(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体成分を含むミストを基板上に堆積することにより該基板上に誘電体薄膜を形成するための誘電体薄膜形成装置において、
前記誘電体成分を含む第１の溶液を供給するための第１の供給手段と、
揮発性を有する第２の溶液を供給するための第２の供給手段と、
前記供給された第１及び第２の溶液を混合し、かつ該混合された溶液である第３の溶液からミストを生成するためのミスト生成手段と、
前記生成されたミストを前記基板上へ供給するためのミスト供給手段と、
前記基板の処理中における前記第３の溶液の容量の減少及び粘度の変化を測定するための測定手段と、
前記測定結果に基づいて前記第１及び第２の溶液の供給量を各々制御する信号を生成するための信号生成手段と、
前記信号に基づいて前記第１及び第２の溶液の供給量を各々制御するための第１及び第２の供給量制御手段とを備えたことを特徴とする誘電体薄膜形成装置。
【請求項２】
誘電体成分を含むミストを基板上に堆積することにより該基板上に誘電体薄膜を形成するための誘電体薄膜形成方法において、
前記誘電体成分を含む第１の溶液と揮発性を有する第２の溶液とを混合する工程と、
前記混合した溶液である第３の溶液からミストを生成する工程と、
前記生成したミストを前記基板上へ供給する工程と、
前記基板の処理中に、前記第３の溶液の容量の減少及び粘度の変化を測定する工程とを備え、
前記混合する工程は、前記測定の結果に基づいて少なくとも前記第３の溶液の粘度を予め定めた設定範囲に保つために前記第１及び第２の溶液の供給量を制御する工程を含むことを特徴とする誘電体薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に誘電体薄膜を形成するための誘電体薄膜形成装置及び形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高誘電体材料として、ＤＲＡＭのキャパシタ用にバリウム、ストロンチウム及びチタンを主成分とするＢＳＴ膜等が開発されている。また、近年、強誘電体材料として、印加電圧と誘電分極とのヒステリシス特性を利用した不揮発性メモリ用に、ビスマス系の層状化合物等が開発されている。これらの誘電体材料を成膜する方法としては、コーターによるスピンコート法、誘電体成分をミスト化して成膜する方法等がある。
【０００３】
スピンコート法は、誘電体成分を含む溶液をシリコン基板等に塗布して回転により不要な溶液を振り切った後に、３００℃以下の温度によってソフトベークし、更に高温で焼結して結晶化させることにより所望の膜厚の誘電体薄膜を形成する方法である。該形成された薄膜の膜厚は、塗布する溶液の粘度と振り切る時のコーターの回転数とに依存するが、段差被膜性はいずれのパラメータにもほとんど影響されない。
【０００４】
誘電体成分をミスト化して成膜する方法においては、シリコン基板等を設置したチャンバー内に該誘電体成分を含むミストを噴出して、該基板上に誘電体成分を堆積させる構成を有する誘電体薄膜形成装置がある。図３は、従来の誘電体薄膜形成装置の構成図である。図３において、アトマイザー１１は誘電体成分を含む溶液１２からミストを生成するためのミスト生成手段、キャリアガス配管１３Ａはキャリアガス１４をアトマイザー１１に供給するための配管、ミスト供給配管１３Ｂは発生したミストをプロセスチャンバー１５に供給するための配管、噴出口１６はミストをプロセスチャンバー１５の内部へ噴出するための噴出口である。基板ステージ１７は基板１８を固定し、かつ回転するためのステージ、上部プレート１９は基板１８上に所定の空隙を形成するための空隙形成手段、真空引き配管２０は該所定の空隙に層流を形成し、かつキャリアガス１４と不用な誘電体成分を含むミストとを排出するための排気手段である。
【０００５】
アトマイザー１１によってミスト化された誘電体成分を含む溶液は、キャリアガスとともにミスト供給配管１３Ｂを通って、減圧下にあるプロセスチャンバー１５内へ噴出口１６から噴出される。該噴出されたミストは排気によって発生する気流に沿って拡散し、そのうちの一部が、回転する基板ステージ１７と上部プレート１９との間の空隙に導かれる。排気により該空隙において形成される層流に従って、基板１８上に誘電体成分が堆積し、薄膜が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法においては、次の問題がある。図４は、スピンコート法による従来の誘電体薄膜形成装置及び形成方法を用いて形成された薄膜の模式図である。図４に示すようにスピンコート法によれば、下地パターン３１による段差が大きい基板において、下地パターン３１の有無に応じて誘電体薄膜３２の膜厚に差が生ずる。すなわち、パターン上面における誘電体膜厚３３Ｂがパターン間の基板上面における誘電体膜厚３４Ｂよりも薄くなり、膜厚を均一にできないので十分な段差被覆性を得られない。このことは、例えばスタック型のメモリセルを高集積化する際の大きな障害となる。
【０００７】
また、ミストを用いる誘電体薄膜形成装置においては、誘電体成分を含む溶液は、誘電体成分を含む有機溶液と希釈用の揮発性溶液とを混合することにより生成され、かつ該２つの溶液の粘度は異なる。このことにより、該有機溶液と揮発性溶液との混合比率が誘電体成分を含む溶液の粘度に大きく影響し、結果的に段差被覆性に大きな影響を与える。一方、上記２つの溶液はその気化率も異なるため、成膜工程において基板を処理するにつれて、該２つの溶液よりなる混合液の混合比率、つまり誘電体成分を含む溶液の粘度が変化する。このため膜厚が変動して、成膜の再現性が悪い。また、成膜後に残った混合液は粘度が変化しているので廃棄せざるを得ず、この点が量産化に際して大きな問題となっている。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、誘電体薄膜の段差被覆性を改善し、成膜の再現性を高めると共に、材料の廃棄損を削減する誘電体薄膜形成装置及び形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明が講じた解決手段は、誘電体成分を含むミストを基板上に堆積することにより該基板上に誘電体薄膜を形成するための誘電体薄膜形成装置を、誘電体成分を含む第１の溶液と揮発性を有する第２の溶液とを混合し、かつ該混合した溶液である第３の溶液からミストを生成するためのミスト生成手段と、該生成されたミストを基板上へ供給するためのミスト供給手段と、前記基板の処理中における第３の溶液の容量の減少及び粘度の変化を測定し、かつ該測定結果に基づいて第１及び第２の溶液の供給量をそれぞれ制御するための供給量制御手段とを備えた構成としたものである。
【００１０】
上記の構成により、ミストの原材料である第３の溶液の物理量を測定して、該物理量を一定の範囲に保つために第１及び第２の溶液の供給量をそれぞれ制御するので、第１及び第２の溶液の混合比率を一定の設定範囲に維持できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る誘電体薄膜形成装置及び形成方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る誘電体薄膜形成装置の構成図である。従来例と同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、説明を省略する。図１において、誘電体成分の供給用タンク２１Ａ及び誘電体成分の供給用配管２２Ａは、誘電体成分を含む有機溶液を供給するための第１の供給手段２３Ａを構成する。揮発性溶液の供給用タンク２１Ｂ及び揮発性溶液の供給用配管２２Ｂは、希釈用の揮発性溶液を供給するための第２の供給手段２３Ｂを構成する。誘電体成分の供給量制御用バルブ２４Ａ及び揮発性溶液の供給量制御用バルブ２４Ｂは、誘電体成分を含む溶液１２の容量及び粘度を一定の範囲に保つために、受け取った信号に従ってそれぞれの供給量を制御するための第１及び第２の制御手段である。容量計２５及び粘度計２６は、誘電体成分を含む溶液１２の容量と粘度とを、それぞれ測定するための測定手段である。信号生成回路２７は、容量計２５及び粘度計２６による測定結果に基づき、誘電体成分及び揮発性溶液の供給量をそれぞれ制御するための信号を生成し、かつ供給するための信号生成手段である。
【００１２】
図１の誘電体薄膜形成装置を用いた誘電体薄膜形成方法について説明する。ミスト供給配管１３Ｂを通して、噴出口１６からプロセスチャンバー１５内へ噴出されたミストは従来と同様に基板ステージ１７上の空隙に導かれ、該ミストに含まれる誘電体成分は基板１８上に堆積して薄膜を形成する。誘電体成分を含む有機溶液と希釈用の揮発性溶液とは異なる粘度と気化率とを持つことにより、基板の処理が進行するにつれて、誘電体成分を含む溶液１２は容量が減少し、かつ混合比率が変化するので粘度が変化する。容量計２５及び粘度計２６は、該容量の減少及び粘度の変化をそれぞれ検出する。信号生成回路２７は、該検出された結果に基づいて、誘電体成分及び揮発性溶液の供給量をそれぞれ制御するための信号を生成し、かつ該信号を誘電体成分の供給量制御用バルブ２４Ａと揮発性溶液の供給量制御用バルブ２４Ｂとにそれぞれフィードバックする。供給量制御用バルブ２４Ａ及び２４Ｂは、それぞれ該フィードバックされた信号に従って、誘電体成分を含む溶液１２の容量及び粘度を予め設定した範囲に保つために、それぞれ必要な量だけの、誘電体成分を含む有機溶液と希釈用の揮発性溶液とを供給する。
【００１３】
図２は、図１の誘電体薄膜形成装置を用いて基板上に形成された誘電体薄膜の模式図である。下地パターン３１の有無とは無関係に、誘電体薄膜３２は、パターン上面における誘電体膜厚３３Ａ，パターン間の基板上面における誘電体膜厚３４Ａ，パターン側面における誘電体膜厚３５Ａのいずれにおいても同等の値を有する。
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体成分を含む溶液１２の容量及び粘度が一定の設定範囲に保たれる。したがって、混合比率が常に最適な一定の範囲に保たれるので、基板上の下地パターン３１の有無に関係なく一定の誘電体膜厚が得られて段差被膜性を改善できると共に、成膜工程において基板の処理が進行しても安定した誘電体膜厚が得られて成膜の再現性が向上し、誘電体成分を含む溶液１２の廃棄損を削減できる。
【００１５】
なお、上述の説明においては、誘電体成分を含む溶液１２の容量及び粘度の範囲をそれぞれ予め設定したが、混合比率と直接関係するのは粘度であることから、粘度のみについて予め設定してもよい。また、図１においては、容量計２５及び粘度計２６をアトマイザー１１の内部に設置したが、溶液の色の濃淡を光学的に測定する等の非接触の測定手段を用いて、容量計２５及び粘度計２６をアトマイザー１１の外部に設置してもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体薄膜形成装置及び形成方法によれば、誘電体成分を含む溶液の少なくとも粘度を一定の設定範囲に保つので、誘電体成分を含む有機溶液と希釈用の揮発性溶液との混合比率が常に最適な範囲に保たれる。このことにより、下地パターンの有無及び時間の経過にかかわらず最適かつ安定な誘電体膜厚を得られるので、段差被膜性が向上でき、かつ成膜の再現性が向上して材料の廃棄損を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘電体薄膜形成装置の構成図である。
【図２】図１の誘電体薄膜形成装置を用いて形成された薄膜の模式図である。
【図３】従来例に係る誘電体薄膜形成装置の構成図である。
【図４】従来のスピンコート法を用いて形成された薄膜の模式図である。
【符号の説明】
１１  アトマイザー（ミスト生成手段）
１２  誘電体成分を含む溶液
１３Ｂ  ミスト供給配管（ミスト供給手段）
１５  プロセスチャンバー
１６  噴出口
１８  基板
２３Ａ  第１の供給手段
２３Ｂ  第２の供給手段
２４Ａ  誘電体成分の供給量制御用バルブ（第１の供給量制御手段）
２４Ｂ  揮発性溶液の供給量制御用バルブ（第２の供給量制御手段）
２５  容量計（測定手段）
２６  粘度計（測定手段）
２７  信号生成回路（信号生成手段）
【図１】
0003930939.tif 000002
【図２】
0003930939.tif 000003
【図３】
0003930939.tif 000004
【図４】
0003930939.tif 000005