專利名稱：金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積裝置和淀積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(下文稱“MOCVD”)裝置及淀積方法。具體地講，本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體基板上淀積高介電薄膜的MOCVD裝置，及使用此裝置的淀積方法。
下一代的DRAM的記憶容量至少為1Giga，而傳統(tǒng)的薄膜不能提供足夠的容量。因?yàn)榘雽?dǎo)體的尺寸愈來(lái)愈小，三維電容器結(jié)構(gòu)像鰭狀和圓柱狀的結(jié)構(gòu)愈來(lái)愈不易制造，因?yàn)槌叽缈s小必須同時(shí)減少單元區(qū)域。
除此之外，薄膜厚度的減少會(huì)增加電源/漏極區(qū)(半導(dǎo)體元件上的不純區(qū)域)的泄漏電流，且引起軟錯(cuò)誤，這是一種貯存在電容器中的資料被α-粒子改變或消除的現(xiàn)象。所以，不易制得可靠的電容器。再者，假使電容器形成為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，接下來(lái)的操作將不易進(jìn)行。
最近積極的研究致力于高介電薄膜淀積裝置，以便為電容器薄膜施用高介電物質(zhì)，像BST(BaSrTiO3)及SrTiO3。
為了制造高介電薄膜，已使用了許多方法，包括濺鍍方法、溶膠-凝膠方法、激光切除方法、MOCVD方法等。其中，MOCVD方法可保持獲得均勻薄膜及容易控制薄膜的組成。因此，應(yīng)用MOCVD方法的高介電薄膜淀積裝置現(xiàn)正被積極地研究著。
為了更清楚地了解本發(fā)明的背景，在此將配合

圖1描述傳統(tǒng)MOCVD裝置及其操作程序。
如圖1所示，典型的MOCVD裝置包括反應(yīng)物原料細(xì)頸瓶10、用于輸送反應(yīng)物的液體微型泵20、蒸發(fā)器30、反應(yīng)器70、阱60和真空泵。裝于原料細(xì)頸瓶10中的反應(yīng)物是溶在溶劑中的，液體微型泵20將所得液體輸送至蒸發(fā)器30中，其中液體在另一能源助加熱下氣化。使用載體氣體像氬或氮?dú)鈱⒄魵廨斔椭练磻?yīng)器70中，接著蒸氣淀積在安裝在反應(yīng)器70中的半導(dǎo)體基板上，以形成一薄膜。在此還需要輸送反應(yīng)物的升壓氣體氬氣或氮?dú)狻?br> 然而，在將溶于溶劑中的反應(yīng)物輸送至反應(yīng)器中時(shí)，因?yàn)槿軇┑恼舭l(fā)溫度遠(yuǎn)低于反應(yīng)物的蒸發(fā)溫度，雖然沒(méi)有加熱蒸發(fā)器，溶劑還是比反應(yīng)物分離得快，因此反應(yīng)物會(huì)再凝結(jié)。所以，再凝結(jié)的反應(yīng)物會(huì)阻塞蒸發(fā)器和反應(yīng)器間的薄膜輸送管線，因此不能穩(wěn)定地將反應(yīng)物供至反應(yīng)器中。結(jié)果所淀積的薄膜品質(zhì)不良。
即使把熱供應(yīng)至蒸發(fā)器中，以經(jīng)常維持薄膜淀積所需的反應(yīng)物蒸氣壓，溶劑也比反應(yīng)物蒸發(fā)得快，結(jié)果導(dǎo)致反應(yīng)物的分解。同樣地，因分解的反應(yīng)物會(huì)阻塞蒸發(fā)器和反應(yīng)器間的薄膜輸送管線，所以反應(yīng)物不能穩(wěn)定地被供至反應(yīng)器中。所以，形成具有可信賴及優(yōu)良電性能的薄膜是非常困難的。
因此，本發(fā)明的目的之一是克服上述的現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的問(wèn)題，及提供一種MOCVD裝置，其可預(yù)防反應(yīng)物在蒸發(fā)器中再凝結(jié)及再分解。
本發(fā)明另一目的在于提供一種使用此裝置形成高介電薄膜的方法。
依據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于形成高介電薄膜的MOCVD裝置，包括裝有溶于溶劑中的反應(yīng)物的原料細(xì)頸瓶、用于輸送溶解反應(yīng)物的液體微型泵、用于蒸發(fā)由微型泵輸送進(jìn)來(lái)的溶解反應(yīng)物的蒸發(fā)器、及用于將蒸發(fā)反應(yīng)物淀積至半導(dǎo)體基板上的反應(yīng)器，所述的半導(dǎo)體基板安裝在反應(yīng)器中，該蒸發(fā)反應(yīng)物由載體氣體輸送至該反應(yīng)器中，其中所述的蒸發(fā)器另外裝配有溶劑供應(yīng)裝置，以將額外量的溶劑供至該蒸發(fā)器中，防止反應(yīng)物在蒸發(fā)器中再凝結(jié)，或假使再凝結(jié)反應(yīng)物已存在，可防止蒸發(fā)器和反應(yīng)器間的輸送管線阻塞。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，其提供了一種在半導(dǎo)體基板上形成高介電薄膜的MOCVD方法，包括以下的步驟將溶于溶劑中的反應(yīng)物供應(yīng)至蒸發(fā)器中，此蒸發(fā)器經(jīng)由另外的供應(yīng)裝置額外供給溶劑；蒸發(fā)蒸發(fā)器中的反應(yīng)物；及通過(guò)載體氣體將蒸發(fā)的反應(yīng)物輸送至反應(yīng)器中，在該反應(yīng)器中反應(yīng)物淀積在半導(dǎo)體基板上。
本發(fā)明的其它目的及方面從以下實(shí)施例的說(shuō)明和所附的圖示中將會(huì)很清楚，其中圖1是一概要圖示，說(shuō)明傳統(tǒng)MOCVD的裝置；
圖2是一概要圖示，說(shuō)明本發(fā)明的MOCVD裝置；及圖3是溶劑殘留量對(duì)蒸發(fā)器溫度所作的圖。
本發(fā)明較佳實(shí)施例可參考附圖獲得較佳的了解。
參考圖2，其顯示了本發(fā)明的MOCVD裝置。如圖所示，本發(fā)明的MOCVD裝置和傳統(tǒng)裝置相同的處在于其包括裝有溶于溶劑中的反應(yīng)物的原料細(xì)頸瓶10、液體微型泵20、用于蒸發(fā)液體反應(yīng)物的蒸發(fā)器30、將反應(yīng)物淀積在半導(dǎo)體基板上的反應(yīng)器70、通過(guò)冷卻而封閉有害氣體的阱60和一真空泵，不同之處在于蒸發(fā)器30進(jìn)一步安裝有溶劑供應(yīng)裝置100，它包括溶劑細(xì)頸瓶40和泵50。
以下將依據(jù)此圖示說(shuō)明形成高介電薄膜的程序。
反應(yīng)物可使用Ba(DPM)2，Sr(DPM)2和Ti(OC3H7)4或Ti[OCH(CH3)2]2(DPM)2(DPM是二新戊酰甲烷基(di-pivaloyl methanate))，或含Sr、Ti的物質(zhì)。這些反應(yīng)物在原料細(xì)頸瓶10中溶于溶劑中，然后經(jīng)由液體微型泵20輸送至蒸發(fā)器30中。通過(guò)溶劑供應(yīng)裝置100，將異丙基胺充足地供應(yīng)至蒸發(fā)器30中，同時(shí)反應(yīng)物也輸送進(jìn)來(lái)一同蒸發(fā)。異丙基胺的目的是為了防止反應(yīng)物在蒸發(fā)器30中、及在蒸發(fā)器30及反應(yīng)器70間的輸送管線中再凝結(jié)。而后，使用載體氣體如氬氣或氮?dú)?，將蒸發(fā)后的反應(yīng)物經(jīng)由輸送管線輸送至反應(yīng)器70中，然后淀積在已先安裝在反應(yīng)器中的半導(dǎo)體基板上，形成高介電薄膜(例如BST或SrTiO3薄膜)。
如上所述，反應(yīng)物在蒸發(fā)器30中再凝結(jié)是因?yàn)槿軇┍确磻?yīng)物蒸發(fā)較快的原故(溶劑的蒸發(fā)溫度比反應(yīng)物低)，雖然沒(méi)有熱供應(yīng)至蒸發(fā)器中。
另一方面，每一種反應(yīng)物如Ba(DPM)2、Sr(DPM)2及Ti(OC3H7)4或Ti[OCH(CH3)2]2(DPM)2，可經(jīng)由各個(gè)獨(dú)立的原料細(xì)頸瓶及液體微型泵輸送至反應(yīng)器中。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在高介電薄膜淀積后，足夠的溶劑再經(jīng)由溶劑供應(yīng)裝置100供應(yīng)至蒸發(fā)器30中，以除去在反應(yīng)器中再凝結(jié)的反應(yīng)殘留物，以防止再凝結(jié)反應(yīng)殘留物阻塞蒸發(fā)器30和反應(yīng)器70間的輸送管線，剩余的反應(yīng)殘留物可由清除氣體如氬及氮?dú)馀懦?br> 參考圖3，其是關(guān)于溶劑的殘留量對(duì)蒸發(fā)器的溫度圖。如圖所示，殘留率(wt％)在溫度100-600℃的范圍內(nèi)依Sr(DPM)2(反應(yīng)物)對(duì)異丙基胺(溶劑)的比例而不同的，溶劑愈多，則剩下的反應(yīng)殘留物愈少?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)物對(duì)溶劑的比例在1∶10至1∶20的范圍內(nèi)的時(shí)，殘留物幾乎不存在。
即使當(dāng)溶劑對(duì)反應(yīng)物的比例高的時(shí)候，此比例也會(huì)在液體混合物由原料細(xì)頸瓶輸送至蒸發(fā)器中時(shí)降低。然而，本發(fā)明將溶劑另外供應(yīng)至蒸發(fā)器中能夠維持足夠量的溶劑。本發(fā)明方法得到如此低的殘留物代表再凝結(jié)反應(yīng)物的數(shù)量減低，亦即輸送管線的阻塞較少發(fā)生。
如前所述，當(dāng)使用本發(fā)明的MOCVD裝置形成高介電薄膜時(shí)，足夠量的溶劑能被另外加至蒸發(fā)器中，因此，在蒸發(fā)器內(nèi)因溶劑的分解而產(chǎn)生反應(yīng)物的再凝結(jié)可減少，所以減少了輸送管線阻塞的問(wèn)題。
除此之外，在薄膜淀積在半導(dǎo)體基板上后，由于溶劑供應(yīng)裝置供應(yīng)另外的溶劑至蒸發(fā)器中，以溶解殘留物而完全排除剩余在蒸發(fā)器中的殘留物是可能的。所以，可預(yù)防由蒸發(fā)器中的污染所造成的薄膜物理性質(zhì)的變壞，而且因反應(yīng)物被穩(wěn)定地供應(yīng)至反應(yīng)器中，所以可重覆生產(chǎn)薄膜。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的人應(yīng)理解的是前述說(shuō)明只是本發(fā)明MOCVD裝置的較佳實(shí)施例說(shuō)明，任何可依據(jù)本發(fā)明的改變或修正皆未脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用以形成高介電薄膜的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積裝置，包括裝有溶解在溶劑中的反應(yīng)物的原料細(xì)頸瓶、用于輸送溶解反應(yīng)物的液體微型泵、用于蒸發(fā)由微型泵輸送進(jìn)來(lái)的溶解反應(yīng)物的蒸發(fā)器、及用于將蒸發(fā)反應(yīng)物淀積至半導(dǎo)體基板上的反應(yīng)器，所述的半導(dǎo)體基板裝載在反應(yīng)器中，該蒸發(fā)反應(yīng)物由載體氣體供應(yīng)至該反應(yīng)器中，其特征在于所述的蒸發(fā)器另外裝有溶劑供應(yīng)裝置，用來(lái)將額外量的溶劑輸入該蒸發(fā)器中，以防止反應(yīng)物在蒸發(fā)器中再凝結(jié)，及防止再凝結(jié)反應(yīng)物阻塞蒸發(fā)器和反應(yīng)器間的輸送管線。
2.如權(quán)利要求1的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于所述的反應(yīng)物包括Ba(DPM)2，Sr(DPM)2和Ti[OCH(CH3)2]2(DPM)2。
3.如權(quán)利要求1的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于所述的另外加入的溶劑是異丙基胺。
4.如權(quán)利要求1的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于所述的溶劑供應(yīng)裝置包括溶劑細(xì)頸瓶及泵。
5.一種在半導(dǎo)體基板上形成高介電薄膜的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法，包括以下的步驟將已溶于溶劑中的反應(yīng)物供應(yīng)至蒸發(fā)器中，此蒸發(fā)器經(jīng)由另外的供應(yīng)裝置額外供給溶劑；在蒸發(fā)器中蒸發(fā)反應(yīng)物；及通過(guò)載體氣體將蒸發(fā)的反應(yīng)物輸送至反應(yīng)器中，反應(yīng)物在其中淀積在半導(dǎo)體基板上。
6.如權(quán)利要求5的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法，其特征在于所述的反應(yīng)物包括Ba(DPM)2，Sr(DPM)2和Ti[OCH(CH3)2]2(DPM)2。
7.如權(quán)利要求5的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法，其特征在于所述的另外加入的溶劑是異丙基胺。
8.如權(quán)利要求5的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法，其特征在于還包括通過(guò)另外的供應(yīng)裝置將溶劑供應(yīng)至蒸發(fā)器中以洗滌薄膜形成后所產(chǎn)生的反應(yīng)物殘留物的步驟。
9.如權(quán)利要求5的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積方法，其特征在于所述的薄膜是BaSrTiO3及SrTiO3薄膜。
全文摘要
一種金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積裝置,包括原料細(xì)頸瓶、液體微型泵、裝置有溶劑供應(yīng)裝置的蒸發(fā)器及反應(yīng)器。溶于溶劑中的反應(yīng)物在原料細(xì)頸瓶中經(jīng)液體微型泵送至蒸發(fā)器中,足夠量的溶劑和送進(jìn)來(lái)的反應(yīng)物同時(shí)經(jīng)由溶劑供應(yīng)裝置被另外供應(yīng)至蒸發(fā)器中。在蒸發(fā)器中蒸發(fā)后,反應(yīng)物經(jīng)由載體氣體注射至反應(yīng)器中,且在半導(dǎo)體基板形成高介電薄膜。因?yàn)榱硗夤?yīng)溶劑,可防止反應(yīng)物的再凝結(jié)。除此之外,反應(yīng)物的殘留物也可被清洗掉。
文檔編號(hào)C23C16/455GK1184860SQ97117020
公開(kāi)日1998年6月17日 申請(qǐng)日期1997年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月2日
發(fā)明者劉尤植, 白镕求, 樸泳震, 金鐘哲 申請(qǐng)人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社