도가 100℃ 이상 300℃ 이하로 제어되고 있다.
이에 따라, 액체원료의 기화특성을 양호하게 할 수 있다.
상기한 반도체장치의 제조방법에 있어서 바람직하게는, 용매로서, 테트라히드로푸란 및 헥사플루오로아세틸아세톤(HFA: CF3COCH2COCF3) 중의 적어도 1개가 사용된다.
이에 따라, 액체원료의 기화 특성을 양호하게 할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면에 근거하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1을 참조하면, 이 용액 기화 CVD 장치는, 본 실시예의 액체원료 기화장치(1)와, 액체원료 용기(2∼5)와, 가압관(6)과, 액체원료 유량제어계(7∼10)와, 캐리어 가스 공급관(11)과, 캐리어 가스 유량제어계(12)와, 접속관(13)과, 산화제 공급관(14)과, 원료가스 수송관(15)과, 수송관 가열히터(16)와, 반응실(17)과, 기판 히터(18)를 주로 갖고 있다.
액체원료 용기(2∼5)의 각각은, 밸브를 통해 가압관(6)에 접속되어 있고, 또한 밸브와 액체원료 유량제어계(7∼10)의 각각을 통해 접속관(13)에 접속되어 있다. 또한, 캐리어 가스 공급관(11)도 캐리어 가스 유량제어계(12)를 통해 접속관(13)에 접속되어 있다.
BST 막을 막형성하는 경우, 액체원료 용기(2, 3, 4)의 각각에는, 고체원료인 Ba(DPM)2, Sr(DPM)2, TiO(DPM)2의 각각을 THF에 용해시킨 용액이 받아들여지고 있다. 또한, 액체원료 용기(5) 내부에는, THF가 받아들여지고 있다.
접속관(13)은, 액체원료 기화장치(1)의 원료 공급관(23)에 접속되어 있다. 원료가스 수송관(15)은, 액체원료 기화장치(1)에 접속되고, 또한 반응실(17)측으로 연장되어 있다. 또한, 산화제 공급관(14)도 반응실(17)측으로 연장되어 있다. 이 원료가스 수송관(15)의 주위에는 수송관 가열히터(16)가 배치되어 있고, 산화제 공급관(14)의 주위에도 가열히터가 배치되어 있다.
반응실(17) 내부에는, 반도체 기판(19)을 지지·가열하기 위한 기판 히터(18)가 지지되어 있다.
다음에, 본 실시예의 액체원료 기화장치(1)의 구성에 대해 설명한다. 도 2를 참조하면, 액체원료 기화장치(1)는, 기화기 본체(20)와, 기화기 윗덮개(21)와, 로드 히터(22)와, 원료 공급관(23)과, 열방사 방지체(25)를 주로 갖고 있다.
기화기 윗덮개(21)는, 기화기 본체(20) 상에 뚜껑을 덮도록 지지되어 있으며, 이것에 의해 기화실이 구성되어 있다. 로드 히터(22)는, 기화실을 가열할 수 있도록 기화기 본체(20)와 기화기 윗덮개(21)의 양쪽에 매립되어 있다. 원료 공급관(23)은, 액체원료를 기화실 내부로 공급하는 것으로, 기화기 윗덮개(21)에 접속되어 있다.
이때, 기화실 출구에는, 기화실 내부에서 기화된 액체원료(원료가스)를 반응실측으로 보내기 위한 원료가스 수송관(15)이 접속되어 있다.
열방사 방지체(25)는, 기화실의 외벽 표면에 설치되어 있으며, 또한 기화실을 구성하는 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)보다도 열방사율이 낮은 재질로 되어 있다.
열방사 방지체(25)는, 구체적으로는 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)의 열방사율의 0.1배 이하의 열방사율을 갖는 재질로 되고 있는데, 예를 들면 유리, 폴리이미드, 섬유, 테프론, 표면이 산화된 금속, 또는 이들의 임의의 조합의 재질로 이루어져 있다.
상기한「열방사율」이란, 어떤 온도의 흑체가 발하는 열방사의 휘도(또는 발산도)에 대한, 같은 온도의 물체가 발하는 열방사의 휘도(또는 발산도)의 비율이다.
기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)는, 예를 들면 알루미늄, 구리, 또는 이들의 조합의 재질 등의 열전도성이 좋은 금속으로 되어 있다. 또한, 원료 공급관(23)은, 예를 들면 PTFE, 폴리이미드 등으로 되고 있고, 원료가스 수송관(15)은 예를 들면 스테인레스 등으로 되어 있다.
다음에, 본 실시예의 액체원료 기화장치(1)를 구비한 용액 기화 CVD 장치의 동작에 대해 BST 막을 막형성하는 경우에 관해 설명한다.
도 1을 참조하면, 액체원료 용기(2∼3) 내부의 Ba, Sr, Ti 용액 원료, 및 용기(5) 내부의 용매가 가압관(6)으로부터의 가스로 가압되어 압출된다. 압출된 액체원료 및 용매는 액체유량 제어계(7∼12)에 의해 각각 유량이 조정되면서 접속관(13)으로 유출된다. 이 접속관(13)에는, 캐리어 가스 유량제어계(12)에 의해 유량제어된 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급관(11)으로부터 미리 흐르고 있다. 이 때문에, 액체원료 및 용매는 이 캐리어 가스에 동반되어 접속관(13)을 거쳐 액체원료 기화장치(1)로 도입된다.
도 2를 참조하면, 기화실(20, 21)은, 로드 히터(22)에 의해 예를 들면 10O℃ 이상 300℃ 이하의 온도로 미리 가열되어 있다. 이 때문에, 기화실(20, 21) 내부에 분무에 의해 도입된 액체원료는, 기화실 내벽에 충돌함으로써 순간적으로 기화한다. 기화된 액체원료(원료가스)는, 기화실 출구로부터 원료가스 수송관(15)으로 배출된다.
도 1을 참조하면, 기화실에서 배출된 원료가스는, 가열히터(16)에 의해 가열된 원료가스 수송관(15)을 통해 반응실(17) 내부로 공급된다. 반응실(17) 내부로 공급된 원료가스는, 산화제 공급관(14)에 의해 공급된 산화제와 혼합된 후, 기판 히터(18)에 의해 가열된 반도체 기판(19) 상에 ??아내려져, 그것에 의해 BST 막이 반도체 기판(19) 상에 막형성된다.
반응실(17) 내부는 예를 들면 02분위기, 압력 133∼1330 Pa 정도로 되고, 기판 히터(18)의 설정온도는 400℃∼600℃로 된다. 또한, 원료의 유량 및 막형성 시간을 콘트롤함으로써, 막형성 속도 3 nm/min 정도에서 막두께 30 nm, 조성비 (Ba+Sr)/Ti = 1.0 목표로 BST 막의 막형성이 행해진다.
본 실시예의 액체원료 기화장치에서는, 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)의 외벽 표면에 열방사 방지체(25)를 설치한 것에 의해, 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)로부터의 열방사에 의한 원료 공급관(23)의 온도상승을 억제하는 것이 가능하게 되었다. 구체적으로는, 원료 공급관(23)의 온도는 종래 예의 200℃ 부근으로부터 40∼50℃에까지 저하하였다. 이에 따라, 기화실 내부에서의 기화 잔사 발생량이 저하하여, 수매 규모의 연속 막형성시의 막두께 안정성이 대폭적으로 향상되었다. 예를 들면, 고유전율 박막으로서 BST 막을 막형성한 경우, 종래의 용액 기화 CVD 장치에서는 수백매 규모의 연속 막형성에 있어서 막두께 안정성의 표준편차 σ의 값이 10% 이었던 것에 대해, 본 실시예의 용액 기화 CVD 장치에서는 그 값이 3% 이하까지 개선되었다. 또한, BST 막의 조성비 (Ba+Sr)/Ti의 안정성의 표준편차 σ가 종래예의 10%에서 5% 이하까지 개선되었다.
이때, 상기한 막두께 안정성의 표준편차 σ는, BST 뿐만 아니라, 산화 탄탈, PZT, PLZT, ST, BT 등의 고유전율 재료나, 백금, 루테늄 등의 금속재료에 있어서도 마찬가지로 3% 이하로 개선할 수 있었다. 또한, 조성비의 안정성의 표준편차 σ에 대해서는, BST 뿐만 아니라, PZT, PLZT에 관해서도 마찬가지로 5% 이하까지 개선할 수 있었다.
다음에, 상기한 막형성을 거쳐 얻어진 반도체장치의 구성의 일례에 대해 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 웨이퍼(19)에는, 다이싱 라인(19b)을 사이에 끼우고 복수의 칩 영역(19a)이 배치되어 있다. 이 웨이퍼(19)는, 이 다이싱 라인(19b)을 따라 다이싱되는 것에 의해, 복수의 칩(19a)으로 분할된다.
도 4를 참조하면, 이 칩(19a)의 각각에는, DRAM의 메모리셀이 복수개 형성되어 있으며, 각 메모리셀은 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(55)와 커패시터(61)로 이루어진 1 트랜지스터 1 커패시터 구조를 갖고 있다. 이 트랜지스터(55)는, 반도체 기판(51)의 필드산화막에 의해 분리된 표면에 형성되어 있다.
트랜지스터(55)는, 1쌍의 소스/드레인 영역(52)과, 그 1쌍의 소스/드레인 영역(52)에 끼워진 영역 상에 게이트 산화막(53)을 사이에 끼워 형성된 게이트 전극층(54)을 갖고 있다.
커패시터(61)는, 이 MOS 트랜지스터(55)의 소스/드레인 영역(52)의 한쪽에 플러그층(57)을 거쳐 전기적으로 접속되어 있다. 이 커패시터(61)는, 고유전율 재료로 이루어진 커패시터 유전체층(59)과, 그것을 사이에 끼우는 1쌍의 전극 58 및 60을 갖고 있다.
하부 전극(스토리지 노드)(58) 및 상부 전극(셀 플레이트)(60)의 적어도 어느 하나는, 예를 들면 백금 및 루테늄의 적어도 어느 하나로 되어 있다. 또한, 커패시터 유전체층(59)은, 예를 들면 산화 탄탈, PZT, PLZT, ST, BT, BST 등으로 되어 있다.
하부 전극(58), 커패시터 유전체층(59) 및 상부전극(60)의 적어도 어느 하나는, 도 1 및 도 2의 용액 기화 CVD 장치에 의해 막형성된 것이다.
도 1 및 도 2의 용액 기화 CVD 장치에 의해 막형성된 경우에는, 하부 전극(58)과 커패시터 유전체층(59)과 상부 전극(60)의 각각의 막두께 안정성의 표준편차 σ의 값이 3% 이하이다. 또한, 커패시터 유전체층(59)이 BST, PZT, PLZT의 적어도 어느 하나로 되어 있는 경우에 있어서, 도 1 및 도 2의 용액 기화 CVD 장치에 의해 막형성되는 경우에는, 막의 조성비의 안정성의 표준편차 σ가 5% 이하이다. 이때, 1개의 칩(19a) 내부에서의 상기 표준편차는, 각 막의 1개의 칩(19a) 내부의 임의의 점에서 측정된 막두께 또는 조성비에 근거하여 구해진다.
(실시예 2)
도 5를 참조하면, 본 실시예의 용액 원료 기화장치(1)에 있어서는, 원료 공급관(23)의 외주 표면을 덮도록 열흡수 방지체(26)가 부착되어 있다. 이 열흡수 방지체(26)는, 원료 공급관(23)보다도 열흡수율이 낮은 재질로 되어 있으며, 구체적으로는 원료 공급관(23)의 열흡수율의 O.1배 이하의 열흡수율을 갖는 재질로 되어 있다. 이 열흡수 방지체(26)는, 예를 들면, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인레스강, 또는 이들의 임의의 조합의 재질로 이루어져 있다. 상기한 「열흡수율」이란, 물체에 입사된 열에너지에 대한 그 물체가 흡수한 열에너지의 비율이다.
이때, 이 이외의 구성에 대해서는, 전술한 실시예 1의 구성과 거의 동일하기 때문에, 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부착하여, 그것의 설명을 생략한다.
또한, 이 액체원료 기화장치(1)를 구비한 용액 기화 CVD 장치의 구성에 관해서도 도 1에 나타낸 구성과 동일하며, 그 CVD 장치에 의해 제조된 반도체장치의 일례에 관해서도 도 3 및 도 4에 나타낸 실시예 1의 구성과 거의 동일하다.
본 실시예에서는, 원료 공급관(23)의 외주 표면을 덮도록 열흡수 방지체(26)가 설치되어 있다. 이 열흡수 방지체(26)는, 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)로부터 방사된 흡수하기 어렵다. 이 때문에, 원료 공급관(23)은, 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)로부터의 열을 받기 어렵게 되어, 원료 공급관(23)의 온도상승을 억제하는 것이 가능하게 되었다. 구체적으로는 원료 공급관(23)의 온도가 종래의 200℃ 부근으로부터 40∼50℃까지 저하하였다. 이에 따라, 기화실 내부에서의 기화 잔사 발생량이 저하하여, 수백매 규모의 연속 막형성시의 막두께 안정성이 대폭적으로 향상하였다. 예를 들면, 고유전율 박막의 BST 막을 막형성한 경우, 종래의 CVD 장치에서는 수백매 정도의 연속 막형성에 있어서 막두께 안정성의 표준편차 σ의 값이 10%이었던 것에 대해, 본 실시예의 용액 기화 CVD 장치에서는 그 값이 3% 이하까지 개선되었다. 또한, BST 막의 조성비 (Ba+Sr)/Ti의 안정성의 표준편차 σ가 종래의 10%로부터 5% 이하까지 개선되었다.
또한, 상기한 막두께 안정성의 표준편차 σ에 관해서는, BST 뿐만 아니라, 산화 탄탈, PZT, PLZT, ST, BT 등의 고유전율 재료나, 백금, 루테늄 등의 금속재료에 대해서도 마찬가지로 3% 이하까지 개선할 수 있었다. 또한, 조성비의 안정성의 표준편차 σ에 대해서는, BST 뿐만 아니라 PZT, PLZT에 관해서도 마찬가지로 5% 이하까지 개선할 수 있었다.
(실시예 3)
도 6을 참조하면, 본 실시예의 액체원료 기화장치(1)는, 원료 공급관(23)과 기화기 윗덮개(21) 사이에 위치하는 단열재(27)를 갖고 있다. 이 단열재(27)는, 누름판(30)을 통해, 고정 나사(29)에 의해 기화기 윗덮개(21)에 고정되어 있다.
단열재(27)는, 기화기 윗덮개(21)보다도 열전도도가 낮은 재질로 되고 있는데, 구체적으로는 기화기 윗덮개(21) 및 기화기 본체(20)의 열전도도의 0.1배 이하의 열전도도를 갖는 재질로 되어 있다. 이 단열재는, 예를 들면 셀룰로이드, 폴리이미드, 테프론, 불소 고무, 실리콘 고무 또는 이들의 임의의 조합의 재질로 되어 있다.
이때, 이 이외의 구성에 관해서는 전술한 실시예 1의 구성과 거의 동일하기 때문에, 동일한 부재에 관해서는 동일한 부호를 부착하여, 그것의 설명을 생략한다.
또한, 상기한 액체원료 기화장치(1)를 사용한 용액 기화 CVD 장치의 구성에 관해서도 도 1에 나타낸 실시예 1의 구성과 거의 동일하며, 그 용액 기화 CVD 장치를 사용하여 형성된 반도체장치의 일례의 구성에 대해서도 도 3 및 도 4에 나타낸 실시예 1의 구성과 거의 동일하다.
본 실시예에서는, 원료 공급관(23)과 기화기 윗덮개(21) 사이에 단열재(27)가 설치되는 것에 의해, 로드 히터(22)로 가열된 기화기 본체(20) 및 기화기 윗덮개(21)로부터의 원료 공급관(23)으로의 열전도를 억제할 수 있었다. 이에 따라, 원료 공급관(23)의 온도를 상온 레벨까지 하강시키는 것이 가능하게 되어, 막형성후의 기화실 내부에서의 기화 잔사 발생율이 저하되었다. 이 결과, 수백매 규모의 연속 막형성시의 막두께 안정성이 대폭적으로 향상되었다. 예를 들면, 고유전율 박막인 BST 막을 막형성한 경우, 종래의 용액 기화 CVD 장치에서는 수백매 규모의 연속 막형성에 있어서의 막두께 안정성의 표준편차 σ의 값이 10% 이었던 것에 대해, 본 실시예의 용액 기화 CVD 장치에서는 그 값이 3% 이하까지 개선되었다. 또한, BST 막의 조성비(Ba+Sr)/Ti의 안정성의 표준편차 σ가 종래의 10%부터 5% 이하까지 개선되었다.
또한, 막두께 안정성의 표준편차 α에 관해서는, BST 뿐만 아니라, 산화 탄탈, PZT, PLZT, ST, BT 등의 고유전율 재료나, 백금, 루테늄 등의 금속재료에 대해서도 마찬가지로 3% 이하까지 개선할 수 있었다. 또한, 조성비의 안정성의 표준편차 σ에 대해서는, BST 뿐만 아니라, PZT, PLZT에 관해서도 5% 이하까지 개선할 수 있었다.
(실시예 4)
도 7을 참조하면, 본 실시예에 있어서는, 원료 공급관(23)과 기화기 윗덮개(21)의 사이에 끼워진 단열재가 다중 구조를 갖고 있는데, 예를 들면 단열층 27a 및 27b의 2중 구조로 이루어져 있다. 단열층 27a는 고정 나사 29a에 의해 기화기 윗덮개(21)에 고정되어 있으며, 단열층 27b는 누름판(30)을 거쳐 고정 나사 29b에 의해 단열층 27a에 고정되어 있다.
또한, 이 단열층(27a, 27b)은, 기화기 윗덮개(21)보다도 열전도도가 낮은 재질로 되어 있는데, 구체적으로는 기화기 윗덮개(21) 및 기화기 본체(20)의 열전도도의 0.1배 이하의 열전도도를 갖는 재질로 되어 있다. 이 단열층(27a, 27b)은 예를 들면 셀룰로이드, 폴리이미드, 테프론, 불소 고무, 실리콘 고무 또는 이들의 임의의 조합의 재질로 되고 있다.
이때, 이 이외의 구성에 관해서는 도 6에 나타낸 실시예 3의 구성과 거의 동일하기 때문에, 동일한 부재에 관해서는 동일한 부호를 부착하여, 그것의 설명을 생략한다.
또한, 본 실시예의 액체원료 기화장치를 사용한 용액 기화 CVD 장치의 구성에 관해서는 도 1에 나타낸 실시예 1의 구성과 거의 동일하며, 이 용액 기화 CVD 장치에 의해 제조된 반도체장치의 일례의 구성에 대해서는 도 3 및 도 4에 나타낸 실시예 1의 구성과 거의 동일하다.
본 실시예에 있어서는, 단열재를 다중 구조(예를 들면 이중 구조)로 하는 것에 의해, 기화기 윗덮개(21)에 고정된 고정 나사(29a)로부터의 열방사에 의한 원료 공급관(23)의 온도상승을 억제하는 것이 가능하게 되었다. 이에 따라, 원료 공급관(23)의 온도가 상온 레벨까지 내려가, 막형성후의 기화실 내부에서의 기화 잔사 발생율이 저하하였다. 구체적으로는, 원료 공급관(23)의 온도가 200℃ 부근으로부터 20∼30℃ 레벨까지 저하되었다. 이에 따라, 기화실 내부에서의 기화 잔사 발생량이 저하하여, 수백매 규모의 연속 막형성시의 막두께 안정성이 대폭 향상되었다. 예를 들면, 고유전율 박막인 BST 막을 막형성한 경우, 종래의 용액 기화 CVD 장치에서는 수백매 규모의 연속 막형성에 있어서 막두께 안정성의 표준편차 σ의 값이10O% 이었던 것에 대해, 본 실시예의 용액 기화 CVD 장치에서는 그 값이 3% 이하까지 개선되었다. 또한, BST 막의 조성비 (Ba+Sr)/Ti의 안정성의 표준편차 σ가 종래의 10%부터 5% 이하까지 개선되었다.
더구나, 막형성시에 웨이퍼 상에 도달되는 기화 잔사에 의한 이물질수가 수백개로부터 수개 레벨까지 감소하는 효과가 보였다.
또한, 막두께 안정성의 표준편차 σ에 대해서는, BST 뿐만 아니라, 산화 탄탈, PZT, PLZT, ST, BT 등의 고유전율 재료나, 백금, 루테늄 등의 금속재료에 대해서도 마찬가지로 3% 이하로 할 수 있었다. 또한, 조성비의 안정성의 표준편차 σ에 대해서는, BST 뿐만 아니라, PZT, PLZT에 대해서도 마찬가지로 5% 이하까지 개선할 수 있었다.
이때, 상기한 각 실시예에 있어서 BST 막의 조성비는 형광 X선 분석법에 의해 평가하였다. 또한, BST 막의 막두께에 대해서는 에립소메트리에 의해 웨이퍼 주변 5mm를 제외하는 웨이퍼면 내부 49점에 관해 측정을 행하고, 그것의 평균값으로부터 연속 막형성 안정성의 표준편차를 계산하였다.
이때, 각 실시예에 있어서 반도체장치의 제조방법에 사용되는 유기금속 착체로서, 바륨, 스트론튬, 티타늄, 지르코늄, 구리, 알루미늄, 니오븀, 백금, 루테늄 또는 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다.
또한, 유기금속 착체는, DPM기를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 용매로서는, 테트라히드로푸란 이외에, 헥사플루오로아세틸아세톤이 사용되어도 좋으며, 테트라히드로푸란과 헥사플루오로아세틸아세톤의 양쪽을 포함하는 것이 사용되더라도 좋다.
이때, 실시예 1∼4의 열방사 방지체(25), 열흡수 방지체(26), 단열재(27) 및 다중 구조의 단열재(27a, 27b)는 적절히 조합하여도 좋다.
이번에 개시된 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니고 특허청구범위에 의해 표시되며, 특허청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명의 액체원료 기화장치에서는, 억제수단에 의해 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달이 억제되기 때문에, 원료 공급관의 온도상승을 억제할 수 있다. 이 때문에, 원료 공급관 부분에서 용매가 부분적으로 기화하여 유기금속 화합물의 일부가 고체로서 석출하는 것은 방지할 수 있다. 결국, 기화 잔사의 발생을 억제할 수 있다.
이에 따라, 기화 잔사가 기화실 내벽의 온도를 변화시키는 것을 방지할 수 있기 때문에, 내벽온도의 변화에 의한 막특성의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 기화 잔사가 이물질로서 막 가운데에 들어가는 것을 방지할 수 있기 때문에, 양호한 특성의 막을 얻을 수 있다.
또한, 기화 잔사가 기화실 내벽 온도를 저하시키는 것을 방지할 수 있기 때문에, 기화 잔사의 축적에 의한 악순환도 방지할 수 있고, 양호한 막질을 갖는 막을 장기간 안정적으로 얻는 것이 용이하게 된다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 억제수단은, 기화실의 원료 공급관이 접속된 외벽에 적어도 설치되고, 또한 기화실의 내벽 부분보다도 열방사율이 낮은 재료로 이루어진 열방사 방지체이다. 이 열방사 방지체에 의해, 기화실 외벽 표면으로부터 열의 방사가 방지되기 때문에, 이 방사에 의한 원료 공급관의 가열을 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 열방사 방지체의 재질은, 유리, 폴리이미드, 섬유, 테프론 및 표면이 산화된 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 되어 있다. 이들 재질이 선택되는 것에 의해, 기화실보다도 열방사 방지체의 열방사율을 낮게 할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 억제수단은, 원료 공급관의 외주 표면을 둘러싸도록 설치되고, 또한 원료 공급관보다도 열을 흡수하기 어려운 재료로 이루어진 열흡수 방지체이다. 이 열흡수 방지체에 의해, 기화실의 외벽 표면에서 방사된 열의 흡수를 방지할 수 있기 때문에, 원료 공급관의 가열을 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 열흡수 방지체의 재질은, 알루미늄, 구리, 니켈 및 스테인레스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 되어 있다. 이들 재질이 선택되는 것에 의해, 열흡수 방지체를 원료 공급관보다도 열을 흡수하기 어려운 구성으로 할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 억제수단은, 기화실과 원료 공급관 사이에 설치되고, 또한 기화실보다도 낮은 열전도도를 갖는 재질로 이루어진 단열재이다. 이 단열재에 의해, 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달을 차단할 수 있기 때문에, 원료 공급관의 가열을 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 단열재는, 다층의 단열층이 중첩된 구성을 갖고 있다. 이에 따라, 기화실로부터 원료 공급관으로의 열의 전달을 차단하는 능력이 향상되어, 원료 공급관의 가열을 더 한층 억제할 수 있다.
상기한 액체원료 기화장치에 있어서 바람직하게는, 단열재의 재질은, 셀룰로이드, 폴리이미드, 테프론, 불소 고무 및 실리콘 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 되어 있다. 이들 재질이 선택되는 것에 의해, 기화실보다도 단열재의 열전도도를 낮게 할 수 있다.
본 발명의 반도체장치에서는, 막두께 안정성의 표준편차가 3% 이하로 막두께가 안정된 커패시터 전극 또는 커패시터 유전체층을 갖는 반도체장치가 얻어진다.
상기한 반도체장치에 있어서 바람직하게는, 커패시터 유전체층의 재질은, 산화 탄탈, 티타늄산 지르코늄산 납, 티타늄산 지르코늄산 란탄 납, 티타늄산 스트론튬, 티타늄산 바륨 및 티타늄산 바륨 스트론튬으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고 있다. 이들 재질이 선택되는 것에 의해, 고유전율의 커패시터 유전체층을 얻을 수 있다.
상기한 반도체장치에 있어서 바람직하게는, 커패시터 유전체층은, 티타늄산 지르코늄산 납, 티타늄산 지르코늄산 란탄 납 및 티타늄산 바륨 스트론튬의 적어도 1개를 포함하고, 커패시터 유전체층의 조성비의 안정성의 표준편차가 5% 이하이다.이에 따라, 조성비가 안정된 커패시터 유전체층을 갖는 반도체장치를 얻을 수 있다.
상기한 반도체장치에 있어서 바람직하게는, 1쌍의 전극의 적어도 어느 하나의 재질은, 백금 및 루테늄의 적어도 어느 하나를 포함하고 있다. 이 재질이 선택되는 것에 의해, 양호한 유전율을 갖는 커패시터 유전체층을 얻을 수 있다.
본 발명의 반도체장치의 제조방법에서는, 막두께 안정성의 표준편차가 3% 이하로 막두께가 안정된 커패시터 전극 또는 커패시터 유전체층을 갖는 반도체장치를 제조할 수 있다.
상기한 반도체장치의 제조방법에 있어서 바람직하게는, 유기금속 착체는, 바륨, 스트론튬, 티타늄, 지르코늄, 구리, 알루미늄, 니오븀, 백금 및 루테늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고 있다. 이에 따라, 화학기상증착법에 의해 고유전율 재료로 이루어진 커패시터 유전체층 또는 금속을 포함하는 커패시터 전극을 형성할 수 있다.
상기한 반도체장치의 제조방법에 있어서 바람직하게는, 유기금속 착체가 디비발로일메탄기를 포함하고, 또한 기화실 내벽의 온도가 100℃ 이상 300℃ 이하로 제어되고 있다. 이에 따라, 액체원료의 기화특성을 양호하게 할 수 있다.
상기한 반도체장치의 제조방법에 있어서 바람직하게는, 용매로서, 테트라히드로푸란 및 헥사플루오로아세틸아세톤의 적어도 1개가 사용된다. 이에 따라, 액체원료의 기화특성을 양호하게 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 유기금속 착체를 용매에 용해시킨 액체원료를 기화시키는 기화장치(1)에 있어서,
    상기 액체원료를 도입하는 원료 공급관(23)과,
    상기 원료 공급관(23)에 접속되고, 또한 상기 원료 공급관(23)으로부터 도입된 상기 액체원료를 가열하여 기화시키는 기화실(20, 21)과,
    상기 기화실(20, 21) 및 상기 원료 도입관(23)의 적어도 어느 하나에 부착되고, 또한 상기 기화실(20, 21)로부터 상기 원료 공급관(23)으로의 열의 전달을 억제하는 억제수단(25, 26, 27, 27a, 27b)을 구비한 것을 특징으로 하는 액체원료 기화장치.
  2. 청구항 1의 액체원료 기화장치를 사용한 반도체 장치에 있어서,
    고유전율 재료를 포함하는 커패시터 유전체층(59)을 금속을 포함하는 1쌍의 전극(58, 60) 사이에 끼워 이루어진 커패시터(61)를 갖고,
    상기 커패시터 유전체층(59) 및 상기 1쌍의 전극(58, 60) 중에서 적어도 1개의 막두께 안정성의 표준편차가 3% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  3. 유기금속 착체를 용매에 용해시킨 액체원료를 액체원료 기화장치를 사용하여기화하여 기화 원료로 하는 공정과,
    내부에 반도체 기판을 지지하는 반응실(17) 내부에 상기 기화 원료를 도입하고, 상기 기화 원료를 사용하여 상기 반도체 기판 상에 화학기상증착법에 의해 커패시터 전극(58, 60) 및 커패시터 유전체층(59)의 적어도 어느 하나를 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 액체원료 기화장치는,
    상기 액체원료를 도입하는 원료 공급관(23)과,
    상기 원료 공급관(23)에 접속되고, 또한 상기 원료 공급관으로부터 도입된 상기 액체원료를 가열하여 기화시키는 기화실(20, 21)과,
    상기 기화실(20, 21) 및 상기 원료 공급관(23)의 적어도 어느 하나에 부착되고, 또한 상기 기화실(20, 21)로부터 상기 원료 공급관(23)으로의 열의 전달을 억제하기 위한 억제수단(25, 26, 27, 27a, 27b)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
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