JP2009049316A - Method of manufacturing semiconductor device, and substrate treating apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関する。
詳しくは、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に薄膜を形成する技術に関する。
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.
Specifically, the present invention relates to a technique for forming a thin film on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in which an integrated circuit including a semiconductor element is manufactured in a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC).
ICの製造方法において用いられる薄膜形成方法には、 スパッタリングのような物理気相成長法(以下、PVDという。)と、化学反応を利用した化学気相成長法(以下、CVDという。)と、がある。
一般的に、CVDは温度に対して敏感な依存性をもち、 ステップカバレジや初期成膜特性をはじめ成膜速度が異なる性質を有する。
CVDはPVDに比べステップカバレジに優れる等の膜特性の効果に加え、 原料(ターゲット) 交換のために反応室を大気開放する必要がない等の生産性の効果を得ることができる点から量産に適している。
Thin film formation methods used in IC manufacturing methods include physical vapor deposition methods (hereinafter referred to as PVD) such as sputtering, chemical vapor deposition methods utilizing chemical reactions (hereinafter referred to as CVD), and the like. There is.
In general, CVD has a sensitive dependence on temperature, and has different properties such as step coverage and initial film formation characteristics.
In addition to the effect of film characteristics such as superior step coverage compared to PVD, CVD is effective for mass production because it does not require the reaction chamber to be opened to the atmosphere for replacing raw materials (targets). Is suitable.
ハフニウムシリケート膜の有機原料を用いたCVD(MOCVD)の原料としては、 例えば、 Hf[OC(CH3 )3 ]4 (テトラキスターシャリ−ブトラキシ−ハフニウム、以下、Hf−OtBuと略す。)、Hf[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 (テトラキス(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)ハフニウム、以下、Hf−MMPと略す。)、Si[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 (テトラキス(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)シラン、以下、Si−MMPと略す。)、Si(OC2 H5 )4 (テトラ エトキシ シラン、以下、TEOSと略す。)等、様々な化学物質が組み合わされて利用されている。
このような材料の多くは常温常圧において液体であったり固体であったりする。
そのため、殆どの原料は加熱して蒸気圧を高めて気体に変換して利用される。
As a raw material of CVD (MOCVD) using an organic raw material of a hafnium silicate film, for example, Hf [OC (CH 3 ) 3 ] 4 (tetraxistary-butroxy-hafnium, hereinafter abbreviated as Hf-OtBu), Hf [OC (CH 3 ) 2 CH 2 OCH 3 ] 4 (tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) hafnium, hereinafter abbreviated as Hf-MMP), Si [OC (CH 3 ) 2 CH 2 OCH 3 ] 4 (tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) silane, hereinafter abbreviated as Si-MMP), Si (OC 2 H 5) 4 (tetraethoxy silane, hereinafter abbreviated as TEOS ) . ) Etc. are used in combination.
Many of such materials are liquid or solid at normal temperature and pressure.
Therefore, most raw materials are heated to increase the vapor pressure and converted to gas.
ハフニウムシリケート膜の有機原料を用いたCVD(MOCVD)の原料としてHf−MMPとSi−MMPとを用いた薄膜形成方法は、特許文献1で知られている。
ハフニウムシリケート膜をシリコンウエハ(下地)の上に形成する際に、 トランジスタの特性を最大限に引き出すためには、界面層に酸化シリコン膜を形成するのが有効であることが、究明されている。
そこで、ハフニウムシリケート膜とシリコンウエハとの界面に極薄い酸化シリコン膜を形成する方法として、様々な薄膜形成方法が提案されている。
しかし、安定で制御し易い薄膜形成方法は確立されていない。
When forming a hafnium silicate film on a silicon wafer (underlying), it has been investigated that it is effective to form a silicon oxide film in the interface layer in order to maximize the characteristics of the transistor. .
Therefore, various thin film forming methods have been proposed as a method of forming an extremely thin silicon oxide film at the interface between the hafnium silicate film and the silicon wafer.
However, a stable and easy-to-control thin film forming method has not been established.
本発明の目的は、安定かつ良好な制御性をもって薄膜を形成することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus capable of forming a thin film with stable and good controllability.
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内にオゾンガスを供給して基板表面に酸化膜を形成するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内にオゾンガスを供給するステップと、を連続して複数回繰り返すことで前記酸化膜上に金属酸化膜を形成するステップと、
前記金属酸化膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2)基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する供給口と、
前記処理室内にオゾンガスを供給する供給口と、
前記処理室内にオゾンガスを供給して基板表面に酸化膜を形成し、その後、原料ガスの供給とオゾンガスの供給とを連続して複数回繰り返すことで前記酸化膜上に金属酸化膜を形成するように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
Typical means for solving the above-described problems are as follows.
(1) carrying a substrate into the processing chamber;
Supplying ozone gas into the processing chamber to form an oxide film on the substrate surface;
Supplying a source gas into the processing chamber; and supplying an ozone gas into the processing chamber; and repeatedly forming a metal oxide film on the oxide film by repeating a plurality of times;
Unloading the substrate after the formation of the metal oxide film from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(2) a processing chamber for processing a substrate;
A supply port for supplying a source gas into the processing chamber;
A supply port for supplying ozone gas into the processing chamber;
An ozone gas is supplied into the processing chamber to form an oxide film on the substrate surface, and then a metal oxide film is formed on the oxide film by successively repeating the supply of the source gas and the supply of the ozone gas a plurality of times. A controller to control
A substrate processing apparatus comprising:
前記(1)(2)の手段によれば、一つの処理室内で連続して界面層としての酸化膜と金属酸化膜を形成することができるので、効率的に極薄い酸化膜を界面にもつ金属酸化膜を形成することができる。 According to the means (1) and (2), an oxide film and a metal oxide film as an interface layer can be continuously formed in one processing chamber, so that an extremely thin oxide film is efficiently provided at the interface. A metal oxide film can be formed.
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態であるICの製造方法におけるMOSFETのゲートスタック形成工程を示すフローチャートである。
図2以降は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示している。
まず、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
FIG. 1 is a flowchart showing a MOSFET gate stack forming step in an IC manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 and subsequent figures show a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
First, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、構造的には図2に示されているようにクラスタ装置として構成されており、機能的には、MOSFETのゲートスタック形成工程に使用されるように構成されている。
なお、本実施の形態に係るクラスタ装置においては、ウエハ2を搬送するためのウエハ搬送用キャリア(基板収納容器)としては、FOUP(front opening unified pod 。以下、ポッドという。)1が使用されている。
In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is structurally configured as a cluster apparatus as shown in FIG. 2, and is functionally used for the MOSFET gate stack forming process. It is comprised so that.
In the cluster apparatus according to the present embodiment, a FOUP (front opening unified pod, hereinafter referred to as a pod) 1 is used as a wafer transfer carrier (substrate storage container) for transferring the
図2に示されているように、クラスタ装置10は大気圧未満の圧力(負圧)に耐える構造に構成された搬送室としての第一ウエハ移載室(以下、負圧移載室という。)11を備えており、負圧移載室11の筐体(以下、負圧移載室筐体という。)12は、平面視が七角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
負圧移載室11の中央部には負圧下においてウエハ2を移載する搬送装置としてのウエハ移載装置(以下、負圧移載装置という。)13が設置されており、負圧移載装置13はスカラ形ロボット(selective compliance assembly robot arm SCARA)によって構成されている。
As shown in FIG. 2, the
A wafer transfer device (hereinafter referred to as a negative pressure transfer device) 13 as a transfer device for transferring the
負圧移載室筐体12の7枚の側壁のうち長い側壁には、搬入用予備室(以下、搬入室という。)14と搬出用予備室(以下、搬出室という。)15とがそれぞれ隣接して連結されている。
搬入室14の筐体と搬出室15の筐体とはそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されているとともに、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。
Of the seven side walls of the negative pressure
Each of the housing of the carry-in
搬入室14および搬出室15の負圧移載室11と反対側には、大気圧以上の圧力(以下、正圧という。)を維持可能な構造に構成された第二ウエハ移載室(以下、正圧移載室という。)16が隣接して連結されており、正圧移載室16の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
搬入室14と正圧移載室16との境にはゲートバルブ17Aが設置されており、搬入室14と負圧移載室11との間にはゲートバルブ17Bが設置されている。
搬出室15と正圧移載室16との境にはゲートバルブ18Aが設置されており、搬出室15と負圧移載室11との間にはゲートバルブ18Bが設置されている。
正圧移載室16には正圧下でウエハ2を移載する第二ウエハ移載装置(以下、正圧移載装置という。)19が設置されており、正圧移載装置19はスカラ形ロボットによって構成されている。
正圧移載装置19は正圧移載室16に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。
正圧移載室16の左側端部にはノッチ合わせ装置20が設置されている。
On the opposite side of the
A
A gate valve 18 </ b> A is installed at the boundary between the carry-out
The positive
The positive
A
正圧移載室16の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口21、22、23が、隣合わせに並べられて開設されており、これらのウエハ搬入搬出口21、22、23はウエハ2を正圧移載室16に対して搬入搬出し得るように設定されている。
これらのウエハ搬入搬出口21、22、23にはポッドオープナ24がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ24はポッド1を載置する載置台25と、載置台25に載置されたポッド1のキャップを着脱するキャップ着脱機構26とを備えており、載置台25に載置されたポッド1のキャップをキャップ着脱機構26によって着脱することにより、ポッド1のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。
ポッドオープナ24の載置台25に対してはポッド1が、図示しない工程内搬送装置(RGV)によって供給および排出されるようになっている。
Three wafer loading / unloading
The
The pod 1 is supplied to and discharged from the mounting table 25 of the
図2に示されているように、負圧移載室筐体12の7枚の側壁のうち正圧移載室16と反対側に位置する3枚の側壁には、第一処理ユニット31と第二処理ユニット32と第三処理ユニット33とがそれぞれ隣接して連結されている。
第一処理ユニット31と負圧移載室11との間にはゲートバルブ44(図3参照)が設置されている。
第二処理ユニット32と負圧移載室11との間にはゲートバルブ82(図4参照)が設置されている。
第三処理ユニット33と負圧移載室11との間にはゲートバルブ118(図5参照)が設置されている。
また、負圧移載室筐体12における7枚の側壁のうちの他の2枚の側壁には、第一クーリングユニット35と、第二クーリングユニット36とがそれぞれ連結されており、第一クーリングユニット35および第二クーリングユニット36はいずれも処理済みのウエハ2を冷却するように構成されている。
As shown in FIG. 2, among the seven side walls of the negative pressure
A gate valve 44 (see FIG. 3) is installed between the
A gate valve 82 (see FIG. 4) is installed between the
A gate valve 118 (see FIG. 5) is installed between the
Further, the other two side walls of the seven side walls in the negative pressure
クラスタ装置10は後述するシーケンスフローを統括的に制御するためのコントローラ37を備えている。
The
次に、前記構成に係るクラスタ装置10を使用して、図1に示されたゲートスタック形成工程を実施する場合について説明する。
Next, a case where the gate stack forming process shown in FIG. 1 is performed using the
図1に示されたウエハ投入ステップにおいては、クラスタ装置10の載置台25に供給されたポッド1のキャップが、キャップ着脱機構26によって取り外され、ポッド1のウエハ出し入れ口が開放される。
ポッド1が開放されると、正圧移載室16に設置された正圧移載装置19はウエハ搬入搬出口を通してポッド1からウエハ2を一枚ずつピックアップし、搬入室14に投入し、ウエハ2を搬入室用仮置き台に移載して行く。
この移載作業中には、搬入室14の正圧移載室16側はゲートバルブ17Aによって開かれており、また、搬入室14の負圧移載室11側はゲートバルブ17Bによって閉じられており、負圧移載室11内の圧力は、例えば、100Paに維持されている。
In the wafer loading step shown in FIG. 1, the cap of the pod 1 supplied to the mounting table 25 of the
When the pod 1 is opened, the positive
During this transfer operation, the positive
図1に示されたウエハローディングステップにおいては、搬入室14の正圧移載室16側がゲートバルブ17Aによって閉じられ、搬入室14が排気装置(図示せず)によって負圧に排気される。
搬入室14内が予め設定された圧力値に減圧されると、搬入室14の負圧移載室11側がゲートバルブ17Bによって開かれる。
次に、負圧移載室11の負圧移載装置13は搬入室用仮置き台からウエハ2を一枚ずつピックアップして負圧移載室11に搬入する。
その後、搬入室14の負圧移載室11側がゲートバルブ17Bによって閉じられる。
続いて、第一処理ユニット31のゲートバルブ44が開かれ、負圧移載装置13はウエハ2を、図1に示された界面層形成ステップおよび高誘電率膜形成ステップを実施する第一処理ユニット31に搬送して、第一処理ユニット31の処理室へ搬入(ウエハローディング)する。
なお、ウエハの第一処理ユニット31への搬入に際しては、搬入室14および負圧移載室11が真空排気されることによって内部の酸素や水分が予め除去されているため、外部の酸素や水分がウエハの第一処理ユニット31への搬入に伴って第一処理ユニット31の処理室に侵入することは確実に防止される。
In the wafer loading step shown in FIG. 1, the positive
When the inside of the carry-in
Next, the negative
Thereafter, the negative
Subsequently, the
Note that when the wafer is loaded into the
本実施の形態においては、第一処理ユニット31は、構造的には図3に示されているように、枚葉式ウォームウオール形基板処理装置として構成されており、機能的にはALD(Atomic Layer Deposition )装置またはサイクリックCVD装置(以下、成膜装置という。)40として構成されている。
図3に示されているように、成膜装置40は処理室41を形成する筐体42を備えており、筐体42には処理室41の壁面を加熱するためのヒータ(図示せず)が内蔵されている。
筐体42の負圧移載室11との境にはウエハ搬入搬出口43が開設されており、ウエハ搬入搬出口43はゲートバルブ44によって開閉されるように構成されている。
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 3, the
A wafer loading / unloading port 43 is opened at the boundary between the
図3に示されているように、筐体42により形成される処理室41内には、ウエハ2を支持する支持台45が設けられている。支持台45の上部にはウエハ2を支持する支持板としてのサセプタ46が設けられている。
支持台45の内部には加熱機構(加熱手段)としてのヒータ47が設けられている。ヒータ47はサセプタ46上に載置されるウエハ2を加熱する。
ヒータ47はウエハ2の温度が所定の温度となるように温度制御部(温度制御手段)としての温度コントローラ48により制御される。
As shown in FIG. 3, a
A
The
処理室41の外部には回転機構(回転手段)49が設けられている。回転機構49は処理室41内の支持台45を回転させてサセプタ46上のウエハ2を回転させる。
処理室41の外部には昇降機構(昇降手段)50が設けられている。昇降機構50は支持台45を処理室41内において昇降させる。
A rotation mechanism (rotation means) 49 is provided outside the
An elevating mechanism (elevating means) 50 is provided outside the
処理室41の上部にはガスをシャワー状に噴出するシャワーヘッド51が設けられており、シャワーヘッド51はサセプタ46と対向するように設けられている。
シャワーヘッド51は分散板51aとシャワー板51bとを有する。分散板51aは多数個のガス噴出口51fを有し、内部に供給されたガスを分散させる。シャワー板51bは多数個のガス噴出口51eを有し、分散板51a により分散されたガスを処理室41内へシャワー状に噴出させる。
シャワーヘッド51の天井部と分散板51a との間には、第一バッファ空間51cが設けられており、分散板51a とシャワー板51bとの間には第二バッファ空間51dが設けられている。
A
The
A first buffer space 51c is provided between the ceiling of the
処理室41の外部には、液体原料である第一原料を供給する第一原料供給源52Aと、液体原料である第二原料を供給する第二原料供給源52Dとが設けられている。
第一原料供給源52Aには第一液体原料供給管53Aが接続されており、第二原料供給源52Dには第二液体原料供給管53Dが接続されている。
第一液体原料供給管53Aおよび第二液体原料供給管53Dはそれぞれ、原料の液体供給流量を制御する流量制御装置(流量制御手段)としての液体流量コントローラ(液体マスフローコントローラ)54A、54Dを介して、原料を気化する気化器55A、55Dに接続されている。
気化器55A、55Dには第一原料ガス供給管56A、第二原料ガス供給管56Dがそれぞれ接続されており、第一原料ガス供給管56A、第二原料ガス供給管56Dはバルブ57A、57Dを介してシャワーヘッド51にそれぞれ接続されている。
Outside the
A first liquid
The first liquid
A first source gas supply pipe 56A and a second source
また、処理室41の外部には不活性ガス供給源52Cが設けられており、不活性ガス供給源52Cは非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する。
不活性ガス供給源52Cには不活性ガス供給管53Cが接続されており、不活性ガス供給管53Cの途中には不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置(流量制御手段)としてのガス流量コントローラ(マスフローコントローラ)54Cが設けられている。
不活性ガス供給管53Cはガス流量コントローラ54Cよりも下流側で二つの供給管に分岐している。分岐した一方の供給管はバルブ57Cを介して第一原料ガス供給管56Aに接続され、分岐した他方の供給管はバルブ57Eを介して第二原料ガス供給管56Dに接続されている。
不活性ガスとしては、例えば、Ar、He、N2 を用いる。
In addition, an inert
An inert
The inert
For example, Ar, He, or N 2 is used as the inert gas.
第一原料ガス供給管56Aでは、気化器55Aにて第一原料を気化して得た第一原料ガスと、不活性ガス供給管53Cからの不活性ガスとが混合される。
第二原料ガス供給管56Dでは、気化器55Dにて第二原料を気化して得た第二原料ガスと、不活性ガス供給管53Cからの不活性ガスとが混合される。
混合されたガスは第一原料ガス供給管56Aおよび第二原料ガス供給管56Dからシャワーヘッド51の第一バッファ空間51cにそれぞれ供給される。
第一原料ガス供給管56A、第二原料ガス供給管56D、不活性ガス供給管53Cにそれぞれ設けられたバルブ57A、57D、57C、57Eは開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御する。
In the first raw material gas supply pipe 56A, the first raw material gas obtained by vaporizing the first raw material in the
In the second raw material
The mixed gas is supplied from the first source gas supply pipe 56A and the second source
処理室41の外部にはオゾナイザ58が設けられており、オゾナイザ58は酸素ガス(O2 )からオゾンガス(O3 )を生成する。
オゾナイザ58の上流側には酸素ガス供給管53Bが設けられており、酸素ガス供給管53Bには酸素ガス供給源52Bが接続されている。酸素ガス供給源52Bは酸素ガスをオゾナイザ58に酸素ガス供給管53Bを介して供給する。
酸素ガス供給管53Bには酸素ガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ54Bとバルブ57Bとが設けられている。バルブ57Bは開閉することにより、酸素ガスの供給を制御する。
オゾナイザ58の下流側にはオゾンガス供給管59Bが設けられており、オゾンガス供給管59Bはバルブ60Bを介してシャワーヘッド51に接続されている。
オゾンガス供給管59Bはオゾナイザ58によって生成されたオゾンガスをシャワーヘッド51の第一バッファ空間51cに供給する。バルブ60Bは開閉することにより、オゾンガスの供給を制御する。
An
An oxygen
The oxygen
An ozone gas supply pipe 59B is provided on the downstream side of the
The ozone gas supply pipe 59 </ b> B supplies the ozone gas generated by the
筐体42の下部側壁には排気口61が設けられており、排気口61には排気管62の一端が接続されている。排気管62の他端は排気装置(排気手段)としての真空ポンプ63および除害装置(図示せず)に接続されている。排気口61および排気管62で排気系が構成されている。
排気管62には圧力制御部(圧力制御手段)としての圧力コントローラ64と、原料回収トラップ65とが設けられている。圧力コントローラ64は処理室41内の圧力を制御する。原料回収トラップ65は原料を回収する。
An
The
第一原料ガス供給管56Aと第二原料ガス供給管56Dとオゾンガス供給管59Bとには、原料回収トラップ65に接続された第一原料ガスバイパス管(ベント管)66Aと、第二原料ガスバイパス管(ベント管)66Cと、オゾンガスバイパス管(ベント管)66Bとがそれぞれ設けられている。バイパス管66A、66C、66Bには、バルブ67A、67C、67Bがそれぞれ設けられている。
The first source gas supply pipe 56A, the second source
処理室41内の支持台45上には整流板としてのプレート68が設けられており、プレート68はシャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを介して供給されたガスの流れを調整する。プレート68は円環(リング)形状であり、ウエハ2の周囲に位置する。
シャワーヘッド51を介してウエハ2に供給されたガスはウエハ2の径方向外方に向かって流れ、プレート68上を通り、プレート68と筐体42の側壁(内壁)との間を通り、排気口61より排気される。
なお、ウエハ2の外周縁部のように、ウエハ2に膜を形成したくない箇所がある場合は、プレート68の内径をウエハ2の外形より小さくして、ウエハ2の外周部を覆うようにしてもよい。
この場合は、ウエハ2の搬送を可能とするために、プレート68を処理室41内のウエハ2の処理位置に固定したり、プレート68を昇降させる機構を設ける。
A
The gas supplied to the
If there is a portion where a film is not to be formed on the
In this case, in order to enable the transfer of the
バルブ57A〜67C、流量コントローラ54A〜54D、温度コントローラ48、圧力コントローラ64、気化器55A、55D、オゾナイザ58、回転機構49、昇降機構50の制御は、主制御部(主制御手段)としてのメインコントローラ69が行う。
なお、メインコントローラ69の制御は、コントローラ37により行う。
Control of the valves 57A to 67C,
The
次に、図1に示された界面層形成ステップおよび高誘電率膜形成ステップを、以上の構成に係る成膜装置40を使用して高誘電率膜としてのハフニウムシリケート(HfSiO)膜をALD法またはサイクリックCVD法によってウエハ2上に成膜する場合について説明する。
なお、以下の説明において、成膜装置40を構成する各部の動作はメインコントローラ69により制御される。
Next, the interfacial layer forming step and the high dielectric constant film forming step shown in FIG. 1 are performed using an ALD method to form a hafnium silicate (HfSiO) film as a high dielectric constant film using the
In the following description, the operation of each part constituting the
ここで、高誘電率膜が形成される前のウエハ2の構造は、図6に示されているようになっている。
すなわち、シリコンウエハ2には素子分離領域3が形成されており、この素子分離領域3で分離された活性領域にはPウエル領域4とNウエル領域5とが形成されている。
Here, the structure of the
That is, the
高誘電率膜としてのハフニウムシリケート(HfSiO)膜を成膜する場合には、ハフニウム原子(Hf)を含む原料として、例えば、次のようなものが使用される。
TDMAH(Hf[N(CH3 )2 ]4 :テトラキスジメチルアミノハフニウム)、
TDEMAH(Hf[N(C2 H5 )2 ]4 :テトラキスジエチルアミノハフニウム)、
TEMAH(Hf[N(CH3 )(C2 H5 )]4 :テトラキスエチルメチルアミノハフニウム)、
Hf‐OtBu(Hf[OC(CH3 )3 ]4 :テトラ‐シャリ‐ブトラキシ‐ハフニウム)、
Hf‐MMP(Hf[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 :テトラキス(1‐メトキシ‐2‐メチル‐2‐プロポキシ)ハフニウム)。
また、シリコン原子(Si)を含む原料としては、例えば、次のようなものが使用される。
Si‐OtBu(Si[OC(CH3 )3 ]4 :テトラ‐シャリ‐ブトラキシ‐シリコン)、
Si‐MMP(Si[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 :テトラキス(1‐メトキシ‐2‐メチル‐2‐プロポキシ)シリコン)、
TEOS(Si[OC2 H5 ]4 :テトラエトキシシラン)。
これらの原料は、常温で液体である。蒸気圧が高い原料については、バブリングで気化して得た原料ガスを用いることも可能である。
本実施形態では、ハフニウム原料としてHf‐MMPをシリコン原料としてSi‐MMPを用い、これらの原料を気化器で気化して得た原料ガスを用いる例について説明する。
When forming a hafnium silicate (HfSiO) film as a high dielectric constant film, for example, the following is used as a raw material containing hafnium atoms (Hf).
TDMAH (Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 : tetrakisdimethylaminohafnium),
TDEMAH (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 : tetrakisdiethylaminohafnium),
TEMAH (Hf [N (CH 3 ) (C 2 H 5 )] 4 : tetrakisethylmethylaminohafnium),
Hf-OtBu (Hf [OC (CH 3 ) 3 ] 4 : Tetra-Shari-Butoxy-Hafnium),
Hf-MMP (Hf [OC ( CH 3) 2
Moreover, as a raw material containing a silicon atom (Si), the following are used, for example.
Si-OtBu (Si [OC (CH 3 ) 3 ] 4 : tetra-shar-butoxy-silicon),
Si-MMP (Si [OC (CH 3 ) 2 CH 2 OCH 3 ] 4 : tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) silicon),
TEOS (Si [OC 2 H 5 ] 4 : tetraethoxysilane).
These raw materials are liquid at room temperature. For a raw material having a high vapor pressure, a raw material gas obtained by vaporization by bubbling can be used.
In the present embodiment, an example will be described in which Hf-MMP is used as a hafnium raw material, Si-MMP is used as a silicon raw material, and a raw material gas obtained by vaporizing these raw materials with a vaporizer is used.
図3において、支持台45がウエハ搬送位置まで下降した状態で、ゲートバルブ44が開かれ、ウエハ搬入搬出口43が開放されると、ウエハ2が処理室41内に負圧移載装置13により搬入される(ウエハ搬入ステップ)。
ウエハ2が処理室41内に搬入され、図示しない突き上げピン上に載置された後、ゲートバルブ44が閉じられる。
支持台45がウエハ搬送位置からそれよりも上方のウエハ処理位置まで上昇する。
その間に、ウエハ2は突き上げピン上からサセプタ46上に載置される(ウエハ載置ステップ)。
In FIG. 3, when the
After the
The
Meanwhile, the
支持台45がウエハ処理位置に到達すると、ウエハ2は回転機構49により回転される。また、ヒータ47に電力が供給されることにより、ウエハ2は所定の処理温度となるように均一に加熱される(ウエハ昇温ステップ)。
同時に、処理室41内は真空ポンプ63により排気され、所定の処理圧力となるように制御される(圧力調整ステップ)。
なお、ウエハ搬送時やウエハ昇温時や圧力調整時においては、不活性ガス供給管53Cに設けられたバルブ57C、57Eは常時開いた状態とされ、不活性ガス供給源52Cより処理室41内に不活性ガスが常に流される。
これにより、パーティクルや金属汚染物のウエハ2への付着を防ぐことができる。
When the support table 45 reaches the wafer processing position, the
At the same time, the inside of the
Note that the
Thereby, adhesion of particles and metal contaminants to the
まず、界面層形成ステップについて説明する。
図8に示されているように、ウエハ昇温ステップの途中で、処理室41内の圧力が所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室41内にオゾンガスが供給される。
すなわち、バルブ57Bが開かれると、酸素ガス供給源52Bから供給された酸素ガスが酸素ガス供給管53Bを通り、ガス流量コントローラ54Bで流量制御されてオゾナイザ58へ供給される。オゾナイザ58はオゾンガスを生成する。
オゾンガスが生成された後に、バルブ67Bが閉じられると共に、バルブ60Bが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ58からオゾンガス供給管59Bを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを介してウエハ2上へシャワー状に供給される。ウエハ2に対して供給されたオゾンガスは排気管62より排気される。
このとき、後述する高誘電率膜形成ステップ時のウエハ温度(以下、成膜温度という。)よりも低い温度に加熱されたウエハ2表面に、オゾンガスが接触することにより、ウエハ2表面に極薄い界面層としてのシリコン酸化膜6(図7(a)参照)が形成される(界面層形成ステップ)。
なお、このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に供給される。
First, the interface layer forming step will be described.
As shown in FIG. 8, ozone gas is supplied into the
That is, when the valve 57B is opened, the oxygen gas supplied from the oxygen gas supply source 52B passes through the oxygen
After the ozone gas is generated, when the valve 67B is closed and the
At this time, the ozone gas comes into contact with the surface of the
At this time, the
なお、界面層形成ステップはウエハ昇温中ではなく、図8(c)に示されているように、成膜温度よりも低い一定の温度に維持した状態で実施してもよい。
また、界面層形成ステップは、高誘電率膜(金属酸化膜)形成ステップとは温度、圧力、オゾンガス流量、オゾンガス供給時間のうち、少なくとも何れかの条件を異ならせて行う。
Note that the interface layer forming step may be performed in a state where the wafer is not heated, but is maintained at a constant temperature lower than the film forming temperature, as shown in FIG.
The interface layer forming step is performed different from the high dielectric constant film (metal oxide film) forming step by changing at least one of the conditions of temperature, pressure, ozone gas flow rate, and ozone gas supply time.
オゾンガスの供給が所定時間行われ、界面層としてのシリコン酸化膜6が形成された後に、バルブ60Bが閉じられ、オゾンガスのウエハ2への供給が停止される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。
なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。
After ozone gas is supplied for a predetermined time and the
At this time, since the
The inert gas supplied to the
この際、バルブ67Bを開き、オゾンガスバイパス管66Bによってオゾンガスを排気することにより、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。
オゾンガスを安定供給するまでには時間がかかる。したがって、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止することなく、処理室41をバイパスするように流しておくことにより、次回にオゾンガスを供給するステップ(後述の高誘電率膜形成ステップにおける酸化剤供給ステップ)では、流れを切換えるだけで、直ちにオゾンガスをウエハ2へ供給することができる。
At this time, it is preferable not to stop the supply of the ozone gas from the
It takes time to supply ozone gas stably. Accordingly, by supplying the ozone gas from the
処理室41内のパージが所定時間行われ、ウエハ2の温度や処理室41内の圧力がそれぞれ、所定の処理温度や所定の処理圧力に到達して安定した後、高誘電率膜形成ステップが行われる。
After the purge in the
次に、高誘電率膜形成ステップについて説明する。
まず、図8(a)に示された第一実施形態に係るシーケンスについて説明する。
ウエハ2表面に界面層としてのシリコン酸化膜6が形成された後に、ウエハ2の温度や処理室41内の圧力がそれぞれ、所定の成膜温度や所定の成膜圧力に到達して安定すると、処理室41内に第一原料ガスが供給される。
すなわち、第一原料供給源52Aから供給された第一原料としての有機金属液体原料、例えば、Hf−MMPが第一液体原料供給管53Aを通り、液体流量コントローラ54Aで流量制御され、気化器55Aへ供給される。気化器55Aは第一原料を気化させる。
バルブ67Aが閉じられると共に、バルブ57Aが開かれると、第一原料が気化した第一原料ガスは第一原料ガス供給管56Aを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に流される。
第一原料ガスと不活性ガスとは第一原料ガス供給管56A内で混合されてシャワーヘッド51に導かれ、第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してサセプタ46上のウエハ2上へシャワー状に供給される(第一原料ガス供給ステップ)。
ウエハ2に対して供給された第一原料ガスは、排気管62より排気される。
なお、第一原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。
Next, the high dielectric constant film forming step will be described.
First, the sequence according to the first embodiment shown in FIG.
After the
That is, an organometallic liquid raw material, for example, Hf-MMP, supplied as a first raw material from the first raw
When the
At this time as well, the
The first source gas and the inert gas are mixed in the first source gas supply pipe 56A and guided to the
The first source gas supplied to the
The first source gas is easily stirred by being diluted with an inert gas.
第一原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ57Aが閉じられ、第一原料ガスのウエハ2への供給が停止される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。
なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。
After supplying the first source gas for a predetermined time, the valve 57A is closed, and the supply of the first source gas to the
At this time, since the
The inert gas supplied to the
この際、バルブ67Aを開いて、第一原料ガスバイパス管66Aによって第一原料ガスを排気することにより、気化器55Aからの第一原料ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。
液体原料を気化させた原料ガスを安定供給するまでには時間がかかる。したがって、気化器55Aからの第一原料ガスの供給を停止することなく、処理室41をバイパスするように流しておくことにより、次回の第一原料ガス供給ステップでは、流れを切換えるだけで、直ちに第一原料ガスをウエハ2へ供給することができる。
At this time, it is preferable not to stop the supply of the first source gas from the
It takes time to stably supply the source gas obtained by vaporizing the liquid source. Therefore, by supplying the first raw material gas from the
処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室41内に第二原料ガスが供給される。
すなわち、第二原料供給源52Dから供給された第二原料としての有機金属液体原料、例えば、Si−MMPが第二液体原料供給管53Dを通り、液体流量コントローラ54Dで流量制御され、気化器55Dへ供給される。気化器55Dは第二原料を気化させる。
バルブ67Cが閉じられると共に、バルブ57Dが開かれると、気化した第二原料ガスは第二原料ガス供給管56Dを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51dおよびシャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。
このときも、バルブ57E、57Cは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に流される。
第二原料ガスと不活性ガスとは第二原料ガス供給管56D内で混合されてシャワーヘッド51に導かれ、第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してサセプタ46上のウエハ2上へシャワー状に供給される(第二原料ガス供給ステップ)。
ウエハ2に対して供給された第二原料ガスは、排気管62より排気される。
なお、第二原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。
After the residual gas purge in the
That is, the organometallic liquid raw material as the second raw material, for example, Si-MMP supplied from the second raw
When the valve 67C is closed and the
At this time as well, the
The second source gas and the inert gas are mixed in the second source
The second source gas supplied to the
The second source gas is easily stirred by being diluted with an inert gas.
第二原料ガスの供給が所定時間行われた後、バルブ57Dが閉じられ、第二原料ガスのウエハ2への供給が停止される。
このときも、バルブ57E、57Cは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。
なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。
After supplying the second source gas for a predetermined time, the
Also at this time, since the
The inert gas supplied to the
この際、バルブ67Cを開いて、第二原料ガスバイパス管66Cによって第二原料ガスを排気することにより、気化器55Dからの第二原料ガスの供給を停止しないようにすることが好ましい。
液体原料を気化させた原料ガスを安定供給するまでには時間がかかる。したがって、気化器55Dからの第二原料ガスの供給を停止することなく、処理室41をバイパスするように流しておくことにより、次回の第二原料ガス供給ステップでは、流れを切換えるだけで、直ちに第二原料ガスをウエハ2へ供給することができる。
At this time, it is preferable not to stop the supply of the second raw material gas from the vaporizer 55D by opening the valve 67C and exhausting the second raw material gas through the second raw material
It takes time to stably supply the source gas obtained by vaporizing the liquid source. Therefore, by supplying the second raw material gas from the vaporizer 55D so as to bypass the
処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室41内に酸化剤としてのオゾンガスが供給される。
すなわち、前述のように、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止することなく処理室41をバイパスするように流しておいた状態で、バルブ67Bが閉じられると共に、バルブ60Bが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ58からオゾンガス供給管59Bを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へシャワー状に供給される(酸化剤供給ステップ)。
ウエハ2に対して供給されたオゾンガスは排気管62より排気される。
なお、このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に供給される。
After purging the residual gas in the
That is, as described above, when the valve 67B is closed and the
The ozone gas supplied to the
At this time, the
オゾンガスの供給が所定時間行われた後、バルブ60Bが閉じられ、オゾンガスのウエハ2への供給が停止される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。
なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。
After the ozone gas is supplied for a predetermined time, the
At this time, since the
The inert gas supplied to the
この際、前述の理由により、バルブ67Bを開き、オゾンガスバイパス管66Bによってオゾンガスを排気することにより、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。
At this time, it is preferable not to stop the supply of the ozone gas from the
処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、再び、バルブ67Aが閉じられると共に、バルブ57Aが開かれると、気化した第一原料ガスが不活性ガスと共にシャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。すわなち、第一原料ガス供給ステップが実施される。
After the residual gas purge in the
以上の第一原料ガス供給ステップ、パージステップ、第二原料ガス供給ステップ、パージステップ、酸化剤供給ステップ、パージステップを、1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を行うことにより、ウエハ2上すなわちウエハ2表面に形成された界面層としてのシリコン酸化膜6上に所定膜厚の高誘電率膜としてのハフニウムシリケート膜7(図7(b)参照)を形成することができる(高誘電率膜形成ステップ)。
The above-described first source gas supply step, purge step, second source gas supply step, purge step, oxidant supply step, and purge step are set as one cycle, and the
次に、図9に示された第二実施形態に係るシーケンスについて説明する。
ウエハ2表面に界面層としてのシリコン酸化膜6が形成された後、ウエハ2の温度や処理室41内の圧力がそれぞれ、所定の処理温度や所定の処理圧力に到達して安定すると、処理室41内に第一原料ガスおよび第二原料ガスが供給される。
すなわち、第一原料供給源52Aから供給された第一原料としての有機金属液体原料、例えばHf−MMPが、第一液体原料供給管53Aを通り、液体流量コントローラ54Aで流量制御され、気化器55Aへ供給される。気化器55Aは第一原料を気化させる。
バルブ67Aが閉じられると共に、バルブ57Aが開かれると、第一原料が気化した第一原料ガスは、第一原料ガス供給管56Aを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。
同時に、第二原料供給源52Dから供給された第二原料としての有機金属液体原料、例えばSi−MMPが、第二液体原料供給管53Dを通り、液体流量コントローラ54Dで流量制御され、気化器55Dへ供給される。気化器55Dは第二原料を気化させる。
バルブ67Cが閉じられると共に、バルブ57Dが開かれると、第二原料が気化した第二原料ガスは、第二原料ガス供給管56Dを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に流される。
第一原料ガスと不活性ガスとは第一原料ガス供給管56A内で混合され、第二原料ガスと不活性ガスとは第二原料ガス供給管56D内で混合されてシャワーヘッド51に導かれる。
これらのガスは第一バッファ空間51cにおいて混合された後に、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してサセプタ46上のウエハ2上へシャワー状に供給される(原料ガス供給ステップ)。
ウエハ2に対して供給された第一原料ガスおよび第二原料ガスは、排気管62より排気される。
なお、第一原料ガスおよび第二原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。
Next, a sequence according to the second embodiment shown in FIG. 9 will be described.
After the
That is, the organometallic liquid raw material, for example, Hf-MMP, as the first raw material supplied from the first raw
When the
At the same time, an organometallic liquid raw material, such as Si-MMP, supplied from the second raw
When the valve 67C is closed and the
At this time as well, the
The first source gas and the inert gas are mixed in the first source gas supply pipe 56A, and the second source gas and the inert gas are mixed in the second source
These gases are mixed in the first buffer space 51c, and then supplied in a shower form onto the
The first source gas and the second source gas supplied to the
The first source gas and the second source gas are easily stirred by being diluted with an inert gas.
第一原料ガスおよび第二原料ガスが所定時間供給された後に、バルブ57A、57Dが閉じられ、各原料ガスのウエハ2への供給が停止される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。
なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。
After the first source gas and the second source gas are supplied for a predetermined time, the
At this time, since the
The inert gas supplied to the
この際、前述の理由により、バルブ67Aおよび67Cを開いて、第一原料ガスバイパス管66Aおよび第二原料ガスバイパス管66Cによって第一原料ガスおよび第二原料ガスを排気することにより、気化器55Aおよび55Dからの第一原料ガスおよび第二原料ガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。
At this time, for the reasons described above, the
処理室41内の残留ガスパージが所定時間行われた後に、処理室41内に酸化剤としてのオゾンガスが供給される。
すなわち、前述のように、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止することなく処理室41をバイパスするように流しておいた状態で、バルブ67Bが閉じられると共に、バルブ60Bが開かれると、生成されたオゾンガスがオゾナイザ58からオゾンガス供給管59Bを通り、シャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へシャワー状に供給される(酸化剤供給ステップ)。
ウエハ2に対して供給されたオゾンガスは、排気管62より排気される。
なお、このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態とされ、処理室41内には不活性ガスが常に供給される。
After purging the residual gas in the
That is, as described above, when the valve 67B is closed and the
The ozone gas supplied to the
At this time, the
オゾンガスの供給が所定時間行われた後、バルブ60Bが閉じられ、オゾンガスのウエハ2への供給が停止される。
このときも、バルブ57C、57Eは開いたままの状態なので、処理室41内への不活性ガスの供給は維持される。
なお、処理室41へ供給された不活性ガスは排気管62より排気される。これにより、処理室41内が不活性ガスによりパージされ、処理室41内の残留ガスが除去される(パージステップ)。
After the ozone gas is supplied for a predetermined time, the
At this time, since the
The inert gas supplied to the
この際、前述の理由により、バルブ67Bを開き、オゾンガスバイパス管66Bによってオゾンガスを排気することにより、オゾナイザ58からのオゾンガスの供給を停止しないようにするのが好ましい。
At this time, it is preferable not to stop the supply of the ozone gas from the
処理室41内の残留ガスパージが所定時間だけ実施された後に、再び、バルブ67Aが閉じられると共にバルブ57Aが開かれ、同時に、バルブ67Cが閉じられると共に、バルブ57Dが開かれると、気化した第一原料ガスおよび第二原料ガスが不活性ガスと共にシャワーヘッド51の第一バッファ空間51c、分散板51a、第二バッファ空間51d、シャワー板51bを経由してウエハ2上へ供給される。すなわち、原料ガス供給ステップが実施される。
After the residual gas purge in the
以上の原料ガス供給ステップ、パージステップ、酸化剤供給ステップ、パージステップを、1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すサイクル処理を実施することにより、ウエハ2上すなわちウエハ2表面に形成された界面層としてのシリコン酸化膜6上に所定膜厚の高誘電率膜としてのハフニウムシリケート膜7(図7(b)参照)を形成することができる(高誘電率膜形成ステップ)。
The above-described source gas supply step, purge step, oxidant supply step, and purge step are defined as one cycle, and by performing cycle processing that repeats this cycle a plurality of times, an interface layer formed on the
なお、高誘電率膜形成ステップをサイクリックCVD法により行う場合には、成膜温度を原料ガスが自己分解する程度の温度帯となるように制御する。
この場合、原料ガス供給ステップにおいては、原料ガスが熱分解し、ウエハ2上に数〜数十原子層程度の高誘電率膜が形成される。
この間、ウエハ2は回転しながら所定温度に保たれているので、ウエハ面内にわたり均一な膜を形成することができる。
酸化剤供給ステップにおいては、オゾンガスによりウエハ2上に形成された数〜数十原子層程度の高誘電率膜よりC、H等の不純物が除去される。この間も、ウエハ2は回転しながら所定温度に保たれているので、高誘電率膜より不純物を素早く均一に除去することができる。
In the case where the high dielectric constant film forming step is performed by the cyclic CVD method, the film forming temperature is controlled to be a temperature range in which the source gas is self-decomposed.
In this case, in the source gas supply step, the source gas is thermally decomposed to form a high dielectric constant film of about several to several tens of atomic layers on the
During this time, since the
In the oxidant supply step, impurities such as C and H are removed from the high dielectric constant film of about several to several tens of atomic layers formed on the
また、高誘電率膜形成ステップをALD法により行う場合には、成膜温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。
この場合、原料ガス供給ステップにおいては、原料ガスは熱分解することなくウエハ2上に吸着する。
この間、ウエハ2は回転しながら所定温度に保たれているので、ウエハ面内にわたり均一に原料を吸着させることができる。
酸化剤供給ステップにおいては、ウエハ2上に吸着した原料とオゾンガスとが反応することによりウエハ2上に1〜数原子層程度の高誘電率膜が形成される。
この間も、ウエハ2は回転しながら所定温度に保たれているので、ウエハ面内にわたり均一な膜を形成できる。
なお、このとき、オゾンガスにより高誘電率膜中に混入するC、H等の不純物を脱離させることができる。
In addition, when the high dielectric constant film forming step is performed by the ALD method, the film forming temperature is controlled to be a temperature range in which the source gas is not self-decomposed.
In this case, in the source gas supply step, the source gas is adsorbed on the
During this time, since the
In the oxidant supply step, the raw material adsorbed on the
During this time, since the
At this time, impurities such as C and H mixed in the high dielectric constant film can be desorbed by ozone gas.
サイクリックCVD法によりハフニウムシリケート膜を成膜する処理条件としては、処理温度:390〜450℃、処理圧力:50〜400Pa、第一原料(Hf−MMP)供給流量:0.01〜0.2g/分、第二原料(Si−MMP)供給流量:0.01〜0.2g/分、酸化剤(オゾンガス)供給流量:100〜3000sccmが例示される。
また、ALD法によりハフニウムシリケート膜を成膜する処理条件としては、処理温度:200〜350℃、処理圧力:50〜400Pa、第一原料(Hf−MMP)供給流量:0.01〜0.2g/分、第二原料(Si−MMP)供給流量:0.01〜0.2g/分、酸化剤(オゾンガス)供給流量:100〜3000sccmが例示される。
The processing conditions for forming a hafnium silicate film by cyclic CVD are as follows: processing temperature: 390 to 450 ° C., processing pressure: 50 to 400 Pa, first raw material (Hf-MMP) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / Min, second raw material (Si-MMP) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / min, oxidizing agent (ozone gas) supply flow rate: 100 to 3000 sccm.
The processing conditions for forming a hafnium silicate film by the ALD method are as follows: processing temperature: 200 to 350 ° C., processing pressure: 50 to 400 Pa, first raw material (Hf-MMP) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / Min, second raw material (Si-MMP) supply flow rate: 0.01 to 0.2 g / min, oxidizing agent (ozone gas) supply flow rate: 100 to 3000 sccm.
以上のようにして、図7(b)に示されているように、ウエハ2上に形成された界面層としてのシリコン酸化膜6上に高誘電率膜としてのハフニウムシリケート膜7が形成される。
ハフニウムシリケート膜の形成が終了すると、ゲートバルブ44が開かれ、成膜済みのウエハ2は負圧移載装置13によって第一処理ユニット31から負圧に維持された負圧移載室11に搬出(ウエハアンローディング)される。
続いて、ゲートバルブ44が閉じられた後に、ゲートバルブ82が開かれ、負圧移載装置13はウエハ2を、図1に示されたプラズマ窒化ステップを実施する第二処理ユニット32に搬送して、第二処理ユニット32の処理室へ搬入(ウエハローディング)する。
As described above, the
When the formation of the hafnium silicate film is completed, the
Subsequently, after the
本実施の形態においては、第二処理ユニット32には図4に示されたMMT(Modified Magnetron Typed)装置70が使用されている。
In the present embodiment, an MMT (Modified Magnetron Typed)
図4に示されているように、MMT装置70は処理室71を備えており、処理室71は下側容器72と、下側容器72の上に被せられた上側容器73とから構成されている。
上側容器73はドーム型の酸化アルミニウムまたは石英によって形成されており、下側容器72はアルミニウムによって形成されている。
上側容器73の上部にはガス分散空間であるバッファ室75を形成するシャワーヘッド74が設けられており、下壁にはガスを噴出する噴出口であるガス噴出孔77を有するシャワープレート76が形成されている。シャワーヘッド74の上壁にはガス供給装置78に接続されたガス供給ライン79が接続されている。
下側容器72の側壁の一部には、排気装置80に接続された排気ライン81が接続されている。
下側容器72の側壁の他の位置には、仕切弁となるゲートバルブ82が設けられている。ゲートバルブ82が開いている時にはウエハ2が処理室71に負圧移載装置13によって搬入および搬出されるようになっており、ゲートバルブ82が閉じている時には処理室71は気密に維持されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the
The
A
An
A
上側容器73の外側には反応ガスを励起させる放電手段として筒状(好適には円筒状)の筒状電極84が同心円に敷設されており、筒状電極84は処理室71のプラズマ生成領域83を囲んでいる。筒状電極84には高周波電力を印加する高周波電源86がインピーダンスの整合を行う整合器85を介して接続されている。
筒状電極84の外側には筒状(好適には円筒状)の磁界形成手段である筒状磁石87が同心円に敷設されており、筒状磁石87は筒状電極84の外側の表面の上下端近傍にそれぞれ配置されている。
上下の筒状磁石87、87は処理室71の半径方向に沿った両端(内周端と外周端)に磁極を持ち、上下の筒状磁石87、87の磁極の向きが逆向きに設定されている。したがって、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極84の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
筒状電極84および筒状磁石87の周囲には電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板88が設置されており、遮蔽板88は筒状電極84および筒状磁石87で形成される電界や磁界を外部環境等に悪影響を及ぼさないように遮蔽している。
A cylindrical (preferably cylindrical)
A
The upper and lower
A shielding
下側容器72の中心部にはエレベータによって昇降駆動されるサセプタ昇降軸89が垂直方向に昇降するように支承されており、サセプタ昇降軸89の処理室71側の上端にはウエハ2を保持するための保持手段としてのサセプタ90が水平に設置されている。
サセプタ昇降軸89は下側容器72と絶縁されており、下側容器72の底面上におけるサセプタ昇降軸89の外方には三本の突き上げピン91が垂直に立設されている。
三本の突き上げピン91はサセプタ昇降軸89の下降時にサセプタ90に開設された三個の挿通孔92を下から挿通して、サセプタ90の上に保持されたウエハ2を突き上げるように構成されている。
サセプタ90は誘電体である石英によってウエハ2よりも大径の円盤形状に形成されており、ヒータ(図示せず)が内蔵されている。
サセプタ90にはインピーダンスを調整するインピーダンス調整器93が電気的に接続されている。インピーダンス調整器93はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、サセプタ90を介してウエハ2の電位を制御し得るようになっている。
A
The
The three push-up
The
An
次に、図1に示されたプラズマ窒化ステップを、以上の構成に係るMMT装置70を使用してハフニウムシリケート膜に窒素(N)を添加する場合について説明する。
Next, the case where nitrogen (N) is added to the hafnium silicate film by using the
ゲートバルブ82が開かれると、第一処理ユニット31においてハフニウムシリケート膜が形成されたウエハ2は、第二処理ユニット32であるMMT装置70の処理室71に負圧移載装置13によって搬入され、三本の突き上げピン91の上端間に移載される。
ウエハ2を突き上げピン91に移載した負圧移載装置13が処理室71の外へ退避すると、ゲートバルブ82が閉まり、サセプタ90がサセプタ昇降軸89により上昇されて、図4に示されているように、ウエハ2が突き上げピン91の上からサセプタ90に受け渡される。
When the
When the negative
処理室71が気密に閉じられた状態で、処理室71内の圧力は0.5〜200Paの範囲内の所定の圧力となるように排気装置80によって排気される。
サセプタ90のヒータは予め加熱されており、サセプタ90に保持されたウエハ2を室温〜950℃の範囲内で所定の処理温度に加熱する。
ウエハ2が処理温度に加熱されると、0.1〜2SLMの流量の窒素(N2 )ガスやアンモニア(NH3 )ガス等の窒素原子を含むガスが処理室71に、ガス供給装置78からガス供給ライン79およびシャワープレート76のガス噴出孔77を介してシャワー状に導入される。
次に、150〜200Wの高周波電力が筒状電極84に高周波電源86から整合器85を介して印加される。この際、高周波は反射波が最小になるように整合器85によって制御される。
筒状磁石87、87の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ2の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域83に高密度プラズマが生成される。
そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ90上のウエハ2の表面にプラズマ処理が施される。
以上の処理条件に対応する量の窒素がウエハ2上に形成されたハフニウムシリケート膜に添加され、図7(b)(c)に示されているように、ハフニウムシリケート膜7は窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)膜8となる。
この処理時間は、通常、3〜5分である。
In a state where the
The heater of the
When the
Next, high-frequency power of 150 to 200 W is applied to the
Magnetron discharge is generated under the influence of the magnetic field of the
Then, the surface of the
An amount of nitrogen corresponding to the above processing conditions is added to the hafnium silicate film formed on the
This processing time is usually 3 to 5 minutes.
MMT装置70において予め設定された処理時間が経過すると、ゲートバルブ82が開かれ、窒化ハフニウムシリケート膜が形成されたウエハ2は、負圧移載装置13によって搬入時とは逆の手順により、処理室71から負圧移載室11に搬出(ウエハアンローディング)される。
続いて、ゲートバルブ82が閉じられた後に、ゲートバルブ118が開かれて、負圧移載装置13はウエハ2を、図1に示されたアニールステップを実施する第三処理ユニット33に搬送して、第三処理ユニット33の処理室へ搬入(ウエハローディング)する。
When a processing time set in advance in the
Subsequently, after the
本実施の形態においては、アニールステップを実施する第三処理ユニット33には、図5に示されたRTP(Rapid Thermal Processing)装置110が使用されている。
図5に示されているように、RTP装置110はウエハ2を処理する処理室111を形成した筐体112を備えており、筐体112は上下面が開口した円筒形状に形成されたカップ113と、カップ113の上面開口部を閉塞する円盤形状のトッププレート114と、カップ113の下面開口部を閉塞する円盤形状のボトムプレート115とが組み合わされて円筒中空体形状に構築されている。
カップ113の側壁の一部には排気口116が処理室111の内外を連通するように開設されており、排気口116には処理室111を大気圧未満(以下、負圧という。)に排気し得る排気装置(図示せず)が接続されている。
カップ113の側壁の排気口116と反対側の位置には、ウエハ2を処理室111に搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口117が開設されており、ウエハ搬入搬出口117はゲートバルブ118によって開閉されるようになっている。
In the present embodiment, an RTP (Rapid Thermal Processing)
As shown in FIG. 5, the
An
A wafer loading / unloading
ボトムプレート115の下面の中心線上には昇降駆動装置119が設置されており、昇降駆動装置119はボトムプレート115に挿通されてボトムプレート115に対して上下方向に摺動自在に構成された昇降軸120を昇降させるように構成されている。
昇降軸120の上端には昇降板121が水平に固定されており、昇降板121の上面には複数本(通常は3本または4本)のリフタピン122が垂直に立脚されて固定されており、各リフタピン122は昇降板121の昇降に伴って昇降することにより、ウエハ2を下から水平に支持して昇降させるようになっている。
An elevating
A lifting
ボトムプレート115の上面における昇降軸120の外側には支持筒123が突設されており、支持筒123の上端面の上には冷却プレート124が水平に架設されている。
冷却プレート124の上方には、複数本の加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126が下から順に配置されて、それぞれ水平に架設されており、第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126は第一支柱127および第二支柱128によってそれぞれ水平に支持されている。
第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126の電力供給電線129はボトムプレート115を挿通して外部に引き出されている。
A
Above the
The
処理室111にはタレット131が処理室111と同心円に配置されている。タレット131は内歯平歯車133の上面に同心円に固定されており、内歯平歯車133はボトムプレート115に介設されたベアリング132によって水平に支承されている。内歯平歯車133には原動側平歯車134が噛合されており、原動側平歯車134はボトムプレート115に介設されたベアリング135によって水平に支承され、ボトムプレート115の下に設置されたサセプタ回転装置136によって回転駆動されるようになっている。
タレット131の上端面の上には平板の円形リング形状に形成されたアウタプラットホーム137が水平に架設されており、アウタプラットホーム137の内側にはインナプラットホーム138が水平に架設されている。
インナプラットホーム138の内周の下端部にはサセプタ140が、内周面の下端部に径方向内向きに突設された係合部139に係合されて保持されている。サセプタ140の各リフタピン122に対向する位置には挿通孔141がそれぞれ開設されている。
A
An
A
トッププレート114にはアニールガス供給管142および不活性ガス供給管143が処理室111に連通するようにそれぞれ接続されている。
また、トッププレート114には放射温度計のプローブ144が複数本、互いに半径方向にウエハ2の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置されてウエハ2の上面と対向するように挿入されており、放射温度計は複数本のプローブ144がそれぞれ検出した放射光に基づく計測温度をコントローラに逐次送信するように構成されている。
トッププレート114の他の場所にはウエハ2の放射率を非接触にて測定する放射率測定装置145が設置されている。放射率測定装置145はレファレンスプローブ146を備えており、レファレンスプローブ146はレファレンスプローブ用モータ147によって垂直面内で回転されるようになっている。
レファレンスプローブ146の上側には参照光を照射するレファレンスランプ148がレファレンスプローブ146の先端に対向するように設置されている。レファレンスプローブ146は放射温度計に光学的に接続されており、放射温度計はウエハ2からの光子密度とレファレンスランプ148からの参照光の光子密度とを比較することにより、計測温度を校正するようになっている。
An annealing
Further, a plurality of radiation thermometer probes 144 are respectively inserted in the
An
On the upper side of the
次に、図1に示されたアニールステップを、以上の構成に係るRTP装置を使用して、ウエハ2上に形成された窒化ハフニウムシリケート膜にアニールを施す場合について説明する。
Next, the case where the annealing step shown in FIG. 1 is performed on the hafnium silicate film formed on the
ゲートバルブ118が開かれると、アニールを施すべきウエハ2は、第三処理ユニット33であるRTP装置110の処理室111に負圧移載装置13によってウエハ搬入搬出口117から搬入され、複数本のリフタピン122の上端間に移載される。
ウエハ2をリフタピン122に移載した負圧移載装置13が処理室111の外へ退避すると、ウエハ搬入搬出口117がゲートバルブ118により閉じられる。
また、昇降軸120が昇降駆動装置119によって下降されることにより、リフタピン122の上のウエハ2がサセプタ140の上に受け渡される。
処理室111が気密に閉じられた状態で、処理室111内は10〜10000Paの範囲内の所定の圧力となるように排気口116を通じて排気される。
When the
When the negative
Further, the
With the processing chamber 111 closed in an airtight manner, the processing chamber 111 is exhausted through the
ウエハ2がサセプタ140に受け渡されると、ウエハ2をサセプタ140によって保持したタレット131が内歯平歯車133および原動側平歯車134を介してサセプタ回転装置136によって回転される。
サセプタ140に保持されたウエハ2はサセプタ回転装置136によって回転されながら、600〜1000℃の範囲内の所定の温度となるように第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126によって加熱される。
この回転および加熱中に、窒素ガスやアンモニアガス等の窒素原子を含むガスまたは酸素ガス等の酸素原子を含むガスが処理室111に、アニールガス供給管142から供給される。
なお、アニールの際にアニールガス供給管142から処理室111内に供給するガスは、窒素ガス等の不活性ガスが好ましい。酸素ガスを添加する場合は処理室111内の酸素分圧を133.3Pa以下とするのが好ましい。
サセプタ140がサセプタ回転装置136によって回転されながら、サセプタ140の上に保持されたウエハ2は第一加熱ランプ群125および第二加熱ランプ群126によって均一に加熱されるため、ウエハ2上の窒化ハフニウムシリケート膜8は全面にわたって均一にアニールされる。
このアニールの処理時間は、5〜120秒間である。
以上のアニールステップにより、図7(d)に示されているように、ウエハ2にはポストアニールによって改質された窒化ハフニウムシリケート膜9が形成される。
When the
The
During this rotation and heating, a gas containing nitrogen atoms such as nitrogen gas or ammonia gas or a gas containing oxygen atoms such as oxygen gas is supplied to the processing chamber 111 from the annealing
Note that the gas supplied into the processing chamber 111 from the annealing
Since the
The annealing treatment time is 5 to 120 seconds.
Through the above annealing step, the hafnium
RTP装置110において予め設定された所定の処理時間が経過すると、処理室111が排気口116によって所定の負圧となるように排気された後に、ゲートバルブ118が開かれ、アニールが施されたウエハ2は、負圧移載装置13によって搬入時と逆の手順で処理室111から負圧移載室11に搬出(ウエハアンローディング)される。
When a predetermined processing time set in advance in the
なお、高誘電率膜形成ステップ、プラズマ窒化ステップ、アニールステップ実施後のウエハは、第一クーリングユニット35または第二クーリングユニット36が使用されて、必要に応じて冷却される場合もある。
The wafer after the high dielectric constant film forming step, the plasma nitriding step, and the annealing step may be cooled as necessary using the
クラスタ装置10でのアニールステップ後の図1に示されたウエハアンローディングステップにおいては、搬出室15の負圧移載室11側がゲートバルブ18Bによって開かれ、負圧移載装置13はウエハ2を負圧移載室11から搬出室15へ搬送し、搬出室15の搬出室用仮置き台の上に移載する。
この際には、事前に、搬出室15の正圧移載室16側がゲートバルブ18Aによって閉じられ、搬出室15が排気装置(図示せず)により負圧に排気される。搬出室15が予め設定された圧力値に減圧されると、搬出室15の負圧移載室11側がゲートバルブ18Bによって開かれ、ウエハアンローディングステップが行われることとなる。
ウエハアンローディングステップ後に、ゲートバルブ18Bは閉じられる。
In the wafer unloading step shown in FIG. 1 after the annealing step in the
At this time, the positive
After the wafer unloading step, the
アニールステップ実施済みのウエハ2についてのクラスタ装置10における第三処理ユニット33から負圧移載室11を介して行なわれる搬出室15へのアンローディング作業は、いずれも真空下に維持された第三処理ユニット33、負圧移載室11および搬出室15において実施されるために、第三処理ユニット33から搬出室15へのウエハ2のアンローディング作業に際して、ウエハ2に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、有機物等の不純物や異物等が付着したりするのは防止される。
同様に、搬入室14から第一処理ユニット31へ、第一処理ユニット31から第二処理ユニット32へ、第二処理ユニット32から第三処理ユニット33へウエハをそれぞれ搬送する場合においても、搬送作業はいずれも真空下に維持された状態で実施されるために、ウエハ2に形成された膜の表面に自然酸化膜が生成されたり、有機物等の不純物や異物等が付着したりするのは防止される。
The unloading operation from the
Similarly, in the case of transferring wafers from the
以上の作動が繰り返されることにより、搬入室14に一括して搬入された25枚のウエハ2について、第一処理ユニット31による界面層形成ステップおよび高誘電体膜形成ステップ、第二処理ユニット32によるプラズマ窒化ステップ、第三処理ユニット33によるアニールステップが順次に実施されて行く。
By repeating the above operation, the interface layer forming step and the high dielectric film forming step by the
なお、先に処理されているウエハ2が第一処理ユニット31での処理を終了し、第二処理ユニット32に搬入された後に、次のウエハ2を第一処理ユニット31に搬送し、処理することが可能である。
つまり、一連の処理順序の中で、それぞれの処理ユニットが空き状態になったら、次のウエハ2を搬入して、並列で複数のウエハを処理することが可能である。
25枚のウエハ2について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウエハ2は搬出室15の仮置き台に溜められた状態になる。
In addition, after the
That is, when each processing unit becomes empty in a series of processing orders, it is possible to carry in the
When a series of predetermined processes are completed for the 25
図1に示されたウエハ排出ステップにおいては、負圧に維持された搬出室15内に窒素ガスが供給され、搬出室15内が大気圧となった後に、搬出室15の正圧移載室16側が、ゲートバルブ18Aによって開かれる。
次いで、載置台25に載置された空のポッド1のキャップが、ポッドオープナ24のキャップ着脱機構26によって開かれる。
続いて、正圧移載室16の正圧移載装置19は搬出室15からウエハ2をピックアップして正圧移載室16に搬出し、正圧移載室16のウエハ搬入搬出口23を通してポッド1に収納(チャージング)して行く。
処理済みの25枚のウエハ2のポッド1への収納が完了すると、ポッド1のキャップがポッドオープナ24のキャップ着脱機構26によってウエハ出し入れ口に装着され、ポッド1が閉じられる。
In the wafer discharging step shown in FIG. 1, nitrogen gas is supplied into the unloading
Next, the cap of the empty pod 1 mounted on the mounting table 25 is opened by the cap attaching /
Subsequently, the positive
When the storage of the 25 processed
本実施の形態においては、クラスタ装置10における一連の四つのステップが終了したウエハ2はポッド1に気密に収納された状態で、ゲート電極形成ステップを実施する成膜装置に、図1に示されたポッドの工程内搬送ステップにより搬送されて行く。
ゲート電極形成ステップを実施する成膜装置としては、例えば、バッチ式縦形ホットウオール形CVD装置、枚葉式ALD装置、枚葉式CVD装置等がある。
そして、図1に示されたパターニングステップを経て、ウエハ2にデュアルメタルゲート構造の電極が形成されて行く。
In this embodiment, the
Examples of the film forming apparatus that performs the gate electrode forming step include a batch type vertical hot wall type CVD apparatus, a single wafer type ALD apparatus, and a single wafer type CVD apparatus.
Then, through the patterning step shown in FIG. 1, an electrode having a dual metal gate structure is formed on the
ゲート電極形成ステップおよびパターニングステップの一例を、デュアルメタルゲート構造の電極を形成する場合について、図10〜図12によって説明する。
図10(a)に示されているように、クラスタ装置10における一連の三つのステップにより形成された窒化ハフニウムシリケート膜9の上にNMOS用電極膜201が形成される。
次に、図10(b)に示されているように、NMOS用電極膜201のNウエル領域5に対応する部分にスルーホール202が形成される。
次に、図11(a)に示されているように、NMOS用電極膜201およびスルーホール202の形成により露出した窒化ハフニウムシリケート膜9の上にPMOS用電極膜203が形成される。
次に、図11(b)に示されているように、NMOS用電極膜201が露出するまでPMOS用電極膜203が平坦化される。
その後、図12に示されているように、NMOS用電極膜201およびPMOS用電極膜203がパターンニングされて、NMOS用電極204およびPMOS用電極205が形成される。
なお、ゲート電極はデュアルメタルゲート構造に構成するに限らない。
また、ゲート電極はメタルゲート電極によって形成するに限らず、ポリシリコン膜もしくはアモルファスシリコン膜によって形成してもよい。
なお、メタル電極の形成材料としては、TiN、TaN、NiSi、PtSi、TaC、TiSi、Ru、SiGe、がある。
An example of forming a dual metal gate structure electrode will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 10A, an
Next, as shown in FIG. 10B, a through
Next, as shown in FIG. 11A, the
Next, as shown in FIG. 11B, the
After that, as shown in FIG. 12, the
Note that the gate electrode is not limited to a dual metal gate structure.
Further, the gate electrode is not limited to being formed by a metal gate electrode, but may be formed by a polysilicon film or an amorphous silicon film.
In addition, as a material for forming the metal electrode, there are TiN, TaN, NiSi, PtSi, TaC, TiSi, Ru, and SiGe.
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.
(1)一つの成膜装置内で連続して界面層としてのシリコン酸化膜と高誘電率膜としてのハフニウムシリケート膜を形成することができるので、効率的に極薄いシリコン酸化膜を界面にもつハフニウムシリケート膜を形成することができる。 (1) Since a silicon oxide film as an interface layer and a hafnium silicate film as a high dielectric constant film can be continuously formed in one film forming apparatus, an extremely thin silicon oxide film is efficiently provided at the interface. A hafnium silicate film can be formed.
(2)成膜温度よりも低い温度でオゾンガスを供給することにより、成膜温度よりも低い温度で薄い酸化シリコン膜を形成することができるので、より一層効率的に薄い酸化シリコン膜を形成することができる。 (2) By supplying ozone gas at a temperature lower than the film formation temperature, a thin silicon oxide film can be formed at a temperature lower than the film formation temperature, so that a thin silicon oxide film can be formed more efficiently. be able to.
(3)成膜温度への上昇途中で、オゾンガスを供給することにより、より一層効率的に薄い酸化シリコン膜を形成することができる。 (3) A thin silicon oxide film can be formed more efficiently by supplying ozone gas in the middle of raising the film formation temperature.
(4)成膜温度への上昇途中に成膜温度よりも低い一定の温度期間を設定し、その期間にオゾンガスを供給することにより、薄い酸化シリコン膜を精密かつ効率的に形成することができる。 (4) A thin silicon oxide film can be accurately and efficiently formed by setting a certain temperature period lower than the film formation temperature during the rise to the film formation temperature and supplying ozone gas during that period. .
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
前記実施形態では、界面層形成ステップ後に高誘電率膜形成ステップを行う例について説明したが、例えば、初期のHfSiOを極薄く形成するようにすれば、オゾンガス供給時に下地のウエハの表面を酸化できるので、高誘電率膜形成ステップの前に別途界面層形成ステップを設けなくとも、高誘電率膜形成ステップの初期にHfSiO膜の形成と同時に界面層としてのシリコン酸化膜が形成される。 In the above-described embodiment, the example in which the high dielectric constant film forming step is performed after the interface layer forming step has been described. Therefore, even if a separate interface layer forming step is not provided before the high dielectric constant film forming step, a silicon oxide film as an interface layer is formed simultaneously with the formation of the HfSiO film at the initial stage of the high dielectric constant film forming step.
ゲート絶縁膜を形成するための高誘電率膜の形成材料としては、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)以外に、Ta2 O5 、Al2 O3 、ZrO2 、HfAlOx、HfAlON、La2 O3 、Y2 O3 がある。
キャパシタ絶縁膜の形成材料としては、BST(Ba−Sr−TiO3 )、STO(Sr−TiO3 )、がある。
In addition to hafnium nitride silicate (HfSiON), Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfAlOx, HfAlON, La 2 O 3 , Y can be used as the material for forming the high dielectric constant film for forming the gate insulating film. There is 2 O 3 .
As a material for forming the capacitor insulating film, there are BST (Ba—Sr—TiO 3 ) and STO (Sr—TiO 3 ).
被処理基板はウエハに限らず、LCD装置の製造工程におけるガラス基板や液晶パネル等の基板であってもよい。 The substrate to be processed is not limited to a wafer, and may be a substrate such as a glass substrate or a liquid crystal panel in the manufacturing process of the LCD device.
本願が開示する手段のうち代表的なものは、以下の通りである。
(1)処理室内に基板を搬入するステップと、
前記処理室内にオゾンガスを供給して基板表面に酸化膜を形成するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内にオゾンガスを供給するステップと、を連続して複数回繰り返すことで前記酸化膜上に金属酸化膜を形成するステップと、
前記金属酸化膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2)基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料ガスを供給する供給口と、
前記処理室内にオゾンガスを供給する供給口と、
前記処理室内にオゾンガスを供給して基板表面に酸化膜を形成し、その後、原料ガスの供給とオゾンガスの供給とを連続して複数回繰り返すことで前記酸化膜上に金属酸化膜を形成するように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。
(3)前記(1)(2)において、前記原料ガスが、Hfを含む液体原料を気化したガスとSiを含む液体原料を気化したガスである。
(4)前記(3)において、前記Hfを含む液体原料が、Hf[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 であり、前記Siを含む液体原料がSi[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 である。
(5)前記(1)(2)において、前記処理室内に原料ガスを供給するステップでは、前記処理室内で原料ガスが分解して膜が形成され、
前記処理室内にオゾンガスを供給するステップでは、前記形成された膜中の不純物が除去される。
(6)前記(1)(2)において、前記処理室内に原料ガスを供給するステップでは、前記酸化膜上に原料ガスが吸着し、
前記処理室内にオゾンガスを供給するステップでは、前記酸化膜上に吸着した原料ガスがオゾンガスと反応して膜が形成される(ALD)。
(7)前記(1)(2)において、前記酸化膜を形成するステップは、前記金属酸化膜を形成するステップよりも低い温度にて行われる。
(8)前記(1)(2)において、前記酸化膜を形成するステップは、前記金属酸化膜を形成するステップとは、温度、圧力、オゾンガス流量、オゾンガス供給時間のうち、少なくとも何れかの条件を異ならせて行う。
Typical means disclosed in the present application are as follows.
(1) carrying a substrate into the processing chamber;
Supplying ozone gas into the processing chamber to form an oxide film on the substrate surface;
Supplying a source gas into the processing chamber; and supplying an ozone gas into the processing chamber; and repeatedly forming a metal oxide film on the oxide film by repeating a plurality of times;
Unloading the substrate after the formation of the metal oxide film from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(2) a processing chamber for processing a substrate;
A supply port for supplying a source gas into the processing chamber;
A supply port for supplying ozone gas into the processing chamber;
An ozone gas is supplied into the processing chamber to form an oxide film on the substrate surface, and then a metal oxide film is formed on the oxide film by successively repeating the supply of the source gas and the supply of the ozone gas a plurality of times. A controller to control
A substrate processing apparatus comprising:
(3) In the above (1) and (2), the source gas is a gas obtained by vaporizing a liquid material containing Hf and a gas obtained by vaporizing a liquid material containing Si.
(4) In the above (3), the liquid raw material containing Hf is Hf [OC (CH 3 ) 2 CH 2 OCH 3 ] 4 , and the liquid raw material containing Si is Si [OC (CH 3 ) 2 CH 2 OCH 3] 4 .
(5) In (1) and (2), in the step of supplying the source gas into the processing chamber, the source gas is decomposed in the processing chamber to form a film,
In the step of supplying ozone gas into the processing chamber, impurities in the formed film are removed.
(6) In (1) and (2), in the step of supplying the source gas into the processing chamber, the source gas is adsorbed on the oxide film,
In the step of supplying ozone gas into the processing chamber, the raw material gas adsorbed on the oxide film reacts with ozone gas to form a film (ALD).
(7) In (1) and (2), the step of forming the oxide film is performed at a lower temperature than the step of forming the metal oxide film.
(8) In the above (1) and (2), the step of forming the oxide film is different from the step of forming the metal oxide film in terms of at least one of temperature, pressure, ozone gas flow rate, and ozone gas supply time. Do differently.
1…ポッド、2…ウエハ(被処理基板)、3…素子分離領域、4…Pウエル領域、5…Nウエル領域、6…シリコン酸化膜、7…ハフニウムシリケート膜(高誘電率膜)、8…窒化ハフニウムシリケート膜(プラズマ窒化された高誘電率膜)、9…窒化ハフニウムシリケート膜(アニール後のプラズマ窒化済み高誘電率膜)、
201…NMOS用電極膜、202…スルーホール、203…PMOS用電極膜、204…NMOS用電極、205…PMOS用電極、
10…クラスタ装置(基板処理装置)、11…負圧移載室(基板移載室)、12…負圧移載室筐体、13…負圧移載装置(ウエハ移載装置)、14…搬入室(搬入用予備室)、15…搬出室(搬出用予備室)、16…正圧移載室(ウエハ移載室)、17A、17B…ゲートバルブ、18A、18B…ゲートバルブ、19…正圧移載装置(ウエハ移載装置)、20…ノッチ合わせ装置、21、22、23…ウエハ搬入搬出口、24…ポッドオープナ、25…載置台、26…キャップ着脱機構、31…第一処理ユニット、32…第二処理ユニット、33…第三処理ユニット、34…第四処理ユニット、35…第一クーリングユニット、36…第二クーリングユニット、37…コントローラ、
40…成膜装置(基板処理装置)、41…処理室、42…筐体、43…ウエハ搬入搬出口、44…ゲートバルブ、45…支持台、46…サセプタ、47…ヒータ、48…温度コントローラ、49…回転機構、50…昇降機構、51…シャワーヘッド、51a…分散板、51b…シャワー板、51c…第一バッファ空間、51d…第二バッファ空間、51e…ガス噴出口、51f…ガス噴出口、
52A…第一原料供給源、53A…第一液体原料供給管、54A…液体流量コントローラ(液体マスフローコントローラ)、55A…気化器、56A…第一原料ガス供給管、57A…バルブ、
52D…第二原料供給源、53D…第二液体原料供給管、54D…液体流量コントローラ(液体マスフローコントローラ)、55D…気化器、56D…第二原料ガス供給管、57D…バルブ、
52C…不活性ガス供給源、53C…不活性ガス供給管、54C…ガス流量コントローラ、57C、57E…バルブ、
52B…酸素ガス供給源、53B…酸素ガス供給管、54B…ガス流量コントローラ、57B…バルブ、58…オゾナイザ、59B…オゾンガス供給管、60B…バルブ、
61…排気口、62…排気管、63…真空ポンプ、64…圧力コントローラ、65…原料回収トラップ、
66A…第一原料ガスバイパス管(ベント管)、66B…オゾンガスバイパス管(ベント管)、66C…第二原料ガスバイパス管(ベント管)、67A、67C、67B…バルブ、
68…プレート、69…メインコントローラ、
70…MMT装置、71…処理室、72…下側容器、73…上側容器、74…シャワーヘッド、75…バッファ室、76…シャワープレート、77…ガス噴出孔、78…ガス供給装置、79…ガス供給ライン、80…排気装置、81…排気ライン、82…ゲートバルブ、83…プラズマ生成領域、84…筒状電極、85…整合器、86…高周波電源、87…筒状磁石、88…遮蔽板、89…サセプタ昇降軸、90…サセプタ、91…突き上げピン、92…挿通孔、93…インピーダンス調整器。
110…RTP装置、111…処理室、112…筐体、113…カップ、114…トッププレート、115…ボトムプレート、116…排気口、117…ウエハ搬入搬出口、118…ゲートバルブ、
119…昇降駆動装置、120…昇降軸、121…昇降板、122…リフタピン、123…支持筒、124…冷却プレート、125…第一加熱ランプ群、126…第二加熱ランプ群、127…第一支柱、128…第二支柱、129…電力供給電線、
131…タレット、132…ベアリング、133…内歯平歯車、134…原動側平歯車、135…ベアリング、136…サセプタ回転装置、137…アウタプラットホーム、138…インナプラットホーム、139…係合部、140…サセプタ、141…挿通孔、
142…アニールガス供給管、143…不活性ガス供給管、144…プローブ、145…放射率測定装置、146…レファレンスプローブ、147…レファレンスプローブ用モータ、148…レファレンスランプ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pod, 2 ... Wafer (substrate to be processed), 3 ... Element isolation region, 4 ... P well region, 5 ... N well region, 6 ... Silicon oxide film, 7 ... Hafnium silicate film (high dielectric constant film), 8 ... hafnium nitride silicate film (plasma nitrided high dielectric constant film), 9 ... hafnium nitride silicate film (plasma nitrided high dielectric constant film after annealing),
201 ... NMOS electrode film, 202 ... Through hole, 203 ... PMOS electrode film, 204 ... NMOS electrode, 205 ... PMOS electrode,
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
52A ... first raw material supply source, 53A ... first liquid raw material supply pipe, 54A ... liquid flow rate controller (liquid mass flow controller), 55A ... vaporizer, 56A ... first raw material gas supply pipe, 57A ... valve,
52D ... second raw material supply source, 53D ... second liquid raw material supply pipe, 54D ... liquid flow rate controller (liquid mass flow controller), 55D ... vaporizer, 56D ... second raw material gas supply pipe, 57D ... valve,
52C ... inert gas supply source, 53C ... inert gas supply pipe, 54C ... gas flow rate controller, 57C, 57E ... valve,
52B ... oxygen gas supply source, 53B ... oxygen gas supply pipe, 54B ... gas flow rate controller, 57B ... valve, 58 ... ozonizer, 59B ... ozone gas supply pipe, 60B ... valve,
61 ... exhaust port, 62 ... exhaust pipe, 63 ... vacuum pump, 64 ... pressure controller, 65 ... raw material recovery trap,
66A ... First source gas bypass pipe (vent pipe), 66B ... Ozone gas bypass pipe (vent pipe), 66C ... Second source gas bypass pipe (vent pipe), 67A, 67C, 67B ... Valve,
68 ... Plate, 69 ... Main controller,
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
131 ... Turret, 132 ... Bearing, 133 ... Internal spur gear, 134 ... Driving side spur gear, 135 ... Bearing, 136 ... Susceptor rotating device, 137 ... Outer platform, 138 ... Inner platform, 139 ... Engagement part, 140 ... Susceptor, 141 ... insertion hole,
142 ... Annealing gas supply pipe, 143 ... Inert gas supply pipe, 144 ... Probe, 145 ... Emissivity measuring device, 146 ... Reference probe, 147 ... Reference probe motor, 148 ... Reference lamp.
Claims (2)
前記処理室内にオゾンガスを供給して基板表面に酸化膜を形成するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給するステップと、前記処理室内にオゾンガスを供給するステップと、を連続して複数回繰り返すことで前記酸化膜上に金属酸化膜を形成するステップと、
前記金属酸化膜形成後の基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Carrying a substrate into the processing chamber;
Supplying ozone gas into the processing chamber to form an oxide film on the substrate surface;
Supplying a source gas into the processing chamber; and supplying an ozone gas into the processing chamber; and repeatedly forming a metal oxide film on the oxide film by repeating a plurality of times;
Unloading the substrate after the formation of the metal oxide film from the processing chamber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記処理室内に原料ガスを供給する供給口と、
前記処理室内にオゾンガスを供給する供給口と、
前記処理室内にオゾンガスを供給して基板表面に酸化膜を形成し、その後、原料ガスの供給とオゾンガスの供給とを連続して複数回繰り返すことで前記酸化膜上に金属酸化膜を形成するように制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A supply port for supplying a source gas into the processing chamber;
A supply port for supplying ozone gas into the processing chamber;
An ozone gas is supplied into the processing chamber to form an oxide film on the substrate surface, and then a metal oxide film is formed on the oxide film by successively repeating the supply of the source gas and the supply of the ozone gas a plurality of times. A controller to control
A substrate processing apparatus comprising:
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2007
- 2007-08-22 JP JP2007216314A patent/JP2009049316A/en active Pending
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