(57)【要約】  【課題】強誘電体膜の有機金属化学気相堆積法において、成膜時のパーティクル発生を抑制する。  【解決手段】支持基板(52)上に強誘電体膜(58)を成膜する方法において、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、表面の温度が前記原料の凝結温度以上に保持された複数の輸送用部材(56C,56D,70)の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程と、前記中空部分の体積がそれぞれ異なり、前記中空部分の温度が相対的に高温に保持された輸送用部材と、前記中空部分の温度が相対的に低温に保持された輸送用部材を隣接させて接続し、前記相対的に高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度と、前記相対的に低温に保持された輸送用部材の中空部分の温度との温度差を、前記相対的高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度の半分以下となるように保持する。【選択図】  図１
2006059915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属化学気相堆積法により、支持基板上に強誘電体膜を成膜する強誘電体膜の成膜方法において、
ガス状にされた強誘電体材料の原料を、中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持されている複数の輸送用部材の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程と、
前記中空部分の体積がそれぞれ異なり、前記中空部分の温度が相対的に高温に保持された輸送用部材と、前記中空部分の温度が相対的に低温に保持された輸送用部材を隣接させて接続し、
前記相対的に高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度と、前記相対的に低温に保持された輸送用部材の中空部分の温度との温度差を、前記相対的高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度の半分以下となるように保持することを特徴とする強誘電体膜の成膜方法。
【請求項２】
前記支持基板の表面温度と、前記支持基板に最も近い距離に設置された前記輸送用部材の中空部分の温度との温度差を、前記支持基板の表面温度の半分以下となるように保持する請求項１に記載の強誘電体膜の成膜方法。
【請求項３】
有機金属化学気相堆積法により、支持基板上に強誘電体膜を成膜する強誘電体膜の成膜方法において、
ガス状にされた強誘電体材料の原料を、中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持されている複数の輸送用部材の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程と、
前記中空部分の体積がそれぞれ異なり、その中空部分が相対的に高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が相対的に低圧力に保持された輸送用部材を隣接して接続し、
前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、前記相対的に低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差を、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように保持することを特徴とする強誘電体膜の成膜方法。
【請求項４】
前記支持基板が載置された雰囲気の圧力と、前記支持基板に最も近い距離に設置された前記輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差を、前記支持基板に最も近い距離に設置された前記輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように保持する請求項３に記載の強誘電体膜の成膜方法。
【請求項５】
前記支持基板が載置された雰囲気の圧力は、２．０〜５．３×１０2Ｐａの間で保持される請求項１〜４のいずれかに記載の強誘電体膜の成膜方法。
【請求項６】
前記強誘電体材料は、ビスマス層状ペロブスカイト型強誘電体あるいはペロブスカイト型強誘電体である請求項１〜５のいずれかに記載の強誘電体膜の成膜方法。
【請求項７】
支持基板上に、強誘電体膜を有機金属化学気相堆積法により成膜するための半導体装置の製造装置において、
前記半導体装置の製造装置は、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、支持基板上に輸送するための中空部分を有する複数の輸送用部材を備え、
前記複数の輸送用部材のうちの互いに隣接した、その中空部分の体積がそれぞれ異なり、その中空部分が相対的に高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が相対的に低圧力に保持された輸送用部材において、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、前記相対的に低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差が、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように制御するための圧力制御装置を備えていることを特徴とする強誘電体膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属化学気相堆積法による強誘電体薄膜の成膜方法及び強誘電体薄膜の成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体メモリは、強誘電体薄膜の高速な分極反転と残留分極とを利用する、高速書き換えが可能な不揮発性メモリである。代表的な強誘電体メモリとして、ＤＲＡＭ(dynamic random access memory)のキャパシタを強誘電体キャパシタに置き換えた、いわゆる１Ｔ（トランジスタ）１Ｃ（キャパシタ）構成のメモリがある。
【０００３】
この方式の強誘電体メモリでは、キャパシタに保持される電荷に応じてデータが保持される。そして、キャパシタに接続されたＭＩＳＦＥＴ(metal insulator Semiconductor-field effect transistor)は、データの書き込み時及び読み出し時にオン状態になり、データを保持する際にはオフ状態となっている。
【０００４】
ところで、近年、強誘電体メモリの微細化が進展し、それに伴って、セル面積も縮小している。しかし、平面的なキャパシタでは、必要な容量を確保するためには大きな面積が必要となる。このため、近年ではキャパシタをトレンチ型などの立体構造型キャパシタとすることが多くなっている。
【０００５】
図５Ａは、３次元構造の強誘電体キャパシタを有する従来の半導体記憶装置の一例を示す鉛直断面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す従来の半導体記憶装置のＩ−Ｉ線における断面図である。なお、この半導体記憶装置は、下記特許文献１に記載されている。
【０００６】
図５Ａ−Ｂに示す従来の半導体記憶装置の各メモリセルは、Ｓｉ（シリコン）基板１４１と、Ｓｉ基板１４１上に設けられたポリＳｉ層１４０と、ポリＳｉ層１４０上に設けられた第１の層間絶縁膜１２４と、第１の層間絶縁膜１２４に形成されたトレンチ内に設けられた強誘電体キャパシタＣａｐと、第１の層間絶縁膜１２４上に設けられた第２の層間絶縁膜１２１と、第２の層間絶縁膜１２１上に設けられた半導体層１１１と、半導体層１１１の一部を含み、第２の層間絶縁膜１２１上に設けられた制御用ＭＩＳＦＥＴとを備えている。
【０００７】
強誘電体キャパシタＣａｐは、第１の層間絶縁膜１２４に形成されたトレンチを覆う第１の電極１３３と、第１の電極１３３の上に設けられた強誘電体層１３２と、強誘電体層１３２の上に設けられた柱状の第２の電極１３１とから構成されている。
【０００８】
また、制御用ＭＩＳＦＥＴは、第２の電極１３１に接続されたソース１１２と、ビット線１５２に接続されたドレイン１１３と、半導体層１１１上にゲート絶縁膜（図示せず）を挟んで設けられたゲート電極１５１とを有している。
【０００９】
このように、強誘電体キャパシタが立体構造をとることにより、容量を確保しながらセル面積を低減することが可能となっている。
【００１０】
なお、従来の半導体記憶装置では、データの書き込み時に制御用ＭＩＳＦＥＴ（図示せず）を介して第１の電極１３３−第２の電極１３１間に書き込み電圧が印加される。この際に、強誘電体層１３２に抗電界以上の電界が印加されると、強誘電体層１３２の分極状態が変化し、データが書き換えられる。
【００１１】
また、データを読み出す際には、制御用ＭＩＳＦＥＴを導通状態にし、ビット線１５２に流れる電流を検出する。メモリセルから流れる電流は強誘電体層１３２の分極状態により異なるので、ビット線１５２に流れる電流を検出することで、保持されたデータを読み出すことができる。
【００１２】
この立体構造型強誘電体キャパシタを構成する強誘電体膜を成膜するための方法としては、例えば特許文献２に記載されている有機金属化学気相堆積法が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−５６１４８号公報
【特許文献２】特開平６−２８００２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高い特性を有する立体構造型キャパシタを形成するためには、段差形状の上に、強誘電体膜を均一な膜厚で成膜する必要がある。すなわち、段差被覆性のよい、強誘電体膜の成膜方法が必要となる。有機金属化学気相堆積法は、これを満足する方法である。
【００１４】
しかし、有機金属化学気相堆積法では、強誘電体膜の成膜時に、パーティクルが多発することが問題となっていた。このパーティクルの発生原因としては、ガス状にされた強誘電体材料の原料が、気相中において凝結することが挙げられる。このようにパーティクルが発生した場合は、強誘電体膜上に、パーティクルが付着し、パーティクルが付着した強誘電体膜を用いて形成された強誘電体キャパシタでは、パーティクルが付着した箇所においてリーク電流が発生するため、強誘電体キャパシタを用いたデバイスの歩留まり悪化の要因となる。その結果、このパーティクルに起因した問題は、有機金属化学気相堆積法を、強誘電体膜の成膜方法として、強誘電体メモリ量産工程へ導入する際の課題となっていた。
【００１５】
上記課題に鑑み、本発明は、パーティクルの発生が抑制された、有機金属化学気相堆積法による強誘電体膜の成膜方法及び強誘電体膜の成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の強誘電体膜の成膜方法は、有機金属化学気相堆積法により、支持基板上に強誘電体膜を成膜する強誘電体膜の成膜方法において、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持されている複数の輸送用部材の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程と、前記中空部分の体積がそれぞれ異なり、前記中空部分の温度が相対的に高温に保持された輸送用部材と、前記中空部分の温度が相対的に低温に保持された輸送用部材を隣接させて接続し、前記相対的に高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度と、前記相対的に低温に保持された輸送用部材の中空部分の温度との温度差を、前記相対的高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度の半分以下となるように保持することを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の強誘電体膜の成膜方法は、有機金属化学気相堆積法により、支持基板上に強誘電体膜を成膜する強誘電体膜の成膜方法において、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持されている複数の輸送用部材の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程と、前記中空部分の体積がそれぞれ異なり、その中空部分が相対的に高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が相対的に低圧力に保持された輸送用部材を隣接して接続し、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、前記相対的に低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差を、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように保持することを特徴とする強誘電体膜の成膜方法。
【００１８】
本発明の強誘電体膜の成膜装置は、支持基板上に、強誘電体膜を有機金属化学気相堆積法により成膜するための半導体装置の製造装置において、前記半導体装置の製造装置は、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、支持基板上に輸送するための中空部分を有する複数の輸送用部材を備え、前記複数の輸送用部材のうちの互いに隣接した、その中空部分の体積がそれぞれ異なり、その中空部分が相対的に高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が相対的に低圧力に保持された輸送用部材において、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、前記相対的に低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差が、前記相対的に高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように制御するための圧力制御装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パーティクルの発生が抑制された状態で、強誘電体膜を成膜することが可能となる。本発明は、特に、立体構造型キャパシタを構成する強誘電体膜の成膜において効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、パーティクルの発生原因が、ガス状にされた強誘電体材料の原料を支持基板へ輸送する際の、温度ならびに圧力変化と密接に関連していることを見出し、以下の発明に到った。
【００２１】
本発明にかかる第１の強誘電体膜の成膜方法は、有機金属化学気相成長法により、強誘電体膜を支持基板上に成膜する強誘電体膜の成膜方法において、強誘電体膜を支持基板上に成膜する工程は、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持されている複数の輸送用部材の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程を含み、前記複数の輸送用部材の中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持され、前記複数の輸送用部材のうちの、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、互いに隣接した、その中空部分の温度が比較的高温に保持された輸送用部材と、その中空部分の温度が比較的低温に保持された輸送用部材において、前記比較的高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度と、前記比較的低温に保持された輸送用部材の中空部分の温度との温度差を、前記比較的高温に保持された輸送用部材の中空部分の温度の半分以下となるように保持する。その後、好ましくは、前記支持基板の表面温度と、前記支持基板に最も近い距離に設置された前記輸送用部材の中空部分の温度との温度差を、前記支持基板の表面温度の半分以下となるように保持する。前記において、温度の単位は℃とする。
【００２２】
第１の強誘電体膜の成膜方法によれば、複数の輸送部材の中空部分を通して、ガス状にされた強誘電体材料の原料を支持基板上へ輸送する際に、複数の輸送用部材のうちの、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、互いに隣接した、輸送部材間及び、輸送部材と基板支持台間において、急激な温度変化が生じないようにすることによって、ガス状にされた強誘電体材料の原料の気相中における温度が凝固温度以下となることを防ぐことが可能となり、その結果、強誘電体膜の成膜時において、パーティクルが発生するのを抑制することが可能となる。
【００２３】
本発明にかかる第２の強誘電体膜の成膜方法は、有機金属化学気相成長法により、強誘電体膜を支持基板上に成膜する強誘電体膜の成膜方法において、強誘電体膜を支持基板上に形成する成膜は、中空部分の温度が前記原料の凝結温度以上に保持されている複数の輸送用部材の中空部分を通して前記支持基板上に輸送する工程を含み、前記複数の輸送用部材のうちの互いに隣接した、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、その中空部分が比較的高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が比較的低圧力に保持された輸送用部材において、前記比較的高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、前記比較的低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差を、前記比較的高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように保持する。その後、好ましくは、前記支持基板が載置された雰囲気の圧力と、前記支持基板に最も近い距離に設置された前記輸送部材の中空部分の圧力との圧力差を、前記支持基板に最も近い距離に設置された前記輸送部材の中空部分の圧力の半分以下となるように保持する。前記において、圧力の単位はＰａとする。
【００２４】
第２の強誘電体膜の成膜方法によれば、複数の輸送部材の中空部分を通して、ガス状にされた強誘電体材料の原料を支持基板上へ輸送する際に、複数の輸送用部材のうちの、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、互いに隣接した、輸送部材間及び、輸送部材と支持基板の雰囲気の間において、急激な圧力変化が生じないようにすることによって、ガス状にされた強誘電体材料の原料の気相中における温度が凝固温度以下となることを防ぐことが可能となり、その結果、強誘電体膜の成膜時において、パーティクルが発生するのを抑制することが可能となる。
【００２５】
第１及び第２の強誘電体膜の成膜方法において、パーティクルの発生をより一層、抑制するために、前記支持基板が載置された雰囲気の圧力は、２．０〜５．３×１０2Ｐａの間で保持されることが望ましい。
【００２６】
第１及び第２の強誘電体膜の成膜方法において、前記強誘電体材料は、ビスマス層状ペロブスカイト型強誘電体あるいはペロブスカイト型強誘電体であることが望ましい。
【００２７】
本発明にかかる強誘電体膜の成膜装置は、支持基板上に、強誘電体膜を有機金属化学気相成長法により成膜するための半導体装置の製造装置において、前記半導体装置の製造装置は、ガス状にされた強誘電体材料の原料を、支持基板上に輸送するための中空部分を有する複数の輸送用部材を備え、前記複数の輸送用部材のうちの互いに隣接した、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、その中空部分が比較的高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が比較的低圧力に保持された輸送用部材において、前記比較的高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、前記比較的低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差が、前記比較的高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように制御するための圧力制御装置を備えている。
【００２８】
本発明にかかる強誘電体膜の成膜装置によれば、複数の輸送部材の中空部分を通して、ガス状にされた強誘電体材料の原料を支持基板上へ輸送する際に、複数の輸送用部材のうちの、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、互いに隣接した、輸送部材間及び、輸送部材と支持基板の雰囲気の間において、圧力計や液体マスフローなどで構成される圧力制御モジュール等の圧力制御装置によって、急激な圧力変化が生じないようにすることができ、ガス状にされた強誘電体材料の原料の気相中における温度が凝固温度以下となることを防ぐことが可能となり、その結果、強誘電体膜の成膜時においてパーティクルが発生するのを抑制することが可能となる。
【００２９】
以下に、本発明の一実施形態に係る強誘電体膜の成膜方法および強誘電体膜の成膜装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態に係る強誘電体膜の成膜装置を説明するための断面構成図である。
【００３１】
図２Ａ−Ｅ及び図３Ａ−Ｃは、本発明の一実施形態に係る強誘電体膜の成膜方法によって成膜される強誘電体膜を容量絶縁膜に用いた容量素子と選択用トランジスタを備えた半導体装置の製造方法を説明するための要部工程断面図である。なお、半導体装置は、図２Ａ−Ｅに示すものに限定されず、強誘電体キャパシタ、ＭＦＳ(Metal-Ferroelectric-Semiconductor)型トランジスタ、ＭＦＩＳ(Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor)型トランジスタ又はＭＦＭＩＳ(Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor)型トランジスタ等の半導体装置であってもよい。
【００３２】
図２Ａ−Ｅ及び図３Ａ−Ｃに示す、半導体装置を製造する工程についての説明を行う。まず、図２Ａに示すように、半導体基板１の表面部に素子分離領域３を形成した後、半導体基板１の上にゲート絶縁膜４を介してゲート電極５を形成する。次に、ゲート電極５をマスクとして低濃度の不純物をイオン注入した後、ゲート電極５の少なくとも側面にゲート保護絶縁膜６を形成し、その後、ゲート電極５及びゲート保護絶縁膜６をマスクとして高濃度の不純物をイオン注入して、電界効果型トランジスタのソース領域又はドレイン領域となるＬＤＤ構造を有する不純物拡散層７を形成する。
【００３３】
次に、図２Ｂに示すように、半導体基板１の上に全面に亘ってシリコン酸化膜からなる第１の保護絶縁膜１１（膜厚は約６００ｎｍ）を堆積し、該第１の保護絶縁膜１１にドライエッチングによりコンタクトホール（直径は約０．２４μｍ）を形成する。次に、ＣＶＤ法により第１の保護絶縁膜１１の上に全面に亘って、タングステン又はポリシリコン膜からなる導電膜を堆積した後、該導電膜における第１の保護絶縁膜１１の上に存在する部分をエッチバック又はＣＭＰ法により除去することにより、メモリセルを構成する電界効果型トランジスタのソース領域又はドレイン領域となる不純物拡散層７のうちの一方と接続するコンタクトプラグ９を形成する。
【００３４】
次に、スパッタリング法により、第１の保護絶縁膜１１の上に全面に亘って、下から順次堆積されたチタン膜（膜厚４０〜１００ｎｍ）、窒化チタン膜（膜厚４０〜１００ｎｍ）、イリジウム（膜厚５０〜１００ｎｍ）、酸化イリジウム膜（膜厚５０〜１００ｎｍ）からなる積層膜を形成した後、該積層膜をドライエッチングによりパターニングすることにより、図２Ｃに示すように、コンタクトプラグ９と接続された酸素バリア膜１３を形成する。
【００３５】
次に、図２Ｄに示すように、酸素バリア膜１３を覆うように、第１の保護絶縁膜１１の上に、シリコン酸化膜からなる第２の保護絶縁膜１６（膜厚は約８００ｎｍ）を堆積し、第２の保護絶縁膜１６に対して、エッチングを行い、酸素バリア膜１３の表面が露出するように、開口２を形成する。
【００３６】
次に、図２Ｅに示すように、開口２の底部及び側面を覆うように、Ｐｔ膜を堆積し、パターニングすることによって、容量素子の下部電極１５を形成する。
【００３７】
次に、図３Ａに示すように、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により、容量素子の下部電極１５及び第２の保護絶縁膜１６の上に全面に亘って、ビスマス層状ペロブスカイト構造を有するタンタル酸ビスマスストロンチウムからなり１００ｎｍ以下の膜厚を有する強誘電体膜を堆積した後、該強誘電体膜をパターニングすることにより、下部電極１５の上に跨り且つ複数の下部電極１５の外側に延びる容量絶縁膜１７を形成する。
【００３８】
次に、容量絶縁膜１７の上に全面に亘って、下から順次堆積されたＰｔ膜（膜厚５０〜１００ｎｍ）及びチタン膜（膜厚５０〜１００ｎｍ）からなる積層膜又はＰｔ膜（膜厚５０〜１００ｎｍ）及び窒化チタン膜（膜厚５０〜１００ｎｍ）からなる積層膜を形成した後、該積層膜をドライエッチングによりパターニングすることにより、図３Ｂに示すように、容量素子の上部電極１９を形成する。
【００３９】
更に、図３Ｃに示すように、第２の保護絶縁膜１６及び上部電極１９の上に、シリコン酸化膜からなる第３の保護絶縁膜２１（膜厚は約２００ｎｍ）を堆積し、第３の保護絶縁膜２１の上に、上部電極１９と電気的に接続されるアルミを含む配線層２３を形成する。
【００４０】
なお、下部電極１５及び上部電極１９の材料としては、通常Ｐｔ（白金）が用いられるが、Ｉｒ（イリジウム）、ＩｒＯ2、ＰｔＯ2、ＳｒＲｕＯ3、Ｒｕ、ＲｕＯ2を用いてもよいし、これらの積層膜を用いてもよい。また、容量絶縁膜１７の材料として、タンタル酸ストロンチウムビスマスを例示したが、他にＰＺＴ（Pb(Ti,Zr)O3）、ＢＩＴ(Bi4Ti3O12)やＢＬＴ（（BiLa）4Ti3O12)、ＢａＴｉＯ3などのペロブスカイト構造や層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料であっても用いることができる。
【００４１】
次に、容量絶縁膜１７となる強誘電体膜の成膜方法及び成膜装置について、詳細に説明する。
【００４２】
容量絶縁膜１７となる強誘電体膜は、有機金属化学気相堆積法により成膜を行う。ここで、本発明者らは強誘電体材料の原料ソースの支持基板への輸送中の温度ならびに圧力変化に着目した。本発明の一実施形態にかかる強誘電体膜の成膜装置５０の断面構成図を図１に示す。成膜装置５０は、強誘電体材料の原料タンク５４Ａ、５４Ｂと、成膜を行う成膜室５１と、成膜室５１を排気するための真空ポンプ６１Ａから構成されている。原料タンク５４Ａ、５４Ｂは、強誘電体材料の原料をガス化させるための気化器５５と輸送管５６Ａ、５６Ｂで接続されている。また、気化器５５と、成膜室５１内に設置されたコーン５７とシャワーヘッド５９は、切り替え弁６３を介して輸送管５６Ｃ、５６Ｄで接続されている。コーン５７とシャワーヘッド５９により、基板５２の面内に対して均一に原料を供給することができる。更に、シャワーヘッド５９と対向して、基板５２の支持台となる基板ヒータ５３が配置されている。ここで、ガス状にされた強誘電体材料の原料の輸送用部材である輸送管５６Ｃ、５６Ｄのそれぞれの中空部分及び輸送用部材であるコーン５７とシャワーヘッド５９から構成される部材７０の中空部分６０Ａは、それぞれ体積が異なっている。
【００４３】
以下、強誘電体膜５８を基板５２上に成膜する際における、強誘電体材料の原料の輸送工程について説明する。強誘電体材料の原料タンク５４Ａ、５４Ｂ中の原料ソースは、アルゴンガスなどのキャリアガスにより輸送管５６Ａ、５６Ｂを通って、気化器５５に輸送される。気化器でガス化された原料ソースは、切り替え弁６３で区分された輸送管５６Ｃ、５６Ｄを通して、成膜室５１内のシャワーヘッド５９に輸送される。ガス化された原料ソースは、シャワーヘッド５９から成膜室５１内の雰囲気６０Ｂ中に放出され、基板ヒータ５３で加熱された基板５２上において、気相反応を生じ、基板５２上に、強誘電体膜５８が成膜される。
【００４４】
この成膜装置５０において、気化器５５以降における輸送用部材である輸送管５６Ｃ、５６Ｄのそれぞれの中空部分及び輸送用部材であるコーン５７とシャワーヘッド５９から構成される部材７０の中空部分６０Ａをガス化した原料ソースの凝結温度である１７０℃より高くする。更に、輸送管５６Ｃ、５６Ｄ及びコーン５７とシャワーヘッド５９から構成される部材７０のうちの、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、互いに隣接した、その中空部分の温度が比較的高温に保持された輸送用部材と、その中空部の温度が比較的低温に保持された輸送用部材において、比較的高温に保持された輸送用部材の中空部の温度と、比較的低温に保持された輸送用部材の中空部の温度との温度差を、比較的高温に保持された輸送用部材の中空部の温度の半分以下となるように保持する。具体的には、輸送管５６Ｃの表面温度を２２０℃、輸送管５６Ｄの表面温度を２００℃、コーン５７及びシャワーヘッド５９の表面温度を２２０℃とする。
【００４５】
このようにすることで、原料ソースが、その中空部分の体積が異なる輸送用部材に輸送された瞬間において、原料ソースの温度が凝結以下に下がることが無くなり、成膜時のパーティクル発生を抑制することが出来る。なお、各輸送用部材の表面温度と中空部分の温度とは、若干異なるが、表面温度を上記の値にすることで、各輸送用部材の中空部分の温度は１７０℃より高くなる。また、中空部分の温度を上げるために、輸送用部材を透明な材質で構成し、中空部分の温度を赤外線ヒーター等で上昇させてもよい。この場合は、輸送用部材の表面温度は、ガス化した原料ソースの凝結温度よりも低くなる場合もあるが、中空部分の温度をガス化した原料ソースの凝結温度より高くすることが可能である。この場合の温度のモニターは、中空部分に熱電対の先端を配置することで可能である。
【００４６】
更に、基板５２の表面温度を３３０℃に保ち、基板５２の表面温度と、基板ヒータ５３に最も近い距離に設置された輸送用部材であるコーン５７とシャワーヘッド５９から構成される部材７０の中空部分６０Ａの温度との温度差を、基板５２の表面温度の半分以下となるように保持することで、同様に、成膜時のパーティクル発生を抑制することが出来る。
【００４７】
本実施形態では、強誘電体材料の原料ソースの支持基板への輸送中の温度に着目して、輸送管５６Ｃ、５６Ｄ及びシャワーヘッド５９の表面温度及び基板ヒータの温度を設定したが、強誘電体材料の原料ソースの支持基板への輸送中の圧力についても、以下のように設定することによって、同様の効果が得られる。
【００４８】
ガス化した原料ソースが輸送される輸送管５６Ｃの中空部分の圧力を１３×１０2Ｐａ、輸送管５６Ｄの中空部分の圧力を６．５×１０2Ｐａ、コーン５７とシャワーヘッド５９から構成される部材７０の中空部分６０Ａの圧力を５．３×１０2Ｐａとする。すなわち、輸送管５６Ｃ、５６Ｄ及びコーン５７とシャワーヘッド５９のうちの互いに隣接した、その中空部分の体積がそれぞれ異なる、その中空部分が比較的高圧力に保持された輸送用部材と、その中空部分が比較的低圧力に保持された輸送用部材において、比較的高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力と、比較的低圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力との圧力差を、比較的高圧力に保持された輸送用部材の中空部分の圧力の半分以下となるように保持することで、原料ソースが体積の異なる輸送管に輸送された瞬間において、断熱膨張により原料ソースの温度が凝結以下に下がることが無くなり、成膜時のパーティクル発生を抑制することが出来る。
【００４９】
更に、基板５２が載置された雰囲気６０Ｂの圧力を４．０×１０2Ｐａに保ち、雰囲気６０Ｂの圧力と、基板５２に最も近い距離に設置された輸送用部材であるコーン５７とシャワーヘッド５９から構成される中空部分６０Ａの圧力との圧力差を、中空部分６０Ａの圧力の半分以下となるように保持することで、同様に、成膜時のパーティクル発生を抑制することが出来る。
【００５０】
図４は、本実施形態により成膜された強誘電体膜と、従来の方法で成膜された強誘電体膜のウェハ表面パーティクルマップ及び、それぞれの基板上のパーティクル数を示す。なお、基板の直径は、どちらも８インチである。なお、従来の方法においては、基板５２が載置された雰囲気６０Ｂの圧力を１．３×１０2Ｐａとして、それ以外の圧力は本実施形態と同じ圧力としている。
従来の方法で成膜された強誘電体膜と比較して、本実施形態により成膜された強誘電体膜では、著しくパーティクルの発生が抑制されていることがわかる。
【００５１】
また、基板５２が載置された雰囲気６０Ｂの圧力を、２．０×１０2Ｐａから５．３×１０2Ｐａの間に保持することにより、輸送管５６Ｃ、５６Ｄの中空部分及びコーン５７とシャワーヘッド５９の中空部分６０Ａの圧力の圧力変化を小さくするための圧力設定が用意に出来ることから、原料ソースが体積の異なる輸送部品に輸送された瞬間における原料ソースの温度が凝結以下に下がることによる成膜時のパーティクル発生を抑制することが出来る。
【００５２】
輸送管５６Ｃと５６Ｄの中空部分の圧力調整をさらに容易にするためには、本発明の強誘電体膜の成膜装置において、輸送管５６Ｃと５６Ｄの間にバルブ６３を設置し、かつ隣接する前記輸送部品間の圧力差は圧力が高い方の輸送部品部の圧力の半分以下になるように、圧力計や液体マスフローなどで構成される圧力制御モジュール６２及び真空ポンプ６１Ｂを用いて、輸送管５６Ｃと５６Ｄの中空部分の圧力を制御することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態における強誘電体薄膜の成膜装置を説明するための断面構成図。
【図２】Ａ−Ｅは本発明の一実施形態における強誘電体膜の成膜方法によって成膜される強誘電体膜を容量絶縁膜に用いた容量素子と選択用トランジスタを備えた半導体装置の製造方法を説明するための要部工程断面図
【図３】Ａ−Ｃは本発明の一実施形態における強誘電体膜の成膜方法によって成膜される強誘電体膜を容量絶縁膜に用いた容量素子と選択用トランジスタを備えた半導体装置の製造方法を説明するための要部工程断面図
【図４】本実施形態により成膜された強誘電体膜と、従来の方法で成膜された強誘電体膜のウェハ表面パーティクルマップ及び、それぞれの基板上のパーティクル数を示す図
【図５】立体強誘電体キャパシタの先行技術の一例を説明するための断面図
【符号の説明】
【００５４】
１    半導体基板
２    開口
３    素子分離領域
４    ゲート絶縁膜
５    ゲート電極
６    ゲート保護絶縁膜
７    不純物拡散層
９    コンタクトプラグ
１１  第１の保護絶縁膜
１３  酸素バリア膜
１５  下部電極
１６  第２の保護絶縁膜
１７  容量絶縁膜
１９  上部電極
２１  第３の保護絶縁膜
２３  配線層
５０  成膜装置
５１  成膜室
５２  基板
５３  基板ヒータ
５４Ａ，５４Ｂ  原料ソース
５５  気化器
５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄ  輸送管
５７  コーン
５８  強誘電体薄膜
５９  シャワーヘッド
６０Ａ  コーンとシャワーヘッドから構成される部材の中空部分
６０Ｂ  基板が載置された雰囲気
６１Ａ，６１Ｂ  真空ポンプ
６２  圧力コントロールモジュール
６３  バルブ
７０  コーンとシャワーヘッドから構成される部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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