TW455633B - Metal organic chemical vapor deposition apparatus and deposition method - Google Patents

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k告本， 1 i A7 ' 4 5 56 3 3 _B7 -__ 五、發明説明（1 ) 發明背最 發明領域 n I - I ---- -- --1 - <請先¾讀背面之注意事項再填窝本頁) 本發明闞於一種金靥有播化學氣相沈積（之後稱成" MOCVD〃）装置及沈積方法。更特別的是，本發明瞄 於一用於在半専體基板上沈積高介電薄膜的MOCVD裝 置，及使用此裝置的沈積方法。 先前技藝的描述 下一代的D RAM的記愠容量至少為1 Giga*而傳統 的薄膜不能提供足夠的容量。因為半導«的尺寸愈來愈小 ，三維電容器结溝，像鳍狀和圓柱狀的结構愈來愈不易製 造•因為尺寸縮小必須同時減少單元區域。 除此之外·薄膜厚度的滅少會增加霣源/漏極區（半 導S元件上的不纯區域）的泄漏霣流*且引起砍錯誤，一 種貯存在電容器中賁料被α _粒子改變或消除現象。所Μ ，不易製得一可靠的轚容器。再者，假使霣容器是形成為 禊雜的三維结構·接下來的搡作將不易進行。 經濟部中央棋準局貝工消費合作社印製 最近積極的研究是針對高介轚薄膜沈積装罝Μ施覆用 於霄容薄膜的高介電物質，像BST ( B a S r T i 0 3 )及 S r Τ ί Ο 3 。 為了製造高介霣薄膜*已使用許多的方法，包括濺镀 方法，溶膠一凝膠方法，酋射切除方法，MOCVD方法 等》其中，MOCVD方法可保證獲得一均勻薄膜及可容 易的控制薄鋇的姐成《因此，應用MOCVD方法的高介 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 455633 A7 __. _B7 — 五、發明説明（> ) 電薄膜沈積装置現巳被積捶的研究。 為了更淸楚的瞭解本發明的背景·將在此e合圃1描 述傅統MOCVD装置•及其操作程序。 如圔1所示|典型的MOCVD裝置包括一反應物原 料安瓿10，一用於输送反應物的液ffl微唧茼20 ·—蒸 發器30，~反應器70，一阱60和一真空唧茼《装於 原料安瓿1 0中的反應物是溶於溶劑中•液趙掀唧苘20 是用於输送结果液《至蒸發器3 0中，其中液骽是由另一 能涯之助加热化氣化。使用一載«氣體，像氣或氮氣將蒸 氣输送至反應器7 0中，接著蒸氣沈積在安置於反應器 7 0中的半専體基板上*以形成一薄膜。在此也需要输送 反應物的升壓氣體氤或氮。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 <請先85讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而*在II送溶於溶劑中之反應物至反應器中時•因 為溶劑的蒸發溫度遠低於反懕物的蒸發溫度，雖然沒有加 热蒸發器•溶劑比反應物分»的較快*因此含再《结反應 物。所以再凝结的反應物會阻塞蒸發器和反應器間的的薄 膜輪送管媒•因此不能固龙的供給至反應器中。结果所沈 積的薄膜品質不良。 即使當熱供應至蒸發器中以固定地維持薄膜沈積所需 之反應物蒸氣懕，溶劑也比反應物蒸發的較快’结果導致 反應物的分解。同樣地•因分解的反應物會阻塞蒸發器和 反應器間的薄膜输送管線，所K反應物不能固定地供給至 反懕器中。所K，形成一具有可信賴及優良霣性質的薄膜 本紙法尺度適用中國國家棵準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 4 5 5 6 3 3 A7 -.. B7 —_ 五、發明説明（j ) 是非常困難的。 本發明的槪要 因此，本發明的目的之一為克胆上先前技藝所面對的 問題|及提供一 MOCVD裝置•其可預防反應物在蒸發 器中再凝结及再分解。 本發明另一目的為提供一種使用此装置形成一高介霣 薄膜的方法。 依據本發明的觀念，其提供一種用於彤成高介霣薄膜 的MOCVD裝置，包括一装有溶於溶劑中之反應物的原 料安瓿，一用於輸送溶解反應物的液體激唧筒，一用於蒸 發由微唧茼_送進來的溶解反應物之蒸發器*及一用於沈 積蒸發反應物至已装載於其中之半導》基板上的反應器， 該蒸發反應物是由一載»氣臛供應至該反麽器中，其中該 反應器另外由一溶萷供應裝置供給額外量的溶劑至該蒸發 器中，Μ防止反應物在蒸發器中再凝结•成假使再凝结反 應物巳存在，可防止阻塞蒸發器和反應器間的輪送管媒。 依據本發明的另一S念，其提供一種在半専髓基板上 形成高介電薄膜的MOCVD方法，包括Μ下的步驟：供 應一已溶於溶劑中的反應物至一蒸發器中，此蒸發器另外 經由不同的供懕裝置頫外供給溶劑；蒸發蒸發器中的反懕 物；及經由一載體氣«输送蒸發的反應物至一反應器中， 其中反應物沈積在半等«基板上。 匾示籣要說明 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X W7公釐） -----^----i------ΪΤ------^ « ·(請先聞讀背面_之注意事項再填寫味頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 45 563 3 A7 -. ___B7 ，_ 五、發明説明（少） 本發明的其它目的及観念由以下的賁施例的說明和所 附的圈示將會很濟楚，其中： 圖1是一概要國示，說明傅統MOCVD的装置； 112是一概要B示，說明本發明的MOCVD裝置； 及 圈3是溶劑殘留量對蒸發器溫度所作的圖。 較佳實施例的詳细說明 本發明較佳實施钶可參考附圈獲得最佳的瞭解。 參考圈2·其顳示本發明MOCVD裝置的觀念。如 晒所示，本發明的MOCVD装置和傳統裝置相同之處在 於其包括一含有溶於溶劑中之反應物的原料安瓿1 0，一 液通微唧筒20，一用於蒸發液鱧反應物的蒸發器30， 及一用於沈稹反懕物在半導體基板上的反應器7 0，一用 於防堵因冷却所生有害氣體的肼60和一真空唧筒，不同 之處在於蒸發器30進一步装置有溶銷供應装置1〇〇, 此包括溶劑安餌40和一哂筒50。 K下將依據此圈示說明形成高介霣薄膜的程序。 反應物可使用Ba (DPM) 2 ，Sr (DPM) 2 和 Ti (OC3H7 或 Ti 〔0CHCCH3)2〕2 ( DPM是二特戊皤甲酸酯）.或含Sr ，T i及〇3的物 霣。疽痤反應物在原料安瓿1 Ο中溶於一溶劑中，然後經 由液體《唧简20_送至蒸發器 30中。經由溶劑供應 装置1 00充份的供靡異丙基胺至蒸發器30中，同時蒸 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ---------裝------—訂------^ <請先闖讀背面之注意事項再填寫本頁) 45 563 3 A7 B7 五、發明説明（) 發的反應物也输送進入。異丙基胺的目的為防止反應物在 蒸發器30中•及在蒸發器30及反應器70間的輸送管 線中再凝结。之後，使用載髏氣暖*像氧氣或氮氣*蒸發 後的反應物經由輪送管線_送至反應器7 0中，然後沈積 在一已先裝載在反應器中的半専通基板上* Μ形成一高介 霄薄膜（例如：BST或SrTi03薄膜）。 如上所述，反應物在反應器3 0中再凝結是因雖然沒 有热源供應至反應器中•但溶爾比反應物蒸發較快速的原 故（溶劑的蒸發溫度比反應物低）〇 另一方面，每一種反應物，如Ba (DPM)2 ， S r (DPM)2&Ti (OCsH?或 Ti 〔OCHC CHs ) 2〕2 (DPM) 2可經由各個獨立的原料安瓿 及液體微唧筒輪送至反應器中》 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 <請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 依捶本發明另一實施例*在高介霣薄膜沈積後，足夠 的溶朗再經由溶蜊供應装置100供應至反應器30中， Μ移去反應器中的再凝结反應殘留物· Μ防止再凝结反應 殘留物阻塞蒸發器3 0和反應器7 0間的_送管線，剩餘 的反應殘留物可由清除氣18排除·像氰及氮氣。 參考臛3，其是W於溶劑的殘留量對蒸發器的溫度作 画。如Η所示*殘留量的比例（wt%)在溫度100-600¾的範圍内依Sr· (DPM) 2 (反應物）對異丙 基胺（溶劑）的比例而不同的，溶劑愈多·則愈少的反應 殘留物剩下。現在發現，當反應物對溶劑的比例在1 : 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) 格（210X297公釐） 45 563 3 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（t ) 1 0至1 : 20的範B内的時候*殘留物幾乎不存在° 即使當溶劑對反應物的比例是高的時候*此比例也會 在液暖琨合物由原科安瓿中输送至反應器中時降低。然而 •本發明之另外供應溶劑至蒸發器中能夠維持一足夠量的 溶劑。本發明方法所得到如此低的殘留物代表再凝结反應 物的數董的減低*亦即输送管線的胆塞較少發生。 如前所述•當使用本發明的MOCVD装置形成高介 霣薄膜時·足夠董的溶劑能另外加至蒸發器中•因此 > 在 蒸發器内因溶劑的分解而產生之反應物再凝结可減少，所 以滅少了输送管嫌阻塞的間麗》 除此之外，在薄鍥沈積在半導通積板上後•可能因另 外由溶劑供應裝置供應溶劑至蒸發器中·Μ溶解殘留物而 完全排除剩餘在蒸發器中的殘留物。所Μ，可預防導致蒸 發器中的污染所造成薄隳物理性質的麥壊，而旦因反應物 潘定的供應至反應器中*所Μ可重覆生產薄膜。 此項技藝領域內的人所必須了解的是前述說明只是本 發明MOCVD裝置的較佳實施例說明，任何可依據本發 明的改變或修正皆未脫離本發明的精神和範園。 -9- 本纸張尺度逋用中國圃家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---------^------ΐτ------- ^ . · _(請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 3 3- 公告本 AS , ; B8 ff … C8 A , ΐ]二 D8 1 年 A ；) -- | 六、申請專利範圍 90. 置，包括 一裝有溶 —用於輸 —用於蒸 一種用Μ形成高介電薄膜的金靨有機化學沈積装 於溶劑中之反應物的原料安瓿1〇， 送溶解反應物的液體微唧筒2 0 ， 發由微卿茼2 0輸送進來的溶解反應物之蒸發器 3 0，及 —用於沈積蒸發反應物至已装載於其中之半導體基板上的 反應器7 0，該蒸發反應物是由一載體氣體供應至該反應 器7 0中 該金屬有 置1 0 0 止反應物 塞蒸發器 機化學沈積裝置的特徵為另外包括一溶劑供應装 ，以供給額外量的溶劑至該蒸發器3 0中，μ防 在蒸發器3 0中再凝结，及防止再凝结反應物阻 3 0和反應器7 0間的輸送管線。 2·如申請專利範圍第1項之金靨有機化學沈積装置 ，其中該反應物包括Ba(二-特戊酿甲酸酯）2 ，Sr(二-持戊 醢甲酸酯和Ti(二特戊醯甲酸酯）z 。 <猜先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第 。 園胺 範基 利丙 專異 請是 申劑 如溶 ‘ 該 3 中 其 置 装 積 沈 學 化 襪 有 屬 金 之 項 第 圍 範 利 專 請 ¢ 如 4 置 裝 積 沈 學 化 機 有 屬 金 之 項 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公« ) 45 563 3 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 7. 18 ’其中該溶劑供應裝置1 0 0包括一溶劑安瓿4 0及一唧 筒5 0。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 * —種在半導體基板上形成高介電薄膜的金屬有機 化學氣相沈積方法，包括Μ下的步驟： 提供一蒸發器和一反應器； 經由一液體微卿筒供應一已溶於溶劑中的反應物至該蒸發 器中； 另外經由一卿筒供應溶劑至蒸發器中，以防止反應物在蒸 發器中，且防止凝结的反應物姐塞蒸發器和反懕器間的輪 送管線； 蒸發蒸發器中的反應物； 及經由一載體氣體輸送蒸發的反應物至反應器中，其中蒸 發的反應物沈積在半導賭基板上，在半導體基板上形成一 薄膜；及 經由一唧茼供應溶劑至蒸發器中，Μ洗滌形成薄膜後殘留 的反應物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6·如申請專利範圍第5項之金廛有機化學氣相沈積 方法，其中該反應物包括Ba(二-特戊醯甲酸酷）2 ，Sr(二 特戊醢甲酸_)2和Ti(二-特戊醯甲酸酯。 7·如申誚專利範圍第5項之金屬有機化學氣相沈積 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 455633 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 方法，其中該溶劑是異丙基胺 年η 補乞丨 ^ 7.1 a 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 積薄 積： 金 該 物間 ο 蒸一 沈 3 沈 1 的 至 應器 1 中成 相 ο 相從 膜 物 反應： 其彤 氣 i 氣是 薄 應 止反 1 -上 學了 學例 電 反 防和從 ·，中板 化 r 化比 介 的 Μ 器是 物器基 機 S 機的 高： 中 ，發例 應應體 有及 有劑 一驟 .胺 中蒸比 反反導 屬 3 靥應 成步 基 器塞的 的至半 金 ο 金反 形述 丙 發咀胺 發物在 之i 之和 上下 異 蒸物基 蒸應， 項 T 項物 板括 於 至應丙 一反上 5 Γ 5 應 基包 溶 胺反異 生的板 第 S 第反 體，；已 基的和 產發基 圍 a 圍- 導法器 一 丙结物 ，蒸體 範 B 範中 半方應應 異凝應 物送導 利是 利器 一積反供 應止反 應輸半 專膜 專發。 在層一筒 供防中 反體在 請薄 請蒸 ο 種相和唧 筒且其 的氣積 申該 申在 2 一 氣器微 唧中體沈 如中 如中： ·學發體；一中線 ο 器載物 其 .其 1 ο 化蒸液中 由器管 2 發一應及 8 , 9 ， 至 1 機 | 一器經發送：蒸由反； .法。 法 ο 有供由發外蒸輪 1 發經的膜 方膜 方 1 屬提經蒸另在的.至蒸及發薄 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS〕A4規格（210 X 297公釐） 4 5 563 3 A8 B8 C3 D8 年K 六、申請專利範圍 中 器 發0 至 胺 基 丙 異0 ο 供物 筒應 唧反 1 的 由留 經殘 後 膜 薄 成 彤 滌 洗 % (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）