(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバーに設けた真空引き配管と、
前記プロセスチャンバー内に設けた基板ステージと、
前記プロセスチャンバー内に、前記基板ステージに対向して設けた前記基板ステージより小さい上部プレートと、
強誘電体材料を含む溶液をミスト化するミスト発生器と、
前記真空引き配管と対向して設けられ、前記ミスト発生器でミスト化されたミストを前記基板ステージと前記上部プレートとの間に吐出するための、前記基板ステージより上方に設けられたキャリアガス配管と、
前記プロセスチャンバー内における前記キャリアガス配管の上方で、且つ前記基板ステージと前記上部プレートのギャップの周囲より斜め上方に設けられ、前記ミストの流れを制御して前記ミストが全方向に拡散することを抑制するとともに前記基板上に効率良く誘導するための制御用ガスを前記基板ステージに対して斜め上方から噴出する制御用ガス配管とを備えた強誘電体薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミスト状態の強誘電体材料を基板上に導くことにより、強誘電体薄膜を成膜させる強誘電体薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の強誘電体材料の開発には、DRAMのキャパシタの高誘電率材料としての開発と、印加電圧と誘電分極のヒステリシス特性を利用した不揮発性メモリとしての開発という両方の流れがある。また、半導体デバイスへの応用として最も研究開発が進められている強誘電体薄膜材料として、バリウム，ストロンチウム，チタンを主成分とするBST 膜や、ビスマス系の層状化合物のY1などがある。また、強誘電体材料の成膜方法としてスパッタ法やスピン塗布法などのゾルゲル法などがあり、なかでも近年には、強誘電体材料を含有した揮発性の溶液をミスト化し、それをキャリアガスで運び、シリコン基板に堆積させる強誘電体薄膜形成装置がある。
【０００３】
以下に従来の強誘電体薄膜形成装置について説明する。図２は従来の強誘電体薄膜形成装置の構成を示す簡単な模式図である。
図２において、１６は強誘電体薄膜形成を行うプロセスチャンバー、１１は超音波発振子により強誘電体材料を含有する揮発性の溶液をミスト化するアトマイザー（ミスト発生器）、１２はミスト化された強誘電体材料をアトマイザー１１からプロセスチャンバー１６へ導くキャリアガスの配管である。プロセスチャンバー１６内には、シリコン基板を置く基板ステージ１５、その上方に所定の間隔で設置された上部プレート１４および真空引き配管１３が設けられている。
【０００４】
次に、強誘電体の薄膜形成は以下のように行われる。アトマイザー１１でミスト化された強誘電体材料は、キャリアガスの流れに沿って、キャリアガス配管１２を通って減圧下にあるプロセスチャンバー１６内に導入される。キャリアガス配管先端の吐出口１７から吐出したミストは真空引きの流れに沿って拡散し、その一部が回転する基板ステージ１５と上部プレート１４のギャップに導かれ、そこで層流を形成し、シリコン基板に強誘電体薄膜を堆積する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、吐出口１７から吐出したミストが、全方向に拡散し、基板ステージ１５と上部プレート１４のギャップに導かれるミストは、ミスト全体の一部となるために成膜レートが低いことや、拡散したミストがプロセスチャンバー内壁などに付着する点からメンテナンス頻度が高いという欠点を有していた。
【０００６】
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、強誘電体薄膜の成膜レートを高め、メンテナンス頻度を低く抑えた強誘電体薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の強誘電体薄膜形成方法は、プロセスチャンバーと、プロセスチャンバーに設けた真空引き配管と、プロセスチャンバー内に設けた基板ステージと、前記プロセスチャンバー内に、前記基板ステージに対向して設けた基板ステージより小さい上部プレートと、強誘電体材料を含む溶液をミスト化するミスト発生器と、真空引き配管と対向して設けられ、ミスト発生器でミスト化されたミストを基板ステージと上部プレートとの間に吐出するための、基板ステージより上方に設けられたキャリアガス配管と、プロセスチャンバー内におけるキャリアガス配管の上方で、且つ基板ステージと上部プレートのギャップの周囲より斜め上方に設けられ、ミストの流れを制御してミストが全方向に拡散することを抑制するとともに基板上に効率良く誘導するための制御用ガスを基板ステージに対して斜め上方から噴出する制御用ガス配管とを備えたものである。
【０００９】
この発明の強誘電体薄膜形成装置によると、キャリアガス配管から吐出したミストは、制御用ガス配管から噴出した対拡散用のバリアとして働く制御用ガスがあるため、拡散が最小限に抑えられる。また、制御用ガスの方向および流量を調整することにより、ミストを最も効率良く基板上に導き、そこに堆積させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態における強誘電体薄膜形成装置について説明する。図１は、強誘電体薄膜形成装置のプロセスチャンバー内の断面図を示す。図１において、１はアトマイザー（ミスト発生器）、２は新設したキャリアガスの流れを制御する制御用ガス配管、３はキャリアガス配管、４は真空引き配管、５は上部プレート、６は基板ステージ、７はプロセスチャンバーである。
【００１１】
この実施の形態の装置では、装置の構成上、キャリアガス配管３の上方に制御用ガス配管２を設け、キャリアガス配管３の吐出口８と同じ形状をもつ制御用ガス配管２の噴出口９の面方向は、基板ステージ６と上部プレート５のギャップよりやや上方に向けられている。また、キャリアガスおよび制御用ガスとして共通のアルゴンを用い、キャリアガス流量と制御用ガス流量を同じ２００sccmに設定し、キャリアガス圧力１kg/cm3に対し制御用ガス圧力を２kg/cm3と高い値に設定する。
【００１２】
つぎに、図１の強誘電体薄膜形成装置を用いた強誘電体薄膜形成方法について説明する。ミスト化された強誘電体材料は、従来と同様にして、キャリアガス配管３を通って、プロセスチャンバー７内に導かれる。キャリアガス配管３の吐出口８から吐出したミストは本来全方向に拡散されるはずであるが、上方に設置した制御用ガス配管２から噴出する高圧のガスの流れの影響を受ける。つまり、上方への拡散に対して、この制御用ガスがバリアとして作用し、制御用ガスの配管設置位置、噴出口９の面方向、ガス流量、ガス圧力を調整することにより、ミストを基板ステージ６と上部プレート５のギャップに導く。このようにして、基板ステージ６に置いたシリコン基板上に強誘電体薄膜が形成される。
【００１３】
このように構成された強誘電体薄膜形成装置によると、制御用ガス配管２を設置したことにより、ミストの拡散を抑え、基板上に堆積するミストの割合が高まり、強誘電体薄膜の成膜レートが向上する。また、プロセスチャンバー内壁に付着するミストの量も最小限に抑えることができるので、本装置では従来のものに比べてメンテナンス頻度を減らし、スループットを高めることができる。
【００１４】
なお、前記実施の形態では、制御用ガス配管２をキャリアガス配管３の上方に設置し、ガスの種類、ガス流量およびガス圧力を上述したように設定したが、そのような構成に限定されるものではなく、装置の構成に合わせて決定すればよく、同様の効果が得られる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明の強誘電体薄膜形成装置によると、キャリアガス配管から吐出したミストは、制御用ガス配管から噴出した対拡散用のバリアとして働く制御用ガスがあるため、拡散が最小限に抑えられる。また、制御用ガスの方向および流量を調整することにより、ミストを最も効率良く基板上に導き、そこに堆積させることができる。これにより、強誘電体薄膜の成膜レートの向上を実現することができ、またプロセスチャンバー内壁などに付着するミストの量を最小限に抑え、メンテナンス頻度を低く抑えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における強誘電体薄膜形成装置の模式図である。
【図２】従来例の強誘電体薄膜形成装置の模式図である。
【符号の説明】
１  アトマイザー（ミスト発生器）
２  制御用ガス配管
３  キャリアガス配管
４  真空引き配管
５  上部プレート
６  基板ステージ
７  プロセスチャンバー
８  吐出口
９  噴出口
【図１】
0003761951.tif 000002
【図２】
0003761951.tif 000003