(57)【要約】  【課題】段差被覆率とアニール後の良好な電気特性、すなわち高い分極量の両立できる化学気相蒸着法による酸化物薄膜の成膜方法を提供する。  【解決手段】酸化物薄膜を成膜する化学気相蒸着法において、第１の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第１の酸化物薄膜成膜工程と、前記第１の成膜温度より低い第２の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第２の酸化物薄膜成膜工程を含み、前記第１の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚より薄い薄膜成膜方法とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物薄膜を成膜する化学気相蒸着法において、
第１の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第１の酸化物薄膜成膜工程と、
前記第１の成膜温度より低い第２の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第２の酸化物薄膜成膜工程を含み、
前記第１の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚より薄いことを特徴とする薄膜成膜方法。
【請求項２】
前記第１の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、前記第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚の０．１％以上５０％以下の範囲である請求項１に記載の薄膜成膜方法。
【請求項３】
酸化物薄膜を成膜する化学気相蒸着法において、
第１の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第１の酸化物薄膜成膜工程と、
前記第１の成膜温度より低い第２の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第２の酸化物薄膜成膜工程と、
第２の成膜温度より高い第３の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第３の酸化物薄膜成膜工程を含み、
前記第１の酸化物成膜工程及び前記第３の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚より薄いことを特徴とする薄膜成膜方法。
【請求項４】
前記第１の酸化物成膜工程及び前記第３の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、前記第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚の０．１％以上５０％以下の範囲である請求項３に記載の薄膜成膜方法。
【請求項５】
前記第１の酸化物薄膜成膜工程と前記第２の酸化物薄膜成膜工程を異なる成膜室で実施する請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学気相蒸着法による酸化物薄膜の薄膜成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では化学気相蒸着法（CVD（chemical vapor deposition）とも呼ばれる。以下「ＣＶＤ」という。）により酸化物薄膜を成膜する際には、成膜している期間において成膜温度を同一に維持することが一般的であった（例えば特許文献１参照。）。図３は従来のＣＶＤによる強誘電性酸化物薄膜の成膜の一例として、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）薄膜の成膜方法の手順を示す。また装置の構成の一例を図４に示す。従来のＣＶＤでは図３及び図４に示すように、装置本体１０１内には基板１０２が導入され、基板ヒータ１０３により所定の温度に加熱される。基板１０２が所定の温度に達するのを待ってから、ＳＢＴ成膜用の原料１０４と酸化ガス１０５（例えば酸素）をそれぞれのボンベから配管１０６を通じて、シャワーヘッド１０７を経て基板１０２へ供給する。供給された原料１０５は所定の温度に保たれた基板１０２の表面において熱分解され、さらに酸化ガス１０５により酸化されることにより基板１０２の表面に酸化物薄膜１０８を成膜する。この成膜の間は装置本体１０１は真空ポンプ１０９により排気され、低圧に保たれている。この成膜された酸化物薄膜は、図３に示すように成膜後にアニールすることによって酸化物薄膜が結晶化し、良好な電気特性、すなわち分極量を発現するようになる。このように従来のＣＶＤでは成膜温度を一定に保って成膜することが一般的であった。
【特許文献１】特開2003-174028
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記従来の構成では成膜温度を一定に保っているが、図５に示すように成膜温度により強誘電体特性と段差被覆率は変化する。なお段差被覆率は、図６に示すように段差上面の酸化物薄膜１０８の膜厚をa、段差内の膜厚をbとして、段差被覆率=(b/a)×100 (%)で定義したものである。図５から明らかなように、成膜温度が低いと段差被覆率は良好であるが分極量が低下し、逆に成膜温度が高いと分極量は高い値を示すが段差被覆率は低下する。高温で成膜した酸化物薄膜１０８の方がより大きい分極量を示すのは、成膜直後の酸化物薄膜１０８内に薄膜内に微結晶が成膜されており、それが核になって結晶化アニール時に結晶化が進行し高い分極量を示しているものと考えられる。
【０００４】
このように段差被覆率とアニール後の電気特性が最良値を示す成膜温度が異なるため、従来の構成のように成膜温度を一定とした成膜では、段差被覆率とアニール後の電気特性の両立が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の薄膜成膜方法は、酸化物薄膜を成膜する化学気相蒸着法において、
第１の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第１の酸化物薄膜成膜工程と、
前記第１の成膜温度より低い第２の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第２の酸化物薄膜成膜工程を含み、
前記第１の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
【０００６】
本発明の別の薄膜成膜方法は、酸化物薄膜を成膜する化学気相蒸着法において、
第１の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第１の酸化物薄膜成膜工程と、
前記第１の成膜温度より低い第２の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第２の酸化物薄膜成膜工程と、
第２の成膜温度より高い第３の成膜温度において酸化物薄膜を成膜する第３の酸化物薄膜成膜工程を含み、
前記第１の酸化物成膜工程及び前記第３の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、段差被覆率とアニール後の良好な電気特性、すなわち高い分極量の両立できる化学気相蒸着法による酸化物薄膜の成膜方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明において、第１の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚の０．１％以上５０％以下の範囲が好ましい。これにより、さらに段差被覆率とアニール後の良好な電気特性、すなわち高い分極量を両立できる。
【０００９】
また、第１の酸化物成膜工程及び第３の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚が、第２の酸化物成膜工程で成膜される酸化物薄膜の膜厚の０．１％以上５０％以下の範囲が好ましい。これにより、さらに段差被覆率とアニール後の良好な電気特性、すなわち高い分極量を両立できる。
【００１０】
また、第１の酸化物薄膜成膜工程と第２の酸化物薄膜成膜工程を異なる成膜室で実施するのが好ましい。同一の成膜室で実施した場合、本発明を実施するためには成膜温度を毎回設定しなおす必要があり、この設定変更に時間がかかるためである。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（発明の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における薄膜成膜装置及び薄膜成膜方法の手順である。本実施の形態において、装置の構成の説明には図４の符号を用いて説明する。
【００１３】
図２の（ａ）で示すような基板１０３表面に段差を有するような基板に対して、最初に第１の成膜温度において高温成膜酸化物薄膜２０１を成膜する第１の酸化物薄膜成膜工程を実施する。基板ヒータ１０３上に設置された基板１０２は第１の成膜温度まで加熱される。本実施形態では第１の成膜温度として例えば520℃に設定する。このときの状態が図２の(b)である。
【００１４】
ここで基板１０２に原料１０４と酸化ガス１０５供給することで、原料１０４は基板１０２表面で分解し、基板１０２表面に高温成膜酸化物薄膜２０１を成膜する。次に高温成膜酸化物薄膜２０１が所定の膜厚に達した段階で原料供給を停止する。本実施の形態ではこの第１の成膜温度での成膜を基板上において10nmとするが、その他の厚みとしてもよい。その結果、図５からわかるように成膜温度520℃での段差被覆率が55%であり、段差内の膜厚は5.5nmとなる。
【００１５】
次に第１の成膜温度より低い第２の成膜温度において低温成膜酸化物薄膜２０２を成膜する第２の酸化物薄膜成膜工程に移る。本実施の形態では第２の成膜温度として470℃を選択する。このとき第２の酸化物薄膜成膜工程で成膜される膜厚は第1の酸化物薄膜成膜工程で成膜された膜厚より厚くする。本実施の形態では、第２の酸化物薄膜成膜工程で成膜される膜厚を基板１０２上において100nmとするが、その他の厚みとしてもよい。その結果を図２の(c)に示す。
【００１６】
図５によれば、成膜温度470℃での段差被覆率は80%であるので、第２の酸化物薄膜成膜工程で段差内に成膜される低温成膜酸化物薄膜２０２の膜厚は80nmとなる。
【００１７】
以上より、第１及び第２の酸化物薄膜成膜工程で成膜される高温成膜酸化物薄膜２０１と低温成膜酸化物薄膜２０２（以下両者をあわせて単に多層酸化物薄膜２０３とよぶ。）の膜厚は全体として次のようになる。
（１）基板１０２上の膜厚：10ｎｍ+100nm=110nm
（２）段差内での膜厚：5.5nm+80nm=85.5nm
その結果段差被覆率は85.5/110=0.777=77.7%となり、第１の成膜温度（520℃）だけで成膜した場合に比べ大幅に改善される。
【００１８】
ここで多層酸化物薄膜２０３の成膜が完了した基板１０２を装置本体１０１外に取り出し、多層酸化物薄膜２０３の結晶化のための結晶化アニールを実施する。このとき多層酸化物薄膜２０３の一部には高温で成膜した高温成膜酸化物薄膜２０２が存在するため、単に低温成膜酸化物薄膜２０２を結晶化アニールした場合に比べこの高温成膜酸化物薄膜２０２を核として結晶化が進行する。そのため本実施の形態によれば、高い段差被覆率と結晶化アニール後の高い分極量の両立を実現できる。
【００１９】
なお実施実施の形態では、SBTの場合について述べたが、他の酸化物薄膜（例えばPZT（Pb(Zr,Ti)O3）やBLT（（Bi,La）4Ti3O12）など）のCVDにおいても同様に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明にかかる薄膜成膜装置及び薄膜成膜方法は、化学気相蒸着法により目的とする薄膜を段差に特性よく成膜を行うプロセスとして重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態における酸化物薄膜の薄膜成膜方法を示す工程図。
【図２】本発明の実施の各工程における酸化物成膜を示す断面図。
【図３】従来の実施の形態における酸化物薄膜の薄膜成膜方法を示す工程図。
【図４】同、化学気相蒸着法による酸化物薄膜の薄膜成膜装置の一例説明図。
【図５】同、成膜温度と段差被覆率と分極量を示すグラフ。
【図６】本発明の段差被覆率を示す断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１０１  装置本体
１０２  基板
１０３  基板ヒータ
１０８  酸化物薄膜
２０１  高温成膜酸化物薄膜
２０２  高温成膜酸化物薄膜
２０３  多層酸化物薄膜
【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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【図６】
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