JP2002367987A - Method and apparatus for forming ferroelectric thin film - Google Patents
Method and apparatus for forming ferroelectric thin filmInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、気化温度の低い固体原料を気化温
度の高い液体材料とは別個に気化させ、気体用マスフロ
ーコントローラで流量制御することにより、良質の強誘
電体薄膜を形成する方法および装置を提供することを目
的とする。
【解決手段】 本発明による強誘電体薄膜の形成方法
は、有機金属錯体を溶解させた液体原料を第１温度まで
加熱することによって気化した第１原料ガスと、有機金
属化合物からなる固体原料を前記第１温度よりも低い第
２温度まで加熱することにより熱分解されることなく気
化された第２原料ガスとを反応室に供給することによ
り、前記反応室(11)内の基板(11c)上に強誘電体薄膜を
形成する強誘電体薄膜の形成方法において、前記第２原
料ガスを気体用マスフローコントローラ(10)で流量制御
して前記反応室(11)に供給する構成である。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high quality ferroelectric thin film by vaporizing a solid material having a low vaporization temperature separately from a liquid material having a high vaporization temperature and controlling the flow rate by a gas mass flow controller. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for forming the same. SOLUTION: The method for forming a ferroelectric thin film according to the present invention comprises the steps of: heating a liquid raw material in which an organometallic complex is dissolved to a first temperature to vaporize a first raw material gas; and a solid raw material comprising an organometallic compound. By supplying a second source gas vaporized without being thermally decomposed by heating to a second temperature lower than the first temperature to the reaction chamber, a substrate (11c) in the reaction chamber (11) is supplied. In the method for forming a ferroelectric thin film on which a ferroelectric thin film is formed, a flow rate of the second raw material gas is controlled by a gas mass flow controller (10) and the second raw material gas is supplied to the reaction chamber (11).
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体メモリに
用いられる強誘電体薄膜の形成方法および装置に関し、
特に、気化温度の低いビスマス系原料が熱分解されない
ように、気化温度の高い液体材料とは別個に気化させる
ことにより、膜質が良好で形成時の制御性の良いビスマ
ス系層状ペロブスカイト構造の強誘電体薄膜を形成でき
るようにするための新規な改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a ferroelectric thin film used in a ferroelectric memory.
In particular, the bismuth-based layered perovskite structure with good film quality and good controllability during formation is vaporized separately from the liquid material with a high vaporization temperature so that the bismuth-based material with a low vaporization temperature is not thermally decomposed. The present invention relates to a novel improvement for forming a body thin film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＦｅＲＡＭ(Ferroelectric Random Acce
ss Memory)では、電荷を蓄積するキャパシタ材料とし
て、Ｂａ-Ｓｒ-Ｔｉ-Ｏ系(ＢＳＴ)、Ｐｂ-Ｚｒ-Ｔｉ-Ｏ
系(ＰＺＴ)、Ｂｉ系層状ペロブスカイト構造などの高・
強誘電体材料を用いることが検討されている。また、高
・強誘電体材料膜をキャパシタ用電極上に薄膜として形
成するためには、複雑な形状の表面への被覆が良好なＣ
ＶＤ法を用いるのが主流となっている。2. Description of the Related Art FeRAM (Ferroelectric Random Acce
ss Memory), Ba-Sr-Ti-O (BST), Pb-Zr-Ti-O
(PZT), Bi-based layered perovskite structure, etc.
The use of ferroelectric materials has been studied. In addition, in order to form a high-ferroelectric material film as a thin film on a capacitor electrode, it is necessary to form a film having a good shape on a surface having a complicated shape.
The use of the VD method has become mainstream.
【０００３】ＣＶＤ法には、ＢＳＴ膜やＰＺＴ膜を形成
するための原料として、金属元素を含む有機金属錯体を
ＴＨＦ(テトラヒドロフラン)等の溶媒に溶解させた後、
気化させてから反応室内に導入し、加熱した基板上で分
解、化合等の反応を起こさせる熱ＣＶＤ法がある。ま
た、反応室内でプラズマを発生させて、基板上の反応を
プラズマを利用して活性化させるプラズマＣＶＤ法を用
いることもできる。さらに、熱ＣＶＤ法またはプラズマ
ＣＶＤ法において、複数の原料を所定の比率で混合する
ために、複数の有機金属錯体溶液を混合した後に気化す
る方法や、各有機金属錯体溶液と溶媒とを気化させた後
に所定の割合で混合する方法もある。In the CVD method, an organic metal complex containing a metal element is dissolved in a solvent such as THF (tetrahydrofuran) as a raw material for forming a BST film or a PZT film.
There is a thermal CVD method in which a gas is introduced into a reaction chamber after being vaporized, and a reaction such as decomposition or combination is caused on a heated substrate. Alternatively, a plasma CVD method in which plasma is generated in a reaction chamber and a reaction on a substrate is activated using the plasma can be used. Furthermore, in the thermal CVD method or the plasma CVD method, in order to mix a plurality of raw materials at a predetermined ratio, a method in which a plurality of organometallic complex solutions are mixed and then vaporized, or a method in which each organometallic complex solution and a solvent are vaporized. After that, there is also a method of mixing at a predetermined ratio.
【０００４】図２は、従来の一般的な強誘電体薄膜の形
成装置を示す構成図である。この装置は、熱ＣＶＤ装置
であり、原料容器３には、所定の金属を含む有機金属錯
体を溶媒に溶解させた溶液からなるＣＶＤ原料が貯容さ
れている。原料容器３に加圧管１３により窒素などの加
圧ガスを導入すると、原料容器３内の圧力が上昇し、液
体用マスフローコントロールからなる原料供給器１５に
よって流量制御された液体原料がキャリアガス導入管４
内を流通する窒素により気化器５へ送られる。FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional general ferroelectric thin film forming apparatus. This apparatus is a thermal CVD apparatus, and a raw material container 3 stores a CVD raw material composed of a solution obtained by dissolving an organic metal complex containing a predetermined metal in a solvent. When a pressurized gas such as nitrogen is introduced into the raw material container 3 by the pressurizing tube 13, the pressure in the raw material container 3 increases, and the liquid raw material whose flow rate is controlled by the raw material supply device 15 composed of a liquid mass flow control is supplied to the carrier gas introducing pipe. 4
It is sent to the vaporizer 5 by the nitrogen flowing inside.
【０００５】液体の原料は気化器５内の気化室へ噴霧さ
れて気化し、原料ガスとなる。この原料ガスは、原料ガ
ス輸送管１７を通じて反応室１１の上部のミキサー部７
に送られる。原料ガス輸送管１７の周りには輸送管加熱
ヒータ４１が設けられており、管内で原料ガスが温度低
下によって液化することを防いでいる。ミキサー部７で
は、原料ガスは酸化剤供給管２１から送られる酸化剤と
しての酸素と混合される。気化した酸素と混合された原
料ガスは、ガスノズル１１ｄから基板１１ｃ上に吹き付
けられる。基板１１ｃは、反応室１１のステージ１１ｂ
上に載置されている。[0005] The liquid raw material is sprayed into a vaporization chamber in the vaporizer 5 and vaporized to become a raw material gas. This raw material gas is supplied to a mixer section 7 above the reaction chamber 11 through a raw material gas transport pipe 17.
Sent to A transport pipe heater 41 is provided around the raw material gas transport pipe 17 to prevent the raw material gas from being liquefied due to a temperature drop in the pipe. In the mixer section 7, the raw material gas is mixed with oxygen as an oxidant sent from the oxidant supply pipe 21. The source gas mixed with the vaporized oxygen is blown onto the substrate 11c from the gas nozzle 11d. The substrate 11c is a stage 11b of the reaction chamber 11.
Is placed on top.
【０００６】また、原料ガス輸送管１７にはベントライ
ン５２が接続されている。ミキサー部７において原料ガ
スは酸素と混合される。酸素と混合された原料ガスは、
ガスノズル１１ｄより吹き出て、基板ヒータによって加
熱された基板上に薄膜が形成される。A vent line 52 is connected to the source gas transport pipe 17. The raw material gas is mixed with oxygen in the mixer section 7. The source gas mixed with oxygen is
A thin film is formed on the substrate which is blown out from the gas nozzle 11d and heated by the substrate heater.
【０００７】液体原料としては、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｔａをそ
れぞれ含む有機金属錯体を溶媒に溶解させたものを使用
している。なお、図２には、原料容器３を１系統しか示
さないが、実際には３系統設けられており、それぞれの
原料容器３から、液体の原料が１つの気化器５へ供給さ
れる。基板上に形成される膜はＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9膜で
ある。[0007] As the liquid raw material, one obtained by dissolving an organic metal complex containing Bi, Sr, and Ta in a solvent is used. Although FIG. 2 shows only one system of the raw material containers 3, actually three systems are provided, and a liquid raw material is supplied from each raw material container 3 to one vaporizer 5. The film formed on the substrate is a SrBi 2 Ta 2 O 9 film.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の強誘電体薄膜の
形成装置は以上のように構成されているので、３系統の
原料を気化させるため、気化器にて一律に２５０℃程度
(３つの原料すべてが気化する温度)まで昇温させること
になる。ところが、原料により気化温度が異なるため、
例えばＢｉ等は２５０℃まで昇温すると熱分解が起こ
り、膜質を劣化させる要因となる。また、２５０℃の高
温に耐えられる気体用のマスフローコントローラが無い
ため、原料供給器１５としては液体用マスフローコント
ローラを使用して供給量を調整しているが、このように
全ての原料について液体での供給量を制御しているた
め、実際に反応室に供給されるガス供給量を制御するの
は難しく、強誘電体薄膜の膜質低下につながっていると
いう課題があった。また、全ての原料について液体用マ
スフローコントローラで原料量を調整した後に気化して
いるため、反応室内に供給する原料量の制御性が悪いと
いう課題があった。The conventional apparatus for forming a ferroelectric thin film is constructed as described above. Therefore, in order to vaporize three kinds of raw materials, a vaporizer is used to uniformly heat the raw material at about 250 ° C.
(The temperature at which all three raw materials vaporize). However, since the vaporization temperature differs depending on the raw material,
For example, when Bi or the like is heated to 250 ° C., thermal decomposition occurs, which causes deterioration of the film quality. In addition, since there is no gas mass flow controller capable of withstanding a high temperature of 250 ° C., the supply amount is adjusted using a liquid mass flow controller as the raw material supply device 15. Therefore, it is difficult to control the supply amount of gas actually supplied to the reaction chamber, and there is a problem that the quality of the ferroelectric thin film is deteriorated. In addition, since all the raw materials are vaporized after adjusting the amounts of the raw materials by the liquid mass flow controller, there is a problem that the controllability of the amount of the raw materials supplied into the reaction chamber is poor.
【０００９】この発明は上述のような課題を解決するた
めになされたもので、気化温度が２００℃以下の原料
(Ｂｉ等)に関しては、有機金属化合物からなる固体原料
(含有される金属がＢｉの場合はＢｉ(Ｃ6Ｈ5)3等の有機
金属化合物)を気化温度の高い液体材料とは別個に加熱
ヒータにて気化し、高温ガス対応の気体用のマスフロー
コントローラにてガス流量を精度良く制御することによ
り、良質の強誘電体薄膜を形成する方法および装置を提
供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made in consideration of a raw material having a vaporization temperature of 200.degree.
(Bi, etc.) is a solid material consisting of an organometallic compound
(If the contained metal is Bi, an organic metal compound such as Bi (C 6 H 5 ) 3 ) is vaporized by a heater separately from a liquid material having a high vaporization temperature, and is a mass flow for a gas corresponding to a high-temperature gas. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for forming a high-quality ferroelectric thin film by accurately controlling a gas flow rate by a controller.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体薄膜の
形成方法は、有機金属錯体を溶解させた液体原料を第１
温度まで加熱することによって気化した第１原料ガス
と、有機金属化合物からなる固体原料を前記第１温度よ
りも低い第２温度まで加熱することにより熱分解される
ことなく気化された第２原料ガスとを反応室に供給する
ことにより、前記反応室内の基板上に強誘電体薄膜を形
成する強誘電体薄膜の形成方法において、前記第２原料
ガスを気体用マスフローコントローラで流量制御して前
記反応室に供給する構成である。また、前記強誘電体薄
膜は、ビスマス系層状ペロブスカイト構造である構成で
ある。また、前記ビスマス系層状ペロブスカイト構造の
前記強誘電体薄膜は、Ｙ１系材料である(Ｂｉ2(Ｓｒ,Ｂ
ａ,Ｃａ)(Ｔａ，Ｎｂ)2Ｏ9)からなる構成である。ま
た、前記Ｙ１系材料は、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9からなる構
成である。また、本発明の強誘電体薄膜の形成装置は、
有機金属錯体を溶解させた液体原料を第１温度まで加熱
することによって気化した第１原料ガスと、有機金属化
合物からなる固体原料を前記第１温度よりも低い第２温
度まで加熱することにより熱分解されることなく気化さ
れた第２原料ガスとを反応室に供給することにより、前
記反応室内の基板上に強誘電体薄膜を形成する強誘電体
薄膜の形成装置において、前記液体原料を第１温度まで
加熱して気化させる第１気化手段と、前記第１気化手段
で気化された第１原料ガスを前記反応室に供給するため
の第１原料ガス輸送管と、前記有機金属化合物を第２温
度まで加熱して気化させる第２気化手段と、前記第２気
化手段で気化された第２原料ガスを前記反応室に供給す
るための第２原料ガス輸送管と、前記第２原料ガス輸送
管に配設され、前記第２気化手段で気化された第２原料
ガスを流量制御する気体用マスフローコントローラとを
備える構成である。また、前記第１原料ガス輸送管と前
記第２原料ガス輸送管とには、内部を通流する第１原料
ガス及び第２原料ガスの温度低下を防止するための第１
輸送管加熱ヒータ及び第２輸送管加熱ヒータが設けられ
ている構成である。また、前記強誘電体薄膜は、ビスマ
ス系層状ペロブスカイト構造である構成である。また、
前記ビスマス系層状ペロブスカイト構造の前記強誘電体
薄膜は、Ｙ１系材料である(Ｂｉ2(Ｓｒ,Ｂａ,Ｃａ)(Ｔ
ａ，Ｎｂ)2Ｏ9)からなる構成である。さらに、前記Ｙ１
系材料は、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9からなる構成である。According to the present invention, there is provided a method for forming a ferroelectric thin film, comprising the steps of:
A first raw material gas vaporized by heating to a temperature, and a second raw material gas vaporized without being thermally decomposed by heating a solid raw material composed of an organometallic compound to a second temperature lower than the first temperature Is supplied to the reaction chamber to form a ferroelectric thin film on the substrate in the reaction chamber. It is a configuration to supply to the room. Further, the ferroelectric thin film has a bismuth-based layered perovskite structure. Further, the ferroelectric thin film having the bismuth-based layered perovskite structure is a Y1-based material (Bi 2 (Sr, B
a, Ca) (Ta, Nb) 2 O 9 ). Further, the Y1-based material has a structure composed of SrBi 2 Ta 2 O 9 . Further, the apparatus for forming a ferroelectric thin film of the present invention comprises:
A first raw material gas vaporized by heating a liquid raw material in which an organometallic complex is dissolved to a first temperature, and a solid raw material composed of an organometallic compound are heated to a second temperature lower than the first temperature. In a ferroelectric thin film forming apparatus for forming a ferroelectric thin film on a substrate in the reaction chamber by supplying the second source gas vaporized without being decomposed to the reaction chamber, A first vaporizer for heating and vaporizing to 1 temperature, a first source gas transport pipe for supplying the first source gas vaporized by the first vaporizer to the reaction chamber, and A second vaporizing means for heating and vaporizing to two temperatures, a second raw material gas transport pipe for supplying the second raw material gas vaporized by the second vaporizing means to the reaction chamber, and the second raw material gas transportation Arranged in the pipe, in front A structure and a mass flow controller for gas flow control the second raw material gas vaporized in the second vaporizing means. Further, the first raw material gas transport pipe and the second raw material gas transport pipe are provided with a first raw material gas and a second raw material gas for preventing a temperature decrease of the second raw material gas flowing therethrough.
This is a configuration in which a transport pipe heater and a second transport pipe heater are provided. Further, the ferroelectric thin film has a bismuth-based layered perovskite structure. Also,
The ferroelectric thin film having the bismuth-based layered perovskite structure is a Y1-based material (Bi 2 (Sr, Ba, Ca) (T
a, Nb) 2 O 9 ). Further, the Y1
The system material is composed of SrBi 2 Ta 2 O 9 .
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による強
誘電体薄膜の形成方法及び装置の好適な実施の形態につ
いて詳細に説明する。なお、従来装置と同一または同等
部分には同一符号を付し、その説明を省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the method and apparatus for forming a ferroelectric thin film according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The same or equivalent parts as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００１２】この発明の構成においては、液体原料と併
用して固体原料を使用し、固体原料を気化するための加
熱ヒータと、気化した原料ガスの流量制御を精度良く行
うための高温ガス対応の気体用マスフローコントローラ
を配置することにより、良質の強誘電体薄膜を形成する
ことを可能にしたものである。In the structure of the present invention, a solid material is used in combination with a liquid material, and a heater for vaporizing the solid material and a high-temperature gas-compatible gas for accurately controlling the flow rate of the vaporized material gas are used. By arranging a gas mass flow controller, a high quality ferroelectric thin film can be formed.
【００１３】図１において、液体原料であるＳｒ(ＤＰ
Ｍ)2／ＴＨＦとＴａ(ＯＥｔ)4(ＤＰＭ)／ＴＨＦとがそ
れぞれ入った２つの液体原料容器３Ａ、３Ｂに、加圧管
１３Ａ、１３Ｂにより窒素等の加圧ガスを導入する。こ
の加圧ガスの導入により液体原料容器３Ａ、３Ｂ内の圧
力が上昇し、液体原料が液体用マスフローコントローラ
１４Ａ、１４Ｂに流入する。液体用マスフローコントロ
ーラ１４Ａ、１４Ｂを用いて、気化器５内へ圧送する液
体原料の流量を制御する。液体用マスフローコントロー
ラ１４Ａ、１４Ｂをそれぞれ通過した液体原料は、キャ
リアガス導入管４内の窒素により気化器５内へ送られ
る。In FIG. 1, Sr (DP
A pressurized gas such as nitrogen is introduced into the two liquid raw material containers 3A and 3B containing M) 2 / THF and Ta (OEt) 4 (DPM) / THF through pressurizing tubes 13A and 13B. The introduction of the pressurized gas increases the pressure in the liquid source containers 3A and 3B, and the liquid source flows into the liquid mass flow controllers 14A and 14B. The mass flow controllers for liquids 14A and 14B are used to control the flow rate of the liquid raw material to be pumped into the vaporizer 5. The liquid raw materials that have passed through the liquid mass flow controllers 14A and 14B are sent into the vaporizer 5 by the nitrogen in the carrier gas introduction pipe 4.
【００１４】液体用マスフローコントローラ１４Ａ、１
４Ｂで流量制御された液体原料は、第１気化手段として
の気化器５内の気化室で噴霧されて気化し、第１原料ガ
スとなる。この気化室５内での加熱温度は第１温度とし
ての２５０℃程度である。この第１原料ガスは、Ｓｒ
(ＤＰＭ)2とＴａ(ＯＥｔ)4(ＤＰＭ)で構成されている。Liquid mass flow controllers 14A, 1
The liquid raw material whose flow rate is controlled in 4B is sprayed and vaporized in a vaporization chamber in a vaporizer 5 as first vaporization means, and becomes a first raw material gas. The heating temperature in the vaporization chamber 5 is about 250 ° C. as the first temperature. This first source gas is Sr
(DPM) 2 and Ta (OEt) 4 (DPM).
【００１５】第１原料ガスは、第１原料ガス輸送管１７
Ａを通じてミキサー部７へ送り込まれる。第１原料ガス
輸送管１７Ａの周りには第１輸送管加熱ヒータ４１Ａが
設けられており、輸送途中における温度低下による第１
原料ガスの液化を防いでいる。なお、第１原料ガス輸送
管１７Ａには、非成膜時に第１原料ガスを排気するため
の第１ベントライン５２Ａが第１切換弁３０Ａを介して
接続されている。The first source gas is supplied to the first source gas transport pipe 17.
It is sent to the mixer section 7 through A. A first transport pipe heater 41A is provided around the first raw material gas transport pipe 17A, and the first transport gas heater 41A due to a temperature drop during transport is provided.
Liquefaction of the raw material gas is prevented. Note that a first vent line 52A for exhausting the first source gas during non-film formation is connected to the first source gas transport pipe 17A via a first switching valve 30A.
【００１６】加熱に耐えうる適当な容器内に収容された
固体原料８としては、Ｂｉを含む有機金属化合物である
Ｂｉ(Ｃ6Ｈ5)3を使用する。Ｂｉ(Ｃ6Ｈ5)3は２００℃以
下で気化する固体原料であり、第２気化手段としての固
体原料加熱ヒータ９により、第２温度としての２００℃
程度まで昇温されて気化し、第２原料ガスとなる。この
第２原料ガスは、高温ガス対応の気体用マスフローコン
トローラ１０により流量が制御されている。この高温ガ
ス対応の気体用マスフローコントローラ１０は２００℃
程度までの高温ガスの流量を制御可能なマスフローコン
トローラである。As the solid raw material 8 housed in an appropriate container capable of withstanding heating, Bi (C 6 H 5 ) 3 which is an organometallic compound containing Bi is used. Bi (C 6 H 5 ) 3 is a solid material that vaporizes at a temperature of 200 ° C. or less, and is heated to 200 ° C. as a second temperature by a solid material heater 9 as a second vaporizing means.
The temperature is raised to a degree and vaporized to become the second source gas. The flow rate of the second raw material gas is controlled by a gas mass flow controller 10 corresponding to a high-temperature gas. The gas mass flow controller 10 for high-temperature gas has a temperature of 200 ° C.
It is a mass flow controller that can control the flow rate of high-temperature gas up to about.
【００１７】第２原料ガス輸送管１７Ｂの周りには輸送
管加熱ヒータ４１Ｂが設けられており、第２原料ガスの
液化を防いでいる。ミキサー部７において第２原料ガス
は酸素と混合される。酸素と混合された第２原料ガス
は、ガスノズル１１ｄより吹き出て、基板ヒータによっ
て加熱された基板１１ｃ上に強誘電体薄膜であるＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9膜が形成される。なお、第２原料ガス輸送
管１７Ｂには非成膜時に第２原料ガスを排気するための
第２ベントライン５２Ｂが第２切換弁３０Ｂを介して接
続されている。A transport pipe heater 41B is provided around the second source gas transport pipe 17B to prevent liquefaction of the second source gas. In the mixer section 7, the second source gas is mixed with oxygen. The second source gas mixed with oxygen is blown out from the gas nozzle 11d, and the ferroelectric thin film SrB is formed on the substrate 11c heated by the substrate heater.
An i 2 Ta 2 O 9 film is formed. A second vent line 52B for exhausting the second source gas during non-film formation is connected to the second source gas transport pipe 17B via a second switching valve 30B.
【００１８】以上のように、この発明によれば固体原料
を液体原料とは別個に固体原料加熱ヒータ９で気化する
ことにより、固体原料が熱分解されることを防止でき、
さらに、２００℃程度の高温ガス対応の気体用マスフロ
ーコントローラ１０により流量制御を精度良く行うこと
ができるので、良質な強誘電体薄膜を形成することがで
き、また、このような強誘電体薄膜の成膜における膜厚
や成膜速度などの制御性を格段に向上させることができ
る。As described above, according to the present invention, the solid raw material is vaporized by the solid raw material heater 9 separately from the liquid raw material, thereby preventing the solid raw material from being thermally decomposed.
Further, since the flow rate can be controlled with high accuracy by the gas mass flow controller 10 corresponding to a high temperature gas of about 200 ° C., a high quality ferroelectric thin film can be formed. Controllability such as film thickness and film formation rate in film formation can be remarkably improved.
【００１９】また、ここでは強誘電体薄膜であるＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9膜を形成する場合について説明したが、強
誘電体薄膜はビスマス系層状ペロブスカイト構造であれ
ば他の材料で形成されていても良く、このような強誘電
体薄膜を形成するＹ１系材料は一般式(Ｂｉ2(Ｓｒ,Ｂ
ａ,Ｃａ)(Ｔａ，Ｎｂ)2Ｏ9)で構成されるものであれば
よく、その一例としてＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9が挙げられる
ものである。In this case, the ferroelectric thin film SrB
Although the case where the i 2 Ta 2 O 9 film is formed has been described, the ferroelectric thin film may be formed of another material as long as it is a bismuth-based layered perovskite structure, and such a ferroelectric thin film is formed. The Y1 material has the general formula (Bi 2 (Sr, B
a, Ca) (Ta, Nb) 2 O 9 ), for example, SrBi 2 Ta 2 O 9 .
【００２０】また、以上の説明では、第１温度が２５０
℃、第２温度が２００℃である場合について説明した
が、これは液体原料としてＳｒ(ＤＰＭ)2／ＴＨＦとＴ
ａ(ＯＥｔ)4(ＤＰＭ)／ＴＨＦを用い、固体原料として
Ｂｉ(Ｃ6Ｈ5)3を用いた場合の例示的な値であり、他の
有機金属錯体を溶解させた液体原料や、他の有機金属化
合物からなる固体原料を用いた場合には別の値をとりう
るものである。In the above description, the first temperature is 250
Although the case where the second temperature is 200 ° C. has been described, this is because Sr (DPM) 2 / THF and T
a (OEt) 4 (DPM) / THF and an exemplary value when Bi (C 6 H 5 ) 3 is used as a solid raw material, such as a liquid raw material in which another organometallic complex is dissolved, When a solid raw material comprising the organometallic compound is used, another value can be obtained.
【００２１】[0021]
【発明の効果】本発明の強誘電体薄膜の形成方法によれ
ば、固体原料を液体原料とは別個に気化することにより
固体原料が熱分解されることを防止すると共に、気体用
マスフローコントローラで流量制御を行うことにより、
原料量の制御を精度良く行うことができるので、良質な
強誘電体薄膜を形成することができる。また、このよう
な強誘電体薄膜の成膜における膜厚や成膜速度などの制
御性を格段に向上させることができる。また、本発明の
強誘電体薄膜の形成装置によれば、原料量の制御を精度
良く行うことができ、このような強誘電体薄膜の成膜に
おける膜厚や成膜速度などの制御性を格段に向上させる
ことができるので、良質な強誘電体薄膜を形成すること
ができる。According to the method for forming a ferroelectric thin film of the present invention, the solid raw material is vaporized separately from the liquid raw material, thereby preventing the solid raw material from being thermally decomposed and using the gas mass flow controller. By performing flow control,
Since the amount of the raw material can be controlled with high accuracy, a high-quality ferroelectric thin film can be formed. In addition, controllability such as the film thickness and the film forming speed in forming such a ferroelectric thin film can be remarkably improved. Further, according to the apparatus for forming a ferroelectric thin film of the present invention, the amount of the raw material can be controlled with high accuracy, and the controllability such as the film thickness and the film forming rate in forming the ferroelectric thin film can be improved. Since the quality can be significantly improved, a high-quality ferroelectric thin film can be formed.
【図１】本発明による強誘電体薄膜の形成装置を概略的
に示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an apparatus for forming a ferroelectric thin film according to the present invention.
【図２】従来の強誘電体薄膜の形成装置を概略的に示す
構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a conventional ferroelectric thin film forming apparatus.
３Ａ、３Ｂ 液体原料容器 ４ キャリアガス供給管 ５ 気化器 ７ ミキサー部 ８ 固体原料 ９ 固体原料加熱ヒータ １０ 気体用マスフローコントローラ １１ 反応室 １１ｂ ステージ １１ｃ 基板 １１ｄ ガスノズル １３Ａ、１３Ｂ 加圧管 １４Ａ、１４Ｂ 液体用マスフローコントローラ １７Ａ 第１原料ガス輸送管 １７Ｂ 第２原料ガス輸送管 ２１ 酸化剤供給管 ３０Ａ 第１切換弁 ３０Ｂ 第２切換弁 ４１Ａ 第１輸送管加熱ヒータ ４１Ｂ 第２輸送管加熱ヒータ ５２Ａ 第１ベントライン ５２Ｂ 第２ベントライン 3A, 3B Liquid raw material container 4 Carrier gas supply pipe 5 Vaporizer 7 Mixer section 8 Solid raw material 9 Solid raw material heater 10 Gas mass flow controller 11 Reaction chamber 11b Stage 11c Substrate 11d Gas nozzle 13A, 13B Pressurizing pipe 14A, 14B Mass flow for liquid Controller 17A First source gas transport pipe 17B Second source gas transport pipe 21 Oxidant supply pipe 30A First switching valve 30B Second switching valve 41A First transport pipe heater 41B Second transport pipe heater 52A First vent line 52B 2nd vent line
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA18 BA42 CA04 EA01 FA10 JA10 KA49 LA15 5F045 AB40 AC11 AC15 BB04 DQ08 EC09 EE02 EE04 EK30 5F058 BA11 BC03 BF27 BF29 BF37 BF41 BG02 5F083 FR00 JA17 PR21 Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA11 AA18 BA42 CA04 EA01 FA10 JA10 KA49 LA15 5F045 AB40 AC11 AC15 BB04 DQ08 EC09 EE02 EE04 EK30 5F058 BA11 BC03 BF27 BF29 BF37 BF41 BG02 5F083 FR00 JA17 PR21
Claims (9)
１温度まで加熱することによって気化した第１原料ガス
と、有機金属化合物からなる固体原料を前記第１温度よ
りも低い第２温度まで加熱することにより熱分解される
ことなく気化された第２原料ガスとを反応室に供給する
ことにより、前記反応室(11)内の基板(11c)上に強誘電
体薄膜を形成する強誘電体薄膜の形成方法において、前
記第２原料ガスを気体用マスフローコントローラ(10)で
流量制御して前記反応室(11)に供給することを特徴とす
る強誘電体薄膜の形成方法。1. A first raw material gas vaporized by heating a liquid raw material in which an organometallic complex is dissolved to a first temperature, and a solid raw material comprising an organic metal compound to a second temperature lower than the first temperature. A ferroelectric film for forming a ferroelectric thin film on a substrate (11c) in the reaction chamber (11) by supplying a second source gas vaporized without being thermally decomposed by heating to a reaction chamber. A method of forming a ferroelectric thin film, wherein the flow rate of the second source gas is controlled by a gas mass flow controller (10) and supplied to the reaction chamber (11).
ロブスカイト構造であることを特徴とする請求項１記載
の強誘電体薄膜の形成方法。2. The method according to claim 1, wherein the ferroelectric thin film has a bismuth-based layered perovskite structure.
の前記強誘電体薄膜は、Ｙ１系材料である(Ｂｉ2(Ｓｒ,
Ｂａ,Ｃａ)(Ｔａ，Ｎｂ)2Ｏ9)からなることを特徴とす
る請求項２記載の強誘電体薄膜の形成方法。3. The ferroelectric thin film having the bismuth-based layered perovskite structure is a Y1-based material (Bi 2 (Sr,
Ba, Ca) (Ta, Nb ) 2 O 9) the method of forming the ferroelectric thin film according to claim 2, characterized in that it consists of.
からなることを特徴とする請求項３記載の強誘電体薄膜
の形成方法。4. The Y1-based material is SrBi 2 Ta 2 O 9
4. The method for forming a ferroelectric thin film according to claim 3, comprising:
１温度まで加熱することによって気化した第１原料ガス
と、有機金属化合物からなる固体原料を前記第１温度よ
りも低い第２温度まで加熱することにより熱分解される
ことなく気化された第２原料ガスとを反応室(11)に供給
することにより、前記反応室(11)内の基板(11c)上に強
誘電体薄膜を形成する強誘電体薄膜の形成装置におい
て、前記液体原料を第１温度まで加熱して気化させる第
１気化手段(5)と、前記第１気化手段(5)で気化された第
１原料ガスを前記反応室(11)に供給するための第１原料
ガス輸送管(17A)と、前記有機金属化合物を第２温度ま
で加熱して気化させる第２気化手段(9)と、前記第２気
化手段(9)で気化された第２原料ガスを前記反応室(11)
に供給するための第２原料ガス輸送管(17B)と、前記第
２原料ガス輸送管(17B)に配設され、前記第２気化手段
(9)で気化された第２原料ガスを流量制御する気体用マ
スフローコントローラ(10)とを備えることを特徴とする
強誘電体薄膜の形成装置。5. A first raw material gas vaporized by heating a liquid raw material in which an organometallic complex is dissolved to a first temperature and a solid raw material comprising an organic metal compound to a second temperature lower than the first temperature. The second source gas vaporized without being thermally decomposed by heating is supplied to the reaction chamber (11) to form a ferroelectric thin film on the substrate (11c) in the reaction chamber (11). A first vaporizing means (5) for heating the liquid raw material to a first temperature and vaporizing the liquid raw material; and a first raw material gas vaporized by the first vaporizing means (5). A first raw material gas transport pipe (17A) for supplying to the reaction chamber (11), a second vaporizing means (9) for heating and vaporizing the organometallic compound to a second temperature, and a second vaporizing means ( The second source gas vaporized in 9) is supplied to the reaction chamber (11).
A second source gas transport pipe (17B) for supplying to the second source gas transport pipe (17B);
An apparatus for forming a ferroelectric thin film, comprising: a gas mass flow controller (10) for controlling the flow rate of the second source gas vaporized in (9).
２原料ガス輸送管(17B)とには、内部を通流する第１原
料ガス及び第２原料ガスの温度低下を防止するための第
１輸送管加熱ヒータ(41A)及び第２輸送管加熱ヒータ(41
B)が設けられていることを特徴とする請求項５記載の強
誘電体薄膜の形成装置。6. The first raw material gas transport pipe (17A) and the second raw material gas transport pipe (17B) are provided to prevent the temperature of the first raw material gas and the second raw material gas flowing therethrough from decreasing. Transport pipe heater (41A) and second transport pipe heater (41A)
6. The apparatus for forming a ferroelectric thin film according to claim 5, wherein B) is provided.
ロブスカイト構造であることを特徴とする請求項６記載
の強誘電体薄膜の形成装置。7. The ferroelectric thin film forming apparatus according to claim 6, wherein said ferroelectric thin film has a bismuth-based layered perovskite structure.
の前記強誘電体薄膜は、Ｙ１系材料である(Ｂｉ2(Ｓｒ,
Ｂａ,Ｃａ)(Ｔａ，Ｎｂ)2Ｏ9)からなることを特徴とす
る請求項７記載の強誘電体薄膜の形成装置。8. The ferroelectric thin film having the bismuth-based layered perovskite structure is a Y1-based material (Bi 2 (Sr,
Ba, Ca) (Ta, Nb ) 2 O 9) be formed of a ferroelectric thin film formation apparatus according to claim 7, wherein.
からなることを特徴とする請求項８記載の強誘電体薄膜
の形成装置。9. The Y1-based material is SrBi 2 Ta 2 O 9
9. The apparatus for forming a ferroelectric thin film according to claim 8, comprising:
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|---|---|---|---|
| JP2001169525A JP2002367987A (en) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | Method and apparatus for forming ferroelectric thin film |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010067995A (en) * | 2009-12-09 | 2010-03-25 | Watanabe Shoko:Kk | Vaporization method |
| KR101001369B1 (en) | 2008-11-28 | 2010-12-14 | 주식회사 유엠티 | Heating device for vaporization of solid compound |
| KR101798130B1 (en) * | 2011-02-28 | 2017-11-15 | 인제대학교 산학협력단 | A metal organic chemical vapor deposition apparatus capable of vapor phase deposition |
| WO2021109813A1 (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 江苏菲沃泰纳米科技有限公司 | Coating apparatus and application thereof |
-
2001
- 2001-06-05 JP JP2001169525A patent/JP2002367987A/en not_active Withdrawn
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| KR101798130B1 (en) * | 2011-02-28 | 2017-11-15 | 인제대학교 산학협력단 | A metal organic chemical vapor deposition apparatus capable of vapor phase deposition |
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