JP2010147417A - Manufacturing method of semiconductor device, and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
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。
例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)における高誘電率ゲート絶縁膜を形成するのに利用して有効なものに関する。
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.
For example, the present invention relates to an effective method for forming a high dielectric constant gate insulating film in a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
ＭＯＳＦＥＴの高集積化および高性能化に伴い、ゲート絶縁膜への高誘電率絶縁膜の適用が検討されている。そして、信頼性等の観点から、高誘電率絶縁膜へ窒素（Ｎ2 ）を導入することが検討されている。 With the high integration and high performance of MOSFETs, application of a high dielectric constant insulating film to a gate insulating film has been studied. From the viewpoint of reliability and the like, introduction of nitrogen (N2) into the high dielectric constant insulating film has been studied.
このように高誘電率絶縁膜へ窒素を導入した場合には、キャリア移動度の減少、ＢＴＩ（Bias Temperature Instablity)の劣化等、ＭＯＳＦＥＴ特性への影響が懸念されるため、導入する窒素はチャネルから離れた位置、すなわち、高誘電率絶縁膜表面近傍に添加することが望まれる。
このような目的を達成するためには、プラズマ窒化処理が使用されているが、所望の窒素量を高誘電率絶縁膜に導入しようとすると、必然的に、チャネル近傍まで窒素が導入されてしまう。
When nitrogen is introduced into the high dielectric constant insulating film in this way, there is a concern about influence on MOSFET characteristics such as reduction in carrier mobility and deterioration of BTI (Bias Temperature Instablity). It is desirable to add it at a remote location, that is, near the surface of the high dielectric constant insulating film.
In order to achieve such an object, plasma nitriding is used. However, if a desired amount of nitrogen is introduced into the high dielectric constant insulating film, nitrogen is necessarily introduced to the vicinity of the channel. .
本発明の目的は、高誘電率絶縁膜を形成する際の下地となる界面層および高誘電率絶縁膜下層部への窒素原子の導入を抑制し、所望の窒素プロファイルを得ることができ、窒素導入による移動度の劣化を抑制することができ、良好なＭＯＳＦＥＴ特性を得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 suppress introduction of nitrogen atoms into an interface layer and a lower dielectric constant insulating film lower layer as a base when forming a high dielectric constant insulating film, and to obtain a desired nitrogen profile. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of suppressing deterioration of mobility due to introduction and obtaining good MOSFET characteristics.
本発明の一態様によれば、基板上に第一高誘電率絶縁膜を形成するステップと、
前記第一高誘電率絶縁膜に対し熱処理を施すことで前記第一高誘電率絶縁膜を緻密化または結晶化するステップと、
前記緻密化または結晶化した前記第一高誘電率絶縁膜上に第二高誘電率絶縁膜を形成するステップと、
前記第一高誘電率絶縁膜および前記第二高誘電率絶縁膜に対し同時に窒化処理を施すステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、
が提供される。
本発明の他の態様によれば、基板上に高誘電率絶縁膜を形成する第一処理室と、
前記基板に対し熱処理を施す第二処理室と、
前記基板に対し窒化処理を施す第三処理室と、
前記第一処理室、前記第二処理室および前記第三処理室との間に設けられ、前記第一処理室、前記第二処理室および前記第三処理室との間で前記基板を搬送する搬送室と、
前記搬送室内に設けられ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記基板を前記搬送ロボットにより前記第一処理室内に搬送し、前記第一処理室内で前記基板上に第一高誘電率絶縁膜を形成し、前記第一高誘電率絶縁膜が形成された前記基板を前記搬送ロボットにより前記第一処理室内から前記第二処理室内に搬送し、前記第二処理室内で前記第一高誘電率絶縁膜に対し熱処理を施すことで前記第一高誘電率絶縁膜を緻密化または結晶化し、前記第一高誘電率絶縁膜を緻密化または結晶化した前記基板を前記搬送ロボットにより前記第二処理室内から前記第一処理室内に搬送し、前記第一処理室内で前記緻密化または結晶化された前記第一高誘電率絶縁膜上に第二高誘電率絶縁膜を形成し、前記第二高誘電率絶縁膜が形成された前記基板を前記搬送ロボットにより前記第一処理室内から前記第三処理室内に搬送し、前記第三処理室内で前記第一高誘電率絶縁膜および前記第二高誘電率絶縁膜に対し同時に窒化処理を施す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、
が提供される。
According to one aspect of the present invention, forming a first high dielectric constant insulating film on a substrate;
Densifying or crystallizing the first high dielectric constant insulating film by applying heat treatment to the first high dielectric constant insulating film;
Forming a second high dielectric constant insulating film on the densified or crystallized first high dielectric constant insulating film;
Simultaneously nitriding the first high dielectric constant insulating film and the second high dielectric constant insulating film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
Is provided.
According to another aspect of the present invention, a first processing chamber for forming a high dielectric constant insulating film on a substrate;
A second processing chamber for heat-treating the substrate;
A third processing chamber for nitriding the substrate;
Provided between the first processing chamber, the second processing chamber, and the third processing chamber, and transports the substrate between the first processing chamber, the second processing chamber, and the third processing chamber. A transfer chamber;
A transfer robot provided in the transfer chamber for transferring the substrate;
The substrate is transferred into the first processing chamber by the transfer robot, a first high dielectric constant insulating film is formed on the substrate in the first processing chamber, and the first high dielectric constant insulating film is formed. The substrate is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber by the transfer robot, and the first high dielectric constant insulating film is subjected to heat treatment in the second processing chamber. The first high dielectric constant insulating film is densified or crystallized, and the substrate is transported from the second processing chamber to the first processing chamber by the transfer robot. A second high dielectric constant insulating film is formed on the densified or crystallized first high dielectric constant insulating film, and the substrate on which the second high dielectric constant insulating film is formed is transferred by the transfer robot to the first high dielectric constant insulating film. From one processing chamber to the third processing chamber And a controller for controlling the first high dielectric constant insulating film and the second high dielectric constant insulating film to simultaneously perform nitriding in the third processing chamber. ,
Is provided.
この態様によれば、界面層および高誘電率絶縁膜下層部への窒素原子の導入を抑制し、所望の窒素プロファイルを得ることができ、窒素導入による移動度の劣化を抑制することができ、良好なＭＯＳＦＥＴ特性を得ることができる。 According to this aspect, the introduction of nitrogen atoms into the interface layer and the lower dielectric constant insulating film lower layer can be suppressed, a desired nitrogen profile can be obtained, and deterioration of mobility due to nitrogen introduction can be suppressed, Good MOSFET characteristics can be obtained.
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を移載する搬送ロボットとしてのウエハ移載装置（以下、負圧移載装置という）１３が設置されている。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 robot 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１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１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第一高誘電率絶縁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 pressure transfer chamber 11 side of the carry-in
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。
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を支持するサセプタ４６が設けられている。
支持台４５の内部にはヒータ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。
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。
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 3, the
A
A
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
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
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
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
In the second raw material
The mixed gas is supplied from the first 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
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
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。
A
The gas supplied to 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第一高誘電率絶縁膜形成ステップを、成膜装置４０を使用して高誘電率膜である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 interface layer forming step and the first high dielectric constant insulating film forming step shown in FIG. 1 are performed using a
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（ａ）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
本実施形態では、ハフニウム系プリカーサとしては、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）を使用し、シリコン系プリカーサとしては、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）を使用して、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。 In this embodiment, Hf-MMP (Hf [OC (CH3) 2CH2OCH3] 4: tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) hafnium) is used as the hafnium precursor and a silicon precursor is used. As Si-MMP (Si [OC (CH3) 2CH2OCH3] 4: tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) silicon), these raw materials are vaporized in a vaporizer. An example using the obtained source gas will be described.
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
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
まず、界面層形成ステップについて説明する。
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（図８（ａ）参照）。
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。
オゾンガスがウエハ２表面に接触することにより、図６（ｂ）に示されているように、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が形成される（界面層形成ステップ）。
First, the interface layer forming step will be described.
When the pressure in the
That is, when the valve 57B is opened, the oxygen gas supplied from the oxygen
After the ozone gas is generated, when the valve 67B is closed and the
By contacting the ozone gas with the surface of the
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
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に、第一高誘電率絶縁膜形成ステップが行われる。
After the purge in the
次に、第一高誘電率絶縁膜形成ステップについて説明する。
まず、図８に示された第一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 first high dielectric constant insulating film forming step will be described.
First, the first sequence shown in FIG. 8 will be described.
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
The first source gas and the inert gas are mixed in the first source
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
The inert gas supplied to 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 material supply source 52D passes through the second liquid raw material supply pipe 53D, the flow rate is controlled by the liquid
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 valve 57D is closed, and the supply of the second source gas to the
The inert gas supplied to 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
The inert gas supplied to 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およびパージステップを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、図６（ｃ）に示されているように、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上に第一高誘電率絶縁膜としての非晶質（アモルファス）の第一ハフニウムシリケート膜７が形成される（第一高誘電率絶縁膜形成ステップ）。
The above-described first source gas supply step, purge step, second source gas supply step, purge step, oxidant supply step and purge step are taken as one cycle, and a cycle process for repeating this cycle a plurality of times is performed as shown in FIG. As shown in c), an amorphous first
次に、図９に示された第二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。
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）。
Next, the second sequence shown in FIG. 9 will be described.
After the
That is, Hf-MMP as the first raw material supplied from the first raw
At the same time, Si-MMP as the second raw material supplied from the second raw material supply source 52D passes through the second liquid raw material supply pipe 53D, is controlled in flow rate by the liquid
The first source gas and the inert gas are mixed in the first source
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が閉じられて、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 valves 57A and 57D are closed, and the supply of each source gas to the
The inert gas supplied to 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）。
After purging the residual gas in the
That is, as described above, when the valve 67B is closed and 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
The inert gas supplied to 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 purging the residual gas 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およびパージステップを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上に第一高誘電率絶縁膜としての非晶質の第一ハフニウムシリケート膜７（図６（ｃ）参照）が形成される（第一高誘電率絶縁膜形成ステップ）。
The above-described source gas supply step, purge step, oxidant supply step, and purge step are set as one cycle, and a silicon oxide film as an interface layer formed on the surface of 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。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。
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
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、原料ガスはウエハ２上に吸着する。酸化剤供給ステップでは、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原子層未満〜数原子層程度の高誘電率膜が形成される。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, the source gas is adsorbed onto the
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６（ｃ）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上に第一高誘電率絶縁膜としての第一ハフニウムシリケート膜７が形成される。
この第一ハフニウムシリケート膜７の厚さは、例えば１ｎｍ程度とする。
第一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１１８が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、図１に示された緻密化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。
As described above, the first hafnium silicate film as the first high dielectric constant insulating film is formed on the
The thickness of the first
When the formation of the first hafnium silicate film is completed, the
Subsequently, after the
本実施の形態においては、緻密化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, the RTP (Rapid Thermal Processing) apparatus 110 shown in FIG. 5 is used for the
As shown in FIG. 5, the RTP apparatus 110 includes a
An
A wafer loading / unloading port 117 for loading / unloading the
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 support cylinder 123 protrudes outside the lifting
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に示された緻密化ステップを、以上の構成に係るＲＴＰ装置を使用して、ウエハ２上に形成された第一ハフニウムシリケート膜７にアニールを施す場合について説明する。すなわち、第一高誘電率絶縁膜を緻密化もしくは結晶化するステップについて説明する。
Next, the densification step shown in FIG. 1 will be described in the case where the first
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、６００〜１０５０℃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、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが処理室１１１に、アニールガス供給管１４２から供給される。
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上のハフニウムシリケート膜７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。
以上の回復アニールステップにより、図７（ａ）に示されているように、ウエハ２には緻密化もしくは結晶化されたハフニウムシリケート膜８（以下、緻密化膜という）が形成される。
When the
The
During the rotation and heating, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is supplied to the processing chamber 111 from the annealing
Since the
The annealing treatment time is 5 to 120 seconds.
By the above recovery annealing step, as shown in FIG. 7A, a densified or crystallized hafnium silicate film 8 (hereinafter referred to as a densified film) is formed on the
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。
続いて、ゲートバルブ１１８が閉じられた後に、ゲートバルブ４４が開かれ、負圧移載装置１３はウエハ２を、高誘電率膜を形成する第一処理ユニット３１である成膜装置４０の処理室４１内に再び搬入する。
When a predetermined processing time set in advance in the RTP apparatus 110 elapses, the processing chamber 111 is evacuated to a predetermined negative pressure by the
Subsequently, after the
次に、図１に示された第二高誘電率絶縁膜形成ステップを図３に示された成膜装置４０を使用して高誘電率膜である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法によって緻密化膜８上に成膜する場合について説明する。なお、第二高誘電率絶縁膜形成ステップにおける処理フローや使用する原料は、基本的には第一高誘電率絶縁膜形成ステップと同様である。
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 second high dielectric constant insulating film forming step shown in FIG. 1 is performed by using the
In the following description, the operation of each part constituting the
ここで、第二高誘電率絶縁膜が形成される前のウエハ２の構造は、図７（ａ）に示されているようになっている。
また、本実施形態では、ハフニウム系プリカーサとしては、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）を使用し、シリコン系プリカーサとしては、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）を使用して、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。
Here, the structure of the
In the present embodiment, Hf-MMP (Hf [OC (CH3) 2CH2OCH3] 4: tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) hafnium) is used as the hafnium-based precursor, and silicon is used. Si-MMP (Si [OC (CH3) 2CH2OCH3] 4: tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) silicon) is used as a system precursor, and these raw materials are vaporized by a vaporizer. An example of using the raw material gas obtained by the conversion is described.
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
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
まず、図８に示された第一シーケンスについて説明する。
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。
First, the first sequence shown in FIG. 8 will be described.
When the temperature of the
That is, an organometallic liquid raw material, for example, Hf-MMP, supplied as a first raw material from the first raw
When the
The first source gas and the inert gas are mixed in the first source
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
The inert gas supplied to 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 material supply source 52D passes through the second liquid raw material supply pipe 53D, the flow rate is controlled by the liquid
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 valve 57D is closed, and the supply of the second source gas to the
The inert gas supplied to 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
The inert gas supplied to 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およびパージステップを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、図７（ｂ）に示されているように、緻密化膜８上に第二高誘電率絶縁膜としての非晶質の第二ハフニウムシリケート膜９が形成される（第二高誘電率絶縁膜形成ステップ）。
The above first source gas supply step, purge step, second source gas supply step, purge step, oxidant supply step and purge step are taken as one cycle, and the cycle process is repeated a plurality of times to perform FIG. As shown in b), an amorphous second
次に、図９に示された第二シーケンスについて説明する。
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。
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）。
Next, the second sequence shown in FIG. 9 will be described.
When the temperature of the
That is, Hf-MMP as the first raw material supplied from the first raw
At the same time, Si-MMP as the second raw material supplied from the second raw material supply source 52D passes through the second liquid raw material supply pipe 53D, is controlled in flow rate by the liquid
The first source gas and the inert gas are mixed in the first source
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が閉じられて、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 valves 57A and 57D are closed, and the supply of each source gas to the
The inert gas supplied to 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）。
After purging the residual gas in the
That is, as described above, when the valve 67B is closed and 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
The inert gas supplied to 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 purging the residual gas 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およびパージステップを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、緻密化膜８上に第二高誘電率絶縁膜としての非晶質の第二ハフニウムシリケート膜９（図７（ｂ）参照）が形成される（第二高誘電率絶縁膜形成ステップ）。
なお、第二ハフニウムシリケート膜を成膜する処理条件は、第一ハフニウムシリケート膜を成膜する処理条件と同様である。
The above-described source gas supply step, purge step, oxidant supply step, and purge step are set as one cycle, and a cycle process that repeats this cycle a plurality of times is performed to form a second high dielectric constant insulating film on the densified
The processing conditions for forming the second hafnium silicate film are the same as the processing conditions for forming the first hafnium silicate film.
以上のようにして、図７（ｂ）に示されているように、第二高誘電率絶縁膜としての第二ハフニウムシリケート膜９が形成される。
第二ハフニウムシリケート膜９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, as shown in FIG. 7B, the second
When the formation of the second
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。
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。
In the present embodiment, an MMT (Modified Magnetron Typed)
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。
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。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
Plasma processing is performed on the surface of the
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（ｃ）に示されているように、ハフニウムシリケート膜は窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）膜９Ａとなる。
すなわち、ウエハ２上に形成された第一ハフニウムシリケート膜７および第二ハフニウムシリケート膜９中に窒素が導入される。このとき、下部の第一ハフニウムシリケート膜７は緻密化膜８になっており（緻密化もしくは結晶化されており）、第一ハフニウムシリケート膜７を構成する原子間の距離が縮められていることから、第一ハフニウムシリケート膜７には窒素は導入され難くなっている。よって、上部の第二ハフニウムシリケート膜９に窒素が多量に導入され、下部の第一ハフニウムシリケート膜７である緻密化膜８には低濃度の窒素が導入されることになる。
An amount of nitrogen corresponding to the above processing conditions is added to the hafnium silicate film formed on the
That is, nitrogen is introduced into the first
プラズマ窒化ステップが終了すると、ゲートバルブ８２が開かれ、負圧移載装置１３は窒化済みのウエハ２を第二処理ユニット３２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）する。
続いて、ゲートバルブ８２が閉じられた後に、負圧移載装置１３はウエハ２を、プラズマダメージを回復するための図１に示された回復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 the plasma nitriding step is completed, the
Subsequently, after the
次に、図１に示された回復アニールステップを、図３に示されたＲＴＰ装置１１０を使用して、実施する場合について説明する。 Next, a case where the recovery annealing step shown in FIG. 1 is performed using the RTP apparatus 110 shown in FIG. 3 will be described.
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、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが処理室１１１に、アニールガス供給管１４２から供給される。
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９Ａ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。
以上の回復アニールステップにより、窒化ハフニウムシリケート膜９Ａはプラズマダメージを除去される。
When the
The
During the rotation and heating, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is supplied to the processing chamber 111 from the annealing
Since the
By the above recovery annealing step, the plasma damage is removed from 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 RTP apparatus 110 elapses, the processing chamber 111 is evacuated to a predetermined negative pressure by the
なお、界面層形成ステップ、第一高誘電率絶縁膜形成ステップ、緻密化ステップ、第二高誘電率絶縁膜形成ステップ、プラズマ窒化ステップ、回復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 interface layer forming step, the first high dielectric constant insulating film forming step, the densification step, the second high dielectric constant insulating film forming step, the plasma nitriding step, and the recovery annealing step is performed by the
クラスタ装置１０での回復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 recovery annealing step in the
At this time, the positive
After the wafer unloading step, 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、図１に示された各ステップが順次に実施されて行く。
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。
By repeating the above operation, the steps shown in FIG. 1 are sequentially performed on the 25
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 / detaching mechanism 26 of the
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。
In the present 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.
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）ウエハ上に第一ハフニウムシリケート膜を形成し、第一ハフニウムシリケート膜に対しアニールを施して緻密化または結晶化し、緻密化または結晶化した第一ハフニウムシリケート膜上に第二ハフニウムシリケート膜を形成し、第一ハフニウムシリケート膜および第二ハフニウムシリケート膜をプラズマ窒化することにより、上部の第二ハフニウムシリケート膜に窒素を多量に導入することができるとともに、下部の第一ハフニウムシリケート膜に窒素が多量に導入されるのを防止することができる。 (1) A first hafnium silicate film is formed on a wafer, the first hafnium silicate film is annealed to be densified or crystallized, and the second hafnium silicate film is formed on the densified or crystallized first hafnium silicate film By forming the first hafnium silicate film and the second hafnium silicate film by plasma nitriding, a large amount of nitrogen can be introduced into the upper second hafnium silicate film, and nitrogen can be introduced into the lower first hafnium silicate film. Can be prevented from being introduced in large quantities.
（２）下部の第一ハフニウムシリケート膜に窒素が多量に導入されるのを防止することにより、チャネル近傍まで窒素が導入されのを防止することができるので、移動度の劣化を抑制することができ、良好なＭＯＳＦＥＴ特性を得ることができる。 (2) Nitrogen can be prevented from being introduced to the vicinity of the channel by preventing a large amount of nitrogen from being introduced into the lower first hafnium silicate film, thereby suppressing mobility degradation. And good MOSFET characteristics can be obtained.
（３）第一ハフニウムシリケート膜の厚さを、１ｎｍ程度と薄くすることにより、ステップ増加に伴うスループットの低下を抑制することができる。 (3) By reducing the thickness of the first hafnium silicate film to about 1 nm, it is possible to suppress a decrease in throughput due to an increase in steps.
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第一高誘電率絶縁膜である第一ハフニウムシリケート膜を形成するステップを行う例について説明したが、第一ハフニウムシリケート膜を極薄く（例えば、１ｎｍ程度）形成することにより、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、第一ハフニウムシリケート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、第一ハフニウムシリケート膜形成ステップの初期にハフニウムシリケート膜の形成と同時に界面層としてのシリコン酸化膜を形成することができる。 In the embodiment, the example of performing the step of forming the first hafnium silicate film which is the first high dielectric constant insulating film after the interface layer forming step has been described, but the first hafnium silicate film is extremely thin (for example, about 1 nm). Since the surface of the underlying wafer can be oxidized when ozone gas is supplied, the hafnium silicate can be formed at the beginning of the first hafnium silicate film forming step without providing a separate interface layer forming step before the first hafnium silicate film forming step. A silicon oxide film as an interface layer can be formed simultaneously with the formation of the film.
第一ハフニウムシリケート膜および第二ハフニウムシリケート膜を同時に窒化する手段としては、プラズマ窒化を使用するに限らない。 Means for simultaneously nitriding the first hafnium silicate film and the second hafnium silicate film is not limited to using plasma nitridation.
プラズマ窒化のプラズマダメージを除去するための回復アニールステップは、省略することができる。 The recovery annealing step for removing plasma damage of plasma nitriding can be omitted.
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。 In addition to hafnium nitride silicate (HfSiON), there are Ta2 O5, Al2 O3, ZrO2, HfAlOx, HfAlON, La2 O3, and Y2 O3 as materials for forming the high dielectric constant film for forming the gate insulating film.
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.
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（界面層）
７…第一ハフニウムシリケート膜（第一高誘電率絶縁膜）
８…緻密化膜
９…第二ハフニウムシリケート膜（第二高誘電率絶縁膜）
９Ａ…窒化ハフニウムシリケート膜（窒化高誘電率絶縁膜）
2. Wafer (substrate to be processed)
3 ...
7. First hafnium silicate film (first high dielectric constant insulating film)
8 ...
9A ... Hafnium nitride silicate film (nitride high dielectric constant insulating film)
Claims (2)
前記第一高誘電率絶縁膜に対し熱処理を施すことで前記第一高誘電率絶縁膜を緻密化または結晶化するステップと、
前記緻密化または結晶化した前記第一高誘電率絶縁膜上に第二高誘電率絶縁膜を形成するステップと、
前記第一高誘電率絶縁膜および前記第二高誘電率絶縁膜に対し同時に窒化処理を施すステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first high dielectric constant insulating film on the substrate;
Densifying or crystallizing the first high dielectric constant insulating film by applying heat treatment to the first high dielectric constant insulating film;
Forming a second high dielectric constant insulating film on the densified or crystallized first high dielectric constant insulating film;
Simultaneously nitriding the first high dielectric constant insulating film and the second high dielectric constant insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記基板に対し熱処理を施す第二処理室と、
前記基板に対し窒化処理を施す第三処理室と、
前記第一処理室、前記第二処理室および前記第三処理室との間に設けられ、前記第一処理室、前記第二処理室および前記第三処理室との間で前記基板を搬送する搬送室と、
前記搬送室内に設けられ前記基板を搬送する搬送ロボットと、
前記基板を前記搬送ロボットにより前記第一処理室内に搬送し、前記第一処理室内で前記基板上に第一高誘電率絶縁膜を形成し、前記第一高誘電率絶縁膜が形成された前記基板を前記搬送ロボットにより前記第一処理室内から前記第二処理室内に搬送し、前記第二処理室内で前記第一高誘電率絶縁膜に対し熱処理を施すことで前記第一高誘電率絶縁膜を緻密化または結晶化し、前記第一高誘電率絶縁膜を緻密化または結晶化した前記基板を前記搬送ロボットにより前記第二処理室内から前記第一処理室内に搬送し、前記第一処理室内で前記緻密化または結晶化された前記第一高誘電率絶縁膜上に第二高誘電率絶縁膜を形成し、前記第二高誘電率絶縁膜が形成された前記基板を前記搬送ロボットにより前記第一処理室内から前記第三処理室内に搬送し、前記第三処理室内で前記第一高誘電率絶縁膜および前記第二高誘電率絶縁膜に対し同時に窒化処理を施す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 first processing chamber for forming a high dielectric constant insulating film on the substrate;
A second processing chamber for heat-treating the substrate;
A third processing chamber for nitriding the substrate;
Provided between the first processing chamber, the second processing chamber, and the third processing chamber, and transports the substrate between the first processing chamber, the second processing chamber, and the third processing chamber. A transfer chamber;
A transfer robot provided in the transfer chamber for transferring the substrate;
The substrate is transferred into the first processing chamber by the transfer robot, a first high dielectric constant insulating film is formed on the substrate in the first processing chamber, and the first high dielectric constant insulating film is formed. The substrate is transferred from the first processing chamber to the second processing chamber by the transfer robot, and the first high dielectric constant insulating film is subjected to heat treatment in the second processing chamber. The first high dielectric constant insulating film is densified or crystallized, and the substrate is transported from the second processing chamber to the first processing chamber by the transfer robot. A second high dielectric constant insulating film is formed on the densified or crystallized first high dielectric constant insulating film, and the substrate on which the second high dielectric constant insulating film is formed is transferred by the transfer robot to the first high dielectric constant insulating film. From one processing chamber to the third processing chamber And a controller for controlling the first high dielectric constant insulating film and the second high dielectric constant insulating film to simultaneously perform nitriding in the third processing chamber. .
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|---|---|---|---|---|
| JP2013062376A (en) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Toyota Motor Corp | Rotary deposition apparatus |
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