KR20230072480A - 성막 방법 - Google Patents
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Abstract
성막 방법은, 제1 성막 공정과, 제2 성막 공정과, 제3 성막 공정을 포함한다. 제1 성막 공정에서는, 제1 도전막 상에 유전체막이 성막된다. 제2 성막 공정에서는, 유전체막 상에 금속 산화물막이 성막된다. 또한, 제2 성막 공정에서는, 유기 금속 화합물의 증기와, 가열된 산소 가스를 사용해서 금속 산화물막이 성막된다. 제3 성막 공정에서는, 금속 산화물막 상에 제2 도전막이 성막된다.
Description
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태는, 성막 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는, 산화지르코늄막 및 산화티타늄막이 질화티타늄의 전극 사이에 끼워진 구조의 캐패시터가 개시되어 있다. 하기 특허문헌 1에서는, 전구체로서 TTIP(티타늄테트라이소프로폭시드: Ti(OCHMe2)4), 산화 가스로서 오존 가스를 사용하여, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해 산화지르코늄막 상에 산화티타늄막이 성막된다.
본 개시는, 누설 전류가 작은 캐패시터를 제조할 수 있는 성막 방법을 제공한다.
본 개시의 일 측면은, 성막 방법이며, 제1 성막 공정과, 제2 성막 공정과, 제3 성막 공정을 포함한다. 제1 성막 공정에서는, 제1 도전막 상에 유전체막이 성막된다. 제2 성막 공정에서는, 유전체막 상에 금속 산화물막이 성막된다. 또한, 제2 성막 공정에서는, 유기 금속 화합물의 증기와, 가열된 산소 가스를 사용해서 금속 산화물막이 성막된다. 제3 성막 공정에서는, 금속 산화물막 상에 제2 도전막이 성막된다.
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태에 따르면, 누설 전류가 작은 캐패시터를 제조할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 4는 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 5는 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 6은 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 7은 산소 가스의 온도와 금속 산화물막의 막 두께의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 금속 산화물막의 막 두께와 누설 전류의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서의 성막 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 4는 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 5는 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 6은 캐패시터의 제조 과정의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 7은 산소 가스의 온도와 금속 산화물막의 막 두께의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 금속 산화물막의 막 두께와 누설 전류의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
이하에, 개시되는 성막 방법의 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해, 개시되는 성막 방법이 한정되는 것은 아니다.
그런데, 산화지르코늄막 등의 유전체막 상에 산화티타늄막 등의 금속 산화물막을 성막할 때 사용되는 오존 가스는, 산화력이 강하기 때문에, 산화지르코늄막이나 산화지르코늄막의 하층의 도전막도 산화되어버린다. 산화지르코늄막의 하층의 도전막이 산화되면, 도전막의 도전성이 저하되어, 캐패시터로서의 용량이 저하되거나, 캐패시터로서의 기능이 상실되는 경우가 있다.
그래서, 본 개시는, 누설 전류가 작은 캐패시터를 제조할 수 있는 기술을 제공한다.
[성막 방법 및 성막 장치]
도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에서의 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 1의 흐름도에 예시된 처리는, 예를 들어 도 2에 도시되는 성막 장치(100)에 의해 실행된다. 도 2는, 본 개시의 일 실시 형태에서의 성막 장치(100)의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
본 실시 형태에서의 성막 장치(100)는, 예를 들어 알루미늄 등에 의해 원통 형상 혹은 상자 형상으로 성형된 처리 용기(1)를 갖는다. 처리 용기(1) 내에는, 기판(W)이 적재되는 적재대(3)가 마련되어 있다. 적재대(3)는, 그래파이트판 혹은 실리콘 카바이드로 덮인 그래파이트판 등의 카본 소재, 질화알루미늄 등의 열전도성이 좋은 세라믹스 등에 의해 구성되어 있다.
적재대(3)의 외주측에는, 예를 들어 알루미늄 등에 의해 적재대(3)를 덮도록 대략 원통체상으로 형성된 커버 부재(13)가 마련되어 있다. 커버 부재(13)의 상단에는, 예를 들어 L자상으로 수평 방향으로 굴곡된 굴곡부(14)가 형성되어 있다. 적재대(3)와 커버 부재(13)로 둘러싸인 공간은, 퍼지실(15)을 구성한다. 굴곡부(14)의 상면은, 적재대(3)의 상면과 실질적으로 동일한 평면 상에 있고, 적재대(3)의 외주로부터 이격되어 있다. 적재대(3)와 굴곡부(14)의 간극에는, 연결 막대(12)가 삽입 관통되어 있다. 적재대(3)는, 커버 부재(13)의 상부 내벽으로부터 연장되는 3개의 지지 암(4)에 의해 지지되어 있다. 도 2에는, 3개의 지지 암(4) 중, 2개가 도시되어 있다.
적재대(3)의 하방에는, 복수개(예를 들어 3개)의 L자상의 리프터 핀(5)이 링상의 지지 부재(6)로부터 상방으로 돌출되도록 마련되어 있다. 도 2에는, 3개의 리프터 핀(5) 중, 2개가 도시되어 있다. 지지 부재(6)는, 처리 용기(1)의 저부로부터 관통해서 마련된 승강 로드(7)에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 승강 로드(7)는, 처리 용기(1)의 하방에 마련되는 액추에이터(10)에 의해 상하로 구동된다.
적재대(3)의 리프터 핀(5)에 대응하는 부분에는, 적재대(3)를 관통하는 구멍(8)이 마련되어 있다. 액추에이터(10)가 승강 로드(7) 및 지지 부재(6)를 통해서 리프터 핀(5)을 상승시킴으로써, 리프터 핀(5)을 구멍(8)에 삽입 관통시켜서 기판(W)을 들어 올릴 수 있다. 승강 로드(7)의 처리 용기(1)에의 삽입 부분은, 벨로우즈(9)로 덮여 있어, 승강 로드(7)의 처리 용기(1)에의 삽입 부분으로부터 처리 용기(1) 내에의 외기의 침입이 방지된다.
적재대(3)의 주연부에는, 기판(W)의 주연부를 보유 지지하고, 기판(W)을 적재대(3)측에 고정하기 위해서, 기판(W)의 윤곽 형상을 따른 대략 링상의 클램프 링(11)이 마련되어 있다. 클램프 링(11)은, 예를 들어 질화알루미늄 등의 세라믹스로 구성되어 있다. 클램프 링(11)은, 연결 막대(12)를 통해서 지지 부재(6)에 연결되어 있고, 리프터 핀(5)과 일체적으로 승강하도록 되어 있다. 리프터 핀(5)이나 연결 막대(12) 등은 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성되어 있다.
링상의 클램프 링(11)의 내주측의 하면에는, 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 배치된 복수의 접촉 돌기(16)가 형성되어 있다. 기판(W)을 클램프할 때는, 접촉 돌기(16)의 하단면이, 기판(W)의 주연부의 상면과 맞닿아서 기판(W)을 압박함으로써, 기판(W)이 클램프된다. 인접하는 접촉 돌기(16)의 사이의 간극(17)은, 적재대(3) 아래의 퍼지실(15)에 연통하고 있다.
클램프 링(11)의 외주연부와, 커버 부재(13)의 굴곡부(14)의 사이의 간극(18)은, 퍼지실(15)에 연통하고 있다. 퍼지실(15) 내에 공급된 불활성 가스는, 클램프 링(11)의 인접하는 접촉 돌기(16)의 사이의 간극(17)과, 클램프 링(11)과 굴곡부(14)의 사이의 간극(18)으로부터 처리 공간 내에 흐른다.
처리 용기(1)의 저부에는, 퍼지실(15) 내에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부(19)가 마련되어 있다. 가스 공급부(19)는, 노즐(20), 가스 공급원(21), 배관(22), MFC(Mass Flow Controller)(23), 밸브(24) 및 밸브(25)를 갖는다. 노즐(20)은, 예를 들어 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 퍼지실(15) 내에 공급한다. 가스 공급원(21)은, 예를 들어 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 공급원이다. 배관(22)은, 가스 공급원(21)으로부터 노즐(20)에 불활성 가스를 유도한다. 배관(22)에는, 유량 제어기로서의 MFC(23), 밸브(24) 및 밸브(25)가 마련되어 있다. 불활성 가스로서는, 아르곤 가스 대신에 질소 가스나 헬륨 가스 등의 다른 희가스가 사용되어도 된다.
처리 용기(1)의 저부의 적재대(3) 바로 아래 위치에는, 석영 등에 의해 형성된 투과창(30)이 기밀하게 마련되어 있다. 투과창(30)의 하방에는, 투과창(30)을 둘러싸도록 상자 형상의 가열실(31)이 마련되어 있다. 가열실(31) 내에는, 복수의 램프(32)가, 반사경도 겸하는 회전대(33)에 설치되어 있다. 회전대(33)는, 가열실(31)의 저부에 마련된 모터(34)에 의해 회전된다. 이에 의해, 램프(32)로부터 방출된 열선이 투과창(30)을 투과해서 적재대(3)의 하면에 조사되어, 적재대(3)가 가열된다.
또한, 처리 용기(1)의 저부의 주연부에는, 배기구(36)가 마련되고, 배기구(36)에는 배기관(37)이 접속되어 있다. 배기관(37)에는, 도시하지 않은 진공 펌프 등의 배기 장치가 접속되어 있다. 배기구(36) 및 배기관(37)을 통해서 처리 용기(1) 내의 가스를 배기함으로써, 처리 용기(1) 내를 미리 정해진 진공도로 유지할 수 있다. 또한, 처리 용기(1)의 측벽에는, 기판(W)을 반입 및 반출하기 위한 개구(39)가 형성되어 있다. 개구(39)는, 게이트 밸브(38)에 의해 개폐된다.
또한, 적재대(3)와 대향하는 처리 용기(1)의 천장부에는, 가스를 처리 용기(1) 내에 도입하기 위해서 샤워 헤드(40)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(40)는, 예를 들어 알루미늄 등에 의해 구성되며, 내부에 공간(41a)을 갖는 본체(41)를 갖는다. 본체(41)의 천장부에는 가스 도입구(42)가 마련되어 있다. 가스 도입구(42)에는, 배관(51)을 통해서, 성막의 처리에 사용되는 가스를 공급하는 가스 공급부(50)가 접속되어 있다.
본체(41)의 저부에는, 본체(41) 내에 공급된 가스를 처리 용기(1) 내의 처리 공간에 방출하기 위한 다수의 가스 구멍(43)이 전체면에 걸쳐서 배치되어 있어, 기판(W)의 전체면에 가스를 방출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본체(41)의 공간(41a) 내에는, 다수의 관통 구멍(45)이 형성된 확산판(44)이 마련되어 있어, 기판(W)의 표면에, 보다 균등하게 가스를 공급 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 처리 용기(1)의 측벽 내, 및 샤워 헤드(40)의 측벽 내 등에는, 온도 조정을 위한 히터(46) 및 히터(47)가 마련되어 있다. 히터(46) 및 히터(47)에 의해, 처리 용기(1) 내에 공급된 가스와 접촉하는 벽면을 미리 정해진 온도로 유지할 수 있게 되어 있다.
가스 공급부(50)는, 저류부(53), 저류부(54), 가스 공급원(55) 및 가스 공급원(56)을 갖는다. 저류부(53)는, 니켈(Ni) 원료를 저류한다. 본 실시 형태에서, 니켈 원료는, 예를 들어 (EtCp)2Ni(Bis(ethylcyclopentadienyl)nickel)이다. (EtCp)2Ni에는, 전이 금속인 니켈이 포함되어 있다. 또한, (EtCp)2Ni에는, 시클로펜타디에닐기가 포함되어 있다. (EtCp)2Ni는, 유기 금속 화합물의 일례이다. 저류부(54)는, 지르코늄(Zr) 원료를 저류한다. 본 실시 형태에서, 지르코늄 원료는, 예를 들어 TEMAZ(테트라키스에틸메틸아미노지르코늄)이다. 가스 공급원(55)은, 처리 용기(1) 내에 공급되는 가스의 희석 등에 사용되는 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 공급원이다. 가스 공급원(56)은, 금속을 산화시키기 위한 산소 가스의 공급원이다.
가스 공급원(55)은, 밸브(62), MFC(61) 및 밸브(63)를 통해서 배관(51)에 접속되어 있다. 또한, 배관(51)에는, 배관(58)을 통해서 저류부(53)가 접속되어 있다. 또한, 배관(51)에는, 배관(59)을 통해서 저류부(54)가 접속되어 있다. 또한, 배관(51)에는, 배관(60)을 통해서 가스 공급원(56)이 접속되어 있다. 배관(60)에는, MFC(82), 밸브(83), 밸브(84) 및 가열부(88)가 마련되어 있다. 가열부(88)는, 가스 공급원(56)으로부터 공급되는 산소 가스를, 예를 들어 150℃ 이상 350℃ 이하의 범위 내의 온도로 가열한다.
또한, MFC(82)와 가열부(88)의 사이의 배관(60)과, 배관(51)의 사이에는, 배관(68)이 마련되어 있다. 배관(68)에는, 밸브(65), 오조나이저(66) 및 밸브(67)가 마련되어 있다. 오조나이저(66)는, 가스 공급원(56)으로부터 공급된 산소 가스로부터 오존 가스를 생성한다. 오조나이저(66)에 의해 생성된 오존 가스는, 밸브(67) 및 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다.
저류부(53)에는, 배관(70)을 통해서 아르곤 가스 등의 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급원(69)이 접속되어 있다. 배관(70)에는, MFC(71), 밸브(72) 및 밸브(73)가 마련되어 있다. 저류부(54)에는, 배관(75)을 통해서 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급원(74)이 접속되어 있다. 배관(75)에는, MFC(76), 밸브(77) 및 밸브(78)가 마련되어 있다.
저류부(53)에는 히터(80)가 마련되어 있고, 저류부(53)에 저류된 니켈 원료는, 히터(80)에 의해 가열된 상태에서, 버블링에 의해 처리 용기(1)에 공급되도록 되어 있다. 저류부(54)에는 히터(81)가 마련되어 있고, 저류부(54)에 저류된 지르코늄 원료는, 히터(81)에 의해 가열된 상태에서, 버블링에 의해 처리 용기(1)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 기화된 니켈 원료나 지르코늄 원료가 유통하는 배관, MFC 및 밸브 등도, 도시하지 않은 히터에 의해 가열되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 니켈 원료 및 지르코늄 원료가 버블링에 의해 기화된 후에 MFC에 의해 그 유량이 제어되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 니켈 원료 및 지르코늄 원료는, 액체의 상태로 MFC에 의해 그 유량이 제어되고, 유량이 제어된 니켈 원료 및 지르코늄 원료가 버블링에 의해 기화되어서 처리 용기(1) 내에 공급되어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서, 니켈 원료, 지르코늄 원료 및 산소 가스는, 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 니켈 원료, 지르코늄 원료 및 산소 가스는, 각각 별도의 배관을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급되어도 된다.
처리 용기(1)의 측벽 상부에는, NF3 가스나 ClF3 가스 등의 클리닝 가스를 도입하는 가스 도입부(85)가 마련되어 있다. 가스 도입부(85)에는, 클리닝 가스를 공급하는 배관(86)이 접속되어 있다. 배관(86)에는, 리모트 플라스마 발생부(87)가 마련되어 있다. 배관(86)을 통해서 공급된 클리닝 가스는, 리모트 플라스마 발생부(87)에 의해 플라스마화되어, 클리닝 가스의 플라스마가 가스 도입부(85)를 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내가 클리닝된다. 또한, 가스 도입부(85)를 배관(51)에 접속하여, 클리닝 가스의 플라스마를 샤워 헤드(40)를 통해서 처리 용기(1) 내에 공급하도록 해도 된다. 또한, 클리닝 가스로서는, NF3 가스나 ClF3 가스 이외에, F2 가스를 사용할 수도 있다. 또한, 클리닝 가스로서 ClF3 가스를 사용한 경우에는, 리모트 플라스마를 사용하지 않고, 플라즈마리스의 열 클리닝을 행해도 된다.
성막 장치(100)는 마이크로프로세서 등을 갖는 프로세스 컨트롤러(90)를 갖고 있어, 성막 장치(100)의 각 구성부가 프로세스 컨트롤러(90)에 의해 제어된다. 프로세스 컨트롤러(90)에는, 오퍼레이터가 성막 장치(100)의 각 구성부를 관리하기 위한 커맨드를 입력하기 위한 키보드나, 성막 장치(100)의 각 구성부의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 포함하는 유저 인터페이스(91)가 접속되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(90)에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(90)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나 처리 레시피 등을 저장하는 기억부(92)가 접속되어 있다.
프로세스 컨트롤러(90)는, 유저 인터페이스(91)를 통해서 입력된 지시 등에 따라, 미리 기억부(92) 내에 저장된 처리 레시피 등을 판독한다. 그리고, 프로세스 컨트롤러(90)는, 판독된 처리 레시피 등에 따라서 성막 장치(100)의 각 부를 제어함으로써, 성막 장치(100)에 미리 정해진 처리를 실행시킨다.
도 1로 돌아가서 설명을 계속한다. 먼저, 게이트 밸브(38)가 개방되어, 예를 들어 도 3에 도시되는 제1 도전막(200)을 갖는 기판(W)이 처리 용기(1) 내에 반입되어, 적재대(3) 상에 적재된다. 본 실시 형태에서, 제1 도전막(200)은, 예를 들어 질화티타늄이다. 또한, 제1 도전막(200)은, 텅스텐, 질화텅스텐, 질화탄탈, 질화바나듐 또는 금속 루테늄 등이어도 된다. 그리고, 게이트 밸브(38)가 폐쇄된다. 그리고, 처리 용기(1) 내에 산화지르코늄막의 성막에 사용되는 지르코늄 원료의 증기가 공급된다(S10).
스텝 S10에서는, 밸브(77) 및 밸브(78)가 개방되어, MFC(76)에 의해 미리 정해진 유량의 캐리어 가스가 저류부(54) 내에 공급된다. 이에 의해, 지르코늄 원료가 기화되고, MFC(76)에 의해 유량이 제어된 캐리어 가스에 따른 유량의 지르코늄 원료의 증기가, 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 제1 도전막(200)의 표면에 지르코늄 원료의 분자가 흡착된다. 그리고, 밸브(77) 및 밸브(78)가 폐쇄된다.
스텝 S10의 주된 조건은 이하와 같다.
처리 용기(1) 내의 압력: 1Torr
기판(W)의 온도: 250℃
처리 시간: 5초
이어서, 기판(W)의 표면이 퍼지된다(S11). 스텝 S11에서는, 밸브(62) 및 밸브(63)가 개방되어, MFC(61)에 의해 미리 정해진 유량의 불활성 가스가 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 제1 도전막(200)의 표면에 과잉으로 흡착된 지르코늄 원료의 분자가 제거된다. 그리고, 밸브(62) 및 밸브(63)가 폐쇄된다.
스텝 S11의 주된 조건은 이하와 같다.
처리 용기(1) 내의 압력: 1Torr
기판(W)의 온도: 250℃
불활성 가스의 유량: 500sccm
처리 시간: 10초
이어서, 기판(W)의 표면에 산화 가스가 공급된다(S12). 스텝 S12에서는, 밸브(83), 밸브(65) 및 밸브(67)가 개방되어, MFC(82)에 의해 미리 정해진 유량의 산소 가스가 오조나이저(66)에 공급된다. 오조나이저(66)는, 공급된 산소 가스로부터 오존 가스를 생성하고, 생성된 오존 가스를 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이에 의해, 제1 도전막(200)의 표면에 흡착된 지르코늄 원료의 분자가 산화되어, 제1 도전막(200)의 표면에 산화지르코늄막이 성막된다. 그리고, 밸브(83), 밸브(65) 및 밸브(67)가 폐쇄된다.
스텝 S12의 주된 조건은 이하와 같다.
처리 용기(1) 내의 압력: 1Torr
기판(W)의 온도: 250℃
산소 가스의 유량: 500sccm
오존 가스의 농도: 100g/m3
처리 시간: 10초
이어서, 기판(W)의 표면이 다시 퍼지된다(S13). 스텝 S13에서는, 밸브(62) 및 밸브(63)가 개방되어, MFC(61)에 의해 미리 정해진 유량의 불활성 가스가 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 제1 도전막(200)의 표면에 과잉으로 적층된 산화지르코늄막이 제거된다. 그리고, 밸브(62) 및 밸브(63)가 폐쇄된다. 스텝 S13의 주된 조건은, 스텝 S11의 주된 조건과 마찬가지이다.
이어서, 스텝 S10 내지 S13이 미리 정해진 횟수 실행되었는지 여부가 판정된다(S14). 스텝 S14에서의 미리 정해진 횟수란, 제1 도전막(200) 상에 미리 정해진 막 두께의 산화지르코늄막이 성막되는 횟수이다. 스텝 S10 내지 S13이 미리 정해진 횟수 실행되지 않은 경우(S14: "아니오"), 다시 스텝 S10에 나타내진 처리가 실행된다. 스텝 S10 내지 S14의 처리는, 제1 성막 공정의 일례이다.
한편, 스텝 S10 내지 S13이 미리 정해진 횟수 실행되었을 경우(S14: "예"), 예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 도전막(200) 상에 미리 정해진 막 두께의 유전체막(201)이 성막된다. 본 실시 형태에서, 유전체막(201)은, 예를 들어 산화지르코늄막이다. 그리고, 처리 용기(1) 내에 산화니켈막의 성막에 사용되는 니켈 원료의 증기가 공급된다(S15).
스텝 S15에서는, 밸브(72) 및 밸브(73)가 개방되어, MFC(71)에 의해 미리 정해진 유량의 캐리어 가스가 저류부(53) 내에 공급된다. 이에 의해, 니켈 원료가 기화되고, MFC(71)에 의해 유량이 제어된 캐리어 가스에 따른 유량의 니켈 원료의 증기가, 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 유전체막(201)의 표면에 니켈 원료의 분자가 흡착된다. 스텝 S15는, 흡착 공정의 일례이다. 그리고, 밸브(72) 및 밸브(73)가 폐쇄된다.
스텝 S15의 주된 조건은 이하와 같다.
처리 용기(1) 내의 압력: 5Torr
기판(W)의 온도: 245℃
처리 시간: 30초
이어서, 기판(W)의 표면이 퍼지된다(S16). 스텝 S16에서는, 밸브(62) 및 밸브(63)가 개방되어, MFC(61)에 의해 미리 정해진 유량의 불활성 가스가 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 유전체막(201)의 표면에 과잉으로 흡착된 니켈 원료의 분자가 제거된다. 스텝 S16은, 제1 퍼지 공정의 일례이다. 그리고, 밸브(62) 및 밸브(63)가 폐쇄된다.
스텝 S16의 주된 조건은 이하와 같다.
처리 용기(1) 내의 압력: 5Torr
기판(W)의 온도: 245℃
불활성 가스의 유량: 500sccm
처리 시간: 30초
이어서, 기판(W)의 표면에 산화 가스가 공급된다(S17). 스텝 S17에서는, 밸브(83) 및 밸브(84)가 개방되어, MFC(82)에 의해 미리 정해진 유량의 산소 가스가 가열부(88)에 공급된다. 가열부(88)에 공급된 산소 가스는, 가열부(88)에 의해 미리 정해진 온도까지 가열된다. 그리고, 가열된 산소 가스는, 배관(60) 및 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 니켈 원료의 분자가 산화되어, 유전체막(201)의 표면에 산화니켈막이 성막된다. 스텝 S17은, 반응 공정의 일례이다. 그리고, 밸브(83) 및 밸브(84)가 폐쇄된다.
스텝 S17의 주된 조건은 이하와 같다.
처리 용기(1) 내의 압력: 5Torr
기판(W)의 온도: 245℃
산소 가스의 유량: 500sccm
산소 가스의 온도: 150℃ 내지 350℃
처리 시간: 60초
여기서, 오존 가스를 사용하여, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 니켈 원료의 분자가 산화된다고 하면, 오존 가스는, 산소 가스보다도 산화력이 강하기 때문에, 유전체막(201)의 하층의 제1 도전막(200)도 산화시켜버리는 경우가 있다. 제1 도전막(200)이 산화하면, 제1 도전막(200)의 도전성이 저하되어, 캐패시터로서의 용량이 저하되거나, 캐패시터로서의 기능이 상실되는 경우가 있다.
이에 대해, 본 실시 형태에서는, 스텝 S17에서, 오존 가스가 아니라 가열된 산소 가스를 사용하여, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 니켈 원료의 분자가 산화된다. 이에 의해, 유전체막(201)의 하층의 제1 도전막(200)을 산화시켜버리지 않고, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 니켈 원료의 분자를 산화시킬 수 있다. 또한, 산소 가스를 가열함으로써, 산화력을 높일 수 있어, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 니켈 원료의 분자를 보다 단시간에 산화시킬 수 있다.
또한, 유전체막(201)의 성막에서의 스텝 S12에서, 오존 가스가 사용되지만, 스텝 S12의 처리 시간은 짧기 때문에, 제1 도전막(200)은 거의 산화되지 않는다.
이어서, 기판(W)의 표면이 다시 퍼지된다(S18). 스텝 S18에서는, 밸브(62) 및 밸브(63)가 개방되어, MFC(61)에 의해 미리 정해진 유량의 불활성 가스가 배관(51)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이에 의해, 유전체막(201)의 표면에 과잉으로 적층된 산화니켈막이 제거된다. 스텝 S18은, 제2 퍼지 공정의 일례이다. 그리고, 밸브(62) 및 밸브(63)가 폐쇄된다. 스텝 S18의 주된 조건은, 스텝 S16의 주된 조건과 마찬가지이다.
이어서, 스텝 S15 내지 S18이 미리 정해진 횟수 실행되었는지 여부가 판정된다(S19). 스텝 S15 내지 S18이 미리 정해진 횟수 실행되지 않은 경우(S19: "아니오"), 다시 스텝 S15에 나타내진 처리가 실행된다. 스텝 S15 내지 S19의 처리는, 제2 성막 공정의 일례이다.
한편, 스텝 S15 내지 S18이 미리 정해진 횟수 실행되었을 경우(S19: "예"), 예를 들어 도 5에 도시하는 바와 같이, 유전체막(201) 상에 미리 정해진 막 두께의 금속 산화물막(202)이 성막된다. 본 실시 형태에서, 금속 산화물막(202)은, 예를 들어 산화니켈막이다. 그리고, 게이트 밸브(38)가 개방되어, 처리 용기(1) 내로부터 기판(W)이 반출된다.
이어서, 기판(W)은, 도전막을 성막하기 위한 도시하지 않은 성막 장치 내에 반입되어, 예를 들어 도 6에 도시하는 바와 같이, 금속 산화물막(202) 상에 제2 도전막(203)이 성막된다(S20). 스텝 S20은, 제3 성막 공정의 일례이다. 본 실시 형태에서, 제2 도전막(203)은, 예를 들어 질화티타늄이다. 또한, 제2 도전막(203)은, 텅스텐, 질화텅스텐, 질화탄탈, 질화바나듐 또는 금속 루테늄 등이어도 된다. 그리고, 본 흐름도에 나타내진 성막 방법이 종료된다.
[성막 레이트]
도 7은, 산소 가스의 온도와 금속 산화물막의 막 두께의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7의 횡축은, 도 1의 스텝 S15 내지 S18의 처리의 반복 횟수(사이클)를 나타내고 있고, 종축은, 금속 산화물막(202)의 막 두께를 나타내고 있다. 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 산소 가스를 120℃ 이상으로 가열함으로써, 산소 가스를 사용해도 금속 산화물막(202)을 성막할 수 있다.
단, 산소 가스의 온도가 120℃인 경우, 스텝 S15 내지 S18의 처리의 반복이 200사이클 실행되어도, 금속 산화물막(202)이 4Å밖에 성막되지 않는다. 그 때문에, 금속 산화물막(202)의 성막에서의 스루풋 향상의 관점에서는, 산소 가스의 온도는, 150℃ 이상으로 가열되는 것이 바람직하다.
또한, 도 7의 결과로부터 명백한 바와 같이, 산소 가스의 온도가 높아질수록 금속 산화물막(202)의 성막 레이트가 증가한다. 그러나, 니켈 원료는 350℃보다도 높은 온도에서 분해해버려, 유전체막(201)의 표면에 흡착되기 어려워진다. 이에 의해, 산소 가스가 350℃보다도 높은 온도로 가열되면, 금속 산화물막(202)의 성막 레이트가 반대로 저하되어버린다. 따라서, 산소 가스는, 150℃ 이상이면서 또한 350℃ 이하의 범위 내의 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
[누설 전류]
도 8은, 금속 산화물막(202)의 막 두께와 누설 전류의 관계의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에는, 본 실시 형태의 성막 방법에 의해 150℃로 가열된 산소 가스를 사용해서 금속 산화물막(202)이 성막된 캐패시터의 누설 전류의 값이 나타내져 있다. 또한, 도 8에는, 비교예로서, 제1 도전막(200)과 제2 도전막(203)의 사이에 유전체막(201)만이 적층되고, 금속 산화물막(202)(NiO층)을 갖지 않는 캐패시터의 누설 전류의 값이 나타내져 있다. 또한, 도 8에는, 비교예로서, 오존 가스를 사용해서 금속 산화물막(202)이 성막되었을 경우의 캐패시터의 누설 전류의 값이 나타내져 있다.
도 8로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태의 성막 방법에 의해 성막된 캐패시터의 누설 전류의 값은, 금속 산화물막(202)을 갖지 않는 캐패시터의 누설 전류의 값보다도 낮게 되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 성막 방법에 의해 성막된 캐패시터의 누설 전류의 값은, 오존 가스를 사용해서 성막된 금속 산화물막(202)을 갖는 캐패시터의 누설 전류의 값보다도 2자릿수 정도 낮게 되어 있다. 따라서, 유전체막(201)과 제2 도전막(203)의 사이에 가열된 산소 가스를 사용해서 금속 산화물막(202)을 성막함으로써, 캐패시터의 누설 전류를 억제할 수 있다.
이상, 실시 형태에 대해서 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서의 성막 방법은, 제1 성막 공정과, 제2 성막 공정과, 제3 성막 공정을 포함한다. 제1 성막 공정에서는, 제1 도전막(200) 상에 유전체막(201)이 성막된다. 제2 성막 공정에서는, 유전체막(201) 상에 금속 산화물막(202)이 성막된다. 또한, 제2 성막 공정에서는, 유기 금속 화합물의 증기와, 가열된 산소 가스를 사용해서 금속 산화물막(202)이 성막된다. 제3 성막 공정에서는, 금속 산화물막(202) 상에 제2 도전막(203)이 성막된다. 이에 의해, 누설 전류가 작은 캐패시터를 제조할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서의 제2 성막 공정에는, 흡착 공정과, 제1 퍼지 공정과, 반응 공정과, 제2 퍼지 공정이 포함된다. 흡착 공정에서는, 유전체막(201)의 표면에 유기 금속 화합물의 증기를 공급함으로써 유전체막(201)의 표면에 유기 금속 화합물의 분자가 흡착된다. 제1 퍼지 공정에서는, 유기 금속 화합물의 분자가 흡착된 유전체막(201)의 표면이 불활성 가스로 퍼지된다. 반응 공정에서는, 유기 금속 화합물의 분자가 흡착된 유전체막(201)의 표면에, 가열된 산소 가스를 공급함으로써, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 유기 금속 화합물의 분자가 산화된다. 제2 퍼지 공정에서는, 유기 금속 화합물의 분자가 산화된 유전체막(201)의 표면이 불활성 가스로 퍼지된다. 이에 의해, 유전체막(201) 상에 금속 산화물막(202)을 성막할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서의 제2 성막 공정에서는, 산소 가스가 150℃ 이상 350℃ 이하의 범위 내의 온도로 가열된다. 이에 의해, 유전체막(201)의 하층의 제1 도전막(200)을 산화시키지 않고, 유전체막(201)의 표면에 흡착된 유기 금속 화합물의 분자를 산화시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 유기 금속 화합물에는, 시클로펜타디에닐기가 포함된다. 시클로펜타디에닐기를 포함하는 유기 금속 화합물은 일반적으로 분해하기 어렵지만, 산화에 사용되는 산소 가스를 가열함으로써, 분해를 진행시켜서 금속 산화물막(202)을 충분히 산화시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 제1 도전막(200) 및 제2 도전막(203)은, 질화티타늄, 텅스텐, 질화텅스텐, 질화탄탈, 질화바나듐 또는 금속 루테늄이다. 이에 의해, 누설 전류가 작은 캐패시터를 제조할 수 있다.
[기타]
또한, 본원에 개시된 기술은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기한 실시 형태에서, 스텝 S15에서 공급되는 유기 금속 화합물에는, 전이 금속으로서 니켈이 포함되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 스텝 S15에서 공급되는 유기 금속 화합물에는, 코발트, 망간 또는 이리듐 등의 다른 전이 금속이 포함되어 있어도 된다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 스텝 S15에서는, 유기 금속 화합물로서, (EtCp)2Ni의 증기가 공급되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 스텝 S15에서는, 예를 들어 (EtCp)2Co의 증기 등, 시클로펜타디에닐기 등의 분해하기 어려운 관능기를 갖는 다른 유기 금속 화합물의 증기가 공급되어도 된다.
또한, 상기한 실시 형태에서, 유전체막(201)은, 산화지르코늄막이지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유전체막(201)은, 지르코늄, 하프늄, 알루미늄 및 티타늄의 적어도 어느 것을 포함하는 산화막이어도 된다. 또한, 유전체막(201)은, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화알루미늄 및 산화티타늄의 적어도 어느 것의 층을 포함하는 다층막이어도 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
W: 기판
100: 성막 장치
40: 샤워 헤드 50: 가스 공급부
51: 배관 53: 저류부
54: 저류부 55: 가스 공급원
56: 가스 공급원 58: 배관
59: 배관 60: 배관
61: MFC 62: 밸브
63: 밸브 65: 밸브
66: 오조나이저 67: 밸브
68: 배관 69: 캐리어 가스 공급원
70: 배관 71: MFC
72: 밸브 73: 밸브
74: 캐리어 가스 공급원 75: 배관
76: MFC 77: 밸브
78: 밸브 80: 히터
81: 히터 82: MFC
83: 밸브 84: 밸브
85: 가스 도입부 86: 배관
87: 리모트 플라스마 발생부 88: 가열부
200: 제1 도전막 201: 유전체막
202: 금속 산화물막 203: 제2 도전막
40: 샤워 헤드 50: 가스 공급부
51: 배관 53: 저류부
54: 저류부 55: 가스 공급원
56: 가스 공급원 58: 배관
59: 배관 60: 배관
61: MFC 62: 밸브
63: 밸브 65: 밸브
66: 오조나이저 67: 밸브
68: 배관 69: 캐리어 가스 공급원
70: 배관 71: MFC
72: 밸브 73: 밸브
74: 캐리어 가스 공급원 75: 배관
76: MFC 77: 밸브
78: 밸브 80: 히터
81: 히터 82: MFC
83: 밸브 84: 밸브
85: 가스 도입부 86: 배관
87: 리모트 플라스마 발생부 88: 가열부
200: 제1 도전막 201: 유전체막
202: 금속 산화물막 203: 제2 도전막
Claims (9)
- 제1 도전막 상에 유전체막을 성막하는 제1 성막 공정과,
상기 유전체막 상에 금속 산화물막을 성막하는 제2 성막 공정과,
상기 금속 산화물막 상에 제2 도전막을 성막하는 제3 성막 공정
을 포함하고,
상기 제2 성막 공정에서는,
유기 금속 화합물의 증기와, 가열된 산소 가스를 사용해서 상기 금속 산화물막이 성막되는, 성막 방법. - 제1항에 있어서, 제2 성막 공정에는,
상기 유전체막의 표면에 상기 유기 금속 화합물의 증기를 공급함으로써 상기 유전체막의 표면에 상기 유기 금속 화합물의 분자를 흡착시키는 흡착 공정과,
상기 유기 금속 화합물의 분자가 흡착된 상기 유전체막의 표면을 불활성 가스로 퍼지하는 제1 퍼지 공정과,
상기 유기 금속 화합물의 분자가 흡착된 상기 유전체막의 표면에, 가열된 산소 가스를 공급함으로써, 상기 유전체막의 표면에 흡착된 상기 유기 금속 화합물의 분자를 산화시키는 반응 공정과,
상기 유기 금속 화합물의 분자가 산화한 상기 유전체막의 표면을 불활성 가스로 퍼지하는 제2 퍼지 공정이 포함되는, 성막 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 성막 공정에서는,
산소 가스가 150℃ 이상 350℃ 이하의 범위 내의 온도로 가열되는, 성막 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물에는, 전이 금속이 포함되는, 성막 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 전이 금속은, 니켈인, 성막 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물에는, 시클로펜타디에닐기가 포함되는, 성막 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체막은, 지르코늄, 하프늄, 알루미늄 및 티타늄의 적어도 어느 것을 포함하는 산화막인, 성막 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 유전체막은, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화알루미늄 및 산화티타늄의 적어도 어느 것의 층을 포함하는 다층막인, 성막 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막은, 질화티타늄, 텅스텐, 질화텅스텐, 질화탄탈, 질화바나듐 또는 금속 루테늄인, 성막 방법.
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