JP2010267925A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 高誘電率絶縁膜の下地となる金属膜の酸化を抑制し、成膜処理の生産性を向上させる。
【解決手段】 基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、処理室内に第１酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、処理室内に原料を供給し排気する工程と、処理室内に第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。
ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の高集積化及び高性能化に伴い、ゲート絶縁膜への高誘電率絶縁膜の採用が検討されている。また、ＤＲＡＭのキャパシタにおいては、比誘電率が例えば１５〜２０程度であるＨｆＯ２膜やＺｒＯ２膜等の高誘電率絶縁膜が使用されている。ＨｆＯ２膜やＺｒＯ２膜は、処理室内に収容された基板を例えば２００℃以上の処理温度に加熱しつつ、前記処理室内にＨｆやＺｒを含む原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＯ３やＨ２Ｏ等の酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことにより形成される。
しかしながら、酸化源としてＯ３を用いた場合、高誘電率絶縁膜の下地となるＴｉＮ膜等の金属膜までもが酸化されてしまい、金属膜の電気特性が劣化してしまう場合があった。また、酸化源としてＨ２Ｏを用いた場合、処理室内からのＨ２Ｏの排出に時間を要し、成膜処理の生産性が低下してしまう場合があった。また、酸化源としてＨ２Ｏを用いた場合、酸化源としてＯ３を用いた場合と比較して、高誘電率絶縁膜の電気特性が劣化してしまう場合があった。
本発明は、高誘電率絶縁膜の下地となる金属膜の酸化を抑制し、成膜処理の生産性を向上させることが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に第１酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に前記原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に前記第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、を有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、
基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＨ２Ｏを供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に前記原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＯ３を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内に第１酸化源を供給する第１酸化源供給系と、
前記処理室内に前記第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給する第２酸化源供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内への原料の供給および排気と、前記処理室内への第１酸化源の供給および排気と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成し、
前記処理室内への前記原料の供給および排気と、前記処理室内への前記第２酸化源の供給および排気と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料供給系、前記第１酸化源供給系、前記第２酸化源供給系、および、前記排気系を制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。
本発明に係る半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、高誘電率絶縁膜の下地となる金属膜の酸化を抑制し、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。
本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）のガス供給系の構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）のウェハ処理時における断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）のウェハ搬送時における断面構成図である。 本発明の一実施形態に係るクラスタ装置の第２処理ユニット（熱処理ユニット）の断面構成図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。 本発明の他の実施形態にかかる縦型装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉部分を縦断面で示し、（ｂ）は、処理炉部分を（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。 本発明の実施例に係る成膜サンプルの断面概略図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る基板処理装置は、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いる。なお、本実施形態に係るクラスタ装置においては、ウェハ２を搬送するウェハ搬送用キャリア（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。
＜クラスタ装置＞
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）に耐え得る構造に構成されたトランスファモジュール（搬送室）としての第１ウェハ移載室（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。負圧移載室筐体１２は搬送容器（密閉容器）として構成されている。負圧移載室１１の中央部には負圧下においてウェハ２を移載する搬送ロボットとしてのウェハ移載機（以下、負圧移載
機という）１３が設置されている。
負圧移載室筐体１２の７枚の側壁のうち最も大きい側壁（正面壁）には、ロードロックモジュール（ロードロック室）としての搬入用予備室（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。
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フロントエンドモジュールとしての第２ウェハ移載室（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には正圧下でウェハ２を移載する搬送ロボットとしての第２ウェハ移載機（以下、正圧移載機という）１９が設置されている。正圧移載機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。
正圧移載室１６の正面壁には三つのウェハ搬入搬出口２１，２２，２３が、隣合わせに並べられて開設されており、これらのウェハ搬入搬出口２１，２２，２３はウェハ２を正圧移載室１６に対して搬入搬出し得るように構成されている。これらのウェハ搬入搬出口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上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上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のウェ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、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。
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２枚の側壁（背面壁）には、プロセスモジュールとしての第１処理ユニット（高誘電率絶縁膜形成ユニット）３１と第２処理ユニット（熱処理ユニット）３２とがそれぞれ隣接して連結されている。第１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が設置されている。第２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１１８が設置されている。また、負圧移載室筐体１２における７枚の側壁のうち正圧移載室１６側の他の２枚の側壁には、クーリングステージとしての第１クーリングユニット３５と第２クーリングユニット３６とがそれぞれ連結されており、これらは何れも処理済みのウェハ２を冷却する冷却室として構成されている。
クラスタ装置１０は後述する基板処理フローを統括的に制御するメインコントローラ３７を備えている。なお、メインコントローラ３７は、クラスタ装置１０を構成する各部の動作を制御する。
＜第１処理ユニット＞
次に、本実施形態に係るクラスタ装置における第１処理ユニット３１について説明する。第１処理ユニット３１は、高誘電率絶縁膜形成ユニットであり、図３，４に示されているように、枚葉式コールドウォール型の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（以下、成膜装置という）４０として構成されている。以下、成膜装置４０の構成について、図３，４を参照しながら説明する。図３は、ウェハ処理時における成膜装置４０の断面構成図であり、図４は、ウェハ搬送時における成膜装置４０の断面構成図である。
〔処理室〕
図３，４に示すとおり、成膜装置４０は、処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのウェハ２を処理する処理室２０１が形成されている。
〔支持台〕
処理室２０１内には、ウェハ２を支持する支持台２０３が設けられている。ウェハ２が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウェハ２を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウェハ２を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウェハ２の搬送時には図４で示される位置（ウェハ搬送位置）まで下降し、ウェハ２の処理時には図３で示される位置（ウェハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３の下端部の周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台２０３（サセプタ２１７も含む）には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させる貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた時には、図４に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウェハ２を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウェハ処理位置まで上昇させたときには、図３に示すように、リフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウェハ２を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウェハ２と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウェハ２を搬送するウェハ搬送口２５０が設けられている。ウェハ搬送口２５０には上述のゲートバルブ４４が設けられており、ゲートバルブ４４を開くことにより、処理室２０１内と上述の負圧移載室１１内とが連通するようになっている。負圧移載室１１内には上述の負圧移載機１３が設けられており、負圧移載機１３には、ウェハ２を搬送する際にウェハ２を支持する搬送アーム１３ａが備えられている。支持台２０３をウェハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ４４を開くことにより、負圧移載機１３により処理室２０１内と負圧移載室１１内との間でウェハ２を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウェハ２は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。
〔排気系〕
処理室２０１（処理容器２０２）の内壁側面であって、ウェハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には、排気チャンバ２６０ａを介して排気管２６１が接続されている。排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、及び真空ポンプ２６４が順に直列に接続されている。主に、排気口２６０、排気チャンバ２６０ａ、排気管２６１、圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、真空ポンプ２６４により排気系（排気ライン）が構成される。
〔ガス導入口〕
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。
〔シャワーヘッド〕
ガス導入口２１０と、ウェハ処理位置におけるウェハ２との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させる分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウェハ２の表面に供給するシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面およびシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウェハ２と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させる第１バッファ空間（分散室）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させる第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。
〔排気ダクト〕
処理室２０１の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウェハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウェハ２を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成される。
一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い、支持台２０３と共に昇降されるようになっている。
支持台２０３がウェハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウェハ処理位置まで上昇する。その結果、ウェハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの
内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４及びロワープレート２０５）及び支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
ここで、ウェハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウェハ２上に均一に供給される。そして、ウェハ２上に供給されたガスは、ウェハ２の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウェハ２に接触した後の余剰なガスは、ウェハ２の外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわちコンダクタンスプレート２０４上を、ウェハ２の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室２０１下部、すなわち支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
続いて、上述したガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかる成膜装置４０の有するガス供給系（ガス供給ライン）の構成図である。
〔原料供給系〕
処理室２０１の外部には、液体原料としてのＨｆ（ハフニウム）を含む有機金属液体原料（以下、Ｈｆ原料ともいう）を供給する液体原料供給源２２０ｈが設けられている。液体原料供給源２２０ｈは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されている。
ここで、液体原料供給源２２０ｈには、圧送ガス供給管２３７ｈが接続されている。圧送ガス供給管２３７ｈの上流側端部には、図示しない圧送ガス供給源が接続されている。また、圧送ガス供給管２３７ｈの下流側端部は、液体原料供給源２２０ｈ内の上部に存在する空間に連通しており、この空間内に圧送ガスを供給するようになっている。なお、圧送ガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ２ガス等の不活性ガスが好適に用いられる。
また、液体原料供給源２２０ｈには、液体原料供給管２１１ｈが接続されている。ここで、液体原料供給管２１１ｈの上流側端部は、液体原料供給源２２０ｈ内に収容した液体原料内に浸されている。また、液体原料供給管２１１ｈの下流側端部は、液体原料を気化させる気化部としての気化器２２９ｈに接続されている。なお、液体原料供給管２１１ｈには、液体原料の供給流量を制御する流量制御器としての液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）２２１ｈと、液体原料の供給を制御するバルブｖｈ１と、が設けられている。なお、バルブｖｈ１は気化器２２９ｈの内部に設けられている。
上記構成において、バルブｖｈ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｈから圧送ガスを供給することにより、液体原料供給源２２０ｈから気化器２２９ｈへ液体原料を圧送（供給）することが可能となる。主に、液体原料供給源２２０ｈ、圧送ガス供給管２３７ｈ、液体原料供給管２１１ｈ、液体流量コントローラ２２１ｈ、バルブｖｈ１により液体
原料供給系（液体原料供給ライン）が構成される。
気化器２２９ｈは、液体原料をヒータ２３ｈで加熱して気化させて原料ガスを発生させる気化室２０ｈと、この気化室２０ｈ内へ液体原料を吐出する流路である液体原料流路２１ｈと、液体原料の気化室２０ｈ内への供給を制御する上述のバルブｖｈ１と、気化室２０ｈ内にて発生させた原料ガスを後述する原料ガス供給管２１３ｈへ供給するアウトレット２２ｈと、を有している。上述の液体原料供給管２１１ｈの下流側端部は、バルブｖｈ１を介して液体原料流路２１ｈの上流側端部に接続されている。液体原料流路２１ｈには、キャリアガス供給管２４ｈの下流側端部が接続されており、キャリアガス供給管２４ｈからのキャリアガスが、液体原料流路２１ｈを介して気化室２０ｈ内に供給されるように構成されている。キャリアガス供給管２４ｈの上流側端部には、キャリアガスとしてのＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源２３０ｃが接続されている。キャリアガス供給管２４ｈには、Ｎ２ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ（ＭＦＣ）２２５ｈと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｈ２と、が設けられている。
上記の気化器２２９ｈのアウトレット２２ｈには、処理室２０１内に原料ガスを供給する原料ガス供給管２１３ｈの上流側端部が接続されている。原料ガス供給管２１３ｈの下流側端部は合流配管２１３を介して、ガス導入口２１０に接続されている。なお、原料ガス供給管２１３ｈには、処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブｖｈ３が設けられている。
上記構成において、気化器２２９ｈにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブｖｈ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ｈから合流配管２１３を介して処理室２０１内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管２１３ｈ、バルブｖｈ３により、原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。また、液体原料供給系、気化部、原料ガス供給系により原料供給系（Ｈｆ原料供給系）が構成される。
〔第１酸化源供給系〕
処理室２０１の外部には、第１酸化源（酸化剤）としてのＨ２Ｏガスを供給するＨ２Ｏガス供給源２３０ｓが設けられている。Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｓには、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓの上流側端部が接続されている。Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓの下流側端部は、合流配管２１３に接続されている。すなわち、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓは、Ｈ２Ｏガスを処理室２０１内に供給するように構成されている。なおＨ２Ｏガス供給管２１３ｓには、Ｈ２Ｏガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２１ｓと、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を制御するバルブｖｓ３が設けられている。主に、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｓ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、流量コントローラ２２１ｓ、バルブｖｓ３により第１酸化源供給系（Ｈ２Ｏ供給系）が構成される。
〔第２酸化源供給系〕
また、処理室２０１の外部には、第２酸化源（酸化剤）としてのオゾンガス（Ｏ３）のもととなる酸素ガス（Ｏ２）を供給するＯ２ガス供給源２３０ｏが設けられている。Ｏ２ガス供給源２３０ｏには、Ｏ２ガス供給管２１１ｏの上流側端部が接続されている。Ｏ２ガス供給管２１１ｏの下流側端部には、プラズマによりＯ２ガスから第２酸化源としてのＯ３ガスを生成させるオゾナイザ２２９ｏが接続されている。なお、Ｏ２ガス供給管２１１ｏには、Ｏ２ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２１ｏが設けられている。
オゾナイザ２２９ｏのアウトレット２２ｏには、Ｏ３ガス供給管２１３ｏの上流側端部が接続されている。また、Ｏ３ガス供給管２１３ｏの下流側端部は、合流配管２１３に接
続されている。すなわち、Ｏ３ガス供給管２１３ｏは、Ｏ３ガスを処理室２０１内に供給するように構成されている。なおＯ３ガス供給管２１３ｏには、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を制御するバルブｖｏ３が設けられている。
なお、Ｏ２ガス供給管２１１ｏの流量コントローラ２２１ｏよりも上流側には、Ｏ２ガス供給管２１２ｏの上流側端部が接続されている。また、Ｏ２ガス供給管２１２ｏの下流側端部は、Ｏ３ガス供給管２１３ｏのバルブｖｏ３よりも上流側に接続されている。なお、Ｏ２ガス供給管２１２ｏには、Ｏ２ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２２ｏが設けられている。
上記構成において、オゾナイザ２２９ｏにＯ２ガスを供給してＯ３ガスを発生させるとともに、バルブｖｏ３を開くことにより、処理室２０１内へＯ３ガスを供給することが可能となる。なお、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給中に、Ｏ２ガス供給管２１２ｏからＯ２ガスを供給するようにすれば、処理室２０１内へ供給するＯ３ガスをＯ２ガスにより希釈して、Ｏ３ガス濃度を調整することが可能となる。主に、Ｏ２ガス供給源２３０ｏ、Ｏ２ガス供給管２１１ｏ、オゾナイザ２２９ｏ、流量コントローラ２２１ｏ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ、バルブｖｏ３、Ｏ２ガス供給管２１２ｏ、流量コントローラ２２２ｏにより第２酸化源供給系（Ｏ３供給系）が構成される。
〔パージガス供給系〕
また、処理室２０１の外部には、パージガスとしてのＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源２３０ｐが設けられている。Ｎ２ガス供給源２３０ｐには、パージガス供給管２１４の上流側端部が接続されている。パージガス供給管２１４の下流側端部は、３本のライン、すなわち、パージガス供給管２１４ｈ，２１４ｓ，２１４ｏに分岐している。パージガス供給管２１４ｈ，２１４ｓ，２１４ｏの下流側端部は、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖｓ３，ｖｏ３の下流側にそれぞれ接続されている。なお、パージガス供給管２１４ｈ，２１４ｓ，２１４ｏには、Ｎ２ガスの供給流量を制御する流量制御器としての流量コントローラ２２４ｈ，２２４ｓ，２２４ｏと、Ｎ２ガスの供給を制御するバルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４とが、それぞれ設けられている。主に、Ｎ２ガス供給源２３０ｐ、パージガス供給管２１４，２１４ｈ，２１４ｓ，２１４ｏ、流量コントローラ２２４ｈ，２２４ｓ，２２４ｏ、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４によりパージガス供給系（パージガス供給ライン）が構成される。
〔ベント系〕
また、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏのバルブｖｈ３，ｖｓ３，ｖｏ３の上流側には、ベント管２１５ｈ，２１５ｓ，２１５ｏの上流側端部がそれぞれ接続されている。また、ベント管２１５ｈ，２１５ｓ，２１５ｏの下流側端部は合流するように一本化してベント管２１５となり、ベント管２１５は排気管２６１の原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。ベント管２１５ｈ，２１５ｓ，２１５ｏには、ガスの供給を制御するバルブｖｈ５，ｖｓ５，ｖｏ５がそれぞれ設けられている。
上記構成において、バルブｖｈ３，ｖｓ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖｓ５，ｖｏ５を開くことで、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスさせ、処理室２０１外へとそれぞれ排気することが可能となる。
また、パージガス供給管２１４ｈ，２１４ｓ，２１４ｏのバルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４よりも上流側であって流量コントローラ２２４ｈ，２２４ｓ，２２４ｏよりも下流側には、ベント管２１６ｈ，２１６ｓ，２１６ｏがそれぞれ接続されている。また、ベント管
２１６ｈ，２１６ｓ，２１６ｏの下流側端部は合流するように一本化してベント管２１６となり、ベント管２１６は排気管２６１の原料回収トラップ２６３よりも下流側であって真空ポンプ２６４よりも上流側に接続されている。ベント管２１６ｈ，２１６ｓ，２１６ｏには、ガスの供給を制御するバルブｖｈ６，ｖｓ６，ｖｏ６がそれぞれ設けられている。
上記構成において、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４を閉じ、バルブｖｈ６，ｖｓ６，ｖｏ６を開くことで、パージガス供給管２１４ｈ，２１４ｓ，２１４ｏ内を流れるＮ２ガスを、処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスさせ、処理室２０１外へとそれぞれ排気することが可能となる。なお、バルブｖｈ３，ｖｓ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ５，ｖｓ５，ｖｏ５を開くことで、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスさせ、処理室２０１外へとそれぞれ排気する場合には、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４を開くことにより、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内にＮ２ガスを導入して、各ガス供給管内をパージするように設定されている。また、バルブｖｈ６，ｖｓ６，ｖｏ６は、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４と逆動作を行うように設定されており、Ｎ２ガスを各原料ガス供給管内に供給しない場合には、処理室２０１をバイパスしてＮ２ガスを排気するようになっている。主に、ベント管２１５ｈ，２１５ｓ，２１５ｏ，２１５，ベント管２１６ｈ，２１６ｓ，２１６ｏ，２１６、バルブｖｈ５，ｖｓ５，ｖｏ５、バルブｖｈ６，ｖｓ６，ｖｏ６によりベント系（ベントライン）が構成される。
〔コントローラ〕
なお、成膜装置４０は、成膜装置４０の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、メインコントローラ３７により制御されることで、ゲートバルブ４４、昇降機構２０７ｂ、負圧移載機１３、ヒータ２０６、圧力調整器２６２、気化器２２９ｈ、オゾナイザ２２９ｏ、真空ポンプ２６４、バルブｖｈ１〜ｖｈ６，ｖｓ３〜ｖｓ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ、流量コントローラ２２５ｈ，２２１ｓ，２２１ｏ，２２２ｏ，２２４ｈ，２２４ｓ，２２４ｏ等の動作を制御する。
＜第２処理ユニット＞
次に、本実施形態に係るクラスタ装置における第２処理ユニット３２について説明する。本実施の形態においては、第２処理ユニット３２は熱処理ユニットであり、図５に示されているように、枚葉式コールドウォール型の基板処理装置として構成されており、機能的にはＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置（以下、ＲＴＰ装置という）１１０として構成されている。以下、ＲＴＰ装置１１０の構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、ウェハ処理時におけるＲＴＰ装置１１０の断面構成図である。
図５に示されているように、ＲＴＰ装置１１０は、ウェハ２を処理する処理室１１１を形成した処理容器としての筐体１１２を備えている。筐体１１２は上下面が開口した円筒形状に形成されたチューブ１１３と、チューブ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、チューブ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。チューブ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いる。排気口１１６には、処理室１１１内を大気圧未満（以下、負圧という）に排気し得る排気装置が接続されている。チューブ１１３の側壁の排気口１１６と反対側の位置には、ウェハ２を処理室１１１内に搬入搬出するウェハ搬入搬出口１１７が開設されており、ウェハ搬入搬出口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。
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が設置されている。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いる。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、ウェハ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。
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１加熱ランプ群１２５および第２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いる。第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６は第１支柱１２７および第２支柱１２８によってそれぞれ水平に支持されている。第１加熱ランプ群１２５および第２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。
処理室１１１内には、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いる。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が噛合されている。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いる。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。
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ェハ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、ウェハ２の上面と対向するように挿入されている。放射温度計は、複数本のプローブ１４４がそれぞれ検出したウェハ２からの放射光に基づく計測温度を、コントローラ１５０に逐次送信するように構成されている。コントローラ１５０は、複数本のプローブ１４４による計測温度と設定温度とを比較し、第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６への電力供給量を制御する。
トッププレート１１４の他の場所には、ウェハ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、リファレンスプローブ１４６を備えている。リファレンスプローブ１４６は、リ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。リファレンスプローブ１４６の上側には、参照光を照射するリファレンスランプ１４８がリ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。リファレンスプローブ１４６は、リファレンスランプ１４８からの放射と、ウェハ２からの放射とを比較することにより、ウェハ２の温度を測定する。なお、複数本のプローブ１４４により測定されたウェハ温度は、リファレンスプローブ１４６により測定されたウェハ温度と比較され、補正されることでより正確なウェハ温度の検出を可能としている。
コントローラ１５０は、ＲＴＰ装置１１０の各部の動作を制御する。なお、コントローラ１５０は、メインコントローラ３７により制御される。
（２）基板処理工程
次に、前記構成に係るクラスタ装置１０を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、ウェハ２を処理する方法（基板処理工程）について説明する。ここでは、キャパシタの下部電極としての窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）が表面に形成されたウェハ２に対して処理を施す例について説明する。なお、以下の説明において、クラスタ装置１０を構成する各部の動作はメインコントローラ３７により制御される。
クラスタ装置１０の載置台２５上に載置されたポッド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のウェ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機１９は、ウェハ搬入搬出口を通してポッド１からウェハ２を１枚ずつピックアップし、搬入室１４内に投入し、搬入室用仮置き台上に載置して行く。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。
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の負圧移載機１３は、搬入室用仮置き台からウェハ２を１枚ずつピックアップして負圧移載室１１内に搬入する。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１処理ユニット３１のゲートバルブ４４が開かれ、負圧移載機１３は、ウェハ２を第１処理ユニット３１の処理室２０１内へ搬入（ウェハロード）する。なお、処理室２０１内へのウェハ２の搬入に際しては、搬入室１４内および負圧移載室１１内が予め真空排気されているため、処理室２０１内に酸素や水分が侵入することは確実に防止される。
＜成膜工程＞
次に、第１処理ユニット３１としての成膜装置４０を使用して、ウェハ２上に形成された下部電極上に、キャパシタ絶縁膜としての高誘電率絶縁膜を形成する成膜工程について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施形態にかかる成膜工程のフロー図である。ここでは、原料としてＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｉｎｏ−Ｈａｆｎｉｕｍ ： Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）を用い、第１酸化源としてＨ２Ｏを用い、第２酸化源としてＯ３を用い、高誘電率絶縁膜としての酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）をＡＬＤ法によって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コントローラ２８０により制御される。また、コントローラ２８０の動作はメインコントローラ３７により制御される。
〔ウェハロード工程（Ｓ１）〕
まず、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図４に示すウェハ搬送位置まで下降させる。そして、上述のようにゲートバルブ４４を開き、処理室２０１と負圧移載室１１とを連通させる。そして、上述のように負圧移載機１３により負圧移載室１１内から処理室２０１内へウェハ２を搬送アーム１３ａで支持した状態でロードする（Ｓ１）。処理室２０１内に搬入したウェハ２は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。負圧移載機１３の搬送アーム１３ａが処理室２０１内か
ら負圧移載室１１内へ戻ると、ゲートバルブ４４が閉じられる。
続いて、昇降機構２０７を作動させ、支持台２０３を、図３に示すウェハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウェハ２は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される。
〔プレヒート工程（Ｓ２）〕
続いて、圧力調整器２６２により、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウェハ温度を昇温させ、ウェハ２の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ２）。
なお、ウェハロード工程（Ｓ１）、プレヒート工程（Ｓ２）および後述するウェハアンロード工程（Ｓ６）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３，ｖｓ３，ｖｏ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流し、処理室２０１内をＮ２雰囲気としておく。これにより、ウェハ２上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、真空ポンプ２６４は、少なくともウェハロード工程（Ｓ１）から後述のウェハアンロード工程（Ｓ６）までの間は、常に作動させた状態とする。
工程Ｓ１〜Ｓ２と並行して、液体原料（Ｈｆ原料）であるＴＤＭＡＨｆを気化させた原料ガス（Ｈｆ原料ガス）、すなわちＴＤＭＡＨｆガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖｈ３を閉じたまま、バルブｖｈ２を開き、気化器２２９ｈへキャリアガスを供給しつつ、バルブｖｈ１を開くとともに、圧送ガス供給管２３７ｈから圧送ガスを供給して、液体原料供給源２２０ｈから気化器２２９ｈへ液体原料を圧送（供給）し、気化器２２９ｈにて液体原料を気化させて原料ガスを生成させておく。この予備気化工程では、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｈ３を閉じたまま、バルブｖｈ５を開くことにより、原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。
また、このとき、第１酸化源（第１酸化性ガス）としてのＨ２Ｏガスも生成させた状態としておく。すなわち、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｓ３を閉じたまま、バルブｖｓ５を開くことにより、Ｈ２Ｏガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。
さらに、このとき、第２酸化源（第２酸化性ガス）としてのＯ３ガスも生成させておくことが好ましい。すなわち、Ｏ２ガス供給源２３０ｏからオゾナイザ２２９ｏへＯ２ガスを供給して、オゾナイザ２２９ｏにてＯ３ガスを生成させておく。この際、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖｏ３を閉じたまま、バルブｖｏ５を開くことにより、Ｏ３ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。
気化器２２９ｈにて原料ガスを安定した状態で生成させたり、Ｈ２Ｏガス供給源２３０ｓにてＨ２Ｏガスを安定した状態で生成させたり、あるいはオゾナイザ２２９ｏにてＯ３ガスを安定した状態で生成させたりするには所定の時間を要する。すなわち、原料ガスやＨ２ＯガスやＯ３ガスの生成初期は、これらが不安定な状態で供給される。このため、本実施形態では、原料ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガスを予め生成させておくことで安定供給可能な状態としておき、バルブｖｈ３，ｖｈ５，ｖｓ３，ｖｓ５，ｖｏ３，ｖｏ５の開閉を切り替えることにより、原料ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室２０１内への原料ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ３ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
〔第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ３ａ）〕
続いて、バルブｖｈ４，ｖｈ５を閉じ、バルブｖｈ３を開いて、処理室２０１内への原料ガスとしてのＴＤＭＡＨｆガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＴＤＭＡＨｆガスの照射を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、処理室２０１内への原料ガスの供給時には、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内における原料ガスの拡散を促すように、バルブｖｓ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｈ３を開き、原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｈ３を閉じ、バルブｖｈ４，ｖｈ５を開いて、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。
〔パージ工程（Ｓ３ｂ）〕
バルブｖｈ３を閉じ、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０を介して処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。このようにして、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留している原料ガスを除去する。
〔Ｈ２Ｏ照射工程（Ｓ３ｃ）〕
処理室２０１内のパージが完了したら、バルブｖｓ４，ｖｓ５を閉じ、バルブｖｓ３を開いて、処理室２０１内への第１酸化源としてのＨ２Ｏガスの供給、すなわち、ウェハ２へのＨ２Ｏガスの照射を開始する。Ｈ２Ｏガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２上に均一に供給される。余剰なＨ２Ｏガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｏ３ガス供給管２１３ｏ内へのＨ２Ｏガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＨ２Ｏガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｓ３を開き、Ｈ２Ｏガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｓ３を閉じ、バルブｖｓ４，ｖｓ５を開いて、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を停止する。
〔パージ工程（Ｓ３ｄ）〕
バルブｖｓ３を閉じ、処理室２０１内へのＨ２Ｏガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０を介して処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。このようにして、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＨ２Ｏガスや反応副生成物を除去する。
〔繰り返し工程（Ｓ３ｅ）〕
そして、工程Ｓ３ａ〜Ｓ３ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことにより、ウェハ２上（下部電極であるＴｉＮ膜上）に、所定膜厚の第１の高誘電率絶縁膜としての第１のＨｆＯ２膜が初期層として形成される。
なお、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）で酸化源として用いるＨ２Ｏガスは、ＡＬＤ法による成膜の温度帯ではＯ３ガスに比べエネルギーが小さく、酸化力が弱い。そのため、ＡＬＤ法による成膜の温度条件では、酸化源としてＯ３ガスを用いる場合に比べて下部電極の酸化を抑制することができる。その結果、下部電極の電気特性の劣化を抑制し、例
えばキャパシタ容量の減少等を回避できる。
ここで、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）で成膜する第１のＨｆＯ２膜が薄すぎると、後述する第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）において、酸化源として用いるＯ３ガスにより下部電極が酸化され易くなる。従って、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）では、上述のサイクルの繰り返し回数を例えば１０回以上とし、形成する第１のＨｆＯ２膜の膜厚を１ｎｍ以上とすることが好ましい。
また、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）で成膜する第１のＨｆＯ２膜が厚すぎると、成膜処理の生産性が低下してしまう場合がある。Ｈ２Ｏガスは、Ｏ３ガスに比べ処理室２０１内の部材に吸着し易く、脱離し難いため、Ｏ３ガスに比べて処理室２０１内からの排出に時間を要するためである。従って、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）では、上述のサイクルの繰り返し回数を例えば４０回以下とし、形成する第１のＨｆＯ２膜の膜厚を４ｎｍ以下とすることが好ましい。すなわち、第１のＨｆＯ２膜の膜厚は、第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）において酸化源として用いるＯ３ガスによる下部電極の酸化を抑制できる程度の厚さであって、出来るだけ薄いほうが好ましい。
〔第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）〕
〔ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ４ａ）〕
続いて、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）におけるＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ３ａ）と同様に、ウェハ２へのＴＤＭＡＨｆガスの照射を行う。
〔パージ工程（Ｓ４ｂ）〕
その後、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）におけるパージ工程（Ｓ３ｂ）と同様に、処理室２０１内のパージを行う。
〔Ｏ３照射工程（Ｓ４ｃ）〕
処理室２０１内のパージが完了したら、バルブｖｏ４，ｖｏ５を閉じ、バルブｖｏ３を開いて、処理室２０１内への第２酸化源としてのＯ３ガスの供給を開始する。Ｏ３ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウェハ２上に均一に供給される。余剰なＯ３ガスや反応副生成物は、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。なお、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ｈ、Ｈ２Ｏガス供給管２１３ｓ内へのＯ３ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内におけるＯ３ガスの拡散を促すように、バルブｖｈ４，ｖｓ４は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。バルブｖｏ３を開き、Ｏ３ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｏ３を閉じ、バルブｖｏ４，ｖｏ５を開いて、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止する。
〔パージ工程（Ｓ４ｄ）〕
バルブｖｏ３を閉じ、処理室２０１内へのＯ３ガスの供給を停止した後は、バルブｖｈ４，ｖｓ４，ｖｏ４は開いたままとし、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を継続して行う。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０を介して処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０へと排気される。このようにして、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージし、処理室２０１内に残留しているＯ３ガスや反応副生成物を除去する。
〔繰り返し工程（Ｓ４ｅ）〕
そして、工程Ｓ４ａ〜Ｓ４ｄまでを１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことにより、ウェハ２上に形成された第１のＨｆＯ２膜上に、所定膜厚の第２の高誘電率絶縁膜としての第２のＨｆＯ２膜が形成される。これにより、ウェハ２上（下部電極であ
るＴｉＮ膜上）に所定膜厚の高誘電率絶縁膜としてのＨｆＯ２膜が形成されることとなる。なお、所定膜厚のＨｆＯ２膜は、第１のＨｆＯ２膜と第２のＨｆＯ２膜とにより構成される。
なお、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）および第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）をＡＬＤ法により行う場合には、処理温度（ウェハ温度）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、ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ３ａ、Ｓ４ａ）においては、ＴＤＭＡＨｆはウェハ２上に吸着する。Ｈ２Ｏ照射工程（Ｓ３ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＨｆとＨ２Ｏとが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＨｆＯ２膜が形成される。Ｏ３照射供給工程（Ｓ４ｃ）においては、ウェハ２上に吸着したＴＤＭＡＨｆとＯ３とが反応することによりウェハ２上に１原子層未満のＨｆＯ２膜が形成される。なお、このとき、Ｏ３により薄膜中に混入しようとするＣ、Ｈ等の不純物を脱離させることができる。
本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、第１のＨｆＯ２膜を形成する際の処理条件としては、ウェハ温度：１００〜４００℃、処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、ＴＤＭＡＨｆ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｈ２Ｏ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、膜厚：１〜４ｎｍが例示される。
また、本実施形態の成膜装置にて、ＡＬＤ法により、第２のＨｆＯ２膜を形成する際の処理条件としては、ウェハ温度：１００〜４００℃、処理室内圧力：１〜１０００Ｐａ、ＴＤＭＡＨｆ供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｏ３供給流量：１０〜２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２（パージガス）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、第１のＨｆＯ２膜および第２のＨｆＯ２膜のトータル膜厚：８〜１２ｎｍが例示される。
〔ガス排気工程（Ｓ５）〕
所定膜厚のＨｆＯ２膜が形成されると、処理室２０１内が真空排気される。もしくは処理室２０１内に不活性ガスが供給されつつ処理室２０１内が真空排気されパージされる。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換される。
〔ウェハアンロード工程（Ｓ６）〕
その後、上述したウェハロード工程（Ｓ１）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＨｆＯ２膜が形成された後のウェハ２を処理室２０１内から負圧移載室１１内へ搬出する。
＜熱処理工程＞
次に、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を使用して、ウェハ２上に形成された所定膜厚のＨｆＯ２膜を熱処理する熱処理工程について説明する。すなわち、不活性ガス雰囲気下で、所定膜厚のＨｆＯ２膜を、アニールにより緻密化もしくは結晶化する工程について説明する。なお、以下の説明において、ＲＴＰ装置１１０を構成する各部の動作はコントローラ１５０により制御され、コントローラ１５０はメインコントローラ３７により制御される。
ウェハアンロード工程（Ｓ６）にてゲートバルブ４４が閉じられた後に、ゲートバルブ１１８が開かれる。ゲートバルブ１１８が開かれると、アニールを施すべきウェハ２は、第２処理ユニット３２であるＲＴＰ装置１１０の処理室１１１内に負圧移載機１３によってウェハ搬入搬出口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。ウェハ２をリフタピン１２２に移載した負圧移載機１３が処理室１１１の外へ退避すると、ウェハ搬入搬出口１１７がゲートバルブ１１８により閉じられる。また、昇降軸１
２０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の上のウェハ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１〜１０００Ｐａ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。
ウェハ２がサセプタ１４０に受け渡されると、ウェハ２をサセプタ１４０によって保持したタレット１３１が、サセプタ回転装置１３６によって回転させられる。サセプタ１４０に保持されたウェハ２は、サセプタ回転装置１３６によって回転させられながら、４００〜７００℃の範囲内の所定の温度となるように第１加熱ランプ群１２５および第２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、処理室１１１内に、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスがアニールガス供給管１４２から供給される。このとき不活性ガス供給流量は、１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の所定の流量となるように制御される。サセプタ１４０がサセプタ回転装置１３６によって回転させられながら、サセプタ１４０の上に保持されたウェハ２は第１加熱ランプ群１２５および第２加熱ランプ群１２６によって均一に加熱されるため、ウェハ２上に形成された所定膜厚のＨｆＯ２膜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、例えば１〜６０秒間の範囲内の所定の時間とする。以上の熱処理工程により、ウェハ２上に形成された所定膜厚のＨｆＯ２膜は緻密化もしくは結晶化される。
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内が排気口１１６より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が開かれる。そして、アニールが施されたウェハ２は、負圧移載機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に搬出される。
なお、高誘電率絶縁膜形成工程、熱処理工程実施後のウェハ２は、必要に応じて第１クーリングユニット３５または第２クーリングユニット３６により、冷却される場合もある。
その後、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、負圧移載機１３はウェハ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、ウェハ２の搬出が行われることとなる。ウェハ２の搬出後に、ゲートバルブ１８Ｂは閉じられる。
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枚のウェハ２について、上述の各工程が順次実施されて行く。２５枚のウェハ２について一連の所定の処理が完了すると、処理済のウェハ２は搬出室１５の仮置き台に溜められた状態になる。
その後、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上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の正圧移載機１９は搬出室１５からウェハ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のウェハ搬入搬出口２３を通してポッド１に収納して行く。処理済みの２５枚のウェハ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によってウェハ出し入れ口に装着され、ポッド１が閉じられる。
本実施の形態においては、クラスタ装置１０における一連の工程が終了したウェハ２はポッド１内に気密に収納された状態で、上部電極形成工程を実施する他の成膜装置に搬送されて行く。
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す効果のうち１つ又は複数の効果を奏する。
本実施形態によれば、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）において、ウェハ２へＴＤＭＡＨｆガスとＨ２Ｏガスとを交互に照射することにより、下部電極であるＴｉＮ膜上に所定膜厚の第１のＨｆＯ２膜を初期層として形成する。ＡＬＤ法による成膜の温度帯では、Ｈ２ＯガスはＯ３ガスに比べエネルギーが小さく、酸化力が弱い。そのため、ＡＬＤ法による成膜の温度条件では、酸化源としてＨ２Ｏガスを用いる場合、Ｏ３ガスを用いる場合に比べて下部電極の酸化を抑制することができる。その結果、下部電極の電気特性の劣化を抑制し、例えばキャパシタ容量の減少等を回避できる。
また、本実施形態によれば、第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）において、ウェハ２へＴＤＭＡＨｆガスとＯ３ガスとを交互に照射することにより、第１のＨｆＯ２膜上に所定膜厚の第２のＨｆＯ２膜を形成する。Ｏ３ガスはＨ２Ｏガスに比べて処理室２０１内の部材に吸着し難く、脱離し易いため、Ｈ２Ｏガスに比べて処理室２０１内からの排出を短時間で行うことができる。これにより成膜処理の生産性を向上させることができる。また、酸化源としてＯ３ガスを用いることで、酸化源としてＨ２Ｏガスのみを用いた場合と比較して、高誘電率絶縁膜の電気特性を向上させることができる。
このように、本実施形態によれば、ＨｆＯ２膜を形成する初期段階（膜厚が数ｎｍ以下、好ましくは１〜４ｎｍの範囲の第１のＨｆＯ２膜を形成する段階）では、酸化源としてＨ２Ｏガスを用い、下地のＴｉＮ等の金属膜の酸化を抑制するようにしている。そして、初期層としての第１のＨｆＯ２膜の形成が完了したら、酸化源としてＯ３ガスを用い、成膜処理の生産性を向上させつつ、第２のＨｆＯ２膜を形成し、例えばトータル膜厚（第１のＨｆＯ２膜と第２のＨｆＯ２膜との合計膜厚）が８〜１２ｎｍの薄膜を形成するようにしている。これにより、下部電極の電気特性の劣化を抑制しつつ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、第２処理ユニット３２としてのＲＴＰ装置１１０を使用して、ウェハ２上に形成された所定膜厚のＨｆＯ２膜を熱処理する熱処理工程を実施している。これにより、形成したＨｆＯ２膜を緻密化もしくは結晶化させることが出来る。
発明者等は、上述の実施形態にて示した方法を用い、ウェハ上に形成された下部電極としてのＴｉＮ膜上に第１のＨｆＯ２膜と第２のＨｆＯ２膜とからなるＨｆＯ２膜を形成した。成膜に際しては、原料としてＨｆプリカーサであるＴＤＭＡＨｆを、第１酸化源としてＨ２Ｏを、第２酸化源としてＯ３を用いた。処理条件は、上述の実施形態にて示した処理条件の範囲内の値とした。第１のＨｆＯ２膜の膜厚を２ｎｍとし、トータル膜厚（第１のＨｆＯ２膜と第２のＨｆＯ２膜との合計膜厚）を１０ｎｍとした。図８にその成膜サンプルの断面概略図を例示する。
その結果、下部電極であるＴｉＮ膜はほとんど酸化されていないことを確認できた。また、処理室２０１内からのＯ３ガスの排出時間は、処理室２０１内からのＨ２Ｏガスの排出時間の数分の１未満であり、酸化源としてＨ２Ｏのみを用いた場合と比べて成膜処理の生産性を向上できていることを確認できた。
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、基板処理装置（成膜装置）として１度に１枚の基板を処理する枚葉式のＡＬＤ装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、基板処理装置として１度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ＡＬＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＡＬＤ装置について説明する。
図７は、本実施形態で好適に用いられる縦型ＡＬＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は、処理炉３０２部分を図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
図７（ａ）に示されるように、処理炉３０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ３０７を有する。ヒータ３０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
ヒータ３０７の内側には、ヒータ３０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ３０３が配設されている。プロセスチューブ３０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３０３の筒中空部には処理室３０１が形成されており、基板としてのウェハ２を、後述するボート３１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
プロセスチューブ３０３の下方には、プロセスチューブ３０３と同心円状にマニホールド３０９が配設されている。マニホールド３０９は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド３０９は、プロセスチューブ３０３に係合しており、プロセスチューブ３０３を支持するように設けられている。なお、マニホールド３０９とプロセスチューブ３０３との間には、シール部材としてのＯリング３２０ａが設けられている。マニホールド３０９がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ３０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ３０３とマニホールド３０９とにより反応容器が形成される。
マニホールド３０９には、第１ガス導入部としての第１ノズル３３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル３３３ｂとが、マニホールド３０９の側壁を貫通するように接続されている。第１ノズル３３３ａと第２ノズル３３３ｂは、それぞれ水平部と垂直部とを有するＬ字形状であり、水平部がマニホールド３０９に接続され、垂直部がプロセスチューブ３０３の内壁とウェハ２との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ３０３の下部より上部の内壁に沿って、ウェハ２の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂがそれぞれ設けられている。この第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１ノズル３３３ａに原料ガス供給管２１３ｈが接続され、第２ノズル３３３ｂにＨ２Ｏガス供給管２１３ｓおよびＯ３ガス供給管２１３ｏが接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと、酸化源（Ｈ２Ｏ、Ｏ３）とを、別々のノズルにより供給する。なお、さらに各酸化源を別々のノズルにより供給するようにしてもよい。
マニホールド３０９には、処理室３０１内の雰囲気を排気する排気管３３１が設けられ
ている。排気管３３１には、圧力検出器としての圧力センサ３４５及び圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３４６が接続されており、圧力センサ３４５により検出された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４２を調整することで、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ３４２は弁を開閉して処理室３０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室３０１内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
マニホールド３０９の下方には、マニホールド３０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ３１９が設けられている。シールキャップ３１９は、マニホールド３０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ３１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３１９の上面には、マニホールド３０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング３２０ｂが設けられている。シールキャップ３１９の処理室３０１と反対側には、後述するボート３１７を回転させる回転機構３６７が設置されている。回転機構３６７の回転軸３５５は、シールキャップ３１９を貫通して、ボート３１７に接続されており、ボート３１７を回転させることでウェハ２を回転させるように構成されている。シールキャップ３１９は、プロセスチューブ３０３の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ３１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３１７を処理室３０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
基板保持具としてのボート３１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウェハ２を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート３１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材３１８が設けられており、ヒータ３０７からの熱がシールキャップ３１９側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ３０３内には、温度検出器としての温度センサ３６３が設置されており、温度センサ３６３により検出された温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合を調整することにより、処理室３０１内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ３６３は、第１ノズル３３３ａ及び第２ノズル３３３ｂと同様に、プロセスチューブ３０３の内壁に沿って設けられている。
制御部（制御手段）であるコントローラ３８０は、ＡＰＣバルブ３４２、ヒータ３０７、温度センサ３６３、真空ポンプ３４６、回転機構３６７、ボートエレベータ３１５、バルブｖｈ１〜ｖｈ６，ｖｓ３〜ｖｓ６，ｖｏ３〜ｖｏ６、液体流量コントローラ２２１ｈ、流量コントローラ２２５ｈ，２２１ｓ，２２１ｏ，２２２ｏ，２２４ｈ，２２４ｓ，２２４ｏ等の動作を制御する。
次に、上記構成にかかる縦型ＡＬＤ装置の処理炉３０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ＡＬＤ法によりウェハ２上に薄膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型ＡＬＤ装置を構成する各部の動作は、コントローラ３８０により制御される。
複数枚のウェハ２をボート３１７に装填（ウェハチャージ）する。そして、図７（ａ）に示すように、複数枚のウェハ２を保持したボート３１７を、ボートエレベータ３１５によって持ち上げて処理室３０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ３１９はＯリング３２０ｂを介してマニホールド３０９の下端をシールした状態となる。
処理室３０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ３４６によって処理室３０１内を真空排気する。この際、処理室３０１内の圧力を圧力センサ３４５で測定して、この測定された圧力に基づき、ＡＰＣバルブ３４２をフィードバック制御する。また、処理室３０１内が所望の温度となるように、ヒータ３０７によって加熱する。この際、処理室３０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ３６３が検出した温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構３６７によりボート３１７を回転させることで、ウェハ２を回転させる。
その後、例えば上述の実施形態と同様に、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）および第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）を実施することにより、ウェハ２上に所定膜厚のＨｆＯ２膜を形成する。
その後、ボートエレベータ３１５によりシールキャップ３１９を下降させて、マニホールド３０９の下端を開口させるとともに、所定膜厚のＨｆＯ２膜が形成された後のウェハ２を、ボート３１７に保持させた状態でマニホールド３０９の下端からプロセスチューブ３０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済のウェハ２をボート３１７より取り出す（ウェハディスチャージ）。
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、下部電極の電気特性の劣化を抑制しつつ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
＜本発明の更に他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施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で種々変更可能である。
例えば、上述の実施形態では高誘電率膜としてＨｆＯ２膜を形成する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、例えばＨｆＳｉＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＯ２膜、ＺｒＳｉＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＴｉＯ２膜、Ｎｂ２Ｏ５膜、Ｔａ２Ｏ５膜や、これらを組み合わせたり混合させたりした高誘電率膜を形成する場合にも好適に適用可能である。
また、上述の実施形態では第２のＨｆＯ２膜を形成する際の酸化源としてＯ３ガスを用いる場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、酸化源としてプラズマで活性化した酸素含有物質、例えばプラズマで活性化したＯ２ガス等を用いても良い。その場合、オゾナイザ２２９ｏの代わりにリモートプラズマユニットを設ければよい。
また、上述の実施形態では、酸化源としてＨ２Ｏガスを用いて初期層としての第１のＨｆＯ２膜を形成した後、酸化源としてＯ３ガスを用いて第２のＨｆＯ２膜を形成する場合について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、酸化源としてＨ２Ｏガスを用いる高誘電率膜の成膜ステップと、酸化源としてＯ３ガスを用いる高誘電率膜の成膜ステップと、を交互に繰り返してもよい。また例えば、酸化源としてＨ２Ｏガスを用いる高誘電率膜の成膜ステップと、酸化源としてＯ３ガスを用いる高誘電率膜の成膜ステップと、を交互に限らず任意のタイミングで切り替えてもよい。
また、上述の実施形態では、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）において、ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ３ａ）→パージ工程（Ｓ３ｂ）→Ｈ２Ｏ照射工程（Ｓ３ｃ）→パージ工程（Ｓ３ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すようにし、第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）において、ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ４ａ）→パージ工程（Ｓ４ｂ）→Ｏ３照射工程（Ｓ４ｃ）→パージ工程（Ｓ４ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すようにしていた。しかしながら、本発明は、このように原料ガスの供給
からサイクルを開始する形態に限定されず、酸化剤の供給からサイクルを開始するようにしてもよい。すなわち、第１のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ３）において、Ｈ２Ｏ照射工程（Ｓ３ｃ）→パージ工程（Ｓ３ｂ）→ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ３ａ）→パージ工程（Ｓ３ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すようにしてもよい。また、第２のＨｆＯ２膜形成工程（Ｓ４）において、Ｏ３照射工程（Ｓ４ｃ）→パージ工程（Ｓ４ｂ）→ＴＤＭＡＨｆ照射工程（Ｓ４ａ）→パージ工程（Ｓ４ｄ）を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、高誘電率膜の成膜工程と熱処理工程とを別々の処理容器（成膜装置４０の処理容器２０２、ＲＴＰ装置１１０の筐体１１２）により行うこととしていたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、高誘電率膜の成膜工程と熱処理工程とを同一の処理容器内にて行うこととしてもよい。
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に第１酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に前記原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に前記第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、前記第１酸化源は、前記第２酸化源よりも、エネルギーが小さい。
また好ましくは、前記第１酸化源は、前記第２酸化源よりも、酸化力が小さい。
また好ましくは、前記第１酸化源がＨ２Ｏであり、前記第２酸化源がＯ３またはプラズマで活性化した酸素含有物質である。
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜の膜厚は、前記第２の高誘電率絶縁膜の膜厚よりも薄い。
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜の膜厚が１〜４ｎｍである。
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜と前記第２の高誘電率絶縁膜は、同一元素を含む膜（同一種類の膜）である。
また好ましくは、前記第１の高誘電率絶縁膜と前記第２の高誘電率絶縁膜はキャパシタ絶縁膜である。
また好ましくは、前記基板表面には金属膜が形成されており、前記第１の高誘電率絶縁膜は、前記金属膜上に形成される。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＨ２Ｏを供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に前記原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＯ３を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内に第１酸化源を供給する第１酸化源供給系と、
前記処理室内に前記第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給する第２酸化源供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理室内への原料の供給および排気と、前記処理室内への第１酸化源の供給および排気と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成し、
前記処理室内への前記原料の供給および排気と、前記処理室内への前記第２酸化源の供給および排気と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料供給系、前記第１酸化源供給系、前記第２酸化源供給系、および、前記排気系を制御するコントローラと、を有する
基板処理装置が提供される。
２ ウェハ（基板）
１０ クラスタ装置（基板処理装置）
２０１ 処理室
２８０ コントローラ

Claims (5)

  1. 基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に第１酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
    前記処理室内に前記原料を供給し排気する工程と、前記処理室内に前記第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、を有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第１酸化源は、前記第２酸化源よりも、エネルギーが小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第１酸化源がＨ２Ｏであり、前記第２酸化源がＯ３またはプラズマで活性化した酸素含有物質である
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 基板を収容した処理室内に原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＨ２Ｏを供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
    前記処理室内に前記原料を供給し排気する工程と、前記処理室内にＯ３を供給し排気する工程と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
    を有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 基板を処理する処理室と、
    前記処理室内に原料を供給する原料供給系と、
    前記処理室内に第１酸化源を供給する第１酸化源供給系と、
    前記処理室内に前記第１酸化源とは異なる第２酸化源を供給する第２酸化源供給系と、
    前記処理室内を排気する排気系と、
    基板を収容した前記処理室内への原料の供給および排気と、前記処理室内への第１酸化源の供給および排気と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に第１の高誘電率絶縁膜を形成し、前記処理室内への前記原料の供給および排気と、前記処理室内への前記第２酸化源の供給および排気と、を交互に繰り返すことで、前記第１の高誘電率絶縁膜上に第２の高誘電率絶縁膜を形成するように、前記原料供給系、前記第１酸化源供給系、前記第２酸化源供給系、および、前記排気系を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。
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