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JP4289908B2 - Atomizer for forming ceramic thin film and thin film manufacturing method using the same - Google Patents
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JP4289908B2 - Atomizer for forming ceramic thin film and thin film manufacturing method using the same - Google Patents

Atomizer for forming ceramic thin film and thin film manufacturing method using the same Download PDF

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JP4289908B2 JP2003061175A JP2003061175A JP4289908B2 JP 4289908 B2 JP4289908 B2 JP 4289908B2 JP 2003061175 A JP2003061175 A JP 2003061175A JP 2003061175 A JP2003061175 A JP 2003061175A JP 4289908 B2 JP4289908 B2 JP 4289908B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜製造装置、特にそれに用いられる原料液の霧化器、及び該装置を用いた薄膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
マルチメディア時代の到来にあたり、近年、従来のDRAMに代わる次世代不揮発性メモリの研究開発が盛んに行われている。そのなかでも、強誘電体薄膜を用いた不揮発性メモリは、その残留分極を利用することにより、情報の保持と高速書き換えが可能であって、ICカード用途等で低集積度のものがすでに商品化されている。
【0003】
これらの強誘電体薄膜は、現在、化学溶液法(CSD法)、スパッタ法、有機金属化学気相蒸着法(MOCVD法)、レーザーアブレーション法などにより作製されている。特にセラミック系薄膜を作製する方法としては、その他に、液体ミスト化学堆積(LSMCD)法が知られている。特許文献1はこのLSMCD法において、電極間を移動させて粒径を制御したミスト状の原料を基板に付着させることにより薄膜製造を行うことを提案している。
【0004】
【特許文献1】
特表2001-523889号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜の上記各種製造法はいずれも一長一短を持ち、特に優位なものは確立されていない。このような中で、LSMCD(Liquid Source Misted Chemical Deposition)法は、次のような利点を有することから、注目されている。
(1)組成安定性
(2)大面積成膜性
(3)段差被覆性(将来の高集積化に必須の要件)
(4)原料選択性(すでに多種多様で比較的安価な原料が存在しており、選択の幅が広い)
(5)工業性(運転コストが安い)
【0006】
このような利点をもつLSMCD法は強誘電体薄膜メモリを製造するための本格的なプロセス確立に向け、きわめて有望なものの一つであるが、これらの利点を確実に実現するためには、原料となるミストの微粒化及び均一化が重要である。上記の通り、特許文献1はこの問題を、ミストの電極間移動により解決しようとしたものであるが、そこにおいて生成されるミスト中の液滴粒子の平均粒径は約0.5μmであり、1μm以上の大きな粒径のものも混在する。しかし、高密度集積回路においてはサブミクロンオーダーのパターン形成が行われるため、特に段差被覆性を確保するためには1μmを超える粒子の存在は好ましくなく、できれば平均粒径で0.5μm以下となることが好ましい。
【0007】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、平均粒径0.5μm以下で、かつ、1μm以上の大きな粒子を含まないミストを製造可能なセラミック系薄膜形成用霧化器、及びその霧化器を用いた薄膜製造装置による薄膜の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係るセラミック系薄膜形成用霧化器は、
a)原料液を霧化するための第1超音波振動子と、
b)第1超音波振動子で霧化された原料ミストを通過させるための、所定の容積を有する選別室と、
c)該選別室に設けられた第2超音波振動子を備える振動体と、
を備えることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
液体ミスト化学堆積装置(薄膜製造装置)は、図1のように、原料液を霧化する霧化器10と、霧化器10により作製された原料液のミストを被処理基板11に均等に散布し、薄膜を形成するためのチャンバ12とを備えている。本発明は、この霧化器10に関するものである。
【0010】
本発明に係る霧化器を備える薄膜製造装置は上記構成を有しているため、これに供給される液体原料は、まず第1超音波振動子によりミスト化される。このミストは、選別室において第2超音波振動子から発せられる超音波によって振動する振動体(以下「ステム」)に衝突する。この際、粒径の大きなミストは自らの慣性力によりステムに衝突して落下する一方で、粒径の小さなミストは超音波空間によって自身の再結合による粒径の肥大化が抑制されるため、ミストの平均粒径は小さくなる。更に、選別室を通過する間に粒径の大きい粒子が徐々に沈降してゆくため、選別室から供給されるミストは、細かい粒径の成分のみから構成されることになる。
【0011】
なお、上記選別室は、2室以上設けてもよい。この場合、各室に全てステムを設ける必要はなく、いずれか1室以上に設けるだけでも微粒化の効果を得ることができる。ミストが通過する間に大きい粒子が沈降により排除されてゆくという効果は、ステムが無い場合でも得られるからである。
また、選別室における大粒径粒子の沈降をより促進するため、選別室におけるミストの通過距離を長くすることが効果的である。
【0012】
【発明の効果】
本発明に係る霧化器では、第1超音波振動子でミストを生成した後、それを選択室において、上記ステムの働きによりミストの平均粒径を小さくするとともに、飛行沈降により大径の粒子を排除する。これらの効果により、本発明に係る霧化器から供給されるミストは、従来の霧化器で生成されるものよりも平均粒径が小さくなるとともに、大径の粒子が排除されたものとなる。これにより、後述するようにキャリアガスの流量や超音波振動子の作動状況を適切に設定することにより、平均粒径0.5μm以下で、かつ、1μm以上の大きな粒子を含まないミストを製造することが可能となる。
【0013】
このため、本発明に係る霧化器を備える薄膜製造装置により作製した薄膜は良好な段差被覆性を有し、強誘電体薄膜に限らず、高誘電体薄膜等のサブミクロンオーダーのパターン形成が必要とされる高密度集積回路作製プロセスやその他の微細薄膜製造プロセスに好適に使用することが可能である。
【0014】
【実施例】
本発明に係るセラミック系薄膜形成用霧化器の一実施例を説明する。図2(a)はセラミック系薄膜形成用霧化器の水平断面図であり、図2(b)は図2(a)をII-II線で切断した断面図である。本実施例の霧化器10は、霧化室21及び第1〜3選択室22〜24を有している。霧化室21には3個の超音波振動子25a〜25cが設けられ、第1選択室には1個の超音波振動子27を備えたステム26が設けられている。本実施例では第2選択室23には超音波振動子を備えたステムを設けず、ミストは単に通過するだけとした。第3選択室24は、図2(a)に示すように細長い小飛行室24a〜24dが並列に配置されたような構成を有し、それらの間に連通孔を交互に設けることにより、全体としてミストの飛行経路をつづら折り状としている。ミストは最終的に第3選択室24の下流に設けたミスト供給口28から(図1の)薄膜製造装置のチャンバ12に供給される。
【0015】
霧化室21の上部(図2(a)では紙面手前側)には液体原料供給器が設けられており(図示せず)、霧化室21の側方(図2(a)では上方)には、ミストを搬送するためのキャリアガスの導入口29が設けられている。
【0016】
このような構成を有する本実施例において、微細粒子ミストは次のように生成される。まず、霧化室21上部の液体原料供給器から、液体原料が超音波振動子上方の所定の高さとなるように霧化室21に供給した後、超音波振動子25a〜25cを2.4MHzで作動させる(図2(b))。これにより、液体原料はその液面からまず粗く霧化される。このミストは、キャリアガス導入口29から導入される窒素ガスにより、第1選択室22の方に運ばれる。
【0017】
霧化室21と第1選択室22の間には、直径2mm、長さ5mmの連通孔30が設けられており、霧化室21で生成されたミストはこの連通孔30を通過して第1選択室22に導入される。本実施例で用いた連通孔30の断面を図4に示す。連通孔30は、ミストの液滴粒子により閉塞しにくいように、両端の周囲を鋭角状とすることが望ましい。
【0018】
第1選択室22では、連通孔30から15mm離れた位置に超音波振動子27を備えたステム26の振動面が設けられており、超音波振動子26は40kHzで作動している。霧化室21から導入された原料ミストのうち、径の大きい粒子がこのステム26の働きにより落下し、ミスト粒径分布の微細化が進行する。また、原料ミストがこの第1選択室22を通過する間に比較的径の大きい粒子は沈降してしまい、第2選択室23へは導入されない。
【0019】
第1選択室22と第2選択室23との間にも、直径2mmの円形の連通孔31が設けられ、ここから第2選択室23に導入されるミストの粒径分布は、霧化室21で生成されたミストのそれよりも小径側に移動している。すなわち、平均粒径が小さくなっているとともに、大きな粒径の部分が排除されたものとなっている。
【0020】
第2選択室23にはステムが設けられていないが、ミストがキャリアガスに乗ってここを通過する間に、第1選択室22におけると同様、大きい粒子が徐々に沈降し、次の第3選択室24には到達しない。すなわち、沈降選別が行われる。
【0021】
第3選択室24ではミストがキャリアガスに乗って前述の通りつづら折り状に長距離を飛行し、その間に各小飛行室24a〜24d間の連通孔(これらも、いずれも直径は2mmとした)を通過する間に、大径の粒子が排除される。従って、この霧化器10から供給されるミストでは大径の粒子が排除され、その分布は平均粒径の十分小さいものとなっている。
【0022】
なお、各選択室22〜24を通過しなかった大径の粒子は、各選択室22〜24の床や側壁に付着し、最終的には所定のドレインから回収される。
【0023】
霧化器10により生成されるミストの粒径分布は、キャリアガスの流量に依存する。図5に、図2の装置において、選択室22、23に超音波振動子を設けない場合のキャリアガスの流量と、得られるミストの粒径との関係を調べた結果を示す。ここではミストの粒径は、原料液の流量を一定として、霧化器10から供給されるミスト中の粒子の数(単位:個/分)で表した。なお、粒子の数は市販のパーティクルカウンター(アネルバ社製:DM100)で測定した。図5(a)は総粒子数の変化を、図5(b)は粒子径毎(0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm)の粒子数の変化を示す。
【0024】
キャリアガスの流量が約0.2L/min程度までは、総粒子数はあまり変化しないが(図5(a))、キャリアガス流量が大きくなるに従い0.5μm以上の大径の粒子の数が減少している(図5(b))。キャリアガスの流量がそれを超えると平均粒子径が小さくなり始め、約0.45L/minのとき、パーティクルカウンターで捕えられた粒子数は10万個/minで飽和している。その中で粒径0.2μmのものが約35,000個/minと最も多く、平均粒径は約0.33μmとなっている。
【0025】
しかし、キャリアガスの流量が0.4L/minを超えると、総粒子数は変わらないのに対し、径の大きい粒子の数が増加し始めている。これは、キャリアガスの流量が大きくなることにより、大径の粒子が選択室で沈降せずにそのまま霧化器を通過してくるためと考えられる。
【0026】
次に、第1選択室22にステム26を設けた場合の、得られるミスト原料の粒子数とキャリアガスの流量との関係を図6に示す。(a)、(b)の関係は図5と同様である。選択室22のステム26を40kHzで動作させた場合、キャリアガス流量が0.2L/minのときに、パーティクルカウンターで捕えられた総粒子数は10万個/minで第一飽和点に達している。その中で粒径0.2μmのものが約4万個/minと最も多く、平均粒子径は約0.34μmとなっている。選択室22にステム26を設けない場合と比較して、低いキャリアガス流量で総粒子数が飽和し、微粒子の選択が行われている。これは、ステム26への衝突により粒径の大きなミストが落下するとともに、超音波により小径の粒子同士の再結合による粒子の肥大化が減少するためと思われる。この場合、キャリアガス流量を増加させても、しばらく総粒子数及び粒子の構成はほとんど変化しないが、キャリアガス流量が0.4L/minになったところで総粒子数及び大径の粒子数が増加し始め、ステムの効果が減少した。
【0027】
また、図7に0.1〜0.4L/minのキャリアガス流量における粒子径と粒子数の関係を示す。なお、この場合、第1選択室22では、連通孔30から30mm離れた位置にステム26の振動面を設けた。図7に示される通り、いずれのキャリアガス流量においても、粒子径0.2〜0.5μmの範囲では、ミストの粒径分布は粒子径0.2μmで最大になっている。計測器の測定下限を超えているため確かではないが、この分布曲線を更に0.2μm以下に外挿することにより、そのピークは0.2μm以下であることが示唆される。
【0028】
以上のことから、キャリアガスの流量は、所望のミスト粒子径及び超音波振動子の動作振動数等により適宜設定する必要があることがわかる。なお、その範囲は概ね0.1〜0.5L/minである。
【0029】
図2の霧化器10では、第2選択室23には超音波振動子を設けなかったが、図3に示すように、ここにも超音波振動子33を備えたステム32を設けてもよい。これにより、より粒子の微細化が促進される。
【0030】
図3に示す霧化器10を備える薄膜製造装置を使用して、強誘電体薄膜の形成を行った。薄膜形成用の原料としては、Pb(Zr,Ti)O3(以下「PZT」とする)を4wt%のメチルエチルケトン溶液としたMODコート材料を使用し、霧化器10により、平均粒径約0.34μmのミストを発生させた。このミストは、ミスト供給口28よりチャンバ12へと送られた。なお、ここでは霧化器10におけるキャリアガスの流量は0.2L/minとした。
【0031】
図1に示すように、チャンバ12内にはあらかじめ基板載置台14にPt/TiO2/SiO2/Si基板11を載置しておき、ミスト散布器13から60秒間、原料ミストを散布した。なお、基板載置台14をゆっくり回転させることにより、ミストが基板11上に均等に散布されるようにしてもよい。これにより、厚さ0.1μm程度のメチルエチルケトンを含有するPZT膜が形成された。その後、100℃で1分間、次いで300℃で3分間の乾燥工程を経て、酸素雰囲気中650℃で30分間アニールを行うか、または同一の条件にて高速熱処理(RTP)を行うことにより、PZT薄膜を得た(図8)。
【0032】
また、2μmの溝幅、1μmの深さの溝を有する基板11上に形成されたPZT薄膜のSEM断面画像を図9に示す。ミスト散布器13から120秒間、原料ミストを散布し、これにより、メチルエチルケトンを含有するPZT膜が形成された。その後、110℃で3分間、次いで300℃で3分間の乾燥工程を経て、酸素雰囲気中650℃で5分間アニールを行うことにより、厚さ約0.15μmのPZT薄膜を得た。
図9に示されたように、本実施例に係る霧化器を薄膜製造装置により作製されたPZT薄膜は良好な段差被覆性を有し、高密度集積回路の製造に十分対応しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 薄膜製造装置の概略構成図。
【図2】 (a)本発明の一実施例であるセラミック系薄膜形成用霧化器の水平断面図、(b)(a)をII-II線で切断した断面図。
【図3】 本発明の別の実施例であるセラミック系薄膜形成用霧化器の水平断面図。
【図4】 選択室の入口/出口に用いる通過孔の断面図。
【図5】 選択室に振動体を設置しない場合のキャリアガス流量とミスト粒子数の関係図。
【図6】 選択室に振動体を設置した場合のキャリアガス流量とミスト粒子数の関係図。
【図7】 選択室に振動体を設置した場合のミスト粒子径とミスト粒子数の関係図。
【図8】 図3の霧化器を備える薄膜製造装置により作製されたPZT薄膜の断面を示すSEM画像。
【図9】 図3の霧化器を備える薄膜製造装置により溝を有する基板上に作製されたPZT薄膜の断面を示すSEM画像。
【符号の説明】
10…霧化器
11…被処理基板
12…薄膜形成チャンバ
13…ミスト散布器
14…基板載置台
21…霧化室
22…第1選択室
23…第2選択室
24…第3選択室
24a〜24d…小飛行室
25a〜25c、27…超音波振動子
26…振動体(ステム)
28…ミスト供給口
29…キャリアガス導入口
30、31…連通孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus, and more particularly to a raw material liquid atomizer used therein and a thin film manufacturing method using the apparatus.
[0002]
[Prior art]
With the advent of the multimedia era, research and development of next-generation non-volatile memory to replace conventional DRAM has been actively conducted in recent years. Among them, non-volatile memories using ferroelectric thin films are capable of retaining information and rewriting at high speeds by utilizing their remanent polarization. It has become.
[0003]
These ferroelectric thin films are currently produced by chemical solution method (CSD method), sputtering method, metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), laser ablation method and the like. In particular, a liquid mist chemical deposition (LSMCD) method is known as a method for producing a ceramic thin film. Patent Document 1 proposes that in this LSMCD method, a thin film is manufactured by adhering to a substrate a mist-like material whose particle size is controlled by moving between electrodes.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-T-2001-523889 Publication [0005]
[Problems to be solved by the invention]
Each of the above-mentioned various methods for producing a thin film has advantages and disadvantages, and no particularly advantageous one has been established. Under such circumstances, the LSMCD (Liquid Source Misted Chemical Deposition) method has attracted attention because it has the following advantages.
(1) Composition stability
(2) Large area film formability
(3) Step coverage (required for future high integration)
(4) Raw material selectivity (There are already a wide variety of relatively inexpensive raw materials, and the selection range is wide)
(5) Industriality (low operating cost)
[0006]
The LSMCD method with these advantages is one of the most promising for establishing a full-scale process for manufacturing ferroelectric thin film memories. In order to realize these advantages reliably, It is important to make the mist fine and uniform. As described above, Patent Document 1 attempts to solve this problem by moving the mist between the electrodes. The average particle diameter of the droplet particles in the mist generated there is about 0.5 μm, and 1 μm. The thing of the above big particle size is also mixed. However, because submicron order pattern formation is performed in high-density integrated circuits, the presence of particles exceeding 1 μm is not preferable to ensure step coverage, and if possible, the average particle size should be 0.5 μm or less. Is preferred.
[0007]
The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to provide a ceramic capable of producing a mist having an average particle size of 0.5 μm or less and not containing large particles of 1 μm or more. It is providing the manufacturing method of the thin film by the atomizer for thin film formation, and the thin film manufacturing apparatus using the atomizer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An atomizer for forming a ceramic thin film according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) a first ultrasonic vibrator for atomizing the raw material liquid;
b) a sorting chamber having a predetermined volume for passing the raw material mist atomized by the first ultrasonic transducer;
c) a vibrator provided with a second ultrasonic transducer provided in the sorting chamber;
It is characterized by providing.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the liquid mist chemical deposition apparatus (thin film production apparatus) equally atomizes the raw material liquid and the mist of the raw material liquid produced by the atomizer 10 on the substrate 11 to be processed. And a chamber 12 for spraying and forming a thin film. The present invention relates to the atomizer 10.
[0010]
Since the thin film manufacturing apparatus including the atomizer according to the present invention has the above-described configuration, the liquid raw material supplied to the apparatus is first misted by the first ultrasonic vibrator. This mist collides with a vibrating body (hereinafter referred to as “stem”) that vibrates with ultrasonic waves emitted from the second ultrasonic transducer in the sorting chamber. At this time, the mist having a large particle size collides with the stem by its own inertial force and falls, while the mist having a small particle size suppresses the enlargement of the particle size due to recombination by the ultrasonic space, The average particle size of the mist is reduced. Furthermore, since the particles having a large particle size gradually settle while passing through the sorting chamber, the mist supplied from the sorting chamber is composed only of components having a fine particle size.
[0011]
Two or more sorting rooms may be provided. In this case, it is not necessary to provide a stem in each chamber, and the effect of atomization can be obtained only by providing one or more chambers. This is because the effect that large particles are eliminated by sedimentation while the mist passes is obtained even when there is no stem.
Further, in order to further promote the sedimentation of the large-diameter particles in the sorting chamber, it is effective to increase the mist passage distance in the sorting chamber.
[0012]
【The invention's effect】
In the atomizer according to the present invention, after the mist is generated by the first ultrasonic transducer, the average particle size of the mist is reduced by the action of the stem in the selection chamber, and the particles having a large diameter are formed by flight sedimentation. To eliminate. Due to these effects, the mist supplied from the atomizer according to the present invention has an average particle size smaller than that produced by the conventional atomizer and a large particle size is excluded. . As a result, by appropriately setting the flow rate of the carrier gas and the operating condition of the ultrasonic transducer as will be described later, a mist that has an average particle size of 0.5 μm or less and does not contain large particles of 1 μm or more is manufactured. Is possible.
[0013]
For this reason, the thin film produced by the thin film manufacturing apparatus provided with the atomizer according to the present invention has a good step coverage, and is not limited to the ferroelectric thin film, but can form patterns on the order of submicrons such as a high dielectric thin film. It can be suitably used for a required high-density integrated circuit manufacturing process and other fine thin film manufacturing processes.
[0014]
【Example】
An embodiment of an atomizer for forming a ceramic thin film according to the present invention will be described. 2A is a horizontal cross-sectional view of the atomizer for forming a ceramic thin film, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 2A taken along the line II-II. The atomizer 10 of the present embodiment includes an atomization chamber 21 and first to third selection chambers 22 to 24. The atomizing chamber 21 is provided with three ultrasonic transducers 25a to 25c, and the first selection chamber is provided with a stem 26 provided with one ultrasonic transducer 27. In this embodiment, the second selection chamber 23 is not provided with a stem having an ultrasonic transducer, and the mist simply passes therethrough. The third selection chamber 24 has a configuration in which elongated small flight chambers 24a to 24d are arranged in parallel as shown in FIG. 2 (a), and the communication holes are alternately provided between them, As a result, the flight path of the mist is folded in a zigzag shape. The mist is finally supplied from a mist supply port 28 provided downstream of the third selection chamber 24 to the chamber 12 of the thin film manufacturing apparatus (FIG. 1).
[0015]
A liquid raw material feeder is provided at the upper part of the atomizing chamber 21 (the front side in FIG. 2A) (not shown), and the side of the atomizing chamber 21 (upward in FIG. 2A). Is provided with a carrier gas inlet 29 for transporting mist.
[0016]
In the present embodiment having such a configuration, the fine particle mist is generated as follows. First, after supplying the liquid raw material from the liquid raw material supply unit above the atomizing chamber 21 to the atomizing chamber 21 so that the liquid raw material has a predetermined height above the ultrasonic vibrator, the ultrasonic vibrators 25a to 25c are set to 2.4 MHz. Operate (Fig. 2 (b)). Thereby, the liquid raw material is first atomized roughly from the liquid surface. This mist is carried toward the first selection chamber 22 by the nitrogen gas introduced from the carrier gas introduction port 29.
[0017]
A communication hole 30 having a diameter of 2 mm and a length of 5 mm is provided between the atomization chamber 21 and the first selection chamber 22, and the mist generated in the atomization chamber 21 passes through the communication hole 30 to form a first hole. 1 is introduced into the selection chamber 22. FIG. 4 shows a cross section of the communication hole 30 used in this example. It is desirable that the communication hole 30 has an acute angle around both ends so that the communication hole 30 is not easily blocked by mist droplet particles.
[0018]
In the first selection chamber 22, a vibration surface of a stem 26 provided with an ultrasonic transducer 27 is provided at a position 15 mm away from the communication hole 30, and the ultrasonic transducer 26 operates at 40 kHz. Of the raw material mist introduced from the atomization chamber 21, particles having a large diameter fall by the action of the stem 26, and the mist particle size distribution is further refined. Further, particles having a relatively large diameter settle while the raw material mist passes through the first selection chamber 22 and are not introduced into the second selection chamber 23.
[0019]
A circular communication hole 31 having a diameter of 2 mm is also provided between the first selection chamber 22 and the second selection chamber 23, and the particle size distribution of the mist introduced from here into the second selection chamber 23 is the atomization chamber. The mist generated at 21 moves to the smaller diameter side than that of the mist. That is, the average particle size is reduced and the large particle size portion is excluded.
[0020]
Although the stem is not provided in the second selection chamber 23, large particles gradually settle down as in the first selection chamber 22 while the mist rides on the carrier gas and passes through the carrier gas. The selection room 24 is not reached. That is, sedimentation sorting is performed.
[0021]
In the third selection chamber 24, the mist rides on the carrier gas and flies over a long distance in a zigzag manner as described above, and the communication holes between the small flight chambers 24a to 24d (both of which have a diameter of 2 mm). While passing through, large particles are eliminated. Accordingly, the mist supplied from the atomizer 10 excludes large-diameter particles, and the distribution is sufficiently small in average particle diameter.
[0022]
In addition, the large diameter particle | grains which did not pass through each selection chamber 22-24 adhere to the floor and side wall of each selection chamber 22-24, and are finally collect | recovered from a predetermined drain.
[0023]
The particle size distribution of the mist generated by the atomizer 10 depends on the flow rate of the carrier gas. FIG. 5 shows the result of examining the relationship between the flow rate of the carrier gas and the particle size of the mist obtained when no ultrasonic transducer is provided in the selection chambers 22 and 23 in the apparatus of FIG. Here, the particle diameter of the mist is represented by the number of particles (unit: pieces / minute) in the mist supplied from the atomizer 10 with a constant flow rate of the raw material liquid. The number of particles was measured with a commercially available particle counter (manufactured by Anerva: DM100). FIG. 5 (a) shows the change in the total number of particles, and FIG. 5 (b) shows the change in the number of particles for each particle size (0.2 μm, 0.3 μm, 0.4 μm, 0.5 μm).
[0024]
The total number of particles does not change much until the carrier gas flow rate is about 0.2 L / min (Fig. 5 (a)), but as the carrier gas flow rate increases, the number of large diameter particles of 0.5 µm or more decreases. (FIG. 5B). When the carrier gas flow rate exceeds that, the average particle diameter begins to decrease. When the carrier gas flow rate is about 0.45 L / min, the number of particles captured by the particle counter is saturated at 100,000 particles / min. Among them, those with a particle size of 0.2 μm are the most frequent at about 35,000 pieces / min, and the average particle size is about 0.33 μm.
[0025]
However, when the flow rate of the carrier gas exceeds 0.4 L / min, the total number of particles does not change, but the number of large diameter particles starts to increase. This is presumably because the large-diameter particles pass through the atomizer as they are without settling in the selection chamber due to an increase in the flow rate of the carrier gas.
[0026]
Next, FIG. 6 shows the relationship between the number of mist raw material particles obtained and the flow rate of the carrier gas when the stem 26 is provided in the first selection chamber 22. The relationship between (a) and (b) is the same as in FIG. When the stem 26 of the selection chamber 22 is operated at 40 kHz, when the carrier gas flow rate is 0.2 L / min, the total number of particles captured by the particle counter reaches the first saturation point at 100,000 particles / min. . Among them, those with a particle size of 0.2 μm are the largest at about 40,000 particles / min, and the average particle size is about 0.34 μm. Compared with the case where the selection chamber 22 is not provided with the stem 26, the total number of particles is saturated at a low carrier gas flow rate, and fine particles are selected. This is presumably because mist having a large particle diameter falls due to the collision with the stem 26, and enlargement of the particles due to recombination of the small diameter particles by the ultrasonic waves is reduced. In this case, even if the carrier gas flow rate is increased, the total number of particles and the composition of the particles hardly change for a while, but when the carrier gas flow rate becomes 0.4 L / min, the total number of particles and the number of large diameter particles increase. At first, the effect of the stem decreased.
[0027]
FIG. 7 shows the relationship between the particle diameter and the number of particles at a carrier gas flow rate of 0.1 to 0.4 L / min. In this case, in the first selection chamber 22, the vibration surface of the stem 26 is provided at a position 30 mm away from the communication hole 30. As shown in FIG. 7, at any carrier gas flow rate, the particle size distribution of mist is maximum at a particle size of 0.2 μm in the range of particle size of 0.2 to 0.5 μm. Although it is not certain because it exceeds the measurement lower limit of the measuring instrument, extrapolating this distribution curve to 0.2 μm or less suggests that the peak is 0.2 μm or less.
[0028]
From the above, it can be seen that the flow rate of the carrier gas needs to be appropriately set according to the desired mist particle diameter, the operating frequency of the ultrasonic vibrator, and the like. The range is approximately 0.1 to 0.5 L / min.
[0029]
In the atomizer 10 of FIG. 2, no ultrasonic transducer is provided in the second selection chamber 23, but as shown in FIG. 3, a stem 32 having an ultrasonic transducer 33 may also be provided here. Good. Thereby, refinement | miniaturization of a particle | grain is promoted more.
[0030]
The ferroelectric thin film was formed using the thin film manufacturing apparatus provided with the atomizer 10 shown in FIG. As a raw material for forming a thin film, a MOD coating material in which Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as “PZT”) is a 4 wt% methyl ethyl ketone solution is used. A μm mist was generated. The mist was sent from the mist supply port 28 to the chamber 12. Here, the flow rate of the carrier gas in the atomizer 10 is 0.2 L / min.
[0031]
As shown in FIG. 1, a Pt / TiO 2 / SiO 2 / Si substrate 11 was placed in advance in a chamber 12 in a chamber 12, and a raw material mist was sprayed from a mist spreader 13 for 60 seconds. The mist may be evenly spread on the substrate 11 by slowly rotating the substrate mounting table 14. As a result, a PZT film containing methyl ethyl ketone having a thickness of about 0.1 μm was formed. Then, after passing through a drying process at 100 ° C for 1 minute and then at 300 ° C for 3 minutes, annealing is performed at 650 ° C for 30 minutes in an oxygen atmosphere, or rapid heat treatment (RTP) is performed under the same conditions, and PZT A thin film was obtained (FIG. 8).
[0032]
FIG. 9 shows an SEM cross-sectional image of the PZT thin film formed on the substrate 11 having a groove width of 2 μm and a depth of 1 μm. The raw material mist was sprayed from the mist sprayer 13 for 120 seconds, whereby a PZT film containing methyl ethyl ketone was formed. Then, after passing through a drying process at 110 ° C. for 3 minutes and then at 300 ° C. for 3 minutes, annealing was performed at 650 ° C. for 5 minutes in an oxygen atmosphere to obtain a PZT thin film having a thickness of about 0.15 μm.
As shown in FIG. 9, the PZT thin film produced by using the thin film production apparatus for the atomizer according to this example has a good step coverage and can sufficiently cope with the production of high-density integrated circuits. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin film manufacturing apparatus.
2A is a horizontal cross-sectional view of an atomizer for forming a ceramic thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of an atomizer for forming a ceramic thin film according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a passage hole used for an entrance / exit of a selection chamber.
FIG. 5 is a relationship diagram of the carrier gas flow rate and the number of mist particles when no vibrating body is installed in the selection chamber.
FIG. 6 is a relationship diagram between the carrier gas flow rate and the number of mist particles when a vibrating body is installed in the selection chamber.
FIG. 7 is a relationship diagram between the mist particle diameter and the number of mist particles when a vibrating body is installed in the selection chamber.
8 is an SEM image showing a cross section of a PZT thin film manufactured by a thin film manufacturing apparatus including the atomizer shown in FIG.
9 is an SEM image showing a cross section of a PZT thin film produced on a substrate having grooves by a thin film manufacturing apparatus including the atomizer of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Atomizer 11 ... Substrate 12 ... Thin film formation chamber 13 ... Mist spreader 14 ... Substrate mounting table 21 ... Atomization chamber 22 ... First selection chamber 23 ... Second selection chamber 24 ... Third selection chamber 24a- 24d ... Small flight chambers 25a to 25c, 27 ... Ultrasonic vibrator 26 ... Vibrating body (stem)
28 ... Mist supply port 29 ... Carrier gas introduction port 30, 31 ... Communication hole

Claims (8)

a)原料液を霧化するための第1超音波振動子と、
b)第1超音波振動子で霧化された原料ミストを通過させるための、所定の容積を有する選別室と、
c)該選別室に設けられた第2超音波振動子を備える振動体と、
を備えることを特徴とするセラミック系薄膜形成用霧化器。
a) a first ultrasonic vibrator for atomizing the raw material liquid;
b) a sorting chamber having a predetermined volume for passing the raw material mist atomized by the first ultrasonic transducer;
c) a vibrator provided with a second ultrasonic transducer provided in the sorting chamber;
An atomizer for forming a ceramic thin film, comprising:
上記選別室が2室以上設けられていることを特徴とする請求項1に記載のセラミック系薄膜形成用霧化器。2. The atomizer for forming a ceramic thin film according to claim 1, wherein two or more sorting chambers are provided. 上記選別室が、つづら折り状に連接された複数の小室から構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミック系薄膜形成用霧化器。The atomizer for forming a ceramic thin film according to claim 1 or 2, wherein the sorting chamber is composed of a plurality of small chambers connected in a zigzag manner. 上記選別室への入口及び/又は出口に設けられたミスト通過孔の先端が鋭角状となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のセラミック系薄膜形成用霧化器。The atomizer for forming a ceramic thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein a tip of a mist passage hole provided at an entrance and / or an exit to the sorting chamber has an acute angle. . a)原料液を第1超音波振動子によりミスト化し、
b)該ミストを、第2超音波振動子を備える振動体が設置された選別室を通過させることにより、更に微細なミストを選別する、
ことを特徴とする、セラミック系薄膜形成のための原料液の霧化方法。
a) Mist the raw material liquid with the first ultrasonic vibrator,
b) Sorting the mist further by passing it through a sorting chamber in which a vibrating body having a second ultrasonic transducer is installed.
A method for atomizing a raw material liquid for forming a ceramic-based thin film.
a)原料液を第1超音波振動子によりミスト化し、
b)該ミストを、第2超音波振動子を備える振動体が設置された選別室を通過させることにより、更に微細なミストを選別し、
c)選別により微細化したミストを、加熱した基板上に散布する、
工程を含むことを特徴とする薄膜製造方法。
a) Mist the raw material liquid with the first ultrasonic vibrator,
b) Sorting the mist further by passing it through a sorting chamber in which a vibrating body having a second ultrasonic transducer is installed,
c) Disperse the mist refined by sorting on the heated substrate.
A method for producing a thin film, comprising a step.
ミストを搬送するキャリアガスの流量が0.1〜0.5L/minであることを特徴とする請求項6に記載の薄膜製造方法。The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein the flow rate of the carrier gas for conveying the mist is 0.1 to 0.5 L / min. 散布時に、基板を移動させることを特徴とする請求項6又は7に記載の薄膜製造方法。The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein the substrate is moved during the dispersion.
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