(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に誘電体薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
真空槽と、
前記真空槽に配置されて複合酸化物誘電体を主成分とするターゲットと、
前記真空槽に配置されて前記ターゲットの側に基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の周囲に配置されて接地電位に接続される対向電極と、
前記対向電極を前記基板の略法線方向に沿って昇降して前記対向電極の前記ターゲットの側の一面を変位させる変位機構と、
前記一面が前記誘電体薄膜の組成比に対応する目標位置に配置するように前記変位機構を駆動制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜形成装置であって、
前記誘電体薄膜の組成比と前記法線方向における前記一面の位置とを関連付ける位置データと、前記誘電体薄膜の目標組成比に関するデータとを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、
前記位置データを用いて前記目標組成比に対応する前記一面の位置を前記目標位置として設定し、前記一面が前記目標位置に配置するように前記変位機構を駆動制御すること、を特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜形成装置であって、
前記位置データと前記目標組成比とを前記記憶部に入力する入力部を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
電極層と強誘電体層を有するメモリ素子を備えた半導体装置を製造する半導体装置の製造装置であって、
前記電極層を形成する第一薄膜形成部と、
前記強誘電体層を形成する第二薄膜形成部と、を備え、
前記第二薄膜形成部は、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜形成装置であること、
を特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】
複合酸化物誘電体を主成分とするターゲットをスパッタして誘電体薄膜を製造する薄膜形成方法であって、
前記ターゲットに向けて基板の表面を配置し、接地電位に接続される対向電極を前記基板の周囲に配置して前記対向電極の前記ターゲットの側の一面を前記基板の法線方向に沿って昇降させ、前記誘電体薄膜の組成比に対応する目標位置まで前記一面を変位させて前記ターゲットをスパッタすること、
を特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置、半導体装置の製造装置、及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳＢＴ:SrBi2Ta2O9 ）やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ:Pb(ZrTi)O3 ）などの強誘電体は、所定のレベルの電位が印加されるときに、構成原子の一部を電界の向きに移動させて分極状態を呈し、所定のレベルの電位を取り除いた後もこの分極状態を維持させる。ＳＢＴやＰＺＴは、こうした分極状態に基づいて優れた誘電特性と圧電特性を示すため、不揮発性メモリ、アクチュエータ、光スイッチなどの各種のデバイスに広く用いられている。
【０００３】
強誘電体においては、構成元素の陽イオン（Ti,Pb,Sr,Bi など）に欠損を生じる、あるいはこれに伴う酸素元素（O ）の欠損を生じると、強誘電体の内部に空間電荷分極を形成してしまう。この空間電化分極は、強誘電体の分極に対して相反する電界を発現させて強誘電体が有するヒステリシスループを変形させ、強誘電体の誘電特性や圧電特性を劣化させてしまう。さらに、酸素元素の欠損は、強誘電体の結晶構造を変化させて、強誘電体のリーク電流を増大させてしまう。
【０００４】
そこで、上記強誘電体を用いるデバイスの製造方法においては、従来から、構成元素の組成変動を回避させるための提案がなされている。特許文献１は、ＣＶＤ法を用いて強誘電体を成膜するときに、特定の発火点を有する溶媒を成膜空間へ添加し、基板表面の過剰な酸素を燃焼し、CO2 などとして排気させる。これによれば、結晶中の酸素欠損と結晶成長中の過剰酸素による結晶性の低下とを解決させることができる。特許文献２は、強誘電体に対する上部電極の構成材料としてRu1- xOx （ｘは０．００５以上かつ０．０５以下
）を用いる。これによれば、強誘電体が酸素欠損構造を呈する場合、上部電極に含まれる酸素が強誘電体中へ供給されることから、強誘電体表面における欠陥を該酸素で補える。
【０００５】
上記強誘電体の薄膜化技術としては、有機金属化合物を用いるＭＯＣＶＤ法（例えば、特許文献２）、有機金属化合物を基板上に塗布して熱分解するゾルゲル法、レーザーアブレーション法、マグネトロンスパッタ法（例えば、特許文献３）が知られている。マグネトロンスパッタ法は、ＭＯＣＶＤ法やゾルゲル法などの他の成膜技術に比べて強誘電体中に含まれる不純物濃度を大幅に低減でき、また、強誘電体と電極との間の密着性を向上できる点において優れている。
【特許文献１】特開２００４−２７３７８７号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２５３９号公報
【特許文献３】特開２００２−３８２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マグネトロンスパッタ法においては、ターゲットをスパッタして強誘電体層を形成するため、強誘電体の組成比がターゲット材料の組成比によって略一義的に規定されてしまい、強誘電体に含まれる各構成元素の濃度を選択的に調整させ難い。この結果、マグネトロンスパッタ法においては、強誘電体の組成比を変更させるたびに、ターゲットの交換や成膜条件の大幅な変更が必要になり、さらには膜厚均一性などの膜質劣化を余儀なく強いられて、生産管理を著しく煩雑にさせる問題があった。
【０００７】
本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、誘電体薄膜の組成比を
容易に調整でき、その生産性を向上させた薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
マグネトロンスパッタ法では、プラズマ状態の安定化を図る技術として、基板の周囲に対向電極を配置して該対向電極を接地電位に接続する技術が知られている（例えば、特許文献３）。本発明者らは、誘電体薄膜の製造方法を検討するなかで、誘電体薄膜の組成比が、基板の法線方向における対向電極の位置によって規定されることを見出した。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の薄膜形成装置は、基板の上に誘電体薄膜を形成する薄膜形成装置であって、真空槽と、前記真空槽に配置されて複合酸化物誘電体を主成分とするターゲットと、前記真空槽に配置されて前記ターゲットの側に基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部の周囲に配置されて接地電位に接続される対向電極と、前記対向電極を前記基板の略法線方向に沿って昇降して前記対向電極の前記ターゲットの側の一面を変位させる変位機構と、前記一面が前記誘電体薄膜の組成比に対応する目標位置に配置するように前記変位機構を駆動制御する制御部とを要旨とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、制御部が変位機構を介して対向電極の一面を目標位置に変位させる。したがって、誘電体薄膜の組成比を所定の組成比にさせることができ、同一のターゲットによって組成比の異なる複数の誘電体薄膜を形成させることができる。この結果、ターゲットの交換や大幅な成膜条件の変更を伴うことなく、誘電体薄膜の組成比を容易に調整させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項２に記載の薄膜形成装置であって、前記誘電体薄膜の組成比を前記一面の前記法線方向の位置に関連付ける位置データと、前記誘電体薄膜の目標組成比に関するデータとを記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記位置データを用いて前記目標組成比に対応する前記一面の位置を前記目標位置として設定し、前記一面が前記目標位置に配置するように前記変位機構を駆動制御することを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、目標組成比に対応する目標位置を位置データに基づいて設定させることができる。したがって、より高い再現性の下で、誘電体薄膜の組成比を調整させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の薄膜形成装置であって、前記位置データと前記目標組成比とを前記記憶部に入力する入力部を備えたことを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、入力部から入力する位置データと目標組成比に基づいて誘電体薄膜の組成比を調整させることができる。したがって、異なるターゲットを使用する場合には、位置データと目標組成比とを入力するだけで誘電体薄膜の組成比を調整させることができる。よって、誘電体薄膜の組成比を、より容易に調整させることができる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の半導体装置の製造装置は、電極層と強誘電体層を有するメモリ素子を備えた半導体装置を製造する半導体装置の製造装置であって、前記電極層を形成する第一薄膜形成部と、前記強誘電体層を形成する第二薄膜形成部とを備え、前記第二薄膜形成部は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜形成装置であることを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、メモリ素子が有する強誘電体層の組成比を容易に調整させることができ、かつ、その強誘電体層と電極層とを連続的に形成させることができる。この結果、強誘電体層の上に形成する電極層によって強誘電体層の劣化を抑制させるこ
とができ、強誘電体層を有する半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の薄膜形成方法は、複合酸化物誘電体を主成分とするターゲットをスパッタして誘電体薄膜を製造する薄膜形成方法であって、前記ターゲットに向けて基板の表面を配置し、接地電位に接続される対向電極を前記基板の周囲に配置して前記対向電極の前記ターゲットの側の一面を前記基板の法線方向に沿って昇降させ、前記誘電体薄膜の組成比に対応する目標位置まで前記一面を変位させて前記ターゲットをスパッタすることを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、対向電極の一面を変位させるだけで、誘電体薄膜の組成比を所定の組成比にさせることができ、同一のターゲットによって組成比の異なる複数の誘電体薄膜を形成させることができる。したがって、ターゲットの交換や大幅な成膜条件の変更を伴うことなく、誘電体薄膜の組成比を容易に調整させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記したように、本発明によれば、誘電体薄膜の組成比を容易に調整でき、その生産性を向上させた薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態について説明する。図１は、薄膜形成装置としての半導体装置の製造装置を模式的に示す平面図である。
（薄膜形成装置）
図１は、半導体装置の製造装置１０を模式的に示す平面図である。図１において、製造装置１０は、ロードロックチャンバＦＬ（以下単に、ＬＬチャンバＦＬという。）と、ＬＬチャンバＦＬに連結する搬送チャンバＦＴと、搬送チャンバＦＴに連結する下層チャンバＦ１、誘電体チャンバＦ２、及び上層チャンバＦ３を有する。
【００２０】
ＬＬチャンバＦＬは、減圧可能な内部空間（以下単に、収容室ＦＬａという。）を有し、複数の基板Ｓを搬出及び搬入可能にする。ＬＬチャンバＦＬは、基板Ｓの成膜処理を開始するとき、収容室ＦＬａを減圧して、収容する基板Ｓを搬送チャンバＦＴに搬入する。ＬＬチャンバＦＬは、基板Ｓの照射処理を終了するとき、収容室ＦＬａを大気開放して、収容する基板Ｓを製造装置１０の外部へ搬出する。
【００２１】
搬送チャンバＦＴは、減圧可能な内部空間（以下単に、搬送室ＦＴａという。）を有し、ＬＬチャンバＦＬ、下層チャンバＦ１、誘電体チャンバＦ２、及び上層チャンバＦ３と解除可能に連通して共通する真空系を形成可能にする。搬送室ＦＴａは、基板Ｓを搬送するための搬送ロボットＲＢを搭載し、基板Ｓの成膜処理を開始するとき、成膜処理前の基板ＳをＬＬチャンバＦＬから搬送チャンバＦＴへ搬入する。搬送ロボットＲＢは、基板Ｓの処理順序に関するデータに基づいて、搬入する基板Ｓを、下層チャンバＦ１、誘電体チャンバＦ２、上層チャンバＦ３の順に搬送する。搬送ロボットＲＢは、基板Ｓの成膜処理を終了するとき、成膜処理後の基板Ｓを搬送チャンバＦＴからＬＬチャンバＦＬへ搬出する。
【００２２】
下層チャンバＦ１は、下部電極などの下層を形成するためのチャンバである。下層としては、バリア層及び電極層からなる積層構造、あるいは電極層のみからなる単層構造を用いることができる。バリア層としては、窒化タンタル（TaN ）、酸化チタン（TiO2 ）、
酸化ルテニウム（RuO2 ）、窒化チタンアルミニウム（TiAlN ）などを用いることができ
、電極層としては白金（Pt ）、ルテニウム（Ru ）、イリジウム（Ir ）などを用いるこ
とができる。下層チャンバＦ１としては、スパッタリング法を用いる公知のスパッタチャンバを用いることができる。
【００２３】
誘電体チャンバＦ２は、基板Ｓの上に強誘電体層を形成するためのチャンバである。強誘電体層としては、タンタル酸ストロンチウムビスマス（SrBi2TaO9: ＳＢＴ）、チタン
酸ジルコン酸鉛（Pb(Zr,Ti)O3: ＰＺＴ）、チタン酸ビスマス（Bi4Ti3O12: ＢＴＯ）、タンタル酸ストロンチウムビスマスニオブ（SrBi2(Ta,Nb)2O9: ＳＢＴＮ）、チタン酸ビス
マスランタン（(Bi,La)4Ti3O12: ＢＬＴＯ）などの複合酸化物誘電体を用いることができる。誘電体チャンバＦ２としては、スパッタリング法を用いる公知のスパッタチャンバを用いることができる。
【００２４】
上層チャンバＦ３は、上部電極などの上層を形成するためのチャンバである。上層としては、上記下層と同じく、白金（Pt ）、ルテニウム（Ru ）、イリジウム（Ir ）などを
用いることができる。上層チャンバＦ３としては、スパッタリング法を用いる公知のスパッタチャンバを用いることができる。
【００２５】
次に、上記誘電体チャンバＦ２について以下に説明する。図２は、誘電体チャンバＦ２を模式的に示す図である。
図２において、誘電体チャンバＦ２は、真空槽（以下単に、チャンバ本体１１という。）を有し、チャンバ本体１１の内部空間（以下単に、成膜空間Ｆａという。）に基板Ｓを搬入する。チャンバ本体１１は、供給配管１２を介して、スパッタガスＧｓのマスフローコントローラＭＦＣと、酸化ガスＧｏｘのマスフローコントローラＭＦＣに連結されている。各マスフローコントローラＭＦＣは、それぞれ対応するガス種の供給元に接続され、成膜空間Ｆａに所定の流量でスパッタガスＧｓ又は酸化ガスＧｏｘを導入する。スパッタガスＧｓとしては、例えばアルゴン（Ar ）、ヘリウム（He ）、キセノン（Xe ）などの
希ガスを用いることができる。酸化ガスＧｏｘとしては、例えば酸素（O2 ）、亜酸化窒
素（N2O ）などを用いることができる。
【００２６】
チャンバ本体１１は、排気配管１３を介して排気ユニットＰＵに連結されている。排気ユニットＰＵは、成膜空間ＦａのスパッタガスＧｓ又は酸化ガスＧｏｘを排気して、成膜空間Ｆａの圧力を所定の値に調整する。排気ユニットＰＵとしては、例えばターボ分子ポンプとドライポンプからなる排気系を用いることができる。
【００２７】
チャンバ本体１１は、成膜空間Ｆａの底部に基板保持部１４と対向電極１５とを有している。基板保持部１４は、成膜空間Ｆａに搬入される基板Ｓを載置して成膜空間Ｆａの所定の位置に基板Ｓを位置決め固定する。
【００２８】
対向電極１５は、アルミニウムなどの導電性材料からなる筒状を呈して、基板保持部１４の外周全体を囲うように配置されている。対向電極１５は、その上面（以下単に、電極面１５ａという。）から下方に向かう複数の孔を有し、チャンバ本体１１を介して接地電位に接続されている。対向電極１５は、電極面１５ａに強誘電体層が堆積される場合であっても、これら複数の孔の内部を介し、成膜空間Ｆａで接地電位を維持できる。こうした対向電極１５としては、例えば特許文献３に開示される技術を用いることができる。
【００２９】
チャンバ本体１１の下側には、変位機構を構成するリフトモータＬＭが搭載されている。対向電極１５は、リフトモータＬＭの出力軸に駆動連結されて、リフトモータＬＭが正転あるいは逆転するとき、リフトモータＬＭの駆動力を受けて基板Ｓの法線方向、すなわち、鉛直方向に沿って昇降する。
【００３０】
ここで、基板Ｓの法線方向に沿う座標系において、基板Ｓの表面の位置を基準位置（０（ｍｍ））とし、電極面１５ａの位置を「実電極位置Ｈａ」という。「実電極位置Ｈａ」は、基板Ｓの表面からターゲット１７に向かう方向に正の値が規定され、基板Ｓの表面か
らターゲット１７の反対側に向かう方向に負の値が規定される。
【００３１】
対向電極１５の上方には、対向電極１５の上方外側を囲う筒状の防着板１６が配設されている。防着板１６は、成膜空間Ｆａにて成膜処理が実行されるとき、チャンバ内壁に対するスパッタ粒子の付着を抑制する。基板保持部１４の直上には、誘電体層を形成するためのターゲット１７が配設されている。ターゲット１７としては、例えばＳＢＴ、ＰＺＴ、ＢＴＯ、ＢＬＴＯなどの複合酸化物を主成分として用いることができる。
【００３２】
ターゲット１７の上側には、バッキングプレート１８と磁気回路１９とが配設されている。バッキングプレート１８は、ターゲット１７を基板Ｓの直上に配置させて、ターゲット１７と基板Ｓとの間を所定の距離に規定する。バッキングプレート１８は、高周波電源Ｇに接続されて、高周波電源Ｇが所定の高周波電力を出力するとき、カソードとして機能して、成膜空間Ｆａにプラズマを生成する。磁気回路１９は、ターゲット１７の内表面に沿ってマグネトロン磁場を形成して、高周波電源Ｇが所定の高周波電力を出力するとき、成膜空間Ｆａのプラズマ密度を増大させる。
【００３３】
誘電体チャンバＦ２は、基板Ｓが成膜空間Ｆａへ搬入されるとき、マスフローコントローラＭＦＣと排気ユニットＰＵとを駆動して、スパッタガスＧｓと酸化ガスＧｏｘとからなる雰囲気を成膜空間Ｆａに形成する。そして、誘電体チャンバＦ２は、所望する組成比の強誘電体層を形成するとき、リフトモータＬＭを駆動して、対向電極１５の電極面１５ａを所望の組成比に対応した所定の「実電極位置Ｈａ」まで変位させ、高周波電源Ｇを駆動してターゲット１７をスパッタリングする。
【００３４】
図３は、上記「実電極位置Ｈａ」と強誘電体層の組成比との関係を示す図であって、ターゲット１７の構成材料としてＳＢＴを用いるものである。図３の縦軸は強誘電体層の組成比であって、タンタル（Ta ）に対するビスマス（Bi ）の組成比（組成比Ａ：Bi/Ta ）と、タンタル（Ta ）に対するストロンチウム（Sr ）の組成比（組成比Ｂ：Sr/Ta ）とを示す。また、図３の横軸は「実電極位置Ｈａ」を示す。
【００３５】
組成比Ａ（Bi/Ta ）は、「実電極位置Ｈａ」が０（ｍｍ）から−１５０（ｍｍ）へ変位するとき、「実電極位置Ｈａ」の低下に伴い、その値を約１．１から約０．７へ低下させる。一方、組成比Ｂ（Sr/Ta ）は、「実電極位置Ｈａ」が０（ｍｍ）から−１５０（ｍｍ）へ変位するとき、「実電極位置Ｈａ」の低下に関わらず、その値を略０．５で維持する。
【００３６】
すなわち、誘電体チャンバＦ２においては、「実電極位置Ｈａ」を０（ｍｍ）〜−１５０（ｍｍ）の範囲で変更することによって、ビスマス（Bi ）の組成比のみを選択的に変
更させることができる。
【００３７】
次に、上記製造装置１０の電気的構成について以下に説明する。図４は、製造装置１０の電気的構成を示す電気ブロック回路図である。
図４において、制御装置２０は、製造装置１０に各種の処理動作を実行させるものである。制御装置２０は、各種の信号を入力するための入力Ｉ／Ｆ２０Ａと、各種の演算処理を実行するためのＣＰＵなどからなる演算部２０Ｂとを有する。また、制御装置２０は、各種のデータや各種の制御プログラムを格納するための記憶部２０Ｃと、各種の信号を出力するための出力Ｉ／Ｆ２０Ｄとを有する。
【００３８】
記憶部２０Ｃには、強誘電体層の組成比と「実電極位置Ｈａ」とを関連付けるデータ（以下単に、位置データＩａという。）が格納されている。位置データＩａは、予め試験等に基づいてターゲット１７の種別ごとに規定される情報であり、強誘電体層の組成比に応
じて「実電極位置Ｈａ」を一義的に規定するための情報である。位置データＩａとしては、例えば、図３に示す組成比Ａの直線式に関する情報やルックアップテーブルを用いることができる。
【００３９】
制御装置２０には、入力Ｉ／Ｆ２０Ａを介して、入力部２１Ａ、ＬＬチャンバ検出部２２Ａ、搬送チャンバ検出部２３Ａ、下層チャンバ検出部２４Ａ、上層チャンバ検出部２５Ａ、及び誘電体チャンバ検出部２６Ａが接続されている。また、制御装置２０には、出力Ｉ／Ｆ２０Ｄを介して、出力部２１Ｂ、ＬＬチャンバ駆動部２２Ｂ、搬送チャンバ駆動部２３Ｂ、下層チャンバ駆動部２４Ｂ、上層チャンバ駆動部２５Ｂ、及び誘電体チャンバ駆動部２６Ｂが接続されている。
【００４０】
入力部２１Ａは、起動スイッチや停止スイッチなどの各種の操作スイッチを有し、製造装置１０が各種の処理動作に利用するためのデータを制御装置２０に入力する。例えば、入力部２１Ａは、各層を成膜するための処理順序に関するデータや下部電極及び上部電極の成膜条件に関するデータを制御装置２０へ入力する。また、入力部２１Ａは、強誘電体層の成膜条件、すなわち、スパッタリングするときの目標圧力、目標時間、ターゲット１７に印加する目標電力、及び所望する強誘電体層の組成比（以下単に、「目標組成比Ｒｐ」という。）に関するデータを制御装置２０へ入力する。
【００４１】
制御装置２０は、入力部２１Ａから入力される各種データを受信して記憶部２０Ｃに一旦格納し、各処理動作を実行するとき、それぞれ対応するデータを読み出して、対応する処理動作を実行させる。例えば、制御装置２０は、「目標組成比Ｒｐ」を記憶部２０Ｃに一旦格納し、強誘電体層の成膜処理を実行するときに、「目標組成比Ｒｐ」を読み出し、位置データＩａを参照して、「目標組成比Ｒｐ」に対応する「実電極位置Ｈａ」（以下単に、目標位置としての「目標電極位置」という。）を演算する。そして、制御装置２０は、リフトモータＬＭを駆動制御して対向電極１５を移動させ、対向電極１５の電極面１５ａを「目標電極位置」へ変位させる。
【００４２】
ＬＬチャンバ検出部２２Ａは、ＬＬチャンバＦＬの状態、例えば、収容室ＦＬａの実圧力、収容する基板Ｓの枚数などを検出し、その検出結果を制御装置２０に入力する。搬送チャンバ検出部２３Ａは、搬送チャンバＦＴの状態、例えば、搬送ロボットＲＢのアーム位置などを検出し、その検出結果を制御装置２０へ入力する。下層チャンバ検出部２４Ａ及び上層チャンバ検出部２５Ａは、それぞれ下層チャンバＦ１及び上層チャンバＦ３の状態を検出し、その検出結果を制御装置２０へ入力する。
【００４３】
誘電体チャンバ検出部２６Ａは、誘電体チャンバＦ２の状態を検出し、その検出結果を制御装置２０へ入力する。誘電体チャンバ検出部２６Ａは、例えば成膜空間Ｆａの実圧力、スパッタガスＧｓ、及び酸化ガスＧｏｘの実流量、成膜時間、ターゲットに供給する実電力などを検出し、これらのパラメータに関する検出信号を制御装置２０へ入力する。また、誘電体チャンバ検出部２６Ａは、リフトモータＬＭの回転方向と回転数とを検出するリフトエンコーダＬＥの検出信号を受け、「実電極位置Ｈａ」に対応する信号を制御装置２０へ入力する。
【００４４】
出力部２１Ｂは、液晶ディスプレイなどの各種表示装置を有して製造装置１０の処理状況に関する各種のデータを出力する。例えば、出力部２１Ｂは、誘電体チャンバ検出部２６Ａからの信号を受けて「実電極位置Ｈａ」を表示する。
【００４５】
制御装置２０は、ＬＬチャンバ検出部２２Ａから入力される検出信号を利用して、ＬＬチャンバ駆動部２２Ｂに対応する駆動制御信号をＬＬチャンバ駆動部２２Ｂへ出力する。ＬＬチャンバ駆動部２２Ｂは、制御装置２０からの駆動制御信号に応答し、収容室ＦＬａ
を減圧あるいは大気開放して基板Ｓの搬入あるいは搬出を可能にする。
【００４６】
制御装置２０は、搬送チャンバ検出部２３Ａから入力される検出信号を利用し、入力部２１Ａから入力される処理順序に関するデータに基づいて、搬送チャンバ検出部２３Ａに対応する駆動制御信号を搬送チャンバ駆動部２３Ｂへ出力する。搬送チャンバ駆動部２３Ｂは、制御装置２０からの駆動制御信号に応答し、処理順序に従って、基板Ｓを、ＬＬチャンバＦＬ、搬送チャンバＦＴ、下層チャンバＦ１、誘電体チャンバＦ２、上層チャンバＦ３の順に搬送する。
【００４７】
制御装置２０は、下層チャンバ検出部２４Ａから入力される検出信号を利用し、入力部２１Ａから入力される下層の成膜条件に基づいて、下層チャンバ駆動部２４Ｂに対応する駆動制御信号を下層チャンバ駆動部２４Ｂへ出力する。下層チャンバ駆動部２４Ｂは、制御装置２０からの駆動制御信号に応答して、入力部２１Ａから入力される下層の成膜条件の下で下部電極などの成膜処理を実行する。
【００４８】
制御装置２０は、上層チャンバ検出部２５Ａから入力される検出信号を利用し、入力部２１Ａから入力される上層の成膜条件に基づいて、上層チャンバ駆動部２５Ｂに対応する駆動制御信号を上層チャンバ駆動部２５Ｂへ出力する。上層チャンバ駆動部２５Ｂは、制御装置２０からの駆動制御信号に応答して、入力部２１Ａから入力される上層の成膜条件の下で上部電極などの成膜処理を実行する。
【００４９】
制御装置２０は、誘電体チャンバ検出部２６Ａから入力される検出信号を利用し、入力部２１Ａから入力される強誘電体層の成膜条件に基づいて、誘電体チャンバ駆動部２６Ｂに対応する駆動制御信号を誘電体チャンバ駆動部２６Ｂへ入力する。誘電体チャンバ駆動部２６Ｂは、制御装置２０からの駆動制御信号に応答して入力部２１Ａから入力される強誘電体層の成膜条件の下で強誘電体層の成膜処理を実行する。
【００５０】
すなわち、制御装置２０は、入力部２１Ａからの「目標組成比Ｒｐ」及び記憶部２０Ｃに格納する位置データＩａに基づいて「目標電極位置」を演算する。そして、制御装置２０は、誘電体チャンバ検出部２６Ａからの「実電極位置Ｈａ」に関するデータを受け、「実電極位置Ｈａ」を「目標電極位置」にするための駆動制御信号を生成し、該駆動制御信号を誘電体チャンバ駆動部２６Ｂへ入力する。誘電体チャンバ駆動部２６Ｂは、制御装置２０からの駆動制御信号に応答してリフトモータＬＭを駆動制御し、対向電極１５の電極面１５ａを「目標電極位置」へ変位させて強誘電体層の成膜処理を実行する。
【００５１】
これによって、誘電体チャンバＦ２は、所望する組成比の強誘電体層を形成させることができる。
（薄膜形成方法）
次に、上記製造装置１０を用いた薄膜形成方法について以下に説明する。
【００５２】
まず、制御装置２０は、ＬＬチャンバＦＬに基板Ｓがセットされて、入力部２１Ａから各種のデータを受信する。次いで、制御装置２０は、ＬＬチャンバＦＬの状態と搬送チャンバＦＴの状態を検出し、処理順序に従って基板Ｓの搬送処理を開始させる。
【００５３】
制御装置２０は、ＬＬチャンバＦＬから搬送チャンバＦＴに搬入される基板Ｓを下層チャンバＦ１へ搬送させて、下層の成膜条件に基づいて成膜処理を実行させる。制御装置２０は、下層チャンバＦ１の状態を検出して、下層の成膜処理が終了したか否かを判断し、下層の成膜処理が終了すると、下層チャンバＦ１の基板Ｓを誘電体チャンバＦ２へ搬送させて、強誘電体層の成膜条件に基づく成膜処理を実行させる。
【００５４】
すなわち、制御装置２０は、強誘電体層の成膜条件に関するデータを読み出して「目標組成比Ｒｐ」に対応する「目標電極位置」を演算し、「実電極位置Ｈａ」を「目標電極位置」にするための駆動制御信号を生成してリフトモータＬＭを駆動制御する。そして、制御装置２０は、対向電極１５の電極面１５ａを「目標電極位置」へ変位させて基板Ｓの上に強誘電体層を成膜させる。
【００５５】
制御装置２０は、誘電体チャンバＦ２の状態を検出して強誘電体層の成膜処理が終了したか否かを判断し、強誘電体層の成膜処理が終了すると、誘電体チャンバＦ２の基板Ｓを上層チャンバＦ３に搬送させて、上層の成膜条件に基づく成膜処理を実行させる。制御装置２０は、上層チャンバＦ３の状態を検出して、上層の成膜処理が終了したか否かを判断し、上層の成膜処理が終了したと判断すると、上層チャンバＦ３の基板ＳをＬＬチャンバＦＬへ搬送させる。
【００５６】
以後同様に、制御装置２０は、全ての基板Ｓの各々に対して、下層、強誘電体層、及び上層の順に成膜処理を実行させて、基板Ｓの上に所望する薄膜を形成させる。そして、制御装置２０は、ＬＬチャンバＦＬの状態を検出し、全ての基板Ｓに所望の薄膜を形成させると、ＬＬチャンバＦＬを大気開放させて全ての基板Ｓを外部に搬出させる。
【００５７】
（半導体装置）
次に、上記半導体装置の製造装置１０を用いて製造する半導体装置について以下に説明する。図５は、半導体装置３０を示す要部断面図である。
【００５８】
図５において、半導体装置３０の基板Ｓには、薄膜トランジスタＴｒが形成されている。薄膜トランジスタＴｒの拡散層ＬＤは、コンタクトプラグＰＣ及び配線ＭＬを介して、メモリ素子としての強誘電体キャパシタ３１に接続されている。
【００５９】
強誘電体キャパシタ３１は、下部電極層３１ａと、強誘電体層３１ｂと、上部電極層３１ｃとからなる容量素子であって、これら下部電極層３１ａ、強誘電体層３１ｂ、及び上部電極層３１ｃは、それぞれ上記半導体装置の製造装置１０を用いて製造されている。すなわち、下部電極層３１ａ及び上部電極層３１ｃは、それぞれ下層チャンバＦ１及び上層チャンバＦ３を用いる成膜処理によって形成される。また、強誘電体層３１ｂは、誘電体チャンバＦ２を用いる成膜処理によって形成されて、対向電極１５の電極面１５ａを変位させることによって所望の組成比に制御されている。
【００６０】
これによって、強誘電体層３１ｂの組成比を容易に調整でき、ひいては、半導体装置３０の生産性を向上させることができる。
上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００６１】
（１）上記実施形態においては、複合酸化物誘電体を主成分とするターゲット１７をスパッタするとき、基板Ｓの表面をターゲット１７に向けて配置し、基板Ｓの周囲で接地電位に接続される対向電極１５の電極面１５ａを、基板Ｓの法線方向に沿って昇降させる。そして、基板Ｓの法線方向における電極面１５ａの位置を、「目標組成比Ｒｐ」に対応する「目標電極位置」へ変位させ、ターゲット１７をスパッタする。
【００６２】
したがって、対向電極１５の電極面１５ａを変位させるだけで、強誘電体層の組成比を「目標組成比Ｒｐ」に対応させることができ、組成比の異なる複数の強誘電体層を、同一のターゲット１７を用いて形成させることができる。よって、ターゲット１７の交換や大幅な成膜条件の変更を伴うことなく、誘電体薄膜の組成比を容易に調整させることができる。
【００６３】
（２）上記実施形態においては、制御装置２０が、目標組成比Ｒｐと位置データＩａに基づいて「目標電極位置」を演算し、リフトエンコーダＬＥの検出信号に基づいて、対向電極１５の電極面１５ａを「目標電極位置」にまで変位させる。したがって、「目標組成比Ｒｐ」に対応する「目標電極位置」を、より確実に設定させることができ、より高い再現性の下で、強誘電体層の組成比を調整させることができる。
【００６４】
（３）上記実施形態において、半導体装置の製造装置１０は、位置データＩａと「目標組成比Ｒｐ」を入力する入力部２１Ａを有し、制御装置２０は、入力部２１Ａが入力する位置データＩａと「目標組成比Ｒｐ」に基づいて「目標電極位置」を演算する。したがって、異なるターゲット１７を使用する場合には、位置データＩａと「目標組成比Ｒｐ」とを入力する簡単な操作によって、強誘電体層の組成比を所望の値に調整できる。この結果、誘電体薄膜の組成比を、より容易に調整させることができる。
【００６５】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態においては、半導体装置の製造装置１０が、下層チャンバＦ１と上層チャンバＦ３とを搭載する。これに限らず、例えば、半導体装置の製造装置１０は、下層チャンバＦ１又は上層チャンバＦ３を搭載しない構成であっても良く、誘電体チャンバＦ２を搭載する構成であれば良い。
【００６６】
・上記実施形態においては、入力部２１Ａが「目標組成比Ｒｐ」に関するデータを入力する。これに限らず、例えば、入力部２１Ａが「目標電極位置」に関するデータを入力し、制御装置２０が入力部２１Ａからの「目標電極位置」に関するデータに応じて対向電極１５を昇降させ、電極面１５ａを「目標電極位置」に変位させる構成であっても良い。
【００６７】
・上記実施形態において、位置データＩａは、強誘電体層の組成比を「実電極位置Ｈａ」に関連付けるデータである。これに限らず、例えば、位置データＩａは、基板Ｓの処理枚数を「実電極位置Ｈａ」に関連付けるデータであっても良い。すなわち、制御装置２０は、基板Ｓの処理枚数を計測し、処理枚数に応じた「目標電極位置」を演算する構成であっても良い。これによれば、強誘電体層の組成比が処理枚数に応じて変動する場合であっても、処理枚数に応じた「実電極位置Ｈａ」で成膜処理を実行でき、組成比の変動を、電極面１５ａの変位によって補償できる。
【００６８】
・上記実施形態においては、誘電体チャンバＦ２を交流マグネトロンスパッタ方式に具体化した。これに限らず、例えば誘電体チャンバＦ２を直流マグネトロンスパッタ方式、もしくは直流あるいは交流スパッタ方式に具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】半導体装置の製造装置を模式的に示す平面図。
【図２】誘電体チャンバを示す概略側断面図。
【図３】実電極位置と組成比との間の関係を示す図。
【図４】半導体装置の製造装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。
【図５】半導体装置を示す要部側断面図。
【符号の説明】
【００７０】
Ａ，Ｂ…組成比、Ｆ１…第一薄膜形成部を構成する下層チャンバ、Ｆ２…第二薄膜形成部を構成する誘電体チャンバ、Ｆ３…第一薄膜形成部を構成する上層チャンバ、ＬＭ…変位機構を構成するリフトモータ、Ｉａ…位置データ、Ｒｐ…目標組成比、Ｓ…基板、１１…真空槽としてのチャンバ本体、１４…基板保持部、１５…対向電極、１７…ターゲット、２０…制御部を構成する制御装置、２１Ａ…入力部、３０…半導体装置、３１…メモリ素子としての強誘電体キャパシタ。
【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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