(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと酸化ガスとをシャワーヘッド本体の噴射孔より処理容器内へ個別に導入して被処理体に成膜処理を施す成膜処理装置の処理ガス供給構造において、前記噴射孔を同心状に内周、中周及び外周の少なくとも３つのゾーンに区分し、前記内周ゾーンの噴射孔からは原料ガスを導入し、前記中周ゾーンの噴射孔からは原料ガスと酸化ガスとを個別に導入し、前記外周ゾーンの噴射孔からは酸化ガスを導入させるように構成したことを特徴とする処理ガス供給構造。
【請求項２】
前記中周ゾーンの原料ガス用の噴射孔は、前記内周ゾーンの噴射孔の直径よりも小さな直径である噴射孔を含むことを特徴とする請求項１記載の処理ガス供給構造。
【請求項３】
前記中周ゾーンの酸化ガス用の噴射孔の直径は、前記外周ゾーンの噴射孔の直径より小さく設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の処理ガス供給構造。
【請求項４】
前記成膜処理は、１３．３Ｐａ以下の圧力で行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理ガス供給構造。
【請求項５】
前記原料ガスは、Ｐｂ（ＤＰＭ）２ とＺｒ（ｔ−ＯＣ４ Ｈ９ ）４ 、Ｚｒ（ＤＰＭ）４ 、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ３ Ｈ７ ）４ 、Ｚｒ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）４ 、Ｚｒ（Ｃ５ ＨＦ６ Ｏ２ ）４ よりなる群から選択される１つと、及びＴｉ（ｉ−ＯＣ３ Ｈ７ ）４ 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３ Ｈ７ ）２ （ＤＰＭ）２ よりなる群から選択される１つとからなり、前記酸化ガスはＮＯ２ 、Ｏ２ 、Ｏ３ 、Ｎ２ Ｏよりなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の処理ガス供給構造。
【請求項６】
原料ガスと酸化ガスとを用いて被処理体に対して成膜処理を施す成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項１乃至５のいずれか一項に規定する処理ガス供給構造とを備えたことを特徴とする成膜処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に成膜処理を施す成膜処理装置及びこれに用いられる処理ガス供給構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強誘電体メモリ素子は、主としてＩＣカード向けの次世代不揮発メモリとして注目を集め、活発に研究開発がなされている。この強誘電体メモリ素子は、２つの電極の間に強誘電体膜を介在させた強誘電体キャパシタをメモリセルに用いた半導体素子である。強誘電体は［自発分極］、つまり、一度電圧を加えると、電圧をゼロにしても電荷が残っているという特性（ヒステリシス）を持っており、強誘電体メモリ素子はこれを利用した不揮発性メモリである。
このような強誘電体メモリ素子の強誘電体膜としては、Ｐｂ（Ｚｒx ，Ｔｉi-x ）Ｏ3 （以下、ＰＺＴという）膜が広く用いられている。
【０００３】
このＰＺＴ膜は、例えばＰｂ（ＤＰＭ）2 （＝Ｂｉｓｄｉｐｉｖａｌｏｙｌｍｅｔｈａｎａｔｏｌｅａｄ：Ｐｂ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 ）（以下、Ｐｂ原料とも称す）、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 ）（＝Ｔｅｔｒａｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｏｘｙｚｉｒｃｏｎｉｕｍ（以下、Ｚｒ原料とも称す）及びＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ）（＝Ｔｅｔｒａｉｓｏｐｒｏｐｏｘｙｔｉｔａｎｉｕｍ）（以下、Ｔｉ原料とも称す）よりなる有機金属原料と、酸化剤として例えばＮＯ2 とを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置により、Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 のペロブスカイト構造の結晶膜を形成することにより得られる。尚、Ｐｂは鉛、Ｚｒはジルコニウム、Ｔｉはチタンをそれぞれ示す。
【０００４】
このＰＺＴ膜を、上述のようなＣＶＤ法によって成膜する場合、各原料ガスと酸化ガスとをシャワーヘッド構造により処理容器内へ個別に導入する。これら各原料ガスと酸化ガスは、この処理容器内にて初めて混合し、処理容器内に置かれた半導体ウエハに供給される。この半導体ウエハは、ＰＺＴ膜の成長に最適な温度になされているので、供給された原料ガスは酸化ガスと反応を起こし、その結果、半導体ウエハ上にＰＺＴ膜が堆積する。尚、上述したような原料ガスと酸化ガスとを処理容器内にて初めて混合するガス供給方法をいわゆるポストミックスと称する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＰＺＴ膜のヒステリシス特性やリーク特性などの、いわゆる電気的特性を向上させるためには、ＰＺＴ膜中のＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各組成比、例えばＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）をある特定の範囲内に維持する必要がある。しかしながら、従来の成膜装置及び成膜方法では、ＰＺＴ膜中のＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの各組成比をウエハの面内の全域に亘って均一に維持することはかなり困難であり、特にウエハ周縁部におけるＰｂ濃度の低下が著しかった。このような問題は、特に、半導体ウエハのサイズが６インチ及び８インチから１２インチへと大型化するに従って、顕著に現れるであろうことが容易に想像できる。
【０００６】
半導体デバイスが高密度化、高集積化するに伴って、デザインルールは年々微小化の一途をたどっており、その要求に答えるためには、ＰＺＴ膜の膜厚をウエハ面内の全域に亘って均一に維持しなければならないのは明白である。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、多元素からなる金属酸化物薄膜を化学気相成長法によって成膜するに際し、膜中における各元素の面内組成均一性及び面内膜厚均一性を高く維持することができる処理ガス供給構造及び成膜処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、多元素系金属酸化物の原料ガス及びその酸化ガスの供給方法について鋭意研究した結果、プロセス圧力を高真空領域とし、且つ処理ガス供給構造にも工夫を施すことにより、大面積の半導体ウエハ上に各元素の面内組成均一性及び面内膜厚均一性の高い膜を堆積できる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。ここで、そのメカニズムについて記述する。
【０００８】
半導体ウエハ上にＰＺＴ膜を堆積する場合、堆積したＰＺＴ膜が良好な電気的特性をもつためには、最適な圧力の下で成膜処理を行わなければならない。現在のところ、我々の実験によれば、その最適圧力は、例えば１３．３Ｐａ以下であるような高真空の領域であることがわかっている。このような圧力領域で前記成膜処理を行なうに際し、一般的なシャワーヘッド（ここで言う一般的なシャワーヘッドとは、成膜処理圧力が１３３Ｐａ〜１３３０Ｐａ以上の粘性流領域で用いられるものを指す）をそのまま適用すると、シャワーヘッド内部も比較的高真空に近い、いわば粘性流から外れた圧力領域となる。そのため、シャワーヘッド内部に入った原料ガス、酸化ガスの大部分は、そこから最も近いシャワーヘッド本体の噴射孔から、成膜処理容器内部に導入される。一方、ウエハは円形であるので、通常、それに合わせてシャワーヘッドも円形になっており、特殊な事情がない限り原料ガスと酸化ガスはシャワーヘッドの略中心部分からシャワーヘッド内部に供給される。
以上のような成膜処理圧力とシャワーヘッド形状により、ウエハ上に到達する原料ガスと酸化ガスは、ウエハ中心部において極大となる。
【０００９】
ウエハ上にＰＺＴ膜のような酸化膜を成膜処理する場合、酸化ガスは原料ガスの数倍の流量が必要であることが多い。高真空領域で、このようなガス構成により一般的なシャワーヘッドを用いて成膜処理を行なうと、ウエハ中心部においては酸化ガスの分圧が最適分圧よりも高くなり、その分、原料ガスがウエハ周辺部へ排除される格好になる。これにより、ウエハ周辺部では逆に原料ガスの分圧が最適分圧よりも高くなる。ここで言う最適分圧とは、良好な電気的特性を持つＰＺＴ膜をウエハ上に堆積させるのに最も適した、原料ガスと酸化ガスの分圧のことである。
【００１０】
ここで、各元素のウエハへの付着係数は、Ｔｉ＞Ｐｂ＞Ｚｒとなる傾向があるため、ウエハ周辺部に多く集まったＴｉ原料は、優先的にウエハ周辺部に堆積する。一方、Ｐｂの堆積量はＴｉの堆積量と相反する（つまり、Ｔｉの多く堆積したところにはＰｂが少ししか堆積せず、Ｔｉが少しだけ堆積しているところにはＰｂが多く堆積する）傾向があるのと、ＴｉやＺｒに比べてＰｂは、堆積する際に酸化ガスを多く必要とするため、酸化ガスの分圧が比較的高いウエハ中央部に多く堆積する。
以上のような理由から、酸化ガスの偏った分布をつくらないことが重要であり、ひいては、ウエハ上の全域において原料ガス、酸化ガスの分圧が等しくなるように、シャワーヘッドの孔パターンを考慮しなければならない。すなわち、酸化ガスがシャワーヘッド中央部に集中しないような、また、原料ガスが周辺部に排除されないようなシャワーヘッドの孔パターンとしなければならない。
ここでは、ＰＺＴ膜を成膜する際のメカニズムについて述べたが、これに限定されず、同様なメカニズムを持つＢＳＴ膜（ＢＳＴ＝（Ｂａx ，Ｓｒ1-x ）ＴｉＯ3 ）、ＳＢＴ膜（ＳＢＴ＝ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）等を成膜する場合についても適用できる。
【００１１】
請求項１に規定する発明は、原料ガスと酸化ガスとをシャワーヘッド本体の噴射孔より処理容器内へ個別に導入して被処理体に成膜処理を施す成膜処理装置の処理ガス供給構造において、前記噴射孔を同心状に内周、中周及び外周の少なくとも３つのゾーンに区分し、前記内周ゾーンの噴射孔からは原料ガスを導入し、前記中周ゾーンの噴射孔からは原料ガスと酸化ガスとを個別に導入し、前記外周ゾーンの噴射孔からは酸化ガスを導入させるように構成したものである。
【００１２】
これにより、例えば多元素系金属酸化物の原料ガスにより被処理体の表面に形成される膜中の元素組成の面内均一性及び面内膜厚均一性を大幅に向上させることが可能となる。
この場合、請求項２に規定するように、例えば前記中周ゾーンの原料ガス用の噴射孔は、前記内周ゾーンの噴射孔の直径よりも小さな直径である噴射孔を含むことを特徴とする。また請求項３に規定するように、前記中周ゾーンの酸化ガス用の噴射孔の直径は、前記外周ゾーンの噴射孔の直径より小さく設定されることを特徴とする。つまり、成膜処理圧力、処理容器形状、真空排気系の能力等に応じて、原料ガス、酸化ガスの噴射孔の直径を適宜設定することにより、これら原料ガス、酸化ガスが被処理体の表面に均等に到達するようになる。
【００１３】
また、例えば請求項４に規定するように、前記成膜処理は、１３．３Ｐａ以下の圧力で行なう。それは、半導体ウエハ上にＰＺＴ膜を堆積する場合、堆積したＰＺＴ膜が良好な電気的特性をもつためには、最適な圧力の下で成膜処理を行わなければならないが、現在のところ、我々の実験によれば、その最適圧力は、例えば１３．３Ｐａ以下であるような高真空の領域であることがわかっているからである。
また、例えば請求項５に規定するように、前記原料ガスは、Ｐｂ（ＤＰＭ）２ とＺｒ（ｔ−ＯＣ４ Ｈ９ ）４ 、Ｚｒ（ＤＰＭ）４ 、Ｚｒ（ｉ−ＯＣ３ Ｈ７ ）４ 、Ｚｒ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）４ 、Ｚｒ（Ｃ５ ＨＦ６ Ｏ２ ）４ よりなる群から選択される１つと、及びＴｉ（ｉ−ＯＣ３ Ｈ７ ）４ 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３ Ｈ７ ）２ （ＤＰＭ）２ よりなる群から選択される１つとからなり、前記酸化ガスはＮＯ２ 、Ｏ２ 、Ｏ３ 、Ｎ２ Ｏよりなる群から選択される少なくとも１つである。
【００１４】
請求項６に規定する発明は、原料ガスと酸化ガスとを用いて被処理体に対して成膜処理を施す成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置する載置台と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、請求項１乃至５のいずれか一項に規定する処理ガス供給構造とを備えたことを特徴とする成膜処理装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る処理ガス供給構造及び成膜処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜処理装置を示す構成図、図２は図１中に示す処理ガス供給構造のガス噴射面を示す平面図である。ここでは、材料ガスとしてＰｂ（ＤＰＭ）2 、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 及びＺｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 を用い、これらを混合させて原料ガスとし、また、酸化ガスとしてＮＯ2 ガスを用いて、ＰＺＴ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００１６】
この処理装置２は、図示するように例えばアルミニウムにより筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４の底部６の中心部には、給電線挿通孔８が形成されると共に周辺部には、真空引きポンプ、例えばターボ分子ポンプ１０及びドライポンプ１２を介設した真空排気系１４に接続された排気口１６が設けられており、容器内部を真空引き可能としている。この排気口１６は、容器底部６に複数個、例えば等間隔で同一円周上に４個程度設けられ、各排気口１６は、真空排気系１４により共通に連通されている。
また、この処理容器４の側壁の一部には、ウエハ搬出入口７６が設けられ、ここに真空引き可能になされたロードロック室７８との間を連通・遮断する前記ゲートバルブ８０を設けている。
【００１７】
この処理容器４内には、非導電性材料、例えばアルミナ製の円板状の載置台１８が設けられ、この載置台１８の下面中央部には下方に延びる中空円筒状の脚部２０が一体的に形成され、この脚部２０の下端は上記容器底部６の給電線挿通孔８の周辺部にＯリング等のシール部材（図示せず）を介在させてボルト等を用いて気密に取り付け固定される。従って、この中空脚部２０内は、外側に開放され、処理容器４内に対して気密状態となっている。
上記載置台１８には、加熱手段として例えば、ＳｉＣによりコーティングされたカーボン製の抵抗発熱体２２が埋め込まれており、この上面側に載置される被処理体としての半導体ウエハＷを所望の温度に加熱し得るようになっている。
【００１８】
上記抵抗発熱体２２には、絶縁された給電用のリード線２８が接続され、このリード線２８は、処理容器４内に晒すことなく円筒状の脚部２０内及び給電線挿通孔８を通って外へ引き出され、開閉スイッチ３０を介して給電部３２に接続される。尚、ウエハを加熱する加熱手段として上記抵抗発熱体２２に代え、ハロゲンランプ等の加熱ランプを用いて加熱するようにしてもよい。
【００１９】
また、処理容器４の天井部には、本発明の特徴とする処理ガス供給構造としてのシャワーヘッド構造５０が一体的に設けられた天井板５１がＯリング等のシール部材５３を介して気密に取り付けられており、上記シャワーヘッド構造５０は載置台１８の上面の略全面を、或いはこれよりも広く覆うように対向させて設けられ、載置台１８との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド構造５０は処理容器４内に成膜用の原料ガスと酸化ガスとをシャワー状にそれぞれに個別に導入するものであり、このシャワーヘッド構造５０のシャワーヘッド本体５５の下面のガス噴射面５７にはそれぞれのガスを個別に噴出するための多数の噴射孔として、原料ガス用の噴射孔５２と酸化ガス用の噴射孔５４がそれぞれ形成される。
【００２０】
このシャワーヘッド本体５５内は、原料ガス用ヘッド空間５６と酸化ガス用ヘッド空間５８とに２つに区画分離されている。この原料ガス用ヘッド空間５６に連通するガス導入ポート６０には、原料供給通路６２が接続され、この原料供給通路６２は３つの分岐路６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃに分岐される。そして、各分岐路６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃには、それぞれ例えばマスフローコントローラのような流量制御器６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃが介設されており、それぞれ材料ガスとして所定量のＰｂ（ＤＰＭ）2 ガス、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 ガス及びＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ガスを流すようになっている。従って、これらの３種のガスは途中で混合されて原料ガスとなり、原料ガス用ヘッド空間５６内へ導入されるようになっている。尚、上記原料供給通路６２や分岐路６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃには、再固化もしくは再液化防止用のヒータ（図示せず）が設定されている。
【００２１】
また、酸化ガス用ヘッド空間５８は、図示例ではリング形状になされたものが同心円状に複数個形成されており、リング状の各酸化ガス用ヘッド空間５８は連通されて一体化されている。そして、その内の１つの、或いは複数の酸化ガス用ヘッド空間５８に連通されるガス導入ポート６８には酸化供給通路７０が接続される。そして、この通路７０にはマスフローコントローラのような流量制御器７２が介設されて、酸化ガスとして所定量の例えばＮＯ2 ガスを流すようになっている。そして、上記原料ガス用ヘッド空間５６は上記各原料ガス用の噴射孔５２に連通されており、また、酸化ガス用ヘッド空間５８は各酸化ガス用の噴射孔５４に連通されており、両噴射孔５２、５４から噴出された原料ガスと酸化ガスとを処理空間Ｓにて混合して、いわゆるポストミックス状態で供給するようになっている。
【００２２】
ここで、図２も参照して、上記原料ガス用の噴射孔５２と酸化ガス用の噴射孔５４との配列について詳しく説明する。図２では両噴射孔５２、５４の配列を概略的に示しており、実際には、シャワーヘッド本体の寸法にもよるが、全体で１００〜２００個程度の噴射孔が設けられる。図中、白丸印は酸化ガス用の噴射孔を表し、斜線丸印は原料ガス用の噴射孔を表しており、また、その直径寸法は概略を示している。原料ガス用の噴射孔５２は、直径が比較的大きく、例えば３〜７ｍｍ程度に設定された大口径噴射孔５２Ａと、直径が比較的小さく、例えば１〜３ｍｍ程度に設定された小口径噴射孔５２Ｂとよりなる。また、酸化ガス用の噴射孔５４にも、直径が比較的大きく、例えば３〜７ｍｍ程度に設定された大口径噴射孔５４Ａと直径が比較的小さく、例えば１〜３ｍｍ程度に設定された小口径噴射孔５４Ｂとよりなる。
【００２３】
そして、図２に示すように、シャワーヘッド本体５５のガス噴射面５７は、便宜上、同心状に内周ゾーン７４Ａ、中周ゾーン７４Ｂ及び外周ゾーン７４Ｃの３つのゾーンにリング状に区分されている。図中の２本の破線Ｘ１、Ｘ２は各ゾーンの境界線を示し、一点鎖線Ｙ１はこれに投影されたウエハＷの寸法を示しており、ガス噴射面の有効面積と略同じ寸法となっている。さて、ここで、図示する如く、中心部の円形の内周ゾーン７４Ａ内には、図示例では原料ガス用の４つの大口径噴射孔５２Ａが配置されている。また、リング状の中周ゾーン７４Ｂ内には、原料ガス用の大口径噴射孔５２Ａと小口径噴射孔５２Ｂ及び酸化ガス用の小口径噴射孔５４Ｂが配置され、すなわち原料ガスと酸化ガスの噴射孔が混在状態で配置されている。そして、リング状の外周ゾーン７４Ｃ内には、酸化ガス用の大口径噴射孔５４Ａが配置されている。尚、中周ゾーン７４Ｂには、原料ガス用の噴射孔として、大口径と小口径噴射孔５２Ａ、５２Ｂに代えて、これらの中間の大きさの中口径噴射孔を設けてもよい。
【００２４】
このようにして、原料ガスの噴射量は、ヘッド中心部程多くして周辺部に行く程少なくし、外周ゾーンでは供給量はゼロである。これに対して、酸化ガスは上記と反対にし、外周ゾーンで多くして中心側に行く程少なくし、中心ゾーンでは供給量はゼロである。
ここで、このシャワーヘッド構造が例えば６インチサイズのウエハＷに対応すると仮定すると、内周ゾーン７４Ａの直径Ｄ１は５０〜６０ｍｍ程度の範囲内、中周ゾーン７４Ｂの直径Ｄ２は１００〜１３０ｍｍ程度の範囲内に設定するのが好ましい。
【００２５】
次に、以上のように構成された成膜処理装置を用いて行なわれる成膜処理について説明する。
まず、真空状態に維持された処理容器４内に、ロードロック室７８側からウエハ搬出入口７６を介して未処理の半導体ウエハＷを搬入し、これを載置台１８上に載置する。
そして、抵抗発熱体２２によりウエハＷを所定の処理温度に維持すると共に、処理容器４内を真空引きして所定の処理圧力に維持しつつ、原料ガスと酸化ガスをシャワーヘッド構造５０から供給して成膜を開始する。
原料ガスとしては、固体のＰｂ（ＤＰＭ）2 、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4 Ｈ9 ）4 及びＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 の各材料をそれぞれ気化させて、これらを所定の流量ずつ流して混合させることにより原料ガスを形成し、これを用いる。上記Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの各材料の流量は、それぞれ０．１〜１０ｓｃｃｍ、０．１〜１０ｓｃｃｍ及び０．１〜１０ｓｃｃｍ程度である。シャワーヘッド構造５０に到達した混合状態の原料ガスは、原料ガス用ヘッド空間５６に一旦流れ込み、これよりガス噴射面５７に設けた各原料ガス用の噴射孔５２Ａ、５２Ｂから処理空間Ｓに供給されることになる。
【００２６】
一方、酸化ガス供給通路７０内を流れてきたＮＯ2 ガスはシャワーヘッド構造５０の同心状に配列した各酸化ガス用ヘッド空間５８に到達し、これよりガス噴射面５７に設けた各酸化ガス用の噴射孔５４から処理空間Ｓに供給されることになる。このように処理空間Ｓに噴出された原料ガスとＮＯ2 ガスは、この処理空間Ｓで混合されて反応し、ウエハ表面にＣＶＤにより、例えばＰＺＴ膜を堆積することになる。この時の成膜処理条件は、処理温度は４００〜６００℃の範囲内、処理圧力は従来のこの種の処理圧力よりも低い圧力、例えば１３．３Ｐａ以下、好ましくは１．３Ｐａ前後の圧力である。
【００２７】
ここで、本発明にあっては、図２に示したように、内周ゾーン７４Ａにおいては大口径の原料ガス用の噴射孔５２Ａから原料ガスのみを流し、中周ゾーン７４Ｂにおいては大口径及び小口径の原料ガス用の噴射孔５２Ａ、５２Ｂから原料ガスを流すと共に小口径の酸化ガス用の噴射孔５４Ｂから酸化ガス（ＮＯ2 ガス）を流し、外周ゾーン７４Ｃにおいては大口径の酸化ガス用の噴射孔５４Ａから酸化ガスのみを流すようにしたので、ウエハＷ上に形成されるＰＺＴ膜中の各元素組成の面内均一性、すなわち面内組成均一性の大幅な向上と共に、面内膜厚均一性をも大幅に向上させることが可能となる。このように処理空間の中心側においては原料ガスを多量に流すようにし、そして、周辺に行くに従って原料ガスの供給を抑制すると共に周辺に行くに従って逆に酸化ガスの供給を開始して次第にその供給を多くし、更にその周辺を酸化ガスにより完全に囲むようにすることにより、Ｐｂ（Ｚｒ1-x Ｔｉｘ）Ｏ3 のペロブスカイト構造の酸化物結晶膜の形成において面内組成均一性及び面内膜厚均一性の極めて良好なＰＺＴ膜を得ることができた。特に、Ｐｂ濃度の分布は電気的特性において重要であるが、ＰＺＴ膜中のこのＰｂ濃度の面内均一性を大幅に向上させることができた。
【００２８】
図３は従来のシャワーヘッド構造と本発明の処理ガス供給構造としてのシャワーヘッド構造を用いて成膜した時のＰＺＴ膜中のＰｂ濃度の分布を示す図、図４は図３中の表をグラフ化したものであってＰＺＴ膜中のＰｂ濃度を示すグラフである。また、ウエハは６インチ（１５ｃｍ）サイズのものを用いた。
このグラフから明らかなように、従来構造の場合には、ウエハ中心から中周においてＰｂ濃度はやや高く、ウエハエッジにおいて急激に低下しており、全体として組成の面内均一性が劣っている。
これに対して、本発明構造の場合には、ウエハの中心からエッジまでＰｂ濃度は略一定となっており、従って、組成の面内均一性を大幅に改善できたことが判明した。
【００２９】
本実施例では、６インチサイズのウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、図２に示したような内周ゾーン７４Ａの直径Ｄ１、中周ゾーン７４Ｂの直径Ｄ２は、それぞれ８インチ或いは１２インチなどのウエハサイズに対応して同等の比率で大きく設定されるのは勿論である。
また、上記実施例では、シャワーヘッド構造を、内周、中周、外周の３つのゾーン７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃに区画したが、これに限定されず、内周ゾーン７４Ａと外周ゾーン７４Ｃの２つのゾーンに区画してもよい。この場合には、例えば図２において内周ゾーン７４Ａをもう少し半径方向外方へ広くし、また、外周ゾーン７４Ｃをもう少し半径方向内方へ広くして２ゾーンにする。この場合にも、図２に示したシャワーヘッド構造の場合と略同様な作用効果を発揮することが可能となる。
また、ここでは、強誘電体膜としてＰＺＴ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず他の有機金属材料を用いて成膜する場合、例えばＢＳＴ（＝（Ｂａx ，Ｓｒ1-x ）ＴｉＯ3 ）やＳＢＴ（＝ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）等を成膜する場合にも、全て適用できるのは勿論である。また、酸化ガスとしてはＮＯ2 のみならず、他のガス、例えばＯ2 等も用いることができる。更に、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の処理ガス供給構造及び成膜処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、例えば多元素系金属酸化物の原料ガスにより被処理体の表面に形成される膜の面内組成均一性及び面内膜厚均一性を大幅に向上させることができる。従って、半導体装置のキャパシタ等に最適な強誘電体膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜処理装置を示す構成図である。
【図２】図１中に示す処理ガス供給構造のガス噴射面を示す平面図である。
【図３】従来のシャワーヘッド構造と本発明の処理ガス供給構造であるシャワーヘッド構造を用いて成膜した時のＰＺＴ膜中のＰｂ濃度の分布を示す図である。
【図４】図３中の表をグラフ化したものであってＰＺＴ膜中のＰｂ濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
２  処理装置
４  処理容器
１８  載置台
２２  抵抗発熱体（加熱手段）
５０  シャワーヘッド構造（処理ガス供給構造）
５２  原料ガス用の噴射孔
５４  酸化ガス用の噴射孔
５５  シャワーヘッド本体
５６  原料ガス用ヘッド空間
５７  ガス噴射面
５８  酸化ガス用ヘッド空間
７４Ａ  内周ゾーン
７４Ｂ  中周ゾーン
７４Ｃ  外周ゾーン
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
0004387029.tif 000002
【図２】
0004387029.tif 000003
【図３】
0004387029.tif 000004
【図４】
0004387029.tif 000005