(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体がほぼ筒状の気密な成膜室に、基板を保持し加熱する保持加熱手段と、該保持加熱手段を少なくとも成膜位置と搬送位置の間で昇降させる昇降機構と、成膜室の頂部より基板に向けて成膜原料ガスを噴射するガス噴射ヘッドと、成膜室の側壁の前記搬送位置に対応する高さに開口する基板搬送口と、成膜室の側壁の前記成膜位置と搬送位置の間の高さに開口する排気口とが設けられた薄膜気相成長装置において、
成膜位置にある基板保持加熱手段の周囲を取り囲んで排気ガスの流路の一部を形成した略円筒状の断熱部材が設けられ、
前記断熱部材には、内部に熱媒体を流通させる流路が形成されていて、外部からの熱媒体供給によりそれ自体を所定の温度に制御する温度制御手段が設けられ、
前記断熱部材は、前記成膜室に脱着可能に設けられていることを特徴とする薄膜気相成長装置。
【請求項２】
前記成膜室の外壁を所定の温度以下に冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を基板上に気相成長させる薄膜気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体産業における集積回路の集積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダから、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のためには、小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要である。このような大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜として、誘電率が１０以下であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に替えて、誘電率が２０程度である五酸化タンタル(Ｔa2Ｏ5)薄膜、あるいは誘電率が３００程度であるチタン酸バリウム(ＢaＴiＯ3)、チタン酸ストロンチウム(ＳrＴiＯ3)又はこれらの混合物であるチタン酸バリウムストロンチウム等の金属酸化物薄膜材料が有望視されている。
【０００３】
このような金属酸化物薄膜を基板上に気相成長させる際には、気密な成膜室の内部に配置したサセプタ（加熱保持部）上に基板を載置し、このサセプタの内部に内蔵されたヒータ等の加熱手段によって基板を所定温度に加熱しつつ、成膜室の内部に設置したシャワヘッドから原料ガスと反応ガス（酸素含有ガス）との混合ガスを基板Ｗに向けて噴射する薄膜気相成長装置が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような成膜原料の特徴として、気化後の気相維持温度範囲が狭く、気化温度より下がると凝結し、上がると分解してしまうことが挙げられる。これに対して、発明者らは反応室の内壁面を所定の温度（略気化温度）に維持制御しつつ成膜を行なう方法を提案し（特開平９−２８９６号公報）、その結果反応生成物の発生は効果的に抑制できるが、全くゼロにできる訳でなく、微細な生成物が少なからず発生付着してしまうことが判明した。
【０００５】
そこで、上記原料に対して熱分析を行った結果、例えばＢＳＴ・ＳＢＴ等の液体原料では、３種が同時に気相状態を維持できる明確で完全な温度範囲は存在せず、一部は凝結または分解してしまうことが分かった。そして、分解した原料は洗浄が困難である一方、凝結した原料は洗浄が比較的容易であることも分かった。そこで一部凝結を許容しながらも、高温での分解は避ける方法を採用することにより、上記問題の現実的な解決を図った。
【０００６】
この発明は上記に鑑み、成膜室内の壁面において成膜原料の高温での分解を避け、基板上に均一で品質の高い成膜処理を安定に行うことができるような薄膜気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、全体がほぼ筒状の気密な成膜室に、基板を保持し加熱する保持加熱手段と、該保持加熱手段を少なくとも成膜位置と搬送位置の間で昇降させる昇降機構と、成膜室の頂部より基板に向けて成膜原料ガスを噴射するガス噴射ヘッドと、成膜室の側壁の前記搬送位置に対応する高さに開口する基板搬送口と、成膜室の側壁の前記成膜位置と搬送位置の間の高さに開口する排気口とが設けられた薄膜気相成長装置において、成膜位置にある基板保持加熱手段の周囲を取り囲んで排気ガスの流路の一部を形成した略円筒状の断熱部材が設けられ、前記断熱部材には、内部に熱媒体を流通させる流路が形成されていて、外部からの熱媒体供給によりそれ自体を所定の温度に制御する温度制御手段が設けられ、前記断熱部材は、前記成膜室に脱着可能に設けられていることを特徴とする薄膜気相成長装置である。
【０００８】
これにより、断熱部材が保持加熱手段からの熱の輻射を抑制し、成膜室の内壁等が原料の分解温度以上に加熱されるのを防止する。従って、原料がこれらの箇所で分解して付着することが防止される。これらの箇所に原料が凝結した場合には、所定の方法で洗浄してこれを除去し、装置の稼動を継続する。前記断熱部材は、石英、ステンレス、セラミックス等の断熱材により形成するのが好ましい。
【０００９】
ここで、前記温度制御手段は、例えば、前記断熱部材に形成された媒体流路と、外部にて所定の温度に制御された媒体を供給する熱媒体供給手段とを有するように構成する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記成膜室の外壁を所定の温度以下に冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装置である。前記成膜室には、排気口より下部で且つ搬送口より上部に前記断熱部材を支持するための支持部材を設けるとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、この薄膜気相成長装置は、全体がほぼ筒状の気密な成膜室１０に、基板Ｗを保持し加熱する基板保持加熱手段１２と、該基板保持加熱手段１２を少なくとも成膜位置（上限）と搬送位置（下限）の間で昇降させる昇降機構１４と、成膜室１０の頂部より基板Ｗに向けて成膜原料ガスを噴射するガス噴射ヘッド１６と、成膜室１０の側壁１８の搬送位置に対応する高さに開口する基板搬送口２０と、成膜室１０の側壁１８の成膜位置と搬送位置の間の高さに開口する排気口２２とが設けられて構成されている。排気口２２と基板搬送口２０はそれぞれ周方向所定の位置に１つづつが設けられている。
【００１２】
基板保持加熱手段１２は、内部にヒータ（加熱手段、図示略）を有する円板状のサセプタ２４と、これを昇降機構１４に連結する支柱２６を有している。サセプタ２４の基板外側の縁部にはここでの反応による付着を防止する環状の防着板２８が取り付けられている。ガス噴射ヘッド１６は、基板Ｗよりやや大きい円板状で複数のノズル孔３０が均等に分散配置されたノズル盤３２を有し、また、この例では内部に原料ガスと反応ガス（例えば酸化ガス）の混合空間を有しているとともに、ノズル孔３０や混合空間を熱媒体により所定温度に維持するためのジャケット（温度制御手段）３４が設けられている。
【００１３】
成膜室１０は、円筒状の側壁１８と、中央に基板昇降機構１４を取り付ける開口部が形成された底板３６と、天板を兼ねるガス噴射ヘッド１６及び、側壁１８とヘッドの間のテーパ部を形成するテーパブロック３８から気密に構成され、必要箇所にはシール部材であるＯリング４０やベローズ４２が配され、搬送口２０には図示しないゲートが設けられている。この例では、側壁１８や底板３６には温度制御手段である熱媒体流路は形成されていない。
【００１４】
成膜室１０には、基板保持加熱手段１２の昇降経路を取り囲むように筒状の断熱部材４４が設けられている。この断熱部材は、石英、ステンレス、セラミックス等の断熱材により、その下部に張り出して取り付けられた環状板４６と一体に構成されている。そして、成膜室１０の側壁１８内面の、排気口より下部で且つ搬送口より上部の位置に形成された環状突起４８に載せられて取り付けられている。従って、頂部のシャワヘッド１６とテーパブロック３８を取り外すことにより、これを持ち上げて簡単に成膜室１０からの除去や交換等が行える。
【００１５】
以上のように構成した薄膜気相成長装置の作用を説明する。サセプタ２４を、図１において２点鎖線で示す搬送位置に置いて、これに基板搬送口２０より基板Ｗを置き、昇降機構１４によりこれを図１に示す成膜位置まで上昇させる。サセプタ２４により基板Ｗを成膜温度まで昇温し、熱媒体により所定温度に維持されたシャワヘッド１６より原料ガスと反応ガスの混合ガスを噴射する。
【００１６】
噴射された原料ガスと反応ガスは基板Ｗ上で反応して成膜し、反応済みガスは基板Ｗ上を放射状に流れて成膜室１０の側壁１８と断熱部材４４により形成された排気流路Ｐに流れ、排気口２２より排気される。ここで、断熱部材４４及び環状板４６により反応ガスの流路が限定され、サセプタ２４の裏側や成膜室１０下部の昇降機構１４等には流れにくくなっているので、これらの箇所での付着やそれに起因する汚染等が防止される。
【００１７】
成膜反応の間、断熱部材４４が保持加熱手段１２からの熱の輻射を抑制し、成膜室１０の側壁１８等が原料の分解温度以上に加熱されるのを防止する。従って、原料がこれらの箇所で分解して付着することが防止される。これらの箇所に原料が凝結した場合には、成膜室１０の頂部のシャワヘッド１６やテーパブロック３８を外して、所定の方法で洗浄してこれらの箇所を除去し、装置の稼動を継続する。
【００１８】
図２に示すのは、この発明の第２の実施の形態の薄膜気相成長装置である。この実施の形態では、断熱部材４４を単純な筒状とし、成膜室１０の側壁１８内面に設けた支持板５０の環状溝５２に着脱自在に取り付けている。この実施の形態では、形状が単純・コンパクトになるため、断熱部材４４の製作が容易になるばかりでなく、除去や交換も一層容易となる。特に、成膜条件に応じて断熱部材４４の材質を変更する場合に便利である。
【００１９】
図３に示すのは、この発明の他の実施の形態であり、ここでは、断熱部材４４の内部にオイル等の熱媒体を流通させる流路５４が形成されている。これには、成膜室１０の側壁１８を挿通して、外部の供給手段より所定温度の熱媒体を供給する熱媒体供給配管５６及び戻り配管が連通して設けられている。この実施の形態においては、加熱保持部材から受ける輻射熱を熱媒体で吸収するので、成膜室１０の側壁１８の温度上昇抑制機能がより高い。
【００２０】
図４に示すのは、この発明のさらに他の実施の形態であり、ここでは、側壁１８や昇降フランジ６０が保持加熱手段１２によって加熱されるのを極力防止するために、冷却手段を構成する側壁１８のジャケット５８及び底板３６に固定される昇降フランジ６０にもジャケット５９が形成されているものである。これにより、断熱部材４４の遮熱機能に加え、より確実に成膜室１０の内壁の温度を成膜反応以下に保つ機能が確保されている。更には、シール部品の耐久性や作業者の安全性等の向上にも寄与している。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、断熱部材が保持加熱手段からの熱の輻射を抑制し、成膜室の内壁等が原料の分解温度以上に加熱されるのを防止する。従って、原料がこれらの箇所で分解して付着することが防止され、基板上に均一で品質の高い成膜処理を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の薄膜気相成長装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の薄膜気相成長装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の薄膜気相成長装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の薄膜気相成長装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    成膜室
１２    サセプタ（基板保持加熱手段）
１４    昇降機構
１６    ガス噴射ヘッド
１８    側壁
２０    基板搬送口
２２    排気口
３０    噴射ノズル
３２    ノズル盤
４４    断熱部材
５９    ジャケット
６０    昇降フランジ
Ｐ    流路
Ｍ    混合空間
Ｗ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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